KR101417388B1 - 무선전력 수신장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치는 자성 기판 및 상기 자성 기판 상에 도전층으로 형성되어 무선으로 전력을 수신하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

무선전력 수신장치 및 그 제조 방법{WIRELESS POWER RECEIVER AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 무선전력 수신장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 무선전력 전송 또는 안테나에 적용되어 전체 두께를 감소시키고, 제조 공정을 단순화 시킨 무선전력 수신장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
무선으로 전기 에너지를 원하는 기기로 전달하는 무선전력전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도 되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다. 전자기 유도는 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말한다. 전자기 유도 방식은 소형 기기를 중심으로 상용화가 빠르게 진행되고 있으나, 전력의 전송 거리가 짧은 문제가 있다.
현재까지 무선 방식에 의한 에너지 전달 방식은 전자기 유도 이외에 공진 및 단파장 무선 주파수를 이용한 원거리 송신 기술 등이 있다.
그러나, 일반적으로 단말기에 내장된 무선전력 수신장치는 두께가 두껍고, 제조 공정이 복잡한 문제가 있다.
본 발명은 자성 기판 상면에 코일부를 직접 배치시켜 무선전력 수신장치의 두께를 크게 감소시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자성 기판 상면에 코일부 및 근거리 통신 안테나를 직접 배치시켜 높은 전력전송 효율을 유지시키며 외부 장치와 통신도 가능케 하는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자성 기판 상면에 코일부를 직접 배치시켜 무선전력 수신장치의 제조 공정을 단순화 시킨 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자성 기판의 내부에 코일부를 배치시켜 무선전력 수신장치의 두께를 크게 감소시킬 수 있는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자성 기판의 내부에 코일부를 배치시키고, 근거리 통신 안테나를 자성 기판에 배치시켜 높은 전력전송 효율을 유지시키며 외부 장치와 통신도 가능케 하는 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 자성 기판 내부에 코일부를 배치시켜 무선전력 수신장치의 제조 공정을 단순화 시킨 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치는 자성 기판 및 상기 자성 기판 상에 도전층으로 형성되어 무선으로 전력을 수신하기 위한 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치는 자성 기판 및 상기 자성 기판에 도전층으로 형성되어 무선으로 전력을 수신하기 위한 코일을 포함하며, 상기 코일의 일부가 상기 자성기판 내부에 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선으로 전력을 수신하는 무선전력 수신장치의 제조방법은 도전체와 보호 필름을 부착시키는 단계와 상기 도전체를 에칭하여 도전 패턴을 형성하는 단계와 상기 도전 패턴의 연결 단자에 외부 회로와 연결하기 위한 연결부를 접속시키는 단계와 일정 영역에 상기 연결부에 대응하는 수용 공간을 갖는 자성기판을 획득하는 단계 및 상기 자성 기판을 상기 연결부가 상기 수용 공간에 위치하도록 하여 상기 도전 패턴 상에 배치하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 무선전력 수신장치는 단말기에 내장될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 자성 기판 상면에 코일부를 직접 배치시켜 무선전력 수신장치의 두께를 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자성 기판 상면에 코일부 및 근거리 통신 안테나를 직접 배치시켜 높은 전력전송 효율을 유지시키며 동시에 외부 장치와 통신도 가능케 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 라미네이팅 및 에칭 과정만을 통해 자성 기판 상면에 코일부를 직접 배치시켜 무선전력 수신장치의 제조 공정을 단순화 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자성 기판의 내부에 도전 패턴을 형성하여 무선전력 수신장치의 두께를 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자성 기판의 내부에 도전 패턴을 형성하여 높은 전력전송 효율을 갖을 수 있으며, 동시에 근거리 통신 안테나를 이용하여 외부 장치와 통신도 가능케 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연결부가 자성기판의 수용공간에 배치됨에 따라 연결부의 두께만큼 무선전력 수신장치의 전체두께가 크게 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연결부로 테잎 부재를 사용하여, 무선전력 수신장치의 전체 사이즈를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 연결부로 리드 프레임을 사용하여 발열, 외부의 습기, 충격 등으로부터, 연결부에 포함된 배선층이 보호될 수 있고, 대량 생산이 가능한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 자성 기판의 내부에 형성된 도전 패턴으로 인해, 외부로 향하는 자기장의 방향을 코일부 측으로 변경시켜, 전력 전송 효율을 높일 수 있고, 동시에 외부로 누출되는 자기장의 양을 감소시켜, 인체 유해성을 갖는 자기장의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 패턴 홈을 형성하는 과정 및 코일부를 삽입하는 과정 만을 통해 무선전력 수신장치를 제조할 수 있어, 제조 공정이 단순화되는 효과가 있다.
한편 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 경우, 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법에 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 경우, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 13은 도 12의 연결부(300)에 도시된 점을 따라 B에서 B'로 자른 경우, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)를 C에서 C'로 자른 단면도이다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 자성 기판 상면에 코일부를 배치한 경우, 사용 주파수에 따른 코일부(200)의 인덕턴스, 저항, Q값의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 본 발명의 제5 실시 예에 따라 자성 기판 내부의 패턴 홈에 코일부를 배치한 경우, 사용 주파수에 따른 코일부(200)의 인덕턴스, 저항, Q값의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 24는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 자성 기판 상면에 코일부를 배치한 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 25는 본 발명의 제5 실시 예에 따라 자성 기판 내부의 패턴 홈에 코일부를 배치한 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 분해 사시도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이다.
도 28은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 29 내지 도 37은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서, 도전 패턴은 도전층의 형태를 의미할 수 있고, 패터닝 공정에 의해 형성된 구조를 의미할 수도 있다. 도전층은 도전 패턴과 대체가능한 의미로 사용될 수 있고, 패터닝, 에칭, 배치, 선별적 도금 공정을 포함하여 형성된 구조를 의미할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이고, 도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 경우, 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)를 포함할 수 있다.
무선전력 수신장치(1000)는 송신 측으로부터 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(1000)는 전자기 유도를 이용해 무선으로 전력을 수신 할 수 있다. 일 실시 예에서 무선전력 수신장치(1000)는 공진을 이용해 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
전자기 유도 및 공진 모두 자기장을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시킬 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시켜 외부에 누출될 수 있는 자기장의 양을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 차폐 효과를 가질 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 측방으로 변경시켜 코일부(200)에 자기장이 더 집중적으로 전달될 수 있도록 한다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장 중 외부로 누출되는 자기장을 흡수하여 열로 방출시킬 수도 있다. 외부에 누출되는 자기장의 양이 감소되면, 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 상황이 방지될 수 있다.
도 3을 참고하면, 자성 기판(100)은 자성체(110) 및 지지체(120)를 포함할 수 있다.
자성체(110)는 입자 또는 세라믹의 형태를 포함할 수 있다.
지지체(120)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
자성 기판(100)은 시트(Sheet) 형태로 구성될 수 있으며, 플렉서블(flexible)한 성질을 가질 수 있다.
다시 도 1을 설명하면, 코일부(200)는 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220) 및 코일(230)을 포함할 수 있다. 코일(230)은 도전층 또는 도전 패턴을 형성할 수 있다.
