KR20230040468A - 절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자 - Google Patents

절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자 Download PDF

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Abstract

절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법이 제공된다. 상기 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법은, 금속 코어를 준비하는 단계, 및 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 코어는, 철(Fe)를 포함하고, 상기 절연성 쉘을 형성하는 단계는, 상기 금속 코어를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어의 표면에 소스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자 {Metal structure coated with insulator, method of fabricating of the same, and stacked inductor device fabricated by using the same}
본 출원은 절연 코팅된 금속 구조체, 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 소자에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 절연막으로 코팅된 금속 입자, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자에 관련된 것이다.
자동차, ICT 등 주력산업 고도화를 위한 핵심소재로 각광받고 있는 고기능 금속분말 및 세라믹소재에 대한 수요가 날로 증가하고 있다.
핵심소재인 금속분말 및 세라믹 소재는 자동차, ICT 등에 쓰이는 부품 및 산화방지제, 철강용 내화물 및 용접봉 등에 사용되고 있으며 첨단기술 발달에 따라 전기 및 자기재료, 도전성 페이스트, 고온재료 및 세라믹복합재료, 의료용재료, 방위산업제품 제조 등으로 널리 응용되면서 시장이 확대되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허등록공보 10-2017657에는, 반응용기 내에서 플라즈마를 이용하여 금속원료의 적어도 일부를 용융해 금속용탕으로 하고, 추가로 금속 용탕을 증발시켜 금속증기를 생성시키고, 금속증기를 반응용기 내에 공급된 캐리어 가스와 함께 반응용기로부터 냉각관으로 이송하여 냉각하고, 응결시켜 금속분말을 생성시키는 금속분말의 제조방법으로서, 반응용기의 적어도 금속용탕과 접하는 부분이, 산화물계 세라믹으로 형성되고, 산소 가스를 상기 반응용기 내에 공급하여, 불순물의 혼입량이 매우 적은 금속분말을 제조하는 금속 분말의 제조 방법이 개시되어 있다.
또한, 철(Fe)에 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등을 첨가한 철계합금은 전기, 전자 및 자성소자의 재료로 널리 사용된다. 이러한 철계합금은 전력손실을 줄이고 전기저항을 높여 와전류손실을 저감시키며 보자력을 작게 하여 히스테리시스 손실을 저감시키기 위하여 절연층을 피복하여 사용하는 것이 일반적이다.
철계합금에 절연층을 피복하기 위하여 주로 철계합금분말 형태가 사용되는데, 철계합금분말은 주로 아토마이징(Atomizing)이나 분쇄법으로 만들어지며, 진공증착법 또는 수용액 내에서의 환원반응을 통하여 미세한 분말로 제조된다.
한편, 철계합금분말을 고체 기판에 고정시켜 고주파 필터나 박막 인덕터 등과 같은 용도로 사용하고자 하는 경우에는 주로 진공증착법 또는 고분자 바인더와 혼합시켜 스크린프린팅 방식 등을 이용하여 제조할 수 있다.
이러한 종래의 철계합금분말을 이용한 박막의 제조방법은 기판에 절연층이형성된 철계합금분말을 도포하여 제조 되는데, 도포되는 분말의 두께를 수 μm 이하로 정확히 조절하는 것이 기술적으로 매우 곤란한 문제점이 있다.
특히, 전자기 회로의 소형화 및 고응답화에 따라 철계합금박막에 있어서도 고주파 안정성과 함께 보다 높은 자속밀도를 유지할 수 있도록 제조되어야 하기 때문에, 철계합금분말을 피복하는 절연층이 충분히 확보되어야 하고 또한 이것이 기판에 충분히 얇게 도포되어야 하는데, 종래의 제조방법으로는 최소한의 두께와 충분한 성능을 갖는 절연층 및 도포층을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
이에 따라, 상술된 문제점들을 해결할 수 있는 철계합금분말에 관한 다양한 연구가 지속적으로 이루어지고 있다.
