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KR102019921B1 - 파워 인덕터 및 그 제조 방법 - Google Patents

파워 인덕터 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102019921B1
KR102019921B1 KR1020170173450A KR20170173450A KR102019921B1 KR 102019921 B1 KR102019921 B1 KR 102019921B1 KR 1020170173450 A KR1020170173450 A KR 1020170173450A KR 20170173450 A KR20170173450 A KR 20170173450A KR 102019921 B1 KR102019921 B1 KR 102019921B1
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박상준
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주식회사 모다이노칩
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Abstract

본 발명은 바디; 상기 바디 내부에 마련된 코일 패턴; 상기 바디의 적어도 일 면에 형성되고 이와 인접한 상기 바디의 적어도 일면에 연장 형성된 외부 전극; 및 상기 바디와 상기 외부 전극의 연장 영역 사이에 마련된 결합층을 포함하는 파워 인덕터 및 그 제조 방법이 제시된다.

Description

파워 인덕터 및 그 제조 방법{Power inductor and method of manufacturing the same}
본 발명은 파워 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 바디와 외부 전극의 결합력을 향상시킬 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
칩 부품의 일종인 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(Choke Coil)을 대신하여 이용이 증대되고 있다. 또한, 파워 인덕터는 휴대기기의 사이즈 축소와 다기능화에 따라 소형화, 고전류화, 저저항화 등의 방향으로 개발이 진행되고 있다.
종래의 파워 인덕터는 다수의 자성체(ferrite) 또는 저유전율의 유전체로 이루어진 세라믹 시트들이 적층된 형태로 제조되었다. 이때, 세라믹 시트 상에는 코일 패턴이 형성되는데, 각각의 세라믹 시트 상에 형성된 코일 패턴은 세라믹 시트에 형성된 도전성 비아에 의해 접속되고, 시트가 적층되는 상하 방향을 따라 중첩되는 구조를 이룰 수 있다. 또한, 세라믹 시트들이 적층되어 구성된 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. 즉, 금속 분말과 폴리머가 혼합된 시트를 적층하여 파워 인덕터의 바디를 제조한다. 또한, 바디 내부에는 코일 패턴이 형성된 소정의 기재가 마련되며, 바디의 외부에는 코일 패턴과 연결되도록 외부 전극이 형성된다. 즉, 소정의 기재 상에 코일 패턴을 형성하고, 그 상측 및 하측에 복수의 시트를 적층 및 압착하여 바디를 제조한 후 바디의 외측에 외부 전극을 형성하여 파워 인덕터를 제조한다.
한편, 파워 인덕터는 외부 전극을 도전성 페이스트를 도포하여 형성할 수 있다. 즉, 바디의 양 측면에 코일 패턴과 연결되도록 금속 페이스트를 도포하여 외부 전극을 형성한다. 또한, 금속 페이스트 상에 도금층을 더 형성하여 외부 전극을 형성할 수도 있다. 그런데, 금속 페이스트를 이용하여 형성된 외부 전극은 결합력이 약해 바디로부터 이탈될 수 있다. 즉, 전자기기에 실장된 파워 인덕터에는 인장력이 작용할 수 있는데, 금속 페이스트를 이용하여 외부 전극이 형성된 파워 인덕터는 인장 강도가 약해 바디와 외부 전극이 분리될 수 있다.
한국공개특허공보 제2007-0032259호
본 발명은 바디와 외부 전극의 결합력을 향상시켜 인장 강도를 향상시킬 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 외부 전극의 연장 영역과 바디의 결합력을 향상시킬 수 있는 파워 인덕터 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 파워 인덕터는 바디; 상기 바디 내부에 마련된 코일 패턴; 상기 바디의 적어도 일 면에 형성되고 이와 인접한 상기 바디의 적어도 타면에 연장 형성된 외부 전극; 및 상기 바디와 상기 외부 전극의 연장 영역 사이에 마련된 결합층을 포함한다.
상기 바디는 모서리가 경사지게 형성된다.
상기 바디 표면의 적어도 일 영역에 형성된 표면 절연층을 더 포함한다.
상기 표면 절연층은 상기 코일 패턴과 상기 외부 전극이 연결되는 면을 제외한 나머지 면 중 적어도 일부에 형성된다.
상기 결합층은 상기 표면 절연층과 상기 외부 전극의 연장 영역 사이에 마련된다.
상기 결합층은 금속 또는 금속 합금을 포함한다.
상기 외부 전극은 적어도 일부가 상기 코일 패턴 및 상기 결합층 중 적어도 하나와 동일 재질을 포함한다.
상기 외부 전극은 상기 코일 패턴 및 상기 결합층과 접촉되는 제1층과, 상기 제1층 상에 상기 제1층과 다른 재질로 형성된 적어도 하나의 제2층을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따른 파워 인덕터 제조 방법은 내부에 코일 패턴이 형성된 바디를 마련하는 과정; 상기 바디의 표면에 표면 절연층을 형성하는 과정; 상기 표면 절연층 상의 소정 영역에 결합층을 형성하는 과정; 상기 코일 패턴이 노출되도록 상기 결합층 및 표면 절연층의 일부를 제거하는 과정; 및 상기 코일 패턴과 연결되도록 상기 바디의 적어도 일면에 외부 전극을 형성하는 과정을 포함한다.
상기 표면 절연층을 형성하기 이전에 상기 바디의 모서리를 경사지게 형성하는 과정을 더 포함한다.
상기 외부 전극은 상기 바디의 적어도 일면으로부터 이와 인접한 적어도 일면에 연장 형성한다.
상기 결합층은 상기 외부 전극의 연장 영역에 형성한다.
상기 외부 전극의 적어도 일부는 상기 코일 패턴 및 상기 결합층 중 적어도 하나와 동일 재질 및 동일 방법으로 형성한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 파워 인덕터는 코일 패턴과 연결되는 외부 전극이 코일 패턴과 같은 금속으로 형성되고, 코일 패턴과 동일 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극 중에서 바디의 측면 상에 코일 패턴과 연결되는 적어도 일부 두께를 코일 패턴과 동일 방법, 예를 들어 전해 도금으로 형성할 수 있다. 따라서, 바디와 외부 전극의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 인장 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들은 외부 전극이 연장되는 바디의 상하부면 및 전후면과 외부 전극 사이, 즉 밴드부에 형성된 결합층을 더 포함할 수 있다. 결합층이 형성됨으로써 외부 전극의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 외부 전극의 인장 강도를 향상시킬 수 있다.
그리고, 코일 패턴 상에 파릴렌(parylene)을 코팅함으로써 코일 패턴 상에 파릴렌을 균일한 두께로 형성할 수 있고, 그에 따라 바디와 코일 패턴 사이의 절연성을 향상시킬 수 있다.
또한, 적어도 일 면에 코일 형상의 코일 패턴이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재가 바디 내에 마련됨으로써 하나의 바디 내에 복수의 코일을 형성할 수 있고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 파워 인덕터 뿐만 아니라 외부 전극을 형성하는 다양한 칩 부품에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 결합 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시 예 및 그 변형 예에 따른 도 1의 A-A' 라인을 따라 절취한 상태의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 분해 사시도 및 일부 평면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터 내부의 코일 패턴의 단면도.
도 8 및 도 9는 절연층 재료에 따른 파워 인덕터의 단면 사진.
도 10은 본 발명의 제 1 실시 예의 변형 예에 따른 파워 인덕터의 측면도.
도 11 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 개략도.
도 18은 종래 예와 본 발명의 실시 예에 따른 파워 인덕터의 인장 강도를 나타낸 그래프.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 파워 인덕터의 인장 강도 실험 후의 단면 사진.
도 20 내지 도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 권선형 인덕터를 설명하기 위해 공정 순으로 도시한 사시도 및 단면도.
도 24 내지 도 26은 본 발명의 또다른 실시 예들에 따른 파워 인덕터의 단면도.
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 결합 사시도이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 A-A' 라인을 따라 절단한 상태의 본 발명의 제 1 실시 예 및 그 변형 예에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터의 분해 사시도이고, 도 5는 기재 및 코일 패턴의 평면도이며, 도 6 및 도 7은 코일 패턴의 형상을 설명하기 위한 기재 및 코일 패턴의 단면도이다. 또한, 도 8 및 도 9는 절연층 재료에 따른 파워 인덕터의 단면 사진이다. 그리고, 도 10은 제 1 실시 예의 변형 예에 따른 파워 인덕터의 사시도이다. 한편, 본 발명은 외부 전극을 형성하는 칩 부품에 적용될 수 있으며, 본 발명은 파워 인덕터를 실시 예로서 설명한다.
도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100a, 100b; 100)와, 바디(100) 내부에 마련된 적어도 하나의 기재(200)와, 기재(200)의 적어도 일면 상에 형성된 코일 패턴(310, 320; 300)과, 바디(100) 외부에 마련된 외부 전극(410, 420; 400)을 포함할 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 형성된 내부 절연층(510)과, 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 표면에 형성된 표면 절연층(520)을 더 포함할 수 있다. 그리고, 코일 패턴(300)이 노출되는 바디(100)의 두면을 제외한 나머지 면에 형성되며, 바디(100)와 외부 전극(400) 사이에 형성된 결합층(600)을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 10에 도시된 바와 같이 바디(100)의 상부면에 형성된 캐핑 절연층(530)을 더 포함할 수 있다.
1. 바디
바디(100)는 육면체 형상일 수 있다. 물론, 바디(100)는 육면체 이외의 다면체 형상을 가질 수 있다. 또한, 바디(100)는 모서리가 모따기될 수 있다. 즉, 두면 또는 세면이 인접한 모서리가 경사지게 형성될 수 있다. 모서리는 직각이 아닌 소정의 경사를 갖도록 형성될 수도 있고 라운드하게 형성될 수도 있다. 이때, 경사 또는 라운드하게 형성된 모서리 부분은 적어도 일부가 다른 경사로 형성될 수 있다. 이러한 바디(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 금속 분말(110) 및 절연물(120)을 포함하고, 도 3에 도시된 바와 같이 열 전도성 필러(130)를 더 포함할 수 있다.