제1 연결단자(210)는 코일(230)의 일단에 제2 연결단자(220)는 코일(230)의 타단에 위치한다.
제1 연결단자(210) 및 제2 연결단자(220)는 연결부(300)와의 접속을 위해 필요한 단자이다.
코일(230)은 하나의 도선이 복수 번 권선된 코일 패턴을 형성할 수 있다. 일 실시 예에서 코일 패턴은 평면 나선 구조일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
코일부(200)는 자성 기판(100)의 상면에 직접 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 코일부(200)와 자성 기판(100) 사이에는 접착층(미도시)이 더 배치될 수 있다.
코일부(200)는 도전체를 포함할 수 있다. 도전체는 금속 또는 합금이 이용될 수 있다. 일 실시 예에서 금속은 은 또는 구리가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
코일부(200)는 송신 측으로부터 무선으로 수신한 전력을 연결부(300)에 전달할 수 있다. 코일부(200)는 송신 측으로부터 전자기 유도 또는 공진을 이용하여 전력을 수신할 수 있다.
연결부(300)는 제1 연결단자(310), 제2 연결단자(320), 인쇄회로기판(330)을 포함할 수 있다.
연결부(300)의 제1 연결단자(310)는 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 접속될 수 있고, 연결부(300)의 제2 연결단자(320)는 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 접속될 수 있다.
인쇄회로기판(330)은 배선층을 포함할 수 있고, 배선층은 후출할 수신회로 등이 배치될 수 있다.
연결부(300)는 수신회로(미도시)와 코일부(200) 사이를 연결하여 코일부(200)로부터 전달받은 전력을 수신회로(미도시)를 통해 부하(미도시)로 전달할 수 있다. 수신회로는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류회로 및 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 부하에 전달하는 평활회로를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 3은 코일부(200)와 연결부(300)가 연결된 상태인 경우, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 2는 코일부(200)와 연결부(300)가 서로 접속되어 있는 상태를 보여준다.
일 실시 예에서 코일부(200)와 연결부(300) 간의 접속은 솔더에 의해 이루어질 수 있다. 구체적으로 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제1 연결단자(310)는 제1 솔더(10)에 의해 연결될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 연결부(300)의 제2 연결단자(320)는 제2 솔더(20)에 의해 연결될 수 있다. 구체적으로, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 제1 솔더(10)의 비아홀을 통해 연결부(300)의 제1 연결단자(310)와 연결될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 제2 솔더(20)의 비아홀을 통해 연결부(300)의 제2 연결단자(320)와 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 무선전력 수신장치(1000)는 단말기 등과 같은 전자기기에 내장될 수 있다.
단말기는 셀룰러 폰, PCS(Personal Communication Servie) 폰, GSM 폰, CDMA-2000 폰, WCDMA 폰과 같은 통상적인 이동 전화기, PMP(Portable Multimedia Player), PDA(Personal Digital Assistants), 스마트폰, MBS(Mobile Broadcast System) 폰 일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 무선으로 전력을 수신할 수 있는 어떠한 장치든 상관없다.
도 2에서 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 단면에 대한 설명은 도 3에서 한다.
도 3은 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 경우, 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 자성 기판(100) 상면에는 코일부(200)의 구성요소인 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220) 및 코일(230)이 배치되어 있다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100)의 상면에 코일부(200)가 직접 배치되어 있어, 기존의 FPCB 상에 코일 패턴을 형성한 경우와 달리 전체적인 두께를 크게 감소시킬 수 있다.
바람직하게 자성 기판(100)의 두께는 0.43mm이고, 코일부(200)의 두께는 0.1mm이고, 이를 합한 두께는 0.53mm일 수 있다. 그러나, 이 수치는 예시에 불과하다.
즉, 코일부(200)를 도전체, 도전 패턴, 박막과 같은 형태로 구성함으로써 무선전력 수신장치(1000)의 두께를 감소시킬 수 있다. 이는, 요즘 휴대용 단말기와 같이 슬림화를 요구하고 있는 전자기기에 적용한다면 휴대용 단말기의 전제 두께를 감소시키면서 송신 측으로부터 전력을 수신하는데 유용한 효과를 가져올 수 있다.
코일부(200)의 상 측에는 연결부(300)가 직접 배치되어 있다. 코일부(200)의 상 측에 연결부(300)가 직접 배치됨에 따라 코일부(200)와 연결부(300)가 쉽게 접속될 수 있다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 솔더(10)에 의해 연결부(300)의 제1 연결단자(310)와 접속된다.
코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 솔더(20)에 의해 연결부(300)의 제2 연결단자(320)와 접속된다.
코일(230)의 폭(W)과 두께(T)는 소정의 값을 갖도록 설계될 수 있다. 코일(230)과 코일(230) 사이의 간격 또한, 소정의 거리 값을 갖도록 설계될 수 있다.
도 4 내지 도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법에 설명하기 위한 도면이다.
무선전력 수신장치(1000)의 구성은 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 본질적으로 결합될 수 있다.
먼저, 도 4를 참고하면, 자성 기판(100)이 형성된다.
다음으로 도 5를 참고하면, 자성 기판(100)의 상면에 직접 도전체(201)를 적층시킨다. 일 실시 예에서는 자성 기판(100)의 상면에 접착층이 적층된 후, 도전체(201)가 적층될 수도 있다.
일 실시 예에서 자성 기판(100)의 상면에 도전체(201)를 적층시키는 방법은 도전체(201)를 소정의 온도에서 가열하고, 그 후, 소정의 압력을 가하는 라미네이팅(laminating) 공정이 사용될 수 있다. 라미네이팅(laminating) 공정이란, 열과 압력을 이용하여 서로 다른 종류의 금속박, 종이 등을 접착시키는 공정을 의미한다.
다음으로 도 6을 참고하면, 도전체(201)의 상 면에 마스크(500)가 적층된다. 마스크(500)는 코일부(200)의 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)이 형성될 위치의 상 면에만 적층될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참고하면, 도 6의 상태에서 에칭액에 담구면 마스크(500)가 위치하지 않은 홈 부분이 식각된다. 그러면, 도전체(201)는 일정한 도전 패턴을 형성하게 된다.
그 후, 마스크(500)를 제거하면, 무선전력 수신장치(1000)의 코일부(200)가 형성된다.
다음으로 도 8을 참고하면, 코일부(200)와 연결부(300)가 접속되도록 솔더링 작업을 거친다.
즉, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제3 연결단자(310)를 솔더(10)에 의해 접속시키고, 코일부(200)의 제2 연결단자(200)와 연결부(300)의 제4 연결단자(320)를 솔더(20)에 의해 접속시킨다.
상기와 같이 자성 기판(100) 상 면에 직접 코일부(200)를 배치시킴으로써, 무선전력 수신장치(1000)의 전체 두께를 크게 감소시킬 수 있고, 라미네이팅과 에칭 과정만을 통해 무선전력 수신장치(1000)를 제조할 수 있어 공정이 단순화되는 효과가 있다.
도 9는 도 2의 연결부(300)에 도시된 점선을 따라 A에서 A'로 자른 경우, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
도 9를 참고하면, 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300), 접착층(700)을 포함할 수 있다.
자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)는 도 1에서 설명한 것과 같다.
