KR20170008617A - 무선 전력 수신 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

무선 전력 수신 장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20170008617A
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박철균
이성욱
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판, 무선 전력 전송 장치로 제어신호를 송신하는 안테나, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 코일 및 상기 제어 신호를 상기 안테나를 통해 상기 무선 전력 전송 장치로 송신하며, 상기 전력을 변환하여 부하로 출력하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부는 상기 기판 상에 형성될 수 있다.

Description

무선 전력 수신 장치 및 그 제조방법{WIRELESS POWER RECEIVER AND METHOD FOR MANUFACTURING THEROF}
본 발명은 무선 전력 수신 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 무선 전력 수신 장치는 무선 전력 송신 장치로부터 전송된 전력을 수신하기 위한 수신회로부와 무선 전력 수신 장치와 무선 전력 송신 장치 사이의 제어를 위한 무선통신부를 포함하여 구성된다.
종래의 무선 전력 수신 장치는, 무선 전력 송신 장치와 무선 통신을 수행하기 위한 안테나가 필요하며, 수신회로부와 무선통신부를 하나의 모듈로 구성하더라도 상기 안테나를 외부에 별도로 연결해야 무선 전력 송신이 가능하다.
그러나, 이러한 종래의 무선 전력 수신 장치는, 안테나가 연결되기 위해서는 별도의 매칭소자가 필요하게 되며, 별도의 매칭소자 및 외부 안테나에 의해 제품 사이즈가 증가하게 되고, 추가 부품으로 인한 소요되는 비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.
하기의 특허문헌 1은 무선 전력 수신 장치에 관한 것이나, 상술한 문제에 대한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1394508호
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 무선 전력 전송 장치와 무선 통신을 수행할 수 있는 안테나를 코일 등의 전자부품과 함께 실장함으로써 하나의 일체화된 모듈을 형성하여 별도의 매칭소자가 필요없어 모듈 크기를 최소화 할 수 있는 무선 전력 수신 장치 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판, 무선 전력 전송 장치로 제어신호를 송신하는 안테나, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 코일 및 상기 제어 신호를 상기 안테나를 통해 상기 무선 전력 전송 장치로 송신하며, 상기 전력을 변환하여 부하로 출력하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부는 상기 기판 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안테나는, 상기 기판으로부터 수직방향으로 연장되어 형성되는 피딩부 및 상기 피딩부와 연결되어 상기 피딩부로부터 전달되는 제어 신호를 방사하는 방사체를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피딩부와 상기 방사체는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법은, 기판상에 코일 및 제어부를 실장하는 단계, 상기 기판상에 안테나를 실장하는 단계 및 상기 기판상에 상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부를 매립하는 봉지부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법은, 기판상에 코일 및 제어부를 실장하는 단계, 상기 기판상에 상기 피딩부를 실장하는 단계, 상기 기판상에 상기 피딩부, 상기 코일 및 상기 제어부를 매립하여 봉지부를 형성하는 단계, 상기 봉지부의 일면 상의 상기 방사체가 형성될 영역에 레이저를 조사하는 단계 및 상기 봉지부의 레이저가 조사된 영역을 금속화하여 상기 방사체를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 피딩부의 높이는, 상기 기판상에 실장되는 상기 코일 및 상기 제어부의 높게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 방사체를 형성하는 단계는, 상기 봉지부의 레이저가 조사된 영역에 구리 도금을 수행하는 단계 및 상기 영역에 니켈 도금을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 무선 전력 전송 장치와 무선 통신을 수행할 수 있는 안테나를 코일 등의 전자부품과 함께 실장함으로써 하나의 일체화된 모듈을 형성하여 별도의 매칭소자가 필요없어 모듈 크기를 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 수신 장치의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 내지 도 11는 도 7에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 12는 도 7의 방사체를 형성하는 단계의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호가 사용될 것이며, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 무선 전력 수신 장치의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 기판(10), 안테나(20), 코일(30) 및 제어부(40)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 무선 전력 수신 장치는 봉지부(50)를 더 포함할 수 있다.