금속 분말(110)은 평균 입경이 1㎛ 내지 100㎛일 수 있다. 또한, 금속 분말(110)은 동일 크기의 단일 입자 또는 2종 이상의 분말을 이용할 수도 있고, 복수의 크기를 갖는 단일 분말 또는 2종 이상의 분말을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 20㎛∼100㎛의 평균 입경을 갖는 제 1 금속 분말과, 2㎛∼20㎛의 평균 입경을 갖는 제 2 금속 분말과, 1㎛∼10㎛의 평균 입경을 갖는 제 3 금속 분말을 혼합하여 이용할 수 있다. 즉, 금속 분말(110)은 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 20㎛∼100㎛인 제 1 금속 분말과, 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 2㎛∼20㎛인 제 2 금속 분말과, 입자 크기의 평균값 또는 입도 분포의 중간값(D50)이 1㎛∼10㎛인 제 3 금속 분말을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 금속 분말은 제 2 금속 분말보다 크고, 제 2 금속 분말은 제 3 금속 분말보다 클 수 있다. 이때, 금속 분말들은 동일 물질의 분말일 수 있고 다른 물질의 분말일 수 있다. 또한, 제 1, 제 2 및 제 3 금속 분말의 혼합 비율은 예를 들어 5∼9:0.5∼2.5:0.5∼2.5일 수 있고, 바람직하게는 7:1:2일 수 있다. 즉, 100wt%의 금속 분말(110)에 대하여 제 1 금속 분말이 50wt%∼90wt%, 제 2 금속 분말이 5wt%∼25wt%, 그리고 제 3 금속 분말이 5wt%∼25wt%로 혼합될 수 있다. 여기서, 제 1 금속 분말은 제 2 금속 분말보다 많이 포함되고, 제 2 금속 분말은 제 3 금속 분말보다 적거나 같거나 많이 포함될 수 있다. 바람직하게는, 금속 분말(110) 100wt%에 대하여 제 1 금속 분말이 70wt%, 제 2 금속 분말이 10wt%, 그리고 제 3 금속 분말이 20wt% 혼합될 수 있다. 한편, 금속 분말(110)은 적어도 둘 이상, 바람직하게는 셋 이상의 평균 입경을 갖는 금속 분말이 바디(100) 전체에 균일하게 혼합하여 분포하므로 투자율은 바디(100) 전체가 균일할 수 있다. 이렇게 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 바디(110) 내의 금속 분말의 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 상이한 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 자성체는 금속 산화물 자성체를 포함할 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. 한편, 금속 분말(110)이 자성을 띄기 때문에 금속 분말(110)이 서로 접촉하면 절연이 파괴되고 쇼트가 발생될 수 있다. 따라서, 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 있는데, 파릴렌으로 코팅되는 것이 바람직하다. 파릴렌은 1㎛∼10㎛의 두께로 코팅될 수 있다. 여기서, 파릴렌이 1㎛ 미만의 두께로 형성되면 금속 분말(110)의 절연 효과가 저하될 수 있고, 10㎛를 초과하는 두께로 형성하면 금속 분말(110)의 사이즈가 증가하여 바디(100) 내의 금속 분말(110)의 분포가 줄어들어 투자율이 낮아질 수 있다. 또한, 파릴렌 이외에도 다양한 절연성 고분자 물질을 이용하여 금속 분말(110)의 표면을 코팅할 수 있다. 한편, 금속 분말(110)을 코팅하는 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. 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 절연체로 코팅될 수도 있다. 이렇게 금속 분말(110)의 표면이 절연체로 코팅됨으로써 금속 분말(110) 사이의 접촉에 의한 쇼트를 방지할 수 있다. 이때, 산화물, 절연성 고분자 물질 등으로 금속 분말(110)을 코팅하거나 자성체 및 절연체의 이중으로 코팅되는 경우에도 1㎛∼10㎛의 두께로 코팅될 수 있다.
절연물(120)은 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 절연하는 절연물(120)을 포함시킬 수 있다. 이러한 절연물(120)은 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 절연물(120)은 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, 절연물(120)은 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있다. 그런데, 절연물(120)의 함량이 증가할 경우 금속 분말(110)의 부피 분율이 저하되어 포화자화 값을 높이는 효과가 제대로 구현되지 않을 수 있고, 바디(100)의 투자율을 저하시킬 수 있다. 반대로, 절연물(120)의 함량이 감소하는 경우 인덕터의 제조 과정에서 사용되는 강산 또는 강염기 용액 등이 내부로 침투하여 인덕턴스 특성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 절연물(120)은 금속 분말(110)의 포화자화 값 및 인덕턴스를 저하시키지 않도록 하는 범위에서 포함될 수 있다.
한편, 금속 분말(110) 및 절연물(120)을 이용하여 바디를 제조한 파워 인덕터는 온도 상승에 따라 인덕턴스가 낮아지는 문제가 있다. 즉, 파워 인덕터가 적용된 전자기기의 발열에 의해 파워 인덕터의 온도가 상승하고, 그에 따라 파워 인덕터의 바디를 이루는 금속 분말(110)이 가열되면서 인덕턴스가 낮아지는 문제가 발생된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 바디(100)는 외부의 열에 의해 바디(100)가 가열되는 문제를 해결하기 위해 열 전도성 필러(130)가 포함될 수 있다. 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 물질, Ni계 페라이트, Mn계 페라이트 등으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 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, Ni계 페라이트로는 NiO·ZnO·CuO-Fe2O3가 있을 수 있고, Mn계 페라이트로는 MnO·ZnO·CuO-Fe2O3가 있을 수 있다. 그런데, 열 전도성 필러는 페라이트 물질로 형성함으로써 투자율을 증대시키거나 투자율 감소를 방지할 수 있으므로 바람직하다. 이러한 열 전도성 필러(130)는 분말 형태로 절연물(120)에 분산되어 함유될 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 함량이 낮아져 바디(100)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)의 크기와 동일하거나, 이보다 크거나 작은 크기를 가질 수 있다. 열 전도성 필러(130)는 크기와 함량에 따라 열 방출 효과가 조절될 수 있다. 예를 들어, 열 전도성 필러(130)의 크기가 크고 함량이 증가할수록 열 방출 효과가 높을 수 있다. 한편, 바디(100)는 금속 분말(110), 절연물(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. 즉, 열 전도성 필러(130)의 함량은 수직 방향, 즉 Z 방향으로 다를 수 있다. 또한, 열 전도성 필러(130)는 수평 방향, 즉 X 방향 및 Y 방향의 적어도 어느 한 방향으로 함량이 다를 수 있다. 즉, 동일 시트 내의 열 전도성 필러(130)의 함량이 다를 수 있다. 한편, 바디(100)는 금속 분말(110), 절연물(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. 한편, 바디(100)가 열 전도성 필러를 더 포함한 변형 예로서 설명하였는데, 이하의 다른 실시 예의 설명에서 열 전도성 필러를 언급하지 않더라도 바디(100)는 열 전도성 필러를 더 포함할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 기재(200)를 사이에 두고 그 상측 및 하측에 마련된 바디(100a, 100b)는 기재(200)를 통해 서로 연결될 수 있다. 즉, 기재(200)의 적어도 일부가 제거되고 제거된 부분에 바디(100)의 일부가 충진될 수 있다. 이렇게 기재(200)의 적어도 일부가 제거되고 그 부분에 바디(100)가 충진됨으로써 기재(200)의 면적을 줄이고 동일 부피에서 바디(100)의 비율을 증가시킴으로써 파워 인덕터의 투자율을 증가시킬 수 있다.
2. 기재
기재(200)는 바디(100)의 내부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)는 바디(100) 내부에 바디(100)의 장축 방향, 즉 외부 전극(400) 방향으로 마련될 수 있다. 또한, 기재(200)는 하나 이상으로 마련될 수 있는데, 예를 들어 둘 이상의 기재(200)가 외부 전극(400)이 형성된 방향과 직교하는 방향, 예를 들어 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 물론, 둘 이상의 기재가 외부 전극(400)이 형성된 방향으로 배열될 수도 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 투자율을 증가시키고 용량 구현을 용이하게 할 수 있다. 즉, CCL은 유리강화섬유에 구리 포일(foil)을 접합하여 제작되는데, 이러한 CCL은 투자율을 갖기 않기 때문에 파워 인덕터의 투자율을 저하시킬 수 있다. 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(210)가 형성될 수 있고, 도전성 비아(210)에 의해 기재(200)의 상측 및 하측에 각각 형성되는 코일 패턴(310, 320)이 전기적으로 연결될 수 있다. 도전성 비아(210)는 기재(200)에 두께 방향을 따라 관통하는 비아(미도시)를 형성한 후 비아에 도전성 페이스트를 충전하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 도전성 비아(210)로부터 코일 패턴(310, 320)의 적어도 하나가 성장될 수 있고, 그에 따라 도전성 비아(210)와 코일 패턴(310, 320)의 적어도 하나가 일체로 형성될 수 있다. 또한, 기재(200)는 적어도 일부가 제거될 수 있다. 즉, 기재(200)는 적어도 일부가 제거될 수도 있고, 제거되지 않을 수도 있다. 바람직하게, 기재(200)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 코일 패턴(310, 320)과 중첩되는 영역을 제외한 나머지 영역이 제거될 수 있다. 예를 들어, 스파이럴 형상으로 형성되는 코일 패턴(310, 320)의 내측에 기재(200)가 제거되어 관통홀(220)이 형성될 수 있고, 코일 패턴(310, 320) 외측의 기재(200)가 제거될 수 있다. 즉, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)의 외측 형상을 따라 예컨데 레이스트랙(racetrack) 형상을 가지고 외부 전극(400)과 대향되는 영역이 코일 패턴(310, 320) 단부의 형상을 따라 직선 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 기재(200)의 외측은 바디(100)의 가장자리에 대하여 만곡한 형상으로 마련될 수 있다. 이렇게 기재(200)가 제거된 부분에는 도 5에 도시된 바와 같이 바디(100)가 충진될 수 있다. 즉, 기재(200)의 관통홀(220)을 포함한 제거된 영역을 통해 상측 및 하측의 바디(100a, 100b)가 서로 연결된다. 한편, 기재(200)가 금속 자성체로 제작되는 경우 기재(200)가 바디(100)의 금속 분말(110)과 접촉될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 기재(200)의 측면에는 파릴렌 등의 내부 절연층(510)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 관통홀(220)의 측면 및 기재(200)의 외측면에 내부 절연층(510)이 형성될 수 있다. 한편, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)보다 넓은 폭으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)의 수직 하방에서 소정의 폭으로 잔류할 수 있는데, 예를 들어 기재(200)는 코일 패턴(310, 320)보다 0.3㎛ 정도 돌출되도록 형성될 수 있다. 한편, 기재(200)는 코일 패턴(310, 320) 내측 영역 및 외측 영역이 제거되어 바디(100)의 횡단면의 면적보다 작을 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 횡단면의 면적을 100으로 할 때, 기재(200)는 40 내지 80의 면적 비율로 마련될 수 있다. 기재(200)의 면적 비율이 높으면 바디(100)의 투자율이 낮아질 수 있고, 기재(200)의 면적 비율이 낮으면 코일 패턴(310, 320)의 형성 면적이 작아질 수 있다. 따라서, 바디(100)의 투자율, 코일 패턴(310, 320)의 선폭 및 턴수 등을 고려하여 기재(200)의 면적 비율을 조절할 수 있다.