접착층(700)은 자성 기판(100)과 코일부(200) 사이에 배치되어 자성 기판(100)과 코일부(200)를 접착시킨다.
도 10은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 10을 참고하면, 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300), 근거리 통신 안테나(600)를 포함할 수 있다.
자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)에 대한 설명은 도 1 내지 도 3에서 설명한 것과 같다.
근거리 통신 안테나(600)는 제1 연결단자(610), 제2 연결단자(620), 외곽 코일(630)을 포함한다.
근거리 통신 안테나(600)의 제1 연결단자(610) 및 제2 연결단자(620)는 연결부(300)에 접속된다.
근거리 통신 안테나(600)는 근거리 무선통신이 가능한 리더기와 통신을 수행할 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 상기 리더기와 정보를 송수신하는 안테나의 역할을 수행한다.
일 실시 예에서 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 코일부(200)가 자성 기판(100)의 중앙에 배치된 경우, 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)를 감싸도록 자성 기판(100)의 외곽을 따라 배치될 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 하나의 도선이 복수 번 권선된 사각형의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)처럼 도전 패턴, 도전층을 형성할 수 있다.
근거리 통신 안테나(600)에서 사용되는 근거리 통신규격은 다양한 기술이 사용될 수 있으나, NFC(Near Field Communication)을 이용함이 바람직하다. NFC(Near Field Communication)는 13.56MHz의 대역을 가지며, 가까운 거리의 무선통신을 하기 위한 기술이다.
근거리 통신 안테나(600)는 자성 기판(100)의 상면에 직접 배치될 수 있다.
근거리 통신 안테나(600)가 자성 기판(100)에 배치되는 방법은 상기 도 4에서 설명한 제조 방법과 동일할 수 있다.
다음으로 도 11 내지 도 13에서 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 상세한 구성을 설명한다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이다.
도 11을 참고하면, 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)를 포함한다.
코일부(200), 연결부(300)에 대한 설명은 도 1에서 설명한 것과 같다. 다만, 자성 기판(100)의 경우, 일부 구조가 다르므로 이를 중심으로 설명한다.
도 11을 참고하면, 자성 기판(100)은 연결부(300)의 구조와 동일한 구조를 갖는 수용영역(130)을 형성하고 있다. 즉, 도 1의 경우, 자성 기판(100) 상면에 코일부(200)가 배치되고, 코일부(200) 위에 연결부(300)가 연결되는 구조이나, 도 11의 경우, 자성 기판(100) 자체에 연결부(300)의 구조와 동일한 구조에 해당하는 부분만큼 수용영역(130)이 형성되어, 코일부(200)의 하측에 연결부(300)가 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이다.
도 12는 코일부(200)와 연결부(300)가 서로 접속되어 있는 상태를 보여준다.
연결부(300)의 두께는 자성 기판(100)의 두께와 같거나 작을 수 있다. 연결부(300)는 플렉서블한 인쇄회로기판(FPCB: Flexible PCB)로 구현될 수 있다.
연결부(300)는 자성 기판(100)의 수용영역(130)에 배치될 수 있다.
연결부(300)의 두께가 자성 기판(100)의 두께와 같거나 작다면, 도 3의 실시 예와 달리, 연결부(300)의 두께만큼 무선전력 수신장치(1000)의 전체 두께가 감소할 수 있다. 또한, 자성 기판(100)이 수용영역(130)만큼 자성체(110) 및 지지체(120)가 덜 필요하게 되므로, 비용상 이점이 있다.
도 13은 도 12의 연결부(300)에 도시된 점을 따라 B에서 B'로 자른 경우, 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
연결부(300)의 두께는 자성 기판(100)의 두께보다 작은 경우를 가정하여 설명한다.
도 13을 참고하면, 연결부(300) 상면에는 코일부(200)의 구성요소인 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)이 배치되어 있다.
코일부(200)의 하 측에는 연결부(300)가 배치되어 있다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 솔더(10)에 의해 연결부(300)의 제1 연결단자(310)와 접속된다.
코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 솔더(20)에 의해 연결부(300)의 제2 연결단자(320)와 접속된다.
코일(230)의 폭(W)과 두께(T)는 소정의 값을 갖도록 설계될 수 있다. 코일(230)과 코일(230) 사이의 간격 또한, 소정의 거리 값을 갖도록 설계될 수 있다.
도 13을 참고하면, 연결부(300)의 두께가 자성 기판(100)의 두께보다 작으므로, 도 3의 실시 예와 달리, 연결부(300)의 두께만큼 무선전력 수신장치(1000)의 전체 두께가 감소할 수 있다. 또한, 자성 기판(100)이 도 10에서 도시한 수용영역(130)만큼 자성체(110) 및 지지체(120)가 덜 필요하게 되므로, 비용상 이점이 있다.
다음으로, 도 14 내지 도 20에서 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)에 대해 상세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이고, 도 15는 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 평면도이고, 도 16은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)를 C에서 C'로 자른 단면도이고, 도 17 내지 도 21은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 14를 참조하면, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100), 코일부(200), 연결부(300)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 무선전력 수신장치(1000)는 송신 측으로부터 전자기 유도에 의해 전력을 수신할 수 있다. 이 경우, 코일부(200)의 코일(210)은 송신 측의 코일과 전자기 유도에 의해 무선으로 전력을 수신할 수 있다.
일 실시 예에서 무선전력 수신장치(1000)는 송신 측으로부터 공진에 의해 전력을 수신할 수 있다. 이 경우, 코일부(200)의 코일(230)은 송신 측의 송신 공진 코일과 공진 주파수에서 동작하여 전력을 수신하는 수신 공진 코일 및 수신 공진 코일과 커플링되어 전달받은 전력을 수신회로로 전달하는 수신 유도 코일을 포함할 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시킬 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시켜 외부에 누출될 수 있는 자기장의 양을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 차폐 효과를 가질 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 측방으로 변경시켜 코일부(200)에 자기장이 더 집중적으로 전달될 수 있도록 한다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장 중 외부로 누출되는 자기장을 흡수하여 열로 방출시킬 수도 있다. 외부에 누출되는 자기장의 양이 감소되면, 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 상황이 방지될 수 있다.
도 16을 참고하면, 자성 기판(100)은 자성체(110) 및 지지체(120)를 포함할 수 있다.
자성체(110)는 입자 또는 세라믹의 형태를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 자성체(110)는 스피넬 타입, 헥사 타입, 센다스트 타입, 퍼멀로이 타입의 자성체 중 어느 하나일 수 있다.
지지체(120)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 자성 기판(100)을 지지하는 역할을 수행한다.
자성 기판(100)은 시트(Sheet) 형태로 구성될 수 있으며, 플렉서블(flexible)한 성질을 가질 수 있다.
다시 도 14를 설명하면, 코일부(200)는 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)을 포함할 수 있다. 코일(230)은 도전층 또는 도전 패턴을 형성할 수 있다.
코일부(200)는 자성 기판(100)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 코일부(200)는 자성 기판(100)의 내부에 함몰되어 배치될 수 있다. 더 구체적으로, 자성 기판(100)은 패턴 홈을 포함할 수 있고, 상기 패턴 홈에는 상기 코일부(200)가 배치될 수 있다. 상기 패턴 홈은 상기 코일부(200)가 형성하는 도전 패턴 또는 도전층의 형태와 동일한 형태를 가질 수 있다.
