KR102536830B1 - 인덕터 및 이를 포함하는 emi 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터는 토로이달 형상의 코어, 코어의 상면, 외주면 및 내주면을 감싸는 상부 보빈 및 코어의 하면에 배치되는 하부 보빈을 포함하고, 상부 보빈은 외곽에 서로 이격된 제1-1 도전 패턴 및 제1-2 도전 패턴이 배치되고, 하부 보빈은 상부 보빈과 결합될 때 제1-1 도전 패턴과 연결되어 제1 권선을 형성하는 제2-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴과 연결되어 제2 권선을 형성하는 제2-2 도전 패턴이 상면에 배치될 수 있다.

Description

인덕터 및 이를 포함하는 EMI 필터{INDUCTOR AND EMI FILTER COMPRISING THE SAME}

본 발명은 인덕터 및 이를 포함하는 EMI 필터에 관한 것이다.

인덕터는 인쇄회로기판 상에 적용되는 전자부품 중 하나이며, 전자기적 특성으로 인하여 공진 회로, 필터 회로, 파워 회로 등에 적용될 수 있다.

한편, 파워보드 내에 적용되는 EMI(Electro Magnetic Interference) 필터는 회로 동작에 필요한 신호는 통과시키고, 잡음은 제거하는 역할을 한다.

도 1은 EMI 필터가 적용된 일반적인 파워보드가 전원과 부하에 연결된 블럭도를 나타낸다.

도 1에 도시된 EMI 필터의 파워보드로부터 전달되는 잡음의 종류는 크게 파워보드에서 방사되는 30 ㎒ 내지 1 ㎓의 방사성 잡음과 전원 라인을 통하여 전도되는 150 ㎑ 내지 30 ㎒의 전도성 잡음으로 구분할 수 있다.

전도성 잡음의 전달 방식은 차동 모드(differential mode) 및 공통 모드(common mode)로 구분될 수 있다. 이 중에서, 공통 모드 잡음은 적은 양이더라도 큰 루프를 그리며 되돌아오기 때문에, 멀리 떨어져 있는 전자기기에도 영향을 미칠 수 있다. 이러한 공통 모드 잡음은 배선계의 임피던스 불평행에 의하여 발생하기도 하며, 고주파 환경일수록 현저해진다.

공통 모드 잡음을 제거하기 위하여, 도 1에 도시된 EMI 필터에 적용되는 인덕터는 일반적으로 Mn-Zn 계 페라이트(Ferrite) 소재를 포함하는 토로이달(toroidal) 형상의 자성코어를 사용한다. Mn-Zn 계 페라이트는 100 ㎑ 내지 1 ㎒에서 투자율이 높으므로, 공통 모드 잡음을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 2는 일반적인 인덕터(100)의 사시도를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 인덕터(100)는 자성코어(110) 및 자성코어(110) 상에 권선된 코일(120)을 포함할 수 있다.

자성코어(110)는 토로이달(toroidal) 형상일 수 있으며, 코일(120)은 자성코어(110) 상에 권선된 제1 코일(122) 및 제1 코일(122)에 대향하도록 권선된 제2 코일(124)을 포함할 수 있다. 제1 코일(122) 및 제2 코일(124) 각각은 토로이달 형상의 자성코어(110)의 상면(S1), 측면(S2) 및 하면(S3)에 권선될 수 있다.

자성코어(110)는 코일(120)과 절연하기 위한 보빈(미도시)을 더 포함할 수 있으며, 코일(120)은 표면이 절연 소재로 피복된 도선으로 이루어질 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 자성 코어가 보빈을 더 포함하는 경우의 분해 사시도를 나타내고, 도 4 (a) 및 도 4 (b)는 도 3에 도시된 자성코어의 공정 사시도를 나타낸다.

도 3을 참조하면, 자성코어(110)는 보빈(130)에 수용될 수 있다. 보빈(130)은 상부 보빈(132) 및 하부 보빈(134)을 포함할 수 있다.

다음으로, 도 4 (a)를 참조하면, 도 3과 같이 상부 보빈(132), 자성코어(110) 및 하부 보빈(132)이 마련된 상태에서 하부 보빈(132)의 바닥면에 자성코어(110)가 배치될 수 있다. 이후, 도 4 (b)와 같이 도 4 (a)에 도시된 결과물에 상부 보빈(131)이 결합될 수 있다. 이때, 각 구성 요소는 접착물질을 통해 서로 접착될 수 있다.

