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KR101832564B1 - 코일 부품 - Google Patents

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KR101832564B1
KR101832564B1 KR1020150149165A KR20150149165A KR101832564B1 KR 101832564 B1 KR101832564 B1 KR 101832564B1 KR 1020150149165 A KR1020150149165 A KR 1020150149165A KR 20150149165 A KR20150149165 A KR 20150149165A KR 101832564 B1 KR101832564 B1 KR 101832564B1
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Abstract

코일부, 및 상기 코일부 주변에 형성되며 자성 물질을 포함하는 바디를 포함하고, 상기 바디는 표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더를 포함하며, 상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 상기 제2 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 코일 부품이 개시된다.

Description

코일 부품{COIL COMPONENT}
본 발명은 코일 부품에 관한 것이다.
코일 부품 중 하나인 인덕터(inductor)는 저항, 커패시터와 더불어 전자회로를 이루어 노이즈(Noise)를 제거하는 대표적인 수동소자이다.
이 중 박막형 인덕터는 도금으로 코일 도체를 형성한 후, 자성체 분말 및 수지를 혼합시킨 자성체 분말-수지 복합체를 경화하여 바디를 제조하고, 바디의 외측에 외부전극을 형성하여 제조한다.
최근 세트의 복합화, 다기능화, 슬림화 등의 변화에 따라 이러한 박막형 인턱터를 소형화하려는 시도가 계속되고 있다. 그런데, 박막형 인덕터가 소형 사이즈로 제작되는 경우 부품의 특성을 구현하는 자성체의 부피가 감소되고, 이로 인해 투자율 및 DC 바이어스(BIAS) 특성 열화가 발생하게 된다. 이에, 당 기술 분야에서는 이러한 소형화 추세에서도 특성 열화의 문제를 해소할 수 있는 방안이 요구된다.
한국 공개특허공보 제10- 2015-0014346호
본 발명의 목적 중 하나는, 제품 특성이 우수한 코일 부품을 제공하는 것이다.
본 발명을 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는, 표면에 형성된 절연층의 평균 두께가 상이한 제1 및 제2 자성 파우더를 포함하여 바디를 형성하는 것이다.
본 발명의 여러 효과 중 하나로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품은 투자율 및 DC 바이어스(BIAS) 특성이 우수한 장점이 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품을 코일부가 나타나게 개략적으로 도시한 사시도다.
도 2는 도 1의 코일 부품을 A-A'을 따라 절단한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 실시 예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 예를 들어, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 "일 실시 예(one example)"라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 그러나, 아래 설명에서 제시된 실시 예들은 다른 실시예의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품을 설명하되, 특히 그 일 예로서 박막형 인덕터로 설명하지만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품을 코일부가 나타나게 개략적으로 도시한 사시도다. 도 1에 나타낸 바를 기준으로 하면, 하기의 설명에서 '길이' 방향은 도 1의 'L' 방향, '폭' 방향은 'W' 방향, '두께' 방향은 'T' 방향으로 정의될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품(100)은, 코일부 및 상기 코일부 주변에 형성되며 자성 물질을 포함하는 바디(50)를 포함한다.
코일부는 기판(20)의 일면에 형성된 제1 코일 도체(31)와 상기 기판(20)의 일면과 대향하는 타면에 형성된 제2 코일 도체(32)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 코일 도체(31, 32)는 나선(spiral) 형상을 가지는 평면 코일일 수 있다.
제1 및 제2 코일 도체(31, 32)는 기판(20) 상에 전기 도금법에 의해 형성될 수 있다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 이와 유사한 효과를 보일 수 있는 것이라면 당 기술 분야에서 알려진 다른 공정을 이용할 수도 있을 것이다.
제1 및 제2 코일 도체(31, 32)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 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 코일 도체(31, 32)는 절연막(40)으로 피복되어 바디(50)를 이루는 자성 재료와 직접 접촉되지 않을 수 있다. 상기 절연막(40)은 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 코일 도체(31)의 일 단부는 연장되어 제1 인출부(31', 미도시)를 형성하며, 상기 제1 인출부(31')는 바디(50)의 길이(L) 방향의 일 단면으로 노출될 수 있다. 또한, 상기 제2 코일 도체(32)의 일 단부는 연장되어 제2 인출부(32', 미도시)를 형성하며, 상기 제2 인출부(32')는 바디(50)의 길이(L) 방향의 타 단면으로 노출될 수 있다. 다만, 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 제1 및 제2 인출부(31', 32')는 상기 바디(50)의 적어도 일면으로 노출될 수 있다.
기판(20)은 예를 들어, 폴리프로필렌글리콜(PPG) 기판, 페라이트 기판 또는 금속계 연자성 기판 등일 수 있다. 기판(20)의 중앙부에는 관통 홀이 형성되어 있을 수 있으며, 상기 관통 홀은 자성 재료로 충진되어 코어부(55)를 형성할 수도 있다. 이와 같이, 자성 재료로 충진되는 코어부(55)를 형성할 경우, 자속이 통과하는 자성체의 면적이 증가하여 인덕턴스(L)를 보다 향상시킬 수 있다.
다만, 기판(20)은 반드시 포함되는 것은 아니며, 기판을 포함하지 않고, 금속 와이어(wire)로 코일부를 형성할 수도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 코일 부품(100)은, 바디(50)의 외부에 형성되고, 상기 코일 도체(31, 32)와 연결되는 제1 및 제2 외부 전극(81, 82)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 코일 도체(31)의 제1 인출부(31')가 제1 외부 전극(81)과 연결되고, 제2 코일 도체(32)의 제2 인출부(32')가 제2 외부 전극(82)에 각각 연결될 수 있다.
제1 및 제2 외부 전극(81, 82)은 전기 전도성이 뛰어난 금속을 포함하여 형성될 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni), 구리(Cu), 주석(Sn) 또는 은(Ag) 등의 단독 또는 이들의 합금 등으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 외부 전극(81, 82) 상에는 도금층(미도시)이 형성되어 있을 수 있으며, 이 경우, 상기 도금층은 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 주석(Sn)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 니켈(Ni)층과 주석(Sn)층이 순차로 형성될 수 있다.