코일부(200)의 두께는 자성 기판(100)의 두께보다 더 작고, 코일부(200)의 상 측은 자성 기판(100)의 외부로 노출될 수 있다.
자성 기판(100)에 코일부(200) 및 연결부(300)가 배치되어 무선전력 수신장치(1000)가 제조되는 공정은 도 17 내지 도 21에서 후술한다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 코일(230)의 일단에 제2 연결단자(220)는 코일(230)의 타단에 위치한다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210) 및 제2 연결단자(220)는 연결부(300)와의 접속을 위해 필요한 단자이다.
코일(230)은 하나의 도선이 복수 번 권선된 패턴을 형성할 수 있다. 일 실시 예에서 패턴은 평면 나선 구조일 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없고, 다양한 패턴을 형성할 수 있다.
코일부(200)는 송신 측으로부터 무선으로 수신한 전력을 연결부(300)에 전달할 수 있다. 코일부(200)는 송신 측으로부터 전자기 유도 또는 공진을 이용하여 수신한 전력을 연결부(300)에 전달할 수 있다.
연결부(300)는 제1 연결단자(310), 제2 연결단자(320), 인쇄회로기판(330)을 포함할 수 있다.
연결부(300)의 제1 연결단자(310)는 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 접속될 수 있고, 연결부(300)의 제2 연결단자(320)는 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 접속될 수 있다.
인쇄회로기판(330)은 배선층을 포함할 수 있고, 배선층은 후출할 수신회로 등을 포함할 수 있다.
연결부(300)는 수신회로(미도시)와 코일부(200) 사이를 연결하여 코일부(200)로부터 전달받은 전력을 수신회로를 통해 부하(미도시)로 전달할 수 있다. 수신회로는 교류전력을 직류전력으로 변환하는 정류회로(미도시) 및 변환된 직류전력에서 리플 성분을 제거하여 부하에 전달하는 평활회로(미도시)를 포함할 수 있다.
도 15 내지 도 16은 코일부(200)와 연결부(300)가 연결된 상태인 경우, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 코일부(200)와 연결부(300)가 서로 접속되어 있는 상태를 보여준다.
코일부(200)와 연결부(300) 간의 접속은 솔더에 의해 이루어질 수 있다.
도 16을 참조하면, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제1 연결단자(310)는 제1 솔더(10)에 의해 연결될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 연결부(300)의 제2 연결단자(320)는 제2 솔더(20)에 의해 연결될 수 있다. 구체적으로, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 제1 솔더(10)의 비아홀을 통해 연결부(300)의 제1 연결단자(310)와 연결될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 제2 솔더(20)의 비아홀을 통해 연결부(300)의 제2 연결단자(320)와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서 상기 비아홀은 레이져를 이용하여 형성될 수 있다. 이 때, 레이져는 UV 레이져, CO2 레이져 등이 이용될 수 있다.
도 16을 참조하면, 자성 기판(100) 및 코일부(200)가 연결부(300)와 접속되어 있는 무선전력 수신장치(1000)의 단면도가 도시되어 있다.
즉, 자성 기판(100)의 패턴 홈(140)에는 코일부(200)의 구성요소인 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220), 코일(230)이 배치될 수 있다.
또한, 자성 기판(100) 및 코일부(200)가 연결부(300)와 접속되어 있는 상태가 도시되어 있다.
코일(230)의 폭(W)과 두께(T), 자성 기판(100)의 두께(T1)은 소정의 값을 갖도록 설계될 수 있다. 일 실시 예에서 코일(230)의 두께는 0.1mm, 자성 기판(100)의 두께는 0.43mm일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다. 일 실시 예에서 코일(230)의 두께(T)는 자성 기판(100)의 두께(T1)보다 작을 수 있다.
본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100)의 패턴 홈(140)에 코일부(200)가 직접 배치되어 있어, 코일부(200)의 두께만큼 무선전력 수신장치(1000)가 장착된 전자기기의 전체 두께가 감소될 수 있다. 본 발명의 제5 실시 예를 휴대용 단말기와 같은 무선전력 수신장치(1000)를 장착하고 있는 전자기기에 적용한다면, 슬림화가 요구되고 있는 휴대용 단말기의 전체 두께를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100)의 패턴 홈(140)에 코일부(200)가 배치되어 있어, 기존의 FPCB 상에 코일 패턴을 형성한 경우와 달리, 무선전력 수신장치(1000)가 장착된 전자기기의 전체 사이즈가 감소될 수 있다.
도 17 내지 도 21은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 도 14 내지 도 16의 내용과 결부시켜, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 17을 참조하면, 자성 기판(100)이 배치된다. 일 실시 예에서 자성 기판(100)은 폴리에틸렌계 고무 위에 센더스트(sendust) 합금계(Al, Fe, SiO2) 금속 분말을 도포하고, 표면에 산화 피막을 형성하여 제조될 수 있다.
다음으로, 도 18을 참조하면, 자성 기판(100)에 코일부(200)를 수용할 수 있는 패턴 홈을 형성하기 위해 금형(1)을 이용하여, 열과 압력을 동시에 가한다. 금형(1)은 코일부(200)의 형상과 같도록 제작될 수 있다. 일 실시 예에서 금형(1)의 재료로는 알루미늄 합금, 구리합금, 주철 등이 사용될 수 있다.
금형(1)에는 무선으로 전력을 수신하기 위한 코일부(200)가 배치될 위치에 대응한 돌출부가 형성될 수 있다.
금형(1)을 이용하여, 열을 가할 시, 자성 기판(100)의 구성요소인 센더스트 합금계 금속 분말의 특성을 고려하여 특정 온도를 갖는 열을 가한다. 일 실시 예에서 자성 기판(100)이 상기 폴리에틸렌계 고무 위에 센더스트(sendust) 합금계 금속 분말을 도포하여 제조된 경우, 금형(1)을 이용하여 열과 압력을 가할 시, 100도 이상 180도 이하의 온도에서 고압으로 압력을 가한 후, 100도 이하의 온도로 냉각시킨 다음, 자성 기판(100)으로부터 금형(1)을 분리한다. 금형(1)을 이용하여, 자성 기판(100)에 압력을 가한 후, 금형(1)을 바로 분리하게 되면, 패턴 홈(140)에 남아있는 열로 인해, 원하고자 하는 패턴 홈(140)이 형성되지 않을 수 있기 때문에, 100도 이하로 냉각 시킨 후, 자성 기판(100)으로부터 금형(1)을 분리시킬 필요가 있다.
만약, 자성 기판(100)으로 센더스트 합금계 금속 분말을 사용하는 경우, 분말의 배열, 밀도 등에 따라 가하는 온도와 압력이 달라질 수 있다. 즉, 분말의 배열이 균일하지 못한 경우에는 더 높은 온도와 압력을 가해야 하며, 분말의 배열이 균일한 경우에는 분말의 배열이 균일하지 못한 경우에 비해 더 낮은 온도 및 압력을 가해도 된다. 또한, 분말의 밀도가 낮은 경우에는 높은 경우에 비해 더 낮은 온도 및 압력을 가해도 된다. 또한, 분말의 성분 즉, 분말을 구성하는 합금에 따라 가해지는 온도 및 압력이 달라질 수도 있다.
