KR20180036202A - 자성체 시트 및 전자기기 - Google Patents

자성체 시트 및 전자기기 Download PDF

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KR20180036202A
KR20180036202A KR1020160126490A KR20160126490A KR20180036202A KR 20180036202 A KR20180036202 A KR 20180036202A KR 1020160126490 A KR1020160126490 A KR 1020160126490A KR 20160126490 A KR20160126490 A KR 20160126490A KR 20180036202 A KR20180036202 A KR 20180036202A
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Abstract

본 발명은 일 실시 형태는 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며, 상기 하나 이상의 자성층 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역과 상기 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역을 포함하는 자성체 시트를 제공한다.

Description

자성체 시트 및 전자기기 {Magnetic Sheet and Electronic Device}
본 발명은 자성체 시트 및 전자기기에 관한 것이다.
최근 모바일 휴대용 장치에 무선 충전(WPC) 기능, 근거리 통신(NFC) 기능, 전자 결제(MST) 기능 등이 채용되고 있다. 무선 충전(WPC), 근거리 통신(NFC), 전자 결제(MST) 기술은 동작 주파수, 데이터 전송률, 전송하는 전력량 등에서 차이가 있다.
이러한 무선 전력 전송 장치의 경우, 전자기파를 차단과 집속 등의 기능을 수행하는 자성체 시트가 채용되며, 예컨대, 무선 충전 장치에서는 수신부 코일과 배터리 사이에 자성체 시트를 배치한다. 자성체 시트는 수신부 코일에서 발생한 자기장을 차폐 및 집속하여 배터리로 도달하는 것을 차단함으로써, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.
이러한 자성체 시트가 사용되는 휴대용 전자장치 등이 다기능화, 고기능화되면서 자성체 시트의 성능 향상은 계속하여 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 전자파 차폐 성능이 우수한 자성체 시트 및 이를 구비하는 전자기기를 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 전자파 차폐 성능이 향상된 자성체 시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며, 상기 하나 이상의 자성층 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역과 상기 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역을 포함한다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일체로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 밀도가 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 프레스 가공으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 자성층은 복수 개 구비되어 적층될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 자성층은 모두 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 자성층 각각에 포함된 상기 제2 영역은 두께 방향으로 서로 오버랩되도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 자성층 중 하나만 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 복수의 자성층 중 나머지는 플레이트 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 자성층 중 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 것은 최상부에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면은,
코일부 및 상기 코일부에 인접하여 배치되며, 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며, 상기 하나 이상의 자성층 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역과 상기 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역을 포함하는 자성체 시트를 포함하는 전자기기를 제공한다.
일 실시 예에서, 상기 코일부는 상기 자성체 시트 상에 배치되며 그 중앙부가 상기 제2 영역에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일체로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 밀도가 높을 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 프레스 가공으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 자성체 시트의 경우, 전자파 차폐 성능이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 자성체 시트를 이용한 무선충전 모듈이나 전자기기의 성능 향상이나 슬림화에도 유리하다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이며 코일부가 적용된 형태를 나타낸다.
도 4는 도 3의 자성체 시트를 얻기 위한 일 공정 예를 나타낸다.
도 5는 도 4의 공정에 의하여 얻어진 자성체 시트를 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 5의 자성체 시트에 코일부를 적용한 무선충전모듈 등의 전자기기 중 일부를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 변형된 예에 따른 자성체 시트를 나타내는 단면도이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 일반적인 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 무선충전 시스템은 무선전력 전송장치(10)와 무선전력 수신장치(20)로 구성될 수 있으며, 무선전력 수신장치(20)는 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 전자기기(30)에 포함될 수 있다.
무선전력 전송장치(10)의 내부를 보면, 기판(12) 상에 송신부 코일(11)이 형성되어 있어 무선전력 전송장치(10)로 교류전압이 인가되면 주위에 자기장이 형성된다. 이에 따라, 무선전력 수신장치(20)에 내장된 수신부 코일(21)에는 송신부 코일(11)로부터 유도된 기전력에 의하여 배터리(22)가 충전될 수 있다.
배터리(22)는 충전과 방전이 가능한 니켈수소 전지 또는 리튬이온 전지가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(22)는 무선전력 수신장치(20)와는 별도로 구성되어 무선전력 수신장치(20)에 착탈이 가능한 형태로 구현될 수 있고, 또는 배터리(22)와 무선전력 수신장치(20)가 일체로 구성되는 일체형으로 구현될 수도 있다.
송신부 코일(11)과 수신부 코일(21)은 전자기적으로 결합되어 있으며, 구리 등의 금속 와이어를 권회하여 형성될 수 있다. 이 경우, 권회 형상은 원형, 타원형, 사각형, 마름모형 등이 될 수 있으며, 전체적인 크기나 권회 횟수 등은 요구되는 특성에 따라 적절하게 제어하여 설정할 수 있다.
수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에는 자성체 시트(100)이 배치되며, 자성체 시트(100)은 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 자성체 시트(100)은 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다.
