KR20230149785A

KR20230149785A - 코일 전자부품

Info

Publication number: KR20230149785A
Application number: KR1020230139660A
Authority: KR
Inventors: 정정혁; 이종민
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2018-11-27
Filing date: 2023-10-18
Publication date: 2023-10-27
Also published as: CN111223651B; KR20200062748A; US20200168386A1; CN111223651A

Abstract

본 발명은 바디, 상기 바디 내부에 배치되며, 지지기판과, 상기 지지기판의 적어도 일면 상에 배치되고 적어도 1회의 턴을 형성하는 코일 패턴을 포함하는 코일부, 상기 바디의 외부에 배치되어 상기 코일 패턴의 양단과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극, 및 상기 제1 및 제2 외부전극은 상기 코일 패턴과 접속하도록 상기 바디의 측면에 배치된 제1 도금층과 상기 제1 도금층을 피복하고, 상기 바디의 주면으로 연장하여 배치된 전도성 수지층을 포함하며, 상기 코일 패턴의 종횡비는 1 미만이고 폭(W1)은 상기 제1 및 제2 외부 전극의 폭(W2)과 비교하여 0.8W2≤W1≤W2의 조건을 만족하는 코일 전자 부품에 관한 것이다.

Description

코일 전자부품{COIL ELECTRONIC COMPONENT}

본 발명은 코일 전자부품에 관한 것이다.

코일 전자부품 중 하나인 인덕터(inductor)는 저항, 커패시터와 더불어 전자회로를 이루어 노이즈(Noise)를 제거하는 대표적인 수동소자이다.

박막형 인덕터는 도금으로 내부 코일부를 형성한 후, 금속 자성 분말 및 수지를 혼합시킨 금속 자성 분말-수지 복합체를 경화하여 바디를 제조하고, 바디의 외측에 외부전극을 형성하여 제조한다.

국내공개특허공보 제2017-0015103호 국내공개특허공보 제2018-0068149호

본 발명은 코일 패턴의 높은 종횡비(코일 두께/코일 선폭)를 구현할 때 턴수가 많아 단차가 발생하게 되는 문제점을 해결하고자 코일 두께 대비 코일의 선 폭을 넓혀 Low profile(저구배) 특성을 구현한 코일 전자부품에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시형태는 바디;상기 바디 내부에 배치되며, 지지기판과, 상기 지지기판의 적어도 일면 상에 배치되고 적어도 1회의 턴을 형성하는 코일 패턴을 포함하는 코일부;상기 바디의 외부에 배치되어 상기 코일 패턴의 양단과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극; 및 상기 제1 및 제2 외부전극은 코일 패턴과 접속하도록 상기 바디의 측면에 배치된 제1 도금층과 상기 제1 도금층을 피복하고, 상기 바디의 주면으로 연장하여 배치된 전도성 수지층을 포함하며, 상기 코일 패턴의 종횡비는 1 미만이고 폭(W1)은 상기 제1 및 제2 외부 전극의 폭(W2)과 비교하여 0.8W2≤W1≤W2의 조건을 만족하는 코일 전자 부품을 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 코일 패턴의 선폭을 넓힘으로써 단차가 발생하게 되는 문제점을 해결하여 Low profile(저구배) 특성을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 의한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 4는 도 3의 II-II'선에 의한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.
도 6은 도 5의 III-III'선에 의한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일부의 단면도이다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

코일 전자부품

이하에서는 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품을 설명하되, 특히 박막형 인덕터로 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 코일 전자부품에 따른 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.

도 1을 참조하면, 코일 전자부품의 일 예로써 전원 공급 회로의 전원 라인에 사용되는 박막형 인덕터가 개시된다.

도 2는 도 1의 I-I'선에 의한 단면도이다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품은 바디(100), 상기 바디(100)의 내부에 매설된 코일부(200) 및 상기 바디(100)의 외측에 배치되어 상기 내부 코일부(211, 221, 212, 222)와 연결된 제 1 및 제 2 외부전극(301,302)을 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 코일 전자부품에 있어서, '길이' 방향은 도 1의 'X' 방향, '폭' 방향은 'Y' 방향, '두께' 방향은 'Z' 방향으로 정의하기로 한다.

상기 바디(100)는 박막형 인덕터의 외관을 이루며, 자기 특성을 나타내는 재료라면 제한되지 않고, 예를 들어, 금속 자성 분말을 포함할 수 있다.

