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KR101983140B1 - 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법, 그리고 상기 금속 자성체 분말을 이용하여 제조된 인덕터 - Google Patents

금속 자성체 분말 및 그 형성 방법, 그리고 상기 금속 자성체 분말을 이용하여 제조된 인덕터 Download PDF

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KR101983140B1
KR101983140B1 KR1020130071603A KR20130071603A KR101983140B1 KR 101983140 B1 KR101983140 B1 KR 101983140B1 KR 1020130071603 A KR1020130071603 A KR 1020130071603A KR 20130071603 A KR20130071603 A KR 20130071603A KR 101983140 B1 KR101983140 B1 KR 101983140B1
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KR
South Korea
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core particles
coating
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insulating film
core
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김학관
안성용
이성재
서정욱
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 금속 자성체 분말에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말은 연자성 코어 입자 및 상기 코어 입자를 덮으며 다층 구조를 갖는 다층 피막을 포함하되, 다층 피막은 코어 입자를 열처리하여 형성된 산화막 및 코어 입자에 대해 코팅 입자를 코팅 처리하여 형성된 절연막을 포함한다.

Description

금속 자성체 분말 및 그 형성 방법, 그리고 상기 금속 자성체 분말을 이용하여 제조된 인덕터{METAL MAGNETIC POWDER AND METHOD FOR FORMING THE SAME, AND INDUCTOR MANUFACTURED USING THE METAL MAGNETIC POWDER}
본 발명은 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인덕터의 DC-bias 특성 및 인덕턴스 특성을 향상시킬 수 있는 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법, 그리고 상기 금속 자성체 분말을 이용하여 제조된 인덕터에 관한 것이다.
적층형 파워 인덕터는 주로 휴대 전자 기기 내 DC-DC 컨버터와 같은 전원 회로에 사용되며, 특히 재료적이나 구조적으로 인덕터의 자기 포화를 억제하는 특징이 있어, 고전류에 사용된다. 적층형 파워 인덕터는 권선형 파워 인덕터에 비해 전류 인가에 따른 인덕턴스의 변화가 큰 단점이 있으나, 소형화 및 박형화에 유리한 장점이 있어, 최근 전자 부품의 트렌드에 부응할 수 있다.
적층형 파워 인덕터는 내부 전극이 인쇄된 자성 시트들을 적층하여 소자 몸체를 형성한 후, 상기 소자 몸체의 양단 표면에 상기 내부 전극에 전기적으로 연결되는 외부 전극을 형성하여 제조된다. 여기서, 보통 상기 자성 시트들은 페라이트 분말이 함유된 복합재로 제조된다. 또한, 외부 전류에 대한 인덕턴스 변화를 줄이기 위해, 상기 소자 몸체 내부에 비자성체 재질로 이루어진 갭층(gap layer)을 삽입시켜, 상기 갭층이 자속을 끊어주도록 제공될 수 있다.
상기와 같은 파워 인덕터는 높은 인덕턴스 특성을 구현하기 위해 낮은 자기장에서도 반응성이 좋은 연자성 재료를 사용하게 되는데, 이러한 연자성 재료로서 페라이트 분말이 사용되고 있다. 그러나, 페라이트와 같은 연자성 재료를 사용한 파워 인덕터는 포화자속밀도의 재료적 한계로 인하여, 훌륭한 DC-bias 특성을 구현하기 어렵다. 이에 따라, 최근에는 포화자화값이 높은 금속 자성체 분말을 연자성 재료로 사용하여 파워 인덕터를 제조하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 금속 자성체 분말의 경우 비자성 절연체인 인산염 등을 이용하여 표면을 절연 코팅하여 사용하게 되나, 이러한 인산 코팅막은 내열성 등이 취약하여 제조 과정에서 파괴되기 쉬우므로, 대략 500℃ 이상의 고온 열처리에 의해 저항 특성이 현저히 저하되고, 소위 와전류 손실(eddy current loss)이 증가되는 등의 문제점들이 발생된다.
