KR102017669B1 - 무선 전력 전송용 코일형 유닛, 무선 전력 전송장치, 전자기기 및 무선전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법 - Google Patents
무선 전력 전송용 코일형 유닛, 무선 전력 전송장치, 전자기기 및 무선전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 무선 전력 전송용 코일형 유닛, 무선 전력 전송장치, 전자기기 및 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛은, 코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부, 일면에 도전패턴이 형성되는 자성부, 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부, 및 상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀을 포함하되, 상기 접착부는, 상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성된다.
본 발명에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛은, 코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부, 일면에 도전패턴이 형성되는 자성부, 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부, 및 상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀을 포함하되, 상기 접착부는, 상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성된다.
Description
본 발명은 무선 전력 전송용 코일형 유닛, 무선 전력 전송장치, 전자기기 및 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 휴대 단말기 등에 내장되는 2차 전지를 충전하기 위해, 전력을 무선 으로 전송하는 시스템이 연구되고 있다.
일반적으로 무선 전력 전송장치는 전력을 전송하는 무선 전력 송신장치와, 전력을 수신하여 저장하는 무선 전력 수신장치를 포함한다.
이러한 무선 전력 전송장치는 자기 공명 원리와 전자 유도 방식을 이용하여 전력을 송수신하게 되며, 이에 최근에는 무선 전력 전송거리를 향상시키기 위한 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
따라서 무선 전력 송신장치(무선 충전기 등)와 무선 전력 수신장치(휴대 단말기 등) 간의 무선 전력 전송효율을 극대화할 수 있을 뿐 아니라, 전력 전송시간 도 단축시키려는 연구 또한 활발해지고 있으며, 이 중에서 메탈 또는 페라이트 시트 등으로 구성된 자성체에 코일을 구비한 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.
여기서 무선 전력 전송용 코일형 유닛에서의 코일은, 복수개의 코일패턴을 비아홀로 전기적 연결하는 코일이 이용되기는 하나, 이러한 코일은 복수개의 코일패턴으로 인해 코일의 두께가 두꺼워질 뿐 아니라 코스트 측면에서도 문제가 있어, 최근에는 자성체 표면에 루프(loop) 형태로 코일 패턴이 설계된 코일(1층 구조의 코일)이 많이 이용되고 있다.
그러나 루프 형태로 설계된 코일 패턴은, 코일 내측단(input 단자)에서 외측단(output 단자)으로의 전기적 연결을 위하여 권선된 코일 배선 위로 출력 배선 코일이 겹쳐 지나가야 하므로, 코일의 두께가 전체적으로 2배가 되게 된다.
따라서 코일의 두께가 전체적으로 두꺼워져 무선전력 전송장치 및 이를 구비한 전자기기의 슬림화에 제약을 줄 뿐만 아니라, 전기적 연결을 위한 배선형성 및 접합 등의 공정이 추가되어 공정비용이 상승하고 제작이 불편해지게 된다.
따라서, 얇은 기기를 선호하는 최근의 추세에 대응하기 위해서는 보다 얇은 두께의 무선 전력 전송장치용 코일형 유닛과 이를 구비한 무선 전력 전송장치 및 전자기기의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 일 목적은, 코일의 두께를 최소화하여 슬림화할 수 있는 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법과 무선 전력 전송장치 및 전자기기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 공정비용을 절감하고 그 제조를 용이하게 할 수 있는 무선 전력 전송장치용 코일형 유닛 및 그 제조방법과 무선 전력 전송장치 및 전자기기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 상기 목적은, 코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부, 일면에 도전패턴이 형성되는 자성부, 상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부, 및 상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀을 포함하되, 상기 접착부는, 상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛이 제공됨에 의해서 달성된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에서의 무선 전력 전송용 코일형 유닛; 및 상기 무선 전력 전송용 코일형 유닛에 전기적으로 연결되는 무선 전력 전송용 회로 유닛;을 포함하여 무선 전력 전송장치를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명에서의 무선 전력 전송장치; 및 내부에 상기 무선 전력 전송장치를 수용하는 케이스;를 포함하여 전자기기를 구성할 수 있다.
