KR20150007074A - 안테나 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 휴대 단말 - Google Patents
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Abstract
초음파 융착 및 핫 프레싱을 통해 안테나 패턴을 베이스층에 매입시켜 구성한 안테나 및 그 제조방법과 이를 구비하는 스마트 폰 등과 같은 휴대 단말이 개시된다. 개시된 안테나는, 베이스층; 및 상기 베이스층에 매입 형성되며, 와이어로 구현된 안테나 패턴;을 포함하며, 이러한 안테나는, 초음파 융착을 통해 베이스층에 와이어를 권선하여 안테나 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 안테나 패턴을 핫 프레싱하여 상기 베이스층에 매입시키는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조된다.
Description
본 발명은 휴대 단말용 안테나에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 와이어를 이용하여 안테나 패턴을 구현하는 NFC, WPC 또는 WPC 일체형 NFC 안테나 및 그 제조방법과 이를 구비하는 휴대 단말에 관한 것이다.
기술의 발전과 함께 휴대폰, 피디에이(PDA), 피엠피(PMP), 내비게이션, 랩톱 등과 같은 휴대 단말들은 통화, 동영상/음악 재생, 길안내 등과 같은 기본 기능 이외에도 디엠비, 무선 인터넷, 기기 간의 근거리 통신 등의 기능을 추가로 제공하고 있다. 그에 따라, 휴대 단말은 무선 인터넷, 블루투스 등과 같이 무선통신을 위한 복수의 안테나를 구비한다.
이외에도, 최근에는 근거리 통신(즉, NFC)을 이용하여 단말 간의 정보 교환, 결제, 티켓 예매, 검색 등의 기능을 휴대 단말에 적용하는 추세에 있다. 이를 위해, 휴대 단말에는 근거리 통신 방식에 사용되는 휴대 단말용 안테나 모듈(즉, NFC 안테나 모듈)이 장착되고 있다. 이때, 사용되는 NFC 안테나 모듈은 전자태그(RFID)의 하나로 대략 13.56㎐ 정도의 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm 정도의 가까운 거리에서 단말 간 데이터를 전송한다. NFC는 결제뿐만 아니라 슈퍼마켓이나 일반 상점에서 물품 정보나 방문객을 위한 여행 정보 전송, 교통, 출입통제 잠금장치 등에 광범위하게 활용된다. NFC 안테나 모듈에 관련된 선행특허로는 한국공개특허 10-2009-0126323(명칭: NFC 모듈, 특히 이동 전화기용 NFC 모듈), 한국등록특허 10-1098263(명칭: 엔에프시 루프 안테나) 등이 있다.
현재 스마트폰, 태블릿, PDA 등과 같이 통신 기능을 갖는 휴대 단말에 실장되는 NFC 안테나는 무점착타입 필름(즉, PI 필름; 예를 들면, 캡톤 필름, 폴리이미드필름 등)을 베이스 기재로 하는 연성회로기판(FPCB)이 주로 사용된다.
하지만, 연성회로기판으로 NFC 안테나를 제작하는 경우 와이어(wire)를 이용한 NFC 안테나에 비해, 제조공정이 복잡하며, 제조비용이 증가하게 된다.
반면, 와이어를 이용한 NFC 안테나는 제조공정이 단순하며, 제조비용이 상대적으로 저렴한 이점이 있다.
하지만, 와이어를 이용한 NFC 안테나는 안테나 제조시 와이어의 일정한 간격을 형성하여 유지하는 것이 어렵기 때문에 안테나의 신뢰성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 와이어를 이용한 NFC 안테나는 와이어의 굵기가 가늘어지고 충분한 턴 수가 확보되지 못하면 뒤틀어짐이 발생하여 안테나 성능이 유지되지 못하는 문제점이 있다.
