KR101983135B1 - 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인덕터에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터는 소자 몸체 및 소자 몸체 내에 구비되고, 금속산화물 및 수축율 조절제를 갖는 갭층(gap layer)을 포함한다.

Description

인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물{INDUCTOR AND COMPOSITION FOR MANUFACTURING THE GAP LAYER OF THE SAME}

본 발명은 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박형화가 가능하고, 용량 특성이 향상된 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 관한 것이다.

최근 모바일 기기의 소형화 및 복합 기능화가 진행됨에 따라, 전자 부품도 초소형화가 진행되고 있다. 이러한 추세에 부응하기 위해, 높은 인덕턴스 특성 및 높은 Q(high-Q) 특성을 가지면서, 소형화 및 박막화 또한 가능한 박막형 칩 인덕터가 개발되고 있다.

일반적인 박막형 칩 인덕터는 세라믹 절연시트들을 적층시켜 이루어진 다층 구조를 갖는 소자 몸체, 상기 소자 몸체 내에서 상기 시트들 각각에 형성되어 코일 구조를 이루는 내부 전극, 상기 소자 몸체 외부의 양 끝단에 형성되는 외부 전극, 그리고 상기 소자 몸체 내에서 상기 내부 전극을 구획하는 갭층으로 구성될 수 있다. 상기 갭층은 비자성체 재질로 이루어져 상기 소자 몸체 중앙에서 자속을 끊어주어, 전류 인가에 따른 상기 인덕터의 인덕턴스 L값의 변화를 줄이기 위한 것이다.

상기 갭층의 재료는 보통 ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하며, 이에 소결성 확보를 위해 CuO를 첨가하거나 Fe의 함량을 조절한다. 즉, 갭층 기능 측면에서는 상기 갭층의 재료를 완전한 비자성체 재료를 사용하는 것이 바람직하나, 완전한 비자성체 재료로는 소자 몸체의 제조 공정시 소결성이 확보되지 않으므로, 약간의 자성을 발생되는 것을 감안하더라도, CuO와 같은 재료를 첨가하게 된다.

그러나, 상기와 같은 재료로서 갭층을 구현하는 경우, 다음과 같은 문제점들이 발생된다.

첫째, 상기와 같은 갭층은 인덕터의 특성을 저하시킨다. 일반적으로 ZnCu ferrte 계열의 ferrite를 주성분으로 하는 갭층은 소자 몸체의 재료에 포함된 니켈(Ni) 성분이 상기 갭층으로 확산하고, 또한 갭층의 아연(Zn) 성분이 소자 몸체로 확산된다. 이러한 확산 현상으로 인해 상기 갭층의 두께가 실질적으로 얇아져, 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성이 저하되는 현상이 발생된다. 이를 방지하기 위해서는 상기 갭층의 두께를 증가시켜야 하나, 상기 갭층의 두께를 증가시키는 경우 두꺼운 갭층 시트를 사용하여야 하므로, 인덕터의 박형화 구현이 곤란해진다.

둘째, 상기와 같은 갭층은 인덕터의 용량 특성을 저하시킨다. 기존의 비자성체 Zn-Ti ferrite 계열의 유전체로 이루어진 갭층은 상기 인덕터의 제조를 위한 소성 공정을 수행하는 과정에서, Ti 물질이 소자 몸체로 확산된다. 특히, 상기 소성 온도가 높아질수록, 상기 Ti 물질의 소자 몸체로의 확산 현상은 커지며, 이에 따라 소자 몸체의 자성 특성이 나빠져, 상기 인덕터의 용량 특성이 저하된다.

셋째, Fe 조성의 확산이나 Ni 성분의 확산에 따른 인덕터의 특성 저하가 발생된다. 즉, 일반적인 갭층은 소결성 확보를 위해 CuO의 첨가하게 된다. 그러나, CuO의 첨가로 인해 상기 갭층 재료는 자성을 갖게 될 수 있으며, 이러한 자성 특성은 Cu의 첨가량만큼 증가할 수도 있다. 또한, 실온에서 비자성을 갖는 갭 재료가 대략 900℃ 이상의 소성 온도에서는 Fe의 확산으로 인해 자성을 갖게 된다. 이러한 확산 현상으로 인해, 소자 몸체의 자성 특성을 저하시켜, 상기 인덕터의 용량을 저하시킨다.

