KR101298660B1 - Ｎｆｃ 안테나 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 NFC 안테나 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것으로, NFC 안테나와 전력 수신 안테나 모두에 의한 전자기장을 차폐하면서 이동통신 단말기 내에 실장될 수 있는 슬림한 설계를 가능하게 하는 NFC 안테나 모듈 및 그 제조 방법을 제공한다.

Description

ＮＦＣ 안테나 모듈 및 그 제조방법{Near Field Antenna Module and Manufacturing Method Thereof}
본 발명은 NFC 안테나 모듈과 그 제조방법에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication, 근거리통신)는 13.56㎒ 대역의 주파수를 사용, 10㎝ 이내의 거리에서 저 전력으로 데이터를 전송하는 근거리 무선통신으로 RFID의 한 분야로서 ISO 18092에 표준이 규정되어 있다. NFC는 정보기기 사이의 데이터 송수신이 가능해 휴대폰과 휴대폰, 노트북에서 바로 휴대폰으로 주소록이나 게임, MP3 파일 등을 주고받을 수 있는 것이 강점이다. 13.56㎒ RFID 기술은 안정성이 높아 현재도 교통카드 등 모바일 지불결제에 사용되고 있으며, 향후에는 정보를 저장한 태그에 접근하면 각종 정보를 얻는 정보단말기로 활용할 수 있을 것이다.
RFID(Radio Frequency Identification, 전파식별)란 바코드, 마그네틱 등과 같은 자동인식의 한 분야로서 초단파나 장파를 이용하여 기록된 정보를 무선으로 인식하는 최첨단 방식으로서 무선주파수식별시스템이라고도 한다. 이러한 RFID의 원리는 안테나를 통해 태그(tag)에 저장된 정보를 수신하여 이를 리더(Reader)가 인식하고 분석하여 태그가 장착된 물품의 고유정보를 취득할 수 있도록 하는 것으로서, 이는 전파를 이용하기 때문에 눈·비·바람·먼지·자속 등 환경의 영향을 받지 않으며, 인식 속도가 빨라 이동 중에도 인식이 가능하고, 일정 정도의 원거리에서도 인식이 가능하며 제조과정에서 유일한 ID를 부여하여 위조가 거의 불가능하다는 특징이 있다.
무선주파수식별시스템은 일반적으로 리더(reader), 안테나(antenna), 태그(tag)로 구성되어 있으며, 안테나는 태그와 리더 사이에서 중개역할을 담당하는데, 전파로써 태그에 전력과 신호를 보내 태그를 활성화시키고 태그로부터의 응답을 받는 역할을 담당한다.
이러한 무선주파수식별 시스템의 안테나로서, 저렴하고 우수한 성능을 갖는다는 점에서 종래에는 공심 코일이 사용되고 있엇다. 이 공심 코일의 안테나로는 예를 들어 절연층으로 피복된 도선을 소용돌이형으로 감고 베이스 레이어에 부착하여 형성한 것이나, 베이스 레이어에 금속 레이어를 적층하고 이를 에칭하여 형성한 것 등이 있다.
이러한 공심 코일 안테나의 경우, 자속이 베이스 레이어를 관통하는 방향으로 발생하기 때문에 자속이 베이스 레이어를 관통하여 접촉된 부품에 도달하고 이로 인해 부품에 와전류가 발생하여 안테나 코일과 콘덴서로 형성되는 공진회로의 공진 주파수가 변화하거나 손실이 증가하는 문제점이 있었다. 이를 방지하기 위하여 기존의 NFC 안테나는 도전성 물품에 접하여 설치되는 경우라도 자속에 의한 손상을 방지하도록 차폐층을 더 포함하였다.
한편, 이동통신 단말기에서 NFC 통신 기능을 구비하기 위하여 NFC 안테나 모듈을 휴대폰, 태블릿 PC 등 이동통신 단말기에 실장할 필요가 있다. 이동통신 단말기는 그 슬림화가 계속해서 추진되고 있으므로 이동통신 단말기에 설치되는 NFC 안테나 모듈 역시 그 두께의 슬림화가 필요하다.