기판(10)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 종류의 기판(예를 들면, 세라믹 기판, 유리 기판, 실리콘 기판, 유연성 기판 등)이 이용될 수 있다.
기판(10)의 상부면에는 코일(30) 및 안테나(20) 등을 실장하기 위한 실장용 전극(미도시)이나, 실장용 전극들을 전기적으로 연결하는 회로패턴(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 기판(10)의 상부면에는 제어부(40)가 실장될 수 있으며, 제어부(40)는 플립칩 본딩을 통해 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제어부(40)는 본딩 와이어를 통해 기판(10)과 전기적으로 연결하는 등 다양한 응용이 가능하다.
또한, 기판(10)은 복수의 층으로 형성된 다층 기판일 수 있으며, 각 층 사이에는 전기적 연결을 형성하기 위한 배선 패턴(미도시)이나, 도전성 비아(미도시)가 형성될 수 있다.
안테나(20)는 기판(10)의 상부면에 실장될 수 있으며, 제어부(40)로부터 입력되는 제어 신호를 방사할 수 있다. 여기서, 안테나(20)는 무선 전력 전송 장치로 상기 제어 신호를 방사할 수 있다. 여기서, 상기 제어 신호는 상기 무선 전력 전송 장치로 전력 전송을 요청하는 신호일 수 있다. 일 실시예에서, 안테나(20)는 2.4 Ghz 대역에서 상기 무선 전력 전송 장치와 무선 통신을 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 안테나(20)는 피딩부(21)와 방사체(22)를 포함할 수 있다.
피딩부(21)는 일단이 기판(10)에 실장될 수 있으며, 기판(10)의 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
방사체(22)는 피딩부(21)의 타단과 연결될 수 있으며, 피딩부(21)로부터 전달되는 제어 신호를 방사할 수 있다. 여기서, 방사체(22)는 피딩부(21)의 일측으로부터 기 설정된 각도(예를 들면, 90도)를 가지며 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 피딩부(21)와 방사체(22)는 일체로 형성될 수 있으며, 스테인레스 스틸(SUS, Stainless Use Steel)의 재질로 형성될 수 있다.
코일(30)은 무선 전력 전송 장치(미도시)로부터 전력을 수신할 수 있다. 여기서, 상기 무선 전력 전송 장치로부터 수신한 전력은 교류 전력일 수 있으며, 상기 전력은 제어부(40)에 의해 직류 전력으로 변환되어 부하(미도시)로 출력될 수 있다.
제어부(40)는 무선 전력 수신을 위한 제어 신호를 생성할 수 있고, 상기 제어 신호를 안테나(20)를 통해 상기 무선 전력 전송 장치로 송신할 수 있다. 또한, 제어부(40)는 상기 제어 신호에 따라 코일(30)에 수신된 전력을 변환하여 상기 부하로 출력할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(40)는 프로세싱 유닛과 메모리를 포함할 수 있으며, 제어부(40)는 상기 프로세싱과 메모리가 적어도 하나의 칩에 집적된 집적회로일 수 있다. 이러한 제어부(40)는 플립칩 본딩을 통해 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있으나, 제어부(40)와 기판(10) 사이의 연결방식은 상술한 바와 같이 다양한 응용이 가능하다.
봉지부(50)는 외부의 충격으로부터 기판(10) 상에 실장된 전자 부품(예컨대, 안테나(20), 코일(30) 및 제어부(40))들을 안전하게 보호하기 위해 구비될 수 있다.
이를 위해, 봉지부(50)는 기판(10) 상부에 실장된 상기 전자부품들이 수용되도록 기판(10)의 상부면 전체를 감싸는 형태로 형성되어 기판(10) 상의 전자부품(20, 30, 40)들을 밀봉할 수 있다.
여기서, 안테나(20)의 경우, 무선 전력 전송 장치와 원활한 통신을 위해 방사체(22)의 일부가 봉지부(50)의 외측으로 돌출될 수 있다.