또한, 와이어를 이용한 NFC 안테나는 와이어의 간격 유지를 위해 제2의 구조물을 사용하기 때문에 안테나 두께가 증가하게 되어 소형화, 슬림화가 요구되는 휴대 단말에 적용이 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 와이어로 구현되는 안테나 패턴을 베이스층에 매입시킴으로써, 별도의 제2구조물을 사용하지 않고도 와이어의 일정한 간격 유지가 가능하고, 와이어의 뒤틀림 등을 방지할 수 있는 안테나 및 그 제조방법과 이를 구비하는 휴대 단말을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 안테나는, 베이스층; 및 베이스층에 매입 형성되며, 와이어로 구현된 안테나 패턴;을 포함한다.
안테나 패턴은 베이스층에 일부가 매입되어 베이스층의 표면과 단차지거나 또는 완전 매입되어 베이스층과 동일 평면을 유지하도록 구성될 수 있다.
또한, 베이스층은 열가소성 수지, 바람직하게는 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate) 또는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 구성될 수 있다.
또한, 안테나 패턴은 구리 또는 알루미늄 와이어를 루프 또는 사각형상으로 권선하여 형성될 수 있다.
또한, 안테나 패턴은, 베이스층의 가장자리를 따라 권선되어 배치된 제1안테나 패턴; 및 제1안테나 패턴의 내부에 권선되어 배치된 제2안테나 패턴;을 포함하며, 제1 및 제2 안테나 패턴 중 하나는 근거리 통신용 안테나 패턴이고, 다른 하나는 무선 충전용 안테나 패턴일 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1안테나 패턴이 연결되는 제1단자부 및 제2안테나 패턴이 연결되는 제2단자부가 베이스층에 형성되고, 안테나 패턴의 양단부와 단자부는 솔더링에 의해 연결되어 구성될 수 있다.
여기서, 제1 및 제2단자부가 베이스층의 하면에 형성되고, 베이스층의 단자부 형성 위치에는 안테나 패턴과 단자부를 연결하기 위한 비아홀이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 목적을 달성하기 위한 안테나 제조방법은, a) 베이스층에 와이어를 권선하여 안테나 패턴을 형성하는 단계; 및 b) 안테나 패턴을 베이스층에 매입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
a) 단계는, 베이스층 상부의 안테나 패턴 형성 위치에 초음파를 가하여 마찰열을 발생시키는 단계; 및 마찰열이 발생한 베이스층의 안테나 패턴 형성 위치에 와이어를 권선하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, b) 단계는, 권선된 와이어를 핫 프레싱하여 와이어의 반경방향 일부 또는 전체를 베이스층에 매입시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 베이스층에 안테나 패턴이 연결되는 단자부를 형성하는 단계; 및 단자부와 안테나 패턴의 양단부를 솔더링하여 연결하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 휴대 단말은, 휴대단말 본체; 휴대단말 본체의 내부에 장착되는 배터리팩; 휴대단말 본체의 후면에 장착되는 백커버; 및 휴대 단말 본체, 배터리팩 및 백커버 중 어느 하나에 조립되는 상술한 바와 같은 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 초음파 융착 및 핫 프레싱을 이용하여 와이어로 구현되는 안테나 패턴을 베이스층에 매입시킴으로써, 외부 충격(예들 들면, 뒤틀어짐)에 의한 안테나 패턴의 간격 변화나 접촉 등을 방지할 수 있으며, 안테나 패턴을 구성하는 와이어 간의 간격을 일정하게 유지하는 것이 가능하기 때문에, 안테나 특성 및 신뢰성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 초음파 융착 및 핫 프레싱을 통해 안테나 패턴을 베이스층에 매입시키고, 전기용접에 의한 솔더링을 통해 안테나 패턴과 단자부를 연결시키기 때문에, 안테나의 두께를 최소화할 수 있어, 경박단소형화 되고 있는 휴대 단말에 매우 유리하게 적용할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기와 같은 초음파 융착, 핫 프레싱 및 솔더링 공정은 자동화 공정의 적용이 용이하기 때문에, 생산성 및 수율 향상을 도모할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 2 내지 도 4는 도 1의 안테나 패턴 형성 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1의 안테나 패턴 삽입 단계를 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 9는 도 1의 단자 연결 단계를 설명하기 위한 도면.
도 10은 도 1의 접착층 및 실드층 적층 단계를 설명하기 위한 도면.