기존에는 모듈의 슬림화를 위해 베이스에 차폐층을 화학 공정을 이용하여 적층하여 형성하고, 차폐층 상에 안테나 용 금속을 적층한 후 패터닝 및 에칭 공정을 통해 안테나 층을 형성하였다. 이러한 화학 공정에는 환경 유해 폐기물이 다량으로 발생하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 이동통신 단말기의 슬림화를 위해서 NFC 안테나 모듈에 무선 전력 송수신 안테나를 설치하는 기술이 적용되었다. NFC 안테나 모듈에 NFC 안테나 코일과 무선 전력 송수신 코일이 모두 형성되므로 차폐층은 NFC 안테나가 사용하는 주파수와 무선 전력 송수신에 사용되는 주파수 모두를 차폐해야 하나 기존의 차폐층은 그 범위가 제한적이라 각각을 위한 차폐층을 형성해야 하는 문제점이 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0693204호
본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 것으로, NFC 안테나와 전력 수신 안테나 모두에 의한 전자기장을 차폐하면서 이동통신 단말기 내에 실장될 수 있는 슬림한 설계를 가능하게 하는 NFC 안테나 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 이동통신 단말기 내에 설치되는 NFC 안테나 모듈을 더욱 슬림하게 설계할 수 있도록 하는 NFC 안테나 모듈을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈은, 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 이루어진 차폐 레이어; 및 상기 차폐 레이어 상에 도선을 융착하여 형성하는 NFC 안테나 코일을 포함하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 NFC 안테나 모듈은 상기 차폐 레이어 상의 NFC 안테나 코일의 턴 내부에 도선을 융착하여 형성하는 무선 전력 송수신 코일을 더 포함한다.
본 발명에서, 상기 차폐 레이어는 알루미늄, 메탈 실리콘, 산화철을 포함하고, 그 혼합 비는 알루미늄 5.0 중량% 내지 7.0 중량%, 메탈 실리콘 8.0 중량% 내지 11.0 중량%, 산화철 82 중량% 내지 87 중량%가 바람직하다.
또한, 상기 차폐 레이어는 상기 연자성체 금속 분말과 상기 열가소성 수지는 사이의 혼합 비는 상기 금속 분말 85.0 중량% 내지 90.0 중량%, 폴리머 10.0 중량% 내지 15.0 중량%를 혼합하는 것이 바람직하고, 상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin elastomer)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 NFC 안테나 모듈은 차폐 레이어의 하면에 결합하는 접착 레이어와 접착 레이어 보호층을 더 포함할 수 있고, NFC 안테나 코일 및 무선 전력 송수신 코일 상에 결합되는 보호 커버 레이어를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 목적은 NFC 안테나 모듈의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈 제조 방법은, 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 차폐 레이어 형성하는 단계; 상기 차폐 레이어 상에 절연층 피복된 도선을 초음파 가열 융착하여 NFC 안테나 코일을 형성하는 단계; 상기 NFC 안테나 코일의 턴 내부에 도선을 초음파 가열 융착하여 무선 전력 송수신 코일을 형성하는 단계; 상기 NFC 안테나 코일 및 상기 무선 전력 송수신 코일의 상기 차폐 레이어 외부로 노출된 부분을 소정 길이 남기고 절단하고 노출된 부분의 절연 피복을 제거하여 접속부를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 환경 친화적인 방법으로 제작할 수 있고, NFC 안테나의 주파수 대역과 무선 전력 수신기의 주파수 대역 모두의 전자파를 차폐할 수 NFC 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 측단면도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈의 상면도, 및
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈의 단면을 개략적으로 나타낸 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 NFC 안테나 모듈을 위에서 본 상면도이다.
도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈(100)은 휴대폰, PDA 등과 같은 모바일 NFC 단말기에 내장되어 다른 NFC 단말기와 데이터 송수신을 가능하게 한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈(100)은 무선 전력 송수신 코일(220)을 더 포함하여 모바일 NFC 단말기를 위한 무선 전력 수신을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나 모듈은 차폐 레이어(110), NFC 안테나 코일(210), 무선 전력 송수신 코일(220)을 포함하고, 접속부(211,222), 보호 커버 레이어(140), 접착 레이어(120), 접착층 보호 레이어(130)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 NFC 안테나 모듈(100)은 NFC 안테나 기능과 무선 전력 송수신 안테나 기능 모두를 수행하기 위해서는 이동통신 단말기의 외장 케이스에 가깝게 배치되고, 전력 전달에 배선 절약을 위해서는 배터리 가까이에 배치되는 것이 바람직하므로, 배터리 위에 부착되어 외장 케이스의 보호를 받을 수 있다. 배터리 위에 NFC 안테나 모듈(100)을 실장시키는 경우, 배터리 금속으로 인해 안테나에 유도된 전자기장이 배터리로 흡수 손실되는 것을 방지하고 자속의 경로를 만들어주기 위해 배터리와 안테나 코일(210)(220) 사이에 차폐 레이어(110)를 배치한다.