봉지부(50)를 형성하는 방법은 몰딩(molding) 방식에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우 에폭시 몰드 컴파운드(EMC: Epoxy Mold Compound)가 봉지부(50)의 재질로 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 봉지부(50)는 비전도성이며 화학적으로 안정한 중금속 복합체를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 봉지부(50)를 형성하기 위해 필요에 따라 프린팅(printing), 스핀 코팅(spin coating), 제팅(jetting) 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 4 내지 도 6은 도 3에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법은 먼저, 기판(10)상에 코일(30), 제어부(40)와 같은 전자부품들을 실장할 수 있다(S100, 도 4 참조).
다음으로, 기판(10)상에 안테나(20)를 실장할 수 있다(S110, 도 5 참조). 여기서, 안테나(20)는 피딩부(21)와 방사체(22)를 포함할 수 있으며, 피딩부(21)와 방사체(22)는 일체로 형성될 수 있다. 또한, 피딩부(21)와 방사체(22)는 스테인레스 스틸(SUS)의 재질로 형성될 수 있다.
다음으로, 기판(10)상에 실장된 코일(30), 제어부(40) 및 안테나(20)를 매립하는 봉지부(50)를 형성할 수 있다(S120, 도 6 참조). 일 실시예에서, 봉지부(50)는 안테나의 방사 이득을 증가시키기 위해 안테나(20)의 방사체(22) 중 일부가 외측으로 돌출되도록 매립할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이며, 도 8 내지 도 11는 도 7에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치의 제조방법은, 먼저, 기판(10)상에 코일(30), 제어부(40)와 같은 전자부품들과 안테나(20)의 피딩부(21)를 실장할 수 있다(S200, S210, 도 8 참조). 여기서, 피딩부(21)의 길이는 기판(10)상에 실장되는 코일(30), 제어부(40)와 같은 전자부품들의 높이보다 길게 형성될 수 있다.
여기서, 도면에 도시된 예와 달리, 단계 S200과 단계 S210은 동시 또는 순차적으로 수행될 있다. 즉, 반드시 단계 S200의 수행 후에 단계 S210이 수행되어야 하는 것은 아니다.
다음으로, 기판(10)상에 실장된 코일(30), 제어부(40) 및 피딩부(21)를 매립하는 봉지부(50)를 형성할 수 있다(S220, 도 9 참조). 여기서, 봉지부(50)는 중금속 복합체를 함유한 고분자 물질을 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 여기서, 봉지부(50)의 매립 높이는 피딩부(21)의 길이보다 높을 수 있으며, 상기 높이는 방사체(22)를 형성하기 위한 영역을 고려하여 결정될 수 있다.
다음으로, 봉지부(50)의 일면 상의 방사체(22)가 형성될 영역(51)에 레이저를 조사할 수 있다(S230, 도 10 참조). 여기서, 레이저는 UV(Ultra Violet) 레이저, 엑시머(excimer) 레이저 등을 사용할 수 있다. 상기 레이저에 의해 식각된 영역(51)은 방사체(22)가 형성될 영역이므로, 상기 영역(51)으로 피딩부(21)의 일부가 노출되도록 형성될 수 있다.
여기서, 상기 레이저에 의해 형성되는 상기 영역(51)의 깊이는 방사체(22)의 높이를 고려하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 방사체(22)는 소정의 안테나 이득을 가지기 위해서는 방사체(22)의 적어도 일부가 봉지부(50)에 돌출될 수 있다. 이를 위해, 상기 영역(51)의 깊이를 상기 영역(51)에 형성될 방사체(22)의 높이보다 얕게 형성할 수 있다.
다음으로, 봉지부(50)의 레이저가 조사된 영역(51)을 금속화하여 방사체(22)를 형성할 수 있다(S240, 도 11 참조). 즉, 방사체(22)는 레이저가 조사된 영역(51)의 봉지부(50)의 표면에 형성될 수 있으며, 레이저가 조사된 영역(51)의 형상으로 형성될 수 있다.
