KR101525678B1 - 페라이트 및 이를 적용한 인덕터 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시형태는 페라이트를 포함하는 복수의 자성체층이 적층된 적층본체; 상기 적층본체의 내부에 배치되는 복수의 도체 패턴을 포함하는 코일부; 및 상기 코일부와 전기적으로 접속하는 외부전극; 을 포함하며, 상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함되는 인덕터를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 페라이트 및 이를 적용한 인덕터에 관한 것이다.
세라믹 재료를 사용하는 전자부품으로 커패시터, 인턱터, 압전 소자, 바리스터 및 서미스터 등이 있다.
이러한 세라믹 전자부품 중 인덕터는 저항 및 커패시터와 더불어 전자 회로를 이루는 중요한 수동 소자 중의 하나로서, 주로 노이즈(noise)를 제거하거나 LC 공진 회로를 이루는 부품으로 사용될 수 있다.
이러한 인덕터는 페라이트(ferrite) 코어에 코일을 감거나 인쇄를 하고 양단에 전극을 형성하여 제조하거나, 자성체 또는 유전체에 내부 전극을 인쇄한 후 적층하여 제조할 수 있다.
이러한 인덕터는 그 구조에 따라 적층형, 권선형 및 박막형 등 여러 가지로 분류할 수 있는데, 각각의 인덕터는 적용되는 범위뿐만 아니라 그 제조방법에서도 차이가 있다.
이 중 권선형 인덕터는 예를 들어 페라이트(ferrite) 코어에 코일을 감아 형성할 수 있으며, 고 용량의 인덕턴스를 얻기 위해서 권선 수를 증가시키면 코일 간에 부유용량, 즉 도선 간의 정전용량이 발생하여 제품의 고주파 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
그리고, 적층형 인덕터는 다수의 페라이트 또는 저율전율의 유전체로 이루어진 세라믹 시트들이 적층된 적층체의 형태로 제조될 수 있다.
이때, 상기 세라믹 시트 상에는 코일 형태의 금속 패턴이 형성되어 있는데, 상기 각각의 세라믹 시트 상에 형성된 코일 형태의 금속 패턴은 각각의 세라믹 시트에 형성된 도전성 비아에 의해 순차적으로 접속되고, 시트가 적층되는 상하 방향을 따라 중첩되는 구조를 이룰 수 있다.
이러한 적층형 인덕터를 구성하는 인덕터 본체는, 종래에는 대체로 페라이트 재료를 사용하여 구성하였다.
그러나, 이러한 페라이트 재료는 환원 소성 분위기에서 소성 시 환원되어 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 환원 분위기의 소성이 가능하면서도 절연저항이 향상된 페라이트 및 이를 적용한 인덕터를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시형태는 페라이트를 포함하는 복수의 자성체층이 적층된 적층본체; 상기 적층본체의 내부에 배치되는 복수의 도체 패턴을 포함하는 코일부; 및 상기 코일부와 전기적으로 접속하는 외부전극; 을 포함하며, 상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함되는 인덕터를 제공할 수 있다.
상기 코일부는 구리 또는 구리-니켈 합금 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 페라이트는 상기 코일부와 동시 소성이 가능할 수 있다.
상기 페라이트는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능할 수 있다.
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족할 수 있다.
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 클 수 있다.
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 페라이트를 포함하는 복수의 자성체층이 적층된 적층본체; 상기 적층본체의 내부에 배치되는 복수의 도체 패턴을 포함하는 코일부; 및 상기 코일부와 전기적으로 접속하는 외부전극; 을 포함하며, 상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 바나듐은 산화 바나듐으로 환산하여 상기 철(Fe)을 산화철(Fe2O3)로 환산한 100 몰 부에 대하여 1.82 내지 10 몰 부로 포함되는 인덕터를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 페라이트를 포함하는 복수의 자성체 층을 적층한 적층본체; 및 상기 적층 본체 내부에 배치되며 구리(Cu)를 포함하는 코일부; 를 포함하며, 상기 페라이트는 환원 분위기에서 상기 코일부와 동시 소성이 가능한 인덕터를 제공할 수 있다.