도 2 내지 도 4는 도 1의 안테나 패턴 형성 단계를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 1의 안테나 패턴 삽입 단계를 설명하기 위한 도면.
도 6 내지 도 9는 도 1의 단자 연결 단계를 설명하기 위한 도면.
도 10은 도 1의 접착층 및 실드층 적층 단계를 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 아래와 같다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2 내지 도 4는 도 1의 안테나 패턴 형성 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 1의 안테나 패턴 삽입 단계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 내지 도 9는 도 1의 단자 연결 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 1의 접착층 및 실드층 적층 단계를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 초음파 융착을 통해 베이스층(100)의 상부에 안테나 패턴(200)을 형성한다(S100). 즉, 초음파 융착을 통해 베이스층(100)의 상부에 와이어(220)를 권선하여 안테나 패턴(200)을 형성한다. 이를 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 아래와 같다.
베이스층(100)에 와이어(220) 형성 위치를 설정하고, 설정된 와이어(220) 형성 위치에 초음파를 가하여 마찰열을 발생시킨다(S112). 즉, 베이스층(100)의 상부에 설정되는 와이어(220) 형성 위치에 초음파를 이용한 마찰열을 가한다. 그에 따라, 와이어(220) 형성 위치는 소성변형이 가능한 상태가 된다. 이때, 베이스층(100)은 발생한 마찰열에 의해 소성변형이 가능한 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate) 또는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride) 등의 가소성 수지로 구성된다.
마찰열이 발생한 와이어(220) 형성 위치에 와이어(220)를 권선하여 안테나 패턴(200)을 형성한다(S114). 즉, 소성변형이 가능한 상태의 와이어(220) 형성 위치에 소정의 압력을 가압하면서 와이어(220)를 권선한다. 이때, 권선되는 와이어(220) 간에 소정간격을 갖도록 권선하여 안테나 패턴(200)을 형성한다. 그에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나 패턴(200)을 형성하는 와이어(220)는 외주부 일측이 베이스층(100)의 내부에 삽입되고, 타측이 베이스층(100)의 상부로 돌출되어, 와이어(220)와 베이스층(100)에는 단차가 형성된다. 이처럼, 베이스층(100)의 상부에 초음파 융착을 이용하여 와이어(220)를 권선함으로써, 와이어(220) 간의 간격을 확보할 수 있다.
여기서, 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 패턴(200)을 형성하는 단계에서는, 초음파 융착을 통해 베이스층(100)에 제1안테나 패턴(240)을 형성(S122)한 후, 초음파 융착을 통해 베이스층(100)에 제2안테나 패턴(260)을 형성(S124)할 수도 있다. 이때, 제1안테나 패턴(240)과 제2안테나 패턴(260)을 소정간격 이격되어 형성된다.
여기서, 제1안테나 패턴(240)이 NFC 안테나로 사용되고, 제2안테나 패턴(260)이 무선충전용 안테나로 사용되는 경우, 제1안테나 패턴(240)은 베이스층(100) 상부의 외주부를 따라 형성된다. 제2안테나 패턴(260)은 베이스층(100)의 상부 중앙부에 소정 형태(예를 들면, 원형)로 형성되며, 제2안테나 패턴(260)의 외주부가 제1안테나 패턴(240)의 내주부와 이격되도록 형성된다.
한편, 제1안테나 패턴(240)이 무선충전용 안테나로 사용되고, 제2안테나 패턴(260)이 NFC 안테나로 사용되는 경우, 제1안테나 패턴(240)은 베이스층(100)의 상부 중앙부에 소정 형태(예를 들면, 원형)로 형성된다. 제2안테나 패턴(260)은 베이스층(100) 상부의 외주부를 따라 형성되며, 제2안테나 패턴(260)의 내주부가 제1안테나 패턴(240)의 외주부와 이격되도록 형성된다.