그런데, 이러한 페라이트 코어는 토로이달 형상 등 일반적으로 폐곡선 형태의 평면 형상을 가지기 때문에, 권선되는 도선의 일 단부가 반드시 자성코어(110) 또는 보빈(130)의 내주면 주변(즉, 중공)을 두께 방향(예컨대, x축 방향)으로 권선 횟수만큼 관통해야 한다. 따라서, 다각형 또는 폐곡선 형태의 평면 형상을 갖는 자성코어(110)는 오프닝이 있는 평면 형상을 갖는 자성코어 대비 권선 속도 및 효율이 저하된다. 특히, 비교적 직경이 작은(예컨대, 0.3~0.4 mm) 도선의 경우 와이어 벤딩을 통해 스프링 형상으로 가공한 후 권선될 수도 있겠으나, 이보다 직경이 큰(예컨대, 1 mm이상) 도선의 경우 벤딩이 쉽지 않아 스프링 형상으로 가공하는 방법도 적용되기 어려워, 생산 효율이 크게 떨어지는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 동심원을 그리는 형태의 박막형 코일이 적용되거나, 박막형 코일을 절연부재와 번갈아 적층하는 방식이 고안되기도 하였다. 그러나, 어느 경우건 실질적으로 2차원 패턴을 벗어날 수 없으므로 코어 디자인에 한계가 있으며, 특히 도 2와 같은 토로이달 형상의 코어에 적용이 불가능한 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다양한 코어 형태에 대응될 수 있으며 별도의 권취 과정이 불필요한 박막 코일을 포함하는 인덕터 및 이를 포함하는 EMI 필터를 제공하는 것이다.

실시예에 따른 인덕터는, 토로이 토로이달 형상의 코어; 상기 코어의 상면, 외주면 및 내주면을 감싸는 상부 보빈; 및 상기 코어의 하면에 배치되는 하부 보빈을 포함하되, 상기 상부 보빈은 외곽에 서로 이격된 제1-1 도전 패턴 및 제1-2 도전 패턴이 배치되고, 상기 하부 보빈은 상기 상부 보빈과 결합될 때 상기 제1-1 도전 패턴과 연결되어 제1 권선을 형성하는 제2-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴과 연결되어 제2 권선을 형성하는 제2-2 도전 패턴이 상면에 배치될 수 있다.

예를 들어, 인덕터는 상기 코어의 저면과 상기 하부 보빈의 상면 사이에 배치되는 도전성 접착부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1-1 도전 패턴과 상기 제2-1 도전 패턴, 상기 제1-2 도전 패턴과 상기 제2-2 도전 패턴 각각은 상기 도전성 접착부를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

예를 들어, 상기 상부 보빈과 상기 하부 보빈은 상기 도전성 접착부를 통해 결합될 수 있다.

예를 들어, 상기 도전성 접착부는 환형 평면 형상을 갖고, 외경이 상기 상부 보빈의 외경보다 클 수 있다.

예를 들어, 상기 도전성 접착부는 필름형 접착제; 및 상기 필름형 접착제에 분산된 도전성 입자를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 상부 보빈은 상기 코어와 동일한 외형을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제1-1 도전 패턴은 원주 방향을 따라 서로 이격된 복수의 제1-1 도전 패턴 세그먼트를 포함하고, 상기 제2-1 도전 패턴은 원주 방향을 따라 서로 이격된 복수의 제2-1 도전 패턴 세그먼트를 포함하며, 상기 복수의 제1-1 도전 패턴 세그먼트 각각은, 상기 상부 보빈의 외주면측에서 하부로 연장되는 제1 단부 및 상기 상부 보빈의 내주면측에서 하부로 연장되는 제2 단부를 포함하고, 상기 복수의 제2-1 도전 패턴 세그먼트 각각은, 서로 인접한 두 개의 제1-1 도전 패턴 세그먼트 중 어느 하나의 제1 단부와 나머지 하나의 제2 단부를 전기적으로 연결할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 EMI 필터는 인덕터; 및 캐패시터를 포함하고, 상기 인덕터는 토로이달 형상의 코어; 상기 코어의 상면, 외주면 및 내주면을 감싸는 상부 보빈; 및 상기 코어의 하면에 배치되는 하부 보빈을 포함하되, 상기 상부 보빈은 외곽에 서로 이격된 제1-1 도전 패턴 및 제1-2 도전 패턴이 배치되고, 상기 하부 보빈은 상기 상부 보빈과 결합될 때 상기 제1-1 도전 패턴과 연결되어 제1 권선을 형성하는 제2-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴과 연결되어 제2 권선을 형성하는 제2-2 도전 패턴이 상면에 배치될 수 있다.

예를 들어, EMI 필터는 상기 코어의 저면과 상기 하부 보빈의 상면 사이에 배치되는 도전성 접착부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 의한 인덕터 및 이를 포함하는 EMI 필터는 3차원 형상의 박막 코일을 구비하여 코어 디자인에 제약이 적으며 별도의 코일 권취 과정이 불필요하므로 생산성이 향상된다.