이와 같이, 분말의 배열, 밀도, 성분에 따라 가해지는 온도는 달라질 수 있다.
일 실시 예에서 금형(1)을 이용하여, 열과 압력을 가하는 대신, 자성 기판(100)에 코일부(200)를 수용할 수 있는 패턴 홈을 형성하기 위해 레이져를 조사할 수 있다. 패턴 홈은 자외선 영역의 파장을 갖는 레이져 빔을 발사하는 엑시머 레이져(excimer laser)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 엑시머 레이져는 KrF 엑시머 레이져(크립톤 불소, 중심파장 248nm) 또는 ArF 엑시머 레이져(아르곤 불소, 중심파장 193nm) 등이 사용될 수 있다.
다음으로, 도 19를 참조하면, 도 19는 금형(1)을 자성 기판(100)으로부터 분리 시 패턴 홈(140)이 형성된 자성 기판(100)의 상태를 보여준다.
다음으로, 도 20을 참조하면, 도 19의 상태에서 자성 기판(100)에 형성된 패턴 홈(140)에 코일부(200)를 삽입한다. 코일부(200)가 삽입되면, 자성 기판(100)의 패턴 홈(140)는 일정한 도전 패턴이 형성된다.
일 실시 예에서 자성 기판(100)의 패턴 홈(140)에 코일부(200)가 삽입되는 과정은 도금 또는 코일부(200)가 형성하는 도전 패턴을 갖도록 에칭과정을 거친 금속을 삽입하는 방법이 사용될 수 있다.
구체적으로, 도금은 패턴 홈(140)을 금속 물질로 충진하는 공정을 통해 코일부(200)가 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속 물질은 Cu, Ag, Sn, Au, Ni 및 Pd 중 선택되는 어느 하나의 물질일 수 있으며, 상기 금속 물질 충진은 무전해 도금, 전해 도금, 스크린 인쇄(Screen Printing), 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Ecaporation), 잉크젯팅 및 디스펜싱 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 방식을 이용할 수 있다.
다음으로, 도 21을 참조하면, 코일부(200)와 연결부(300)가 접속되도록 솔더링 작업을 거친다.
즉, 코일부(200)의 제1 연결단자(210)와 연결부(300)의 제1 연결단자(310)를 솔더(10)에 의해 접속시키고, 코일부(200)의 제2 연결단자(200)와 연결부(300)의 제2 연결단자(320)를 솔더(20)에 의해 접속시킨다.
이와 같이, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법은 자성 기판(100)에 패턴 홈을 형성하고, 형성된 패턴 홈에 코일부(200)를 배치시킴으로써, 무선전력 수신장치(1000)의 전체 두께를 감소시킬 수 있고, 패턴 홈을 형성하는 과정 및 코일부를 삽입하는 과정 만을 통해 무선전력 수신장치(1000)를 제조할 수 있어, 제조 공정이 단순화되는 효과가 있다.
도 22는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 자성 기판 상면에 코일부를 배치한 경우, 사용 주파수에 따른 코일부의 인덕턴스, 저항, Q값의 변화를 설명하기 위한 도면이고, 도 23은 본 발명의 제5 실시 예에 따라 자성 기판 내부의 패턴 홈에 코일부를 배치한 경우, 사용 주파수에 따른 코일부(200)의 인덕턴스, 저항, Q값의 변화를 설명하기 위한 도면이다.
코일부(200)의 인덕턴스, 저항 및 Q 값의 관계식은 다음의 [수학식 1]을 통해 표현될 수 있다.
[수학식 1]
Q=w*L/R
[수학식 1]에서 w는 전력 전송 시 사용되는 주파수이고, L은 코일부(200)의 인덕턴스, R은 코일부(200)의 저항을 나타낸다.
[수학식 1]에서 확인할 수 있듯이, 코일부(200)의 인덕턴스는 그 값이 증가할수록 Q값이 높아진다. Q값이 증가하면, 전력 전송 효율이 좋아질 수 있다. 코일부(200)의 저항은 코일부(200) 자체에서 발생하는 전력 손실량을 수치화한 것이며, 그 값이 작을수록 Q 값이 증가한다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 사용 주파수가 150kHz 일때를 비교하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 자성 기판(100) 상면에 코일부(200)를 배치한 경우에 비해, 도 23은 본 발명의 제5 실시 예에 따라 자성 기판(100) 내부의 패턴 홈(140)에 코일부(200)를 배치한 경우, 코일부(200)의 인덕턴스는 약 9986.92um에서 약 10339.34um로 352.42um만큼 증가하였고, 코일부(200)의 저항은 약 0.910옴에서 약 0.853옴으로 0.057옴만큼 감소한 것을 확인할 수 있다. 결국, 인덕턴스의 증가 및 저항의 감소양만큼 Q값이 증가한다.
따라서, 본 발명의 제5 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 자성 기판(100) 내부의 패턴 홈에 코일부(200)를 배치하여, Q값을 높일 수 있다.
도 24는 본 발명의 제1 실시 예에 따라 자성 기판 상면에 코일부를 배치한 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이고, 도 25는 본 발명의 제5 실시 예에 따라 자성 기판 내부의 패턴 홈에 코일부를 배치한 경우, 자기장의 방사 패턴을 보여주기 위한 H-Field이다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 자성 기판(100) 내부의 패턴 홈에 코일부(200)를 배치한 경우가 자성 기판(100) 상면에 코일부를 배치한 경우에 비해, 코일부(200)의 외측에서 자기장이 더 많이 방사됨을 확인할 수 있다. 이는, 자성 기판(100) 내부에 코일부(200)가 함몰된 구조에 의해 외부로 향하는 자기장의 방향을 코일부(200)의 측방으로 변경시키기 때문이다.
또한, 자성 기판(100) 내부의 패턴 홈에 코일부(200)를 배치한 경우가 자성 기판(100) 상면에 코일부(200)를 배치한 경우에 비해, 코일부(200)의 내측에서 자기장이 더 많이 방사됨을 확인할 수 있다. 이 또한, 자성 기판(100) 내부에 코일부(200)가 함몰된 구조에 의해 외부로 향하는 자기장의 방향을 코일부(200)의 측방으로 변경시키기 때문이다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 무선전력 수신장치(1000)는 근거리 통신 안테나(600)를 더 포함할 수 있다.
근거리 통신 안테나(600)는 근거리 무선통신이 가능한 리더기와 통신을 수행할 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 상기 리더기와 정보를 송수신하는 안테나의 역할을 수행한다.
일 실시 예에서 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)의 외곽에 배치될 수 있다. 일 실시 예에서 코일부(200)가 자성 기판(100)의 중앙에 배치된 경우, 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)를 감싸도록 자성 기판(100)의 외곽을 따라 배치될 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 하나의 도선이 복수 번 권선된 사각형의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)처럼 도전 패턴, 도전층을 형성할 수 있다.
근거리 통신 안테나(600)에서 사용되는 근거리 통신규격은 다양한 기술이 사용될 수 있으나, NFC(Near Field Communication)을 이용함이 바람직하다.