3. 코일 패턴
코일 패턴(310, 320; 300)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. 즉, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 중심부에 형성된 관통홀(220) 외측으로부터 스파이럴 형태로 형성될 수 있고, 기재(200)에 형성된 전도성 비아(210)를 통해 서로 연결될 수 있다. 여기서, 상측의 코일 패턴(310)과 하측의 코일 패턴(320)은 서로 동일 형상으로 형성될 수 있고 동일 높이로 형성될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)은 서로 중첩되게 형성될 수도 있고, 코일 패턴(310)이 형성되지 않은 영역에 중첩되도록 코일 패턴(320)이 형성될 수도 있다. 한편, 코일 패턴(310, 320)의 단부는 직선 형상으로 외측으로 연장 형성될 수 있는데, 바디(100)의 단변 중앙부를 따라 연장 형성될 수 있다. 그리고, 코일 패턴(310, 320)의 외부 전극(400)과 접촉되는 영역은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 다른 영역에 비해 폭이 넓게 형성될 수 있다. 코일 패턴(310, 320)의 일부, 즉 인출부가 넓은 폭으로 형성됨으로써 코일 패턴(310, 320)과 외부 전극(400)의 접촉 면적을 증가시킬 수 있고 그에 따라 저항을 낮출 수 있다. 물론, 코일 패턴(310, 320)이 외부 전극(400)이 형성되는 일 영역에서 외부 전극(400)의 폭 방향으로 연장 형성될 수도 있다. 이때, 코일 패턴(310, 320)의 말단부, 즉 외부 전극(400)으로 향하여 인출되는 인출부는 바디(100)의 측면 중앙부를 향해 직선 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 이러한 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)에 형성된 도전성 비아(210)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 코일 패턴(310, 320)은 예를 들면 후막 인쇄, 도포, 증착, 도금 및 스퍼터링 등의 방법을 통하여 형성할 수 있는데, 도금으로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 코일 패턴(310, 320) 및 도전성 비아(210)는 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 결합층, 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 결합층을 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. 한편, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 두께보다 2.5배 이상 높게 형성될 수 있다. 예를 들어, 기재(200)가 10㎛∼50㎛의 두께로 형성되고 코일 패턴(310, 320)이 50㎛∼300㎛의 높이로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 코일 패턴(310, 320)은 이중 구조로 형성될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이 제 1 도금막(300a)과, 제 1 도금막(300a)을 덮도록 형성된 제 2 도금막(300b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)의 상면 및 측면을 덮도록 형성되는데, 제 1 도금막(300a)의 측면보다 상면에 더 두껍게 제 2 도금막(300b)이 형성될 수 있다. 한편, 제 1 도금막(300a)은 측면이 소정의 경사를 갖도록 형성되고, 제 2 도금막(300b)은 측면이 제 1 도금막(300a)의 측면보다 적은 경사를 갖도록 형성된다. 즉, 제 1 도금막(300a)은 측면이 제 1 도금막(300a) 외측의 기재(200)의 표면으로부터 둔각을 갖도록 형성되고, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)보다 작은 각도, 바람직하게는 직각을 갖도록 형성된다. 제 1 도금막(300a)은 도 7에 도시된 바와 같이 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율이 0.2:1 내지 0.9:1이 되도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 a:b가 0.4:1 내지 0.8:1이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)은 하부면의 폭(b)과 높이(h)의 비율이 1:0.7 내지 1:4가 되도록 형성될 수 있고, 바람직하게는 1:1 내지 1:2가 되도록 형성될 수 있다. 즉, 제 1 도금막(300a)은 하부면으로부터 상부면으로 갈수록 폭이 좁아지도록 형성되고, 그에 따라 측면에 소정의 경사가 형성될 수 있다. 제 1 도금막(300a)이 소정의 경사를 갖도록 하기 위해 1차 도금 공정 후 식각 공정을 실시할 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)을 덮도록 형성된 제 2 도금막(300b)은 측면이 바람직하게는 수직하고 상부면과 측면 사이에 라운드한 영역이 적은 대략 사각형의 형태를 갖도록 형성된다. 이때, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율, 즉 a:b에 따라 그 형상이 결정될 수 있다. 예를 들어, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율(a:b)의 비율이 클수록 제 2 도금막(300b)의 상부면의 폭(c)과 하부면의 폭(d)이 비율이 커진다. 그러나, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭(a)과 하부면의 폭(b)의 비율(a:b)이 0.9:1을 초과하는 경우 제 2 도금막(300b)은 하부면의 폭보다 상부면의 폭이 더 넓어지고 측면이 기재(200)와 예각을 이룰 수 있다. 또한, 제 1 도금막(300a)의 상부면의 폭과 하부면의 폭의 비율(a:b)이 0.2:1 미만의 경우 제 2 도금막(300b)은 측면의 소정 영역으로부터 상부면이 둥글게 형성될 수 있다. 따라서, 상부면의 폭이 크고 측면이 수직하게 형성될 수 있도록 제 1 도금막(300a)의 상부면과 하부면의 폭의 비율을 조절하는 것이 바람직하다. 한편, 제 1 도금막(300a)의 하부면의 폭(b)과 제 2 도금막(300b)의 하부면의 폭(d)은 1:1.2 내지 1:2의 비율을 가질 수 있고, 제 1 도금막(300a)의 하부면의 폭(b)과 인접한 제 1 도금막(300a) 사이의 간격(e)은 1.5:1 내지 3:1의 비율을 가질 수 있다. 물론, 제 2 도금막(300b)은 서로 접촉되지 않는다. 이렇게 제 1 및 제 2 도금막(300a, 300b)으로 이루어진 코일 패턴(300)은 상부면과 하부면의 폭의 비(c:d)가 0.5:1 내지 0.9:1일 수 있고, 바람직하게는 0.6:1 내지 0.8:1일 수 있다. 즉, 코일 패턴(300)의 외형, 다시 말하면 제 2 도금막(300b)의 외형은 상부면과 하부면의 폭의 비가 0.5 내지 0.9:1일 수 있다. 따라서, 코일 패턴(300)은 상부면의 모서리의 라운드한 영역이 직각을 이루는 이상적인 사각 형태 대비 0.5 미만일 수 있다. 예를 들어, 라운드한 영역이 직각을 이루는 이상적인 사각 형태 대비 0.001 이상 0.5 미만일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 코일 패턴(300)은 이상적인 사각형의 형태에 비해 저항 변화가 크지 않다. 예를 들어, 이상적인 사각형 형태의 코일 패턴의 저항이 100이라면 본 발명에 따른 코일 패턴(300)은 101 내지 110 정도를 유지할 수 있다. 즉, 제 1 도금막(300a)의 형상 및 그에 따라 변화되는 제 2 도금막(300b)의 형상에 따라 본 발명의 코일 패턴(300)의 저항은 사각 형상의 이상적인 코일 패턴의 저항에 비해 101% 내지 110% 정도를 유지할 수 있다. 한편, 제 2 도금막(300b)은 제 1 도금막(300a)과 동일 도금액을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 1차 및 2차 도금막(300a, 300b)은 황산구리와 황산을 기본으로 하는 도금액을 사용하며, ppm 단위의 염소(Cl)와 유기 화합물을 첨가하여 제품의 도금성을 향상시킨 도금액을 이용하여 형성할 수 있다. 유기 화합물은 PEG(PolyEthylene Glycol)을 포함한 캐리어와 광택제를 사용하여 도금막의 균일성과 전착성, 그리고 광택 특성을 개선할 수 있다.
한편, 코일 패턴(300)은 제 1 도금막(300a) 상에 형성되는 제 2 도금막(300b)의 수직 방향으로 하부의 폭(A), 중부의 폭(B) 및 상부의 폭(C)이 적어도 일부 다를 수 있다. 여기서, 중부의 폭(B)의 폭은 하부의 폭(A)보다 크거나 같을 수 있고, 상부의 폭(C)보다 크거나 같을 수 있다. 또한, 하부의 폭(A)은 상부의 폭(C)보다 크거나 같을 수 있다. 예를 들어, 중부의 폭(B)은 하부의 폭(A) 및 상부의 폭(C)보다 클 수 있고, 하부의 폭(A)과 같고 상부의 폭(C)보다 클 수도 있다. 물론, 하부의 폭(A)으로부터 중부의 폭(B) 및 상부이 폭(C)까지 모두 동일할 수도 있다. 한편, 하부는 제 2 도금막(300b) 높이의 예를 들어 10%까지의 높이이고, 중부는 제 2 도금막(300b) 높이의 예를 들어 10%로부터 80%까지의 높이이며, 상부는 라운드하게 형성되기 이전까지의 높이일 수 있다.
또한, 코일 패턴(300)은 적어도 둘 이상의 도금층이 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 각각의 도금층은 측면이 수직하며 동일 형상 및 두께로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(300)은 시드층 상에 도금 공정으로 형성될 수 있는데, 시드층 상에 예를 들어 세개의 도금층이 적층되어 형성될 수 있다. 이러한 코일 패턴(300)은 이방성 도금 공정으로 형성되며, 종횡비가 2∼10 정도로 형성될 수 있다.
또한, 코일 패턴(300)은 최내주로부터 최외주로 갈수록 폭이 증가하는 형상으로 형성될 수도 있다. 즉, 스파이럴 형상의 코일 패턴(300)은 최내주로부터 최외주까지 n개의 패턴이 형성될 수 있는데, 예를 들어 4개의 패턴이 형성될 경우 최내주의 제 1 패턴으로부터 제 2 및 제 3 패턴, 그리고 최외주의 제 4 패턴으로 갈수록 패턴의 폭이 증가하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 패턴의 폭이 1일 경우, 제 2 패턴은 1 내지 1.5의 비율로 형성되고, 제 3 패턴은 1.2 내지 1.7의 비율로 형성되며, 제 4 패턴은 1.3 내지 2의 비율로 형성될 수 있다. 즉, 제 1 내지 제 4 패턴은 1:1∼1.5:1.2∼1.7:1.3∼2의 비율로 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제 2 패턴은 제 1 패턴의 폭과 같거나 크게 형성되고, 제 3 패턴은 제 1 패턴의 폭보다 크고 제 2 패턴의 폭과 같거나 크게 형성되며, 제 4 패턴은 제 1 및 제 2 패턴의 폭보다 크고 제 3 패턴의 폭과 같거나 크게 형성될 수 있다. 이렇게 최내주로부터 최외주로 갈수록 코일 패턴의 폭을 증가시키기 위해 시드층의 폭을 최내주로부터 최외주로갈수록 넓게 형성할 수 있다. 또한, 코일 패턴은 수직 방향으로 적어도 일 영역의 폭이 다르게 형성될 수도 있다. 즉, 적어도 일 영역의 하단부, 중단부 및 상단부의 폭이 다르게 형성될 수도 있다.
4. 외부 전극
외부 전극(410, 420; 400)은 바디(100)의 서로 대향하는 두 면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 바디(100)의 X 방향으로 서로 대향되는 두 측면에 형성될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 바디(100)의 코일 패턴(310, 320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 외부 전극(400)은 바디(100)의 두 측면 전체에 형성되고, 두 측면의 중앙부에서 코일 패턴(310, 320)과 접촉될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)의 단부가 바디(100)의 외측 중앙부로 노출되고 외부 전극(400)이 바디(100)의 측면에 형성되어 코일 패턴(310, 320)의 단부와 연결될 수 있다. 이러한 외부 전극(400)은 도전성 에폭시, 도전성 페이스트, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 다양한 방법으로 형성될 수도 있다. 한편, 외부 전극(400)은 바디(100)의 양 측면 및 하면에만 형성되거나, 바디(100)의 상면 또는 전면 및 후면에도 형성될 수 있다. 예를 들어, X 방향의 양 측면 뿐만 아니라 Y 방향으로의 전면 및 후면, 그리고 Z 방향으로의 상면 및 하면에도 외부 전극(400)이 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 X 방향의 양 측면 및 인쇄회로기판에 실장되는 하면 뿐만 아니라 형성 방법 또는 공정 조건에 따라 그 이외의 영역에도 형성될 수 있다. 한편, 외부 전극(400)은 예를 들어 0.5%∼20%의 Bi2O3 또는 SiO2를 주성분으로 하는 다성분계의 글래스 프릿(Glass frit)을 금속 분말과 혼합하여 형성할 수 있다. 즉, 바디(100)와 접촉되는 외부 전극(400)의 일부는 글래스가 혼합된 도전 물질로 형성될 수 있다. 이때, 글래스 프릿과 금속 분말의 혼합물은 페이스트 형태로 제조되어 바디(100)의 두면에 도포될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)의 일부가 도전성 페이스트를 이용하여 형성하는 경우 도전성 페이스트에는 글래스 프릿이 혼합될 수 있다. 이렇게 외부 전극(400)에 글래스 프릿이 포함됨으로써 외부 전극(400)과 바디(100)의 밀착력을 향상시킬 수 있고, 코일 패턴(300)과 외부 전극(400)의 콘택 반응을 향상시킬 수 있다.