일본공개특허번호 2005-085967
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고주파에서도 높은 인덕턴스 특성을 발휘할 수 있는 인덕터의 제조를 위한 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 제조 과정에서 내열성이 향상되어 높은 저항 특성을 갖는 인덕터의 제조를 위한 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포화자화값이 우수한 금속을 자성체 재료로 사용하여, 1MHz 이상의 고주파에서도 인덕턴스, 투자율 및 Q값을 향상시킬 수 있는 인덕터를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 금속 자성체 분말은, 철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금을 포함하는 코어 입자; 및 상기 코어 입자를 덮으며 다층 구조를 갖는 다층 피막을 포함하되, 상기 다층 피막은: 인접하는 입자들간에 입계가 구분되는 코팅 입자를 포함하며, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮도록 구비되는 절연막; 및 상기 코어입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하며, 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자의 표면을 덮도록 상기 절연막의 내측에 구비되는 산화막을 포함할 수 있다.
상기 절연막은 크롬 산화막 또는 마그네슘 산화막을 포함할 수 있다.
상기 절연막은 상기 코어 입자에 나노 크기의 코어 입자를 물리화학적으로 결합시키는 메카노퓨전(mechanofusion) 공법을 이용하여 형성될 수 있다.
상기 절연막은 엠보싱 형상의 표면을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 금속 자성체 분말의 형성 방법은, 코어 입자로서, 철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금 분말을 준비하는 단계; 및 상기 코어 입자 상에 다층 구조의 다층 피막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 다층 피막을 형성하는 단계는: 상기 코어 입자에 대해 코팅 입자를 코팅 처리하여, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮는 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막이 형성된 코어 입자를 500℃ 미만의 온도로 열처리하여 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자 표면에 상기 코어 입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하는 산화막을 상기 절연막의 내측에 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자에 나노 크기의 코어 입자를 물리화학적으로 결합시키는 메카노퓨전(mechanofusion) 공법을 이용하여 산화막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자에 엠보스 형상의 표면을 갖는 산화막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 코어 입자 표면에 산화막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자를 350℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터는, 금속 자성체 분말을 함유한 복합재를 이용하여 제조된 소자 몸체; 상기 소자 몸체 내에 구비된 내부 전극; 및 상기 소자 몸체 외부에서 상기 내부 전극에 전기적으로 연결되도록, 상기 소자 몸체의 양단부에 형성된 외부 전극을 포함하되, 상기 금속 자성체 분말은: 철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금을 포함하는 코어 입자; 및 상기 코어 입자를 덮으며 다층 구조를 갖는 다층 피막을 포함하고, 상기 다층 피막은: 인접하는 입자들간에 입계가 구분되는 코팅 입자를 포함하며, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮도록 구비되는 절연막; 및 상기 코어입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하며, 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자의 표면을 덮도록 상기 절연막의 내측에 구비되는 산화막을 포함할 수 있다.
상기 절연막은 상기 코어 입자에 대해 나노 크기의 코팅 입자를 메카노퓨전(mechanofusion) 공법으로 코팅시켜 형성될 수 있다.
상기 산화막은 상기 코어 입자에 대해 350℃ 내지 450℃의 온도로 스팀 열처리하여 형성될 수 있다.