다음으로, 도 26 내지 도 37을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치에 대해 설명한다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 분해 사시도이고, 도 27은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 사시도이고, 도 28은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 단면도이다.
한편, 도 27은 도 26에 도시된 무선전력 수신장치(1000)의 구성요소를 결합해 놓은 사시도이고, 일부 구성요소가 생략되어 결합한 형태를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)는 휴대용 단말기와 같은 전자기기에 장착될 수 있다.
도 26내지 도 28을 참조하면, 무선전력 수신장치(1000)는 자성기판(100), 코일부(200), 연결부(300), 근거리 통신 안테나(600), 접착층(700), 제1 양면 접착층(710), 제2 양면 접착층(720), 보호 필름(800) 및 박리지층(730)을 포함할 수 있다.
먼저, 도 26을 참조하면, 자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 변경시킬 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 코일부(200)가 전달받는 자기장의 방향을 변경시켜 외부에 누출될 수 있는 자기장의 양을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 차폐 효과를 가질 수 있다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 전달받는 자기장의 방향을 측방으로 변경시켜 코일부(200)에 자기장이 더 집중적으로 전달될 수 있도록 한다.
자성 기판(100)은 송신 측으로부터 코일부(200)가 전달받는 자기장 중 외부로 누출되는 자기장을 흡수하여 열로 방출시킬 수도 있다. 외부에 누출되는 자기장의 양이 감소되면, 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있는 상황이 방지될 수 있다.
도 28을 참고하면, 자성 기판(100)은 자성체(110) 및 지지체(120)를 포함할 수 있다.
자성체(110)는 입자 또는 세라믹의 형태를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 자성체(110)는 스피넬 타입, 헥사 타입, 센다스트 타입, 퍼멀로이 타입의 자성체 중 어느 하나일 수 있다.
지지체(120)는 열경화성 수지 또는 열가소성 수지를 포함할 수 있으며, 자성 기판(100)을 지지하는 역할을 수행한다.
다시 도 26을 설명하면, 자성 기판(100)은 시트(Sheet) 형태로 구성될 수 있으며, 플렉서블(flexible)한 성질을 가질 수 있다.
자성 기판(100)은 일정영역에 수용공간(130)을 가질 수 있다. 수용공간(130)은 연결부(300)의 형태와 동일한 형태를 가질 수 있고, 연결부(300)는 상기 수용공간(130)에 배치되어 코일부(200)와 접속될 수 있다.
코일부(200)는 송신 측으로부터 전자기 유도 또는 공진을 이용해 무선으로 전력을 수신할 수 있다. 코일부(200)는 도 1에서 설명한 바와 마찬가지로, 제1 연결단자(210), 제2 연결단자(220) 및 코일(230)을 포함할 수 있다. 코일(230)은 도전층 또는 도전패턴으로 형성될 수 있다.
연결부(300)는 코일부(200)와 수신회로(미도시) 사이를 연결하여 코일부(200)로부터 전달받은 전력을 수신회로를 통해 부하(미도시)로 전달할 수 있다.
연결부(300)는 배선층을 포함할 수 있고, 배선층은 상기 수신회로를 포함할 수 있다. 상기 수신회로는 코일부(200)로부터 전달받은 전력을 정류하는 정류회로, 노이즈 신호를 제거하는 평활회로 및 무선으로 전력을 수신하기 위한 전반적인 동작을 수행하는 메인 IC칩을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수신회로는 근거리 통신 안테나(600)로부터 수신한 신호를 근거리 통신 신호 처리부(미도시)에 전달할 수 있다.
연결부(300)는 자성 기판(100)의 수용공간(130)에 배치되어 코일부(200)와 접속 가능하다. 도 27을 함께 참조하면, 자성 기판(100)의 수용공간(130)에 연결부(300)가 배치된 것을 확인할 수 있다.
연결부(300)는 제1 연결단자(310), 제2 연결단자(320), 제3 연결단자(340) 및 제4 연결단자(350)를 포함할 수 있고, 연결부(300)의 제1 연결단자(310)는 코일부(200)의 제1 연결단자(310)와 접속될 수 있고, 연결부(300)의 제2 연결단자(320)는 코일부(200)의 제2 연결단자(220)와 접속될 수 있고, 연결부(300)의 제3 연결단자(340)는 근거리 통신 안테나(600)의 제1 연결단자(610)와 접속될 수 있고, 연결부(300)의 제4 연결단자(350)는 근거리 통신 안테나(600)의 제2 연결단자(620)와 접속될 수 있다.
연결부(300)는 수용공간(130)의 형태와 동일한 형태를 가지고, 수용공간(130)에 배치될 수 있다. 연결부(300)가 자성기판(100)의 수용공간(130)에 배치됨에 따라 연결부(300)의 두께만큼 무선전력 수신장치(1000)의 전체두께가 크게 감소될 수 있다. 이로 인해, 무선전력 수신장치(1000)가 장착된 휴대용 단말기와 같은 전자기기의 두께도 크게 감소될 수 있다.
일 실시 예에서 연결부(300)는 플렉서블한 인쇄회로기판(FPCB: Flexible Printed Circuit) 또는 테잎 부재(TS: Tape Substrate) 또는 리드 프레임(LF: Lead Frame)이 사용될 수 있다. 연결부(300)로 테잎 부재를 사용하는 경우, 연결부(300)의 두께가 감소되어 무선전력 수신장치(1000)의 전체 사이즈를 줄일 수 있다.
연결부(300)로 리드 프레임을 사용하는 경우, 발열, 외부의 습기, 충격 등으로부터, 연결부(300)에 포함된 배선층이 보호될 수 있고, 대량 생산이 가능한 장점이 있다.
다시 도 26을 설명하면, 근거리 통신 안테나(600)는 근거리 무선 통신이 가능한 리더기와 통신을 수행할 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 상기 리더기와 정보를 송수신하는 역할을 수행할 수 있다.
근거리 통신 신호 처리부(미도시)는 연결부(300)를 통해 근거리 통신 안테나(600)에서 수신한 신호를 전달받아 처리할 수 있다.
근거리 통신 안테나(600)에서 사용되는 근거리 통신규격은 다양한 기술이 사용될 수 있으나, NFC(Near Field Communication)을 이용함이 바람직하다.
일 실시 예에서 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)의 외곽에 배치될 수 있다. 도 27을 참조하면, 코일부(200)가 자성 기판(100) 상에 배치된 경우, 근거리 통신 안테나(600)는 코일부(200)를 감싸도록 자성 기판(100)의 외곽을 따라 배치될 수 있다. 근거리 통신 안테나(600)는 하나의 도선이 복수 번 권선된 사각형의 형태를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
다시 도 26을 설명하면, 접착층(미도시)은 보호 필름(800)의 하측에 배치될 수 있고, 보호 필름(800)을 코일부(200) 및 근거리 통신 안테나(600)에 부착시킬 수 있다. 이에 대해서는, 후술한다.
제1 양면 접착층(710)은 코일부(200), 근거리 통신 안테나(600)와 자성 기판(100) 사이에 배치되어, 코일부(200)와 자성 기판(100)을 부착시킬 수 있다. 이에 대해서는 후술한다. 제1 양면 접착층(710)에는 자성 기판(100)과 마찬가지로 연결부(300)의 형태와 동일한 형태의 수용 공간이 마련될 수 있다.