1. 한국공개특허번호 10-2011-0116041 2. 한국공개특허번호 10-2010-0127878

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 갭층의 확산 현상을 방지하여, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킨 인덕터를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 박형화가 가능하고, 용량 특성을 향상시킨 인덕터를 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 갭층의 확산 현상을 방지하여, 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있는 갭층의 제조를 위한 조성물을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인덕터의 박형화 및 용량 특성을 향상시킬 수 있는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 인덕터는 소자 몸체 및 상기 소자 몸체 내에 구비되고, 금속산화물 및 수축율 조절제를 갖는 갭층(gap layer)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 인덕터의 갭층의 투자율은 4이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 산화지르코늄일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 갭층은 20㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 갭층은 10.00% 이상의 수축율을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스이고, 상기 갭층 내 비스무스의 함량은 1.3wt% 미만일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 소자 몸체는 복수의 시트들로 이루어지고, 상기 시트들 각각은 NiZnCu ferrite 계열의 자성체로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 금속산화물과 수축율 조절제를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나이고, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3), Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2)이고, 상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)이며, 상기 산화지르코늄과 상기 삼산화이비스무스의 함량비는 98.75 : 1.25 내지 95.00 : 5.00일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 1.00mol% 이상으로 첨가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수축율 조절제는 상기 산화지르코늄에 대해 5.00mol% 미만으로 첨가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 산화지르코늄은 평균 입경이 0.25㎛ 이하인 이산화지르코늄을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 인덕터는 갭층을 산화지르코늄과 산화비스무스의 혼합 재료로 구성하여 제조 과정에서 갭층의 확산 현상을 방지함으로써, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 인덕터는 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 하여 박형화가 가능하여, 상대적으로 소자 몸체의 두께를 증가시킬 수 있어 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 산화지르코늄을 주성분으로 하고 수축율 조절제인 산화비스무스로 이루어져, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 하는 갭층에 비해, 갭층의 확산 현상을 방지하여 인덕터의 DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 할 수 있어, 인덕터의 박형화하고 용량을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터와 Ti 계열 재료로 이루어진 갭층을 갖는 인덕터의 직류전류 인가에 따른 인덕턴스 변화율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 ZrO2 및 Bi2O3의 2성분계 조성비에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 초기 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 DC-bias 변화에 따른 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 온도 변화에 따른 DC-bias(TCL-bias) 특성을 보여주는 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공될 수 있다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 인덕터 및 그의 갭층 제조를 위한 조성물에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 소자 몸체(110), 전극 구조물(120), 그리고 갭층(gap layer:130)을 포함할 수 있다.

상기 소자 몸체(110)는 복수의 시트들(112)로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 시트들(112)은 복수의 비자성체 세라믹 절연 시트들 또는 페라이트 자성체 시트들을 적층시켜 이루어질 수 있다. 상기 시트들(112) 각각은 ferrite 계열의 자성체로 이루어진 시트일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 시트들(112) 각각은 Ni-Zn-Cu 페라이트로 이루어지는 자성체 시트일 수 있다. 상기 Ni-Zn-Cu 페라이트로는 Fe2O3, NiO, ZnO 및 CuO 등을 선택적으로 함유하는 페라이트일 수 있다. 선택적으로, 상기 자성체 시트의 재료로서, 코발트(Co), 망간(Mn), 주석(Sn), 비스무스(Bi), 그리고 기타 다양한 물질이 더 함유될 수도 있다.

상기 전극 구조물(120)은 상기 소자 몸체(110) 내부에 구비된 내부 전극(122) 및 상기 소자 몸체(110) 외부에 구비된 외부 전극(124)을 가질 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 각각의 상기 시트들(112) 상에 형성된 회로 패턴들이 하나의 다층 코일 형태를 이루는 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 은(Ag) 재질의 회로 패턴일 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 상기 인덕터(100)를 외부 전자 기기(미도시됨)에 전기적으로 접속시키기 위한 것일 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 상기 내부 전극(122)에 전기적으로 연결되면서 상기 소자 몸체(110)의 양 끝단에 각각 구비될 수 있다. 상기 외부 전극(124)은 외부 단자로서의 금속층 및 상기 금속층에 대해 도금 공정을 수행하여 형성된 니켈(Ni) 또는 주석(Sn)으로 이루어진 도금층들로 이루어질 수 있다.