상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하며, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함될 수 있다.
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족할 수 있다.
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 클 수 있다.
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하며, 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함하는 페라이트를 제공할 수 있다.
상기 페라이트는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능할 수 있다.
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족할 수 있다.
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 클 수 있다.
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상일 수 있다.
본 발명에 의하면 환원 소성 분위기에서 소성이 가능하면서도 절연 저항이 향상된 페라이트 및 이를 적용한 인덕터를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터의 자성체층과 도체 패턴이 형성된 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 적층 인덕터의 임피던스 특성을 주파수에 따라 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터의 자성체층과 도체 패턴이 형성된 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 적층 인덕터의 임피던스 특성을 주파수에 따라 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타난 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 인덕터의 자성체층과 도체 패턴이 형성된 구조를 도시한 분해사시도이고 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 인덕터를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 적층형 인덕터 (100)는, 적층본체(110), 코일부(120) 및 외부 전극(130)를 포함한다.
적층본체(110)는 복수의 자성체층(111)을 두께 방향으로 적층한 다음 소성한 것으로서, 이러한 적층본체(110)의 형상, 치수 및 자성체층(111)의 적층 수가 본 실시 형태에 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 적층본체(110)의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 육면체 형상을 가질 수 있다. 본 실시 형태에서는 설명의 편의를 위해 적층본체(110)의 두께 방향으로 대향되는 두 면을 상하면으로, 상기 상하면을 연결하며 서로 길이 방향으로 대향하는 두 면을 양 단면으로, 이와 수직으로 교차되며 서로 폭 방향으로 대향되는 두 면을 양 측면으로 정의하기로 한다.
상기 자성체층(111)은 본 발명이 제공하는 페라이트를 포함할 수 있으며, 상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함될 수 있다.
철, 망간, 니켈, 아연 및 바나듐을 포함하는 상기 페라이트는 바나듐을 산화바나듐으로 환산하여 1 내지 4mol%로 포함함으로써, 내환원성이 증가되고 상기 코일부가 산화되지 않는 환원 조건에서 소성이 가능하다.이로 인해, 상기 페라이트를 포함하는 상기 자성체층은 상기 코일부와 동시 소성이 가능하다.
특히 코일부가 반응성이 큰 구리를 포함하는 경우 자성체층과 코일부의 동시 소성을 위해서는 코일부에 포함되 구리가 산화되지 않는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 진행되어야 한다. 상기 페라이트는 내환원성의 증가로 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능하며, 상기 자성체층이 상기 페라이트를 포함하는 경우 구리를 포함하는 코일부와 동시 소성이 가능할 수 있다.
또한 상기 바나듐(V)은 상기 페라이트의 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)에 더 많이 존재할 수 있으며, 상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8 을 만족할 수 있다.
상기 a/b가 0.8을 초과하는 경우 결정립과 입계의 바나듐 함량이 유사한 수준으로 입계 저항 증가의 효과가 감소하는 문제가 있다. 즉 a/b가 0.8 초과인 경우 바나듐 첨가로 인한 페라이트의 절연 저항 증가의 효과가 크게 나타나지 않을 수 있다.
입계에 존재하는 바나듐은 입계의 절연저항을 증가시키며, 이로 인해 상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 클 수 있다.
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상일 수 있다. 자성체층에 포함되는 상기 페라이트의 절연 저항이 낮은 경우 내부 전극을 다층으로 구성 시 전극 층간에 배치된 자성체층의 절연성 저하에 의해 병렬저항이 추가로 발생하여 제품의 용량 특성을 저하할 수 있으나, 페라이트의 절연 저항이 10000Ωcm 이상인 경우 다층의 내부전극을 적용하더라도 충분한 절연성을 확보할 수 있다.