도 28을 참조하면, 제2 양면 접착층(720)은 보호 필름(800)과 박리지층(730)을 부착시킬 수 있다. 이에 대해서는 후술한다.
코일부(200)는 자성기판(100) 상에 배치될 수 있고, 스파이럴 타입의 구조를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
다음으로, 도 29 내지 도 37을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 무선전력 수신장치(1000)의 제조 방법을 설명한다.
공정이 시작되면, 도 29와 같이, 도전체(201), 접착층(700), 보호 필름(800)을 준비한다.
일 실시 예에서 도전체(201)는 구리를 포함하는 합금으로 형성될 수 있으며, 구리는 압연박, 전해박 형태가 사용될 수 있다. 도전체(201)는 요구되는 제품의 사양에 따라 다양한 두께를 가질 수 있다. 일 실시 예에서 도전체(201)의 두께는 100um일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
접착층(700)은 도전체(201)와 보호 필름(800)의 접착력을 강화시키기 위한 것으로, 열경화성 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 바람직하게, 접착층(700)의 두께는 17um일 수 있으나, 이는 예시에 불과하다.
보호 필름(800)은 도전체(201)가 일정한 도전 패턴을 형성하는 공정에서 도전체(201)를 보호하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 보호 필름(800)은 후술할 에칭 공정에서 도전체(201)를 지지하여 일정한 도전 패턴을 형성하도록 도전체(201)를 보호할 수 있다.
일 실시 예에서 보호 필름(800)은 폴리이미드 필름(PI Flim: Polyimide Film)이 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
다음으로, 도 30과 같이, 도전체(201)와 보호 필름(800)은 접착층(700)을 통해 부착될 수 있다. 상기 부착은 라미네이팅(laminating) 공정이 이용될 수 있다. 라미네이팅(laminating) 공정은 소정의 열과 압력을 가하여 서로 다른 재료의 물질을 접착시키는 공정이다.
다음으로, 도 31과 같이, 도전체(201)의 상면에 감광성 필름(900)을 부착한다. 감광성 필름은 도전체(201)를 에칭하여 일정한 도전 패턴을 형성하기 위한 것으로, UV 노광 타입 또는 LDI 노광 타입의 필름이 사용될 수 있다. 또 다른 실시 예에서 도전체(201)의 상면에는 감광성 필름(900) 대신 감광성 도포액이 도포될 수도 있다.
다음으로, 도 32와 같이, 감광성 필름(900)을 노광하고, 현상하여 마스크 패턴(910)을 형성한다.
마스크 패턴(910)은 상기 노광 및 현상 공정을 통해 일정한 도전 패턴이 형성될 위치의 상면에 형성될 수 있다.
노광은 도전 패턴이 형성될 부분과 형성되지 않을 부분을 구분하여 감광성 필름(900)에 빛을 조사하는 것을 의미한다. 즉, 노광은 도전 패턴이 형성되지 않을 부분에 빛을 조사하는 공정이다. 현상은 노광에 의해 빛이 조사된 부분을 제거하는 공정을 의미한다.
상기 노광 및 현상 공정에 의해 코일부(200) 및 근거리 통신 안테나(600)가 형성될 부분에 마스크 패턴(910)이 형성될 수 있다. 마스크 패턴(910)에 의해 노출되는 도전체(201) 부분이 식각될 수 있다.
다음으로, 도 33과 같이, 에칭(Etching) 공정을 통해 마스크 패턴(910)이 형성되지 않은 홈 부분이 식각될 수 있다. 에칭은 마스크 패턴(910)이 형성되지 않는 부분에 위치한 도전체(201)와 화학 반응하는 물질을 이용하여 마스크 패턴(910)이 형성되지 않는 부분에 위치한 도전체(201)를 부식시켜 없애는 공정을 의미한다. 일 실시 예에서 도전체(201)는 습식 또는 건식 식각에 의해 패터닝 될 수 있다.
다음으로 도 34와 같이, 마스크 패턴(910)을 제거하면, 코일부(200)의 제1 연결단자(210) 및 제2 연결단자(220), 근거리 통신 안테나(600)의 제1 연결단자(610) 및 제2 연결단자(620), 일정한 도전 패턴을 갖는 코일(230) 및 일정한 도전 패턴을 갖는 근거리 통신 안테나(600)가 형성될 수 있다.
다음으로, 도 35과 같이, 코일부(200) 및 근거리 통신 안테나(600)가 연결부(300)에 접속되도록 솔더링(soldering) 공정을 거친다. 일 실시 예에서 솔더링 공정은 reflow 공정이 사용될 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. reflow 공정은 고원의 열원을 가하여 솔더 크림을 용융하여 코일(230) 및 근거리 통신 안테나(600)와 연결부(300)간의 전기적 접속을 안정되게 접합하는 공정이다.
코일부(200)의 제1 연결단자(210)는 연결부(300)의 제1 연결단자(310)와 솔더(30)에 의해 접속될 수 있고, 코일부(200)의 제2 연결단자(220)는 연결부(300)의 제2 연결단자(320)와 솔더(30)에 의해 접속될 수 있고, 근거리 통신 안테나(600)의 제1 연결단자(610)는 연결부(300)의 제3 연결단자(340)와 솔더(30)에 의해 접속될 수 있고, 근거리 통신 안테나(600)의 제2 연결단자(620)는 연결부(300)의 제4 연결단자(350)와 솔더(30)에 의해 접속될 수 있다.
다음으로, 도 36과 같이, 자성기판(100)은 연결부(300)가 차지하는 면적 이외의 부분에 위치한 도전 패턴 즉, 코일(230) 및 근거리 통신 안테나(600)의 상면에 적층될 수 있다.
이 전에, 연결부(300)에 대응하는 수용공간을 갖는 자성기판(100)을 획득할 수 있다. 자성기판(100)의 수용공간은 연결부(300)의 형태에 일치하도록 형성될 수 있다.
연결부(300)는 도 26에서 설명한 것과 같이, 연결부(300)가 자성기판(100)의 수용공간(130)에 배치됨에 따라 연결부(300)의 두께만큼 무선전력 수신장치(1000)의 전체두께가 크게 감소될 수 있다. 이로 인해, 무선전력 수신장치(1000)가 장착된 휴대용 단말기와 같은 전자기기의 두께도 크게 감소될 수 있다.
이 때, 코일(230) 및 근거리 통신 안테나(600)와 자성기판(100)은 제1 양면 접착층(710)에 의해 부착될 수 있다. 일 실시 예에서 자성기판(100)의 두께는 100um 내지 800um의 범위를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다. 일 실시 예에서 제1 양면 접착층(710)의 두께는 10um 내지 50um의 범위를 가질 수 있으나, 이에 한정될 필요는 없다.
다음으로, 도 37과 같이, 박리지층(730)은 제2 양면 접착층(720)을 통해 보호 필름(800)의 일 측에 부착될 수 있다. 박리지층(730)은 제2 양면 접착층(720)을 보호하기 위해 부착된 종이층으로, 휴대용 단말기와 같은 전자기기의 케이스에 부착시 제거될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어서는 안될 것이다.