도 1은 EMI 필터가 적용된 일반적인 파워보드가 전원과 부하에 연결된 블럭도를 나타낸다.
도 2는 일반적인 인덕터의 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 자성 코어가 보빈을 더 포함하는 경우의 분해 사시도를 나타낸다.
도 4 (a) 및 도 4 (b)는 도 3에 도시된 자성코어의 공정 사시도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 분해사시도이다.
도 6은 실시예에 따른 도전 패턴간의 결합을 통해 권선이 형성되는 형태의 일례를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c는 실시 예에 따른 인덕터 외형의 일례를 나타낸다.
도 8은 도 7b의 ‘A’ 부분을 상부 보빈의 직경 방향으로 하나의 전극 연장부를 포함하도록 절개한 단면도를, 도 9는 도 8의 ‘B’부분을 상부 보빈과 하부 보빈의 결합 전후로 확대한 단면도이다.
도 10a는 다른 실시예에 따른 에어 코어형 인덕터 구조를, 도 10b는 다른 실시예에 따른 바 형태의 강자성체 코어형 인덕터 구조의 일례를 각각 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머의 분해 사시도를, 도 11b는 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머의 사시도를 각각 나타낸다.
도 12는 실시예에 의한 인덕터를 포함하는 EMI 필터의 일 례이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조들이 기판, 각층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 또한, 도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 코어의 적어도 일부를 둘러싸는 보빈의 표면 상에 박막 패턴 형상의 도전성 배선을 배치한 인덕터가 제안된다. 박막 패턴 형상의 도전성 배선은 코어와 보빈이 결합되면 코어 주변을 권취한 형상이 되어, 코일의 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 별도의 권취 과정없이 코어와 보빈의 조립만으로 권선을 포함하는 인덕터가 완성될 수 있다. 이를 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인덕터의 분해사시도이다.

도 5를 참조하면, 실시예에 따른 인덕터(200)는 토로이달 형상의 코어(210), 코어(210)의 상면(S1), 외주면(S2) 및 내주면(S4)을 감싸는 상부 보빈(220)과, 코어(210)의 하면(S3) 아래 배치되는 하부 보빈(230), 그리고 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)을 접착시키는 접착부(240)를 포함한다.

이하, 각 구성요소를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 코어(210)는 페라이트를 포함할 수 있다. 여기서, 페라이트의 투자율(μ)은 2,000내지 15,000일 수 있다. 예를 들어, 페라이트는 Mn-Zn 계 페라이트일 수 있다.

상부 보빈(220)은 코어(210)의 상면(S1), 외주면(S2) 및 내주면(S4)을 감쌀 수 있는 형상일 수 있다. 예를 들어, 상부 보빈(220)의 외형은 코어(210)에 대응되는 외형, 즉, 하부가 오픈된 토로이달 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우, 상부 보빈(220)은 상면, 외주면 및 내주면을 가질 수 있으며, 상부 보빈(220)의 내주면으로 정의되는 중공의 중심에서 직경방향으로 절단한 단면은 사각 기둥 형상을 가질 수 있다. 물론, 이는 예시적인 것으로 실시예는 이에 한정되지 아니한다. 예컨대, 코어(210)의 저면을 제외한 부분을 감쌀수만 있다면 상부 보빈(220)의 단면은 다각형 기둥 형상이나 아치형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상부 보빈(220)은 외곽 표면에 도전성 배선이 배치될 수 있다. 도전성 배선은 금속 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 보빈(220)은 서로 이격되어 배치되되, 3차원 형상을 갖는 제1-1 도전 패턴(221) 및 제1-2 도전 패턴(223)을 포함할 수 있다. 각 도전 패턴(221, 223)은 상부 보빈(220)의 상면에 직경방향으로 배치되되, 상면과 외주면 및 상면과 내주면의 각 경계에서 절곡 또는 만곡되어 다시 하부 방향(예를 들어, -Z축 방향)으로 연장되는 복수의 도전 패턴 세그먼트를 포함할 수 있다. 복수의 도전 패턴 세그먼트는 원주 방향을 따라 서로 이격될 수 있다.

제1-1 도전 패턴(221) 및 제1-2 도전 패턴(223)은 LDS(Laser Direct Structuring) 가공법이나 3D 프린팅을 통해 형성될 수 있다. LDS 가공법은 일반적으로 사출성형한 고분자 수지, 예컨대, 플라스틱 상에 도체 패턴을 만드는 기술을 의미한다. 본 방식은 도체 패턴을 플라스틱 표면에 만들기 위해 우선 고분자 수지 원료에 도금 촉매로 작용할 수 있는 중금속을 첨가해 성형품을 만들고, 성형품의 표면에 레이저를 조사해 패턴을 만듦과 동시에 촉매로 작용할 중금속을 노출시킨다. 이를 무전해 도금욕에 넣어 도금 처리함으로서 금속패턴이 만들어진다. 즉, 레이저를 이용해 수지 안에 포함된 촉매를 활성화시켜 그 부분에만 도금이 되도록 할 수 있다. 또한, 3D 프린팅 방식은 일반적인 고분자 잉크 대신 도전성을 갖는 잉크를 이용하여 입체 도전 패턴을 형성하는 방법을 의미한다.

따라서, LDS 가공법으로 각 도전 패턴(221, 223)이 형성되는 경우, 상부 보빈(220)은 수지계열 물질 및 도금 촉매를 포함하여 사출 방식으로 제작되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 각 도전 패턴은 구리나 은, 니켈 성분 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 하부 보빈(230)은 판상형으로, 하부 보빈(230)의 평면 형상은, 상부 보빈(220)에 코어(210)가 결합될 때, 상부 보빈(220)의 하부로 노출되는 코어(210)의 저면(S3)을 감싸기 적합한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 하부 보빈(230)은 원형 또는 환형 평면 형상을 가질 수 있으며, 하부 보빈(230)의 평면의 크기는 상부 보빈(220)의 평면보다 크거나 같을 수 있다.