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본 발명에 따른 금속 자성체 분말은 포화자화값이 높은 금속 코어 입자를 다층 구조의 피막으로 피복시킨 구조를 가지어, 이를 이용하여 제조된 인덕터와 같은 자성 부품의 절연 특성, 투자율, 그리고 Q값을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속 자성체 분말의 형성 방법은 상대적으로 피막 형성이 곤란한 비정질의 철 합금에도 효과적으로 다층 구조의 절연 피막을 효과적으로 형성할 수 있어, 연자성 코어 입자를 자성체 재료로 사용하는 파워 인덕터와 같은 자성 부품의 특성을 크게 향상시킬 수 있는 금속 자성체 분말을 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 인덕터는 포화자화값이 높은 금속 코어 입자를 다층 구조의 피막으로 피복시켜 자성체 재료로 사용함으로써, 1MHz 이상의 고주파에서도 인덕턴스 특성 및 DC-bias 특성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 자성 시트를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말을 보여주는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 표면을 확대한 도면이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 표면을 확대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 형성 방법을 보여주는 순서도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 본 실시예들은 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 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 단계는 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.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말 및 그 형성 방법, 그리고 상기 금속 자성체 분말을 이용하여 제조된 인덕터에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 인덕터를 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 자성 시트를 보여주는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 인덕터(100)는 적층형 또는 박막형 파워 인덕터로서, 소자 몸체(110) 및 상기 소자 몸체(110)에 구비된 전극 구조물(120)을 구비할 수 있다.
상기 소자 몸체(110)는 복수의 자성 시트들(112)로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다. 상기 자성 시트들(112) 각각은 수지(resin:113)와 금속 자성체 분말(도3의 130)로 이루어진 수지-금속 복합재를 시트화하여 제조된 것일 수 있다. 상기 수지(113)는 열경화성 수지일 수 있다. 일 예로서, 상기 수지(113)로는 에폭시 수지 또는 멜라민 수지 등과 같이 대략 300℃ 이하의 온도에서 경화되는 열경화성 수지가 사용될 수 있다. 상기와 같은 자성 시트들(112)은 포화자화값이 우수한 금속 자성체 분말(130)을 적층형 파워 인덕터의 소자 몸체(110)의 재료로 사용함으로써, 대전류에서도 사용 가능한 인덕터에 적용될 수 있다.
상기 전극 구조물(120)은 내부 전극(122)과 외부 전극(124)을 포함할 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 상기 소자 몸체(110) 내부에서 상기 자성 시트들(112) 상에 형성될 수 있다. 상기 내부 전극(122)은 은(Ag) 또는 기타 금속 재질의 회로 패턴일 수 있다. 여기서, 상기 내부 전극(122)은 저온 소성으로 전도성 구현이 가능한 금속 페이스트를 사용하여 형성된 것일 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.
상기와 같은 구조의 인덕터(100)는 산화물계 페라이트 재료가 아닌, 높은 포화자화값을 갖는 금속 자성체 분말(130)을 자성체 재료로 사용함으로써, 대전류에서의 사용이 가능한 인덕터의 제작이 가능할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 인덕터는 포화자화값이 높은 금속 코어 입자를 다층 구조의 피막으로 피복시켜 자성체 재료로 사용함으로써, 1MHz 이상의 고주파에서도 인덕턴스 특성 및 DC-bias 특성이 향상될 수 있다. 이 경우, 높은 포화자화값을 갖는 금속 자성체 분말(130)을 자성체 재료로 사용하게 되므로, 자기포화로 인한 인덕턴스 특성 저하 및 낮은 직류중첩특성에 대한 문제를 해결할 수 있으며, 별도의 비자성체 갭층(gap layer)을 구비할 필요가 없을 수 있다.
계속해서, 상술한 인덕터(100)의 소자 몸체(110)에 사용되는 금속 자성체 분말에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말을 보여주는 도면이고, 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 표면을 확대한 도면이다. 그리고, 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 표면을 확대한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말(130)은 표면에 다층 구조의 피막이 형성된 코어 입자(132)를 가질 수 있다. 상기 코어 입자(132)는 연자성의 금속 파우더(powder)일 수 있다. 상기 코어 입자(132)는 순철(pure iron) 또는 철(Fe) 베이스계 합금 분말을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 코어 입자(132)는 철(Fe)을 99wt% 이상 함유하는 순철(pure iron)이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 코어 입자(132)는 Fe-Si, Fe-Al, Fe-N, Fe-C, Fe-B, Fe-Co, Fe-P, Fe-Ni-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, 그리고 Fe-Si-B-Cr 중 적어도 어느 하나의 합금을 포함할 수 있다.
