KR20160089168A - 안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기 - Google Patents

안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기 Download PDF

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KR20160089168A KR1020150008773A KR20150008773A KR20160089168A KR 20160089168 A KR20160089168 A KR 20160089168A KR 1020150008773 A KR1020150008773 A KR 1020150008773A KR 20150008773 A KR20150008773 A KR 20150008773A KR 20160089168 A KR20160089168 A KR 20160089168A
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허태현
이재영
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Abstract

본 발명은 안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기에 관한 것으로, 안테나 장치는 절연성 기재; 상기 절연성 기재의 일면에 형성된 제1안테나 패턴; 및 상기 절연성 기재의 타면에 형성되고, 상기 제1안테나 패턴에 연결된 제2안테나 패턴;을 포함한다.

Description

안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기{Antenna apparatus, method manufacturing thereof, and electronic apparatus having the same}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 절연성 기재의 양면에 도전성 박막으로 안테나 패턴을 형성하여, 식각 시간을 줄여 생산성을 향상시키고, 무선 전력 신호의 저항을 감소시켜 충전 효율을 개선시킬 수 있는 안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기에 관한 것이다.
최근 무선 통신 기술이 발달함에 따라 안테나 장치가 다양한 전자기기에 내장되어 그의 사용이 급증되고 있다.
전자기기는 내장된 안테나 장치를 이용하여 다른 전자기기와 통신을 수행하여 다양한 부가적인 기능을 실행하고 있다.
예컨대, 스마트 기기에 내장된 안테나 장치간의 데이터 전송이 이루어지고 있고, 일 예로, 스마트 단말 간 근거리 통신 및 Wi-Fi 통신을 이용하여 데이터 송수신을 수행하고 있다.
최근, 더 진보된 형태로 안테나 장치는 전력을 무선으로 송수신하는데 활용되고 있다. 즉, 기존에는 전력선을 이용하여 전력을 제공받는 기술이 주로 이용되었으나, 현재 무선으로 전력을 공급받을 수 있는 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer, WPT) 기술의 개발이 활발하게 전개되고 있다.
이러한 무선 전력 전송 기술은 전자기기에 내장된 안테나 장치가 무선 전력을 전자기 유도 또는 전자기 공진 형태로 수신받아 전선과 같은 전력선이 없이도 무선으로 언제 어디서나 전력 공급이 가능한 기술이다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0099195호에는 기판 외측의 회로 영역; 상기 기판의 내측 상/하면에서 금속이 제거된 상/하 유전체 영역; 상기 상/하 유전체 영역에 각각 형성된 상/하 안테나 패턴;을 포함하는 마이크로 스트립 구조의 양면 안테나가 개시되어 있다.
이와 같은 한국 공개특허공보 제10-2007-0099195호에는 기판의 양면에 형성된 상면 및 하면의 안테나 중 전파 환경이 상대적으로 좋은 하나의 안테나를 선택적으로 사용할 수 있는 장점이 있으나, 상면 및 하면의 안테나가 연결되어 있지 않아 하나의 안테나로 구현할 수 없고, 상면 및 하면의 안테나를 선택적으로 절환하는 스위치를 별도로 설치하는 단점이 있으므로, 최근의 무선 충전을 위한 안테나 장치로는 부적합하다.
한국 공개특허공보 제10-2007-0099195호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 절연성 기재의 양면의 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 안테나 패턴을 형성함으로써, 식각 시간을 단축시켜, 생산성을 향상시킬 수 있는 안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 절연성 기재의 양면에 안테나 패턴을 형성하여 무선 전력 신호의 저항을 감소시켜 충전 효율을 향상시킬 수 있는 안테나 장치, 그의 제조 방법 및 그를 구비한 전자기기를 제공하는 데 있다.
상술된 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 의한 안테나 장치는, 절연성 기재; 상기 절연성 기재의 일면에 형성된 제1안테나 패턴; 및 상기 절연성 기재의 타면에 형성되고, 상기 제1안테나 패턴에 연결된 제2안테나 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 안테나 장치에서, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴 각각은, 시작단에서 끝단까지 나선형으로 패터닝된 도전성 박막으로 이루어지고, 제1 및 제2 안테나 패턴의 시작단이 연결되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 시작단은 초음파에 의한 융착, 스팟(spot) 용접 및 전도성 비아홀 중 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 절연성 기재는 경성기판 또는 연성기판일 수 있고, 상기 절연성 기재는 PET, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 폴리염화비닐(PVC), 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트, 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 어느 하나의 재료로 구성될 수 있다.
게다가, 상기 도전성 박막은 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 라듐(Rh), 팔라듐(Pd) 중 하나 또는 적어도 둘의 합금으로 이루어질 수 있으며, 상기 도전성 박막은 박형의 필름 형태일 수 있다.
이와 같은 본 발명의 안테나 장치는 무선으로 전력을 송수신하는 안테나 기능을 수행할 수 있는 용도로 사용될 수 있으며, 이때, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴은 자기공명 방식 또는 자기유도 방식으로 전력을 무선으로 송신하거나, 수신하는 안테나 역할을 수행할 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 두께는 동일하게 구성할 수 있다.