또한, 하부 보빈(230)은 상면에 도전성 배선이 배치될 수 있다. 도전성 배선은 금속 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 보빈(230)은 서로 이격되어 배치되되, 평면 형상을 갖는 제2-1 도전 패턴(231) 및 제2-2 도전 패턴(233)을 포함할 수 있다. 각 도전 패턴(231, 233)은 하부 보빈(220)의 상면에 직경방향 연장되는 복수의 도전 패턴 세그먼트를 포함할 수 있다. 복수의 도전 패턴 세그먼트는 원주 방향을 따라 서로 이격될 수 있다. 제2-1 도전 패턴(231) 및 제2-2 도전 패턴(233) 또한 전술한 LDS 방식이나 3D 프린팅 방식으로 형성될 수 있다.

상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 결합될 때, 제1-1 도전 패턴(221)과 제2-1 도전 패턴(231)은 일체로 3차원 코일 형상을 이루어 제1 권선을 형성할 수 있다. 또한, 제1-2 도전 패턴(223)과 제2-2 도전 패턴(232)은 일체로 3차원 코일 형상을 이루어 제2 권선을 형성할 수 있다. 구체적인 권선의 형태는 도 6을 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.

한편, 접착부(240)는 코어(210)와 하부 보빈(230) 사이에 배치되어, 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)을 접착시킬 수 있다. 접착부(240)는 필름 형상으로, 환형 또는 원형 평면 형상을 가질 수 있다. 또한, 접착부(240)는 도전성을 가지는 도전성 접착부일 수 있다. 접착부가 도전성을 갖는 경우, 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 결합될 때, 제1-1 도전 패턴(221)과 제2-1 도전 패턴(231) 사이, 그리고 제1-2 도전 패턴(223)과 제2-2 도전 패턴(232)을 전기적으로 각각 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 도전성 접착부(240)는 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)일 수 있다. 도전성 접착부(240)의 구조와 기능에 대해서는 도 9를 참조하여 보다 상세히 후술하기로 한다.

이하에서는 도 6을 참조하여 권선의 형성 원리를 설명한다.

도 6은 실시예에 따른 도전 패턴간의 결합을 통해 권선이 형성되는 형태의 일례를 나타낸다. 이해를 돕기 위해, 도 6에서는 일체로 제2 권선을 형성하는 제1-2 도전 패턴(223) 및 제2-2 도전 패턴(233)과 코어(210)만 도시되고, 상부 보빈(220), 하부 보빈(230), 제1-1 도전 패턴(221) 및 제2-1 도전 패턴(231)의 도시는 생략되었다. 또한, 도 6에서 제1-2 도전 패턴(223) 및 제2-2 도전 패턴(233)으로 형성되는 제2 권선은 6턴인 경우를 가정하나, 이는 간명한 이해를 위한 것으로 이보다 많거나 적은 턴수로 제2 권선이 형성될 수 있음은 물론이다.

도 6을 참조하면, 제1-2 도전 패턴(223)은 제1-2-2 도전 패턴 세그먼트(223-2), 제1-2-3 도전 패턴 세그먼트(223-3) 등 6개의 도전 패턴 세그먼트를 포함한다. 각 도전 패턴 세그먼트는 상부 보빈(미도시) 또는 코어(210)의 외주면측에서 하부로 연장되는 제1 단부와, 상부 보빈(미도시) 또는 코어(210)의 내주면측에서 하부로 연장되는 제2 단부를 포함한다. 예컨대, 제1-2-2 도전 패턴 세그먼트(223-2)는 제1-1 단부(223-21)와 제2-1 단부(223-22)를 포함하고, 제1-2-3 도전 패턴 세그먼트(223-3)는 제1-2 단부(223-31)와 제2-1 단부(223-32)를 포함한다.

또한, 제2-2 도전 패턴(233)은 양측단에 후술할 전극 패드로 연장되는 전극 연장부(233-1, 233-7)와, 제2-2-3 도전 패턴 세그먼트(233-3) 등 5개의 2-2 도전 패턴 세그먼트를 포함한다.

2-2 도전 패턴 세그먼트 각각은, 서로 인접한 두 개의 제1-2 도전 패턴 세그먼트 중 어느 하나의 제1 단부와 나머지 하나의 제2 단부를 전기적으로 연결한다. 예를 들어, 제2-2-3 도전 패턴 세그먼트(233-3)는 제1-2-2 도전 패턴 세그먼트(223-2)의 제1-1 단부(223-21)와, 제1-2-3 도전 패턴 세그먼트(223-3)의 제2-1 단부(223-32)를 전기적으로 연결한다. 이를 위해, 2-2 도전 패턴 세그먼트 각각의 양단은, 그를 통해 전기적으로 연결되는 제1 단부 및 제2 단부와 수직 방향(예를 들어, Z축 방향)으로 적으로 일부가 중첩되도록 배치되는 것이 바람직하다.