그리고 본 발명의 상기 목적은, 자성부 상에 도전패턴을 형성하는 도전패턴 형성단계; 상기 도전패턴이 형성된 자성부 상에 접착수단을 형성하되, 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성하는 접착수단 형성단계; 코일패턴이 형성된 기판에 있어, 상기 코일패턴의 양단의 위치에 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계; 상기 접착수단을 통해 상기 관통홀이 형성된 상기 기판을 상기 자성부에 접착하되, 상기 도전패턴의 위치에 상기 관통홀이 배치되도록 접착하는 접착단계; 및 상기 관통홀에 도전성 물질을 충진하여, 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 관통홀 충진단계;를 포함하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법이 제공됨에 의해서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법, 그리고 무선전력 전송장치 및 전자기기는, 자성부 상에서 코일부 기판에 매립되어 형성된 도전패턴을 이용하여 코일패턴 양단을 전기적으로 연결함으로써, 코일의 두께를 최소화할 수 있으며, 이에 따라 무선 전력 전송장치용 코일형 유닛 뿐만 아니라 이를 구비한 무선 전력 전송장치 및 전자기기의 슬림화까지도 달성할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법, 그리고 무선전력 전송장치 및 전자기기는, 자성부 상에서 코일부 기판에 매립되어 형성된 도전패턴을 이용하여 코일패턴 양단을 전기적으로 연결함으로써, 전기적 연결을 위해 추가적인 배선을 형성하거나 접합하는 등의 추가 공정이 필요 없게 되며, 이에 따라 공정비용이 절감될 뿐 아니라 그 제조를 용이하게 할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 도 3의 도전패턴 형성단계를 나타내는 공정도.
도 5는 도 3의 접착수단 형성단계를 나타내는 공정도.
도 6은 도 3의 관통홀 형성단계를 나타내는 공정도.
도 7은 도 3의 접착단계를 나타내는 공정도.
도 8은 도 3의 관통홀 충진단계를 나타내는 공정도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기와 충전장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치의 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치와 안테나 모듈을 포함하는 전자기기를 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도.
도 4는 도 3의 도전패턴 형성단계를 나타내는 공정도.
도 5는 도 3의 접착수단 형성단계를 나타내는 공정도.
도 6은 도 3의 관통홀 형성단계를 나타내는 공정도.
도 7은 도 3의 접착단계를 나타내는 공정도.
도 8은 도 3의 관통홀 충진단계를 나타내는 공정도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기와 충전장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치의 사시도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치와 안테나 모듈을 포함하는 전자기기를 개략적으로 나타낸 도면.
본 발명에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법과 본 발명에 따른 무선 전력 전송장치 및 전자기기의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
<무선 전력 전송장치용 코일형 유닛>
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100)의 분해 사시도를 나타낸 것이다. 또한 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100)의 사시도를 나타낸 것으로서, 도전성 홀(150)을 포함하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100)을 나타내고 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100)은, 코일부(110), 자성부(120), 도전패턴(130), 접착부(140) 및 도전성 홀(150)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코일부(110)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 코일패턴(112)이 기판(111) 상에 형성되는 것으로서, 기판(111)과 코일패턴(112)으로 구성될 수 있다.
이때 기판(111)은 코일패턴(112)이 형성되는 박막 기판으로서, 연성회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)과 같은 기판이 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 필름형 또는 박형의 인쇄회로기판 등 두께가 얇고 패턴을 형성할 수 있는 기판이라면 모두 적용될 수 있다.
또한 코일패턴(112)은, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 1층 구조의 패턴 형태를 가진 코일패턴(112)이 전체적으로 사각 형상의 소용돌이(루프) 형태로 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수층 구조의 패턴 형태 뿐만 아니라 원형이나 다각형 형상의 소용돌이 형태로 형성되는 등의 다양한 응용이 가능하다.
또한 자성부(120)는, 일면에 코일부(110)가 고정 부착되는 것으로서, 코일부(110)의 코일패턴(112)에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성부(120)는 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성되며, 예를 들어 페라이트 시트(ferrite sheet) 등의 1개 이상의 자성 캐스팅 시트(casting sheet)를 적층 소성하여 형성될 수 있다.
그러나, 본 실시예에 따른 자성부(120)는, 자성시트로서 페라이트 시트로만 한정되는 것은 아니며, 페라이트 시트, 메탈 시트(metal sheet), 메탈과 페라이트를 복합적으로 적용한 하이브리드(hybrid) 타입의 시트 중 적어도 하나를 자성시트로서 사용하는 등의 다양한 응용이 가능하다. 이때 메탈 시트는 자성효율(투자율 및 Q-factor)을 향상 시킬 수 있는 Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, Fe-Si-Al-Cr 또는 메탈 시트층의 전도성을 고려한 알루미늄(Aluminum) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 도전패턴(130)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 자성부(120) 상에 형성되며, 일예로 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 인쇄 적층하는 방식을 통해 자성부(120) 상에 간단하게 형성할 수 있다, 이때 도전성 페이스트로서 은 분말을 포함하는 페이스트, 특히 은 분말을 주원료로 하는 페이스트를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 아울러 도전패턴(130)은 접착성을 가질 수 있으며, 이를 통해 후술하는 접착부(140)와 함께 코일부(110) 및 자성부(120)의 접착에 기여할 수 있게 되어 그 접착력을 보다 강화시킬 수 있다.