차폐 레이어(110)는 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 형성하되, NFC 안테나 코일(210)은 13.56 MHz에서 동작하고 무선 전력 송수신 코일(220)은 100 khz 내지 130 khz에서 동작하므로 두 주파수 대역을 차폐할 필요가 있다. 즉, 본 발명의 차폐 레이어(110)는 NFC를 위한 약 13MHz 대역과 전력 송수신을 위한 100khz 내지 130khz 대역을 모두 차폐할 수 있는 것으로, 상기 두 대역의 차폐를 위한 금속 분말의 성분비는 바람직하게, 알루미늄 5.0 중량% 내지 7.0 중량%, 실리콘 메탈 8.0 중량% 내지 11.0 중량%, 그리고 철 82 중량% 내지 87 중량%이다. 한편, 금속 분말과 열가소성 수지의 혼합비는, 금속 분말은 85.0 중량% 내지 90.0 중량%, 열가소성 수지는 10 중량% 내지 15 중량%가 바람직하다. 열가소성 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin elastomer)를 사용할 수 있다.
차폐 레이어(110)는 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지를 상기 비율로 혼합하고 사출 성형, 도포, 압축 성형 또는 압연 등의 방법을 사용하여 두께를 0.4mm 이하로 제조된다. 슬림한 이동통신 단말기에 실장될 수 있도록 차폐 레이어(110)는 0.2mm 이하로 제조되는 것이 바람직하다.
NFC 안테나 코일(210)과 무선 전력 송수신 코일(220)은 차폐 피복된 도선을 사용하고 그 두께는 부품의 슬림화라는 목표와 유도 전자기장의 크기를 고려하여 결정된다. 약 0.1 mm 내외의 코일을 사용하는 것이 바람직하다. NFC 안테나 코일(210)과 무선 전력 송수신 코일(220)은 둘 중 어느 거라도 먼저 형성할 수 있다. 무선 전력 송수신 코일(220)을 먼저 형성할 때에는 차폐 레이어(110) 상면의 중심부터 도선을 회오리 모양으로 하나 이상의 턴을 포함하도록 융착시키고, 그 외부로 NFC 안테나 코일(210)을 회오리 모양으로 하나 이상의 턴을 포함하도록 융착시키면 된다. NFC 안테나 코일(210)을 먼저 융착시키는 경우 NFC 안테나 코일(210)의 턴 내부 공간에 무선 전력 송수신 코일(220)을 융착시키면 된다.
상기 NFC 안테나 코일 및 상기 무선 전력 송수신 코일을 형성하는 도선은 절연막으로 피복된 것을 특징으로 한다. 절연 피복 도선을 이용하므로 습식 화학 공정을 필요로 하지 않는다. 즉, 습식 화학 공정으로 금속막을 형성하고 이를 패터닝하여 안테나층을 형성할 필요가 없다. 습식 화학 공정을 생략할 수 있으므로 환경 친화적인 제작이 가능하다. 도선을 이용하므로 금속막 패터닝 안테나에 비해 전력 효율 또한 향상되고 발열 문제도 개선된다.
코일(210,220)은 단부에 접속 단자로서 접속부(211,222)가 형성되어 해당 회로에 연결된다. 접속부(211,222)는 NFC 안테나 코일(210) 및 무선 전력 송수신 코일(220)의 단부의 차폐 레이어(110) 외부로 노출된 부분을 소정 길이 남기고 절단하고 노출된 부분의 절연 피복을 제거하여 형성된다. 한편, 도 2에 접속부(211,221)의 두께가 코일(210,220)보다 크게 도시되었으나, 이는 코일(210,220))과 구분되도록 편의상 표시한 것으로 접속부(211,221)의 두께는 제거된 피복만큼 코일보다 작게 될 수 있다.
한편, 본 발명의 NFC 안테나 모듈(100)은 접착 레이어(120), 접착 레이어 보호를 위한 접착층 보호 레이어(130), 표면 보호를 위한 보호 커버 레이어(140)를 더 포함할 수 있다.