본 발명의 목적을 달성하기 위한 안테나 장치의 제조 방법은, 절연성 기재의 양면에 도전성 박막을 형성하는 단계; 상기 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴으로 마스킹하여 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 안테나 장치의 제조 방법에서, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 공정은, 상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 내측에 위치된 시작단을 도전성 부재로 연결하는 공정일 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 절연성 기재의 양면의 도전성 박막 각각에 마스크 패턴을 형성하고, 마스크 패턴이 형성된 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성함으로써, 절연성 기재의 단면에 비교적 두껍게 형성된 안테나 패턴을 형성하기 위한 식각 속도보다 월등히 식각 속도를 빠르게 할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명에서는 절연성 기재의 양면에 안테나 패턴을 구현하여 무선 전력 신호의 저항을 감소시킴으로써, 충전 효율을 개선시킬 수 있는 잇점이 있다.
본 발명에서는 절연성 기재의 양면에 형성된 제1 및 제2 안테나 패턴의 끝단이 단자 기능을 수행함으로써, 단자를 인출하기 위한 별도의 패턴이 필요하지 않아, 제조 공정을 단순하게 할 수 있으며, 제조 경비를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 안테나 패턴의 두께는 기존 한면에 형성된 것에 비하여 얇아 패터닝을 위한 에칭 공정시, 안테나 패턴의 측면으로 에칭되는 폭이 월등히 작아 실치수 에칭을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치의 개략적인 단면도,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 안테나 장치의 개략적인 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 안테나 장치의 비교예를 도시한 개략적인 단면도,
도 4는 도 3의 비교예의 안테나 장치의 평면도,
도 5는 본 발명에 따른 안테나 장치와 비교예의 안테나 장치의 안테나 패턴을 도시한 일부 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 안테나 장치의 제조 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 안테나 장치는 절연성 기재(100); 상기 절연성 기재(100)의 일면에 형성된 제1안테나 패턴(110); 및 상기 절연성 기재(100)의 타면에 형성되고, 상기 제1안테나 패턴(110)에 연결된 제2안테나 패턴(120);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안테나 장치의 바람직한 구조는, 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120) 각각이 시작단에서 끝단까지 나선형으로 패터닝된 도전성 박막으로 이루어지고, 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)의 시작단이 연결되어 있는 구조로 구현되는 것이다.
그리고, 안테나 장치는 무선 전력 신호를 송신 또는 수신하는 용도로 사용될 수 있으며, 이경우, 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)은 자기공명 방식 또는 자기유도 방식으로 전력을 무선으로 송신하거나, 수신하는 안테나 역할을 수행하게 된다.
절연성 기재(100)는 경성기판 또는 연성기판을 사용할 수 있으며, PET, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 폴리염화비닐(PVC), 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트, 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 어느 하나의 재료로 구성될 수 있다.
제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)을 구성하는 도전성 박막은 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 라듐(Rh), 팔라듐(Pd) 중 하나 또는 적어도 둘의 합금으로 이루어질 수 있다. 이경우, 도전성 박막은 박형의 필름 형태일 수 있다.
또한, 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)을 구성하는 도전성 박막은 도전성 물질이 포함되어 있는 코팅된 박막으로도 구현할 수 있고, 여기서, 도전성 물질이 분말 형태로 분산된 코팅용 슬러리를 절연성 기재(100)에 코팅한 후, 코팅된 박막을 나선형으로 패터닝하여 안테나 패턴을 형성할 수 있는 것이다.
도 2a 및 도 2b를 참고하면, 제1안테나 패턴(110)은 제1시작단(111)에서 제1끝단(112)까지, 제2안테나 패턴(120)은 제2시작단(121)에서 제2끝단(122)까지 나선형으로 감겨져 있는 패턴 형상으로 패터닝되어, 마치 제1시작단(111)에서 제1끝단(112)까지 또는 제2시작단(121)에서 제2끝단(122)까지 연장된 안테나 도선이 복수번 권선된 코일형 안테나 형상을 나타낸다.
이때, 제1안테나 패턴(110)의 제1시작단(111)과 제2안테나 패턴(120)의 제2시작단(121)은 나선형상의 패턴 내측에 위치되어 있으므로, 제1안테나 패턴(110)의 제1시작단(111)과 제2안테나 패턴(120)의 제2시작단(121)이 절연성 기재(100)를 관통하여 형성된 도전성 부재(도 1의 '150')로 연결하여 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)을 하나의 안테나 패턴으로 형성할 수 있다.
여기서, 제1안테나 패턴(110)의 제1시작단(111)과 제2안테나 패턴(120)의 제2시작단(121)은 초음파에 의한 융착, 스팟(spot) 용접 및 전도성 비아홀 중 하나로 형성된 도전성 부재(150)로 연결될 수 있다.
또한, 제1안테나 패턴(110)의 제1끝단(112)과 제2안테나 패턴(120)의 제2끝단(122)은 나선형상을 유지하지 않고 나선형상의 패턴에서 돌출된 상태로 배치되어 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)으로 무선 신호를 입출력하는 단자 기능을 수행한다.
따라서, 본 발명에서는 절연성 기재(100)의 양면에 형성된 제1 및 제2 안테나 패턴(110,120)의 끝단이 단자 기능을 수행함으로써, 단자를 인출하기 위한 별도의 패턴이 필요하지 않아, 제조 공정을 단순하게 할 수 있으며, 제조 경비를 감소시킬 수 있다.