또한 접착부(140)는, 본 실시예의 코일부(110)와 자성부(120)가 서로 견고하게 상호 접착되도록, 코일부(110)와 자성부(120) 사이에 개재되는데, 이때 접착부(140)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 도전패턴(130)이 형성된 자성부(120) 일면에 형성되되, 도전패턴(130)이 형성된 영역 이외의 영역에 형성된다.
또한 접착부(140)는, 도전패턴(130)과 동일한 두께로 형성될 수 있는데, 이는 도전패턴(130)과 접착부(140)의 상이한 두께로 인해 코일부(110) 및 자성부(120)의 접착이 방해되는 경우가 발생되지 않도록 하기 위함이다.
아울러 접착부(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 도전패턴(130)과의 일정 간격(G)이 유지되도록 자성부(120) 상에 형성될 수 있는데, 이는 서로 다른 종류의 도전패턴(130) 및 접착부(140) 간의 전자기 간섭이 발생되지 않도록 하기 위함이다.
한편 상기와 같은 접착부(140)는, 접착용 필름 또는 접착 테이프에 의해 형성될 수 있으며, 도전패턴(130)이 형성된 영역 이외의 자성부(120) 표면 영역에 접착제나 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성할 수도 있다. 그러나 상기와 같은 구성으로 한정되는 것은 아니며, 접착부(140)가 페라이트 분말을 함유하도록 구성하여 접착부(140)가 자성부(120)와 함께 자성을 갖도록 구성하는 등의 다양한 응용도 가능하다.
또한 본 실시예에 따른 도전성 홀(150)은, 코일부(110)의 코일패턴(112) 양단 및 자성부(120) 상의 도전패턴(130)을 전기적으로 연결한다.
따라서 본 실시예의 도전성 홀(150)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 코일부(110)의 코일패턴(112) 양단 위치에 관통홀(h)을 형성하고, 도전패턴(130) 위치에 관통홀(h)이 배치되도록 코일부(110) 및 자성부(120)를 상호 접착시킨 후, 관통홀(h)에 도전성 물질을 충진하여 형성될 수 있다.
이때 관통홀(h)은, 레이저, CNC 드릴 및 펀칭(Punching) 공정에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 실시예의 도전성 홀(150)은, 관통홀(h)에 도전성 물질로서, 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 충진하여 형성할 수 있고, 예를 들어 이때의 도전성 페이스트로서 은 분말을 포함하는 페이스트, 특히 은 분말을 주원료로 하는 페이스트를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도금, 솔더링, 디스펜싱(dispensing) 등의 공지된 방법을 이용하여 관통홀(h)을 충진할 수도 있다.
<무선 전력 전송장치용 코일형 유닛의 제조방법>
먼저 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법은, 자성부 상에 도전패턴을 형성하는 도전패턴 형성단계(S110), 도전패턴이 형성된 자성부 상에 접착수단을 형성하되, 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성하는 접착수단 형성단계(S120), 코일패턴이 형성된 기판에 있어, 코일패턴 양단의 위치에 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계(S130), 접착수단 형성단계(S120)에서 형성된 접착수단을 통해 관통홀이 형성된 기판을 자성부에 접착하되, 도전패턴의 위치에 관통홀이 배치되도록 접착하는 접착단계(S140) 및 관통홀 형성단계(S130)에서 형성된 관통홀에 도전성 물질을 충진하여, 코일패턴의 양단 및 도전패턴을 전기적으로 연결하는 관통홀 충진단계(S150)를 포함할 수 있다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법을 나타내는 공정도로서 이를 통해 상기 제조방법의 각 단계를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저 도 4는 도 3의 도전패턴 형성단계(S110)를 나타내는 공정도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 도전패턴 형성단계(S110)에서는, 자성부(120) 상에 도전패턴(130)을 형성할 수 있다. 이때 도전패턴(130)은, 일예로 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 인쇄 적층하는 방식을 통해 자성부(120) 상에 간단하게 형성할 수 있으며, 이때의 도전성 페이스트로서는 은 분말을 포함하는 페이스트, 특히 은 분말을 주원료로 하는 페이스트를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 이때 형성되는 도전패턴(130)은 접착성을 가질 수 있으며, 이를 통해 후술하는 접착수단과 함께 코일부 및 자성부(120)의 접착에 기여할 수 있게 되어 그 접착력을 보다 강화시킬 수 있다.