다음으로, 안테나 패턴(200)을 핫 프레싱(Hot Pressing)하여 베이스층(100)의 내부에 안테나 패턴(200)을 삽입한다(S200). 즉, 베이스층(100)의 상부에 형성된 안테나 패턴(200)을 핫 프레싱하여 열과 압력을 가한다. 핫 프레싱을 통해 가해지는 열에 의해 안테나 패턴(200)을 형성한 구리(copper, 동) 또는 알루미늄(Aluminium) 재질의 와이어(220)에서 고열이 발생하여 베이스층(100)의 일부가 녹는다. 안테나 패턴(200)은 핫 프레싱을 통해 와이어(220)에 가해지는 압력에 의해 베이스층(100)의 내부로 삽입된다. 그에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 와이어(220)와 베이스층(100) 간의 단차가 제거된다.
다음으로, 안테나 패턴(200)을 단자부(300)에 연결한다(S300). 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 베이스층(100)의 상부 일측에 단자부(300)를 적층하고, 안테나 패턴(200)의 양단은 단자부(300)에 각각 연결한다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 안테나 패턴(200)이 제1안테나 패턴(240)(예를 들면, NFC 안테나용 패턴) 및 제2안테나 패턴(260)(예를 들면, 무선충전용 패턴)으로 구성되는 경우, 제1단자부(320) 및 제2단자부(340)를 베이스층(100)의 상부에 적층하고, 제1안테나 패턴(240)의 양단을 제1단자부(320)에 연결하고, 제2안테나 패턴(260)의 양단을 제2단자부(340)에 연결한다. 이때, 단자부(300)는 연성회로기판(FPCB) 상에 메탈 마스트(metal mask)를 통해 단자들이 형성된다. 안테나 패턴(200)의 양단은 솔더링(Soldering)에 의해 단자부(300)에 형성된 단자들에 연결된다. 그에 따라, 솔더링의 높이를 낮게(대략 0.4mm 정도) 형성하여 안테나의 두께를 최소화할 수 있으며, 자동화 공정의 적용이 용이한 효과가 있다.
물론, 도 8에 도시된 바와 같이, 베이스층(100)의 하부에 제1단자부(320) 및 제2단자부(340)를 형성할 수도 있다. 이때, 도 9에 도시된 바와 같이, 베이스층(100)에는 비아홀이 형성되고, 비하홀을 통해 베이스층(100)의 상부에 형성된 안테나 패턴(200)의 양단에 연결된다. 즉, 베이스층(100)에는 하부에 형성되는 제1단자부(320) 및 제2단자부(340)에 대응되는 위치에 복수의 비아홀이 형성된다. 베이스층(100)의 상부에 형성되는 제1안테나 패턴(240)의 양단은 제1단자부(320)에 대응되는 비아홀들을 통해 제1단자부(320)와 연결된다. 베이스층(100)의 상부에 형성되는 제2안테나 패턴(260)의 양단은 제2단자부(340)에 대응되는 비아홀들을 통해 제2단자부(340)와 연결된다.
다음으로, 안테나 패턴(200)이 형성된 베이스층(100)에 접착층(400) 및 실드층(500)을 적층한다(S400). 즉, 도 10에 도시된 바와 같이, 안테나 패턴(200)이 형성된 베이스층(100)의 일면에 실드층(500)을 적층하고, 타면에 접착층(400)을 적층한다. 여기서, 실드층(500)은 안테나가 실장되는 휴대 단말의 본체 방향에 해당하는 베이스층(100)의 일면(예를 들면, 상면)에 적층된다. 접착층(400)은 휴대 단말의 케이스 방향에 해당하는 베이스층(100)의 타면(예를 들면, 하면)에 적층된다.
초음파 융착 및 핫 프레싱을 이용하여 와이어로 구현되는 안테나 패턴을 베이스층에 매입시킴으로써, 외부 충격(예들 들면, 뒤틀어짐)에 의한 안테나 패턴의 간격 변화나 접촉 등을 방지할 수 있으며, 안테나 패턴을 구성하는 와이어 간의 간격을 일정하게 유지하는 것이 가능하기 때문에, 안테나 특성 및 신뢰성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 초음파 융착 및 핫 프레싱을 통해 안테나 패턴을 베이스층에 매입시키고, 전기용접에 의한 솔더링을 통해 안테나 패턴과 단자부를 연결시키기 때문에, 안테나의 두께를 최소화할 수 있어, 경박단소형화 되고 있는 휴대 단말에 매우 유리하게 적용할 수 있다.