이러한 자성체 시트(100)은 코일부와 결합되어 상술한 무선충전 장치의 수신부 등에 적용될 수 있다. 또한, 무선 충전 장치 외에도 상기 코일부는 마그네틱 보안 전송(MST), 근거리 무선 통신(NFC) 등에 이용될 수도 있다. 또한, 자성체 시트(100)는 무선충전 장치의 수신부가 아닌 송신부에도 적용될 수 있을 것이며, 이하에서는 특별히 구분할 필요가 없는 경우에는 송신부와 수신부 코일을 모두 코일부로 칭하기로 한다. 이하, 자성체 시트(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이며 코일부가 적용된 형태를 나타낸다. 도 4는 도 3의 자성체 시트를 얻기 위한 일 공정 예를 나타내며, 도 5는 도 4의 공정에 의하여 얻어진 자성체 시트를 나타낸 사시도이다. 그리고, 도 6은 도 5의 자성체 시트에 코일부를 적용한 무선충전모듈 등의 전자기기 중 일부를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 자성체 시트(100)는 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며, 본 실시 형태에서는 하나의 자성층만을 포함하고 있으므로 자성체 시트를 자성층(100)으로 칭하기로 한다. 본 실시 형태의 경우, 하나 이상의 자성층(100) 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역(101)과 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역(102)을 포함한다.
자성층(100)은 비정질 합금이나 나노 결정립 합금 등으로 이루어진 박판의 금속 리본으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 비정질 합금으로는 Fe계 또는 Co계 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 자성 합금은 Si를 포함하는 물질, 예를 들어, Fe-Si-B 합금을 사용할 수 있으며, Fe를 비롯한 금속의 함유량이 높을수록 포화 자속 밀도가 높아지지만, Fe 원소의 함유량이 과다할 경우 비정질을 형성하기 어려우므로 Fe의 함량은 70-90atomic%일 수 있으며, 비정질 형성 가능성 측면에서는 Si 및 B의 합이 10-30atomic%의 범위인 것이 가장 적합하다. 이러한 기본 조성에 부식을 방지시키기 위해 Cr, Co 등 내부식성 원소를 20 atomic% 이내로 첨가할 수도 있고, 다른 특성을 부여하도록 필요에 따라 다른 금속 원소를 소량 포함할 수 있다.
그리고, 나노 결정립 합금을 이용하여 자성층(100)을 구현하는 경우에는 예를 들어, Fe계 나노 결정립 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 나노 결정립 합금은 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있다. 이 경우, 나노 결정립 합금을 형성하기 위하여 비정질 금속 리본을 적절한 온도에서 열처리 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 자성층(100)은 중앙부의 제2 영역(102)이 다른 영역보다 돌출된 형상을 가지며, 자성체 시트 상에 배치되는 코일부(21)의 경우, 그 중앙부가 제2 영역(102)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 자성층(100)의 일부 영역, 즉, 돌출된 형상의 제2 영역(102)이 코일부(21)의 중앙부에 배치됨에 따라 코일부(21)에 발생하는 자속이 효과적으로 차폐, 집속될 수 있으므로 자성체 시트의 전자파 차폐 성능이 향상될 수 있다. 또한, 제2 영역(102)에 의하여 코일부(21)와 자성체 시트를 결합하는 공정 시 얼라인먼트(alignment) 오차를 줄일 수 있다.
본 실시 형태의 경우, 금속 리본으로 이루어진 자성층(100)에서, 제1 영역(101)과 제2 영역(102)은 일체로 이루어진다. 다시 말해, 제1 영역(101)과 제2 영역(102)은 서로 다른 물질로 이루어지거나, 따로 제조되어 부착되는 방식 등으로 얻어지는 것이 아니며, 금속 리본 시트를 가공하여 얻어질 수 있다.
구체적으로, 도 4에 도시된 일 공정 예에서 볼 수 있듯이, 자성층(100)에 프레스(150)를 적용하여 압착하는 프레스 가공을 통하여 제1 영역(101)과 제2 영역(102)을 형성할 수 있다. 도 5는 프레스 가공에 의하여 얻어진 자성층(100)을 나타내며, 도 6은 돌출된 형상의 제2 영역(102)에 중앙부가 위치하도록 코일부(21)를 자성층(100)에 배치한 구조를 나타낸다.
도 4에 도시된 형태와 같이, 자성층(100)을 의도하는 형태로 가공하기 위하여, 프레스(150)는 자성층(100)을 향하는 방향에 제2 영역(102)에 대응하는 형상의 홈(151)을 구비할 수 있다. 금속 리본으로 이루어진 자성층(100)을 압착하여 제1 영역(101)과 제2 영역(102)이 얻어지기 때문에 이들은 서로 밀도가 상이할 수 있다. 다시 말해, 프레스(150)에 의하여 압착력을 크게 받은 제1 영역(101)은 압착이 일어나지 않거나 상대적으로 압착력을 적게 받은 제2 영역(102)보다 밀도가 높을 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에서는 단차를 갖는 자성층(100)을 얻기 위하여 단일의 금속 리본 시트를 가공하였다. 이에 따라, 복수의 시트를 접착하는 방식 등과 비교하여 전자파 차폐 성능이 우수하며, 제조 공정의 효율성 역시 향상될 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서 제안하는 금속 리본 가공 방법은 플레이크나 파우더를 이용하여 성형 및 소결하는 방식보다 금속 리본의 전자파 차폐 성능이 우수하다. 본 실시 형태의 프레스 가공으로 얻어진 금속 리본은 75% 이상의 충진율을 갖지만, 플레이크, 파우더의 성형 방법에 의한 자성체 시트가 60%보다 높은 충진율을 갖기 어렵기 때문이다.
한편 가공 편의성이 높고 금속 리본이 높은 충진율을 갖기 위하여 금속 리본의 프레스 가공 방법은 적절한 온도 조건에서 실행되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 본 발명자의 연구에 의하면, 금속 리본의 프레스 가공은 상온이나 지나친 고온보다는 금속 리본의 유리화 온도(Tg) 부근의 온도에서 실행하는 것이 바람직하였다. 유리 형성능(glass forming ability)이 높은 비정질, 나노결정 조성으로 단일의 금속 리본을 형성하고 이를 Tg 부근에서 가공함으로써 금속 리본의 유동성이 증가되어 용이하게 가공할 수 있으며, 가공 정밀도도 향상될 수 있다. 이 경우, 통상적으로 Tg는 소결 온도보다 100℃ 이하 수준이며, 금속 리본을 가공하기 위하여 필요한 프레스의 가공 압력은 약 수 MPa 수준이다.
도 7 및 도 8은 변형된 예에 따른 자성체 시트를 나타내는 단면도이며, 자성층(100)은 복수 개 구비되어 적층된 형태이다. 도 7의 실시 형태의 경우, 도 3의 자성층(100)이 복수 개 구비되어 적층되며 자성층(100) 사이에는 접착층(110)이 개재될 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 복수의 자성층(100)이 적층된 구조를 사용함으로써 전자파 차폐 성능을 증가시킬 수 있으며 적층되는 자성층(100)의 개수는 자성체 시트의 두께 등을 고려하여 선택될 수 있다.
도 7의 실시 형태에서, 복수의 자성층(100)은 모두 플레이트 형상의 제1 영역과 돌출된 형상의 제2 영역을 포함한다. 이 경우, 도 7에 도시된 형태와 같이, 복수의 자성층(100) 각각에 포함된 제2 영역은 두께 방향으로 서로 오버랩되도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 강한 자속이 발생하는 코일부(21)의 중앙부에서 효과적인 차폐가 이루어질 수 있다.
한편, 접착층(110)은 자성층들(100)들의 층간 절연과 더불어, 자성층들(100)의 층간 접합을 위하여 제공될 수 있다. 접착층(110)은 아러한 기능들을 수행하기에 적합한 것이라면 당 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것이라도 채용이 가능하며, 양면테이프 등을 예로 들 수 있다.
이와 달리, 도 8의 실시 형태와 같이, 복수의 자성층(100, 200) 중 하나(100)만 앞서 설명했던 돌출 구조, 즉, 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 형태일 수 있으며, 나머지(200)는 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 코일부(21)와의 인접성을 고려하였을 때 차폐 성능과 얼라인먼트 기능을 확보하기 위하여, 복수의 자성층 중 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 것(100)은 최상부에 배치될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
10: 무선전력 전송장치
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일(코일부)
22, 130: 배터리
30: 전자기기
100, 200: 자성체 시트, 자성층
101: 제1 영역
102: 제2 영역
110: 접착층
150: 프레스
151: 홈

