WO2016039518A1 - 파워 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2016039518A1
WO2016039518A1 PCT/KR2015/004139 KR2015004139W WO2016039518A1 WO 2016039518 A1 WO2016039518 A1 WO 2016039518A1 KR 2015004139 W KR2015004139 W KR 2015004139W WO 2016039518 A1 WO2016039518 A1 WO 2016039518A1
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WO
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substrate
power inductor
external electrode
coil
metal powder
Prior art date
Application number
PCT/KR2015/004139
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English (en)
French (fr)
Inventor
박인길
노태형
김경태
조승훈
정준호
남기정
이정규
박종필
김영탁
Original Assignee
주식회사 이노칩테크놀로지
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/02—Fixed inductances of the signal type  without magnetic core
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    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils

Definitions

  • the present invention relates to a power inductor, and more particularly, to a power inductor capable of preventing a short with a peripheral device and a method of manufacturing the same.
  • Power inductors are mainly provided in power supply circuits such as DC-DC converters in portable devices. Such power inductors have been increasingly used in place of the conventional coiled choke coil patterns (Choke Coil) in accordance with the high frequency and miniaturization of the power circuit. In addition, power inductors are being developed in the direction of miniaturization, high current, and low resistance according to the size reduction and multifunction of portable devices.
  • the power inductor may be manufactured in the form of a laminate in which ceramic sheets made of a plurality of ferrites or low dielectric constant dielectrics are stacked.
  • a metal pattern is formed on the ceramic sheet in the form of a coil pattern, and the coil pattern formed on each ceramic sheet is connected by conductive vias formed in each ceramic sheet, and overlaps along the vertical direction in which the sheets are stacked. Can be achieved.
  • the body constituting such a power inductor is conventionally manufactured using a magnetic material composed of quaternary systems of nickel (Ni) -zinc (Zn) -copper (Cu) -iron (Fe).
  • the magnetic material may not implement the high current characteristic required by recent portable devices because the saturation magnetization value is lower than that of the metal material. Therefore, by manufacturing the body constituting the power inductor using metal powder, the saturation magnetization value can be relatively increased as compared with the case in which the body is made of magnetic material.
  • the saturation magnetization value can be relatively increased as compared with the case in which the body is made of magnetic material.
  • eddy current loss and hysteresis loss at high frequencies may increase, resulting in a serious loss of material.
  • a structure insulating a polymer between metal powders is applied.
  • the power inductor has a structure in which a coil is formed inside the body including the metal powder and the polymer, and an external electrode is formed outside the body to be connected to the coil.
  • the external electrodes may be formed on the lower and upper portions as well as on two opposite sides of the body.
  • an external electrode formed on the lower surface of the body is mounted on a printed circuit board (PCB).
  • the power inductor is mounted adjacent to the power management IC (PMIC).
  • the PMIC has a thickness of about 1 mm, and power inductors are also manufactured to the same thickness. Because PMICs generate high-frequency noise that affects peripheral circuits or devices, the PMIC and power inductor are covered with a shield can made of metal, such as stainless steel. However, the power inductor is shorted with the shield can because the external electrode is also formed on the upper side.
  • a power inductor manufactured by using a metal powder and a polymer has a problem in that inductance is lowered with increasing temperature. That is, the temperature of the power inductor increases due to the heat generation of the portable device to which the power inductor is applied, and as a result, the inductance decreases while the metal powder forming the body of the power inductor is heated.
  • the present invention provides a power inductor capable of preventing a short circuit of an external electrode and a method of manufacturing the same.
  • the present invention provides a power inductor capable of preventing a short with a shield can by preventing an external electrode from being formed on an upper side of a body, and a method of manufacturing the same.
  • the present invention provides a power inductor capable of improving stability to temperature and thus preventing a decrease in inductance.
  • a power inductor includes a body; A substrate provided inside the body; A coil formed on the substrate; First external electrodes connected to the coils and formed on first and second surfaces of the body facing each other; And a second external electrode connected to the first external electrode and formed on a third surface adjacent to the first and second surfaces of the body.
  • the second external electrode is mounted on the PCB and is spaced apart from the central portion of the third surface of the body.
  • a power inductor comprising: a body having a step formed in a portion of an upper surface thereof; A substrate provided inside the body; A coil formed on the substrate; And external electrodes connected to the coil and formed on the lower and upper portions of the body from first and second surfaces of the body, which are opposed to each other, wherein the external electrodes are formed at a height lower than the step at the top of the body.
  • a power inductor includes a body; A substrate provided inside the body; A coil formed on the substrate; An external electrode formed on one surface of the body; And a connection electrode provided inside the body to connect the coil and an external electrode.
  • the external electrode is mounted on the PCB and is formed spaced apart from the central portion of the body, the external electrode is formed by growing from the connection electrode.
  • the body comprises a metal powder, a polymer and a thermally conductive filler.
  • the metal powder includes a metal alloy powder including iron, and at least one of a magnetic body and an insulator is coated on the surface.
  • the thermally conductive filler includes one or more selected from the group consisting of MgO, AlN, and carbon-based materials, and is included in an amount of 0.5 wt% to 3 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder.
  • the substrate is bonded to the copper foil on both sides of the metal plate containing iron.
  • a magnetic layer is provided on at least one region of the body and has a magnetic permeability higher than that of the body.
  • the substrate is provided with at least two, the coils are each provided on the at least two substrates, the coils are connected by side electrodes formed on the fourth side of the body.
  • a method of manufacturing a power inductor includes forming a coil on at least one substrate; Forming a plurality of sheets containing the metal powder and the polymer; Stacking and pressing the plurality of sheets with the substrate therebetween to form a body by molding; Forming a second external electrode on one surface of the body to be spaced apart by a predetermined distance; And forming a first external electrode connected to the second external electrode on a side of the body.
  • the second external electrode is formed by bonding a copper foil spaced at a predetermined interval on one surface of the body by bonding a copper foil and then growing a plating layer from the copper foil by performing a plating process.
  • a method of manufacturing a power inductor includes forming a coil on at least one substrate; Forming a plurality of sheets containing a metal powder and a polymer and having holes formed in predetermined regions; Stacking and pressing the plurality of sheets with the substrate interposed therebetween to form a body having a through hole for exposing a predetermined region of the coil; Filling the through holes to form a connection electrode; Forming an external electrode on one surface of the body to be connected to the connection electrode.
  • connection electrode may be formed by filling an at least part of the through hole by performing an electroless plating process and then performing an electroplating process to fill the through hole, and the external electrode is formed by growing from the connection electrode by an electroplating process. do.
  • the substrate is a copper foil bonded to at least one surface of the metal plate containing iron, and the sheet further contains a thermally conductive filler.
  • the power inductor according to the present invention forms a second external electrode on the lower surface of the body facing the PCB, and forms a first external electrode on the side of the body to be connected thereto.
  • an external electrode is formed on the lower surface of the body facing the PCB, and a connection electrode connected to the coil is formed inside the body to be connected to the external electrode. Therefore, since the external electrode is not formed on the body, it is possible to prevent the shield can and the power inductor from shorting.
  • a body including a metal powder, a polymer and a thermally conductive filler, and accordingly it is possible to release the heat of the body by the heating of the metal powder to the outside to prevent the temperature rise of the body to reduce the problem of inductance You can prevent it.
  • At least two or more substrates each having a coil pattern formed on at least one surface may be provided in the body to form a plurality of coils in one body, thereby increasing the capacity of the power inductor.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power inductor according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the lower surface of FIG.
  • 4 to 6 are cross-sectional views of a power inductor according to second embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a power inductor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 and 9 are cross-sectional views taken along the line A-A 'and line B-B' of FIG.
  • FIG. 10 is a perspective view of a power inductor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view of a power inductor according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1.
  • FIG. 13 is a plan view of the bottom surface of FIG. 1;
  • FIGS. 14 to 17 are diagrams for describing a method of manufacturing a power inductor according to a first embodiment of the present invention.
  • 18 to 21 are views for explaining a method of manufacturing a power inductor according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a power inductor according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1
  • FIG. 3 is a bottom plan view of FIG. 1.
  • the power inductor according to the first embodiment of the present invention includes a body 100, at least one substrate 200 provided inside the body 100, and at least one substrate 200.
  • Coil patterns 310 and 320 formed on at least one surface of the first and second external electrodes 410 and 420 provided on two opposite sides of the body 100 and connected to the coil patterns 310 and 320, respectively.
  • second external electrodes 510, 520; 500 which are provided on the lower surface of the body 100 at predetermined intervals and are connected to the first external electrodes 410, 420; 400, respectively.
  • the lower surface of the body 100 is a surface mounted on the PCB facing the PCB
  • the side surface of the body 100 is a surface between the lower surface of the body 100 and the upper surface opposite thereto.
  • the external electrode is not formed on the upper surface of the body 100, and the first and second external electrodes 400 and 500 are formed only on two opposite sides and the lower surface of the body 100. .
  • the body 100 may be, for example, a hexahedral shape. However, the body 100 may have a shape of a polyhedron other than a hexahedron.
  • the body 100 may include a metal powder 110, a polymer 120, and a thermally conductive filler 130.
  • the metal powder 110 may have an average particle diameter of 1 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the metal powder 110 may use a single particle or two or more kinds of particles of the same size, or may use a single particle or two or more kinds of particles having a plurality of sizes. For example, the first metal particles having an average size of 30 ⁇ m and the second metal particles having an average size of 3 ⁇ m may be mixed and used.
  • the filling rate of the body 100 may be increased to maximize the capacity. For example, when a metal powder of 30 ⁇ m is used, voids may occur between the metal powder of 30 ⁇ m, and thus the filling rate may be lowered. However, the filling rate can be increased by mixing a smaller 3 ⁇ m metal powder between the 30 ⁇ m metal powder.
  • the metal powder 110 may use a metal material including iron (Fe), for example iron-nickel (Fe-Ni), iron-nickel-silicon (Fe-Ni-Si), iron-aluminum- It may include one or more metals selected from the group consisting of silicon (Fe-Al-Si) and iron-aluminum-chromium (Fe-Al-Cr). That is, the metal powder 110 may be formed of a metal alloy having magnetic structure or magnetic properties including iron, and may have a predetermined permeability. In addition, the surface of the metal powder 110 may be coated with a magnetic material, and may be coated with a different material having a different permeability from the metal powder 110.
  • Fe iron
  • Fe-Ni iron-nickel
  • Fe-Si-Si iron-aluminum- It may include one or more metals selected from the group consisting of silicon (Fe-Al-Si) and iron-aluminum-chromium (Fe-Al-Cr). That
  • the magnetic body may be formed of a metal oxide magnetic material, and may be formed of a nickel oxide magnetic material, a zinc oxide magnetic material, a copper oxide magnetic material, a manganese oxide magnetic material, a cobalt oxide magnetic material, a barium oxide magnetic material, and a nickel-zinc-copper oxide magnetic material.
  • a metal oxide magnetic material may be formed of a nickel oxide magnetic material, a zinc oxide magnetic material, a copper oxide magnetic material, a manganese oxide magnetic material, a cobalt oxide magnetic material, a barium oxide magnetic material, and a nickel-zinc-copper oxide magnetic material.
  • One or more oxide magnetic materials selected may be used. That is, the magnetic body coated on the surface of the metal powder 110 may be formed of a metal oxide containing iron, it is preferable to have a higher permeability than the metal powder (110). In addition, the metal powder 110 may have a surface coated with at least one insulator.
  • the metal powder 110 may be coated with an oxide on a surface thereof, or may be coated with an insulating polymer material such as parylene.
  • the oxide may be formed by oxidizing the metal powder 110, and may be formed of TiO 2 , SiO 2 , ZrO 2 , SnO 2 , NiO, ZnO, CuO, CoO, MnO, MgO, Al 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Fe One selected from 2 O 3 , B 2 O 3 and Bi 2 O 3 may be coated.