대한민국 특허등록공보 10-2017657
본 출원이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 고신뢰성의 절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자를 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 제조 공정이 간소화된 절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자를 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 제조 비용이 절감된 절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자를 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 고품질의 절연 코팅된 금속 구조체, 그 제조 방법, 및 이를 이용하여 제조된 적층형 인덕터 소자를 제공하는 데 있다.
본 출원이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법은, 금속 코어를 준비하는 단계, 및 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 코어는, 철(Fe)를 포함하고, 상기 절연성 쉘을 형성하는 단계는, 상기 금속 코어를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어의 표면에 소스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 코어를 준비하는 단계는, 금속 산화물 구조체를 준비하는 단계, 상기 금속 산화물 구조체를 분쇄하여 금속 산화물 입자를 제조하는 단계, 상기 금속 산화물 입자를 용매와 혼합하여, 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 분무 및 건조하여, 금속 산화물 응집체를 제조하는 단계, 및 상기 금속 산화물 응집체를 환원시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연성 쉘은, 블록공중합체 폴리머인 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 코어는, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연성 쉘은, 산화물 또는 질화물인 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 출원은 적층형 인덕터를 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층형 인덕터는, 상술된 실시 예에 따른 상기 금속 코어 및 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 포함하는 금속 구조체를 포함하는 적층형 코일 구조체를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법은, 금속 코어를 준비하는 단계, 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 코어는 철(Fe)을 포함하고, 상기 절연성 쉘을 형성하는 단계는, 상기 금속 코어를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어의 표면에 소스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 절감되며, 고품질 및 고신뢰성의 절연 코팅된 금속 구조체가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법을 설명하는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법 중 금속 코어를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법 중 절연성 쉘 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 인덕터의 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 인덕터가 포함하는 전극을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법을 설명하는 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법 중 금속 코어를 준비하는 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법 중 절연성 쉘 형성 단계를 구체적으로 설명하는 순서도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체(100)의 제조 방법은, 금속 코어(110)를 준비하는 단계(S100), 및 상기 금속 코어(110)를 둘러싸는 절연성 쉘(120)을 형성하는 단계(S200)를 포함할 수 있다. 이하, 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 코어(110)를 준비하는 단계(S100)는, 금속 산화물 구조체를 준비하는 단계(S110), 상기 금속 산화물 구조체를 분쇄하여 금속 산화물 입자를 제조하는 단계(S120), 상기 금속 산화물 입자를 용매와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계(S130), 상기 슬러리를 분무 및 건조하여 금속 산화물 응집체를 제조하는 단계(S140), 및 상기 금속 산화물 응집체를 환원시키는 단계(S150)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 금속 산화물은 기계적 분쇄 방법(예를 들어, 볼 밀링(ball milling))으로 분쇄될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 산화물은 철(Fe) 산화물, 실리콘(Si) 산화물, 알루미늄(Al) 산화물, 및 크롬(Cr) 산화물 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 코어(110)는 철(Fe), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 및 크롬(Cr) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또는, 상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 금속 코어(110)를 준비하는 단계(S100)는, 금속 산화물 및 첨가물을 준비하는 단계, 상기 금속 산화물 및 상기 첨가물을 혼합 및 분쇄하여 금속 산화물 입자를 제조하는 단계, 상기 금속 산화물 입자를 용매와 혼합하여 슬러리를 제조하는 단계, 상기 슬러리를 분무 및 건조하여 금속 산화물 응집체를 제조하는 단계, 및 상기 금속 산화물 응집체를 환원시키는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 금속 코어(110)는 상기 금속 산화물의 분쇄물 및 상기 첨가물의 분쇄물을 포함할 수 있다. 상기 첨가물은, 상기 금속 산화물(예를 들어, 철 산화물)과 다른 첨가 원소(예를 들어, 텅스텐, 구리, 니텔, 몰리부덴, 크롬 등)를 포함하는 산화물(예를 들어, 텅스텐 산화물, 구리 산화물, 니켈 산화물, 몰리브덴 산화물, 크롬 산화물 등)일 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 코어(110)가 상기 금속 산화물을 건식 볼 밀링하여 제조되는 경우, 상기 금속 코어(110) 및 PCA(process, control agent, 예를 들어, 메틸알코올, 에틸 알코올, 아세톤, 물 등)를 혼합한 슬러리가 분무 건조기에 주입되어, 구형의 응집체가 제조될 수 있다. 또는, 다른 예를 들어, 상기 금속 코어(110)가 상기 금속 산화물을 습식 볼 밀링하여 제조되는 경우, 볼 밀링 직후의 재료를 바로 분무 건조기에 주입하여, 상기 구형의 응집체가 제조될 수 있다.