상기 복수의 자성체층의 일면에는 코일부(120) 형성을 위한 도체 패턴(120a)이 형성되고, 상기 자성체층의 두께 방향으로는 상하에 위치한 도전패턴을 전기적으로 접속시키기 위한 도전성 비아(120b)가 관통 형성될 수 있다.
따라서 각 자성체층에 형성된 도체패턴의 일단은 인접하는 자성체층에 형성된 도전성 비아를 통해 서로 전기적으로 연결되어 코일부(120)를 형성하게 된다.
그리고 이 코일부(120)의 양단은 적층본체(110)를 통하여 외부로 인출되도록 하여 적층본체(110)에 형성된 한 쌍의 외부전극(130)과 접촉하면서 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
특히 상기 코일부(120)의 양단은 적층본체(110)의 양단을 통하여 인출될 수 있으며, 상기 한 쌍의 외부전극은 코일부(120)가 인출된 적층본체(110)의 양단에 형성될 수 있다.
상기 도체 패턴은 상기 자성체층을 형성하기 위한 시트에 도체 패턴 형성을 위한 도전성 페이스트를 후막 인쇄, 도포, 증착 및 스퍼터링 등을 하여 형성할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 도전성 비아는 각각의 시트에 두께 방향으로 관통 구멍을 형성한 후, 이 관통 구멍에 도전성 페이스트 등을 충전하여 형성할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도체 패턴을 형성하기 위한 도전성 페이스트에 포함되는 도전성 금속은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni) 및 구리(Cu) 중 하나 또는 이들의 합금 등으로 이루어진 것을 사용할 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적으로 구리 또는 니켈은 은, 팔라듐, 백금과 같은 귀금속에 비하여 재료의 가격이 낮은 장점이 있으나, 반응성이 크기 때문에 있어 코일부가 구리 또는 니켈을 포함하는 경우 자성체층과 코일부를 동시 소성 하는 것이 어려운 문제가 있다.
다만 본 발명의 일 실시형태에 의하면 코일부가 상술한 금속 중 저가인 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)을 포함하며 복수의 층으로 구성된 도체패턴을 포함하도록 형성되어도 코일부와 자성체층의 동시 소성이 가능한 페라이트를 제공할 수 있다.
종래 일반적으로 사용되는 NiZn계 페라이트 또는 NiCuZn계 페라이트의 경우 대기 분위기에서 소성되어야 하며, 금속 재료로서 니켈이나 구리 등의 반응성이 큰 금속 재료를 상기 페라이트와 대기 분위기에서 동시 소성하면 금속 재료가 산화되어 버릴 우려가 있다.
따라서 니켈 및 구리와 같이 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 보다 반응성이 큰 금속을 적층형 인덕터의 내부 도체 패턴으로 적용하고 자성체층에 포함된 페라이트와 동시에 소성하기 위해서는 니켈 또는 구리를 포함하는 도전성 페이스트를 자성세층에 도포 후 이들이 산화되지 않는 분위기(환원 분위기)에서 소성을 해야한다.
한편 상기 금속 재료의 산화를 회피하기 위해 환원 분위기에서 소성을 행하면, NiZn계 페라이트 또는 NiCuZn계 페라이트의 경우, 페라이트 재료 중의 Fe2O3가 Fe3O4로 환원되어, 비저항 ρ의 저하를 초래할 우려가 있다. 즉, 비저항의 저하로 인해 임피던스 등의 전기적 특성이 열화될 우려가 있으므로 반응성이 높은 금속 재료와 동시에 소성하여도 절연성 및 전기적 특성을 확보할 수 있는 페라이트의 제공이 필요하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 코일부가 구리를 포함하는 경우에도 본 발명의 일 실시형태가 제공하는 페라이트를 포함하는 자성체층은 코일부와 동시소성이 가능함을 설명하기 위하여, 이하에서는 적층형 인덕터의 코일부가 구리(Cu)를 포함하는 경우를 실시예로 설명한다.