  • the surface of the metal powder 110 may be coated using various insulating polymer materials in addition to parylene.
  • the metal powder 110 may be coated with an oxide having a dual structure, and may be coated with a dual structure of an oxide and a polymer material.
  • the metal powder 110 may be coated with an insulating material after the surface is coated with a magnetic material.
  • the surface of the metal powder 110 is coated with an insulator, it is possible to prevent a short due to contact between the metal powder 110.
  • the polymer 120 may be mixed with the metal powder 110 to insulate between the metal powders 110. That is, the metal powder 110 may have a problem in that the loss of materials is increased due to high eddy current loss and hysteresis loss at a high frequency. 120).
  • the polymer 120 may include one or more polymers selected from the group consisting of epoxy, polyimide, and liquid crystal crystalline polymer (LCP), but is not limited thereto.
  • the polymer 120 may be formed of a thermosetting resin to provide insulation between the metal powders 110.
  • thermosetting resins include Novolac Epoxy Resin, Phenoxy Type Epoxy Resin, BPA Type Epoxy Resin and BPF Type Epoxy Resin.
  • the polymer 120 may be included in an amount of 2.0 wt% to 5.0 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder.
  • the content of the polymer 120 is increased, the volume fraction of the metal powder 110 is lowered, so that the effect of increasing the saturation magnetization value is not properly implemented, and the magnetic properties of the body 100, that is, the permeability may be reduced.
  • the content of the polymer 120 decreases, a strong acid or strong base solution used in the manufacturing process of the inductor may penetrate into the inside, thereby reducing the inductance characteristic. Therefore, the polymer 120 may be included in a range not to lower the saturation magnetization value and inductance of the metal powder 110.
  • the thermally conductive filler 130 is included to solve the problem that the body 100 is heated by external heat. That is, the metal powder 110 of the body 100 may be heated by external heat, and the heat conductive filler 130 may be included to release heat of the metal powder 110 to the outside.
  • the thermally conductive filler 130 may include one or more selected from the group consisting of MgO, AlN, and carbon-based materials, but is not limited thereto.
  • the carbon-based material may include carbon and have various shapes, for example, graphite, carbon black, graphene, graphite, or the like.
  • the thermally conductive filler 130 may be included in an amount of 0.5 wt% to 3 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder 110.
  • the thermally conductive filler 130 may have, for example, a size of 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m. That is, the thermally conductive filler 130 may have a size larger or smaller than the metal powder 110.
  • the body 100 may be manufactured by stacking a plurality of sheets made of a material including the metal powder 110, the polymer 120, and the thermally conductive filler 130. Here, when the body 100 is manufactured by stacking a plurality of sheets, the content of the thermally conductive filler 130 of each sheet may be different.
  • the content of the thermally conductive filler 130 in the sheet may increase as it moves toward the upper side and the lower side with respect to the substrate 200.
  • the body 100 is formed by printing a paste made of a material including the metal powder 110, the polymer 120, and the thermally conductive filler 130 to a predetermined thickness, or by pressing such paste into a mold and pressing the paste. If necessary, various methods may be applied and formed. In this case, the number of sheets laminated to form the body 100 or the thickness of the paste printed with a predetermined thickness may be determined to an appropriate number or thickness in consideration of electrical characteristics such as inductance required by the power inductor.
  • At least one substrate 200 may be provided inside the body 100.
  • the substrate 200 may be provided along the long axis direction of the body 100 inside the body 100.
  • the substrate 200 may be provided in one or more, for example, two substrates 200 may be spaced apart by a predetermined interval in a direction orthogonal to the direction in which the external electrode 400 is formed, for example, in a vertical direction.
  • the substrate 200 may be made of, for example, copper clad lamination (CCL) or a magnetic metal.
  • the substrate 200 may be made of a magnetic metal to increase the effective permeability and facilitate the implementation of the capacity. That is, CCL is manufactured by bonding a copper foil to glass-reinforced fibers.
  • the permeability of the power inductor is reduced.
  • the magnetic metal is used as the substrate 200, the magnetic magnetic material has a magnetic permeability, so that the magnetic permeability of the power inductor is not lowered.
  • Substrate 200 using such a magnetic metal material is a metal containing iron, for example iron-nickel (Fe-Ni), iron-nickel-silicon (Fe-Ni-Si), iron-aluminum-silicon (Fe-Al -Si) and iron-aluminum-chromium (Fe-Al-Cr) can be produced by bonding a copper foil to a plate of a predetermined thickness consisting of at least one metal selected from the group consisting of. That is, the substrate 200 may be manufactured by manufacturing an alloy made of at least one metal including iron into a plate shape having a predetermined thickness, and bonding a copper foil to at least one surface of the metal plate.
  • iron-Ni iron-nickel
  • Fe-Ni-Si iron-nickel-silicon
  • Fe-Al -Si iron-aluminum-silicon
  • Fe-Al-Cr iron-aluminum-chromium
  • At least one conductive via may be formed in a predetermined region of the substrate 200, and the coil patterns 310 and 320 formed at the upper side and the lower side of the substrate 200 by the conductive via may be electrically connected. Can be connected.
  • the conductive via may be formed by forming a via (not shown) that penetrates the substrate 200 along the thickness direction, and then fills the via with a conductive paste.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed on at least one surface, and preferably both surfaces of the substrate 200.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed in a spiral shape in a predetermined area of the substrate 200, for example, from the center portion to an outward direction, and two coil patterns 310 and 320 formed on the substrate 200 are connected to each other.
  • the upper coil pattern 310 and the lower coil pattern 320 may be formed in the same shape.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed to overlap each other, or the coil patterns 320 may be formed to overlap the region where the coil patterns 310 are not formed.
  • the coil patterns 310 and 320 may be electrically connected by conductive vias formed in the substrate 200.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed by, for example, thick film printing, coating, deposition, plating, and sputtering.
  • the coil patterns 310 and 320 and the conductive via may be formed of a material including at least one of silver (Ag), copper (Cu), and a copper alloy, but is not limited thereto.
  • a plating process for example, a metal layer, for example, a copper layer may be formed on the substrate 200 by a plating process, and patterned by a lithography process. That is, the coil patterns 310 and 320 may be formed by forming and patterning a copper layer by using a copper foil formed on the surface of the substrate 200 as a seed layer.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed in multiple layers. That is, a plurality of coil patterns may be further formed above the coil pattern 310 formed above the substrate 200, and a plurality of coil patterns may be formed below the coil pattern 320 formed below the substrate 200. It may be further formed.
  • an insulating layer may be formed between the lower layer and the upper layer, and conductive vias (not shown) may be formed in the insulating layer to connect the multilayer coil patterns.
  • the first external electrodes 410, 420; 400 may be formed at both ends of the body 100.
  • the first external electrode 400 may be formed on two side surfaces facing each other in the long axis direction of the body 100.
  • the first external electrodes 410 and 420 may be electrically connected to the coil patterns 310 and 320 formed on the substrate 200. That is, at least one end of the coil patterns 310 and 320 is exposed to the outside of the body 100 in a direction opposite to each other, and the first external electrodes 410 and 420 are connected to the ends of the coil patterns 310 and 320, respectively. It may be formed to.
  • the first external electrodes 410 and 420 may be formed on both ends of the body 100 by applying a side surface of the body 100 to a conductive paste or by various methods such as printing, deposition, and sputtering. In this case, when the conductive paste is applied to the first external electrodes 410 and 420, the conductive paste is formed only on the side surface of the body 100 without immersing the side surface of the body 100 to a predetermined depth. In addition, the first external electrodes 410 and 420 may be patterned by photo and etching processes as necessary.
  • the first external electrodes 410 and 420 may be formed of a metal having electrical conductivity, for example, at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, and alloys thereof. Can be formed.
  • the first external electrodes 410 and 420 may further have a nickel-plated layer (not shown) or a tin plating layer (not shown) on the surface thereof.
  • the first external electrodes 410 and 420 may be formed by contacting only the side surfaces of the body 100 with the conductive paste and then performing a plating process.
  • the second external electrodes 510, 520 and 500 may be formed to be spaced apart from each other under the body 100.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed to be connected to the first external electrodes 410 and 420 formed on the side surfaces of the body 100. Therefore, the second external electrodes 510 and 520 may be connected to the coils inside the body 100 through the first external electrodes 410 and 420.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed on the lower surface of the body 100 by various methods such as immersing the lower surface of the body 100 in a conductive paste or printing, vapor deposition, and sputtering. At this time, if necessary, a patterning process may be performed.
  • the body 100 when the lower surface of the body 100 is immersed in a conductive paste or the second external electrodes 510 and 520 are formed by a printing, deposition, and sputtering process, the body ( The conductive layer may be formed on the entire lower surface of the substrate 100, and may be patterned to be spaced apart from the center portion by performing a photolithography and etching process.
  • the second external electrodes 510 and 520 may not be patterned by forming a seed layer only at a lower edge of the body 100 and then performing a plating process.
  • a copper foil may be formed at the edge of the lower surface of the body 100 to form a seed layer, and then a plating process may be performed to form the second external electrodes 510 and 520.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed as a stacked structure of a seed layer and a plating layer.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed of a metal having electrical conductivity, for example, at least one metal selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, and alloys thereof. Can be formed.
  • the second external electrodes 510 and 520 may further have a nickel-plated layer (not shown) or a tin plating layer (not shown) on its surface.
  • an insulating layer 600 may be further formed between the coil patterns 310 and 320 and the body 100 to insulate the coil patterns 310 and 320 and the metal powder 110. That is, the insulating layer 600 may be formed on the upper and lower portions of the substrate 200 to cover the coil patterns 310 and 320.
  • the insulating layer 600 may include one or more materials selected from the group consisting of epoxy, polyimide, and liquid crystal crystalline polymer. That is, the insulating layer 600 may be made of the same material as the polymer 120 forming the body 100.
  • the insulating layer 600 may be coated with an insulating polymer material such as parylene on the coil patterns 310 and 320. That is, the insulating layer 600 may be coated with a uniform thickness along the steps of the coil patterns 310 and 320.
  • the insulating layer 600 may be formed on the coil patterns 310 and 320 using the insulating sheet.
  • the power inductor forms second external electrodes 510 and 520 on the lower surface of the body 100 facing the PCB, and is formed on the side of the body 100 adjacent thereto. 1 External electrodes 410 and 420 are formed. Therefore, since the external electrode is not formed on the body 100, the short of the shield can and the power inductor can be prevented.
  • the body 100 may be manufactured by including the metal powder 110, the polymer 120, and the thermally conductive filler 130. Therefore, the heat of the body 100 due to the heating of the metal powder 110 can be released to the outside to prevent the temperature rise of the body 100, thereby preventing problems such as inductance lowering.
  • by reducing the magnetic permeability of the power inductor by forming the substrate 200 inside the body 100 using a magnetic metal material.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a power inductor according to a second embodiment of the present invention.
  • a power inductor may include a body 100, at least one substrate 200 provided inside the body 100, and at least one surface of each of the at least one substrate 200.
  • the second external electrodes 510, 520; 500 and the upper and lower portions of the body 100 are provided on the bottom surface of the body 100 and are spaced apart from each other at predetermined intervals and are connected to the first external electrodes 410, 420; 400, respectively.
  • It may include at least one magnetic layer (710, 720) provided.
  • the insulation layer 600 may be further formed on the coil pattern 300.
  • the magnetic layers 710, 720; 700 may be provided in at least one region of the body 100. That is, the first magnetic layer 710 may be formed on the upper surface of the body 100, and the second magnetic layer 720 may be formed on the lower surface of the body 100.