상기 절연막(134)은 상기 코어 입자(132) 상에 코팅막 형태로 제공될 수 있다. 예컨대, 상기 절연막(134)은 상기 코어 입자(132) 상에 소정의 코팅 입자들을 메카노퓨전(mechanofusion) 공법을 이용하여 코팅시킨 코팅막일 수 있다. 예컨대, 상기 절연막(134)은 나노 사이즈의 코팅 입자들을 상기 코어 입자(132) 표면에 코팅시켜 형성된 것일 수 있다. 나노 사이즈의 코팅 입자를 이용하는 경우, 상대적으로 500℃ 미만의 온도에서도 효율적인 산화막 형성이 가능하므로, 상기 코어 입자(132)가 비정질의 철 합금인 경우에도 효율적으로 코팅이 가능할 수 있다.
여기서, 상기 절연막(134)은 다양한 종류의 산화막일 수 있다. 예컨대, 상기 절연막(134)은 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 실리콘(Si), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 크롬(Cr), 망간(Mn), 나트륨(Na), 리튬(Li), 아연(Zn), 바륨(Ba), 그리고 세슘(Ce) 중 적어도 어느 하나의 산화막을 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 절연막(134)은 크롬 산화막 또는 마그네슘 산화막일 수 있다.
상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132) 표면에 피막 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132)를 열처리하여 형성된 금속 산화막일 수 있다. 일 예로서, 상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132)에 대해 대략 500℃ 미만의 온도 분위기에서 스팀(steam) 열처리 공정을 수행하여 형성된 것일 수 있다. 따라서, 상기 코어 입자(132)가 철 베이스계 합금 분말인 경우, 상기 산화막(136)은 산화철을 주성분으로 하는 피막일 수 있다. 예컨대, 상기 산화막(136)은 FeO, Fe2O3, 그리고 Fe3O4 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
한편, 상기 절연막(134)과 상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132) 상에서 다층 피막 구조를 이룰 수 있다. 예컨대, 상기 코어 입자(132) 상에 상기 산화막(136)과 상기 절연막(134)이 차례로 적층된 구조를 가지며, 상기 절연막(134)과 상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132) 상에서 복층 구조를 가질 수 있다. 이러한 복층 구조의 피막은 상기 코어 입자(132)를 효과적으로 절연 피복함과 더불어, 상기 코어 입자(132)에 대한 밀착력 또는 접합력이 높아, 500℃ 미만의 온도에서 손상되거나, 상기 코어 입자(132)로부터 쉽게 분리되지 않을 수 있다.
상기와 같은 다층 구조의 피막은 다양한 형태로 상기 코어 입자(132)를 피복할 수 있다. 일 예로서, 도 4a에 도시된 바와 같이, 일 형태에 따른 피막(130a)은 상기 절연막(134a)이 코어 입자의 일부가 노출되도록 국부적으로 형성되고, 상기 산화막(136a)은 상기 절연막(134a)에 의해 선택적으로 노출된 부분에 형성된 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 절연막(134a)은 상기 코어 입자의 표면을 불균일하게 코팅되어, 엠보스 형상의 표면을 가질 수 있다. 다른 예로서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 다른 형태에 따른 피막(130b)은 상기 피막은 코어 입자의 표면을 상기 산화막이 덮고, 상기 산화막을 절연막(134b)이 덮는 구조로 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 절연막(134b)은 상기 코어 입자의 표면을 상대적으로 균일한 두께로 코팅한 구조를 가질 수 있으며, 상기 산화막은 상기 절연막(134b)에 의해 감싸져 피복될 수 있다.