예를 들어, 상기 구형의 응집체는 수소 분위기 및 200~800℃ 조건에서 환원될 수 있다. 상기 구형의 응집체가 환원되는 과정에서 열처리되어, 분말간의 결합으로 상기 금속 코어(110)는 망상 구조를 가질 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연 코팅된 금속 구조체(100)의 제조 방법은, 상기 금속 코어(110) 준비 단계(S100) 이후 상기 절연성 쉘(120) 형성 단계(S200) 이전, 상기 금속 코어(110)를 전처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 금속 코어(110)가 철(Fe)을 포함하는 경우, 상기 금속 코어(110)는 질소(N) 처리 될 수 있다. 이에 따라, 질소 처리 된 상기 금속 코어(110)는 Fe코어-FeN쉘 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 절연 코팅된 금속 구조체(100)는, 절연특성이 향상될 수 있다.
다른 예를 들어, 상기 금속 코어(110)가 철(Fe)을 포함하는 경우, 상기 금속 코어(110)는 질소(N) 처리 및 산소(O) 처리가 순차적으로 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 코어(110)는 Fe코어-FeN쉘-FeO쉘 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 상기 절연 코팅된 금속 구조체(100)는 FeN쉘에 의하여 절연특성이 향상될 뿐만 아니라, FeO쉘에 의하여 후술되는 절연성 쉘(120)의 코팅이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
또 다른 예를 들어, 상기 금속 코어(110)에 작용기(functional group)가 부착될 수 있다. 구체적으로, 상기 작용기는 -OH기 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 작용기로 인하여, 후술되는 절연성 쉘(120)의 코팅이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연성 쉘 형성 단계(S200)는 상기 금속 코어(110)의 표면처리단계(S210), 및 표면 처리된 상기 금속 코어(110) 상에 소스를 제공하는 단계(S220)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 금속 코어(110)의 표면을 처리한 이후, 소스를 제공함으로써, 상기 금속 코어(110) 상에 상기 절연성 쉘(120)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 절연 코팅된 금속 구조체(100)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 금속 코어(110)의 표면 처리단계(S210)는, 상기 금속 코어(110)에 염산 수용액을 제공하여 상기 금속 코어의 표면(110)을 식각하는 단계, 표면이 식각된 상기 금속 코어(110)에 인산 수용액을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 금속 코어(110)의 표면처리단계(S210)가 수행됨에 따라, 후술되는 절연성 쉘(120)이 보다 용이하게 코팅될 수 있다.
상기 금속 코어(110)에 염산 수용액을 제공하여 상기 금속 코어의 표면(110)을 식각하는 단계는, 비활성 기체 분위기에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 비활성 기체는, 질소, 아르곤, 헬륨 가스 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 염산 수용액은, 염산이 수용액 상에서 0.5~1 몰농도(M)인 것이 사용될 수 있으며, 상기 금속 코어(110)와 최소 1분 이상의 시간 동안 반응될 수 있다. 또한, 상기 인산 수용액은, 인산이 극성 용매인 수용액 상에서 1~2 몰농도(M)인 것이 사용될 수 있으며, 상기 금속 코어(110)와 최소 1분 이사의 시간 동안 반응될 수 있다.