Claims (39)

  1. 수용공간을 갖는 자성 기판;
    상기 수용공간에 배치된 연결부; 및
    상기 자성 기판 및 연결부 상에 형성되어 무선으로 전력을 수신하고, 상기 연결부와 접속된 코일부를 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에서 상기 코일부의 일단에 접속되는 제1 연결단자; 및
    상기 코일부의 내측에서 상기 코일부의 타단에 접속되는 제2 연결단자를 포함하는 무선전력 수신장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일부는,
    상기 자성 기판 및 연결부 상에 형성되는 코일;
    상기 코일의 일단에 위치하고, 상기 연결부 상에 형성되며, 상기 연결부의 제1 연결단자에 접속되는 제1 연결단자; 및
    상기 코일의 타단에 위치하고, 상기 연결부 상에 형성되며, 상기 연결부의 제2 연결단자에 접속되는 제2 연결단자를 포함하는 무선전력 수신장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용공간은 상기 연결부의 형태와 일치하는 무선전력 수신장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 코일부로부터 상기 수신된 전력을 수신하여 무선전력 수신회로에 전달하는 무선전력 수신장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는 플렉서블 인쇄회로기판, 리드 프레임, 테잎 부재 중 어느 하나인 무선전력 수신장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기판 및 연결부 상에 형성되고, 상기 코일부를 감싸는 형태로 배치된 근거리 통신 안테나를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나는
    NFC(NEAR FIELD COMMUNICATION) 안테나인 무선전력 수신장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결부의 두께는 상기 자성 기판의 두께와 같거나, 상기 자성 기판의 두께보다 더 작은 무선전력 수신장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 근거리 통신 신호 처리부의 일단 및 타단에 각각 접속되는 제3 연결단자와 제4 연결단자를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  10. 자성 기판;
    상기 자성 기판 상에 형성되어 무선으로 전력을 수신하기 위한 코일부; 및
    상기 자성 기판 및 코일부 상에 배치되고, 상기 코일부와 접속된 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에서 상기 코일부의 일단에 접속되는 제1 연결단자; 및
    상기 코일부의 내측에서 상기 코일부의 타단에 접속되는 제2 연결단자를 포함하는 무선전력 수신장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코일부의 일부가 상기 자성 기판 내부에 배치된 무선전력 수신장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 자성 기판은 상기 코일부의 일부를 수용하는 패턴 홈을 포함하고,
    상기 코일부의 일부가 상기 패턴 홈에 배치된 무선전력 수신장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 코일부의 두께는 상기 자성 기판의 두께보다 더 작고, 상기 코일부의 상 측이 상기 자성 기판 외부로 노출된 무선전력 수신장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제1항의 무선전력 수신장치가 내장된 단말기.
  20. 제10항의 무선전력 수신장치가 내장된 단말기.
  21. 제10항에 있어서, 상기 코일부는,
    상기 자성 기판 상에 형성되는 코일;
    상기 코일의 일단에 위치하고, 상기 연결부의 제1 연결단자에 접속되는 제1 연결단자;
    상기 코일의 타단에 위치하고, 상기 연결부의 제2 연결단자에 접속되는 제2 연결단자를 포함하는 무선전력 수신장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 코일부로부터 상기 수신된 전력을 수신하여 무선전력 수신회로에 전달하는 무선전력 수신장치.
  23. 제10항에 있어서,
    상기 연결부는 플렉서블 인쇄회로기판, 리드 프레임, 테잎 부재 중 어느 하나인 무선전력 수신장치.
  24. 제10항에 있어서,
    상기 자성 기판 상에 형성되고, 상기 코일부를 감싸는 형태로 배치된 근거리 통신 안테나를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 근거리 통신 안테나는 NFC(NEAR FIELD COMMUNICATION) 안테나인 무선전력 수신장치.
  26. 제24항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 근거리 통신 신호 처리부 상에 배치되고, 상기 코일부의 외측에서 상기 근거리 통신 신호 처리부의 일단 및 타단에 각각 접속되는 제3 연결단자와 제4 연결단자를 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  27. 제10항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에 배치되고, 상기 제1 연결단자가 위치되는 제1 연결부; 및
    상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 제1 연결부로부터 돌출되어 상기 코일부의 내측으로 연장되며, 상기 제2 연결단자가 위치되는 제2 연결부를 포함하는 무선전력 수신장치.
  28. 제26항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에 배치되고, 상기 제1 연결단자, 제3 연결단자 및 제4 연결단자가 위치되는 제1 연결부와,
    상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 제1 연결부로부터 돌출되어 상기 코일부의 내측으로 연장되며, 상기 제2 연결단자가 위치되는 제2 연결부를 포함하는 무선전력 수신장치.
  29. 제10항에 있어서, 상기 제1 연결단자와 제2 연결단자는,
    상기 연결부의 하면에서 상기 코일부의 일단과 타단에 접속되는 무선전력 수신장치.
  30. 제26항에 있어서, 상기 제3 연결단자와 제4 연결단자는,
    상기 연결부의 하면에서 상기 근거리 통신 신호 처리부의 일단과 타단에 접속되는 무선전력 수신장치.
  31. 제10항에 있어서,
    상기 자성 기판의 일 면에 배치되는 접착층을 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 접착층의 일 면에 배치되는 박리지층을 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  33. 제1항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에 배치되고, 상기 제1 연결단자가 위치되는 제1 연결부; 및
    상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 제1 연결부로부터 돌출되어 상기 코일부의 내측으로 연장되며, 상기 제2 연결단자가 위치되는 제2 연결부를 포함하는 무선전력 수신장치.
  34. 제9항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 코일부의 외측에 배치되고, 상기 제1 연결단자, 제3 연결단자 및 제4 연결단자가 위치되는 제1 연결부; 및
    상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 제1 연결부로부터 돌출되어 상기 코일부의 내측으로 연장되며, 상기 제2 연결단자가 위치되는 제2 연결부를 포함하는 무선전력 수신장치.
  35. 제2항에 있어서, 상기 수용공간은,
    상기 코일부의 외측에 형성되고, 상기 코일부의 제1 연결단자를 노출시키는 제1 수용공간; 및
    상기 제1 수용공간에 결합되고, 상기 제1 수용공간으로부터 돌출되어 상기 코일부의 내측으로 연장되며, 상기 코일부의 제2 연결단자를 노출시키는 제2 수용공간을 포함하는 무선전력 수신장치.
  36. 제1항에 있어서, 상기 제1 연결다낮와 제2 연결단자는,
    상기 연결부의 상면에서 상기 코일부의 일단과 타단에 접속되는 무선전력 수신장치.
  37. 제9항에 있어서, 상기 제3 연결단자와 제4 연결단자는,
    상기 연결부의 상면에서 상기 근거리 통신 신호 처리부의 일단과 타단에 접속되는 무선전력 수신장치.
  38. 제1항에 있어서,
    상기 자성 기판의 일 면에 배치되는 접착층을 더 포함하는 무선전력 수신장치.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 접착층의 일 면에 배치되는 박리지층을 더 포함하는 무선전력 수신장치.


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