하지만 본 발명의 일 실시형태가 제공하는 페라이트를 자성체층에 적용하는 경우 구리보다 반응성이 작은 금속(예를 들어 은, 팔라듐, 백금 등)을 적용하여도 동시 소성이 가능함은 자명한 것이다.
적층형 인덕터의 코일부가 구리(Cu)를 포함하는 경우의 환원 분위기는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기를 의미한다.
특허문헌 1에서는 Cu를 주성분으로 하는 금속재료와 동시 소성해도 절연성을 확보할 수 있는 NiMnZn계 페라이트 자기 조성물 및 페라이트 자기 조성물을 사용한 세라믹 전자 부품에 대하여 개시하고 있다.
특허문헌 1의 NiMnZn계 페라이트 자기 조성물의 경우 단층의 구리(Cu) 도체 패턴이 들어가는 제품에 적용한 경우에는 단층의 은(Ag) 도체 패턴이 들어가는 제품에 적용한 경우와 동등한 수준의 전기적 특성이 구현됨을 확인하였다. 하지만, 특허문헌 1의 NiMnZn계 페라이트를 포함하는 전자부품은 도체 패턴으로 구리(Cu)를 적용하고, 도체 패턴을 단층이 아닌 다층으로 형성하는 경우 용량이 저하되며, 페라이트의 전기적 특성이 구현되지 못하는 문제가 발생함을 확인하였다.
구체적으로, 도 4는 도체 패턴으로 은(Ag) 및 구리(Cu)를 사용한 경우의 특허문헌 1에서 제공하는 범위의 페라이트 조성물을 포함하는 적층 인덕터의 임피던스 특성을 주파에 따라 나타낸 그래프이다. 도 4에 나타난 임피던스특성은 Fe2O3 46mol%, NiO 11mol%, MnO 23mol% 및 ZnO 20mol%를 포함하는 페이라트 조성물(특허문헌 1에서 제공하는 범위를 만족함)을 이용하여 자성체층을 형성하고 도체 패턴을 5층 적층한 적층 인덕터를 이용하여 측정되었다. 또한 은(Ag)을 도체 패턴으로 사용한 경우 약 900℃ 에서 소성한 적층 인덕터를 사용하여 전기적 특성을 측정하였으며, 구리(Cu)를 도체 패턴으로 사용한 경우 906℃, 917℃ 및 942℃에서 소성한 3 종류의 적층 인덕터의 특성을 측정하였다. 각각의 소성 분위기는 도체패턴이 산화되지 않는 분위기로 설정되었다.
도 4에 도시된 바와 같이 특허문헌 1에서 제공하는 범위의 페라이트 조성물을 자성체 층에 적용하고 구리(Cu)를 도체 패턴으로 사용한 경우 도체 패턴이 다층으로 적층된 인덕터에서는 은(Ag)을 도체 패턴으로 적용한 경우보다 임피던스 특성이 현저히 저하되었다.
구리(Cu)를 도체 패턴으로 사용한 경우 임피턴스 특성이 저하된 것은 다층의 도체 패턴과 페라이트가 적용된 자성체층 사이의 절연성 저하에 따른 것으로 확인되었다. 일반적으로 칩 소성 시, 도체 패턴 형성을 위한 페이스트에 포함되는 바인더도 함께 소성되며, 이때 주변의 산소를 소모하게 되면서 전극 주변은 상대적으로 더 강한 환원분위기가 형성되게 된다. 도체 패턴이 단층인 칩에서는 도체 패턴의 영향이 작으나 도체 패턴의 층수가 늘어나게 되면서 도체 패턴 사이에 적용되는 강한 환원분위기에 의해 도체 패턴 사이의 자성체층에 포함된 페라이트가 분해되면서 절연성이 저하되는 것이다. 즉 도체패턴 사이의 페라이트의 절연성 저하에 의해 병렬저항이 추가로 생기게 되어 제품의 용량특성이 저하된 것이라 할 수 있다.