이러한 외부 전극(400)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. 이때, 본 발명의 실시 예는 코일 패턴(300)과 연결되는 외부 전극(400)의 적어도 일부, 즉 바디(100)의 표면에 형성되어 코일 패턴(300)과 연결되는 제1층(411, 421)은 코일 패턴(300)과 동일 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 코일 패턴(300)이 구리를 이용하여 형성되는 경우 외부 전극(400)의 적어도 일부, 즉 제1층(411, 421)은 구리를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 구리는 앞서 설명한 바와 같이 도전성 페이스트를 이용한 침지 또는 인쇄 방법으로 형성하거나, 증착, 스퍼터링, 도금 등의 방법으로 형성할 수 있다. 그런데, 본 발명의 바람직한 실시 예는 적어도 외부 전극(400)의 제1층(411, 421)은 코일 패턴(300)과 동일 방법, 즉 도금으로 형성할 수 있다. 즉, 외부 전극(400)의 전체 두께를 구리 도금으로 형성하거나, 외부 전극(400)의 일부 두께, 즉 코일 패턴(300)과 연결되어 바디(100)의 표면에 접촉 형성되는 제1층(411, 421)을 구리 도금으로 형성할 수 있다. 도금 공정으로 외부 전극(400)을 형성하기 위해 바디(100)의 양 측면에 시드층을 형성한 후 시드층으로부터 도금층을 형성하여 외부 전극(400)을 형성할 수 있다. 물론, 바디(100)의 외측으로 노출된 코일 패턴(300)이 시드의 역할을 하여 별도의 시드층을 형성하지 않고 도금으로 외부 전극(400)을 형성할 수 있다. 한편, 도금 공정 이전에 산처리 공정을 실시할 수도 있다. 즉, 바디(100)의 적어도 일부면에 염산 처리한 후 도금 공정을 실시할 수 있다. 외부 전극(400)을 도금으로 형성하더라도 외부 전극(400)은 바디(100)의 서로 대향되는 양 측면 뿐만 아니라 이와 인접한 다른 측면, 즉 상면 및 하면으로 연장 형성될 수 있다. 여기서, 외부 전극(400)의 코일 패턴(300)과 연결되는 적어도 일부는 외부 전극(400)이 형성되는 바디(100)의 측면 전체일 수 있고, 일부 영역일 수도 있다. 한편, 외부 전극(400)은 적어도 하나의 도금층을 더 포함할 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 코일 패턴(300)과 연결되는 제1층(411, 421)과, 그 상부에 형성된 적어도 하나의 제2층(412, 422)을 포함할 수 있다. 즉, 제2층(412, 422)는 하나의 층일 수도 있고, 둘 이상의 층일 수도 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 구리 도금층 상에 니켈 도금층(미도시) 및 주석 도금층(미도시) 중 적어도 하나가 더 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 구리층, Ni 도금층 및 Sn 도금층의 적층 구조로 형성될 수 있고, 구리층, Ni 도금층 및 Sn/Ag 도금층의 적층 구조로 형성될 수 있다. 이때, 도금은 전해 또는 무전해 도금으로 실시할 수 있다. 즉, 제1층(411, 421)은 일부 두께를 무전해 도금으로 형성하고 나머지 두께를 전해 도금으로 형성하거나, 전체 두께를 무전해 도금 또는 전해 도금으로 형성할 수 있다. 제2층(412, 422) 또한 일부 두께를 무전해 도금으로 형성하고 나머지 두께를 전해 도금으로 형성하거나, 전체 두께를 무전해 도금 또는 전해 도금으로 형성할 수 있다. 물론, 제1층(411, 421)을 무전해 또는 전해 도금으로 형성하고, 제2층(412, 422)을 제1층(411, 421)과 동일하게 무전해 또는 전해 도금으로 형성하거나 제1층(411, 421)과 다르게 전해 또는 무전해 도금으로 형성할 수 있다. 한편, 제2층(412, 422)의 Sn 도금층은 Ni 도금층과 같거나 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 외부 전극(400)은 2㎛∼100㎛의 두께로 형성될 수 있는데, 제1층(411, 421)이 1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있으며, 제2층(412, 422)이 1㎛∼50㎛의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 외부 전극(400)은 제1층(411, 421)과 제2층(412, 422)의 두께가 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 제1층(411, 421)과 제2층(412, 422)의 두께가 다를 경우 제1층(411, 421)이 제2층(412, 422)보다 얇거나 두꺼울 수 있다. 본 발명의 실시 예는 제1층(411, 421)의 두께가 제2층(412, 422)보다 얇게 형성된다. 한편, 제2층(412, 422)은 Ni 도금층이 1㎛∼10㎛의 두께로 형성되고, Sn 또는 Sn/Ag 도금층은 2㎛∼10㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 외부 전극(400)의 적어도 일부 두께를 코일 패턴(300)과 동일 물질을 이용하여 형성하고 동일 방법으로 형성함으로써 바디(100)와 외부 전극(400)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 즉, 외부 전극(400)의 적어도 일부를 구리 도금으로 형성함으로써 코일 패턴(300)과 외부 전극(400)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부 전극(400)이 Y 방향 및 Z 방향으로 바디(100)의 일부 영역에 형성됨으로써 밴드부가 형성될 수 있고, 그에 따라 외부 전극(400)과 바디(100)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 이러한 본 발명에 따른 파워 인덕터는 인장 강도가 2.5kgf 내지 4.5kgf일 수 있다. 따라서, 본 발명은 종래보다 인장 강도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 본 발명의 파워 인덕터가 실장된 전자기기로부터 바디(100)가 분리되지 않을 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 전자기기에 실장된 상태를 유지하지만 바디(100)가 외부 전극(400)과 분리되는 현상이 발생되지 않을 수 있다.
5. 내부 절연층
내부 절연층(510)은 코일 패턴(310, 320)과 금속 분말(110)을 절연시키기 위해 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 내부 절연층(510)이 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 내부 절연층(510)은 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면 뿐만 아니라 기재(200)를 덮도록 형성될 수도 있다. 즉, 소정 영역이 제거된 기재(200)의 코일 패턴(310, 320)보다 노출된 영역, 즉 기재(200)의 표면 및 측면에도 내부 절연층(510)이 형성될 수 있다. 기재(200) 상의 내부 절연층(510)은 코일 패턴(310, 320) 상의 내부 절연층(510)과 동일 두께로 형성될 수 있다. 이러한 내부 절연층(510)은 코일 패턴(310, 320) 상에 파릴렌을 코팅하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 코일 패턴(310, 320)이 형성된 기재(200)를 증착 챔버 내에 마련한 후 파릴렌을 기화시켜 진공 챔버 내부로 공급함으로써 코일 패턴(310, 320) 상에 파릴렌을 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 파릴렌을 기화기(Vaporizer)에서 1차 가열하여 기화시켜 다이머(dimer) 상태로 만든 후 2차 가열하여 모노머(Monomer) 상태로 열분해시키고, 증착 챔버에 연결되어 구비된 콜드 트랩(Cold Trap)과 기계적 진공 펌프(Mechanical Vaccum Pump)를 이용하여 파릴렌을 냉각시키면 파릴렌은 모노머 상태에서 폴리머 상태로 변환되어 코일 패턴(310, 320) 상에 증착된다. 물론, 내부 절연층(510)은 파릴렌 이외의 절연성 고분자, 예를 들어 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 파릴렌을 코팅함으로써 코일 패턴(310, 320) 상에 균일한 두께로 내부 절연층(510)을 형성할 수 있고, 얇은 두께로 형성하더라도 다른 물질에 비해 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 내부 절연층(510)으로서 파릴렌을 코팅하는 경우 폴리이미드를 형성하는 경우에 비해 얇은 두께로 형성하면서 절연 파괴 전압을 증가시켜 절연 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)의 패턴 사이의 간격에 따라 패턴 사이를 매립하여 균일한 두께로 형성되거나 패턴의 단차를 따라 균일한 두께로 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)의 패턴 사이의 간격이 멀 경우 패턴의 단차를 따라 균일한 두께로 파릴렌이 코팅될 수 있고, 패턴 사이의 간격이 가까울 경우 패턴 사이를 매립하여 코일 패턴(310, 320) 상에 소정 두께로 형성될 수 있다. 도 8은 폴리이미드를 절연층으로 형성한 파워 인덕터의 단면 사진이고, 도 9는 파릴렌을 절연층으로 형성한 파워 인덕터의 단면 사진이다. 도 9에 도시된 바와 같이 파릴렌의 경우 코일 패턴(310, 320)의 단차를 따라 얇은 두께로 형성되지만, 도 8에 도시된 바와 같이 폴리이미드는 파릴렌에 비해 두꺼운 두께로 형성된다. 한편, 내부 절연층(510)은 파릴렌을 이용하여 3㎛∼100㎛의 두께로 형성할 수 있다. 파릴렌이 3㎛ 미만의 두께로 형성되면 절연 특성이 저하될 수 있고, 100㎛를 초과하는 두께로 형성하는 경우 동일 사이즈 내에서 내부 절연층(510)이 차지하는 두께가 증가하여 바디(100)의 체적이 작아지고 그에 따라 투자율이 저하될 수 있다. 물론, 내부 절연층(510)은 소정 두께의 시트로 제작된 후 코일 패턴(310, 320) 상에 형성될 수 있다.