보다 구체적으로, 첨가된 염산수용액 및 인산수용액이 상기 금속 코어(110) 분말 표면처리 시 일반적으로 비활성 기체 주입 하에서 상기 금속 코어(110)에 염산 수용액을 먼저 도입하여 상기 금속 코어(110) 표면을 식각한 후 추가적으로 인산 수용액을 도입하여 금속 인산염을 형성할 수 있다. 이와 같은 방법은 상기 금속 코어(110) 분말의 표면을 단계적으로 처리하여 줌으로써 표면 처리 시간이 길며 표면 처리에 따른 폐용액도 증가할 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 단점을 해결하기 위하여 염산수용액 및 인산수용액을 상기 금속 코어(110) 분말 표면처리 시 동시에 도입하여 상기 금속 코어(110) 분말의 표면 식각 및 금속 인산염 형성을 동시에 시도하여 상기 금속 코어(110) 분말의 표면 처리 시간을 획기적으로 단축하였으며 폐처리 용액의 양을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.
상기 금속 코어(110) 분말의 표면 처리를 위해 첨가된 염산수용액의 농도는 0.5 에서 2 몰농도인 중량부인 것이 바람직하며, 염산 수용액의 부피는 상기 금속 코어(110) 분말 10그램에 대하여 3에서 10 밀리리터인 것이 바람직하다. 상기 금속 코어(110) 분말 10그램에 대하여 3 밀리리터보다 적을 경우에는 상기 금속 코어(110) 분말의 표면이 효과적으로 식각이 진행되지 않아 상기 금속 코어(110) 표면에 산화층이 남이 상기 금속 코어(110) 분말의 전도도를 저하하게 되며, 10 밀리리터를 초과할 경우에는 상기 금속 코어(110) 분말의 표면을 과도하게 식각하여 상기 금속 코어(110) 분말의 무게 손실을 야기하는 문제가 발생될 수 있다.
상기 금속 코어(110) 분말의 표면 처리를 위해 첨가된 인산수용액의 농도는 1 에서 2.5 몰농도인 것이 바람직하며, 첨가된 인산 수용액의 부피는 상기 금속 코어(110) 분말 10그램에 대하여 1에서 5 밀리리터인 것이 바람직하다. 상기 금속 코어(110) 분말 10그램에 대하여 1 밀리리터보다 적으면 상기 금속 코어(110) 표면에 인산염이 효과적으로 형성되지 않아 내산화 성능이 나타나지 않아 표리 분말의 표면이 쉽게 산화되어 상기 금속 코어(110)의 전도도가 저하될 수 있다. 상기 금속 코어(110) 분말 10그램에 대하여 인산수용액이 5 밀리리터보다 많으면 상기 금속 코어(110) 분말의 표면이 과다한 인산염을 형성하여 상기 금속 코어(110) 분말의 전도도를 떨어뜨리는 단점이 발생될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 소스 제공 단계(S220)는, 상기 금속 코어(110)를 열처리하는 동시에 수행될 수 있다. 즉, 상기 금속 코어(110)가 열처리된 상태에서 상기 소스가 제공될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 코어(110) 상에 상기 절연성 쉘(120)이 코팅될 수 있다.
예를 들어, 상기 소스는, 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트 수용액을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 비닐 이미다졸-실란 공중합체와 폴리스타이렌술포네이트 수용액은 라디칼 중합에 의해 제조되며, 개시제(initiator)로는 2,2-아조비스이소부티로니트릴(azobisisobutyronitrile)을 비롯한 일반적인 용액 중합에 사용되는 개시제들이 사용될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비닐 이미다졸-실란 공중합체 제조를 위한 실란 단량체로는 비닐 트리메톡시 실란, 비닐 트리에톡시 실란, 비닐 트리아세톡시 실란, γ-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 알릴 트리메톡시실란, 메타아크릴옥시 프로필 트리 메톡시실란 등의 비닐기를 가지는 실란이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 비닐 이미다졸-실란 공중합체 제조를 위한 라디칼 공중합시 실란 단량체의 첨가량은 비닐 이미다졸과 실란 단량체 총 부피 100에 대하여 5~20 부피일 수 있으며, 개시제의 농도는 비닐 이미다졸과 실란 단량체 중량부 100에 대하여 0.05~0.5 중량부일 수 있다.