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 are provided to increase the magnetic permeability of the body 100, and may be made of a material having a higher magnetic permeability than the body 100.
  • the permeability of the body 100 is 20 and the first and second magnetic layers 710 and 720 may be provided to have permeability of 40 to 1000.
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 may be manufactured using, for example, magnetic powder and a polymer.
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 may be formed of a material having a higher magnetism than the magnetic body of the body 100 or have a higher content of the magnetic body so as to have a higher magnetic permeability than the body 100.
  • the polymer may be added at 15 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder.
  • the magnetic powder is nickel magnetic (Ni Ferrite), zinc magnetic (Zn Ferrite), copper magnetic (Cu Ferrite), manganese magnetic (Mn Ferrite), cobalt magnetic (Co Ferrite), barium magnetic (Ba Ferrite) and nickel-zinc
  • Ni Ferrite nickel magnetic
  • Zn Ferrite zinc magnetic
  • Cu Ferrite copper magnetic
  • Mn Ferrite manganese magnetic
  • Co Ferrite cobalt magnetic
  • nickel-zinc nickel-zinc
  • One or more or one or more oxide magnetic materials thereof selected from the group consisting of -Ni-Zn-Cu Ferrite can be used.
  • the magnetic layer 600 may be formed using metal alloy powder containing iron or metal alloy oxide containing iron.
  • the magnetic powder may be coated on the metal alloy powder to form the magnetic powder.
  • one or more oxide magnetic materials selected from the group consisting of nickel oxide magnetic materials, zinc oxide magnetic materials, copper oxide magnetic materials, manganese oxide magnetic materials, cobalt oxide magnetic materials, barium oxide magnetic materials, and nickel-zinc-copper oxide magnetic materials, for example, iron It may be coated on the metal alloy powder to form a magnetic powder. That is, the magnetic oxide powder may be formed by coating the metal oxide including iron on the metal alloy powder.
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 may further include a thermally conductive filler in the metal powder and the polymer. The thermally conductive filler may be contained in an amount of 0.5 wt% to 3 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder.
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 may be manufactured in the form of a sheet and may be provided on the upper and lower portions of the body 100 in which a plurality of sheets are stacked.
  • the body 100 after forming a body 100 for printing a paste made of a material including the metal powder 110, the polymer 120 and the thermally conductive filler 130 to a predetermined thickness or by inserting the paste into a mold to press the body 100
  • the first and second magnetic layers 710 and 720 may be formed on the top and the bottom of the bottom surface, respectively.
  • the magnetic layers 710 and 720 may be formed using a paste, and the magnetic layers 710 and 720 may be formed by applying a magnetic material to the upper and lower portions of the body 100.
  • the third and fourth magnetic layers 730 and 740 are disposed on the upper and lower portions between the body 100 and the at least two substrates 200.
  • the fifth and sixth magnetic layers 750 and 760 may be further provided between them, as shown in FIG. 6. That is, at least one magnetic layer 700 may be provided in the body 100.
  • the magnetic layer 700 may be manufactured in the form of a sheet and may be provided between the bodies 100 in which a plurality of sheets are stacked. That is, at least one magnetic layer 700 may be provided between the plurality of sheets for manufacturing the body 100.
  • a magnetic layer may be formed during printing.
  • the magnetic layer can be pressed in between.
  • the magnetic layer 700 may be formed using a paste.
  • a soft magnetic material may be applied to form the magnetic layer 700 in the body 100.
  • the power inductor according to another embodiment of the present invention may improve the permeability of the power inductor by forming at least one magnetic layer 700 having a higher permeability than the body 100 in the body 100.
  • FIG. 7 is a perspective view of a power inductor according to a third exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the power inductor taken along the AA ′ line of FIG. 7, and
  • FIG. 9 is a cut along the BB ′ line of FIG. 7. It is a cross section of.
  • a power inductor may include a body 100, at least one substrate 200 provided inside the body 100, and at least one substrate 200.
  • Coil patterns 310 and 320 formed on at least one surface of the first and second external electrodes 410 and 420 provided on two opposite sides of the body 100 and connected to the coil patterns 310 and 320, respectively.
  • second external electrodes 510, 520; 500 which are provided on the lower surface of the body 100, and are connected to the first external electrodes 410, 420; 400, respectively, and the outside of the body 100.
  • the side electrodes 800 may be provided to be spaced apart from the external electrodes 400 and 500 and connected to at least one coil pattern 300 formed on each of the at least two substrates 200 in the body 100.
  • At least two substrates 210, 220, and 200 may be provided inside the body 100.
  • the at least two substrates 200 may be provided along the major axis direction of the body 100 inside the body 100 and spaced apart at a predetermined interval in the thickness direction of the body 100.
  • the substrate 200 may be made of, for example, copper clad lamination (CCL) or a magnetic metal, but is preferably made of a magnetic metal.
  • the coil patterns 310, 320, 330, 340; 300 may be formed on at least one side of each of the at least two substrates 200, preferably on both sides.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed on the lower and upper portions of the first substrate 210, respectively, and may be electrically connected to each other by conductive vias formed in the first substrate 210.
  • the coil patterns 330 and 340 may be formed on the lower and upper portions of the second substrate 220 and electrically connected to each other by conductive vias formed on the second substrate 220. That is, two or more coils may be formed in one body 100.
  • the coil patterns 310 and 330 on the upper side of the substrate 200 and the coil patterns 320 and 340 on the lower side may be formed in the same shape.
  • the plurality of coil patterns 300 may be formed to overlap each other, or the lower coil patterns 320 and 340 may be formed to overlap the region where the upper coil patterns 310 and 330 are not formed.
  • the plurality of coil patterns 300 may be formed by, for example, thick film printing, coating, deposition, plating, and sputtering.
  • the side electrode 800 may be formed on at least one side of the body 100 in which the first external electrode 400 is not formed.
  • the side electrode 800 connects at least one of the coil patterns 310 and 320 formed on the first substrate 210 and at least one of the coil patterns 330 and 340 formed on the second substrate 220. Is prepared to. Accordingly, the coil patterns 310 and 320 formed on the first substrate 210 and the coil patterns 330 and 340 formed on the second substrate 220 are electrically formed by the side electrodes 800 outside the body 100. Can be connected to each other.
  • the side electrode 800 may be formed on one side of the body 100 through various methods such as immersing the body 100 in the conductive paste, or printing, deposition and sputtering.
  • Side electrode 800 is a metal capable of imparting electrical conductivity, and may include, for example, one or more metals selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, and alloys thereof. In this case, a nickel-plating layer (not shown) or tin plating layer (not shown) may be further formed on the surface of the side electrode 800 if necessary.
  • At least two or more substrates 200 each having a coil pattern 300 formed on at least one surface thereof are provided in the body 100, and the side surface outside the body 100.
  • the electrode 800 By being connected by the electrode 800, a plurality of coils may be formed in one body 100, thereby increasing the capacity of the power inductor.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a power inductor according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the power inductor according to the fourth embodiment of the present invention may include a body 100 having a step 150 formed in at least one region of an upper surface thereof, and at least one substrate 200 provided inside the body 100. And external coils 310 and 320 formed on at least one surface of the at least one substrate 200 and two sides of the body 100 facing each other and connected to the coil patterns 310 and 320, respectively. It may include an electrode 900. That is, the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 9 of the present invention are formed such that the external electrodes 400 and 500 are not formed on the upper surface of the body 100. However, another embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the step 150 is formed to be higher than the thickness of the external electrode 900 formed on the upper portion of the body 100 so as not to contact the shield can even when the external electrode 900 is formed.
  • the step 150 is formed on the upper portion of the body 100, the side and upper surface from the lower surface of the body 100 by immersing the two opposite sides of the body 100 to the conductive paste to the depth of the step 150 is formed Until the external electrode 900 can be formed. Therefore, the process of forming the external electrode 900 can be simplified.
  • FIG. 11 is a perspective view of a power inductor according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 11
  • FIG. 13 is a bottom plan view of FIG. 11.
  • a power inductor includes a body 100, at least one base material 200 provided inside the body 100, and at least one base material 200.
  • Connection electrodes 1110, 1120 and 1100 connecting the 300 and the external electrode 1000 may be included.
  • the lower surface of the body 100 is a surface mounted on the PCB facing the PCB. Therefore, in one embodiment of the present invention, the external electrode 1000 is formed only on the bottom surface of the body 100, without forming the external electrode on the top surface of the body 100.
  • the external electrodes 1010, 1020 and 1000 may be formed on the bottom surface of the body 100 to be spaced apart from each other.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be formed to be connected to the connection electrodes 1110, 1120 and 1100 formed inside the body 100. Therefore, the external electrodes 1010 and 1020 may be connected to the coils inside the body 100 through the connection electrodes 1110 and 1120.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be formed by immersing the lower surface of the body 100 in a conductive paste, or by various methods such as printing, deposition, and sputtering.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be photographed as necessary. And patterning by an etching process.
  • the conductive layer in the center portion is removed to a predetermined width to form the external electrodes 1010 and 1020 at a predetermined width from the edge of the lower surface of the body 100. can do.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be formed by growing from the connection electrodes 1110 and 1120. That is, the connection electrodes 1110 and 1120 may be formed by the plating process, and the external electrodes 1010 and 1020 may be formed therefrom.
  • an electroless plating process may be performed to form a part of the connection electrodes 1110 and 1120, and then an electroplating process may be performed to form the connection electrodes 1110 and 1120 from the coil pattern 320.
  • 1010 and 1020 may be formed.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be formed of a metal having electrical conductivity.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may be formed of one or more metals selected from the group consisting of gold, silver, platinum, copper, nickel, palladium, and alloys thereof. Can be.
  • the external electrodes 1010 and 1020 may further have a nickel-plated layer (not shown) or tin plating layer (not shown) on the surface thereof.
  • connection electrodes 1110, 1120 and 1100 are formed in the body 100 to connect the coil patterns 310 and 320 to the external electrodes 1010 and 1020. That is, at least two connection electrodes 1100 may be formed in a predetermined region of the lower surface of the main body 100. For example, a hole may be formed in a predetermined region of the body 100 so that the coil pattern 320 formed under the substrate 200 is exposed, and a conductive material may be filled in the hole to form the connection electrode 1100.
  • the connection electrode 1100 may be formed by filling a conductive material in a hole to be formed in the body 100 by an electroless plating and an electrolytic plating process.
  • the external electrode 1000 may be formed from the connection electrode 1100, and the connection electrode 1100 is formed by filling a hole in the body 100, and then electroplating the electrode 100 to form the body 100 from the connection electrode 1100.
  • the conductive layer may be grown on the lower surface and patterned to form external electrodes 1010 and 1020. That is, the external electrodes 1010 and 1020 may be formed by electroplating using the connection electrode 1100 as a seed.
  • the hole for forming the connection electrode 1100 may be formed by etching a predetermined region of the body 100 so that at least one of the coil patterns 310 and 320 is exposed after the body 100 is formed. For example, a hole may be formed by punching a predetermined region of the main body 100 using a laser.
  • the body 100 with a metal mold can be used to form a hole in a predetermined region
  • a metal mold when forming a body 100 using a plurality of sheets a plurality of sheets in which a hole is formed in a predetermined region It may be formed by laminating.
  • At least one magnetic layer 700 may be provided inside the body 100 as described in the second embodiments.
  • at least two substrates 200 are provided, and coil patterns 310, 320; 300 are formed on at least one surface of the at least two substrates 200, and the body 100 may be formed.
  • the plurality of coil patterns 300 may be connected by the connection electrode 800 formed on the outer side.
  • the external electrodes 1010 and 1020 are formed on the lower surface of the body 100 facing the PCB, and the coil pattern 310 is formed inside the body 100. And connection electrodes 1110 and 1120 connecting the external electrodes 1010 and 1020 to each other. Therefore, since the external electrode is not formed on the body 100, the short of the shield can and the power inductor can be prevented.