상기 갭층(130)은 상기 소자 몸체(110) 내부에서 상기 시트들(112) 사이에 구비될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기 시트들(112) 사이에서 상기 시트들(112)의 평행하는 방향으로 배치되어, 상기 소자 몸체(110)를 다수의 영역들로 구획시킬 수 있다. 상기 영역들 각각에 발생되는 자기장은 상기 갭층(130)에 의해 차단되어, 상기 영역들 간에는 자기장의 흐름이 최소화될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기와 같은 자기장 차단 기능 측면에서, 완전한 비자성체 재료로 구현하는 것이 바람직할 수 있다.

상기 갭층(130)은 고온 소성용 절연 재료를 주성분으로 할 수 있다. 상기 고온 소성용 절연재료는 상기 인덕터(100)의 제조를 위한 소성 공정의 온도가 대략 800℃ 이상의 고온인 경우에 사용되는 절연 재료로 정의될 수 있다. 일 예로서, 상기 고온 소성용 절연재료로는 이산화지르코늄(ZrO2)이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 고온 소성용 절연재료로는 산화알루미늄(Al2O3) 및 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 상기 이산화지르코늄은 대략 0.25㎛ 이하, 더 바람직하게는 0.20㎛의 평균 입자 크기를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 상기 평균 입자 크기는 일정 사이즈의 샘플에서 확인되는 평균 입경으로 정의될 수 있다. 일 예로서, 상기 평균 입경은 샘플을 입도 분석기(Particle size analyzer)로 분석한 결과에서 입도 누적분포(D50)의 대략 50%지점의 값으로 정의될 수 있다. 상기 이산화지르코늄의 평균 입자 크기가 0.25㎛를 초과하는 경우, 상기 갭층(130)의 수축율이 감소될 수 있다.

상기 갭층(130)은 상기 갭층(130)의 제조를 위한 조성물에 첨가된 수축율 조절제의 잔유물이 포함될 수 있다. 상기 갭층(130)은 상기 소자 몸체(110)의 제조 공정시 발생되는 상기 소자 몸체(110)의 수축율과 대체로 동일하게 하는 것이, 상기 인덕터(110)의 제조 효율을 높일 수 있다. 보다 구체적으로, 소성 과정에서 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110)의 수축율이 서로 상이한 경우, 이러한 수축율 차이로 인한 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110)의 계면에서 딜라미네이션(delamination) 또는 크랙(crack) 등의 공정상 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 상기 수축율 조절제는 상기와 같은 수축률 차이를 최소화하도록 제공될 수 있다. 또한, 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110) 간의 접합력이 낮은 경우에도 상기와 같은 불량이 발생될 수 있으므로, 상기 수축율 조절제는 상기 갭층(130)과 상기 소자 몸체(110) 간의 접합력을 높일 수 있는 재료를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

일 예로서, 상기 수축율 조절제로는 삼산화이비스무스(Bi2O3)가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 수축율 조절제로는 Bi-Li 화합물계 산화물, 그리고 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나가 사용될 수도 있다. 상기 수축율 조절제로 삼산화이비스무스를 사용하는 경우, 상기 삼산화이비스무스(Bi2O3)는 상기 고온 소성용 재료인 이산화지르코늄으로 이루어진 상기 갭층(130)에 수축율을 조절하기 위한 재료가 되며, 이때의 수축율은 대략 10.00% 이상이 되도록 그 첨가량이 조절되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 상기 수축율 조절제는 상기 갭층(130)에 대해, 소성 후 완제품에서 대략 0.1wt% 이상으로 포함될 수 있다. 상기 수축율 조절제의 함량이 0.1wt% 이하인 경우, 상기 갭층(130)을 제조하기 위한 소성 공정을 진행하는 과정에서 충분한 수축율이 확보되지 않아, 제조 공정 효율이 저하될 수 있다. 상기 수축율 조절제로 삼화비스무스를 사용하는 경우, 상기 소성 공정을 수행하는 과정에서 일부가 열에 의해 기화되어 없어질 수 있으므로, 그 함량은 최초 상기 갭층의 제조를 위한 조성물에 비해 다소 적어질 수 있으며, 상기 수축율 조절제의 함량이 0.1wt% 이상이라는 것은 상기 소성 공정에서 상기 수축율 조절제의 일부가 제거되는 것을 고려한 수치일 수 있다. 상기 갭층 제조를 위한 조성물 상태에서의 상기 수축율 조절제의 바람직한 함량에 대한 설명은 후술하겠다.