접착 레이어(120)는 차폐 레이어(110)의 하면에 부착되어 NFC 안테나 모듈(100)을 이동통신 단말기 등에 설치를 간단히 할 수 있도록 한다. 즉, 접착 레이어(120)와 접착층 보호 레이어(130)는 스티커와 같은 원리로 차폐 레이어(110)에 결합되어 이동통신 단말기 제조시 접착층 보호 레이어(130)를 제거하고 바로 NFC 안테나 모듈(100)을 배터리에 부착할 수 있도록 한다.
보호 커버 레이어(140)는 NFC 안테나 코일 및 무선 전력 송수신 코일을 형성한 후, 절연 필름을 그 위에 부착하여 형성된다. 보호 커버 레이어(140)가 부착되면 차폐 레이어(110) 상에 코일(210)(220)이 안전하게 결합되어 있을 수 있다.
상기와 같이 구성된 NFC 안테나 모듈은 다음 방법으로 제작된다. 도 3을 참조하면, 먼저, 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 차폐 레이어(110) 형성한다(S100).
차폐 레이어(110)는 연자성체 금속 분말과 열가소성 수지를 위에 언급된 바와 같은 비율로 혼합하고 사출 성형, 도포, 압축 성형 또는 압연 등의 방법을 사용하여 두께를 0.4mm 이하로 제조하되, 슬림한 이동통신 단말기에 실장될 수 있도록 0.2mm 이하로 제조한 후, 이동통신 단말기의 내부에 실장될 수 있는 적절한 크기로 절단하여 제작된다.
그 다음 준비된 차폐 레이어(110) 상에 절연 피복된 도선을 초음파 가열 융착하여 회오리 모양으로 무선 전력 송수신 코일(220)을 형성하고(S200), NFC 안테나 코일(210)을 형성한다(S300). S200 과 S300은 순서가 바뀌어도 관계없다. 무선 전력 송수신 코일(220)을 먼저 형성할 때에는 차폐 레이어(110) 상면의 중심부터 도선을 회오리 모양으로 하나 이상의 턴을 포함하도록 융착시키고, 그 외부로 NFC 안테나 코일(210)을 회오리 모양으로 하나 이상의 턴을 포함하도록 융착시키면 된다. NFC 안테나 코일(210)을 먼저 융착시키는 경우 NFC 안테나 코일(210)의 턴 내부 공간에 무선 전력 송수신 코일(220)을 융착시키면 된다.
코일(210,220) 융착 과정은 다음과 같다. 초음파 진동을 이용한 가열 장치를 이용하여 도선을 진동 가열하고 가열된 도선이 열가소성 수지를 포함하는 차폐 레이어에 접촉하면 접촉 부분이 용융되고, 도 1에 도시된 바와 같이 용융된 만큼 코일이 레이어(110) 내부로 들어가 융착된다. 용융된 만큼 코일(210)(220)이 차폐 레이어(110) 내부에 들어가 융착되므로 최종 NFC 안테나 모듈(100)은 그 두께가 감소하게 된다. 즉, 초음파 융착 공정을 사용하지 않는 경우, 차폐 레이어(110)의 두께가 0.2mm 이고 코일(210)(220)의 도선의 지름이 0.1mm +α일 경우, 코일은 접속 단자를 외부로 빼줘야 하므로 회오리 모양으로 형성할 경우 코일이 겹치는 부분이 발생하므로 NFC 안테나 모듈의 두께는 0.2mm + 0.1mm + 0.1mm = 0.4mm가 되는데 융착 공정을 이용할 경우 0.3mm까지 제조가 가능하다.
그 다음, NFC 안테나 코일(210) 및 무선 전력 송수신 코일(220)의 단부의 차폐 레이어(110) 외부로 노출된 부분을 소정 길이 남기고 절단하고 노출된 부분의 절연 피복을 제거하여 접속 단자인 접속부(211,222)를 생성한다(S400).
그 다음, 차폐 레이어(110)의 하면에 접착 레이어와 접착층 보호 레이어를 부착하는 단계를 추가하여 이동통신 단말기 제조시 접착층 보호 레이어(130)를 제거하고 바로 NFC 안테나 모듈(100)을 배터리에 부착할 수 있도록 한다.