6. 표면 절연층
표면 절연층(520)은 바디(100)의 표면에 형성될 수 있다. 이때, 표면 절연층(520)은 바디(100)의 대향되는 두 측면을 제외한 나머지 면에 형성될 수 있다. 즉, 바디(100)의 서로 대향되는 두 측면, 예를 들어 X 방향의 두 측면으로 코일 패턴(300)이 노출되는데, 코일 패턴(300)이 노출되는 두 측면 이외의 나머지 면에 표면 절연층(520)이 형성될 수 있다. 다시 말하면, 표면 절연층(520)은 표면과 접촉되어 외부 전극(400)이 형성되는 바디(100)의 두 측면을 제외한 나머지 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 표면 절연층(520)은 Y 방향으로 서로 대향되는 두면(즉, 전면 및 후면)과, Z 방향으로 서로 대향되는 두면(즉, 하면 및 상면)에 형성될 수 있다. 이러한 표면 절연층(520)은 원하는 위치에 도금 공정으로 외부 전극(400)을 형성하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 바디(100)는 표면 저항이 거의 동일하기 때문에 도금 공정을 실시하면 바디(100) 전체 표면에 도금 공정이 실시될 수 있다. 따라서, 외부 전극(400)이 형성되지 않는 영역에 표면 절연층(520)을 형성함으로써 외부 전극(400)을 원하는 위치에 형성할 수 있다. 한편, 이러한 표면 절연층(520)은 절연 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 표면 절연층(550)은 열경화성 수지로 형성될 수도 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. 즉, 표면 절연층(520)은 바디(100)의 절연물(120)로 이용되는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 표면 절연층(520)은 폴리머, 열경화성 수지을 바디(100)의 소정 영역에 도포 또는 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 즉, 표면 절연층(520)은 Y 방향 및 Z 방향의 네면에 형성될 수 있다. 물론, 표면 절연층(520)은 바디(100)의 전체 표면에 형성된 후 바디(100)의 X 방향으로 대향되는 두 측면의 표면 절연층(520)을 제거함으로써 Y 방향 및 Z 방향의 네면에 잔류시킬 수도 있다. 한편, 표면 절연층(520)은 파릴렌으로 형성될 수도 있고, 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), 실리콘 산화질화막(SiON) 등 다양한 절연 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 이들 물질로 형성되는 경우 CVD, PVD 방법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 표면 절연층(520)은 외부 전극(400)의 두께와 같거나 다른 두께로 형성될 수 있는데, 예를 들어 3㎛∼30㎛의 두께로 형성될 수 있다.
7. 결합층
결합층(600)은 외부 전극(400)의 연장 형성된 부분과 바디(100) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 바디(100)의 X 방향의 두 측면 이외의 Y 방향 및 Z 방향으로 연장 형성되는데, 외부 전극(400)의 연장된 부분과 바디(100) 사이에 결합층(600)이 형성될 수 있다. 이러한 결합층(600)은 도금 공정으로 형성되는 외부 전극(400)이 Y 방향 및 Z 방향의 네 면에서 잘 형성될 수 있도록 하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)이 연장 형성되는 영역, 즉 밴드부에는 표면 절연층(520)이 형성되어 있기 때문에 그 부분에는 바디(100)의 측면보다 저항이 높아 도금 성장이 잘 되지 않는다. 그에 따라, 외부 전극(400) 중에서 표면 절연층(520) 상에 형성되는 영역은 바디(100)에 접촉되어 형성되는 영역보다 결합력이 약하게 된다. 따라서, 표면 절연층(520) 상에도 도금 성장이 잘되도록 하여 결합력 및 인장 강도를 향상시키기 위해 결합층(600)이 형성된다. 이렇게 밴드부의 표면 절연층(520) 상에 결합층(600)이 형성된 후 외부 전극(400)의 연장 영역이 형성됨으로써 표면 절연층(520) 상에 외부 전극(400)의 연장 영역이 형성되는 경우에 비해 외부 전극(400)의 결합 강도를 향상시킬 수 있다. 한편, 결합층(600)은 표면 절연층(520) 상에 형성된 후 코일 패턴(300)을 노출시키기 위한 연마 공정에 의해 밴드부에만 잔류하게 된다. 즉, 표면 절연층(520)이 바디(100)의 전체 상부에 형성되고 결합층(600)이 바디(100)의 두 측면의 전체와 전후면 및 상하면의 일부에 형성된 후 코일 패턴(300)을 노출시키기 위해 바디(100)의 두 측면을 연마함으로써 결합층(600)이 밴드부에만 잔류하게 된다. 이러한 결합층(600)은 CVD, PVD, 도금 등의 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 결합층(600)은 Au, Pd, Cu, Ni 등을 포함하는 금속 또는 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있다. 예를 들어, 결합층(600)은 구리 도금으로 형성할 수 있다. 따라서, 코일 패턴(300), 외부 전극(400)의 적어도 일부, 그리고 결합층(600)이 동일 물질 및 동일 공정으로 형성될 수 있다. 한편, 결합층(600)은 표면 절연층(520) 및 외부 전극(400)보다 얇게 형성될 수 있는데, 외부 전극(400)의 제1층(411, 421)보다 얇게 형성될 수 있다.
8. 캐핑 절연층
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 외부 전극(400)이 형성된 바디(100)의 상면에 캐핑 절연층(530)이 형성될 수 있다. 즉, 인쇄회로기판Pronted Circuit Board; PCB) 상에 실장되는 바디(100)의 하면과 대향되는 바디(100)의 상면, 예를 들어 Z 방향으로 상측면에 캐핑 절연층(530)이 형성될 수 있다. 이러한 캐핑 절연층(530)은 바디(100)의 상면에 연장 형성된 외부 전극(400)과 쉴드 캔 또는 상측의 회로 부품과 파워 인덕터의 쇼트를 방지하기 위해 형성될 수 있다. 즉, 파워 인덕터는 바디(100)의 하면에 형성된 외부 전극(400)이 PMIC(Power Management IC)에 인접하여 인쇄회로기판 상에 실장되는데, 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. 따라서, 바디(100)의 상면에 캐핑 절연층(530)을 형성함으로써 파워 인덕터와 외부 도전체와의 쇼트를 방지할 수 있다. 이러한 캐핑 절연층(530)은 절연 물질로 형성될 수 있는데, 예를 들어 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polyimide) 및 액정 결정성 폴리머(Liquid Crystalline Polymer, LCP)로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 캐핑 절연층(530)은 열경화성 수지로 형성될 수도 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. 즉, 캐핑 절연층(530)은 바디(100)의 절연물(120) 또는 표면 절연층(520)으로 이용되는 물질로 형성될 수 있다. 이러한 캐핑 절연층(530)은 폴리머, 열경화성 수지 등에 바디(100)의 상면을 침지함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 캐핑 절연층(530)은 바디(100)의 상면 뿐만 아니라 바디(100)의 X 방향으로의 양 측면의 일부 및 Y 방향으로의 전면 및 후면의 일부에 형성될 수도 있다. 한편, 캐핑 절연층(530)은 파릴렌으로 형성될 수도 있고, 실리콘 산화막(SiO2), 실리콘 질화막(Si3N4), 실리콘 산화질화막(SiON) 등 다양한 절연 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 이들 물질로 형성되는 경우 CVD, PVD 방법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 캐핑 절연층(530)이 CVD, PVD 방법으로 형성되는 경우 바디(100)의 상면에만 형성될 수도 있다. 한편, 캐핑 절연층(530)은 파워 인덕터(100)의 외부 전극(400)과 쉴드 캔 등의 쇼트를 방지할 수 있는 두께로 형성될 수 있는데, 예를 들어 10㎛∼100㎛의 두께로 형성될 수 있다.여기서, 캐핑 절연층(530)은 외부 전극(400)의 두께와 같거나 다른 두께로 형성될 수 있고, 표면 절연층(520)의 두께와 같거나 다른 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 캐핑 절연층(530)은 외부 전극(400) 및 표면 절연층(520)보다 두껍게 형성될 수 있다. 물론, 캐핑 절연층(530)은 외부 전극(400)보다 얇고 표면 절연층(520)과 같은 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 캐핑 절연층(530)은 외부 전극(400)과 바디(100) 사이에 단차가 유지되도록 바디(100) 상면에 균일한 두께로 형성될 수도 있고, 외부 전극(400)과 바디(100) 사이의 단차가 제거되도록 바디(100) 상부에서 외부 전극(400) 상부보다 두껍게 형성되어 표면이 평탄할 수도 있다. 물론, 캐핑 절연층(530)은 소정 두께로 별도로 제작한 후 바디(100) 상에 접착제 등을 이용하여 접합하여 형성할 수도 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 파워 인덕터는 외부 전극(400)의 적어도 일부 두께를 코일 패턴(300)과 동일 물질을 이용하여 동일 방법으로 형성함으로써 바디(100)와 외부 전극(400)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 즉, 코일 패턴(300) 및 외부 전극(400)을 구리 도금으로 형성함으로써 코일 패턴(300)과 외부 전극(400)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 인장 강도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 본 발명의 파워 인덕터가 실장된 전자기기로부터 바디가 분리되지 않을 수 있다. 또한, 바디(100)의 측면으로부터 연장되어 형성된 외부 전극(400), 즉 밴드부의 외부 전극(400)과 표면 절연층(520) 사이에 결합층(600)이 형성될 수 있다. 결합층(600)이 형성됨으로써 외부 전극(400)의 연장 영역의 도금 성장이 잘 이루어지도록 하여 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 인장 강도를 향상시킬 수 있다. 한편, 바디(100)의 상부면에 외부 전극(400)이 노출되지 않도록 캐핑 절연층(550)이 형성됨으로써 외부 전극(400)이 쉴드 캔 등과 접촉되어 쇼트되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 금속 분말(110) 및 절연물(120) 뿐만 아니라 열 전도성 필러(130)를 포함하여 바디(100)를 제작함으로써 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, 코일 패턴(310, 320)과 바디(100) 사이에 파릴렌을 이용하여 내부 절연층(510)을 형성함으로써 코일 패턴(310, 320)의 측면 및 상면에 얇고 균일한 두께로 내부 절연층(510)을 형성하면서 절연 특성을 향상시킬 수 있다.
제조 방법
도 11 내지 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 파워 인덕터의 제조 방법을 설명하기 위해 순서적으로 도시한 단면도이다.
도 11을 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. 여기서, 기재(200)는 예를 들어 중앙부에 관통홀(220)이 형성되고 소정 영역에 도전성 비아(210)가 형성된다. 또한, 기재(200)는 관통홀(220) 이외에 외측 영역이 제거된 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 소정 두께를 갖는 사각형의 판 형태의 기재(200) 중앙부에 관통홀(220)이 형성되고 소정 영역에 도전성 비아(210)가 형성되며, 기재(200)의 외측이 적어도 일부 제거된다. 이때, 기재(200)의 제거되는 부분은 스파이럴 형상으로 형성된 코일 패턴(310, 320)의 외측 부분이 될 수 있다. 또한, 코일 패턴(310, 320)은 기재(200)의 소정 영역, 예를 들어 중앙부로부터 원형의 스파이럴 형태로 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 비아(210)를 형성하고, 기재(200)의 타면 상에 코일 패턴(320)을 형성할 수 있다. 도전성 비아(210)는 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 결합층을 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 제 2 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 내부 절연층(510)을 형성한다. 파릴렌 등의 절연성 고분자 물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 바람직하게, 내부 절연층(510)은 파릴렌을 이용하여 코팅함으로써 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면 뿐만 아니라 기재(200)의 상면 및 측면에도 형성될 수 있다. 이때, 내부 절연층(510)은 코일 패턴(310, 320)의 상면 및 측면, 그리고 기재(200)의 상면 및 측면에 동일한 두께로 형성될 수 있다. 즉, 코일 패턴(310, 320)이 형성된 기재(200)를 증착 챔버 내에 마련한 후 파릴렌을 기화시켜 진공 챔버 내부로 공급함으로써 코일 패턴(310, 320) 및 기재(200) 상에 파릴렌을 증착시킬 수 있다. 예를 들어, 파릴렌을 기화기에서 1차 가열하여 기화시켜 다이머(dimer) 상태로 만든 후 2차 가열하여 모노머(Monomer) 상태로 열분해시키고, 증착 챔버에 연결되어 구비된 콜드 트랩과 기계적 진공 펌프를 이용하여 파릴렌을 냉각시키면 파릴렌은 모노머 상태에서 폴리머 상태로 변환되어 코일 패턴(310, 320) 상에 증착된다. 여기서, 파릴렌을 기화시켜 다이머 상태로 만들기 위한 1차 가열 공정은 100℃∼200℃의 온도와 1.0Torr의 압력으로 진행하고, 기화된 파릴렌을 열분해하여 모노머 상태로 만들기 위한 2차 가열 공정은 400℃∼500℃의 온도와 0.5Torr 이상의 압력으로 진행할 수 있다. 또한, 모노머 상태를 폴리머 상태로 하여 파릴렌을 증착하기 위해 증착 챔버는 상온 예컨대, 25℃의 온도와 0.1Torr의 압력을 유지할 수 있다. 이렇게 코일 패턴(310, 320) 상에 파릴렌을 코팅함으로써 코일 패턴(310, 320) 및 기재(200)의 단차를 따라 내부 절연층(510)이 코팅되고 그에 따라 내부 절연층(510)이 균일한 두께로 형성될 수 있다. 물론, 내부 절연층(510)은 에폭시, 폴리이미드 및 액정 결정성 폴리머로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 시트를 코일 패턴(310, 320) 상에 밀착함으로써 형성할 수도 있다.