공중합 시간은 12~24시간일 수 있다. 공중합 시간이 12시간 미만이면, 단량체들이 충분히 공중합체로 형성되지 않을 수 있으며, 12시간 이상이면, 공정 시간이 길어져서 공정상의 시간이 길어지거나 비용이 증가하는 문제점이 발생될 수 있다. 공중합에 필요한 반응 온도는 용액 중합에 사용되는 개시제가 라디칼을 형성하여 단량체들이 중합을 일으킬 수 있는 50~70℃일 수 있다. 또한, 첨가되는 비닐 이미다졸-실란 공중합체의 부피는, 상기 금속 코어(110) 1g에 대하여 0.5~1 mL일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 폴리스타이렌술포네이트 수용액 중합시 스타이렌술포네이트 단량체와 개시제의 비는, 단량체 100 몰에 대하여 0.1 ~ 0.2 몰 비일 수 있으며, 중합에 필요한 반응 온도는 용액 중합에 사용되는 개시제가 라디칼을 형성하여 스타이렌술포네이트 단량체가 중합을 일으킬 수 있는 40 ~ 50 ℃ 일 수 있다. 중합 시간은 스타이렌술포네이트 단량체가 고분자로 완전히 중합되는데 소요되는 통상의 중합 반응 시간인 6 ~ 24 시간일 수 있다. 또한, 첨가되는 폴리스타이렌술포네이트 수용액의 부피는, 상기 금속 코어(110) 1g에 대하여 0.5~1 mL일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 코어(110) 상에 상기 절연성 쉘(120)이 형성된 이후, 상기 절연성 쉘(120) 상에 타겟 가스가 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 타겟 가스는, 상기 절연성 쉘(120)의 두께를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 타겟 가스는, 상기 비닐 이미다졸-실란 공중합체를 용해시킬 수 있는 강산을 기화시킨 가스일 수 있다. 구체적으로, 상기 타겟 가스는, 황산, 질산, 염산 등을 기화시킨 가스일 수 있다.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 절연성 쉘 형성 단계(S200)는, 수소-수증기 혼합기체 준비단계, 상기 금속 코어(110)를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어(110)에 상기 혼합기체를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 코어(110) 상에 상기 절연성 쉘(120)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 수소-수증기 혼합기체는, 10℃로 유지되는 이온교환수를 통과한 100-2000SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute)의 수소를 다시 -17℃로 유지되는 구리관이 형성된 응축부에 통과시켜 이슬점이 -17℃인 수소-수증기 혼합기체일 수 있다. 이후, 상기 금속 코어(110)는 900℃의 온도로 열처리되는, 상기 금속 코어(110)에 상기 혼합기체가 제공될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 금속 코어(110)는 열처리부(Furnace)에 위치시킨 후 열처리부와 배관에 남아 있는 산소를 제거하기 위해 질소(N2)로 퍼징을 수행할 수 있다. 이에 따라, 질소 및 수소 저장부에서 수증기 혼합부, 응축부, 열처리부에 이르는 배관에 남아있는 산소가 모두 질소에 밀려 제거될 수 있다.
이어, 퍼징이 완료되면, 수증기 혼합무에 10℃로 유지되는 이온교환수를 통과한 100-2000SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute)의 수소를 다시 -17℃로 유지되는 구리관이 형성된 응축부(160)에 통과시켜 이슬점이 -17℃인 수소-수증기 혼합기체를 만들 수 있다. 이어, 제조된 혼합된 혼합기체를 900℃로 유지되는 열처리부에 인가하면서 상기 금속 코어(110)를 10~200분 동안 열처리할 수 있다. 한편, 수소공급확인부는 열처리부에 수소가 공급되었는지를 확인하고, 수소제거부는 수소 공급을 확인할 때 유입된 수소를 제거할 수 있다.
이 경우, 상기 금속 코어(110)가 포함하는 복수의 금속 원소 중, 산소와 친화력이 더 큰 금속 원소(예를 들어, 실리콘, 알루미늄, 마그네슘, 크롬, 티타늄, 지르코늄, 하프늄 등)의 일부가 선택적으로 산화될 수 있다. 이에 따라, 상기 금속 코어(110)가 입자화되고, 산화된 금속 원소가 입자화된 상기 금속 코어(110) 상에 절연층이 형성될 수 있다. 결과적으로, 상기 금속 코어(110) 상에 상기 절연성 쉘(120)이 형성될 수 있다.
