CN108141994B - 磁场屏蔽单元、包括其的模块及包括其的便携式设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁安全传输用磁场屏蔽单元。根据本发明的一实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元具有磁场屏蔽层,由为了提高屏蔽单元的可挠性而被破碎的、包括氧化镁(MgO)的铁氧体的碎片形成,其中,包括氧化镁的上述铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的实部μ’在650以上。因此,能屏蔽对移动终端设备等的组件或对使用者的人体造成的磁场影响,并且即使与具有多种结构、形状、大小以及固有特性(电感、比电阻等)的多种种类以及多种用途的天线组合,也能相对显著地提高所组合的天线的特性。

Description

磁场屏蔽单元、包括其的模块及包括其的便携式设备
技术领域
本发明涉及一种磁场屏蔽单元(Magnetic shielding unit),更具体地,涉及一种磁安全传输(magnetic security transmission,MST)用磁场屏蔽单元,包括其的模块及便携式设备。
背景技术
通常天线(antenna)是指将电性信号转换为无线信号的装置,并可以分类为利用介电性能的介电体天线以及利用磁性能的磁性体天线。所有的天线均可用于多种区域,但是根据形态或结构具有不同的效率。虽然,一直以来,对利用高介电常数材料的介电体天线进行了积极的研究,但是随着使用更高的频率,新出现了由小型化而导致的天线性能低下的问题,因此目前又出现了对在以往的高介电常数材料中具有高磁导率的磁性材料进行研究的趋势。并且,近年来不断尝试着利用这些天线,并通过各种移动终端设备(智能手机、平板电脑等)来复合近场无线通信(Near Field Communication,NFC)、无线电能传输(Wireless Power Transmission,WPT)、磁安全传输(Magnetic security Transmission,MST)功能。
上述的NFC、WPT以及MST功能是通过传输模块和接收模块之间的电磁波信号的传输/接收来执行的,然而上述电磁波信号具有向周边泄漏的问题,即无法仅在传输模块和接收模块之间存在,而泄漏的电磁波具有使信号的传输/接收效率降低、缩短传输/接收距离以及对配置于模块周边的其他组件和使用设备的使用者产生负面影响的问题。
为了解决这样的问题,目前不断尝试着在模块内设置磁场屏蔽材料,从而起到使设备内的其他组件与磁场隔离的作用,与此同时,将诱导磁场集中在传输部与接收部之间,以便提高传输/接收通信,并防止由于磁场导致的其他组件的功能低下。
对于上述磁场屏蔽材料而言,磁导率越高越有利于传输/接收效率,并且上述磁导率会根据形成于磁场屏蔽材料的磁性体的种类而不同,不论是哪种特定成分的磁性体也会根据烧结温度等制造工艺而表现出不同的磁导率,且通常磁导率倾向于根据不同频带具有较大的变动幅度。因此,为了提高具有将特定频带作为动作频率的传输/接收模块的性能,使用形成有特定磁性体(在上述特定频带中具有优秀的磁导率特性)的磁场屏蔽材料会非常有利。
然而,执行上述NFC、WPT以及MST功能的天线,分别在100KHz~13.56MHz的宽的频带中,将互相不同的频带作为动作频率,并且无论是哪一种磁性体,都很难在所有如上所述的宽的频带中具有优秀的磁导率。
因此,近年来,有人尝试根据不同的天线分别选择磁场屏蔽材料(其对应于每个天线所具有的动作频率而形成有在上述频率中具有优秀的磁导率的磁性体),并复合化多个磁场屏蔽材料,但是复合化的磁场屏蔽材料具有厚度厚的问题,并且考虑到处于轻薄短小化趋势的移动设备的产品化倾向,显然并不是非常妥当。
并且,以较薄的方式形成的通常的磁场屏蔽材料无法避免由外部冲击导致的磁性体的破损,且在磁性体发生破损而分离成碎片时,随着表现出初期设计的物性值以下的磁特性,存在无法使模块的功能体现为所预期程度的问题。
因此,目前急需开发一种复合模块,其能顺应便携式电子装置的轻薄短小化的趋势而形成以细薄化(Slim)的方式实现的磁场屏蔽材料,但也同时提升了不同种类天线(为了在一个模块内实现多种功能而设置)的各自的天线性能,从而能以非常高的效率发挥所需的多种功能,并且能防止由于外部冲击导致的功能低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明是考虑上述问题而研究出的,其目的在于,提供一种磁安全传输用磁场屏蔽单元,其能屏蔽对移动终端设备等组件或对使用者的人体造成的磁场影响,并且,即使与具有多种结构、形状、大小以及固有特性(电感、比电阻等)的多种种类和/或多种用途的天线组合,也能同时显著地提高被组合天线各自的特性,并能持续地体现初期设计的、与磁特性相关的物性。
并且,本发明的另一个目的在于,提供一种磁安全传输用磁场屏蔽单元,其仅仅通过自身就能同时优秀地体现近场通信用天线以及磁安全传输用天线的特性。
另外,本发明的又一个目的在于,提供一种磁安全传输用模块以及具备其的便携式设备,上述磁安全传输用模块能通过根据本发明的磁场屏蔽单元显著地提高所需的信号的传输效率以及传输/接收距离。