한편 도전패턴 형성단계(S110)에서의 자성부(120)는, 일면에 코일부가 고정 부착되기 위한 것으로서, 코일부의 코일패턴에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성부(120)는 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성되며, 예를 들어 페라이트 시트 등의 1개 이상의 자성 캐스팅 시를 적층 소성하여 형성될 수 있다.
그러나, 도전패턴 형성단계(S110)에서의 자성부(120)는, 자성시트로서 페라이트 시트로만 한정되는 것은 아니며, 페라이트 시트, 메탈 시트(metal sheet), 메탈과 페라이트를 복합적으로 적용한 하이브리드(hybrid) 타입의 시트 중 적어도 하나를 자성시트로서 사용하는 등의 다양한 응용이 가능하다. 이때 메탈 시트는 자성효율(투자율 및 Q-factor)을 향상 시킬 수 있는 Fe-Si-Al, Fe-Si-Cr, Fe-Si-Al-Cr 또는 메탈 시트층의 전도성을 고려한 알루미늄(Aluminum) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 5는 도 3의 접착수단 형성단계(S120)를 나타내는 공정도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 접착수단 형성단계(S120)는, 도 4에서 도전패턴(130)이 형성된 자성부(120) 상에 접착수단(140)을 형성할 수 있다. 이때 접착수단(140)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전패턴(130)이 형성된 자성부(120) 일면에 형성되되, 도전패턴(130)이 형성된 영역 이외의 영역에 형성된다.
이때 접착수단(140)은, 도전패턴(130)과 동일한 두께로 형성될 수 있는데, 이는 앞서에서도 언급한 바와 같이, 도전패턴(130)과 접착수단(140)의 상이한 두께로 인해 코일부 및 자성부(120)의 접착이 방해되는 경우가 발생되지 않도록 하기 위함이다.
또한 접착수단(140)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 도전패턴(130)과의 일정 간격(G)이 유지되도록 자성부(120) 상에 형성될 수 있는데, 이는 앞서에서도 언급한 바와 같이, 서로 다른 종류의 도전패턴(130) 및 접착수단(140) 간의 전자기 간섭이 발생되지 않도록 하기 위함이다.
아울러 접착수단(140)은, 접착용 필름 또는 접착 테이프에 의해 형성될 수 있으며, 도전패턴(130)이 형성된 영역 이외의 자성부(120) 표면 영역에 접착제나 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성할 수도 있다. 그러나 상기와 같은 구성으로 한정되는 것은 아니며, 접착수단(140)이 페라이트 분말을 함유하도록 구성하여 접착수단(140)이 자성부(120)와 함께 자성을 갖도록 구성하는 등의 다양한 응용도 가능하다.
다음으로 도 6은 도 3의 관통홀 형성단계(S130)를 나타내는 공정도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관통홀 형성단계(S130)는, 코일패턴(112)이 형성된 기판(111)에 있어, 코일패턴(112) 양단 위치에 관통홀(h)을 형성할 수 있다. 이때의 관통홀(h)은 레이저, CNC 드릴 및 펀칭(Punching) 공정에 의해 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로 도 7은 도 3의 접착단계(S140)를 나타내는 공정도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 접착단계(S140)에서는, 도 5에서 형성된 접착수단(140)을 통해, 도 6에서 관통홀(h)이 형성된 기판(111)을 도전패턴(130)이 형성된 자성부(120)에 접착하되, 이때 자성부(120)의 도전패턴(130) 위치에 관통홀(h)이 배치되도록 접착할 수 있다.
이때 기판(111)은 코일패턴(112)이 형성되는 박막 기판으로서, 연성회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)과 같은 기판이 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 필름형 또는 박형의 인쇄회로기판 등 두께가 얇고 패턴을 형성할 수 있는 기판이라면 모두 적용될 수 있다.
또한 코일패턴(112)은, 본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 1층 구조의 패턴 형태를 가진 코일패턴(112)이 전체적으로 사각 형상의 소용돌이(루프) 형태로 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수층 구조의 패턴 형태 뿐만 아니라 원형이나 다각형 형상의 소용돌이 형태로 형성되는 등의 다양한 응용이 가능하다.
