KR101025720B1 - 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그 높이가 낮으면서도 충분한 인성과 강도를 보유하고, 직류중첩특성이 우수하고 누설자속이 없으면서 10MHz대의 고주파영역에서까지 사용이 가능한 파워 인덕터의 구현을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여 자성시트 본체와 상기 자성시트 본체 내에 내장된 임베디드 코일과 상기 자성시트 본체의 내부로부터 외면으로 연장되어 상기 자성시트 본체의 측면 및 상면의 일부분에 면접되는 단자로 이루어지고, 상기 임베디드 코일의 끝단은 상기 단자의 끝단과 접합되어 도통되고, 상기 자성시트 본체의 외면중 상기 단자 이외의 부분은 절연재가 도포된 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터를 제공한다.

파워 인덕터, 임베디드 코일, 자성시트

Description

임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터 및 제조방법{Power inductor using embedded coils and the manufacturing method thereof}

본 발명은 파워 인덕터에 관한 것으로, 특히 임베디드 코일을 이용한 파워인덕터 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래의 파워인덕터는 그 형태상으로 볼 때 크게 페라이트계 권선형 인덕터와 일체형 인덕터로 나뉘어 질 수 있다.

이러한 인덕터를 실제 부품으로 사용하기 위해서는 내부에 도전체를 내장하고 외부를 절연물질 등으로 실장하여 사용한다.

상기 인덕터들은 여러 형태가 있으므로 페라이트계 권선형 또는 일체형의 인덕터의 종류에 따라 그 형태 및 제고공정이 다양하다.

예를 들면, 공개특허공보 특1998-41022에는 일체형 인덕터와 그 제조방법이 개시되어 있다. 페라이트 모재의 주위에 구리도금과 은도금에 의하여 도체층을 일체로 형성하고 그 주위를 따라 수지층을 전면 도포하여 완성하였다.

공개특허공보 10-2003-18421호에는 표면실장형 파워 인덕터 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

알루미나 등의 세라믹으로 된 중공 원통형 압출 성형체를 절삭 가공하여 나선형으로 홈을 형성한 후 도전성 재료를 충전하고 연마함으로써 상기 중공형 원통형 압출 성형체의 나선형 홈을 따라 나선형 코일이 형성된 중공 원통형 코일 소재가 형성되는 단계, 상기 중공 원통형 코일 소재를 일정 크기로 절단한 다음, 각 중공 원통형 코일 소재에 상기 나선형 코일과 같은 재료로 된 외부 단자가 형성되고 외부단자 중 외부 인출부를 제외하고 절연을 위해 코팅처리를 하는 단계, 및 별도 제작된 자성체 코어에 상기 코팅 처리된 코일이 삽입된 다음 결합되어 형성되는 표면실장형 파워 인덕터의 제조방법이 개시되어 있다.

또한, 다른 예로서는 공개특허공보 10-2007-94446호에 개시된 인덕터가 있다.

도 1은 공개특허공보 10-2007-94446호의 도 1을 차용한 것인데, 도 1을 참조하면, 도전성을 가지는 코일(1)과 코일(1)이 권취되는 코어(2, 3)와 코일(1)의 단부에 형성되는 단자부(4a, 4b)를 구비하는 기판 실장형의 인덕터(5)에 있어서, 코어(2, 3)의 기판 실장면에 상기 코어(2, 3)의 높이 방향의 하방으로 오목한 오목부(6, 7, 8)를 형성하고, 단자부(4a, 4b)를, 절연부재(9)를 개재시켜서 오목부(7, 8) 내로 들어가도록 배치한다.

또한, 최근에는 공개특허공보 10-2008-22679호에는 표면실장형 인덕터 및 그 제조방법이 개시되어 있다.