이와 같이 절연성 기재의 양면에 안테나 패턴을 형성하여 구현된 본 발명의 안테나 장치는 절연성 기재의 단면에 안테나 패턴이 형성된 비교예의 안테나 장치보다 다양한 잇점이 있다.
즉, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 안테나 장치와 비교하기 위한 비교예의 안테나 장치는 절연성 기재(100); 상기 절연성 기재(100)의 일면에 형성되고, 시작단(211)에서 끝단(212)까지 나선형으로 패터닝된 도전성 박막으로 이루어진 안테나 패턴(210); 상기 절연성 기재(100)의 타면에 형성되고, 상기 안테나 패턴(210)의 내측에 위치된 시작단(211)과 연결된 인출 패턴(220); 및 상기 인출 패턴(220)에 연결되고, 상기 절연성 기재(100)의 일면에 형성된 단자 패턴(230);으로 구성된다.
이러한 비교예의 안테나 장치는 절연성 기재(100)의 일면에만 안테나 패턴이 형성되어 있으므로, 안테나 패턴의 내측에 위치된 시작단에 외부 인출용 단자를 연결하기가 어려운 단점이 있다.
그러므로, 비교예의 안테나 장치에서는 안테나 패턴의 내측에 위치된 시작단에 외부 인출용 단자를 연결하기 위하여, 인출 패턴(220)을 절연성 기재(100)의 타면에 형성하고 절연성 기재(100)의 일면에 단자 패턴(230)을 형성한 다음, 안테나 패턴의 시작단(211)과 인출 패턴(220)을 도전성 부재로 연결하고, 인출 패턴(220)과 단자 패턴(230)을 도전성 부재로 연결하는 다수의 공정을 수행함으로써, 복잡한 제조 공정과 수반된 추가의 재료에 의해 제조 경비가 상승한다. 여기서, 안테나 패턴의 끝단(212)은 단자 패턴이 된다.
반면에, 본 발명에서는 절연성 기재(100)의 양면에 안테나 패턴을 형성하고, 절연성 기재(100)의 양면에 안테나 패턴을 연결하는 1회의 공정을 수행하여 비교예와 같은 복잡한 단자 형성 공정이 필요하지 않아 제조 경비를 감소시킬 수 있는 것이다.
또한, 비교예의 안테나 장치는 절연성 기재(100)의 일면의 한정된 공간에 안테나 패턴이 형성되어 있어, 안테나 패턴의 선폭이 좁아지고 안테나 패턴의 두께(t3)가 두꺼워지나, 본 발명의 안테나 장치는 절연성 기재(100)의 양면에 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성하여, 안테나 패턴의 선폭을 넓힐 수 있어 제1 및 제2 안테나 패턴의 두께(도 1의 t1,t2)를 감소시킬 수 있으므로, 송수신되는 무선 전력 신호에 대한 저항이 감소되어 충전 효율이 향상된다. 여기서, 본 발명의 안테나 장치의 제1 및 제2 안테나 패턴의 두께(t1,t2)는 동일한 것을 특징으로 한다.
예컨대, 비교예의 안테나 장치가 나선형으로 12회 권선된 안테나 패턴을 절연성 기재(100)의 일면에 형성하여 구현된 경우, 본 발명의 안테나 장치는 12회 권선된 안테나 패턴을 절연성 기재(100)의 양면 각각에 6회 권선된 안테나 패턴으로 나누어 형성하는 것이다.
따라서, 본 발명의 안테나 장치는 절연성 기재의 양면에 안테나 패턴을 형성하여 안테나 패턴의 두께를 줄여 무선 전력 신호의 저항을 감소시킴으로써, 충전 효율을 개선시킬 수 있다.
아울러, 본 발명의 안테나 패턴의 두께는 비교예의 안테나 패턴의 두께보다 얇아 패터닝을 위한 에칭 공정시, 안테나 패턴의 측면으로 에칭되는 폭이 월등히 작아 실치수 에칭을 수행할 수 있는 장점이 있다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 장치와 비교예의 안테나 장치의 안테나 패턴을 도시한 일부 단면도이다.
본 발명의 안테나 장치의 안테나 패턴(110)은, 절연성 기재(100)의 일면에만 형성된 비교예의 안테나 장치의 안테나 패턴(210)을 절연성 기재(100)의 양면으로 분리하여 배치한 것과 같아, 도 5와 같이, 본 발명의 안테나 장치의 안테나 패턴(110)의 선폭을 비교예의 안테나 장치의 안테나 패턴(210)의 선폭보다 크게 형성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 안테나 장치의 안테나 패턴(110)의 두께(t1)을 비교예의 안테나 장치의 안테나 패턴(210)의 두께(t3)보다 얇게 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 안테나 장치의 제조 방법의 흐름도이다.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 안테나 장치의 제조 방법은 절연성 기재의 양면에 도전성 박막을 형성한다(S100). 그 다음, 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막에 마스크 패턴을 형성하고(S110), 마스크 패턴으로 마스킹하여 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성한다(S120). 이후, 마스크 패턴을 제거하고(S130), 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결한다(S140).
마스크 패턴은 도전성 박막에 포토레지스트막을 형성하고, 포토레지스트막을 포토마스크를 통해 노광하고, 노광되지 않은 포토레지시트막 또는 노광된 포토레지시트막을 현상으로 제거하여 마스크 패턴을 형성할 수 있다.
포토마스크는 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성하기 위한 패턴화된 마스크로, 포토마스크를 통과한 광은 패턴화된 광으로 포토레지스트막에 조사되어 제1 및 제2 안테나 패턴을 정의하게 되며, 노광에 따라 정의된 포토레지시트막을 현상 용액에서 현상하면 마스크 패턴이 형성된다.
본 발명에서는 절연성 기재의 양면의 도전성 박막 각각에 마스크 패턴을 형성하고, 마스크 패턴이 형성된 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성함으로써, 비교예의 안테나 패턴을 형성하기 위한 식각 속도보다 월등히 식각 속도를 빠르게하여, 생산성을 향상시킬 수 있는 잇점이 있는 것이다.
또한, 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 공정은 제1 및 제2 안테나 패턴의 내측에 위치된 시작단을 도전성 부재로 연결하는 공정을 수행한다. 이때, 도전성 부재는 절연성 기재를 관통하여 제1안테나 패턴의 시작단에서 제2안테나 패턴의 시작단으로 연결된다.
이와같은 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 공정은 초음파에 의한 융착, 스팟(spot) 용접 및 전도성 비아홀 중 하나로 도전성 부재를 형성하여 연결한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100:절연성 기재 110,120:안테나 패턴
111,121,211:시작단 112,122,212:끝단
150:도전성 부재 220:인출 패턴
230:단자 패턴