다음으로 도 8은 도 3의 관통홀 충진단계(S150)를 나타내는 공정도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관통홀 충진단계(S150)에서는, 도 6에서 형성된 관통홀(h)에 도전성 물질을 충진하여 도전성 홀(150)을 형성함으로써, 코일패턴(112)의 양단 및 도전패턴(130)을 전기적으로 연결할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 관통홀 충진단계(S150)에서는, 관통홀(h)에 충진되는 도전성 물질로서, 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 사용할 수 있고, 예를 들어 이때의 도전성 페이스트로서 은 분말을 포함하는 페이스트, 특히 은 분말을 주원료로 하는 페이스트를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 도금, 솔더링, 디스펜싱 등의 공지된 방법을 이용하여 관통홀(h)을 충진할 수 있다.
<무선 전력 전송장치 및 전자기기>
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기(10)와 충전장치(20)를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ'에 따른 단면도를 나타낸다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기(10)는, 배터리(12), 무선 전력 수신장치(200), 케이스(11, 21)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 배터리(12)는, 무선 전력 수신장치(200)에서 발생되는 전력을 저장하는 것으로서, 충, 방전이 가능한 2차 전지일 수 있으며, 전자기기(10)에서 착탈 가능하게 구성될 수 있다.
또한 무선 전력 수신장치(200)는, 배터리(12)에 전력을 공급하여 배터리(12)를 충전하는 것으로서, 전자기기(10)의 케이스(11) 내부에 수용되어 케이스(11)의 내부면에 직접 부착되거나, 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 충전장치(20)는, 전자기기(10)의 배터리(12)를 충전시키기 위해 구비된다. 이를 위해 충전장치(20)는 케이스(21) 내부에 무선 전력 송신장치(300)를 구비할 수 있다.
케이스(11, 21)는, 내부에 무선 전력 전송장치를 수용하는 것으로서, 전자기기(10) 외부 케이스 프레임이거나 배터리(12) 케이스 프레임일 수 있다.
또한 충전장치(20)는 외부로부터 공급되는 가정용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 다시 특정 주파수의 교류 전압으로 변환하여 무선 전력 송신장치(300)에 제공한다. 이를 위해 충전장치(20)는 가정용 교류 전원을 특정 주파수의 교류 전압으로 변환하는 전압 변환부(22)를 구비할 수 있다.
상기한 교류 전압이 무선 전력 송신장치(300)의 코일에 인가되면, 코일 주변의 자기장이 변화된다. 이에 무선 전력 송신장치(300)와 인접하게 배치되는 전자기기(10)의 무선 전력 수신장치(200)는 자기장의 변화에 따라 전압이 인가되고, 이로 인해 배터리(12)가 충전된다.
이하에서는 상기한 전자기기(10)에 구비되는 무선 전력 수신장치(200)에 대해 살펴보기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치(200)의 사시도로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선 전력 수신장치(200)는, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100)과 무선 전력 전송용 회로 유닛(210)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때 본 실시예에 따른 코일형 유닛(100)과 회로 유닛(210)은 전기적으로 연결되게 되는데, 예를 들어 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 접촉패드(150) 및 제2 접촉패드(160)에 의해 코일형 유닛(100)과 회로 유닛(210)이 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 제한되는 것은 아니나 본 실시예의 코일형 유닛(100)과 같이 코일패턴(112)의 양단이 내측단과 외측단으로 구성되는 경우, 내측단에 형성된 제3 접촉패드(170)를, 자성부 상에서 코일부 기판(111)에 매립되어 형성된 도전패턴 및 도전성 홀을 통해 외측단의 제2 접촉패드(160)와 연결하는 방식으로 코일형 유닛(100)과 본 실시예의 회로 유닛(210)은 전기적으로 연결될 수 있다.
한편 본 실시예의 무선 전력 전송용 회로 유닛(210)에는, 제1 및 제2 외부 연결패드(180, 190)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 코일형 유닛(100)을 통하여 수신된 전력을 본 실시예의 회로 유닛(210)을 거쳐서 처리된 후, 제1 및 제2 외부연결패드(180, 190)를 통하여 배터리(도시 생략)에 연결될 수 있다.