  • 14 to 17 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a power inductor according to a first embodiment of the present invention.
  • coil patterns 310 and 320 having a predetermined shape are formed on at least one surface, preferably one surface and the other surface of the substrate 200.
  • the substrate 200 may be made of CCL or a magnetic metal, and it is preferable to use a magnetic metal that can increase the effective permeability and facilitate the implementation of the capacity.
  • the substrate 200 may be manufactured by bonding copper foil to one side and the other side of a metal plate having a predetermined thickness made of a metal alloy containing iron.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed as coil patterns formed in a spiral shape from a predetermined region of the substrate 200, for example, a central portion thereof.
  • the coil pattern 310 is formed on one surface of the substrate 200, and then a conductive via penetrates a predetermined region of the substrate 200 and is filled with a conductive material, and the coil pattern is formed on the other surface of the substrate 200.
  • 320 may be formed.
  • the conductive via may be formed by forming a via hole in the thickness direction of the substrate 200 using a laser or the like, and then filling the via hole with a conductive paste.
  • the coil pattern 310 may be formed by, for example, a plating process. For this, a plating process using a copper foil on the substrate 200 as a seed is formed by forming a photoresist pattern having a predetermined shape on one surface of the substrate 200.
  • the coil pattern 320 may be formed on the other surface of the substrate 200 in the same manner as the coil pattern 310.
  • the coil patterns 310 and 320 may be formed in multiple layers.
  • an insulating layer may be formed between the lower layer and the upper layer, and conductive vias (not shown) may be formed in the insulating layer to connect the multilayer coil patterns.
  • the insulating layer 500 is formed to cover the coil patterns 310 and 320.
  • the insulating layer 500 may be formed by closely contacting the sheet including one or more materials selected from the group consisting of epoxy, polyimide, and liquid crystal crystalline polymer on the coil patterns 310 and 320.
  • a plurality of sheets 100a to 100h made of a material including the metal powder 110, the polymer 120, and the thermally conductive filler 130 are prepared.
  • the metal powder 110 may use a metal material including iron (Fe)
  • the polymer 120 may use an epoxy, polyimide, or the like, which may insulate between the metal powders 110, and may be thermally conductive.
  • the filler 130 may use MgO, AlN, a carbon-based material or the like capable of releasing the heat of the metal powder 110 to the outside.
  • the surface of the metal powder 110 may be coated with a magnetic material, for example, a metal oxide magnetic material.
  • the polymer 120 may be included in an amount of 2.0 wt% to 5.0 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder, and the thermally conductive filler 130 may be 0.5 wt% to 3 wt% with respect to 100 wt% of the metal powder 110. It may be included in the content.
  • the plurality of sheets 100a to 100h are disposed above and below the substrate 200 on which the coil patterns 310 and 320 are formed. Meanwhile, the plurality of sheets 100a to 100h may have different contents of the thermally conductive filler 130.
  • the content of the thermally conductive filler 130 may increase from one side and the other side of the substrate 200 toward the upper side and the lower side.
  • the content of the thermally conductive fillers 130 of the sheets 100b and 100e positioned above and below the sheets 100a and 100d in contact with the substrate 200 is greater than that of the thermally conductive fillers 130 of the sheets 100a and 100d.
  • the content of the thermally conductive fillers 130 of the sheets 100c and 100f positioned above and below the sheets 100b and 100e is higher than the content of the thermally conductive fillers 130 of the sheets 100b and 100e. Can be higher.
  • the content of the thermally conductive filler 130 may increase, thereby further improving heat transfer efficiency.
  • a plurality of sheets 100a to 100h are laminated and pressed with a substrate 200 therebetween to form a body 100 by molding.
  • Second external electrodes 510 and 520 are formed on a lower surface of the body 100, that is, a lower surface of the body 100 facing the PCB and to be mounted on the PCB.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed on one surface orthogonal to two opposite surfaces to which the coil patterns 300 of the body 100 are exposed, and are spaced apart from each other in a central region.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed by bonding a copper foil to an edge of one side of the body 100 to form a seed layer and then performing a plating process to form a plating layer on the seed layer.
  • the second external electrodes 510 and 520 may be formed by forming a metal layer on one surface of the body 100 by a deposition method such as sputtering and then patterning the same by a photo and etching process.
  • first external electrodes 410 and 420 are formed at both ends of the body 100 to be electrically connected to the drawn portions of the coil patterns 310 and 320 and to be connected to the second external electrode 500.
  • the first external electrodes 410 and 420 may be formed on both ends of the body 100 by applying a side surface of the body 100 to a conductive paste or by various methods such as printing, deposition, and sputtering. In this case, when the conductive paste is applied to the first external electrodes 410 and 420, the conductive paste is formed only on the side surface of the body 100 without immersing the side surface of the body 100 to a predetermined depth.
  • 18 to 21 are cross-sectional views sequentially illustrating a method of manufacturing a power inductor according to a second embodiment of the present invention.
  • the insulating layer 500 to cover the coil patterns 310 and 320.
  • a portion of the insulation layer 500 for example, a portion of the insulation layer 500 formed on the coil pattern 320 is removed to expose a predetermined region of the coil pattern 320.
  • a plurality of sheets 100a to 100h made of a material including a metal powder 110, a polymer 120, and a thermally conductive filler 130 are prepared.
  • holes 101 to 104 which are vertically penetrated are formed in predetermined regions of the sheets 100e to 100h provided below the substrate 200 among the sheets 100a to 100h.
  • the holes 101 to 104 are formed in the same region as the region where a portion of the insulating layer 500 is removed to expose the coil pattern 320.
  • the body 100 is formed by stacking and pressing a plurality of sheets 100a to 100h with the substrate 200 therebetween. Therefore, a hole (not shown) exposing at least a portion of the coil pattern 300 is formed in a predetermined region of the lower surface of the body 100, that is, the lower surface of the body 100 facing the PCB and to be mounted on the PCB. In addition, at least one side of the coil patterns 310 and 320 may be exposed on at least one side of the body 100. Subsequently, a plating process is performed to grow a conductive layer from the coil pattern 300, and fill the holes therein to form connection electrodes 1110 and 1120.
  • connection electrodes 1110 and 1120 may be formed to be formed on a part of a hole, for example, a sidewall of the hole by performing an electroless plating process, and then formed to grow from the coil pattern 300 by performing an electroplating process.
  • a plating process is performed to form a conductive layer on the bottom surface of the body 100.
  • a conductive layer may be formed on the lower surface of the body 100 from the coil pattern 320 or the connection electrode 1100 by a subsequent electrolytic plating process. have.
  • the conductive layers on the bottom surface of the body 100 may be photographed and etched to remove the center portion, thereby forming external electrodes 1010, 1020; 1000 spaced apart from each other.

Abstract

본 발명은 바디와, 바디 내부에 마련된 기재와, 기재 상에 형성된 코일과, 코일과 연결되어 바디의 측면에 형성된 제 1 외부 전극과, 제 1 외부 전극과 연결되어 바디의 하면에 형성된 제 2 외부 전극을 포함하는 파워 인덕터 및 그 제조 방법이 제시된다.

Description

파워 인덕터 및 그 제조 방법
본 발명은 파워 인덕터(power inductor)에 관한 것으로, 특히 주변 장치와의 쇼트(short)를 방지할 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
파워 인덕터는 주로 휴대기기 내의 DC-DC 컨버터 등의 전원 회로에 마련된다. 이러한 파워 인덕터는 전원 회로의 고주파화 및 소형화에 따라 기존의 권선형 초크 코일 패턴(Choke Coil)을 대신하여 이용이 증대되고 있다. 또한, 파워 인덕터는 휴대기기의 사이즈 축소와 다기능화에 따라 소형화, 고전류화, 저저항화 등의 방향으로 개발이 진행되고 있다.
파워 인덕터는 다수의 자성체(ferrite) 또는 저유전율의 유전체로 이루어진 세라믹 시트들이 적층된 적층체의 형태로 제조될 수 있다. 이때, 세라믹 시트 상에는 금속 패턴이 코일 패턴 형태로 형성되어 있는데, 각각의 세라믹 시트 상에 형성된 코일 패턴은 각각의 세라믹 시트에 형성된 도전성 비아에 의해 접속되고, 시트가 적층되는 상하 방향을 따라 중첩되는 구조를 이룰 수 있다. 이러한 파워 인덕터를 구성하는 바디는 종래에는 대체로 니켈(Ni)-아연(Zn)-구리(Cu)-철(Fe)의 4 원계로 구성된 자성체 재료를 이용하여 제작하였다.
그런데, 자성체 재료는 포화 자화 값이 금속 재료에 비해 낮아서 최근의 휴대기기가 요구하는 고전류 특성을 구현하지 못할 수 있다. 따라서, 파워 인덕터를 구성하는 바디를 금속 분말을 이용하여 제작함으로써 바디를 자성체로 제작한 경우에 비해 상대적으로 포화 자화 값을 높일 수 있다. 그러나, 금속을 이용하여 바디를 제작할 경우 고주파에서의 와전류 손실 및 히스테리 손실이 높아져 재료의 손실이 심해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말 사이를 폴리머로 절연하는 구조를 적용하고 있다.
따라서, 파워 인덕터는 금속 분말과 폴리머를 포함하는 바디 내부에 코일이 형성되고, 바디 외부에 외부 전극이 형성되어 코일과 연결된 구조를 갖는다. 여기서, 외부 전극은 바디의 서로 대향되는 두 측면 뿐만 아니라 하부 및 상부에도 형성될 수 있다.
이러한 파워 인덕터는 바디의 하부면에 형성된 외부 전극이 인쇄회로기판(Pronted Circuit Board; PCB) 상에 실장된다. 이때, 파워 인덕터는 PMIC(Power Management IC)에 인접하여 실장된다. PMIC는 약 1㎜의 두께를 갖고, 파워 인덕터 또한 이와 동일한 두께로 제작된다. PMIC는 고주파 노이즈를 발생시켜 주변 회로 또는 소자에 영향을 주기 때문에 PMIC 및 파워 인덕터를 금속 재질, 예를 들어 스테인레스 스틸 재질의 쉴드 캔(shield can)으로 덮게 된다. 그런데, 파워 인덕터는 외부 전극이 상측에도 형성되기 때문에 쉴드 캔과 쇼트(short)된다.
또한, 금속 분말 및 폴리머를 이용하여 바디를 제조한 파워 인덕터는 온도 상승에 따라 인덕턴스가 낮아지는 문제가 있다. 즉, 파워 인덕터가 적용된 휴대기기의 발열에 의해 파워 인덕터의 온도가 상승하고, 그에 따라 파워 인덕터의 바디를 이루는 금속 분말이 가열되면서 인덕턴스가 낮아지는 문제가 발생된다.
(선행기술문헌)
한국공개특허공보 제2007-0032259호
본 발명은 외부 전극의 쇼트를 방지할 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 바디의 상측에는 외부 전극이 형성되지 않도록 함으로써 쉴드 캔과의 쇼트를 방지할 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 온도에 대한 안정성을 향상시키고 그에 따라 인덕턴스의 저하를 방지할 수 있는 파워 인덕터를 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 파워 인덕터는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 기재; 상기 기재 상에 형성된 코일; 상기 코일과 연결되며 상기 바디의 서로 대향되는 제 1 및 제 2 면에 형성된 제 1 외부 전극; 및 상기 제 1 외부 전극과 연결되어 상기 바디의 제 1 및 제 2 면과 인접하는 제 3 면에 형성된 제 2 외부 전극을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 외부 전극은 PCB에 실장되며 상기 바디의 제 3 면의 중앙부로부터 이격되어 형성된다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 파워 인덕터는 상면의 일부 영역에 단차가 형성된 바디; 상기 바디 내부에 마련된 기재; 상기 기재 상에 형성된 코일; 및 상기 코일과 연결되며 상기 바디의 서로 대향되는 제 1 및 제 2 면으로부터 상기 바디의 하부 및 상부에 형성된 외부 전극을 포함하고, 상기 외부 전극은 상기 바디의 상부에서 상기 단차보다 낮은 높이로 형성된다.