Claims (12)

  1. 절연성 기재;
    상기 절연성 기재의 일면에 형성된 제1안테나 패턴; 및
    상기 절연성 기재의 타면에 형성되고, 상기 제1안테나 패턴에 연결된 제2안테나 패턴;을 포함하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴 각각은, 시작단에서 끝단까지 나선형으로 패터닝된 도전성 박막으로 이루어지고, 제1 및 제2 안테나 패턴의 시작단이 연결되어 있는 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 시작단은 초음파에 의한 융착, 스팟(spot) 용접 및 전도성 비아홀 중 하나로 형성된 도전성 부재로 연결되어 있는 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 기재는 경성기판 또는 연성기판인 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 기재는 PET, 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프타레이트(PEN), 폴리염화비닐(PVC), 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸 고무수지, 폴리아릴레이트, 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 어느 하나의 재료로 구성된 안테나 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 박막은 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 주석(Sn), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 라듐(Rh), 팔라듐(Pd) 중 하나 또는 적어도 둘의 합금으로 이루어진 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 박막은 박형의 필름 형태인 안테나 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴은 자기공명 방식 또는 자기유도 방식으로 전력을 무선으로 송신하거나, 수신하는 안테나 역할을 수행하는 안테나 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 두께는 동일한 안테나 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 한 항의 안테나 장치가 내장된 전자기기.
  11. 절연성 기재의 양면에 도전성 박막을 형성하는 단계;
    상기 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴으로 마스킹하여 절연성 기재의 양면에 형성된 도전성 박막을 동시에 습식 식각하여 제1 및 제2 안테나 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 단계;를 포함하는 안테나 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴을 도전성 부재로 연결하는 공정은,
    상기 제1 및 제2 안테나 패턴의 내측에 위치된 시작단을 도전성 부재로 연결하는 공정인 안테나 장치의 제조 방법.
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