본 실시예의 제1 및 제2 외부연결패드(180, 190), 제1 내지 제3 접촉패드(150, 160, 170)는 다양한 방식으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 별도의 전선을 이용하여 제1 및 제2 외부연결패드(180, 190)를 전기적으로 연결할 수 있다. 또한 제1 내지 제3 접촉패드(150, 160, 170)는, 코일형 유닛(100)의 코일부 기판(111)에 매립되거나 형성된 배선 패턴을 이용하여 코일형 유닛(100)과 회로 유닛(210)을 전기적으로 연결할 수 있다
또한, 상기와 같이 구성된 본 실시예의 무선 전력 수신장치(200)는, 단순히 접착제 또는 양면 테이프 등과 같은 간단한 방법으로 휴대폰 케이스 내부 등의 구조물에 부착될 수 있으며, 이에 따라 제조 비용이 낮아질 수 있고 공정 비용을 줄일 수 있다.
한편 이상에서 설명한 무선 전력 수신장치(200)의 구성은 충전장치(20)에 구비되는 무선 전력 송신장치(300)에도 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신장치(300)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신장치(200)와 안테나 모듈(500)을 포함하는 전자기기(10')를 나타낸 것이다.
본 실시예에 따른 전자기기(10')는 본 실시예에 따른 무선 전력 수신장치(200) 및 내부에 무선 전력 수신장치(200)를 수용하는 케이스(400)를 포함한다.
본 실시예에 따른 무선 전력 수신장치(200)는, 앞서 언급한 바와 같이, 자성부 상에서 코일부 기판(111)에 매립되어 형성된 도전패턴 및 도전성 홀을 통해 코일패턴(112) 양단을 전기적으로 연결한 코일형 유닛(100)으로 구현되기 때문에 초슬림화가 가능하며, 또한, 케이스(400) 내부 등에 단순히 양면 테이프, 접착제 등과 같은 수단으로 간단한 방법으로 부착될 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 전자기기(10')는, 무선 전력 수신장치(200)와 각종 안테나가 함께 수용되는 경우, 사용하는 주파수에 따라 서로 간의 간섭 효과가 나타날 수 있다.
특히, 무선 전력 전송의 경우, 1kHz 내지 10MHz의 저주파 대역에서 전력의 전송이 이루어질 수 있으며, 이 경우 저주파 대역의 안테나와 같이 사용 주파수가 낮은 경우 그 위치에 따라 서로 간의 간섭 효과가 발생할 수 있다.
또한 전자기기(10')의 소형화에 따라 전자기기(10') 내부에서 공간의 배치에 제약이 많으며, 아울러 무선 전력 전송장치와 저주파 안테나 사이에 간섭을 방지하기 위해서는 무선 전력 전송장치와 저주파 안테나 사이의 배치에도 제약이 따르게 된다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기(10')는 무선 전력 수신장치(200)와 안테나 모듈(500)을 포함할 수 있다.
먼저 무선 전력 수신장치(200)는, 앞서에서도 언급한 바와 같이, 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛(100) 및 회로 유닛(210)을 포함할 수 있다.
또한 안테나 모듈(500)은, 무선 전력 수신장치(200)에서의 코일패턴(112)을 둘러싸도록 형성된 안테나 패턴(510)을 포함할 수 있다.
이때 본 실시예의 안테나 모듈(500)은, 안테나 패턴(510)과, 상기 안테나 패턴(510) 및 그에 대응하는 회로기판과 연결되는 하나 이상의 연결단자(520)을 포함할 수 있다.
도 12a의 선 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 절단한 단면을 나타내는 도 12b에도 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(500)의 안테나 패턴(510)은, 무선 전력 수신장치(200)의 코일형 유닛(100)의 코일패턴(112)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라 안테나 패턴(510)과 코일패턴(112) 사이의 간섭을 방지할 수 있다.
또한 본 실시예의 안테나 모듈(500)은 NFC (Near Field Communication) 안테나, RFID (Radio Frequency Identification) 안테나, FM (Frequency Modulation) 안테나, DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 안테나 및 무선충전과 NFC의 일체형 안테나로 이루어진 군 중 적어도 하나일 수 있다. 그러나 반드시 이에 제한되는 것은 아니며, 다양한 종류의 안테나가 적용될 수 있다.
본 실시예의 무선 전력 전송장치에서의 코일 패턴의 경우, 1kHz 내지 10MHz 대역의 주파수를 사용하므로, 본 실시예에 따른 코일 패턴과 안테나 패턴의 배치는 10kHz 내지 100MHz 대역의 주파수를 사용하는 NFC 안테나, RFID 안테나에 적용되는 경우 주파수 수신 효율 및 정확도를 높일 수 있다.