도 2는 도 1의 코일 부품을 A-A'을 따라 절단한 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 바디(50)는, 표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더(51, 52)를 포함한다. 이와 같이, 자성 파우더의 표면에 절연막을 형성함으로써, 입자 간 절연성을 확보할 수 있다.
표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더(51, 52)는 열경화성 수지에 분산되어 포함될 수 있다. 이때, 상기 열경화성 수지는 예를 들어, 에폭시(epoxy) 수지 또는 폴리이미드(polyimide) 등일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 및 제2 자성 파우더 표면에 형성된 절연막의 평균 두께는 서로 상이하며, 이때, 상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께가 상기 제2 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께보다 두꺼울 수 있다.
이와 같이, 절연층의 평균 두께가 상이한 제1 및 제2 자성 파우더를 포함하여 바디(50)를 형성함으로써, 동일 부피 내 함유된 자성체 함량을 극대할 수 있으며, 이에 따라 투자율 및 DC 바이어스(BIAS) 특성을 현저히 향상시킬 수 있다.
제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 10nm 이상 40nm 이하일 수 있다. 상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께가 10nm 미만일 경우 절연성 저하로 바디 내 파우더 간 미세 전류 패스가 형성될 수 있으며, 40nm를 초과할 경우 바디의 투자율이 열화될 우려가 있다.
또한, 제2 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 1nm 이상 10nm 이하일 수 있다. 상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께가 1nm 미만일 경우 바디 내 절연성 저하로 바디 내 파우더 간 미세 전류 패스가 형성될 수 있으며, 10nm를 초과할 경우 바디의 투자율이 열화될 우려가 있다.
여기서, 평균 두께는 고 배율의 TEM(Scanning Electron Microscope) 분석을 통해 측정할 수 있다.
표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더(51, 52)는 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 중량비가 1:9 미만일 경우 바디의 절연저항이 열화될 우려가 있다. 반면, 상기 중량비가 9:1을 초과할 경우 바디의 투자율이 열화될 우려가 있다.
제1 및 제2 자성 파우더는 발명의 목적에 따라 다양한 입자 크기를 가질 수 있으며, 예를 들어, 제1 및 제2 자성 파우더의 직경은 0.1μm 내지 90μm일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 자성 파우더는 구형의 입자일 수 있다.
제1 및 제2 자성 파우더는 자기 특성을 나타내는 페라이트 파우더 또는 금속 파우더일 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 페라이트 파우더는 Mn-Zn계 페라이트 파우더, Ni-Zn계 페라이트 파우더, Ni-Zn-Cu계 페라이트 파우더, Mn-Mg계 페라이트 파우더, Ba계 페라이트 파우더 및 Li계 페라이트 파우더로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는 철(Fe), 규소(Si), 붕소(B), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니오븀(Nb) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 예를 들어, Fe-Si-B-Cr계 비정질 금속 파우더일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 제1 및 제2 자성 파우더는 동일한 종류의 자성 파우더일 수도 있으며, 서로 상이한 종류의 자성 파우더일 수도 있다.
제1 및 제2 자성 파우더의 표면에 형성된 절연막의 유리전이온도(Tg)는 120℃ 이상일 수 있다. 절연막의 유리전이온도(Tg)가 120℃ 보다 낮을 경우에는 바디를 형성하는 과정에서 상기 절연막이 휘발되어 소실될 우려가 있다.
제1 및 제2 자성 파우더의 표면에 형성된 절연막은 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide), 아크릴(Acrylic), 테프론(Teflon) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 단면도이다.
본 발명의 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 바디(50)는 상기 코일부의 상부 및 하부에 복수의 자성체 층을 적층하여 형성되며, 상기 복수의 자성체 층 중 상기 코일부와 인접한 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제1 자성 파우더(51)를 포함하고, 나머지 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제2 자성 파우더(52)를 포함한다.
이와 같이, 코일부 인접 영역에 절연막의 평균 두께가 두꺼운 제1 자성 파우더를 위치시킬 경우, 고전압, 고전류 환경에서 내 절연성을 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 단면도이다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따른 코일 부품의 바디(50)는 코일부의 상부 및 하부에 복수의 자성체 층을 적층하여 형성되며, 상기 복수의 자성체 층 중 상기 코일부와 인접한 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제2 자성 파우더를 포함하고, 나머지 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제1 자성 파우더를 포함한다.
이와 같이, 코일부 인접 영역에 절연막의 평균 두께가 두꺼운 제2 자성 파우더를 위치시킬 경우, 바디의 투자율이 높아 높은 인덕턴스를 구현할 수 있는 장점이 있다.
실험 예
하기 표 1은 코일 부품의 바디에 포함된 자성 파우더의 종류에 따른 투자율 및 DC 바이어스(BIAS) 특성을 테스트한 결과이다.
샘플 1은 표면에 평균 두께가 30nm인 인산계 글라스 (유리전이온도: 310℃)이 형성된 Fe-Cr-Si계 메탈 파우더(평균 입자 직경: 23μm)를 포함하는 메탈 자성체 층을 8매 적층하고, 압착 및 경화하여 제조하였다.
샘플 2는 표면에 평균 두께가 5nm인 인산계 글라스 (유리전이온도: 310℃))이 형성된 Fe-Cr-Si계 메탈 파우더(평균 입자 직경: 23μm)를 포함하는 메탈 자성체 층을 8매 적층하고, 압착 및 경화하여 제조하였다.
샘플 3은 표면에 평균 두께가 30nm인 인산계 글라스 (유리전이온도: 310℃))이 형성된 Fe-Cr-Si계 메탈 파우더(평균 입자 직경: 23μm)와 평균 두께가 5nm인 인산계 글라스 (유리전이온도: 310℃))이 형성된 Fe-Cr-Si계 메탈 파우더(평균 입자 직경: 23μm)를 5:5의 비율로 포함하는 메탈 자성체 층을 8매 적층하고, 압착 및 경화하여 제조하였다
샘플 투자율 DC 바이어스 특성
1* 25 2.8A
2* 32 2.1A
3 35 2.8A
*: 비교 예
상기 표 1을 참조할 때, 절연막의 평균 두께가 상이한 2종의 자성 파우더를 이용하여 바디를 형성할 경우, 투자율 및 DC 바이어스 특성이 현저히 향상됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
20: 기판
31: 제1 코일 도체
32: 제2 코일 도체
40: 절연막
50: 바디
51: 표면에 절연막이 형성된 제1 자성 파우더
52: 표면에 절연막이 형성된 제2 자성 파우더
81: 제1 외부 전극
82: 제2 외부 전극
100: 코일 부품