제1-1 도전 패턴(221)과 제2-1 도전 패턴(231)이 일체로 형성하는 제1 권선은 전술한 제2 권선의 형성 방식과 동일한 바, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하에서는 도 7을 참조하여 도 5에 도시된 구성 요소가 결합된 인덕터 형상을 설명한다. 도 7a 내지 도 7c는 실시 예에 따른 인덕터 외형의 일례를 나타낸다.

도 7a를 참조하면, 실시예에 따른 인덕터(200)의 평면도가 도시된다. 도 7a에서는 제1-1 도전 패턴(221)과 제1-2 도전 패턴(223)은 상부 보빈(220)의 중공을 중심으로 서로 대향하는 방향에 배치되는 것으로 도시되나, 각 도전 패턴의 배치 관계는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 7a에서 하부 보빈(230)의 평면적이 상부 보빈(220)의 평면적보다 큰 경우다 도시되었다.

도 7b는 실시예에 따른 인덕터(200)의 사시도이다. 도 7b를 참조하면, 전극 연장부(233-1, 233-7)가 하부 보빈(230)의 상면에서 하부 보빈(230)의 측면으로 연장되며, 측면에서 다시 하부 보빈(230)의 저면으로 각각 연장된다.

도 7c는 실시예에 따른 인덕터(200)의 저면도이다. 도 7c를 참조하면, 하부 보빈(230)의 측면에서 다시 하부 보빈(230)의 저면으로 각각 연장된 전극 연장부(233-1, 233-7)가 전극 패드(235)에 연결될 수 있다. 전극 패드는 인덕터(200)가 솔더링 등의 연결 수단을 통해 기판에 실장될 수 있도록 하기 위함이다.

이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여 도전성 접착부를 통한 상부 보빈과 하부 보빈의 결합 및 권선의 형성을 위한 전기적 연결 방법을 함께 설명한다.

도 8은 도 7b의 ‘A’ 부분을 상부 보빈의 직경 방향으로 하나의 전극 연장부를 포함하도록 절개한 단면도를, 도 9는 도 8의 ‘B’부분을 상부 보빈과 하부 보빈의 결합 전후로 확대한 단면도이다.

도 8을 참조하면, 제1-2 도전 패턴(223) 중 원주 방향으로 가장자리에 위치하는 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)는 전극 연장부(233-7)와 수직방향으로 적어도 일부가 중첩된다. 이때, 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7) 사이에는 도전성 접착부(240)가 배치되어, 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7)가 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상부 보빈(220)의 저면과 하부 보빈(230)의 상면 사이에도 도전성 접착부(240)가 배치되므로, 도전성 접착부(240)에 의해 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 접착될 수 있다.

도 9의 좌측은 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 결합되기 전의 도 8의 ‘B’부분을 나타내고, 도 9의 우측은 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 수직방향으로 가압되어 결합된 상태의 도 8의 ‘B’부분을 각각 나타낸다. 도 9의 좌측을 먼저 참조하면, 도전성 접착부(240)는 필름 형상의 접착제(242)와 접착제(242)에 분산된 복수의 도전성 입자(241)를 포함한다. 도전성 입자(241)는 플라스틱이나 금속 분말에 전도성 물질(예컨대, 금속)을 코팅 또는 도금한 것일 수 있다. 수직방향으로 가압되기 전에는 도전성 입자(241)가 외부 도전체와 전기적으로 닫힌 경로를 형성하지 않으므로 도전성 접착부(240)는 도전성을 갖지 않는다. 그런데, 도 9의 우측과 같이 상부 보빈(220)과 하부 보빈(230)이 결합되면서 도전성 접착부(240)가 수직방향으로 가압되는 경우, 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7) 사이에 위치한 도전성 입자(241)가 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7)를 전기적으로 연결하게 된다. 즉, 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7) 사이에는 도전성 입자(241)가 존재하는 부분에만 수직방향으로 닫힌 전기적 경로가 형성된다.

이때, 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7) 사이에 위치하지 않은 도전성 입자는 여전히 어떠한 전기적 경로도 형성하지 않기 때문에 제1-2-6 도전 패턴 세그먼트(223-6)와 전극 연장부(233-7)는 서로를 제외한 인접한 다른 도전 패턴 세그먼트나 전극 연장부와는 절연상태로 유지될 수 있다. 따라서, 이러한 도전성 접착부(240)의 도입을 통해 쇼트 없이 하나의 권선이 형성될 수 있다.

한편, 상부 보빈(220)에 배치된 도전 패턴과 하부 보빈(230)에 배치된 도전 패턴의 전기적 연결을 보장하기 위해, 평면 상에서 도전형 접착부(240)의 외경은 적어도 상부 보빈의 외경과 같거나 큰 것이 바람직하며, 상부 보빈(220)에 배치된 도전 패턴의 각 단부는 상부 보빈(220)의 저면보다 수직방향 아래로(예를 들어, -Z축 방향) 더 연장되거나 돌출될 수 있다.