상기와 같이 안테나 패턴이 코일패턴을 둘러싸도록 형성함으로써, 125 kHz 대역을 무선 전력 전송주파수로 사용하는 경우에도, 13.56 MHz와 같은 NFC 또는 RFID 안테나와 같은 저주파 안테나도 무선 전력 전송장치(무선 전력 수신장치)와 함께 구현할 수 있다.
본 실시예의 안테나 모듈(500)은 무선 전력 수신장치(200) 위 또는 아래에 배치될 수 있으며, 무선 전력 수신장치(200)와 함께 케이스(400)에 부착되는 방식으로 탑재될 수 있다.
이상에서 설명한 전자기기(10')는, 무선 전력 송신장치(300)에 안테나 모듈(500)이 적용된 구성에도 동일하게 적용될 수 있다. 따라서, 무선 전력 송신장치(300)에 안테나 모듈(500)이 적용된 전자기기에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
이상 살펴본 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법은, 자성부 상에서 코일부 기판에 매립되어 형성된 도전패턴을 포함하게 되어, 이러한 도전패턴 및 도전성 홀을 통해 코일패턴의 양단(내측단과 외측단)을 전기적으로 연결할 수 있게 된다.
따라서 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법에 따르면, 코일 내측단에서 외측단으로의 전기적 연결을 위해, 권선된 코일 배선 위로 출력 배선 코일을 겹쳐 지나가게 할 필요가 없으므로, 코일 양단의 전기적 연결로 인해 코일의 두께가 전체적으로 두꺼워지는 경우는 발생하지 않게 된다.
따라서 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법에 따르면, 코일의 두께를 최소화하여 슬림화할 수 있고, 본 실시예의 코일형 유닛을 구비한 무선 전력 전송장치 및 전자기기의 슬림화까지도 가능하게 할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 무선 전력 전송용 코일형 유닛 및 그 제조방법에 따르면, 앞서 언급한 바와 같이, 코일 내측단에서 외측단으로의 전기적 연결을 위해, 권선된 코일 배선 위로 출력 배선 코일을 겹쳐 지나가게 할 필요가 없으므로, 코일 양단의 전기적 연결을 위해 추가적인 배선을 형성하거나 접합하는 등의 추가 공정이 필요 없게 되며, 이에 따라 공정비용 절감 뿐만 아니라 그 제조를 용이하게 하는 것이 가능하다.
본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예'와 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명의 도면 중 공정단계를 묘사하고 있는 도면이 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 특정한 단계로 그러한 단계들을 수행해야 한다거나 모든 도시된 단계들이 수행되어야 하는 것으로 이해해서는 안 된다. 특정한 경우, 멀티태스킹 및 병렬적인 단계진행이 유리할 수도 있다.
본 명세서에서, 'A와 B 중 적어도 하나'의 경우에서 '~중 적어도 하나'의 표현은, 첫 번째 옵션 (A)의 선택만, 또는 두 번째 열거된 옵션 (B)의 선택만, 또는 양쪽 옵션들 (A와 B)의 선택을 포괄하기 위해 사용된다. 추가적인 예로 'A, B, 및 C 중 적어도 하나'의 경우는, 첫 번째 열거된 옵션 (A)의 선택만, 또는 두 번째 열거된 옵션(B)의 선택만, 또는 세 번째 열거된 옵션 (C)의 선택만, 또는 첫 번째와 두 번째 열거된 옵션들 (A와 B)의 선택만, 또는 두 번째와 세 번째 열거된 옵션 (B와 C)의 선택만, 또는 모든 3개의 옵션들의 선택(A와 B와 C)이 포괄할 수 있다. 더 많은 항목들이 열거되는 경우에도 당업자에게 명백하게 확장 해석될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 전자기기 100 : 무선 전력 전송용 코일형 유닛
110 : 코일부 111 : 기판
112 : 코일패턴 120 : 자성부
130 : 도전패턴 140 : 접착부
150 : 도전성 홀 200 : 무선 전력 수신장치
300 : 무선 전력 송신장치 500 : 안테나 모듈
h : 관통홀
110 : 코일부 111 : 기판
112 : 코일패턴 120 : 자성부
130 : 도전패턴 140 : 접착부
150 : 도전성 홀 200 : 무선 전력 수신장치
300 : 무선 전력 송신장치 500 : 안테나 모듈
h : 관통홀
Claims (20)
- 코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부;
일면에 도전패턴이 형성되는 자성부;
상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부; 및
상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀;
을 포함하되,
상기 접착부는,
상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 도전패턴은, 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 이용하여 형성하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 접착부는,
상기 도전패턴과의 일정 간격이 유지되도록 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 자성부는, 1개 이상의 자성시트를 적층 후 소성하여 형성하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제4항에 있어서,
상기 자성시트는, 페라이트 시트, 메탈 시트 및 메탈과 페라이트를 복합적으로 적용한 하이브리드 타입의 시트 중 적어도 하나를 사용하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 접착부는, 접착용 필름 또는 접착 테이프로 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 접착부는, 접착제 또는 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 도전성 홀은,
상기 코일패턴의 양단의 위치에 관통홀을 형성하고, 상기 도전패턴의 위치에 상기 관통홀이 배치되도록 상기 자성부 및 상기 코일부를 상호 접착시킨 후, 상기 관통홀에 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 충진하여 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 연성회로기판(FPCB; Flexible Printed Circuit Board)이고, 상기 코일패턴은 1층 구조의 패턴 형태를 가지는 무선 전력 전송용 코일형 유닛.