본 발명의 제 3 양태에 따른 파워 인덕터는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 기재; 상기 기재 상에 형성된 코일; 상기 바디의 일 면에 형성된 외부 전극; 및 상기 바디 내부에 마련되어 상기 코일과 외부 전극을 연결시키는 연결 전극을 포함한다. 여기서, 상기 외부 전극은 PCB에 실장되며 상기 바디의 중앙부로부터 이격되어 형성되며, 상기 외부 전극은 상기 연결 전극으로부터 성장되어 성장되어 형성된다.
본 발명의 제 1 내지 제 3 양태에 따른 파워 인덕터에서 상기 바디는 금속 분말, 폴리머 및 열 전도성 필러를 포함한다.
상기 금속 분말은 철을 포함하는 금속 합금 분말을 포함하며, 자성체 및 절연체의 적어도 하나가 표면에 코팅된다.
상기 열 전도성 필러는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함된다.
상기 기재는 철을 포함하는 금속판의 양면 상에 구리 포일이 접합된다.
상기 바디의 적어도 일 영역에 마련되며 상기 바디의 투자율보다 높은 투자율을 갖는 자성층을 더 포함한다.
상기 기재는 적어도 둘 이상 마련되고, 상기 코일은 상기 적어도 둘 이상의 기재 상에 각각 마련되며, 상기 코일들은 상기 바디의 제 4 면 상에 형성된 측면 전극에 의해 연결된다.
본 발명의 제 4 양태에 따른 파워 인덕터의 제조 방법은 적어도 하나의 기재 상에 코일을 형성하는 단계; 금속 분말 및 폴리머를 함유하는 복수의 시트를 형성하는 단계; 상기 기재를 사이에 두고 상기 복수의 시트를 적층 및 가압한 후 성형하여 바디를 형성하는 단계; 상기 바디의 일면 상에 소정 간격 이격되도록 제 2 외부 전극을 형성하는 단계; 및 상기 바디의 측면에 상기 제 2 외부 전극과 연결되는 제 1 외부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제 2 외부 전극은 상기 바디의 일면 상에 소정 간격 이격되어 구리 포일을 접합하여 형성한 후 도금 공정을 실시하여 구리 포일로부터 도금층을 성장시켜 형성한다.
본 발명의 제 5 양태에 따른 파워 인덕터의 제조 방법은 적어도 하나의 기재 상에 코일을 형성하는 단계; 금속 분말 및 폴리머를 함유하며 소정 영역에 홀이 형성된 복수의 시트를 형성하는 단계; 상기 기재를 사이에 두고 상기 복수의 시트를 적층 및 가압한 후 성형하여 상기 코일의 소정 영역을 노출시키는 관통 홀이 형성된 바디를 형성하는 단계; 상기 관통 홀을 매립하여 연결 전극을 형성하는 단계; 상기 연결 전극과 연결되도록 상기 바디의 일면 상에 외부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 연결 전극은 무전해 도금 공정을 실시하여 상기 관통 홀의 적어도 일부를 매립한 후 전해 도금 공정을 실시하여 상기 관통 홀이 매립되도록 형성되고, 상기 외부 전극은 전해 도금 공정으로 상기 연결 전극으로부터 성장되어 형성된다.
본 발명의 제 4 및 제 5 양태에서 상기 기재는 상기 철을 포함하는 금속판의 적어도 일면에 구리 포일이 접합되며, 상기 시트는 열 전도성 필러를 더 함유한다.
본 발명에 따른 파워 인덕터는 PCB에 대면하는 바디의 하부면에 제 2 외부 전극을 형성하고, 이와 연결되도록 바디의 측면에 제 1 외부 전극을 형성한다. 또한, PCB에 대면하는 바디의 하부면에 외부 전극을 형성하고, 바디 내부에 코일과 연결되는 연결 전극을 형성하여 외부 전극과 연결되도록 한다. 따라서, 바디 상부에 외부 전극이 형성되지 않기 때문에 쉴드캔과 파워 인덕터의 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 금속 분말, 폴리머 및 열 전도성 필러를 포함하여 바디를 제작할 수 있고, 그에 따라 금속 분말의 가열에 의한 바디의 열을 외부로 방출하여 바디의 온도 상승을 방지할 수 있어 인덕턴스 저하 등의 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 적어도 둘 이상의 기재를 금속 자성체로 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율 감소를 방지할 수 있다.
한편, 적어도 일 면에 코일 패턴이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재가 바디 내에 마련되어 하나의 바디 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 3은 도 1의 하부면을 도시한 평면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제 2 실시 예들에 따른 파워 인덕터의 단면도.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 8 및 도 9는 도 7의 A-A' 라인 및 B-B' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 11은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도.
도 12는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 13은 도 1의 하부면을 도시한 평면도.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이며, 도 3은 도 1의 하부 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 하나의 기재(200)와, 적어도 하나의 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면에 마련되며 코일 패턴(310, 320)과 각각 연결된 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과, 바디(100)의 하면에 소정 간격 이격되어 마련되며 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과 각각 연결되는 제 2 외부 전극(510, 520; 500)를 포함할 수 있다. 여기서, 바디(100)의 하면은 PCB와 대면하여 PCB에 실장되는 면이고, 바디(100)의 측면은 바디(100)의 하면 및 이와 대향되는 상면 사이의 면이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예는 바디(100)의 상면에는 외부 전극이 형성되지 않고 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면 및 하면에만 제 1 및 제 2 외부 전극(400, 500)이 형성된다.
바디(100)는 예를 들어 육면체 형상일 수 있다. 그러나, 바디(100)는 육면체 이외의 다면체의 형상을 가질 수 있다. 이러한 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함할 수 있다. 금속 분말(110)은 평균 입경이 1㎛ 내지 50㎛일 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 동일 크기의 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있고, 복수의 크기를 갖는 단일 입자 또는 2종 이상의 입자를 이용할 수도 있다. 예를 들어, 30㎛의 평균 크기를 갖는 제 1 금속 입자와 3㎛의 평균 크기를 갖는 제 2 금속 입자를 혼합하여 이용할 수 있다. 크기가 서로 다른 2종 이상의 금속 분말(110)을 이용할 경우 바디(100)의 충진율을 높일 수 있어 용량을 최대한으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 30㎛의 금속 분말을 이용할 경우 30㎛의 금속 분말 사이에는 공극이 발생할 수 있고, 그에 따라 충진율이 낮아질 수 밖에 없다. 그러나, 30㎛의 금속 분말 사이에 이보다 크기가 작은 3㎛의 금속 분말을 혼합하여 이용함으로써 충진율을 높일 수 있다. 이러한 금속 분말(110)은 철(Fe)를 포함하는 금속 물질을 이용할 수 있는데, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 철을 포함하여 자성 조직을 갖거나 자성을 띄는 금속 합금으로 형성되어 소정의 투자율을 가질 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 표면이 자성체로 코팅될 수 있는데, 금속 분말(110)과 투자율이 다른 상이한 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 자성체는 금속 산화물 자성체로 형성될 수 있는데, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)의 표면에 코팅되는 자성체는 철을 포함하는 금속 산화물로 형성될 수 있으며, 금속 분말(110)보다 높은 투자율을 갖는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 금속 분말(110)은 표면이 적어도 하나의 절연체로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 금속 분말(110)은 표면이 산화물로 코팅될 수 있고, 파릴렌(parylene) 등의 절연성 고분자 물질로 코팅될 수 있다. 산화물은 금속 분말(110)을 산화시켜 형성할 수도 있고, TiO2, SiO2, ZrO2, SnO2, NiO, ZnO, CuO, CoO, MnO, MgO, Al2O3, Cr2O3, Fe2O3, B2O3 및 Bi2O3로부터 선택된 하나가 코팅될 수도 있다. 또한, 파릴렌 이외에 다양한 절연성 고분자 물질을 이용하여 금속 분말(110)의 표면을 코팅할 수 있다. 여기서, 금속 분말(110)은 이중 구조의 산화물로 코팅될 수 있고, 산화물 및 고분자 물질의 이중 구조로 코팅될 수 있다. 물론, 금속 분말(110)은 표면이 자성체로 코팅된 후 절연성 물질로 코팅될 수도 있다. 이렇게 금속 분말(110)의 표면이 절연체로 코팅됨으로써 금속 분말(110) 사이의 접촉에 의한 쇼트를 방지할 수 있다. 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이를 절연시키기 위해 금속 분말(110)과 혼합될 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 고주파에서의 와전류 손실 및 히스테리 손실이 높아져서 재료의 손실이 심해지는 문제점이 발생할 수 있는데, 이러한 재료의 손실을 감소시키기 위해 금속 분말(110) 사이를 절연하기 위해 폴리머(120)를 포함시킬 수 있다. 이러한 폴리머(120)는 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이에 절연성을 제공하는 것으로 열경화성 수지로 이루어질 수 있다. 열경화성 수지로는 예를 들어 노볼락 에폭시 수지(Novolac Epoxy Resin), 페녹시형 에폭시 수지(Phenoxy Type Epoxy Resin), 비피에이형 에폭시 수지(BPA Type Epoxy Resin), 비피에프형 에폭시 수지(BPF Type Epoxy Resin), 하이드로네이트 비피에이 에폭시 수지(Hydrogenated BPA Epoxy Resin), 다이머산 개질 에폭시 수지(Dimer Acid Modified Epoxy Resin), 우레탄 개질 에폭시 수지(Urethane Modified Epoxy Resin), 고무 개질 에폭시 수지(Rubber Modified Epoxy Resin) 및 디씨피디형 에폭시 수지(DCPD Type Epoxy Resin)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 여기서, 폴리머(120)는 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 그런데, 폴리머(120)의 함량이 증가할 경우 금속 분말(110)의 부피 분율이 저하되어 포화자화 값을 높이는 효과가 제대로 구현되지 않는 문제점과 바디(100)의 자성 특성, 즉 투자율을 저하시킬 수 있고, 폴리머(120)의 함량이 감소하는 경우 인덕터의 제조 과정에서 사용되는 강산 또는 강염기 용액 등이 내부로 침투하여 인덕턴스 특성을 감소시키는 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 폴리머(120)는 금속 분말(110)의 포화자화 값 및 인덕턴스를 저하시키지 않도록 하는 범위에서 포함될 수 있다. 또한, 열 전도성 필러(130)는 외부의 열에 의해 바디(100)가 가열되는 문제를 해결하기 위해 포함된다. 즉, 외부의 열에 의해 바디(100)의 금속 분말(110)이 가열될 수 있는데, 열 전도성 필러(130)가 포함됨으로써 금속 분말(110)의 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 이러한 열 전도성 필러(130)는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 여기서, 카본 계열의 물질은 탄소를 포함하며 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 흑연, 카본 블랙, 그래핀, 그라파이트 등이 포함될 수 있다. 또한, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 열 전도성 필러(130)의 함량이 상기 범위 미만일 경우 열 방출 효과를 얻을 수 없으며, 상기 범위를 초과할 경우 금속 분말(110)의 투자율을 저하시키게 된다. 그리고, 열 전도성 필러(130)는 예를 들어 0.5㎛ 내지 100㎛의 크기를 가질 수 있다. 즉, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110)보다 크거나 작은 크기를 가질 수 있다. 한편, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 복수 개의 시트를 적층하여 제작될 수 있다. 여기서, 복수의 시트를 적층하여 바디(100)를 제작할 경우 각 시트의 열 전도성 필러(130)의 함량은 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)를 중심으로 상측 및 하측으로 멀어질수록 시트 내의 열 전도성 필러(130)의 함량은 증가할 수 있다. 또한, 바디(100)는 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 형성하거나, 이러한 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 방법 등 필요에 따라 다양한 방법이 적용되어 형성될 수 있다. 이때, 바디(100)를 형성하기 위해 적층되는 시트의 개수 또는 일정 두께로 인쇄되는 페이스트의 두께는 파워 인덕터에서 요구되는 인덕턴스 등의 전기적 특성을 고려하여 적정한 수나 두께로 결정될 수 있다.