또한, NFC 안테나 코일 및 무선 전력 송수신 코일을 형성한 후, 절연 필름으로 구성된 보호 커버 레이어(140)를 그 위에 부착하는 단계를 추가하여 차폐 레이어(110) 상에 코일(210)(220)이 안전하게 결합되어 있도록 한다.
100 : NFC 안테나 모듈 110 : 차폐 레이어
120 : 접착 레이어 130 : 접착층 보호 레이어
140 : 보호 커버 레이어 210 : NFC 안테나 코일
220 : 무선 전력 송수신 코일 211, 221 : 접속부

Claims (16)

  1. NFC 안테나 모듈에 있어서,
    연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 이루어진 차폐 레이어;
    도선을 상기 차폐 레이어 상에 융착하여 형성하는 NFC 안테나 코일; 및
    상기 차폐 레이어 상의 NFC 안테나 코일의 턴 내부에 도선을 융착하여 형성하는 무선 전력 송수신 코일을 포함하고,
    상기 연자성체 금속 분말과 상기 열가소성 수지의 복합재의 혼합비는 상기 연자성체 금속 분말이 85.0 중량% 내지 90.0 중량%이고, 상기 열가소성 수지는 10.0 중량% 내지 15.0 중량%인 NFC 안테나 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연자성체 금속분말은 알루미늄, 메탈 실리콘, 산화철을 포함하는 NFC 안테나 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 연자성체 금속분말의 혼합 비는 알루미늄은 5.0 중량% 내지 7.0 중량%, 메탈 실리콘은 8.0 중량% 내지 11.0 중량%이고, 산화철은 82 중량% 내지 87 중량%인 NFC 안테나 모듈.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 엘라스토머를 포함하는 NFC 안테나 모듈.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 차폐 레이어의 하면에 결합하는 접착 레이어; 및
    상기 접착 레이어 보호층을 더 포함하는 NFC 안테나 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 코일 및 상기 무선 전력 송수신 코일 상에 결합하여 상기 차폐 레이어 상에 결합된 상기 NFC 안테나 코일과 상기 무선 전력 송수신 코일을 보호하는 보호 커버 레이어를 더 포함하는 NFC 안테나 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 코일 및 상기 무선 전력 송수신 코일의 상기 차폐 레이어 외부로 노출된 부분을 소정 길이 남기고 절단하고 노출된 부분의 절연 피복을 제거하여 형성되는 접속부를 더 포함하는 NFC 안테나 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 코일 또는 상기 무선 전력 송수신 코일은 초음파 발생기의 진동 작용으로 가열되어 상기 차폐 레이어에 융착되는 NFC 안테나 모듈.
  11. NFC 안테나 모듈 제조 방법에 있어서,
    연자성체 금속 분말과 열가소성 수지의 복합재로 차폐 레이어 형성하는 단계;
    상기 단계에 형성된 차폐 레이어 상에 절연 피복된 도선을 초음파 가열 융착하여 회오리 모양으로 무선 전력 송수신 코일을 형성하는 단계;
    상기 차폐 레이어 상의 상기 무선 전력 송수신 코일 외부로 하나 이상의 턴을 형성하도록 절연층으로 피복된 도선을 초음파 가열 융착하여 NFC 안테나 코일을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 차폐 레이어를 형성하는 상기 연자성체 금속 분말과 상기 열가소성 수지 복합재의 혼합 비는 상기 연자성체 금속 분말이 85.0 중량% 내지 90.0 중량%이고, 상기 열가소성 수지가 10.0 중량% 내지 15.0 중량%인 NFC 안테나 모듈 제조 방법
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 NFC 안테나 코일 및 상기 무선 전력 송수신 코일을 구성하는 상기 도선들의 단부를 상기 차폐 레이어 외부로 노출하여 소정 길이 남기고 절단하고 상기 차폐 레이어 외부로 노출된 부분의 절연 피복을 제거하여 접속부를 생성하는 단계를 추가로 포함하는 NFC 안테나 모듈 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 연자성체 금속분말은 알루미늄, 메탈 실리콘, 산화철을 포함하는 NFC 안테나 모듈 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연자성체 금속분말의 혼합비는 알루미늄이 5.0 중량% 내지 7.0 중량%, 메탈 실리콘이 8.0 중량% 내지 11.0 중량%이고, 산화철이 82 중량% 내지 87 중량%인 NFC 안테나 모듈 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(Polyolefin elastomer)를 포함하는 NFC 안테나 모듈 제조 방법.
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