즉, 상기 수소-수증기 혼합기체를 사용한 코팅 방법은, 상기 금속 코어(110)가 산소 친화력이 서로 다른 복수의 원소를 포함하고 있는 경우, 용이하게 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 수소-수증기 혼합기체를 사용한 코팅 방법은, 상기 금속 코어(110)가 제1 원소 및 제2 원소를 포함하는 경우 용이하게 적용될 수 있다. 상기 제1 원소는 상기 제2 원소 보다 산소 친화력이 더 클 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 원소는 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 및 하프늄(Hf) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 원소는 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 니켈(Ni), 철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 아연(Zn), 주석(Sn), 바나듐(V) 및 망간(Mn) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 절연 코팅된 금속 구조체(100)는, 용매, 바인더, 및 첨가제와 혼합되어 페이스트(paste)로 제조될 수 있다.
구체적인 예를 들어, 상기 용매는 디에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutyl ether), 디에틸렌 글리콜 디부틸 에테르(diethylene glycol dibutyl ether), 디에틸렌 글리콜 모노부틸에테르 아세테이트
(diethylene glycol monobutyl ether acetate), 알파-터피놀(α-terpinol), 베타-터피놀(β-terpinol), 부틸 카비톨 아세테이트(butyl carbitol acetate), 카비톨 아세테이트(carbitol acetate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 바인더는 수성 바인더 또는 유성 바인더를 포함할 수 있다. 상기 수성 바인더는, 폴리스티렌 술포네이트(polystyrene sulfonate)와 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 유성 바인더는, 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 에틸렌 글리콜 부틸 에테르(ethylene glycol butyl ether), 하이드록시에틸 셀룰로오스 (hydroxyethyl cellulose), 에틸 하이드록시에틸 셀룰로오스(ethyl hydroxyethyl cellulose), 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 니트로셀룰로오스(nitrocellulose) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 첨가제는, 사슬연장제, 필름충격완화제, 건조지연제, 분산제, 접착증진제 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 사슬연장제는, 디비닐술폰, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 디글리시딜에테르, 1,6-헥산디올, 시클로헥산디메탄올, 하이드로퀴논 비스(2-하이드록시에테르)에테르, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄, 에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 디메틸티오톨루엔디아민, 디에틸톨루엔디아민 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 필름충격완화제는 폴리비닐피롤리돈을 포함할 수 있다. 상기 건조지연제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 분산제는 음이온 계면활성제, 양이온 계면활성제, 양면성 계면활성제, 비이온형 계면 활성제 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 접착증진제는 글리시독시프로필트리메톡시실란, -메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리아세톡시실란 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법은, 상기 금속 코어(110)를 준비하는 단계, 상기 금속 코어(110)를 둘러싸는 상기 절연성 쉘(120)을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 금속 코어(110)는 철(Fe)을 포함하고, 상기 절연성 쉘(120)을 형성하는 단계는, 상기 금속 코어(110)를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어(110)의 표면에 소스를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 절감되며, 고품질 및 고신뢰성의 절연 코팅된 금속 구조체가 제공될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체 및 그 제조 방법이 설명되었다. 이하, 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 인덕터 및 그 제조 방법이 설명된다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 인덕터의 사시도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 인덕터가 포함하는 전극을 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 상기 실시 예에 따른 적층형 인덕터(200)는 적층형 코일 구조체를 포함할 수 있다. 상기 적층형 코일 구조체는, 복수의 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f) 및 상기 복수의 전극을 연결하는 플러그(222)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 복수의 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)이 적층되어, 상기 적층형 코일 구조체를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 내지 제6 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체를 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1 내지 제6 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)은, 금속 코어 및 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 포함하는 금속 구조체를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층형 코일 구조체는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극(220a), 제2 전극(220b), 제3 전극(220c), 제4 전극(220d), 제5 전극(220e), 및 제6 전극(220f)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제6 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)은 각각 'ㄱ' 형상을 가질 수 있다.