Claims (14)

  1. 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며,
    상기 하나 이상의 자성층 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역과 상기 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역을 포함하는 자성체 시트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 일체로 이루어진 자성체 시트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 밀도가 높은 자성체 시트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 프레스 가공으로 형성된 자성체 시트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자성층은 복수 개 구비되어 적층된 자성체 시트.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 자성층은 모두 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 자성체 시트.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 자성층 각각에 포함된 상기 제2 영역은 두께 방향으로 서로 오버랩되도록 배치된 자성체 시트.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 자성층 중 하나만 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함하며, 상기 복수의 자성층 중 나머지는 플레이트 형상을 갖는 자성체 시트.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 자성층 중 상기 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 것은 최상부에 배치된 자성체 시트.
  10. 코일부; 및
    상기 코일부에 인접하여 배치되며, 금속 리본으로 이루어진 하나 이상의 자성층을 포함하며, 상기 하나 이상의 자성층 중 적어도 하나는 플레이트 형상의 제1 영역과 상기 제1 영역의 중앙부에 형성되어 주변보다 돌출된 형상의 제2 영역을 포함하는 자성체 시트;
    를 포함하는 전자기기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 코일부는 상기 자성체 시트 상에 배치되며 그 중앙부가 상기 제2 영역에 대응하는 위치에 배치된 전자기기.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 일체로 이루어진 전자기기.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역보다 밀도가 높은 전자기기.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 프레스 가공으로 형성된 전자기기.
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