도 2는 공개특허공보 10-2008-22679호의 도 6을 차용한 것인데, 인덕터의 제조방법은 (a) 원통형 중공 코일(120)을 리드 프레임에 부착하는 단계; (b) 상기 중 공 코일의 내경에 맞는 원통형 압분체(110)를 성형하여 가압 열처리하는 단계; (c) 상기 열처리된 원통형 압분체(110)를 상기 리드 프레임이 부착된 중공 코일(120) 내경에 삽입하여 결합하는 단계; (d) 상기 중공 코일(120)과 결합된 압분체(110)를 금형에 삽입한 후 그 위에 Fe계 분말(130)을 인가하여 다시 가압 성형함으로써 완전 밀폐형의 외형을 완성하는 단계;로 구성된다.

그러나, 이러한 종래의 파워 인덕터는 각 공정의 특성상 한 공정에 하나의 인덕터만 제작이 가능하다.

또한, 종래의 권선형 페라이트계 파워 인덕터의 경우 그 자심체인 산화 페라이트계 자성물질이 고온 소결공정을 거치면서 부피의 심한 변화가 있으므로 원하는 사이즈의 인덕터 자심체 제조를 위해서는 추가적인 가공이 요구되고, 강도가 약하여 충분한 넓이와 슬림화에 제약이 있다.

아울러, 종래의 자성분말을 이용, 압축성형을 거쳐 완성되는 파워 인덕터의 경우 프레스 공정의 특성상 일정 높이 이하의 제품을 만드는데 한계가 있으며 다른 높이의 제품을 제작하기 위해서는 금형을 변경해야 하는 단점이 있다.

종래의 권선형 페라이트계 파워 인덕터의 경우 낮은 직류중첩 등으로 인해 누설 자속이 없는 폐자로의 확보에 추가의 공정이 필요하였다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 그 높이가 낮으면서도 충분한 인성과 강도를 보유하고, 직류중첩특성이 우수하고 누설자속이 없으면서 10MHz대의 고주파영역에서까지 사용이 가능한 파워 인덕터의 구현을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 대량생산에 유리한 파워 인덕터의 구현을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여 자성시트 본체와 상기 자성시트 본체 내에 내장된 임베디드 코일과 상기 자성시트 본체의 내부로부터 외면으로 연장되어 상기 자성시트 본체의 측면 및 상면의 일부분에 면접되는 단자로 이루어지고, 상기 임베디드 코일의 끝단은 상기 단자의 끝단과 접합되어 도통되고, 상기 자성시트 본체의 외면중 상기 단자 이외의 부분은 절연재가 도포된 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터를 제공한다.

본 발명은 상기 자성시트 본체의 두께는 0.1~1.5mm 인 것을 특징으로 하는 파워인덕터를 제공한다.

본 발명은 복수의 열의 단자가 형성된 동판의 단자의 일정 위치에 코일을 위치하는 단계; 상기 단자의 끝단과 상기 코일의 끝단을 접합하는 단계; 하부 자성 시트에 상기 코일과 단자가 접합된 동판을 올려놓는 단계; 상기 동판 위에 상부 자 성시트를 올려놓는 단계; 상기 상부 자성시트 및 하부 자성시트를 열압착하는 단계; 상기 자성시트본체의 일부를 절단하는 단계; 상기 단자의 남은 부분을 상기 자성시트본체의 상면으로 접어 올리는 단계; 로 이루어지는 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 상기 열압착하는 단계는 등방향 열압착하는 단계인 것을 특징으로 하는 파워 인덕터의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 최종 단계로 상기 자성시트 본체 중 상기 단자 이외의 부분에 절연재를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파워 인덕터의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 파워 인덕터는 종래의 파워 인덕터보다 물리적인 크기, 특히 높이가 더 낮으면서, 파워 인덕터에 요구되는 특성 중에서 직류중첩특성이 우수하고 누설자속이 적다.

본 발명에 따른 파워 인덕터는 연자성 분말이 고분자 수지계에 충전된 시트를 사용하여, 수 mA~수십 A 까지 사용이 가능한 높은 직류 중첩특성과 10MHz 대의 고주파 영역까지 사용이 가능하다.

본 발명에 따른 파워 인덕터는 슬림화하는데 충분한 인성과 강도를 갖는다.