Claims (13)

  1. 코일부; 및
    상기 코일부 주변에 형성되며 자성 물질을 포함하는 바디;
    를 포함하고,
    상기 바디는, 표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더를 포함하며,
    상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 상기 제2 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 코일 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 상기 코일부의 상부 및 하부에 복수의 자성체 층을 적층하여 형성되며,
    상기 복수의 자성체 층 중 상기 코일부와 인접한 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제1 자성 파우더를 포함하고, 나머지 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제2 자성 파우더를 포함하는 코일 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바디는 상기 코일부의 상부 및 하부에 복수의 자성체 층을 적층하여 형성되며,
    상기 복수의 자성체 층 중 상기 코일부와 인접한 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제2 자성 파우더를 포함하고, 나머지 자성체 층은 상기 표면에 절연막이 형성된 제1 자성 파우더를 포함하는 코일 부품.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 10nm 이상 40nm 이하이고, 상기 제2 자성 파우더에 형성된 절연막의 평균 두께는 1nm 이상 10nm 이하인 코일 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더를 1:9 내지 9:1의 중량비로 포함하는 코일 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성 파우더의 입자 직경은 0.1μm 내지 90μm인 코일 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성 파우더는 Mn-Zn계 페라이트, Ni-Zn계 페라이트, Ni-Zn-Cu계 페라이트, Mn-Mg계 페라이트, Ba계 페라이트 및 Li계 페라이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 코일 부품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성 파우더는 철(Fe), 규소(Si), 붕소(B), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니오븀(Nb) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 코일 부품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성 파우더의 표면에 형성된 절연막의 유리전이온도(Tg)는 120℃ 이상인 코일 부품.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 자성 파우더의 표면에 형성된 절연막은 에폭시(Epoxy), 폴리이미드(Polyimide), 아크릴(Acrylic), 테프론(Teflon) 및 액정 결정성 폴리머(LCP, Liquid Crystalline Polymer)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함하는 코일 부품.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 표면에 절연막이 형성된 제1 및 제2 자성 파우더는 열경화성 수지에 분산되어 포함되는 코일 부품.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 코일부는, 기판 및 상기 기판의 표면에 형성된 제1 및 제2 코일 도체를 포함하는 코일 부품.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 바디의 외부에 형성되고, 상기 제1 및 제2 코일 도체와 각각 접속하는 제1 및 제2 외부전극을 더 포함하는 코일 부품.
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