상기와 같은 금속 자성체 분말(130)은 코어 입자(132) 표면에 다층 구조의 피막이 형성된 구조를 갖되, 상기 피막은 코팅 입자를 메카노퓨전 공법을 이용하여 형성된 크롬 산화막과 같은 절연막(134)과 열처리에 의한 산화막(136)으로 이루어져, 높은 절연 특성과 투자율, 그리고 높은 Q값을 구현할 수 있다. 이러한 다층 구조의 피막은 상대적으로 피막 형성이 곤란한 비정질의 철 합금에도 효과적으로 형성시킬 수 있어, 이러한 금속 자성체 분말(130)을 사용하는 파워 인덕터와 같은 자성 부품의 특성을 크게 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 금속 자성체 분말은 포화자화값이 높은 금속 코어 입자를 다층 구조의 피막으로 피복시킨 구조를 가지어, 이를 이용하여 제조된 인덕터와 같은 자성 부품의 절연 특성, 투자율, 그리고 Q값을 크게 향상시킬 수 있다.
계속해서, 앞서 살펴본 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말(130)의 형성 방법에 대해 상세히 설명한다. 여기서, 상술한 도 1 내지 도 4b를 참조하여 설명한 금속 자성체 분말(130)에 대해 중복되는 내용은 생략하거나 간소화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 형성 방법을 보여주는 순서도이고, 도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말의 제조 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 코어 입자(132)를 준비할 수 있다(S110). 상기 코어 입자(132)는 아토마이즈(atomize) 공법, 주조 분쇄법, 환원법, 그리고 기계적 합금법 등의 다양한 제법을 통해 합성될 수 있다. 여기서, 상기 코어 입자(132)로는 순철 또는 철 베이스계 합금 분말이 사용될 수 있다. 일 예로서, 상기 코어 입자(132)로는 철(Fe)을 99wt% 이상 함유하는 순철(pure iron)이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 상기 코어 입자(132)로는 Fe-Si, Fe-Al, Fe-N, Fe-C, Fe-B, Fe-Co, Fe-P, Fe-Ni-Co, Fe-Cr, Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, 그리고 Fe-Si-B-Cr 중 적어도 어느 하나의 합금이 사용될 수 있다.
도 5 및 도 6b를 참조하면, 코어 입자(132)에 대해 코팅 입자를 코팅 처리하여, 상기 코어 입자(132) 상에 절연막(134)을 형성할 수 있다(S120). 상기 절연막(134)을 형성하는 단계는 상기 코어 입자(132)에 대해 소정의 코팅 입자들을 메카노퓨전 공법으로 코팅 처리하는 단계 및 상기 코팅 입자들이 코팅된 코어 입자(132)를 열처리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 메카노퓨전 공법은 증착 대상물에 대해 코팅 입자들을 물리화학적 결합을 통해 코팅막을 형성시키는 기술일 수 있다. 따라서, 상기 코어 입자(132)와 코팅 입자들의 혼합물을 회전 가능한 용기에 투입한 후, 원심력을 이용하여 상기 혼합물을 물리화학적인 결합을 유도하여, 상기 코어 입자(132) 표면에 상기 코팅 입자들이 코팅되도록 할 수 있다. 상기 코팅 입자들은 다양한 종류의 금속 입자들일 수 있다. 일 예로서, 상기 코팅 입자들은 크롬 입자 또는 마그네슘 입자일 수 있다. 이에 따라, 상기 코어 입자(132) 표면에는 크롬 산화막 또는 마그네슘 산화막 등과 같은 절연막(134)이 형성될 수 있다.
여기서, 상기 코팅 입자들은 나노 사이즈를 갖는 입자들이 사용되는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 상기 코팅 입자들을 크롬 나노 분말 또는 마그네슘 나노 분말을 이용하는 경우, 500℃ 미만의 상대적으로 낮은 온도에서도 효율적으로 산화막을 형성할 수 있다. 특히, 나노 사이즈의 코팅 입자들을 메카노퓨전 공법으로 코팅막을 형성하는 경우, 코팅 대상물이 비정질의 철 합금인 경우에도, 효과적으로 코팅이 가능할 수 있다.