지금까지 설명한 실시예에 따른 인덕터는 토로이달 형상의 코어를 가정하나, 이는 예시적인 것으로 실시예는 이에 한정되지 아니하고 보다 다양한 형상의 코어에 적용될 수 있음은 당업자에 자명하다. 예를 들어, 루프를 이루어 중공이 형성된 코어인 경우, 제1 보빈은 코어를 수용할 수 있도록 코어의 한 면을 제외한 부분을 감싸는 형태를 갖고, 제2 보빈은 나머지 면을 감싸는 형태를 갖되, 제1 보빈측의 도전 패턴은 제1 보빈의 외표면에 배치되고, 제2 보빈측의 도전 패턴은 제2 보빈에서 코어와 대향하는 면에 배치된다면 본 실시예는 어떠한 형상의 코어에도 적용될 수 있다. 다른 예로, 직선 또는 곡선형 코어인 경우, 코어가 연장되는 방향과 같은 방향으로 연장되되, 튜브 형상을 갖는 보빈의 내부에 코어가 삽입되도록 하고, 튜브 형상의 외표면에 나선형 도전 패턴을 배치하는 방법으로 인덕터가 제작될 수도 있다. 이하에서는 도 10a 내지 도 11b를 참조하여 실시예에 따른 다양한 형상의 인덕터를 설명한다.

도 10a는 다른 실시예에 따른 에어 코어형 인덕터 구조를, 도 10b는 다른 실시예에 따른 바 형태의 강자성체 코어형 인덕터 구조의 일례를 각각 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 10a를 참조하면, 다른 실시예에 따른 인덕터(300A)는 단면이 사각링 형상을 갖는 보빈(320) 및 보빈(320)의 외표면에 나선형으로 배치되어 권선을 형성하는 도전 패턴(321)을 포함한다. 보빈(320)은 길이 방향(예컨대, y축 방향)으로 보빈(320)을 관통하는 관통홀(TH)을 가질 수 있다. 도전 패턴(321)의 양단에는 전극 패드(322)가 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 이러한 보빈(320)은 사출 방식으로 제작될 수 있으며, 도전 패턴(321)은 LDS 방식이나 3D 프린팅을 통해 형성될 수 있다.

다음으로, 도 10b에 도시된 인덕터(300B)는 보빈(320)의 관통홀(TH)에 길이 방향으로 삽입된 코어(310)를 제외하면 도 10a에 도시된 인덕터(300A)와 그 구조가 유사하다. 여기서 코어(310)는 철 또는 페라이트 성분을 포함하는 강자성체일 수 있다.

한편, 또 다른 실시예에 의하면, 입체 도전 패턴을 포함하는 트랜스포머가 제공된다. 이를 도 11a 및 도 11b를 참조하여 설명한다.

도 11a는 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머의 분해 사시도를, 도 11b는 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머의 사시도를 각각 나타낸다.

도 11a및 도 11b를 함께 참조하면, 상측면에서 바라본 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머(400)가 도시된다. 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머(400)는 사각링형 평면 형상을 갖는 코어(410), 코어(410)의 내측면, 외측면과 상면을 감싸는 상부 보빈(420), 그리고 코어(410)의 저면을 감싸는 하부 보빈(430)을 포함한다.

상부 보빈(420)은 코어(410)의 상면, 외측면 및 내측면을 감쌀 수 있는 형상일 수 있다. 예를 들어, 상부 보빈(420)의 외형은 코어(410)에 대응되는 외형, 즉, 하부가 오픈된 사각 링 형상을 가질 수 있다. 이러한 경우, 상부 보빈(420)은 상면, 네 개의 외측면 및 네 개의 내측면을 가질 수 있다. 물론, 이는 예시적인 것으로 실시예는 이에 한정되지 아니한다. 예컨대, 코어(410)의 저면을 제외한 부분을 감쌀수만 있다면 상부 보빈(420)의 다양한 형상을 가질 수 있다.

또한, 상부 보빈(420)은 외곽 표면에 도전성 배선이 배치될 수 있다. 도전성 배선은 금속 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상부 보빈(420)은 서로 이격되어 배치되되, 3차원 형상을 갖는 제1-1 도전 패턴(421) 및 제1-2 도전 패턴(422)을 포함할 수 있다. 각 도전 패턴(421, 422)은 평면 상에서 사각 링 중 서로 대향하는 변에 해당하는 위치에 서로 이격되어 배치될 수 있다.

다음으로, 하부 보빈(430)은 판상형으로, 하부 보빈(430)의 평면 형상은, 상부 보빈(420)에 코어(410)가 결합될 때, 상부 보빈(420)의 하부로 노출되는 코어(410)의 저면을 감싸기 적합한 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 하부 보빈(430)은 사각형 또는 사각링형 평면 형상을 가질 수 있으며, 하부 보빈(430)의 평면의 크기는 상부 보빈(420)의 평면보다 크거나 같을 수 있다.