한편, 상기 갭층(130)의 두께(T1)는 대략 25㎛ 이하로 조절될 수 있다. ZnCu ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층의 경우, 적어도 30㎛ 이상의 두께를 확보하여야만, 갭층으로서의 기능을 발휘할 수 있다. 그러나, 상기 갭층(130)은 완전한 비자성체인 산화 지르코늄 재료를 주성분으로 하므로, 상기 갭층(130)의 두께(T1)를 25㎛ 이하, 더 나아가 15㎛ 이하로 조절하여도 갭층으로서의 충분한 기능을 발휘할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터와 Ti 계열 재료로 이루어진 갭층을 갖는 인덕터의 직류전류 인가에 따른 인덕턴스 변화율을 보여주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 인덕턴스 변화값 그래프(10)는 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층의 인덕턴스 변화값 그래프(20)에 비해, 대략 900℃의 소성 온도에서 상대적으로 낮은 변화율을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 갭층(130)은 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층에 비해, 상대적으로 얇은 두께로 제공될 수 있다. 즉, 일반적인 Ti 계열의 비자성체 재료로 제조된 갭층의 경우, 인덕터의 DC-bias 특성을 확보하기 위해, 적어도 30㎛ 이상의 두께로 제공되어야 한다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)은 25㎛ 미만, 더 나아가 20㎛ 미만의 두께로 제공되어도 상기 인덕터(100)의 DC-bias 특성을 확보할 수 있다. 이와 같이 상기 갭층(130)의 두께를 얇게 하는 경우, 상대적으로 소자 몸체(110)의 두께를 증가하여 상기 내부 전극(122)의 층수를 증가시킬 수 있으므로, 상기 인덕터(100)의 용량을 증가시킬 수 있다.

도 3은 ZrO2 및 Bi2O3의 2성분계 조성비에 따른 수축율을 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 제조를 위한 조성물에 있어서, 수축율 조절제로 삼산화이비스무스(Bi2O3)를 사용하는 경우, 상기 ZrO2 : Bi2O3의 함량비가 98.75 : 1.25인 것을 기준으로, 상기 수축율 조절제의 함량이 상기 기준 이상인 경우, 수축율(%)을 향상시키는 효과가 발휘되는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 ZrO2에 대한 상기 수축율 조절제의 함량이 대략 1.00mol% 이상이면, 수축율(%)을 향상시키는 효과가 발휘되는 것을 확인하였다. 상기 수축율 조절제의 함량이 상기 조성물 대비 1.00mol% 미만인 경우, 상기 갭층(130)의 제조를 위한 소성 공정을 진행하는 과정에서 충분한 수축율이 확보되지 않는 것으로 예상할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 초기 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 두께가 각각 5um, 7um, 10um가 되는 인덕터들을 제조하고, 상기 인덕터들의 인덕턴스 그래프들(11, 13, 15)을 산출한 후, 이를 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 제조하였을 경우의 인덕턴스 그래프(22)와 비교하였다. 그 결과, 상기 갭층(130)은 10um의 두께만으로도 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 사용하였을 경우와 비교하여, 대체로 유사한 초기 인덕턴스값을 갖는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 일반적인 갭층에 비해 유사한 성능을 발휘하면서도 얇은 두께를 가질 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 두께 변화에 따른 DC-bias 변화에 따른 인덕턴스값을 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 갭층(130)의 두께가 각각 5um, 7um, 10um가 되는 인덕터들을 제조하고, 상기 인덕터들의 인덕턴스 변화율 그래프들(12, 14, 16)을 산출한 후, 이를 Zn ferrite를 사용하여 20um 두께를 갖는 갭층을 제조하였을 경우의 인덕턴스 변화율 그래프(24)와 비교하였다. 그 결과, DC-bias 변화율이 -30%가 되는 전류값인 Isat값은 상기 갭층(130) 5um 사용했을 때의 값과 유사하게 나타나는 것을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 일반적인 갭층에 비해, 유사한 성능을 발휘하면서도, 대략 50% 이하의 얇은 두께로 제조하여도, 동등하거나 그 이상의 초기 인덕턴스 특성과 Isat값을 나타낼 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 온도 변화에 따른 DC-bias(TCL-bias) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)의 갭층(130)은 온도 변화에 따른 변화가 적은 것을 확인하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 소자 몸체(110)에 구비되어 자기장의 차단시키는 갭층(130)이 고온 소성용 재료인 산화지르코늄과 수축율 조절제인 산화비스무스로 이루어진 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 소성과정에서 소자 몸체와 갭층 간의 물질 확산이 거의 없어, 상기 산화지르코늄이 완전한 비자성 재료이므로, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 동일 두께에서 더 나은 자기장 차단 효율을 발휘할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 인덕터는 갭층을 산화지르코늄과 산화비스무스의 혼합 재료로 구성하여 제조 과정에서 갭층의 확산 현상을 방지함으로써, DC-bias 특성 및 bias-TCL 특성을 향상시킬 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 인덕터는 ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층에 비해, 갭층의 두께를 얇게 하여 박형화가 가능하여 상대적으로 소자 몸체의 두께를 증가시킬 수 있어 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.