상기 제1 전극 내지 상기 제6 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f)은 순차적으로 적층되되, 각 전극의 일단은 상기 플러그(222)에 의하여 연결될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 전극(220a)의 일 단 및 상기 제2 전극(220b)의 타 단은 서로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(220b)의 일 단 및 상기 제3 전극(220c)의 타 단은 서로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제3 전극(220c)의 일 단 및 상기 제4 전극(220d)의 타 단은 서로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제4 전극(220d)의 일 단 및 상기 제5 전극(220e)의 타 단은 서로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제5 전극(220e)의 일 단 및 상기 제6 전극(220f)의 타 단은 서로 연결될 수 있다.
결과적으로 'ㄱ' 형상을 갖는 상기 제1 전극 내지 제6 전극(220a, 220b, 220c, 220d, 220e, 220f) 각각의 일단이 서로 연결되며 적층됨에 따라, 코일 형태의 구조체가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 적층형 코일 구조체를 제조하는 단계는, 페라이트(Ferrite) 분말을 준비하는 단계, 상기 페라이트 분말을 하소 및 분쇄한 후 바인더와 혼합하여 슬러리(slurry)를 제조하는 단계, 상기 페라이트 슬러리를 이용하여 베이스 시트(base sheet)를 제조하는 단계, 상기 베이스 시트에 비아홀(via-hole)을 형성하는 단계, 비아홀이 형성된 상기 베이스 시트 상에 소스 물질을 제공하여, 전극을 형성하는 단계, 및 전극이 형성된 복수의 상기 베이스 시트를 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 소스 물질은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 상기 실시 예에 따른 절연 코팅된 금속 구조체를 포함할 수 있다.
또는, 이와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 적층형 코일 구조체를 제조하는 단계는, 페라이트(Ferrite)를 포함하는 제1 베이스 시트(base sheet)를 준비하는 단계, 상기 제1 베이스 시트의 일 영역 상에 제1 전극을 형성하는 단계, 상기 제1 전극의 일 영역이 덮히도록 상기 제1 전극이 형성된 상기 베이스 시트 상에 제2 베이스 시트를 적층하는 단계, 상기 제2 베이스 시트의 일 영역 및 상기 제1 베이스 시트의 열 영역이 연결되도록, 상기 제1 베이스 시트 및 상기 제2 베이스 시트 상에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극 및 제2 전극이 코일 형태로 적층된 구조체가 형성될 수 있다. 이후, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 형성된 방법으로, 상기 제2 전극 상에 제3 내지 제6 전극이 형성되어, 상기 제1 내지 제6 전극이 적층된 코일 구조체가 형성될 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 절연 코팅된 금속 구조체
110: 금속 코어
120: 절연성 쉘
200: 적층형 인덕터

Claims (6)

  1. 금속 코어를 준비하는 단계; 및
    상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 금속 코어는, 철(Fe)를 포함하고,
    상기 절연성 쉘을 형성하는 단계는,
    상기 금속 코어를 열처리하는 동시에, 상기 금속 코어의 표면에 소스를 제공하는 단계를 포함하는 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 코어를 준비하는 단계는,
    금속 산화물 구조체를 준비하는 단계;
    상기 금속 산화물 구조체를 분쇄하여 금속 산화물 입자를 제조하는 단계;
    상기 금속 산화물 입자를 용매와 혼합하여, 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 슬러리를 분무 및 건조하여, 금속 산화물 응집체를 제조하는 단계; 및
    상기 금속 산화물 응집체를 환원시키는 단계를 포함하는 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은, 블록공중합체 폴리머인 것을 포함하는 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 코어는, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 크롬(Cr) 중에서 적어도 어느 하나를 포함하는 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 절연성 쉘은, 산화물 또는 질화물인 것을 포함하는 절연 코팅된 금속 구조체의 제조 방법.
  6. 제1 항에 따른 상기 금속 코어 및 상기 금속 코어를 둘러싸는 절연성 쉘을 포함하는 금속 구조체를 포함하는 적층형 코일 구조체를 포함하는 적층형 인덕터.
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