그리고, 상기 코어 입자(132)에 대해 열처리를 수행할 수 있다. 예컨대, 상기 열처리하는 단계는 상기 코어 입자(132) 표면에 메카노퓨전 공법을 이용하여 코팅된 코팅막을 소정의 산화분위기에서 열처리하여, 상기 코어 입자(132) 표면에 코팅된 코팅 입자들을 산화시켜 이루어질 수 있다. 이때, 상기 코팅 입자들은 나노 크기의 입자들이므로, 상대적으로 낮은 온도에서도 상기 코어 입자(132) 표면에 산화막을 형성시키기 매우 용이할 수 있다. 이에 더하여, 상기 코팅 입자들이 나노 크기의 입자들인 경우, 상기 코어 입자(132)가 상대적으로 피막 형성이 곤란한 비정질의 철 합금인 경우에도 효과적으로 코팅이 가능할 수 있다.
한편, 상기와 같은 절연막(134)은 불균일한 표면을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절연막(134)은 엠보스(emboss) 형상의 표면을 갖도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 상기 메카노퓨전 공정 조건을 다양하게 조절할 수 있다. 일 예로서, 상기 코팅 입자들이 상기 절연막(134)에 비정형으로 국부적으로 코팅되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 절연막(134)은 상기 코어 입자(132)의 표면 일부가 노출되도록, 상기 절연막(134)에 국부적으로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 6c를 참조하면, 코어 입자(132)를 열처리하여, 상기 코어 입자(132) 표면에 산화막(136)을 형성할 수 있다(S130). 상기 산화막(136)을 형성하는 단계는 상기 코어 입자(132)에 대해 대략 350℃ 내지 450℃ 온도 조건에서 스팀(steam) 열처리 공정을 수행하여, 상기 코어 입자(132) 표면을 산화시켜 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 코어 입자(132)가 순철 또는 철 베이스계 합금인 경우, 상기 산화막(136)은 산화철일 수 있다. 이에 따라, 코어 입자(132) 및 상기 코어 입자(132)의 표면에 상기 절연막(134)과 상기 산화막(136)으로 이루어지는 다층 피막으로 이루어진 금속 자성체 분말(130)이 형성될 수 있다.
한편, 상기 산화막(136)은 상기 코어 입자(132)를 산화시켜 형성된 금속 산화막이므로, 상기 절연막(134)에 비해 상대적으로 상기 코어 입자(132) 표면에 직접적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 코어 입자(132) 상에는 상기 산화막(136)이 상기 코어 입자(132)의 표면을 직접 덮고, 상기 절연막(134)이 산화막(136)을 덮는 구조가 될 수 있다. 이 경우, 상기 산화막(136)은 앞서 형성된 절연막(134)과 함께, 상기 코어 입자(132) 상에 다층 구조의 피막을 이룰 수 있다. 상기와 같은 다층 구조의 피막은 상기 코어 입자(132) 표면에 대한 상기 절연막(134)의 접합력 및 밀착력 등을 향상시켜, 상기 절연막(134)이 쉽게 손상되지 않는 구조를 이룰 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 금속 자성체 분말(130)의 형성 방법은 코어 입자(132)에 메카노퓨전 공법으로 절연막(134)을 형성한 후, 상기 코어 입자(132)를 500℃ 미만의 저온으로 열처리하여 상기 코어 입자(132) 표면에 산화막(136)을 형성시켜, 표면이 상기 절연막(134)과 상기 산화막(136)으로 이루어진 다층 피막 구조로 코팅된 코어 입자(132)를 제조할 수 있다. 이러한 공정을 통해 제조된 금속 자성체 분말(130)은 높은 절연 특성과 투자율, 그리고 높은 Q값 특성을 발휘할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속 자성체 분말의 형성 방법은 상대적으로 피막 형성이 곤란한 비정질의 철 합금에도 효과적으로 다층 구조의 절연 피막을 효과적으로 형성할 수 있어, 연자성 코어 입자를 자성체 재료로 사용하는 파워 인덕터와 같은 자성 부품의 특성을 크게 향상시킬 수 있는 금속 자성체 분말을 제조할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 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
112 : 자성 시트
120 : 전극 구조물
122 : 내부 전극
124 : 외부 전극
130 : 금속 자성체 분말
132 : 코어 입자
134 : 절연막
136 : 산화막

Claims (17)