기재(200)는 바디(100)의 내부에 적어도 하나 이상 마련될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)는 바디(100) 내부에 바디(100)의 장축 방향을 따라 마련될 수 있다. 여기서, 기재(200)는 하나 이상으로 마련될 수 있는데, 예를 들어 두개의 기재(200)가 외부 전극(400)이 형성된 방향과 직교하는 방향, 예를 들어 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 이러한 기재(200)는 예를 들어 구리 클래드 라미네이션(Copper Clad Lamination; CCL) 또는 금속 자성체 등으로 제작될 수 있다. 이때, 기재(200)는 금속 자성체로 제작됨으로써 실효 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있다. 즉, CCL은 유리강화섬유에 구리 포일(foil)을 접합하여 제작되는데, CCL은 투자율을 갖기 않기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시키게 된다. 그러나, 금속 자성체를 기재(200)로 이용하게 되면 금속 자성체가 투자율을 가지기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시키지 않게 된다. 이러한 금속 자성체를 이용한 기재(200)은 철을 함유하는 금속, 예를 들어 철-니켈(Fe-Ni), 철-니켈-규소(Fe-Ni-Si), 철-알루미늄-규소(Fe-Al-Si) 및 철-알루미늄-크롬(Fe-Al-Cr)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 이루어진 소정 두께의 판에 구리 포일을 접합시켜 제작될 수 있다. 즉, 철을 포함하여 적어도 하나의 금속으로 이루어진 합금을 소정 두께의 판 형상으로 제작하고, 금속판의 적어도 일면에 구리 포일을 접합함으로써 기재(200)가 제작될 수 있다. 또한, 기재(200)의 소정 영역에는 적어도 하나의 도전성 비아(미도시)가 형성될 수 있고, 도전성 비아에 의해 기재(200)의 상측 및 하측에 각각 형성되는 코일 패턴(310, 320)이 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 비아는 기재(200)에 두께 방향을 따라 관통하는 비아(미도시)를 형성한 후, 비아에 도전성 페이스트를 충전하는 등의 방법으로 형성할 수 있다.
코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 이러한 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 외측 방향으로 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200) 상에 형성된 두 코일 패턴(310, 320)이 연결되어 하나의 코일을 이룰 수 있다. 여기서, 상측이 코일 패턴(310)과 하측의 코일 패턴(320)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)이 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 코일 패턴(310)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 코일 패턴(320)이 형성될 수도 있다. 이러한 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)에 형성된 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 코일 패턴(310, 320)은 예를 들면 후막 인쇄, 도포, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320) 및 도전성 비아는 은(Ag), 구리(Cu) 및 구리 합금 중 적어도 하나를 포함하는 재료로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 한편, 코일 패턴(310, 320)을 도금 공정으로 형성하는 경우 예를 들어 기재(200) 상에 도금 공정으로 금속층, 예를 들어 구리층을 형성하고, 리소그라피 공정으로 패터닝할 수 있다. 즉, 기재(200)의 표면에 형성된 구리 포일을 시드층으로 구리층을 도금 공정으로 형성하고 이를 패터닝함으로써 코일 패턴(310, 320)을 형성할 수 있다. 물론, 기재(200) 상에 소정 형상의 감광막 패턴을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 노출된 기재(200) 표면으로부터 금속층을 성장시킨 후 감광막을 제거함으로써 소정 형상의 코일 패턴(310, 320)을 형성할 수도 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)은 다층으로 형성될 수도 있다. 즉, 기재(200)의 상측에 형성된 코일 패턴(310)의 상측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수 있고, 기재(200)의 하측에 형성된 코일 패턴(320)의 하측으로 복수의 코일 패턴이 더 형성될 수도 있다. 코일 패턴(310, 320)이 다층으로 형성될 경우 하층과 상층 사이에 절연층이 형성되고, 절연층에 도전성 비아(미도시)가 형성되어 다층 코일 패턴이 연결될 수 있다.
제 1 외부 전극(410, 420; 400)은 바디(100)의 양단부에 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(400)은 바디(100)의 장축 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 형성될 수 있다. 이러한 제 1 외부 전극(410, 420)은 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)의 적어도 일 단부가 서로 대향되는 방향의 바디(100)의 외측으로 각각 노출되고 제 1 외부 전극(410, 420)이 코일 패턴(310, 320)의 단부와 연결되도록 형성될 수 있다. 이러한 제 1 외부 전극(410, 420)은 도전성 페이스트에 바디(100)의 측면을 도포하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 양단에 형성할 수 있다. 이때, 제 1 외부 전극(410, 420)을 도전성 페이스트를 도포하는 경우 바디(100)의 측면을 소정 깊이까지 침지하지 않고, 바디(100)의 측면 표면에만 도전성 페이스트가 형성되도록 도포한다. 또한, 제 1 외부 전극(410, 420)은 필요에 따라 사진 및 식각 공정으로 패터닝할 수도 있다. 한편, 제 1 외부 전극(410, 420)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 외부 전극(410, 420)은 표면에 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 외부 전극(410, 420)은 바디(100)의 측면만 도전성 페이스트에 접촉시킨 후 도금 공정을 실시하여 형성할 수 있다.
제 2 외부 전극(510, 520; 500)은 바디(100)의 하부에 서로 이격되어 형성될 수 있다. 제 2 외부 전극(510, 520)은 바디(100)의 측면에 형성된 제 1 외부 전극(410, 420)과 연결되도록 형성될 수 있다. 따라서, 제 2 외부 전극(510, 520)은 제 1 외부 전극(410, 420)을 통해 바디(100) 내부의 코일과 연결될 수 있다. 이러한 제 2 외부 전극(510, 520)은 도전성 페이스트에 바디(100)의 하면을 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 하면에 형성할 수 있다. 이때, 필요에 따라 패터닝 공정을 실시할 수도 있는데, 예를 들어 바디(100)의 하면을 도전성 페이스트에 침지하거나 인쇄, 증착 및 스퍼터링 공정으로 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성하는 경우 바디(100)의 하면 전체에 도전층이 형성될 수 있고, 사진 및 식각 공정을 실시하여 중앙 부분이 이격되도록 패터닝할 수도 있다. 물론, 제 2 외부 전극(510, 520)은 바디(100)의 하부 가장자리에만 시드층을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 형성함으로써 패터닝 공정을 실시하지 않을 수 있다. 이를 위해 예를 들어 바디(100)의 하부면 가장자리에 구리 포일을 형성하여 시드층을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성할 수 있다. 따라서, 제 2 외부 전극(510, 520)은 시드층 및 도금층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 한편, 제 2 외부 전극(510, 520)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 제 2 외부 전극(510, 520)은 표면에 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
한편, 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에는 코일 패턴(310, 320)과 금속 분말(110)을 절연시키기 위해 절연층(600)이 더 형성될 수 있다. 즉, 절연층(600)이 코일 패턴(310, 320)을 덮도록 기재(200)의 상부 및 하부에 형성될 수 있다. 이러한 절연층(600)은 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 즉, 절연층(600)은 바디(100)를 이루는 폴리머(120)와 동일 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 절연층(600)은 코일 패턴(310, 320) 상에 파릴렌(parylene) 등의 절연성 고분자 물질로 코팅될 수 있다. 즉, 절연층(600)은 코일 패턴(310, 320)의 단차를 따라 균일한 두께로 코팅될 수 있다. 물론, 절연층(600)은 절연 시트를 이용하여 코일 패턴(310, 320) 상에 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터는 PCB에 대면하는 바디(100)의 하부면에 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성하고, 이와 인접한 바디(100)의 측면에 제 1 외부 전극(410, 420)을 형성한다. 따라서, 바디(100) 상부에 외부 전극이 형성되지 않기 때문에 쉴드캔과 파워 인덕터의 쇼트를 방지할 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하여 바디(100)를 제작할 수 있다. 따라서, 금속 분말(110)의 가열에 의한 바디(100)의 열을 외부로 방출할 수 있어 바디(100)의 온도 상승을 방지할 수 있고, 그에 따라 인덕턴스 저하 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 바디(100) 내부의 기재(200)을 금속 자성체로 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율 감소를 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 하나 이상의 기재(200)와, 적어도 하나 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면에 마련되며 코일 패턴(310, 320)과 각각 연결된 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과, 바디(100)의 하면에 소정 간격 이격되어 마련되며 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과 각각 연결되는 제 2 외부 전극(510, 520; 500), 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련된 적어도 하나의 자성층(710, 720)을 포함할 수 있다. 또한, 코일 패턴(300) 상에 각각 형성된 절연층(600)을 더 포함할 수 있다.
자성층(710, 720; 700)은 바디(100)의 적어도 일 영역에 마련될 수 있다. 즉, 제 1 자성층(710)이 바디(100)의 상부 표면에 형성되고 제 2 자성층(720)이 바디(100)의 하부 표면에 형성될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 바디(100)의 투자율을 증가시키기 위해 마련되며, 바디(100)보다 높은 투자율을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 투자율이 20이고 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 40 내지 1000의 투자율을 갖도록 마련될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 예를 들어 자성체 분말과 폴리머를 이용하여 제작할 수 있다. 즉, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 바디(100)보다 높은 투자율을 갖도록 바디(100)의 자성체보다 높은 자성을 갖는 물질로 형성되거나 자성체의 함유율이 더 높도록 형성될 수 있다. 여기서, 폴리머는 금속 분말 100wt%에 대하여 15wt%로 첨가될 수 있다. 또한, 자성체 분말은 니켈 자성체(Ni Ferrite), 아연 자성체(Zn Ferrite), 구리 자성체(Cu Ferrite), 망간 자성체(Mn Ferrite), 코발트 자성체(Co Ferrite), 바륨 자성체(Ba Ferrite) 및 니켈-아연-구리 자성체(Ni-Zn-Cu Ferrite)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상 또는 이들의 하나 이상의 산화물 자성체를 이용할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 합금 분말 또는 철을 함유하는 금속 합금 산화물을 이용하여 자성층(600)을 형성할 수 있다. 또한, 금속 합금 분말에 자성체를 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말에 코팅하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 물론, 니켈 산화물 자성체, 아연 산화물 자성체, 구리 산화물 자성체, 망간 산화물 자성체, 코발트 산화물 자성체, 바륨 산화물 자성체 및 니켈-아연-구리 산화물 자성체로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 산화물 자성체를 예를 들어 철을 포함하는 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 즉, 철을 포함하는 금속 산화물을 금속 합금 분말과 혼합하여 자성체 분말을 형성할 수 있다. 한편, 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 금속 분말 및 폴리머에 열 전도성 필러를 더 포함하여 제작할 수도 있다. 열 전도성 필러는 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%로 함유될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련될 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하거나 페이스트를 틀에 넣어 압착하는 바디(100)를 형성한 후 바디(100)의 상부 및 하부에 제 1 및 제 2 자성층(710, 720)을 각각 형성할 수 있다. 물론, 자성층(710, 720)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)의 상부 및 하부에 자성 물질을 도포하여 자성층(710, 720)을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터는 도 5에 도시된 바와 같이 바디(100)와 적어도 둘 이상의 기재(200) 사이의 상부 및 하부에 제 3 및 제 4 자성층(730, 740)이 더 마련될 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 이들 사이에 제 5 및 제 6 자성층(750, 760)이 더 마련할 수 있다. 즉, 바디(100) 내에 적어도 하나의 자성층(700)이 마련될 수 있다. 이러한 자성층(700)은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 사이에 마련될 수 있다. 즉, 바디(100)를 제작하기 위한 복수의 시트 사이에 적어도 하나의 자성층(700)을 마련할 수 있다. 또한, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하여 바디(100)를 형성하는 경우 인쇄 도중에 자성층을 형성할 수 있고, 페이스트를 틀에 넣어서 압착하는 경우에도 자성층을 그 사이에 넣고 압착할 수 있다. 물론, 자성층(700)은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)를 인쇄할 때 연자성 물질을 도포하여 바디(100) 내에 자성층(700)을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100) 내에 바디(100)보다 투자율이 높은 적어도 하나의 자성층(700)을 형성함으로써 파워 인덕터의 투자율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 8은 도 7의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이며, 도 9는 도 7의 B-B' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이다.