예를 들면, 바디(100)는 페라이트 또는 금속 자성 분말이 수지에 충진된 것일 수 있다. 페라이트는, 예를 들면, Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Zn-Cu계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 또는 Li계 페라이트 등의 물질로 이루어질 수 있다. 금속 자성 분말은 철(Fe), 실리콘(Si), 크롬(Cr), 알루미늄(Al) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 금속 자성 분말의 직경은 약 0.1㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 바디(100)는 이러한 페라이트나 금속 자성 분말이 에폭시 수지나 폴리이미드 수지 등의 열경화성 수지에 분산된 형태일 수 있다. 바디부(100)의 두께(T)는 적용되는 전자 기기에 따라 다를 수 있으며, 대략 500㎛ 내지 900㎛ 정도일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 바디(100)의 내부에 배치된 지지기판(230)의 일면에는 적어도 1회의 턴을 형성하는 코일 패턴(211, 221, 212, 222)을 포함하는 코일부가 형성되며, 상기 지지기판(230)의 일면과 마주보는 타면에는 적어도 1회의 턴을 형성하는 코일 패턴(211, 221, 212, 222)을 포함하는 코일부가 형성된다. 지지기판(230)의 양면 상에 각각 적층된 복수의 코일층(211, 212, 221, 222)은 지지기판(230)을 관통하는 비아(214, 224, 234)를 통하여 전기적으로 연결된다. 코일 패턴(211, 212, 221, 222) 사이에는, 지지기판(230) 양면 상에 각각 배치되며 코일 패턴(211, 212, 221, 222)을 덮는 절연층(213, 215, 223, 225)이 각각 배치된다.

상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)은 전기 도금을 수행하여 형성할 수 있다.

상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)은 폭(W1)에 대한 두께(h1)의 비(h1/W1,h2/W1) 인 어스펙트 비(Aspect Ratio: AR)가 1 미만이다. 일례에 따른 코일 부품의 제1 및 제2 코일층의 코일 패턴(211, 221, 212, 222)은 어스펙트 비가 서로 유사하다. 예를 들면, 상기 코일 패턴의 종횡비는 1 미만이고, 특히 종횡비가 0.3 초과 0.5 미만일 수 있다.

한편, 코일 부품, 예를 들면, 인덕터 등의 주요 특성 중 하나인 직류 저항(R_dc) 특성은 코일부의 단면적이 클수록 낮아진다. 또한, 인덕턴스는 자속이 지나가는 바디부 내의 자성 영역의 면적이 클수록 커진다. 따라서, 직류 저항(R_dc)을 낮추면서 동시에 인덕턴스를 향상시키기 위해서는 코일부의 단면적을 증가시키면서 자성 영역의 면적을 증가시키는 것이 필요하다. 코일부의 단면적을 증가시키기 위해서는 코일 패턴의 폭을 증가시키는 방법과 코일 패턴의 두께를 증가시키는 방법이 있으나, 단순히 코일 패턴의 폭을 증가시키는 경우 코일 패턴 간의 쇼트(short)가 발생될 우려가 있다. 또한, 구현할 수 있는 코일 패턴의 턴 수의 한계가 발생하며, 자성 영역이 차지하는 면적의 축소로 이어져 효율이 저하되고 고용량 제품 구현에도 한계가 발생한다. 이러한 한계를 극복하고자, 코일 패턴의 폭은 증가시키지 않고, 두께를 증가시켜, 높은 어스펙트 비(코일 두께/코일 선폭)를 가지는 코일 패턴을 구현하는 것이 요구된바 있다. 그러나 코일 패턴의 높은 어스펙트 비를 구현할 때에는 턴 수가 많아 단차가 발생하게 되는 문제점이 발생한다. 본 발명의 일례에 따른 코일 전자 부품에서와 같이 코일 패턴(211, 221, 212, 222)의 어스펙트 비가 1 미만인 경우, 코일 패턴 형성 공정기술이 허용하는 산포 내에서 코일 패턴의 높이와 폭을 자유롭게 조절할 수 있으므로, 패턴의 균일도가 우수하며, 단면적을 넓힐 수 있어 낮은 직류 저항(R_dc) 특성을 구현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 코일부의 단면도이다.

코일 패턴(211, 221, 212, 222)은 상술한 바와 같이 폭(W1)에 대한 두께(h1)의 비(h1/W1, h2/W1)의 비인 어스펙트 비(Aspect Ratio: AR)가 1 미만이다. 또한, 적어도 1회의 턴 수를 가지며, 단일의 턴 수를 가질 수도 있다. 여기서 단일의 턴 수를 가진다는 의미는 1 이하의 턴 수를 가지는 것을 의미한다. 어스펙트 비가 1 이상인 경우에 비하여 턴 수를 적게 구현하므로, 코일 폭을 증가시켜 단차를 줄일 수 있다. 턴 수가 비록 적어도, 코일 패턴의 폭(W1)이 전극의 폭(W2)의 80 내지 100%이므로, 어스펙트 비가 1 이상인 경우에 비하여 하면 전극과 중첩되는 영역이 증가하여 인덕턴스를 구현할 수 있다. 어스펙트 비가 1 이상인 종래의 코일에 비하여 도금의 산포를 개선하여 Low profile, 소위 저구배 인덕터를 제공한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.