  1. 철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금을 포함하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자를 덮으며 다층 구조를 갖는 다층 피막을 포함하되,
    상기 다층 피막은:
    인접하는 입자들간에 입계가 구분되는 코팅 입자를 포함하며, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮도록 구비되는 절연막; 및
    상기 코어입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하며, 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자의 표면을 덮도록 상기 절연막의 내측에 구비되는 산화막을 포함하는 금속 자성체 분말.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은 크롬 산화막 또는 마그네슘 산화막을 포함하는 금속 자성체 분말.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은 상기 코어 입자에 나노 크기의 코어 입자를 물리화학적으로 결합시키는 메카노퓨전(mechanofusion) 공법을 이용하여 형성된 금속 자성체 분말.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은 엠보싱 형상의 표면을 갖는 금속 자성체 분말.
  8. 코어 입자로서, 철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금 분말을 준비하는 단계; 및
    상기 코어 입자 상에 다층 구조의 다층 피막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 다층 피막을 형성하는 단계는:
    상기 코어 입자에 대해 코팅 입자를 코팅 처리하여, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮는 절연막을 형성하는 단계; 및
    상기 절연막이 형성된 코어 입자를 500℃ 미만의 온도로 열처리하여 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자 표면에 상기 코어 입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하는 산화막을 상기 절연막의 내측에 형성하는 단계를 포함하는 금속 자성체 분말의 형성 방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자에 나노 크기의 코어 입자를 물리화학적으로 결합시키는 메카노퓨전(mechanofusion) 공법을 이용하여 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 금속 자성체 분말의 형성 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자에 엠보스 형상의 표면을 갖는 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 금속 자성체 분말의 형성 방법.
  12. 삭제
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 코어 입자 표면에 산화막을 형성하는 단계는 상기 코어 입자를 350℃ 내지 450℃의 온도로 열처리하는 단계를 포함하는 금속 자성체 분말의 형성 방법.
  14. 금속 자성체 분말을 함유한 복합재를 이용하여 제조된 소자 몸체;
    상기 소자 몸체 내에 구비된 내부 전극; 및
    상기 소자 몸체 외부에서 상기 내부 전극에 전기적으로 연결되도록, 상기 소자 몸체의 양단부에 형성된 외부 전극을 포함하되,
    상기 금속 자성체 분말은:
    철(Fe) 또는 철(Fe) 베이스계 합금을 포함하는 코어 입자; 및
    상기 코어 입자를 덮으며 다층 구조를 갖는 다층 피막을 포함하고,
    상기 다층 피막은:
    인접하는 입자들간에 입계가 구분되는 코팅 입자를 포함하며, 상기 코어 입자의 표면을 국부적으로 덮도록 구비되는 절연막; 및
    상기 코어입자로부터 유래된 철 산화물을 포함하며, 상기 절연막에 의해 선택적으로 노출된 상기 코어 입자의 표면을 덮도록 상기 절연막의 내측에 구비되는 산화막을 포함하는 인덕터.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 절연막은 상기 코어 입자에 대해 나노 크기의 코팅 입자를 메카노퓨전(mechanofusion) 공법으로 코팅시켜 형성된 인덕터.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화막은 상기 코어 입자에 대해 350℃ 내지 450℃의 온도로 스팀 열처리하여 형성된 인덕터.
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