하지만 본 발명이 제공하는 페라이트는 상기와 같은 다층의 도체패턴 사이에 적용하는 경우에도 절연성 저하(제품의 용량저하)문제가 발생하지 않는다.
구체적으로 본 발명의 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함될 수 있다.
특허문헌 2는 페라이트가 산화바나듐(V2O5)을 0.01 내지 0.1 중량%로 포함되는 것을 개시하고 있으며, 특허문헌 3은 페라이트가 산화바나듐(V2O5)을 0.001 내지 0.05 mass%로 포함되는 것을 개시하고 있다.
하지만 상기 특허문헌 2 및 3의 경우 페라이트에 포함되는 산화바나듐(V2O5)의 함량이 본 발명의 수치와 상이하며, 전자부품의 내부에 포함되는 도체패턴이 다층으로 적층되는 경우와 같이, 단층으로 도체패턴을 적용한 경우보다 강한 환원 분위기에서 소성하는 경우 페라이트의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 점에 대하여는 구체적으로 개시하지 않고 있다.
또한 특허문헌 3은 산화바나듐(V2O5)을 첨가함으로써, 입계 저항을 높이는 점을 개시하고 있으나, 특허문헌 3은 페라이트의 입성장을 억제하여 입계 저항을 높이는 것으로 본 발명과 차이가 있다.
즉, 특허문헌 2 및 3은 산화바나듐을 극미량 첨가하여 입성장을 제어하는 것이나 본 발명은 특허문헌 2 및 3의 개시보다 많은 양의 산화바나듐을 첨가한다. 특허문헌 2 및 3과 같이 산화바나듐을 미량 첨가하는 경우 입성장을 억제할 수 있어 입계의 수가 증가한다. 페라이트는 결정립보다는 입계의 저항이 높기 때문에 입계의 비율이 늘어나면 저항이 커지게 되는데, 특허문헌 2 및 3과 같이 산화바나듐이 극미량 첨가하는 경우 페라이트 내 입계의 비율을 증가시켜 페라이트의 저항을 증가시킬 뿐 입계 자체의 입계 고유 저항값을 증가시는 효과는 거의 발생하지 않는다.
즉 특허문헌 2 및 3과 같이 결정립 성장 억제에 의한 입계 저항 증가효과는 산화바나듐이 아닌 다른 첨가물에 의해서도 가능하며, 이는 특허문헌 2 및 3은 산화바나듐을 포함한 다수의 산화물을 나열하며, 그 중 하나 이상을 첨가할 수 있다고 개시한 점 (Ta2O5:0.005~0.1mass%, ZrO2:0.01~0.15 mass%, Nb2O5:0.005~0.05mass%, V2O5:0.001~0.05mass%, HfO2:0.005~0.05 mass%, Bi2O3:0.003~0.03 mass%, MoO3:0.003~0.03 mass%, TiO2:0.01~0.3 mass% 및 SnO2:0.01~2.0 mass% 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다고 개시함)으로부터 더욱 명백히 확인할 수 있다. 또한 상기와 같이 결정립 성장을 억제하여 저항을 증가시키는 효과는 소결온도나 시간과 같은 소결 조건 조절을 통하여도 구현이 가능하다.
하지만 본 발명은 결정립의 성장 여부와 무관하게 산화바나듐이 입계에 고르게 존재하며, 입계 고유의 저항을 증가시킬 수 있는 산화바나듐의 조성범위를 제안함으로써 특허문헌 1 내지 3에 비하여 비저항이 현저하게 향상된 페라이트를 제공할 수 있다. 즉, 특허문헌 2 및 3과 같이 산화바나듐을 극미량으로 첨가하는 경우 입계에서 바나듐이 균일하게 분포하기 어렵기 때문에 입계 고유의 저항이 증가하는 효과가 나타나지 않으나 본 발명과 같이 바나듐이 산화바나듐으로 환산하여 1 mol% 이상 포함되는 경우 산화바나듐이 입계에 고르게 존재하여 입계 고유의 저항을 증가시킬 수 있다.