도 12를 참조하면, 금속 분말(110) 및 절연물(120)을 포함하고, 열 전도성 필러(미도시)를 더 포함하는 재료로 이루어진 복수의 시트(100a 내지 100h)를 마련한다. 여기서, 금속 분말(110)은 철(Fe)를 포함하는 금속 물질을 이용할 수 있고, 절연물(120)은 금속 분말(110) 사이를 절연할 수 있는 에폭시, 폴리이미드 등을 이용할 수 있으며, 열 전도성 필러는 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 있고 파릴렌 등의 절연성 물질로 코팅될 수도 있다. 여기서, 절연물(120)은 금속 분말 100wt%에 대하여 2.0wt% 내지 5.0wt%의 함량으로 포함될 수 있고, 열 전도성 필러는 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 필러의 함량이 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 기재(200)의 일면 및 타면으로부터 상측 및 하측으로 갈수록 열 전도성 필러의 함량이 높아질 수 있다. 즉, 기재(200)에 접하는 시트(100a, 100d)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100b, 100e)의 열 전도성 필러의 함량이 시트(100a, 100d)의 열 전도성 필러의 함량보다 높고, 시트(100b, 100e)의 상측 및 하측에 위치하는 시트(100c, 100f)의 열 전도성 필러의 함량이 시트(100b, 100e)의 열 전도성 필러의 함량보다 더 높을 수 있다. 이렇게 기재(200)으로부터 멀어질수록 열 전도성 필러의 함량이 높아짐으로써 열 전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 한편, 최상층 및 최하층 시트(100a, 100h)의 상부 및 하부에 제 1 및 제 2 자성층(미도시)을 각각 마련할 수 있다. 제 1 및 제 2 자성층은 시트(100a 내지 100h)보다 높은 투자율을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 자성층은 시트(100a 내지 100h)의 투자율보다 높은 투자율을 갖도록 자성 분말과 에폭시 수지를 이용하여 제작할 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 자성층에 열 전도성 필러가 더 포함되도록 할 수 있다.
도 13을 참조하면, 기재(200)을 사이에 두고 복수의 시트(100a 내지 100h)를 적층 및 가압한 후 성형하여 바디(100)를 형성한다. 이렇게 함으로써 기재(200)의 관통홀(220) 및 기재(200)의 제거된 부분에 바디(100)가 충진될 수 있다. 그리고, 바디(100) 및 기재(200)를 단위 소자 단위로 절단한다. 단위 소자로 절단된 바디(100)를 소성 또는 경화시킬 수 있다.
도 14를 참조하면, 바디(100)의 표면에 표면 절연층(520)을 형성한다. 표면 절연층(520)은 인쇄, 디핑, 스프레이 분사 등을 포함한 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 또한, 표면 절연층(520)은 실리콘, 에폭시, 유기 코팅액, 글래스 프릿 등의 절연 물질을 이용하여 형성할 수 있으며, 5㎛∼40㎛ 정도의 두께로 형성할 수 있다. 한편, 표면 절연층(520)을 형성하기 전에 바디(100)의 모서리를 연마할 수 있다. 즉, 바디(100)의 깨짐을 방지하기 위해 모서리를 연마하여 모서리를 모따기할 수 있다. 이때, 바디(100)의 모서리는 직각이 아닌 소정의 각도를 갖도록 경사지게 형성되거나 라운드하게 형성될 수 있다. 바디(100)의 모서리가 경사지게 형성됨으로써 이후 외부 전극(400)을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 즉, 바디(100)의 모서리가 직각을 이루게 되면 모서리 부분에서 표면에 비해 얇게 외부 전극(400)이 형성될 수 있고, 그 부분에서 외부 전극(400)이 끊어지거나 저항이 높아지는 등의 문제가 발생될 수 있다. 따라서, 모서리 부분을 경사지게 형성함으로써 이러한 문제를 방지할 수 있다.
도 15를 참조하면, 표면 절연층(520)이 형성된 바디(100) 상의 소정 영역에 결합층(600)을 형성한다. 결합층(600)은 이후 외부 전극(400)이 형성될 영역에 형성할 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 X 방향으로 대향되는 두 측면에 외부 전극(400)이 형성되면 결합층(600)은 바디(100)의 X 방향 두 측면과, 이와 인접한 Y 방향 및 Z 방향의 면에 형성될 수 있다. 결합층(600)은 PVD, CVD, 도금, 디핑, 스프레이 등의 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 결합층(600)은 Au, Pd, Cu, Ni 등을 포함하는 금속 또는 둘 이상의 합금으로 형성할 수 있다. 즉, 결합층(600)은 금속 또는 금속 합금으로 하나의 층 또는 둘 이상의 층으로 형성할 수 있다. 일 예로서, 결합층(600)은 PVD, CVD 등으로 Au층 및 Pd층 중 적어도 하나로 형성할 수 있다. 다른 예로서, 결합층(600)은 Ni 및 Cu 입자 중 적어도 하나가 용해된 용액을 이용하거나 Au 및 Pd 중 적어도 하나가 용해된 용액 등을 이용하여 도금, 디핑 또는 스프레이 방식으로 형성할 수 있다. 한편, 금속 입자가 용해된 용액에는 PEG(PolyEthylene Glycol)을 포함한 캐리어, 광택제를 사용하며, 그에 따라 도금막의 균일성, 전착성 및 광택 특성을 개선할 수 있다. 그런데, 결합층(600)은 이후 형성될 외부 전극(400)과 동일 방법 및 동일 재질로 형성할 수 있다. 즉, 결합층(600)과 외부 전극(400)이 동일 재질 및 동일 방법으로 형성됨으로써 결합층(600)과 외부 전극(400)의 성상을 동일하게 할 수 있고, 그에 따라 결합층(600)과 외부 전극(400)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 결합층(600)은 구리 도금 공정으로 형성될 수 있다. 한편, 결합층(600)을 Y 방향 및 Z 방향의 일부 영역에만 형성하기 위해 결합층(600)을 형성한 후 일부 영역을 제거하기 위한 식각 공정을 실시할 수도 있고, 소정의 마스크를 형성한 후 결합층(600)을 형성하고 마스크를 제거할 수도 있다.
도 16을 참조하면, 바디(100)의 일부 표면의 결합층(600) 및 표면 절연층(520)을 제거한다. 즉, 코일 패턴(300)과 접속되도록 외부 전극(400)이 형성될 영역의 결합층(600) 및 표면 절연층(520)을 제거한다. 예를 들어, 바디(100)의 X 방향으로 대향되는 두 측면의 결합층(600) 및 표면 절연층(520)을 제거한다. 이때, 바디(100)의 측면으로 코일 패턴(300)이 노출되도록 결합층(600) 및 표면 절연층(520)을 제거한다. 코일 패턴(300)을 노출시키기 위해 예를 들어 연마 공정을 이용할 수 있다. 따라서, 바디(100)의 Y 방향 및 Z 방향의 네 면의 일부 영역에 결합층(600)이 잔류할 수 있다.
도 17을 참조하면, 단위 소자의 바디(100) 양단부에 코일 패턴(310, 320)의 인출된 부분과 전기적으로 접속되도록 외부 전극(400)을 형성한다. 외부 전극(400)은 코일 패턴(300)이 노출된 바디(100)의 두 측면 및 그로부터 인접한 바디(100)의 표면에 연장 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 바디(100)의 두 측면과 그와 인접한 바디(100)의 결합층(600) 상에 형성될 수 있다. 이때, 외부 전극(400)은 적어도 일부가 코일 패턴(300)과 동일 물질 및 동일 방법으로 형성될 수 있다. 즉, 제1층(411, 421)은 구리를 무전해 도금, 전해 도금 등의 방법으로 형성할 수 있고, 제2층(412, 422)는 Ni, Sn 등을 도금 방법으로 적어도 한층으로 형성할 수 있다. 이때, 외부 전극(400)은 바디(100)의 외측으로 노출된 코일 패턴(300)을 시드로 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 바디(100)와 외부 전극(400)의 연장 영역, 즉 밴드부에 결합층(600)이 형성됨으로써 밴드부 상에 외부 전극(400)이 잘 형성될 수 있고, 그에 따라 밴드부의 결합력을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1층(411, 421)은 5㎛∼40㎛의 두께로 형성할 수 있고, 제2층(412, 422)은 1㎛∼20㎛의 두께로 형성할 수 있다. 또한, 제2층(412, 422)이 두층으로 형성될 경우, 예를 들어 Ni 도금층 및 Sn 도금층으로 형성될 경우 Ni 도금층은 1㎛∼10㎛ 정도의 두께로 형성하고 Sn 도금층은 1㎛∼10㎛ 정도의 두께로 형성할 수 있다. 즉, Ni 도금층의 두께는 Sn 도금층의 두께와 같거나 얇을 수 있다. 여기서, 제1층(411, 421)을 형성하기 위한 도금액은 약 5%의 황산(H2SO4)과 약 20%의 황산구리(CuSO4)가 혼합된 도금액 또는 약 25%의 산성 약품과 약 3.5%의 구리를 혼합한 도금액을 이용할 수 있다. 이렇게 외부 전극(400)의 적어도 일부를 구리 도금으로 형성함으로써 외부 전극(400)의 결합력을 강하게 할 수 있다. 이때, 코일 패턴(300)과 외부 전극(400)의 결합력을 바디(100)와 외부 전극(400)의 결합력보다 강하게 할 수 있다. 한편, 바디(100)의 상면에 연장 형성된 외부 전극(400)이 노출되지 않도록 캐핑 절연층을 형성할 수도 있다.