도 4는 도 3의 II-II'선에 의한 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 코일 전자부품의 코일부가 나타나게 도시한 개략 사시도이다.

도 6은 도 5의 III-III'선에 의한 단면도이다.

도면에서는 제 1 코일층(211, 221) 및 제 2 코일층(212, 222) 만을 도시하였으나, 그 이상의 코일층이 제 2 코일층(212, 222) 상에 더 형성될 수 있음은 물론이며, 이들 사이에 비아가 형성된 절연층이 배치되어 서로 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이다. 이 경우 추가되는 코일층은 제 1 코일층(211, 221) 또는 제 2 코일층(212, 222)의 내용을 적용할 수 있다. 또한, 제 1 코일층(211, 221) 및 제 2 코일층(212, 222) 사이에 코일층이 더 형성될 수도 있음은 물론이며, 이들 사이에 비아가 형성된 절연층이 배치되어 서로 전기적으로 연결될 수 있음은 물론이다. 이 경우 역시 추가되는 코일층에는 제 1 코일층(211, 222) 또는 제 2 코일층(212, 222)의 내용을 적용할 수 있다. 즉, 턴 수를 줄여 용량이 감소하는 부분은 다층으로 구성하여 용량을 추가 확보할 수 있다.

지지기판(230)은 복수의 코일층(211, 212, 221, 222)을 지지할 수 있는 것이면 그 재질이나 종류가 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 동박적층판(CCL), 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등일 수 있다. 또한, 절연 수지로 이루어진 절연 기판일 수도 있다. 절연 수지로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 유리 섬유 또는 무기 필러와 같은 보강재가 함침된 수지, 예를 들면, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine) 수지, PID(Photo Imagable Dielectric) 수지 등이 사용될 수 있다. 즉, 지지기판(230) 중간에 ABF 층이 추가되어 종래 코일로 되어 있는 구조 대비 코일부의 강성이 강화될 수 있다. 강성 유지의 관점에서는, 유리 섬유 및 에폭시 수지를 포함하는 절연 기판을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 지지기판(230)의 두께(T)는 80㎛ 이하, 바람직하게는 60㎛ 이하, 보다 바람직하게는 40㎛ 이하일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 지지기판(230)의 중앙부는 관통되어 관통 홀(105)을 형성하고, 상기 관통 홀(105)은 자성 재료로 충진되어 코어부를 형성한다. 자성 재료로 충진되는 코어부를 형성함에 따라 인덕턴스(Ls)를 향상시킬 수 있다.

상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)는 스파이럴(spiral) 형상으로 형성될 수 있으며, 상기 지지기판(230)의 일면과 타면에 형성된 코일 패턴(211, 221, 212, 222)은 상기 지지기판(230)을 관통하여 형성되는 비아(214, 224, 234)를 통해 전기적으로 접속된다.

상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)과 비아(214, 224, 234)는 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt) 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다. 상기 지지기판(230)의 일면에 형성된 코일 패턴(211, 221, 212, 222)의 일 단부는 바디(100)의 길이(X) 방향의 일 단면으로 노출되며, 지지기판(230)의 타면에 형성된 코일 패턴(211, 221, 212, 222)의 일 단부는 바디(100)의 길이(X) 방향의 타 단면으로 노출된다.

다만, 반드시 이에 제한되지 않으며, 상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)의 각각의 일 단부는 상기 바디(100)의 적어도 일면으로 노출될 수 있다.

상기 바디(100)의 단면으로 노출되는 상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222) 각각과 접속하도록 상기 바디(100)의 외측에 제 1 및 제 2 외부전극(301, 302)이 형성된다.

상기 제 1 및 제 2 외부 전극(301, 302)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn), 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.

상기 외부 전극(301, 302)은 상기 바디(100)의 두께 방향의 양 측면 및/또는 폭 방향의 양 측면으로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 외부 전극(301, 302)은 상기 바디(100)의 하면에 형성될 수 있으며, 상기 바디(100)의 길이 방향 양 측면으로 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 외부 전극(301, 302)의 배치 형상은 특별히 제한되지 않으며, 다양한 형상으로 배치될 수 있다.