다시 말해 특허문헌 2 및 3과 같이 산화바나듐을 극미량으로 첨가하는 경우 바나듐이 점(spot) 형태로 국부적으로 존재하게 되어 비저항을 증가시키는 효과가 발생하지 않으나, 본 발명과 같이 바나듐이 산화바나듐으로 환산하여 1mol% 이상으로 포함되는 경우 페라이트의 입계(boundary)에 연속적인 형상으로 균일하게 분포할 수 있다.
후술할 실험 예에서와 같이 특허문헌 2 및 3의 범위에 따라 산화바나듐을 첨가한 경우 페라이트의 저항을 증가시키는 효과가 미미하였으나, 본 발명의 수치 범위에 따라 산화바나듐을 첨가한 페라이트의 경우 수치 범위의 하한과 상한에서 비저항값 상승의 임계적 의미가 분명하게 나타나는 것을 알 수 있다.
따라서 산화바나듐(V2O5)은 1mol% 내지 4mol%의 범위로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 페라이트에서 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%로 포함될 수 있다. 상기 산화철(Fe2O3)의 함량이 40 mol% 미만인 경우 비저항의 저하를 초래하며 55 mol%를 초과하는 경우 Fe2O3의 함량이 과잉이 되어 Fe2O3가 Fe3O4로 환원되기 쉬워 비저항 값이 저하된다.
본 발명의 페라이트에서 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol%로 포함될 수 있다. 산화망간(MnO)은 고온에서 산화철(Fe2O3) 보다 우선적으로 환원되므로 Fe2O3가 Fe3O4로 환원되기 전에 페라이트의 소성처리를 완료할 수 있도록 한다. 하지만 산화망간(MnO)의 함량이 15 mol% 미만인 경우, Fe2O3가 Fe3O4로 환원되기 쉬워 비저항이 저하되며, 산화망간(MnO)의 함량이 30 mol%를 초과하는 경우에도 비저항 값이 감소하여 절연성을 확보하기 어렵다.
또한 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%로 포함될 수 있다. ZnO의 함량이 25 mol%를 초과하는 경우 퀴리온도(Tc)가 저하되고, 이로 인해 페라이트를 전자부품에 적용시 고온 신뢰성이 감소할 수 있다. 또한 ZnO가 15 mol% 미만으로 첨가되는 경우 투자율 향상의 효과를 발휘하기 어렵다.
나아가 상기 니켈의 함량은 상기 철, 망간, 아연 및 바나듐의 함량에 따라 적절히 설정할 수 있으나 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 페라이트는 구리(Cu)를 포함하는 코일부와 동시 소성이 가능할 수 있으며, Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능할 수 있다. 나아가, 구리를 포함하는 코일부가 복수의 도체패턴을 포함하는 다층 구조를 가져 소성 시 강한 환원 분위기가 형성되더라도 충분한 비저항 값을 확보하여 임피던스 특성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 도 5에 의하면, 본 발명의 페라이트를 자성체층에 적용한 인덕터(실시예)의 경우 구리를 포함하는 코일부와 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 동시 소성을 하더라도 은(Ag)을 포함하는 코일부를 적용한 인덕터(비교예)와 유사한 수준의 임피던스 특성이 확보되는 것을 알 수 있다.
또한 상기 바나듐(V)은 상기 페라이트의 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)에 더 많이 존재할 수 있으며, 상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8 을 만족할 수 있다.
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상일 수 있으며, 상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 클 수 있다.
본 발명에 따른 자성체층(111)은 상술한 본 발명의 실시형태에 따른 페라이트를 포함할 수 있으며, 소성에 의해 형성될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나 본 발명의 페라이트를 포함하는 세라믹 자성 재료 분말을 바인더 등과 함께 용매에 혼합한 후 볼 밀링 등을 통하여 상기 용매 내에 고르게 분산 시킨 다음, 닥터 블레이드 등의 방법을 통해 얇은 자성체 시트로 제조하고 이를 소성하여 형성할 수 있다.