[ 실시예 ]

평균 입경 100nm 이하를 갖는 산화지르코늄(ZrO2) 분말과 산화비스무스(Bi2O3)를 전체 혼합물 함량대비 아래의 표1에 나타낸 비율(mol%)과 같이 첨가하여, 혼합물을 준비하였다. 여기서, 상기 산화지르코늄(ZrO2) 분말과 산화비스무스(Bi2O3) 이외에도 소량의 아연(Zn)과 구리(Cu) 등의 소자 몸체 성분 또는 액상 소결조제 등이 선택적으로 더 첨가될 수 있으나, 상대적으로 미량이므로 산화지르코늄 분말과 산화비스무의 함량의 합이 100mol%인 것으로 정리하였다.

상기 혼합물은 슬러리 형태로 제조되며, 상기 슬러리를 대략 120℃의 온도에서 12시간 이상 건조한 후, 분쇄하여 분말을 얻었다. 상기 분말에 PVA 바인더(5% 희석액)를 상기 분말 대비 대략 10wt% 첨가하여 외경 20mm 및 내경 14mm의 토로이덜 코어 몰드(toroidal core mold)에 2.5g을 넣고, 2톤의 압력으로 1분 가량 압축하여 성형한 후, 대략 900℃의 소성 온도에서 대략 2시간 동안 소성시켰다.

상기와 같이 제조된 토로이덜 코어의 크기를 측정하여 수축율을 산출하였고, 에나멜 동선을 10번의 턴(turn)으로 감은 후 1MHz에서의 인덕턴스 L값을 측정하여 투자율을 산출하여, 아래 표1 및 도 3에 정리하여 표시하였다.

또한, 상기 샘플2와 샘플7을 이용하여 제조된 갭층의 조성에 대해 정량 분석하여, 표2에 정리하여 표시하였다.

소성온도	샘플	조성(mol%)		투자율	수축율(%)
		ZrO2	Bi2O3
900℃	샘플1	99.37	0.63	3.20	0.85
900℃	샘플2	98.75	1.25	3.39	2.50
900℃	샘플3	98.00	2.00	3.23	10.00
900℃	샘플4	97.50	2.50	3.21	16.25
900℃	샘플5	97.00	3.00	3.20	16.75
900℃	샘플6	96.00	4.00	3.21	18.60
900℃	샘플7	95.00	5.00	3.12	18.40

갭층 제조용 조성물 내 Bi2O3 함량(mol%)	소성 후 갭층 내 구성원소별 함량(wt%)
	Bi	Zr	Cu	Fe	Zn	Ni	Total
1.25	0.1	95.0	0.8	2.9	0.3	0.9	100
5	1.3	93.1	0.8	3.4	0.4	1.0	100

상기 표 1을 참조하면, 상기 샘플1 내지 샘플7 모두의 투자율이 4미만으로 비자성체를 갖는 것을 확인하였다. 이에 따라 상기 샘플1 내지 샘플7 모두가 갭층의 재료로 충분히 사용가능하다는 것을 확인하였다.

상기 표 2를 참조하면, 상기 샘플2 및 샘플7을 이용하여 제조된 갭층 내 Bi의 함량은 각각 0.1wt% 및 1.3wt%인 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 갭층의 제조를 위한 조성물 내 Bi2O3의 농도를 대략 1.25mol% 내지 5.00mol% 조절하는 경우, 상기 갭층에는 대략 0.1wt% 내지 1.3wt% 정도가 되는 것을 확인하였다. 다만, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수축율 조절제인 Bi2O3의 함량을 대략 1.00mol% 이상으로 추가하여도 수축율을 향상시키는 효과가 발휘될 수 있고, 인덕터의 제조 공정 조건에 따라 최종 갭층 내에서의 Bi 함량은 크게 낮아진다. Bi2O3의 최소 함량과 인덕터 제조 공정 조건을 고려하면, 상기 갭층의 Bi의 최소 함량은 0.01wt%까지 낮아질 수 있을 것으로 예측된다.