도 2, 도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 외부 전극(301, 302)은 상기 코일 패턴(211, 221, 212, 222)과 접속하도록 상기 바디(100)의 측면에 배치된 제1 도금층(31a)과 상기 제1 도금층(31a)을 피복하며, 상기 바디(100)의 주면으로 연장하여 배치된 전도성 수지층(31b)을 포함한다. 상기 제1 도금층(31a)은 상기 바디(100)의 측면에 배치되며, 상기 바디(100)의 주면으로 연장하여 형성되지 않는다. 즉, 상기 제1 도금층(31a)은 상기 바디(100)의 측면에만 배치되며, 후술하는 바와 같이 상기 바디(100)의 주면에는 상기 전도성 수지층(31b)과 제2 도금층(31c, 31d)만이 배치될 수 있다. 상기 제1 도금층(31a)은 구리 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 도금층(31a)을 피복하며, 상기 바디(100)의 주면으로 연장하여 배치된 전도성 수지층(31b)을 포함한다. 상기 전도성 수지층(31b)은 상기 제1 도금층(31a)을 피복하며, 상기 바디(100)의 주면으로 연장하여 배치되므로, 상기 바디(100)는 길이 방향 측면에 제1 도금층(31a)이 배치되고, 그 상부에 상기 전도성 수지층(31b)이 배치되며, 상기 바디(100)의 주면에는 상기 전도성 수지층(31b)만 배치되고, 상기 제1 도금층(31a)은 형성되지 않은 형상을 갖는다.

상기 전도성 수지층(31b)은 구리(Cu) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상과 열경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열경화성 수지는 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등의 고분자 수지일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 전도성 수지층(31b) 상에는 제2 도금층(31c, 31d)이 더 배치될 수 있다. 상기 제2 도금층(31c, 31d)은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 니켈(Ni)층(31c)과 주석(Sn)층(31d)이 순차로 배치될 수 있다.

상기 바디에서 상기 코일부를 커버하는 영역을 커버부라고 할 때 상기 커버부의 두께(T1)는 상기 코일부의 두께(T2)보다 작을 수 있다. 예를 들어, T2≥2T1 일 수 있으며, 구체적으로 상부 및 하부 커버부의 두께는 각각 100um, 코일부는 450um일 수 있다.

본 개시에서 사용된 일례 라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그 러나, 상기 제시된 일례들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일례에서 설명된 사항이 다른 일례에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일례에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.

또한, 본 개시에서 사용된 용어는 단지 일례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경 또는 삭제 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 바디
105: 관통 홀
200: 코일부
211, 221, 212, 222: 코일 패턴
213, 215, 223, 225: 절연층
214, 224, 234: 비아
230: 지지기판
301, 302: 외부전극
31a: 제1 도금층
31b: 전도성 수지층
31c: 니켈(Ni) 도금층
31d: 주석(Sn) 도금층

Claims

바디;
상기 바디 내에 다층으로 배치되며, 각 층에서 복수의 턴을 형성하는 코일 패턴을 포함하는 코일부; 및
상기 바디 상에 배치되어 상기 코일 패턴과 각각 연결된 제1 및 제2 외부 전극; 을 포함하고,
상기 제1 및 제2 외부전극은 상기 코일 패턴과 접하는 제1 도금층, 및 상기 제1 도금층을 커버하며 적어도 일부가 상기 바디 상으로 연장되는 전도성 수지층을 포함하며,
상기 각 층의 상기 코일 패턴 각각의 종횡비는 1 미만이고,
상기 제1 및 제2 외부 전극 각각의 폭(W2)에 대한 상기 코일 패턴의 폭(W1)의 비(W1/W2)는 0.8 이상 1 이하이고,
상기 전도성 수지층 중 상기 바디와 접하는 영역과 상기 코일부 사이의 간격은, 상기 코일부의 두께의 1/2 이하인, 코일 전자 부품.
제1항에 있어서,
상기 코일 패턴은 종횡비가 0.3 초과 0.5 미만인, 코일 전자 부품.
제1항에 있어서,
상기 전도성 수지층은 구리 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상과 열경화성 수지를 포함하는 코일 전자 부품.
제1항에 있어서,
상기 제1 도금층은 구리 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상으로 이루어진 코일 전자 부품.
제1항에 있어서,
상기 전도성 수지층 상에 제2 도금층이 더 배치된 코일 전자부품.
제5항에 있어서,
상기 제2 도금층은 니켈(Ni)층과 주석(Sn)층이 순차로 배치된 형태인 코일 전자 부품.
제1항에 있어서,
상기 바디에서 상기 코일부를 커버하는 영역을 커버부라고 할 때 상기 커버부의 두께는 상기 코일부의 두께보다 작은 코일 전자 부품.
제7항에 있어서,
상기 코일부의 두께는 상기 커버부의 두께의 2배 이상인 코일 전자 부품.