또한, 하부 보빈(430)은 상면에 도전성 배선이 배치될 수 있다. 도전성 배선은 금속 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하부 보빈(430)은 서로 이격되어 배치되되, 평면 형상을 갖는 제2-1 도전 패턴(431) 및 제2-2 도전 패턴(432)을 포함할 수 있다.

상부 보빈(420)과 하부 보빈(430)이 결합될 때, 제1-1 도전 패턴(421)과 제2-1 도전 패턴(431)은 일체로 3차원 코일 형상을 이루어 트랜스포머의 1차 코일을 형성할 수 있다. 또한, 제1-2 도전 패턴(422)과 제2-2 도전 패턴(432)은 일체로 3차원 코일 형상을 이루어 트랜스포머의 2차 코일을 형성할 수 있다. 구체적인 코일의 형태는 도 6을 참조하여 전술한 바와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도시되지는 않았으나 또 다른 실시예에 따른 트랜스포머(400)는 코어(410)와 하부 보빈(430) 사이에 배치되어, 상부 보빈(420)과 하부 보빈(430)을 접착시키는 도전성 접착부를 더 포함할 수 있다. 도전성 접착부(미도시)는 이방전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)일 수 있다. 도전성 접착부를 통한 보빈간의 결합 및 도전 패턴간의 전기적 연결 형태는 도 9를 참조하여 전술한 바와 유사하므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또 다른 실시예에 따른 트랜스포머(400)의 각 보빈(420, 430) 또한 사출 방식으로 제작될 수 있으며, 각 도전 패턴(421, 422, 431, 432)은 LDS 방식이나 3D 프린팅 방식으로 형성될 수 있음은 물론이다.

또한, 도 11a에 도시된 바와 같이, 전극 패드(425)는 상부 보빈(420)의 상면에 형성될 수 있다. 물론, 도 7c에 도시된 바와 유사하게, 전극 패드(425)가 하부 보빈(430)의 저면에 배치될 수도 있다.

지금까지 설명한 본 발명의 실시예들에 따른 인덕터 및 트랜스포머는 보빈의 표면에 배치된 입체 도전 패턴이 코일(권선)의 역할을 수행하므로, 별도의 권선작업이 불필요하고, 조립 공정이 단순하다. 또한, 입체 도전 패턴이 자유롭게 보빈에 형성될 수 있기 때문에 다양한 형상의 코어에 대응될 수 있으며, 코일 배치 또한 자유롭다. 아울러, 권선이 박막형상이므로 인덕터의 소형화가 가능한 장점이 있다.

한편, 전술한 실시 예에 의한 인덕터는 라인 필터에 포함될 수 있다. 예를 들어, 라인 필터는 교류/직류 변환기(AC-to-DC converter)에 적용되는 잡음 저감용 라인 필터일 수 있다. 도 12는 실시예에 의한 인덕터를 포함하는 EMI 필터의 일 례이다.

도 12를 참조하면, EMI 필터(2000)는 복수의 X-커패시터(Cx), 복수의 Y-커패시터(Cy) 및 인덕터(L)를 포함할 수 있다.

X-캐패시터(Cx)는 라이브 라인(LIVE)의 제1 단자(P1)와 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 제3 단자(P3) 사이 및 라이브 라인(LIVE)의 제2 단자(P2)와 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 제4 단자(P4) 사이에 각각 배치된다.

복수의 Y-커패시터(Cy)는 라이브 라인(LIVE)의 제2 단자(P2)와 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 제4 단자(P4) 사이에 직렬로 배치될 수 있다.

인덕터(L)는 라이브 라인(LIVE)의 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이 및 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 제3 단자(P3)와 제4 단자(P4) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 인덕터(L)는 전술한 실시예에 의한 인덕터(100)일 수 있다.

EMI 필터(2000)는 공통 모드 잡음이 유입될 때, 일차측 인덕턴스(Primary Inductance)와 Y-커패시터(Cy)의 합성 임피던스 특성으로 공통 모드 잡음을 제거한다. 여기서, 라이브 라인(LIVE)의 일차측 인덕턴스는 제3 및 제4 단자(P3, P4)를 오픈(Open)시킨 상태에서 제1 및 제2 단자(P1, P2) 사이의 인덕턴스를 측정하여 획득될 수 있고, 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 일차측 인덕턴스는 제1 및 제2 단자(P1, P2)를 오픈(Open)시킨 상태에서 제3 및 제4 단자(P3, P4) 사이의 인덕턴스를 측정하여 획득될 수 있다.

EMI 필터(2000)는 차동 모드 잡음이 유입될 때, 누설 인덕턴스(leakage Inductance)와 X-커패시터(Cx)의 합성 임피던스 특성으로 차동 모드 잡음을 제거한다. 여기서, 라이브 라인(LIVE)의 누설 인덕턴스는 제3 및 제4 단자(P3, P4)를 단락(short)시킨 상태에서 제1 및 제2 단자(P1, P2) 사이의 인덕턴스를 측정하여 획득될 수 있고, 뉴트럴 라인(NEUTRAL)의 누설 인덕턴스는 제1 및 제2 단자(P1, P2)를 단락시킨 상태에서 제3 및 제4 단자(P3, P4) 사이의 인덕턴스를 측정하여 획득될 수 있다.