실험 예
본 발명은 외부 전극(400)의 적어도 일부를 코일 패턴(300)과 동일하게 구리 도금으로 형성함으로써 외부 전극(400)과 코일 패턴(300) 및 바디(100)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부 전극(400)이 연장 형성되는 영역, 즉 밴드부의 외부 전극(400) 하측에 결합층(600)을 형성함으로써 외부 전극(400)과 바디(100)의 결합력을 향상시킬 수 있다. 이렇게 밴드부에 결합층(600)을 형성하고 외부 전극을 구리 도금으로 형성하는 본 발명의 실시 예와, 에폭시를 도포하여 형성하는 종래 예의 인장 강도를 실험으로 비교하였다.
먼저, 인장 강도를 측정하기 위해 외부 전극을 형성한 후 외부 전극 상에 와이어를 솔더링하고, 솔더링된 와이어를 잡아당겨 인장 강도를 측정하였다. 즉, 와이어를 잡아당겨 바디(100)가 찢어지거나 외부 전극(400)과 바디(100)가 분리될 때의 인장 강도를 측정하였다. 이때, 종래 예는 외부 전극을 에폭시를 도포하여 형성하였고, 실시 예는 외부 전극을 도금으로 형성하였다. 이때, 종래 예는 결합층을 형성하지 않았고, 실시 예를 결합층을 형성하였다. 즉, 종래 예는 표면 절연층이 형성된 상태에서 도전성 에폭시를 도포하여 외부 전극을 형성하였고, 실시 예는 표면 절연층 상의 일부 영역에 결합층을 형성한 후 외부 전극을 도금 공정으로 형성하였다. 그 이외의 바디, 기재, 코일 패턴의 형상 등은 종래 예와 실시 예들이 동일하게 하였다. 또한, 종래 예와 실시 예에 따른 파워 인덕터를 복수개 제작한 후 각각의 인장 강도를 측정하였고 그 평균을 산출하였다.
도 18은 종래 예 및 실시 예들에 따른 인장 강도를 비교한 그래프이다. 여기서, 인장 강도는 와이어를 잡아당기는 힘을 증가시켜 바디로부터 외부 전극이 분리될 때의 힘을 나타낸다. 도 18에 도시된 바와 같이 종래 예는 인장 강도가 2.2kgf로부터 2.35kgf로 측정되었으며, 평균은 2.28kgf이다. 그러나, 실시 예는 인장 강도가 3.0kgf로부터 3.1kgf로 측정되었으며, 평균은 3.05kgf이다. 참고로, 도면에서 범위로 표시된 것은 측정 범위이고 그 사이의 점으로 표시된 것은 평균이다. 따라서, 본 발명의 실시 예의 인장 강도가 비교 예보다 30% 내지 40% 정도 높음을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 외부 전극과 바디 또는 코일 패턴의 결합력을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 전자기기에 실장되었을 때 바디가 분리되는 문제가 발생되지 않는다.
한편, 본 발명은 인장력을 계속 인가할 경우 바디가 깨지는 현상이 발생될 수 있다. 즉, 도 19에 도시된 바와 같이, 인장력을 계속 인가하면 바디가 깨지는 현상이 발생될 수 있다. 즉, 종래에는 인장력에 따라 외부 전극이 바디로부터 분리되었지만, 본 발명의 실시 예는 바디와 외부 전극의 결합력보다 코일 패턴과 외부 전극의 결합력이 강해 계속적인 인장력 인가에 따라 바디가 깨질 수 있다. 즉, 본 발명은 바디가 깨지더라도 바디와 외부 전극이 분리되지 않을 정도로 강한 결합력을 가질 수 있다. 또한, 결합부에 의해 밴드부에서 바디와 외부 전극이 강하게 결합되므로 밴드부의 외부 전극이 분리되지 않는다.
다른 실시 예
이하에서는 본 발명의 다른 실시 예들에 대해 설명한다. 이러한 본 발명의 다른 실시 예는 본 발명의 일 실시 예와 중복되는 내용의 상세한 설명을 생략하며, 별도로 기재되지 않는한 본 발명의 다른 실시 예의 상세한 구성은 본 발명의 일 실시 예의 상세한 구성과 동일하다. 예를 들어, 다른 실시 예들에서도 외부 전극(400)은 구리 도금으로 형성된 제1층과, 니켈 또는 주석 도금으로 형성된 제2층을 포함한다. 또한, 외부 전극(400)이 접촉 형성되는 바디(100)의 두 측면 이외의 네면에 표면 절연층(520)이 형성되고, 외부 전극(400)의 연장 영역과 표면 절연층(520) 사이에 결합층(600)이 형성된다.
본 발명의 제 2 실시 예로서, 바디(100) 내에 마련된 적어도 하나의 자성층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 자성층은 바디(100)의 상부 표면 및 하부 표면 중 적어도 하나에 마련될 수 있다. 또한, 자성층은 바디(100) 내의 기재(200)와 바디의 상부 표면 및 하부 표면 사이에 적어도 하나 마련될 수 있다. 여기서, 자성층은 바디(100)의 투자율을 증가시키기 위해 마련되며, 바디(100)보다 높은 투자율을 갖는 물질로 제작될 수 있다. 예를 들어, 바디(100)의 투자율이 20이고 자성층은 40 내지 1000의 투자율을 갖도록 마련될 수 있다. 이러한 자성층은 예를 들어 자성체 분말과 절연물을 이용하여 제작할 수 있다. 즉, 자성층은 바디(100)보다 높은 투자율을 갖도록 바디(100)의 자성체보다 높은 자성을 갖는 물질로 형성되거나 자성체의 함유율이 더 높도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 자성층은 절연물이 금속 분말 100wt%에 대하여 1wt% 내지 2wt%로 첨가될 수 있다. 즉, 자성층은 금속 분말이 바디(100)의 금속 분말보다 많이 함유될 수 있다. 한편, 자성층은 금속 분말 및 절연물에 열 전도성 필러(미도시)를 더 포함하여 제작할 수도 있다. 열 전도성 필러는 금속 분말 100wt%에 대하여 0.5wt% 내지 3wt%로 함유될 수 있다. 자성층의 금속 분말 및 열 전도성 필러로 이용되는 물질은 본 발명의 일 실시 예의 설명에서 제시한 물질로부터 선택될 수 있다. 이러한 자성층은 시트 형태로 제작되어 복수의 시트가 적층된 바디(100)의 상부 및 하부에 각각 마련될 수 있다. 또한, 금속 분말(110) 및 절연물(120)을 포함하거나 열 전도성 필러를 더 포함하는 재료로 이루어진 페이스트를 일정 두께로 인쇄하거나 페이스트를 틀에 넣어 압착하는 바디(100)를 형성한 후 바디(100)의 상부 및 하부에 자성층(710, 720)을 각각 형성할 수 있다. 물론, 자성층은 페이스트를 이용하여 형성할 수도 있는데, 바디(100)의 상부 및 하부에 자성 물질을 도포하여 자성층을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 파워 인덕터는 바디(100)에 적어도 하나의 자성층을 마련함으로써 파워 인덕터의 자성률을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 3 실시 예로서, 바디(100) 내부에 마련된 기재(200)가 둘 이상 마련되고, 둘 이상의 기재(200) 각각의 일면 상에 코일 패턴(300)이 형성될 수 있다. 또한, 서로 다른 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과 연결되도록 연결되도록 바디(100) 외부에 외부 전극(400)이 형성되며, 서로 다른 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(300)을 연결하도록 바디(100) 외부에 연결 전극(미도시)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 기재 상에 형성된 제 1 코일 패턴과 연결되도록 제 1 외부 전극이 형성되고, 제 2 기재 상에 형성된 제 3 코일 패턴과 연결되도록 제 2 외부 전극이 형성되며, 제 1 및 제 2 기재 상에 각각 형성된 제 2 및 제 4 코일 패턴과 연결되도록 연결 전극이 형성될 수 있다. 이때, 연결 전극은 외부 전극(400)이 형성되지 않은 바디(100)의 예를 들어 Y 방향의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 또한, 연결 전극은 외부 전극(400)과 동일 물질로 형성될 수 있고, 외부 전극(400)과 동일 공정으로 동시에 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 파워 인덕터는 적어도 일 면에 코일 패턴(300)이 각각 형성된 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100) 내에 이격되어 마련되고, 서로 다른 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 바디(100) 외부의 연결 전극에 의해 연결됨으로써 하나의 바디(100) 내에 복수의 코일 패턴을 형성하고, 그에 따라 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다. 즉, 바디(100) 외부의 연결 전극을 이용하여 서로 다른 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)을 직렬 연결할 수 있고, 그에 따라 동일 면적 내의 파워 인덕터의 용량을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제 4 실시 예로서, 바디(100) 내부에 수평 방향으로 마련된 적어도 둘 이상의 기재(200)와, 적어도 둘 이상의 기재(200)의 적어도 일면 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과, 바디(100) 외부에 마련되며 적어도 둘 이상의 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴들(300)과 각각 연결되는 외부 전극들(400)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 기재(100)가 바디(100)의 두께 방향과 직교하는 장축 방향으로 서로 소정 간격 이격되어 마련될 수 있다. 즉, 본 발명의 제 3 실시 예는 복수의 기재들(200)이 바디(100)의 두께 방향, 예컨데 수직 방향으로 배열되었지만, 본 발명의 제 4 실시 예는 복수의 기재들(200)이 바디(100)의 두께 방향과 직교하는 방향, 예컨데 수평 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 외부 전극(400)은 복수의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 서로 대향되도록 형성된 제 1 및 제 2 외부 전극은 제 1 기재 상에 형성된 코일 패턴과 각각 연결되고, 제 1 및 제 2 외부 전극과 이격되도록 형성된 제 3 및 제 4 외부 전극은 제 2 기재 상에 형성된 코일 패턴과 각각 연결되며, 제 3 및 제 4 외부 전극과 이격되도록 형성된 제 5 및 제 6 외부 전극은 제 3 기재 상에 형성돈 코일 패턴과 각각 연결될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 복수의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)과 각각 연결된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 파워 인덕터는 하나의 바디(100) 내에 복수의 인턱터가 구현될 수 있다. 즉, 적어도 둘 이상의 기재(200)가 수평 방향으로 배열되고, 그 상부에 각각 형성된 코일 패턴들(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 의해 연결됨으로써 복수의 인덕터가 병렬로 마련될 수 있고, 그에 따라 하나의 바디(100) 내에 두개 이상이 파워 인덕터가 구현된다.
본 발명의 제 5 실시 예로서, 둘 이상의 기재(200)는 바디(100)의 두께 방향, 예컨데 수직 방향으로 소정 간격 이격되어 적층되고 각각의 기재(200) 상에 형성된 코일 패턴들(300)은 서로 다른 방향으로 인출되어 외부 전극(400)과 각각 연결된다. 즉, 본 발명의 제 4 실시 예가 복수의 기재(200)가 수평 방향으로 배열된 것에 비해, 본 발명의 제 5 실시 예는 복수의 기재(200)가 수직 방향으로 배열된다. 따라서, 본 발명의 제 5 실시 예는 적어도 둘 이상의 기재(200)가 바디(100)의 두께 방향으로 배열되고, 기재들(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 의해 연결됨으로써 복수의 인덕터가 병렬로 마련되고, 그에 따라 하나의 바디(100) 내에 두개 이상의 파워 인덕터가 구현된다.