도 12는 도 7의 방사체를 형성하는 단계의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사체를 형성하는 단계(S240)는, 먼저, 봉지부(50)의 레이저가 조사된 영역(51)에 구리(Cu) 도금을 수행하는 단계(S242) 및 상기 영역(51)에 니켈(Ni) 도금을 수행하는 단계(S244)를 포함할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 무선 전력 수신 장치는 도 1의 실시예와 달리 방사체(22)의 형상이 ‘ㄱ’자로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 방사체(22)의 형상은 'ㄷ'자, 'W'자 등 필요에 따라 다양한 형태로 변형하여 실시할 수 있다.
이러한 형태의 방사체(22)를 포함하는 무선 전력 수신 장치를 제조하기 위해서는 상기 봉지부(50)의 일면 상의 방사체(22)가 형성될 영역(51)에 레이저를 조사하는 단계(S230, 도 7 및 도 10 참조)에서 봉지부(50)에 필요한 형상의 영역을 레이저를 이용하여 필요한 형상으로 식각하고 이를 금속화 함(S240)으로써 원하는 형태의 방사패턴을 가지는 무선 전력 수신 장치를 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
10: 기판
20: 안테나
21: 피딩부
22: 방사체
30: 코일
40: 제어부
50: 봉지부

Claims (13)

  1. 기판;
    제어신호를 송신하는 안테나;
    무선 전력 전송 장치로부터 전력을 수신하는 코일; 및
    상기 제어 신호를 상기 안테나를 통해 상기 무선 전력 전송 장치로 송신하며, 상기 전력을 변환하여 부하로 출력하는 제어부; 를 포함하되,
    상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부는 상기 기판 상에 실장되는 무선 전력 수신 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 기판으로부터 연장되어 형성되는 피딩부; 및
    상기 피딩부와 연결되어 상기 피딩부로부터 전달되는 제어 신호를 방사하는 방사체;
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방사체는,
    상기 피딩부의 어느 일측으로부터 상기 피딩부와 기 설정된 각도를 가지며 연장되는 무선 전력 수신 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 피딩부와 상기 방사체는 일체로 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 피딩부 및 상기 방사체는,
    스테인레스 스틸(SUS, Stainless Use Steel)의 재질로 형성되는 무선 전력 수신 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 상에 형성되며, 상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부를 매립하는 봉지부;를 더 포함하는 무선 전력 수신 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 안테나는,
    일부가 상기 봉지부의 외측으로 돌출되는 무선 전력 수신 장치.
  8. 기판상에 코일 및 제어부를 실장하는 단계;
    상기 기판상에 안테나를 실장하는 단계; 및
    상기 기판상에 상기 안테나, 상기 코일 및 상기 제어부를 매립하는 봉지부를 형성하는 단계;
    를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 안테나는,
    상기 기판과 연결되어 상기 제어부로부터 제어 신호를 수신하는 피딩부와 상기 피딩부로부터 연장되어 형성되는 방사체를 포함하며,
    상기 피딩부와 상기 방사체는 일체로 형성되는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 피딩부 및 상기 방사체는,
    스테인레스 스틸(SUS, Stainless Use Steel)의 재질로 형성되는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
  11. 피딩부와 방사체를 포함하는 안테나를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 무선 전력 수신 장치의 제조 방법은,
    기판상에 코일 및 제어부를 실장하는 단계;
    상기 기판상에 상기 피딩부를 실장하는 단계;
    상기 기판상에 상기 피딩부, 상기 코일 및 상기 제어부를 매립하여 봉지부를 형성하는 단계;
    상기 봉지부의 일면 상의 상기 방사체가 형성될 영역에 레이저를 조사하는 단계; 및
    상기 봉지부의 레이저가 조사된 영역을 금속화하여 상기 방사체를 형성하는 단계; 를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피딩부의 길이는,
    상기 기판상에 실장되는 상기 코일 및 상기 제어부의 높이보다 길게 형성되는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 방사체를 형성하는 단계는,
    상기 봉지부의 레이저가 조사된 영역에 구리 도금을 수행하는 단계; 및
    상기 영역에 니켈 도금을 수행하는 단계; 를 포함하는 무선 전력 수신 장치의 제조방법.
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