본 발명에서는 미리 제작된 임베디드 코일을 단자 부위에 수백~수천개씩 접합을 하는 공정을 채택하여 대량생산에 있어서 종래의 파워 인덕터들보다 유리하여 높은 가격 경쟁력이 확보된다.

본 발명의 파워 인덕터는 연자성 금속 합금분말이 고분자 수지계에 충전된 자성시트에 셀프 본딩 와이어를 이용하여 형태를 갖추고 있는 임베디드 코일이 포함되어 있으며, 상기 코일의 구조를 최대의 인덕턴스 특성이 나올 수 있도록 자로를 확보해 주는 자성시트가 적층되어 있다.

본 발명의 파워 인덕터(10)를 도 3에 나타낸다.

본 발명의 파워 인덕터(10)는 자성시트 본체(14) 내부에 임베디드 코일(11)이 내장되고, 임베디드 코일(11)의 끝단은 단부(12)의 일단면과 연결 도통되고, 단부(12)의 양 끝단은 자성시트 본체(14)의 측면의 일부 및 상면의 일부분에 면접하도록 접혀지고 자성시트가 중첩되어 일체화된 자성시트본체(14)로 이루어지는 파워인덕터이다.

상기 임베디드 코일(11)은 셀프본딩와이어로 제조될 수 있다.

단자(12) 이외의 자성시트 본체(14)의 외면은 절연재가 도포된다.

상기 파워 인덕터의 자성시트 본체(14)의 두께(t)는 0.1mm~1.5mm이다.

두께가 0.1mm 미만이면 작업성이 떨어지고, 1.5mm를 초과하면 자성시트 밀도 저하에 따른 자기적 특성이 나빠지게 된다.

자성시트 본체(14)는 복수매의 자성시트가 적층되어 열압착에 의해 압착되므로 적층된 경계면은 압착되어 일체화된다.

이하, 본 발명의 파워 인덕터의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제조방법을 설명하기 위한 모식도로서 동판과 코일의 위치관계를 설명하기 위하여 위에서 바라본 모식도이고, 도 5는 본 발명의 제조방법을 설명하기 위하여 파워 인덕터의 두께 방향에서 바라본 모식도이다.

우선, 연자성 분말을 밀링하여 유기고분자계에 분산하여 자성시트의 그린시트를 제조한다.

별도의 공정에서 복수의 단자(21)가 형성된 동판(22)을 제조한다(도 4a).

동판(22)을 금형 타발하거나 또는 화학적으로 에칭하여 단자(21)의 형태를 제조한다.

이 때 단자(21)의 가장자리의 일정부위에 이형재를 도포할 수 있다.

이와는 별도로 셀프본딩와이어를 이용하여 복수의 코일(10)을 제조하고, 상기 제조된 코일(10)을 일열로 정열한 후 동판(22) 위에 위치시킨다(도 4b).

그 후 상기 단자(21)의 끝단과 상기 코일(10)의 끝단을 접합한다.

이 때, 납땜 리플로우(reflow)로 접합하거나, 또는 스팟 웰딩 또는 메탈마스킹을 이용하여 솔더 페이스트로 접합할 수 있다.

하부자성시트(20)를 준비하여, 도 4b의 코일(10)과 단자(21)가 접합된 동판(22)을 하부자성시트(20) 위에 올려놓는다(도 5(a)).

그 후 상기 동판(22)의 위에 상부 자성시트(24)를 올려놓는다(도 5(b)).

이를 열압착하면, 도 5(c)에서와 같이 상부자성시트(24) 및 하부자성시트(20)가 일체화되어 경계가 없어진다.

이 때 등방향 열압착이 압착의 밀도 및 변형방지 측면에서 유효하다.

열압착이 끝나면 일정한 크기로 절단한다.

도 5(d)에서와 같이 X-X 선으로 전체적인 크기로 절단하고, Y-Y 선으로 자성시트 부분만을 절단하고 단자부분을 남겨둔다.

이 때 단자 부분과 자성시트 부분을 분리할 때 미리 이형재를 도포해 두면 효과적이다.