또한, 적층본체(110)의 상하면에는 적어도 하나 이상의 커버층(111c)이 각각 형성될 수 있다.
커버층(111c)은 코일부의 도체패턴을 포함하지 않는 것을 제외하고는 자성체층(111)과 동일한 재질 및 구성을 가질 수 있다.
이러한 커버층(111)은 기본적으로 물리적 또는 화학적 스트레스에 의한 코일부(120)의 손상을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 외부전극(130)은 인덕터 본체(110)를 통해 노출되는 코일부(120)의 양단과 각각 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 외부전극(130)은 도전성 페이스트에 인덕터 본체(110)를 침지하거나, 인쇄, 증착 및 스퍼터링 등의 다양한 방법을 통하여 인덕터 본체(110)에 형성될 수 있다.
상기 도전성 페이스트는 예컨대 은(Ag), 구리(Cu) 및 구리(Cu) 합금 중 하나를 포함하는 재료로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 외부전극(20)의 외측면에는 필요시 니켈(Ni) 도금층(미도시) 및 주석(Sn) 도금층(미도시)이 더 형성될 수 있다.
실험 예
하기 표 1은 NiZnMn계 페라이트의 산화바나듐(V2O5)의 함량에 따른 비저항 특성을 평가한 실험 결과를 나타내는 데이터이다.
산화바나듐의 함량을 변화시킨 페라이트를 적용하여 자성체 시트를 형성하고, 상기 자성체 시트 상에 구리 도체패턴을 형성한 뒤 이를 5층 적층하였다. 다음으로 적층된 자성체 시트를 산소농도 25ppm 이하의 분위기에서 소성하여 자성체 시트와 도체패턴을 동시에 소성한 뒤 자성체 시트가 소성되어 형성된 자성체 층의 비저항 값을 측정하였다.
| 샘플 | 함량(mol%) | 소결온도 (℃) |
비저항 (Ωcm) |
||||
| Fe2O3 | NiO | ZnO | MnO | V2O5 | |||
| 1* | 45.8 | 11 | 20 | 23 | 0.2 | 900 | 452 |
| 2* | 45.6 | 11 | 20 | 23 | 0.4 | 900 | 786 |
| 3* | 45.2 | 11 | 20 | 23 | 0.6 | 900 | 1465 |
| 4* | 45.0 | 11 | 20 | 23 | 0.8 | 900 | 9546 |
| 5 | 45 | 11 | 20 | 23 | 1 | 900 | 212274 |
| 6 | 44 | 11 | 20 | 23 | 2 | 900 | 169982 |
| 7 | 43 | 11 | 20 | 23 | 3 | 900 | 128316 |
| 8 | 42 | 11 | 20 | 23 | 4 | 900 | 82713 |
| 9 | 45 | 11 | 20 | 23 | 1 | 880 | 998856 |
| 10 | 44 | 11 | 20 | 23 | 2 | 880 | 372427 |
| 11 | 43 | 11 | 20 | 23 | 3 | 880 | 340274 |
| 12 | 42 | 11 | 20 | 23 | 4 | 880 | 224984 |
| 13 | 46 | 15 | 20 | 19 | 2 | 900 | 316305 |
| 14 | 46 | 14 | 20 | 20 | 2 | 900 | 276358 |
| 15 | 46 | 13 | 20 | 21 | 2 | 900 | 232961 |
| 16 | 46 | 12 | 20 | 22 | 2 | 900 | 240884 |
| 17 | 46 | 10 | 20 | 19 | 2 | 900 | 175830 |
| 18 | 46 | 9 | 20 | 20 | 2 | 900 | 171907 |
| 19 | 46 | 8 | 20 | 21 | 2 | 900 | 173334 |
| 20 | 46 | 7 | 20 | 22 | 2 | 900 | 153336 |
| 21* | 41 | 11 | 20 | 23 | 5 | 900 | 65763 |
| 22* | 40 | 11 | 20 | 23 | 6 | 900 | 43215 |
비교예 : *
상기 표 1에 나타난 바와 같이 산화바나듐(V2O5)의 함량이 1 mol% 이상인 경우 페라이트의 비저항 값이 현저히 상승하였으며, 4 mol% 를 초과하여 첨가되는 경우 비저항 값이 감소하기 시작하였다.