- 무선 전력 전송용 코일형 유닛; 및
상기 무선 전력 전송용 코일형 유닛에 전기적으로 연결되는 무선 전력 전송용 회로 유닛; 을 포함하는 무선 전력 전송장치에 있어서,
상기 무선 전력 전송용 코일형 유닛은,
코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부;
일면에 도전패턴이 형성되는 자성부;
상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부; 및
상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀;
을 포함하되,
상기 접착부는,
상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성되는 무선 전력 전송 장치.
- 무선 전력 전송장치; 및
내부에 상기 무선 전력 전송장치를 수용하는 케이스;를 포함하는 전자기기에 있어서,
상기 무선 전력 전송장치는,
무선 전력 전송용 코일형 유닛; 및
상기 무선 전력 전송용 코일형 유닛에 전기적으로 연결되는 무선 전력 전송용 회로 유닛; 을 포함하며,
상기 무선 전력 전송용 코일형 유닛은,
코일패턴이 기판 상에 형성되는 코일부;
일면에 도전패턴이 형성되는 자성부;
상기 자성부와 상기 코일부 사이에 개재되어, 상기 자성부와 상기 코일부를 상호 접착시키는 접착부; 및
상기 기판 내에 배치되어 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 도전성 홀;
을 포함하되,
상기 접착부는,
상기 자성부의 일면 중 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성되고, 상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성되는 전자기기.
- 제11항에 있어서,
상기 무선 전력 전송장치의 코일패턴을 둘러싸는 안테나 패턴을 포함하는 안테나 모듈을 더 포함하는 전자기기.
- 제12항에 있어서,
상기 안테나 모듈은, NFC (Near Field Communication) 안테나, RFID (Radio Frequency Identification) 안테나, FM (Frequency Modulation) 안테나, DMB (Digital Multimedia Broadcasting) 안테나 및 무선충전과 NFC의 일체형 안테나로 이루어진 군 중 적어도 하나인 전자기기.
- 자성부 상에 도전패턴을 형성하는 도전패턴 형성단계;
상기 도전패턴이 형성된 자성부 상에 접착수단을 형성하되, 상기 도전패턴이 형성된 영역 이외의 영역에 형성하는 접착수단 형성단계;
코일패턴이 형성된 기판에 있어, 상기 코일패턴의 양단의 위치에 관통홀을 형성하는 관통홀 형성단계;
상기 접착수단을 통해 상기 관통홀이 형성된 상기 기판을 상기 자성부에 접착하되, 상기 도전패턴의 위치에 상기 관통홀이 배치되도록 접착하는 접착단계; 및
상기 관통홀에 도전성 물질을 충진하여, 상기 코일패턴의 양단 및 상기 도전패턴을 전기적으로 연결하는 관통홀 충진단계;
를 포함하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 도전패턴 형성단계에서,
상기 도전패턴은, 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 이용하여 형성하는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 접착수단 형성단계에서,
상기 접착수단은,
상기 도전패턴과 동일한 두께로 형성되되, 상기 도전패턴과의 일정 간격이 유지되도록 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 접착수단 형성단계에서,
상기 접착수단은,
접착용 필름 또는 접착 테이프로 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 접착수단 형성단계에서,
상기 접착수단은,
접착제 또는 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 관통홀 충진단계는,
상기 관통홀에 도전성 잉크 또는 도전성 페이스트를 충진하여 형성되는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
- 제14항에 있어서,
상기 기판은 연성회로기판이고, 상기 코일패턴은 1층 구조의 패턴 형태를 가지는 무선 전력 전송용 코일형 유닛의 제조방법.
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- 2014-07-15 US US14/332,082 patent/US9472340B2/en active Active
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