도 7 내지 도 9을 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 하나의 기재(200)와, 적어도 하나의 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면에 마련되며 코일 패턴(310, 320)과 각각 연결된 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과, 바디(100)의 하면에 소정 간격 이격되어 마련되며 제 1 외부 전극(410, 420; 400)과 각각 연결되는 제 2 외부 전극(510, 520; 500)과, 바디(100)의 외부에 외부 전극(400, 500)과 이격되어 마련되며 바디(100) 내부의 적어도 둘 이상의 기판(200) 각각에 형성된 적어도 하나의 코일 패턴(300)과 연결된 측면 전극(800)을 포함할 수 있다.
적어도 둘 이상의 기재(210, 220; 200)는 바디(100)의 내부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 적어도 둘 이상의 기재(200)는 바디(100) 내부에 바디(100)의 장축 방향을 따라 마련되고 바디(100)의 두께 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 이러한 기재(200)는 예를 들어 구리 클래드 라미네이션(Copper Clad Lamination; CCL) 또는 금속 자성체 등으로 제작될 수 있는데, 금속 자성체로 제작되는 것이 바람직하다.
코일 패턴(310, 320, 330, 340; 300)은 적어도 둘 이상의 기재(200) 각각의 적어도 일면, 바람직하게는 양면에 형성될 수 있다. 여기서, 코일 패턴(310, 320)은 제 1 기판(210)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 1 기재(210)에 형성된 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 마찬가지로, 코일 패턴(330, 340)은 제 2 기판(220)의 하부 및 상부에 각각 형성되어 제 2 기재(220)에 형성된 도전성 비아에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 코일이 형성될 수 있다. 여기서, 기재(200) 상측의 코일 패턴(310, 330)과 하측의 코일 패턴(320, 340)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 코일 패턴(300)이 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 상측의 코일 패턴(310, 330)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 하측의 코일 패턴(320, 340)이 형성될 수도 있다. 이러한 복수의 코일 패턴(300)은 예를 들면 후막 인쇄, 도포, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 방법을 통하여 형성할 수 있다.
측면 전극(800)은 제 1 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 적어도 일 측면 상에 형성될 수 있다. 이러한 측면 전극(800)은 제 1 기재(210) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)의 적어도 어느 하나와 제 2 기재(220) 상에 형성된 코일 패턴(330, 340)의 적어도 어느 하나를 연결하기 위해 마련된다. 따라서, 바디(100) 외부의 측면 전극(800)에 의해 제 1 기재(210) 상에 형성된 코일 패턴(310, 320)과 제 2 기재(220) 상에 형성된 코일 패턴(330, 340)이 전기적으로 서로 연결될 수 있다. 이러한 측면 전극(800)은 도전성 페이스트에 바디(100)를 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 일 측면에 형성될 수 있다. 측면 전극(800)은 전기 전도성을 부여할 수 있는 금속으로, 예컨대 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다. 이때, 측면 전극(800)의 표면에 필요시 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 또다른 실시 예에 따른 파워 인덕터는 적어도 일 면에 코일 패턴(300)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100) 내에 마련되고 바디(100) 외부의 측면 전극(800)에 의해 연결됨으로써 하나의 바디(100) 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터는 상면의 적어도 일 영역에 단차(150)가 형성된 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 하나의 기재(200)와, 적어도 하나의 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면에 마련되며 코일 패턴(310, 320)과 각각 연결된 외부 전극(900)을 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 도 1 내지 도 9를 이용하여 설명한 상기 실시 예들은 외부 전극(400, 500)이 바디(100)의 상부면에 형성되지 않도록 형성하였지만, 도 10에 제시된 본 발명의 또다른 실시 예는 바디(100)의 상면에 단차(150)를 형성함으로써 바디(100)의 상부에 외부 전극(900)이 형성되어도 바디(100) 상부의 외부 전극(900)이 쉴드캔 등과 접촉되지 않는다. 이러한 단차(150)는 바디(100)의 상부에 형성되는 외부 전극(900)의 두께보다 높게 형성되어 외부 전극(900)이 형성되더라도 쉴드캔과 접촉되지 않도록 한다. 또한, 바디(100)의 상부에 단차(150)가 형성되므로 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면을 단차(150)가 형성된 깊이까지 도전성 페이스트에 침지함으로써 바디(100)의 하면으로부터 측면 및 상면까지 외부 전극(900)을 형성할 수 있다. 따라서, 외부 전극(900)의 형성 공정을 단순화시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이고, 도 12는 도 11의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 단면도이며, 도 13은 도 11의 하부 평면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 하나의 기재(200)와, 적어도 하나의 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100)의 하면에 소정 간격 이격되어 마련된 외부 전극(1010, 1020; 1000)과, 바디(100) 내부에 형성되어 코일 패턴(300)과 외부 전극(1000)을 연결시키는 연결 전극(1110, 1120; 1100)를 포함할 수 있다. 여기서, 바디(100)의 하면은 PCB와 대면하여 PCB에 실장되는 면이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예는 바디(100)의 상면에는 외부 전극이 형성되지 않고 바디(100)의 하면에만 외부 전극(1000)이 형성된다.
외부 전극(1010, 1020; 1000)은 바디(100)의 하면에 서로 이격되어 형성될 수 있다. 외부 전극(1010, 1020)은 바디(100)의 내부에 형성된 연결 전극(1110, 1120; 1100)과 연결되도록 형성될 수 있다. 따라서, 외부 전극(1010, 1020)은 연결 전극(1110, 1120)을 통해 바디(100) 내부의 코일과 연결될 수 있다. 이러한 외부 전극(1010, 1020)은 도전성 페이스트에 바디(100)의 하면을 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 형성할 수 있고, 외부 전극(1010, 1020)은 필요에 따라 사진 및 식각 공정으로 패터닝할 수도 있다. 즉, 소정의 방법으로 바디(100)의 하면에 도전층을 형성한 후 중앙부의 도전층을 소정의 폭으로 제거하여 바디(100)의 하면 가장자리로부터 소정 폭으로 외부 전극(1010, 1020)을 형성할 수 있다. 또한, 외부 전극(1010, 1020)은 연결 전극(1110, 1120)으로부터 성장되어 형성될 수 있다. 즉, 도금 공정으로 연결 전극(1110, 1120)을 형성하고 그로부터 외부 전극(1010, 1020)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 무전해 도금 공정을 실시하여 연결 전극(1110, 1120)의 일부를 형성한 후 전해 도금 공정을 실시하여 코일 패턴(320)으로부터 연결 전극(1110, 1120)을 형성한 후 외부 전극(1010, 1020)을 형성할 수 있다. 한편, 외부 전극(1010, 1020)은 전기 전도성을 가지는 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 금, 은, 백금, 구리, 니켈, 팔라듐 및 이들의 합금으로부터 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 외부 전극(1010, 1020)은 표면에 니켈-도금층(미도시) 또는 주석 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
연결 전극(1110, 1120; 1100)은 바디(100)에 형성되어 코일 패턴(310, 320)과 외부 전극(1010, 1020)을 연결한다. 즉, 연결 전극(1100)은 본체(100) 하부면의 소정 영역에 적어도 둘 형성될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)의 하측에 형성된 코일 패턴(320)이 노출되도록 바디(100)의 소정 영역에 홀이 형성되고 홀에 전도성 물질이 매립되어 연결 전극(1100)이 형성될 수 있다. 이러한 연결 전극(1100)은 바디(100)에 형성될 홀에 무전해 도금 및 전해 도금 공정으로 전도성 물질을 매립하여 형성할 수 있다. 또한, 연결 전극(1100)으로부터 외부 전극(1000)을 형성할 수 있는데, 연결 전극(1100)이 바디(100)의 홀을 매립하여 형성된 후 전해 도금하여 연결 전극(1100)으로부터 바디(100)의 하부면에 도전층이 성장되도록 하고, 이를 패터닝하여 외부 전극(1010, 1020)을 형성할 수 있다. 즉, 외부 전극(1010, 1020)은 연결 전극(1100)을 시드로 하여 전해 도금으로 형성할 수 있다. 여기서, 연결 전극(1100)을 형성하기 위한 홀은 바디(100)을 형성한 후 코일 패턴(310, 320)의 적어도 어느 하나가 노출되도록 바디(100)의 소정 영역을 식각하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 본체(100)의 소정 영역을 레이저를 이용하여 펀칭함으로써 홀을 형성할 수 있다. 또한, 금형으로 바디(100)를 형성할 때 소정 영역에 홀이 형성될 수 있는 금형을 이용할 수 있고, 복수의 시트를 이용하여 바디(100)를 형성할 때 소정 영역에 홀이 형성된 복수의 시트를 적층하여 형성할 수도 있다.
한편, 본 발명의 제 5 실시 예는 제 2 실시 예들에서 설명한 바와 같이 적어도 하나의 자성층(700)이 바디(100) 내부에 마련될 수 있다. 또한, 제 3 실시 예에서 설명한 바와 같이 기재(200)가 적어도 둘 이상 마련되고 적어도 둘 이상의 기재(200)의 적어도 일면 상에 코일 패턴(310, 320; 300)이 형성되며, 바디(100)의 외부 측면에 형성된 연결 전극(800)에 의해 복수의 코일 패턴(300)이 연결될 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 5 실시 예에 따른 파워 인덕터는 PCB에 대면하는 바디(100)의 하부면에 외부 전극(1010, 1020)을 형성하고, 바디(100)의 내부에 코일 패턴(310, 320)과 외부 전극(1010, 1020)을 연결시키는 연결 전극(1110, 1120)을 형성한다. 따라서, 바디(100) 상부에 외부 전극이 형성되지 않기 때문에 쉴드캔과 파워 인덕터의 쇼트를 방지할 수 있다.