실시예에 의한 EMI 필터(2000)의 인덕터가 전술한 실시예들에 의한 인덕터에 해당한다.

전술한 실시 예 각각에 대한 설명은 서로 내용이 상충되지 않는 한, 다른 실시 예에 대해서도 적용될 수 있다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 200, 300A, 300B, 400: 인덕터
110, 210: 자성코어
120: 코일
220: 상부 보빈
230: 하부 보빈
240: 도전성 접착부

Claims (10)

1. 토로이달 형상의 코어;
   상기 코어의 상면, 외주면 및 내주면을 감싸는 상부 보빈; 및
   상기 코어의 하면에 배치되는 하부 보빈을 포함하되,
   상기 상부 보빈은 외곽에 서로 이격된 제1-1 도전 패턴 및 제1-2 도전 패턴이 배치되고,
   상기 하부 보빈은 상기 상부 보빈과 결합될 때 상기 제1-1 도전 패턴과 연결되어 제1 권선을 형성하는 제2-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴과 연결되어 제2 권선을 형성하는 제2-2 도전 패턴이 상면에 배치되고,
   상기 상부 보빈은 상기 코어의 상기 상면, 상기 외주면 및 상기 내주면에 각각 대응하는 상면, 외주면 및 내주면을 포함하고,
   상기 제1-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴 각각은
   상기 상부 보빈의 상기 상면에 배치된 제1 부분;
   상기 상부 보빈의 상기 외주면에 배치된 제2 부분; 및
   상기 상부 보빈의 상기 내주면에 배치된 제3 부분을 포함하고,
   상기 제1 내지 제3 부분은 일체로 패턴화된, 인덕터.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 코어의 저면과 상기 하부 보빈의 상면 사이에 배치되는 도전성 접착부를 더 포함하는, 인덕터.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제1-1 도전 패턴과 상기 제2-1 도전 패턴, 상기 제1-2 도전 패턴과 상기 제2-2 도전 패턴 각각은 상기 도전성 접착부를 통해 전기적으로 연결되는, 인덕터.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 상부 보빈과 상기 하부 보빈은 상기 도전성 접착부를 통해 결합되는, 인덕터.
5. 제2 항에 있어서,
   상기 도전성 접착부는,
   환형 평면 형상을 갖고,
   외경이 상기 상부 보빈의 외경보다 큰, 인덕터.
6. 제2 항에 있어서,
   상기 도전성 접착부는,
   필름형 접착제; 및
   상기 필름형 접착제에 분산된 도전성 입자를 포함하는, 인덕터.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 상부 보빈은,
   상기 코어와 동일한 외형을 갖는, 인덕터.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 제1-1 도전 패턴은 원주 방향을 따라 서로 이격된 복수의 제1-1 도전 패턴 세그먼트를 포함하고,
   상기 제2-1 도전 패턴은 원주 방향을 따라 서로 이격된 복수의 제2-1 도전 패턴 세그먼트를 포함하며,
   상기 복수의 제1-1 도전 패턴 세그먼트 각각은, 상기 상부 보빈의 외주면측에서 하부로 연장되는 제1 단부 및 상기 상부 보빈의 내주면측에서 하부로 연장되는 제2 단부를 포함하며,
   상기 복수의 제2-1 도전 패턴 세그먼트 각각은, 서로 인접한 두 개의 제1-1 도전 패턴 세그먼트 중 어느 하나의 제1 단부와 나머지 하나의 제2 단부를 전기적으로 연결하는, 인덕터.
9. 인덕터; 및
   캐패시터를 포함하고,
   상기 인덕터는
   토로이달 형상의 코어;
   상기 코어의 상면, 외주면 및 내주면을 감싸는 상부 보빈; 및
   상기 코어의 하면에 배치되는 하부 보빈;을 포함하되,
   상기 상부 보빈은 외곽에 서로 이격된 제1-1 도전 패턴 및 제1-2 도전 패턴이 배치되고,
   상기 하부 보빈은 상기 상부 보빈과 결합될 때 상기 제1-1 도전 패턴과 연결되어 제1 권선을 형성하는 제2-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴과 연결되어 제2 권선을 형성하는 제2-2 도전 패턴이 상면에 배치되고,
   상기 상부 보빈은 상기 코어의 상기 상면, 상기 외주면 및 상기 내주면에 각각 대응하는 상면, 외주면 및 내주면을 포함하고,
   상기 제1-1 도전 패턴 및 상기 제1-2 도전 패턴 각각은
   상기 상부 보빈의 상기 상면에 배치된 제1 부분;
   상기 상부 보빈의 상기 외주면에 배치된 제2 부분; 및
   상기 상부 보빈의 상기 내주면에 배치된 제3 부분을 포함하고,
   상기 제1 내지 제3 부분은 일체로 패턴화된, EMI 필터.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 코어의 저면과 상기 하부 보빈의 상면 사이에 배치되는 도전성 접착부를 더 포함하는, EMI 필터.

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