한편, 상기 ZrO2에 대한 상기 Bi2O3의 함량을 1.25mol% 이하로 첨가하는 경우, 수축율이 2.50% 이하였다. 즉, 샘플1 및 샘플2의 경우, 수축율 조절제인 Bi2O3의 함량이 상대적으로 너무 적어, 수축율을 높이는 기능을 충분히 발휘할 수 없는 것으로 확인되었다. 그러나, 상기 ZrO2에 대한 상기 Bi2O3의 함량을 2.00mol% 이상으로 첨가하는 경우, 수축율이 10.00% 이상이었다. 즉, 샘플1 내지 샘플7의 경우, 수축율이 10% 이상으로 증가하는 것을 확인하였으며, 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, Bi2O3의 첨가량이 1.25mol% 이상이 되는 시점부터 수축율이 큰 폭으로 증가하는 것을 확인하였다. 다만, Bi2O3의 함량이 4mol% 또는 5mol%을 초과하여 첨가하는 경우에는 수축율이 대략 18.50% 내외에서 더 이상 증가하지 않는 것을 확인하였다. 즉, 수축율 측면에서는 상기 Bi2O3의 함량이 대략 4mol% 내지 5mol%의 이상에서 포화값을 가졌다.

상기와 같은 결과 데이터를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물은 고온 소성용 재료로서 완전한 절연 재료인 산화지르코늄을 주성분으로 하고, 이에 수축율 조절제로서 Bi2O3의 함량을 조절하는 경우, 인덕터의 갭층으로 기능을 충분히 확보할 수 있다는 것을 확인하였다. 특히, ZnCuFeO ferrite 또는 Zn-Ti 계열의 유전체를 주성분으로 사용하는 갭층의 소결 수축율이 대략 10% 내지 20%인 것을 고려하면, 산화지르코늄과 상기 Bi2O3의 함량비를 98.75 : 1:25 내지 95.00 : 5.00로 조절하면, 기존의 갭층 재료에 비해 유사하거나 더 나은 효과를 발휘하는 것을 확인하였다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 인덕터
110 : 소자 몸체
120 : 전극 구조물
122 : 내부 전극
124 : 외부 전극
130 : 갭층

Claims (15)

1. 소자 몸체; 및
   상기 소자 몸체 내에 구비되고, 금속산화물 및 수축율 조절제를 갖는 갭층(gap layer)을 포함하고,
   상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
   상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)를 포함하고,
   상기 갭층 내 비스무스의 함량은 0.1wt% 이상 1.3wt% 미만인,
   인덕터.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수축율 조절제는 Bi-Li 화합물계 산화물 및 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 인덕터.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 인덕터의 갭층의 투자율은 3.12 이상 4 이하인 인덕터.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속산화물은 평균 입경이 0 초과 0.25㎛ 이하인 산화지르코늄인 인덕터.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 갭층은 5㎛ 이상 20㎛ 이하의 두께를 갖는 인덕터.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 갭층은 10.00% 이상 18.50% 이하의 수축율을 갖는 인덕터.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 소자 몸체는 복수의 시트들로 이루어지고,
   상기 시트들 각각은 NiZnCu ferrite 계열의 자성체로 이루어진 인덕터.
10. 인덕터의 소자 몸체 내에 구비되는 갭층의 제조를 위한 조성물에 있어서,
    금속산화물과 수축율 조절제를 포함하고,
    상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3), 그리고 이산화타이타늄(TiO2) 중 적어도 어느 하나이고,
    상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)를 포함하고,
    상기 수축율 조절제는 상기 금속산화물에 대해 1.00mol% 이상 5.00mol% 미만으로 첨가되는 인덕터의 갭층(gap layer) 제조를 위한 조성물.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수축율 조절제는 Bi-Li 화합물계 산화물 및 Bi-B 화합물계 산화물 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속산화물은 이산화지르코늄(ZrO2)이고,
    상기 수축율 조절제는 삼산화이비스무스(Bi2O3)이며,
    상기 이산화지르코늄과 상기 삼산화이비스무스의 함량비는 98.75 : 1.25 내지 95.00 : 5.00인 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.
13. 삭제
14. 삭제
15. 제 12 항에 있어서,
    상기 이산화지르코늄은 평균 입경이 0 초과 0.25㎛ 이하인, 인덕터의 갭층 제조를 위한 조성물.
    

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