단자(22)의 남은 부분을 자성시트 본체(14) 위로 접어 올린다(도 5(e)).

상기 자성시트 본체의 외면중 단자가 면접하는 이외의 부분에 절연재(26)를 도포한다(도 5(f)).

평균입경 70㎛의 샌더스트 분말을 어트리션밀에서 6시간 밀링하여 제조한 샌더스트 플레이크와, 유기고분자 매트릭스재로 적용되는 EPDM를 중량비 8:2로 분산시킨 후 닥터 블레이드법에 의해 두께 100㎛의 자성시트의 그린시트를 제조하였다.

또한, 두께 70㎛ 동박(Cu foil)을 에칭온도 50℃에서 염화철 용액으로 화학적 에칭하여 전도성 단자를 포함하는 동판을 구현하였다.

구성된 단자에 제작된 셀프본딩 와이어를 SMT 장비를 이용하여 일열로 정열하고, 스팟 웰딩을 이용하여 셀프 본딩 와이어를 단자에 접합시킨 후, 구성된 단자에 이형액을 스프레이 코팅하였다. 그 후, 하부 자성시트에 단자가 형성된 동판을 올려놓고 그 위에 상부 자성시트를 덮었다. 이를 160℃의 온도에서 40kgf 압력으로 1시간 등방향 열압착하였다. 완성된 제품은 필요한 크기로 정밀커터로 일정하게 절단하고 단자를 상부쪽을 절곡하였다. 또한, 신뢰성 확보를 위해 내열성 에폭시를 딥핑하여 도포하였다.

도 6에는 본 발명에 따른 인덕터에 대하여 주파수에 따른 인덕턴스의 변화를 살펴 본 결과가 나타나 있다.

본 발명의 인덕터는 주파수에 따른 인덕턴스의 변화율이 작아 제품으로 사용하기에 적합함을 알 수 있다.

또한, 도 7은 본 발명의 인덕터와 비교재에 대하여 전류의 크기에 따른 인덕턴스의 변화를 비교한 도면이다.

비교재는 권선형 파워 인덕터로서 제품의 크기(가로×세로×높이=2.5×2.0×1.5mm)는 발명재와 동일한 크기의 제품이다.

본 발명의 인덕터가 비교재보다 전류 증가에 따른 인덕턴스 변화율이 작기 때문에 우수한 직류 중첩 특성이 있음을 알 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래기술을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 파워 인덕터의 사시도.

도 4a는 단자가 형성된 동판의 평면도.

도 4b는 단자에 코일이 접합된 동판의 평면도.

도 5는 본 발명의 파워 인덕터의 제조공정을 나타내는 모식도.

도 6은 본 발명의 파워 인덕터의 주파수에 따른 인덕턴스의 변화를 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 파워 인덕터와 비교재의 전류크기에 따른 인덕턴스의 변화를 나타내는 도면

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수의 열의 단자가 형성된 동판의 단자의 일정 위치에 코일을 위치하는 단계;

   상기 단자의 끝단과 상기 코일의 끝단을 접합하는 단계;

   하부 자성 시트에 상기 코일과 단자가 접합된 동판을 올려놓는 단계;

   상기 동판 위에 상부 자성시트를 올려놓는 단계;

   상기 상부 자성시트 및 하부 자성시트를 열압착하여 자성시트본체를 형성하는 단계;

   상기 자성시트본체의 일부만을 절단하고, 단자 부분은 절단하지 않고 남겨두는 단계;

   상기 단자의 남은 부분을 상기 자성시트본체의 상면으로 접어 올리는 단계;

   로 이루어지는 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터의 제조방법.
4. 청구항 3 에 있어서,

   상기 열압착하는 단계는 등방향 열압착하는 단계인 것을 특징으로 하는 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터의 제조방법.
5. 청구항 3 에 있어서,

   상기 단자의 남은 부분을 상기 자성시트본체의 상면으로 접어 올리는 단계 후에 상기 자성시트 본체 중 상기 자성시트 본체 이외의 부분에 절연재를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 임베디드 코일을 이용한 파워 인덕터의 제조방법.

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