뿐만 아니라, 상기와 같은 초음파 융착, 핫 프레싱 및 솔더링 공정은 자동화 공정의 적용이 용이하기 때문에, 생산성 및 수율 향상을 도모할 수 있는 효과도 있다.
이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 다양한 형태로 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.
100: 베이스층 200: 안테나 패턴
220: 와이어 240: 제1안테나 패턴
260: 제2안테나 패턴 300: 단자부
320: 제1단자부 340: 제2단자부
400: 접착층 500: 실드층
220: 와이어 240: 제1안테나 패턴
260: 제2안테나 패턴 300: 단자부
320: 제1단자부 340: 제2단자부
400: 접착층 500: 실드층
Claims (15)
- 베이스층; 및
상기 베이스층에 매입 형성되며, 와이어로 구현된 안테나 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 안테나 패턴은 상기 베이스층에 일부가 매입되어 베이스층의 표면과 단차지거나 또는 완전 매입되어 상기 베이스층과 동일 평면을 유지하는 것을 특징으로 하는 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 베이스층은 열가소성 수지로 구성된 것을 특징으로 하는 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 베이스층은 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate) 또는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 구성된 것을 특징으로 하는 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 안테나 패턴은 Copper 또는 Al 와이어를 루프 또는 사각형상으로 권선하여 형성된 것을 특징으로 하는 안테나. - 제1항에 있어서, 상기 안테나 패턴은,
상기 베이스층의 가장자리를 따라 권선되어 배치된 제1안테나 패턴; 및 상기 제1안테나 패턴의 내부에 권선되어 배치된 제2안테나 패턴;을 포함하며,
상기 제1 및 제2 안테나 패턴 중 하나는 근거리 통신용 안테나 패턴이고, 다른 하나는 무선 충전용 안테나 패턴인 것을 특징으로 하는 안테나. - 제6항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴이 연결되는 제1단자부 및 상기 제2안테나 패턴이 연결되는 제2단자부가 상기 베이스층에 형성되고, 상기 안테나 패턴의 양단부와 상기 단자부는 솔더링에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 안테나. - 제7항에 있어서,
상기 제1 및 제2단자부가 상기 베이스층의 하면에 형성되고, 상기 베이스층의 상기 단자부 형성 위치에는 상기 안테나 패턴과 단자부를 연결하기 위한 비아홀이 형성된 것을 특징으로 하는 안테나. - a)베이스층에 와이어를 권선하여 안테나 패턴을 형성하는 단계; 및
b)상기 안테나 패턴을 상기 베이스층에 매입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 제조방법. - 제9항에 있어서,
상기 베이스층은 열가소성 수지로 구성되는 것을 특징으로 하는 안테나 제조 방법. - 제9항에 있어서,
상기 베이스층은 폴리에틸렌 테레프타레이트(Polyethylene terephthalate) 또는 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride)로 구성되는 것을 특징으로 하는 NFC 안테나 제조 방법. - 제9항에 있어서, 상기 a) 단계는,
상기 베이스층 상부의 안테나 패턴 형성 위치에 초음파를 가하여 마찰열을 발생시키는 단계; 및
마찰열이 발생한 상기 베이스층의 안테나 패턴 형성 위치에 와이어를 권선하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 제조 방법. - 제12항에 있어서, 상기 b) 단계는,
권선된 상기 와이어를 핫 프레싱하여 와이어의 반경방향 일부 또는 전체를 상기 베이스층에 매입시키는 것을 특징으로 하는 안테나 제조방법. - 제9항에 있어서,
c)상기 베이스층에 안테나 패턴이 연결되는 단자부를 형성하는 단계; 및
d)상기 단자부와 상기 안테나 패턴의 양단부를 솔더링하여 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 제조방법. - 휴대단말 본체;
상기 휴대단말 본체의 내부에 장착되는 배터리팩;
상기 휴대단말 본체의 후면에 장착되는 백커버; 및
상기 휴대단말 본체, 배터리팩 및 백커버 중 어느 하나에 조립되는 청구항 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대단말.
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