따라서 산화바나듐(V2O5)은 1mol% 내지 4mol%의 범위로 포함되는 것이 바람직함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구 범위에 기재된 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 인덕터
110 : 적층본체
120 : 코일부
130 : 외부전극
110 : 적층본체
120 : 코일부
130 : 외부전극
Claims (18)
- 페라이트를 포함하는 복수의 자성체층이 적층된 적층본체;
상기 적층본체의 내부에 배치되는 복수의 도체 패턴을 포함하는 코일부; 및
상기 코일부와 전기적으로 접속하는 외부전극; 을 포함하며,
상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함되는 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 코일부는 구리 또는 구리-니켈 합금 중 적어도 하나 이상을 포함하는 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 페라이트는 상기 코일부와 동시 소성이 가능한 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 페라이트는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능한 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족하는 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 큰 인덕터.
- 제1항에 있어서,
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상인 인덕터.
- 페라이트를 포함하는 복수의 자성체층이 적층된 적층본체;
상기 적층본체의 내부에 배치되는 복수의 도체 패턴을 포함하는 코일부; 및
상기 코일부와 전기적으로 접속하는 외부전극; 을 포함하며,
상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하고,
상기 페라이트에서 상기 바나듐은 산화 바나듐으로 환산하여 상기 철(Fe)을 산화철(Fe2O3)로 환산한 100 몰 부에 대하여 1.82 내지 10 몰 부로 포함되는 인덕터.
- 페라이트를 포함하는 복수의 자성체 층을 적층한 적층본체; 및
상기 적층 본체 내부에 배치되며 구리(Cu)를 포함하는 코일부; 를 포함하며, 상기 페라이트는 환원 분위기에서 상기 코일부와 동시 소성이 가능하고,
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 큰 인덕터.
- 제9항에 있어서,
상기 페라이트는 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하며, 상기 페라이트에서 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함되는 인덕터.
- 제9항에 있어서,
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족하는 인덕터.
- 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상인 인덕터.
- 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni), 아연(Zn) 및 바나듐(V)을 포함하며, 상기 철(Fe)은 산화철(Fe2O3)로 환산하여 40 내지 55 mol%, 상기 니켈(Ni)은 산화니켈(NiO)로 환산하여 5 내지 20 mol%, 상기 아연(Zn)은 산화아연(ZnO)으로 환산하여 15 내지 25 mol%, 상기 망간(Mn)은 산화망간(MnO)으로 환산하여 15 내지 30 mol% 및 상기 바나듐(V)은 산화바나듐(V2O5)으로 환산하여 1 내지 4 mol%로 포함하는 페라이트.
- 제14항에 있어서,
상기 페라이트는 Cu-Cu2O의 평형 산소 분압 이하의 분위기에서 소성이 가능한 것을 특징으로 하는 페라이트.
- 제14항에 있어서,
상기 페라이트의 결정립(grain)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 a, 상기 페라이트의 입계(grain boundary)에 존재하는 바나듐(V)의 함량을 b라고 할 때 a/b≤0.8을 만족하는 페라이트.
- 제14항에 있어서,
상기 페라이트는 결정립(grain)보다 입계(grain boundary)의 절연저항이 더 큰 것을 특징으로 하는 페라이트.
- 제14항에 있어서,
상기 페라이트는 절연 저항이 10000Ωcm 이상인 것을 특징으로 하는 페라이트.
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