상기한 바와 같이 본 발명의 제 3 내지 제 5 실시 예는 바디(100) 내에 적어도 일면 상에 코일 패턴들(300)이 각각 형성된 복수의 기재(200)가 바디(100)의 두께 방향(즉 수직 방향)으로 적층되거나 또는 이와 직교하는 방향(즉 수평 방향)으로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(300)은 외부 전극(400)과 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 즉, 복수의 기재(200) 각각에 형성된 코일 패턴들(300)이 서로 다른 외부 전극(400)에 연결되어 병렬로 연결될 수 있고, 복수의 기재(200) 각각에 형성된 코일 패턴들(300)이 동일한 외부 전극(400)에 연결되어 직렬 연결될 수 있다. 직렬 연결되는 경우 각각의 기재(200) 상에 각각 형성된 코일 패턴들(300)이 바디(100) 외부의 연결 전극에 의해 연결될 수 있다. 따라서, 병렬 연결되는 경우 복수의 기재(200) 각각에 두개의 외부 전극(400)이 필요하고, 직렬 연결되는 경우 기재(200)의 수에 관계없이 두개의 외부 전극(400)이 필요하고 하나 이상의 연결 전극이 필요하다. 예를 들어, 세개의 기재(300) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 외부 전극(400)에 병렬로 연결되는 경우 여섯개의 외부 전극(400)이 필요하고, 세개의 기재(300) 상에 형성된 코일 패턴(300)이 직렬로 연결되는 경우 두개의 외부 전극(400)과 적어도 하나의 연결 전극이 필요하다. 또한, 병렬 연결되는 경우 바디(100) 내에 복수의 코일이 마련되고, 직렬 연결되는 경우 바디(100) 내에 하나의 코일이 마련된다.
한편, 본 발명의 상기 실시 예들은 바디(100) 내부에 코일 패턴(300)이 형성된 적어도 하나의 기재(200)가 마련된 파워 인덕터를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 본 발명은 바디의 표면에 외부 전극을 형성하는 칩 부품에 모두 적용될 수 있다. 예를 들어, 내부에 인덕터 뿐만 아니라 캐패시터가 형성된 칩 부품이나, 배리스터, 서프레서 등의 ESD 보호부가 형성된 칩 부품 등의 외부 전극을 형성하는 부품에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명은 바디와, 바디 내부에 마련된 도전층과, 도전층과 연결되도록 바디 외부에 형성된 외부 전극과, 도전층과 외부 전극이 연결되는 면 이외의 면에 형성된 표면 절연층과, 외부 전극의 연장 영역과 표면 절연층 사이에 마련된 결합층을 포함할 수 있다. 여기서, 도전층은 본 발명의 실시 예들에서 설명된 코일 패턴일 수 있으며, 캐패시터의 소정 간격 이격된 복수의 내부 전극일 수도 있고, 배리스터 또는 서프레서의 방전 전극일 수도 있다. 물론, 코일 패턴, 내부 전극, 방전 전극이 모두 형성된 바디의 외부에 외부 전극이 형성될 수도 있다.
또한, 바디 내부에 권선형 코일이 형성된 인덕터에도 본 발명이 적용될 수 있다. 즉, 도 20 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 금속 자성 분말과 에폭시 수지를 혼합한 상부 바디(100a)와 하부 바디(100b) 사이에 권선형 코일(300a)이 마련된 바디(100)의 외부에 외부 전극(400)이 형성된 권선형 인덕터에 본 발명이 적용될 수 있다. 도 20 내지 도 22는 권선형 인덕터에 적용되는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 제조 공정 순으로 도시한 사시도이고, 도 23은 단면도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 하부 바디(100b)에는 권선형 코일(300a)이 수용되는 수용부가 형성되고, 상부 바디(100a)는 수용부를 덮도록 하부 바디(100b) 상측에 마련된다. 또한, 하부 바디(100b)의 외측에는 권선형 코일(300a)로부터 인출된 인출부(300b)가 마련될 수 있다. 여기서, 권선형 코일(300a) 및 인출부(300b)는 도시되지 않았지만 내부 절연층에 의해 코팅될 수 있다. 한편, 상부 바디(100a)가 하부 바디(100b)를 덮은 후 가압함으로써 권선형 코일(300a)에 의해 형성된 공간 내에 바디(100)가 충진될 수 있다. 예를 들어, 바디(100)를 가압함으로써 권선형 코일(300a) 내부의 공간 및 권선형 코일(300a) 사이의 공간을 충진하도록 상부 바디(100a)가 형성될 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 바디(100)를 연마하여 리사이징한다. 즉, 바디(100)의 네면 또는 여섯면을 연마하여 바디(100)를 리사이징한다. 이때, 권선형 코일(300a)의 인출부 또한 일부 연마되어 두께가 줄어들 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 인출부(300a) 상에 외부 전극(400)이 형성될 수 있다. 이때, 외부 전극(400)은 바디(100)의 측면과 하면에만 연장 형성될 수 있다. 즉, 외부 전극(400)은 예컨데 "L"자형으로 형성될 수 있다. 물론, 외부 전극(400)은 측면 뿐만 아니라 인접한 네 면에 연장 형성될 수 있다. 여기서, 외부 전극(400)이 형성되지 않은 영역, 즉 바디(100)의 Z 방향으로의 상면과 하면, 그리고 전면 및 후면에 표면 절연층(520)이 형성되고, 바디(100)의 Z 방향으로의 하면에 결합층(600)이 형성된 후 바디(100)의 측면 및 결합층(600) 상에 외부 전극(400)이 형성된다. 이때, 표면 절연층(520) 및 결합층(600)은 권선형 코일(300a)이 내재되기 이전에 상부 바디(100a) 및 하부 바디(100b)에 먼저 형성될 수 있다. 즉, 하부 바디(100b)의 외측 표면에 표면 절연층(510)이 형성되고 소정 영역에 결합층(600)이 형성된 후 외측 표면에 표면 절연층(510)이 형성된 상부 바디(100b)가 결합될 수 있다. 물론, 상부 바디(100a) 및 하부 바디(100b)가 결합된 후 표면 절연층(510) 및 결합층(600)이 형성되고 외부 전극(400)이 형성될 수도 있다. 이렇게 제조된 권선형 인덕터의 단면도가 도 23에 도시되어 있다.
한편, 본 발명의 실시 예들에 따른 파워 인덕터는 적어도 일부에 결합층(600)이 형성되지 않거나, 적어도 일부의 표면 절연층(520)이 제거될 수 있다. 예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이 외부 전극(400)이 연장 형성되는 영역에 표면 절연층(520)이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 외부 전극(400)이 형성되지 않는 바디(100)의 표면에만 표면 절연층(520)이 형성되고 그에 따라 외부 전극(420) 및 그 연장 영역은 바디(100)의 표면에 접촉되어 형성될 수 있다. 또한, 도 25에 도시된 바와 같이 외부 전극(400)이 연장 형성되는 영역의 적어도 일부에 표면 절연층(520)이 형성되지 않을 수 있다. 즉, 외부 전극(400)이 연장 형성되는 영역의 일부는 표면 절연층(520)이 형성되지만 다른 일부는 표면 절연층(520)이 형성되지 않을 수 있다. 예를 들어, 바디(100) 상면의 외부 전극(400)이 연장 형성되는 부분에는 표면 절연층(520)이 형성되지 않고, 바디(100) 하면을 포함하여 외부 전극(400)이 연장 형성되는 부분에는 표면 절연층(520)이 형성될 수 있다. 따라서, 외부 전극(400)의 연장 영역은 일부가 표면 절연층(520)에 접촉 형성되고 다른 일부가 바디(100)에 접촉 형성될 수 있다. 이때, 표면 절연층(520)과 외부 전극(400)의 연장 영역 사이에는 결합층(600)이 형성될 수 있다. 그리고, 도 26에 도시된 바와 같이 외부 전극(400)은 일부 영역에 연장 형성되지 않을 수 있다. 즉, 박막형 파워 인덕터의 경우에도 도 23에 도시된 권선형 인덕터와 마찬가지로 외부 전극(400)이 바디(100)의 상면에는 연장 형성되지 않고 바디(100)의 하면을 포함한 영역에만 연장 형성될 수 있다. 이때, 외부 전극(400)이 연장 형성되지 않는 바디(100)의 상면은 표면 절연층(520)이 전체적으로 형성되고, 외부 전극(400)이 연장 형성되는 바디(100)의 하면을 포함한 표면에는 외부 전극(400)이 형성되지 않은 영역에 표면 절연층(520)이 형성될 수 있다. 즉, 표면 절연층(520)은 외부 전극(400)이 형성된 영역에는 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 외부 전극(400)은 바디(100)의 표면에 접촉 형성될 수 있다. 그러나, 도시되지 않았지만 외부 전극(400)의 연장 형성된 부분에도 표면 절연층(520)이 형성되고, 그 사이에 결합층(600)이 형성될 수도 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.
100 : 바디 200 : 기재
300 : 코일 패턴 400 : 외부 전극
510 : 내부 절연층 520 : 표면 절연층
600 : 결합층

Claims (13)

  1. 바디;
    상기 바디 내부에 마련된 코일 패턴;
    상기 바디 표면의 적어도 일 영역에 형성된 표면 절연층;
    상기 바디의 적어도 일 면에 형성되고 이와 인접한 상기 바디의 적어도 타면에 연장 형성된 외부 전극; 및
    상기 표면 절연층과 상기 외부 전극의 연장 영역 사이에 마련된 결합층을 포함하고,
    상기 외부 전극의 적어도 일부, 코일 패턴 및 결합층은 모두 도금 공정으로 형성되는 파워 인덕터.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 바디는 모서리가 경사지게 형성된 파워 인덕터.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 표면 절연층은 상기 코일 패턴과 상기 외부 전극이 연결되는 면을 제외한 나머지 면에 형성된 파워 인덕터.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 결합층은 금속 또는 금속 합금을 포함하는 파워 인덕터.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 외부 전극은 적어도 일부가 상기 코일 패턴 및 상기 결합층 중 적어도 하나와 동일 재질을 포함하는 파워 인덕터.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 외부 전극은 상기 코일 패턴 및 상기 결합층과 접촉되는 제1층과, 상기 제1층 상에 상기 제1층과 다른 재질로 형성된 적어도 하나의 제2층을 포함하는 파워 인덕터.
  9. 내부에 코일 패턴이 형성된 바디를 마련하는 과정;
    상기 바디의 표면에 표면 절연층을 형성하는 과정;
    상기 표면 절연층 상의 소정 영역에 결합층을 형성하는 과정;
    상기 코일 패턴이 노출되도록 상기 결합층 및 표면 절연층의 일부를 제거하는 과정; 및
    상기 코일 패턴과 연결되도록 상기 바디의 적어도 일면으로부터 상기 결합층 상으로 연장하여 외부 전극을 형성하는 과정을 포함하고,
    상기 외부 전극의 적어도 일부, 코일 패턴 및 결합층은 모두 도금 공정으로 형성하는 파워 인덕터 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 표면 절연층을 형성하기 이전에 상기 바디의 모서리를 경사지게 형성하는 과정을 더 포함하는 파워 인덕터 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 외부 전극의 적어도 일부는 상기 코일 패턴 및 상기 결합층 중 적어도 하나와 동일 재질로 형성하는 파워 인덕터 제조 방법.
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