도 14 내지 도 17은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 14를 참조하면, 기재(200)의 적어도 일면, 바람직하게는 일면 및 타면 상에 소정 형상의 코일 패턴(310, 320)을 형성한다. 기재(200)는 CCL 또는 금속 자성체 등으로 제작될 수 있는데, 실효 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있는 금속 자성체를 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 기재(200)는 철을 함유하는 금속 합금으로 이루어진 소정 두께의 금속판의 일면 및 타면에 구리 포일을 접합함으로써 제작될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 원형의 스파이럴 형태로 형성된 코일 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 기재(200)의 일면 상에 코일 패턴(310)을 형성한 후 기재(200)의 소정 영역을 관통하고 도전 물질이 매립된 도전성 비아를 형성하고, 기재(200)의 타면 상에 코일 패턴(320)을 형성할 수 있다. 도전성 비아는 레이저 등을 이용하여 기재(200)의 두께 방향으로 비아홀을 형성한 후 비아홀에 도전성 페이스트를 충전하여 형성할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310)은 예를 들어 도금 공정으로 형성할 수 있는데, 이를 위해 기재(200)의 일면 상에 소정 형상의 감광막 패턴을 형성하고 기재(200) 상의 구리 포일을 시드로 이용한 도금 공정을 실시하여 노출된 기재(200)의 표면으로부터 금속층을 성장시킨 후 감광막을 제거함으로써 형성할 수 있다. 물론, 코일 패턴(320)은 기재(200)의 타면 상에 코일 패턴(310)과 동일 방법으로 형성할 수 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)은 다층으로 형성될 수도 있다. 코일 패턴(310, 320)이 다층으로 형성될 경우 하층과 상층 사이에 절연층이 형성되고, 절연층에 도전성 비아(미도시)가 형성되어 다층 코일 패턴이 연결될 수 있다. 이렇게 기재(200)의 일면 및 타면 상에 코일 패턴(310, 320)을 각각 형성한 후 코일 패턴(310, 320)을 덮도록 절연층(500)을 형성한다. 절연층(500)은 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 시트를 코일 패턴(310, 320) 상에 밀착함으로써 형성할 수 있다.
도 15를 참조하면, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 복수의 시트(100a 내지 100h)를 마련한다. 여기서, 금속 분말(110)은 철(Fe)를 포함하는 금속 물질을 이용할 수 있고, 폴리머(120)는 금속 분말(110) 사이를 절연할 수 있는 에폭시, 폴리이미드 등을 이용할 수 있으며, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110)의 열을 외부로 방출시킬 수 있는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질 등을 이용할 수 있다. 또한, 금속 분말(110)의 표면이 자성체, 예를 들어 금속 산화물 자성체로 코팅될 수 있다. 여기서, 폴리머(120)는 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있고, 열 전도성 필러(130)는 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 이러한 복수의 시트(100a 내지 100h)를 코일 패턴(310, 320)이 형성된 기재(200)의 상부 및 하부에 각각 배치한다. 한편, 복수의 시트(100a 내지 100h)는 열 전도성 필러(130)의 함량이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)의 일면 및 타면으로부터 상측 및 하측으로 갈수록 열 전도성 필러(130)의 함량이 높아질 수 있다. 즉, 기재(200)에 접하는 시트(100a, 100d)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100b, 100e)의 열 전도성 필러(130)의 함량이 시트(100a, 100d)의 열 전도성 필러(130)의 함량보다 높고, 시트(100b, 100e)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100c, 100f)의 열 전도성 필러(130)의 함량이 시트(100b, 100e)의 열 전도성 필러(130)의 함량보다 더 높을 수 있다. 이렇게 기재(200)으로부터 멀어질수록 열 전도성 필러(130)의 함량이 높아짐으로써 열 전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 16을 참조하면, 기재(200)을 사이에 두고 복수의 시트(100a 내지 100h)를 적층 및 가압한 후 성형하여 바디(100)를 형성한다. 그리고, 바디(100)의 하면, 즉 PCB에 대면하며 PCB에 실장될 바디(100)의 하면 소정 영역에 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성한다. 제 2 외부 전극(510, 520)은 바디(100)의 코일 패턴(300)이 노출된 서로 대향되는 두면과 직교하는 일 면에 형성될 수 있으며, 중앙 영역에서 서로 이격되도록 형성된다. 이를 위해 예를 들어 바디(100)의 일면에 가장자리에 구리 포일을 접합하여 시드층을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 시드층 상에 도금층을 형성함으로써 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성할 수 있다. 물론, 바디(100)의 일면 상에 스퍼터링 등의 증착 방법으로 금속층을 형성한 후 사진 및 식각 공정으로 패터닝하여 제 2 외부 전극(510, 520)을 형성할 수도 있다.
도 17을 참조하면, 바디(100) 양단부에 코일 패턴(310, 320)의 인출된 부분과 전기적으로 접속되고 제 2 외부 전극(500)과 연결되도록 제 1 외부 전극(410, 420)을 형성한다. 제 1 외부 전극(410, 420)은 도전성 페이스트에 바디(100)의 측면을 도포하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 바디(100)의 양단에 형성할 수 있다. 이때, 제 1 외부 전극(410, 420)을 도전성 페이스트를 도포하는 경우 바디(100)의 측면을 소정 깊이까지 침지하지 않고, 바디(100)의 측면 표면에만 도전성 페이스트가 형성되도록 도포한다.
도 18 내지 도 21은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 18을 참조하면, 기재(200)의 적어도 일면, 바람직하게는 일면 및 타면 상에 소정 형상의 코일 패턴(310, 320)을 형성한 후 코일 패턴(310, 320)을 덮도록 절연층(500)을 형성한다. 여기서, 절연층(500)의 일부, 예를 들어 코일 패턴(320) 상에 형성된 절연층(500)의 일부를 제거하여 코일 패턴(320)의 소정 영역을 노출시킨다.
도 19를 참조하면, 금속 분말(110), 폴리머(120) 및 열 전도성 필러(130)를 포함하는 재료로 이루어진 복수의 시트(100a 내지 100h)를 마련한다. 또한, 복수의 시트(100a 내지 100h) 중 기재(200)의 하측에 마련되는 시트들(100e 내지 100h)의 소정 영역에는 상하 관통되는 홀(101 내지 104)가 각각 형성된다. 여기서, 홀(101 내지 104)는 절연층(500)의 일부가 제거된 영역과 동일 영역에 형성되어 코일 패턴(320)을 노출시킨다.
도 20을 참조하면, 기재(200)을 사이에 두고 복수의 시트(100a 내지 100h)를 적층 및 가압한 후 성형하여 바디(100)를 형성한다. 따라서, 바디(100)의 하면, 즉 즉 PCB에 대면하며 PCB에 실장될 바디(100)의 하면 소정 영역에는 코일 패턴(300)의 적어도 일부를 노출시키는 홀(미도시)이 형성된다. 또한, 바디(100)의 적어도 일 측면에는 코일 패턴(310, 320)의 적어도 일부가 노출되도록 한다. 이어서, 도금 공정을 실시하여 코일 패턴(300)으로부터 도전층을 성장시키고 이를 통해 홀을 매립하여 연결 전극(1110, 1120)을 형성한다. 예를 들어, 연결 전극(1110, 1120)은 무전해 도금 공정을 실시하여 홀의 일부, 예를 들어 홀의 측벽에 형성한 후 전해 도금 공정을 실시하여 코일 패턴(300)으로부터 성장되도록 형성할 수 있다.
도 21을 참조하면, 연결 전극(1110, 1120)을 형성한 후 도금 공정을 실시하여 바디(100)의 하면에 도전층을 형성한다. 예를 들어, 전해 도금 공정으로 연결 전극(1110, 1120)을 형성한 후 계속된 전해 도금 공정으로 코일 패턴(320) 또는 연결 전극(1100)으로부터 바디(100)의 하면에 도전층을 형성할 수 있다. 그리고, 바디(100) 하면의 도전층을 사진 및 식각하여 중앙부를 제거함으로써 서로 이격된 외부 전극(1010, 1020; 1000)을 형성할 수 있다.
본 발명은 상기에서 서술된 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (18)

  1. 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 기재;
    상기 기재 상에 형성된 코일;
    상기 코일과 연결되며 상기 바디의 서로 대향되는 제 1 및 제 2 면에 형성된 제 1 외부 전극; 및
    상기 제 1 외부 전극과 연결되어 상기 바디의 제 1 및 제 2 면과 인접하는 제 3 면에 형성된 제 2 외부 전극을 포함하는 파워 인덕터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2 외부 전극은 PCB에 실장되며 상기 바디의 제 3 면의 중앙부로부터 이격되어 형성된 파워 인덕터.
  3. 상면의 일부 영역에 단차가 형성된 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 기재;
    상기 기재 상에 형성된 코일; 및
    상기 코일과 연결되며 상기 바디의 서로 대향되는 제 1 및 제 2 면으로부터 상기 바디의 하부 및 상부에 형성된 외부 전극을 포함하고,
    상기 외부 전극은 상기 바디의 상부에서 상기 단차보다 낮은 높이로 형성된 파워 인덕터.
  4. 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 기재;
    상기 기재 상에 형성된 코일;
    상기 바디의 일 면에 형성된 외부 전극; 및
    상기 바디 내부에 마련되어 상기 코일과 외부 전극을 연결시키는 연결 전극을 포함하는 파워 인덕터.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 외부 전극은 PCB에 실장되며 상기 바디의 중앙부로부터 이격되어 형성된 파워 인덕터.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 외부 전극은 상기 연결 전극으로부터 성장되어 성장되어 형성된 파워 인덕터.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6중 어느 한 항에 있어서, 상기 바디는 금속 분말, 폴리머 및 열 전도성 필러를 포함하는 파워 인덕터.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 금속 분말은 철을 포함하는 금속 합금 분말을 포함하며, 자성체 및 절연체의 적어도 하나가 표면에 코팅된 파워 인덕터.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 열 전도성 필러는 MgO, AlN, 카본 계열의 물질로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하며, 상기 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%의 함량으로 포함되는 파워 인덕터.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 기재는 철을 포함하는 금속판의 양면 상에 구리 포일이 접합된 파워 인덕터.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 바디의 적어도 일 영역에 마련되며 상기 바디의 투자율보다 높은 투자율을 갖는 자성층을 더 포함하는 파워 인덕터.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 기재는 적어도 둘 이상 마련되고, 상기 코일은 상기 적어도 둘 이상의 기재 상에 각각 마련되며, 상기 코일들은 상기 바디의 제 4 면 상에 형성된 측면 전극에 의해 연결되는 파워 인덕터.
  13. 적어도 하나의 기재 상에 코일을 형성하는 단계;
    금속 분말 및 폴리머를 함유하는 복수의 시트를 형성하는 단계;
    상기 기재를 사이에 두고 상기 복수의 시트를 적층 및 가압한 후 성형하여 바디를 형성하는 단계;
    상기 바디의 일면 상에 소정 간격 이격되도록 제 2 외부 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 바디의 측면에 상기 제 2 외부 전극과 연결되는 제 1 외부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 파워 인덕터 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제 2 외부 전극은 상기 바디의 일면 상에 소정 간격 이격되어 구리 포일을 접합하여 형성한 후 도금 공정을 실시하여 구리 포일로부터 도금층을 성장시켜 형성하는 파워 인덕터의 제조 방법.
  15. 적어도 하나의 기재 상에 코일을 형성하는 단계;
    금속 분말 및 폴리머를 함유하며 소정 영역에 홀이 형성된 복수의 시트를 형성하는 단계;
    상기 기재를 사이에 두고 상기 복수의 시트를 적층 및 가압한 후 성형하여 상기 코일의 소정 영역을 노출시키는 관통 홀이 형성된 바디를 형성하는 단계;
    상기 관통 홀을 매립하여 연결 전극을 형성하는 단계;
    상기 연결 전극과 연결되도록 상기 바디의 일면 상에 외부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 파워 인덕터 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 연결 전극은 무전해 도금 공정을 실시하여 상기 관통 홀의 적어도 일부를 매립한 후 전해 도금 공정을 실시하여 상기 관통 홀이 매립되도록 형성되고, 상기 외부 전극은 전해 도금 공정으로 상기 연결 전극으로부터 성장되어 형성된 파워 인덕터의 제조 방법.
  17. 청구항 13 내지 청구항 16중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 상기 철을 포함하는 금속판의 적어도 일면에 구리 포일이 접합된 파워 인덕터의 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 시트는 열 전도성 필러를 더 함유하는 파워 인덕터의 제조 방법.
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