技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种磁安全传输用磁场屏蔽单元,其具有磁场屏蔽层,由为了提高屏蔽单元的可挠性而被破碎的、包括氧化镁(MgO)的铁氧体的碎片形成,其中,包括氧化镁的上述铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的实部μ’在650以上。
根据本发明的一实施例,上述磁场屏蔽单元还可以包括:配置于磁场屏蔽层的一面的保护部件;以及配置于上述磁场屏蔽层的另一面的第一粘合部件。
并且,包括氧化镁的上述铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的实部μ’可以为1000以上。
并且,包括氧化镁的上述铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的虚部μ”可以为50以下。
并且,包括氧化镁的上述铁氧体在200KHz频率中的复磁导率的实部μ’为650以上,在13.56MHz频率中的复磁导率的实部μ’可以为140~236。此时,在200KHz频率中的复磁导率的虚部μ”为50以下,在13.56MHz频率中的复磁导率的虚部μ”可以为400以下。
并且,上述铁氧体的碎片的单一碎片形状可以是非定型,且在上述铁氧体的碎片中的部分碎片可以是至少一边为不是直线的弯曲状,优选地,至少一边为不是直线的弯曲状的上述部分碎片的数量为所有铁氧体片数量的45%以上,更优选地,可以是60%以上。
并且,上述铁氧体的碎片的单一碎片的平均粒径可以为100~2000μm。
并且,上述铁氧体包括3~12mol%的氧化镁,还包括8~14mol%的氧化铜、氧化镍以及氧化锌,其中上述氧化镍以及氧化锌的、根据以下数学式1计算的值可以为3.6以上。
[数学式1]
Figure GDA0002270234770000041
并且,上述铁氧体包括3~12mol%的氧化镁以及46~52重量%的氧化铁,还可以包括8~14mol%的氧化铜、1~10mol%的氧化镍、25~32mol%的氧化锌。
并且,上述铁氧体的碎片可以包括30%以上的根据以下数学式2计算的离型度为8.0以下的碎片,
[数学式2]
Figure GDA0002270234770000042
并且,本发明提供一种磁安全传输用模块,其包括:天线单元,具有磁安全传输用天线;以及根据本发明的磁安全传输用磁场屏蔽单元,配置于上述天线单元的一面,提高上述天线的特性,并且向上述天线聚集磁场。
根据本发明的一实施例,上述天线单元还可以包括无线电能传输(WPT)用天线以及近场通信(NFC)用天线中的至少一个天线。
并且,本发明提供一种便携式设备,其包括根据本发明的磁安全传输用模块作为接收用模块。
有益效果
根据本发明,磁安全传输用磁场屏蔽单元能屏蔽对移动终端设备等的组件或对使用者的人体造成的磁场影响,并且,即使与具有多种结构、形状、大小以及固有特性(电感、比电阻等)的多种种类以及多种用途的天线组合,也能相对显著地提高被组合的天线的特性。
并且,尽管所具备的磁性体自身的脆性高,但由于屏蔽单元的可挠性非常优秀,从而即便使屏蔽单元薄型化,也能在屏蔽单元的保管、搬运、附着于被附着物的附着工艺以及使用具备被附着的被附着物的电子装置的过程中,防止由于磁性体的进一步产生的裂纹(Crack)导致初期设计的磁导率等物性变化或物性低下。并且,由于具有优秀的可挠性,因此在被附着物的被附着面存在段差时,也能利用优秀的附着力进行粘合,并且在紧贴附着的过程中能够防止磁性体的裂纹,故能预防物性变化。
另外,根据本发明的磁场屏蔽单元即便不与在规定的频带内具有不同的磁导率特性的不同种类的薄片(Sheet)组合,也能单独地维持或提高磁安全传输用天线的特性、近场通信用天线的特性以及无线电传输用天线的特性,因此非常有利于实现薄化的模块以及便携式设备。同时,上述磁场屏蔽单元能显著地提高传输效率以及传输距离,因此能广泛的应用于手机设备、智能家电或物联网(Internet of Things)用设备等各种移动设备。
附图说明
图1是表示根据本发明的一实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元的剖视图。
图2是示意性地表示在根据本发明的一实施例的磁场屏蔽单元中,从由铁氧体(ferrite)碎片形成的磁场屏蔽层的一个表面观察的碎片的形状的图。
图3以及图4是图示用于评价形状为非定型的铁氧体的碎片的离型度的、碎片的外接圆直径以及内接圆直径的图。
图5以及图6是使用破碎装置(用于制造根据本发明的一实施例的磁场屏蔽单元)的制造工艺模式图,图5是表示利用通过形成在辊子的凹凸部破碎铁氧体片的破碎装置的制造工艺的图,图6是表示利用通过形成于支撑板的金属球破碎铁氧体片的破碎装置的制造工艺的图。
图7是表示根据本发明的一实施例的磁安全传输用屏蔽单元(具有三层由铁氧体的碎片形成的磁场屏蔽层)的剖视图的图。
图8是表示根据本发明的一实施例的磁安全传输模块的分解立体图的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施例进行详细地说明,以便本领域技术人员能够轻易实施。可以用多种不同的形态来实现本发明,并且本发明不会被在此说明的实施例所限定。在附图中为了明确说明本发明,省略了与说明无关的部分,并且对于整个说明书中的相同或相似的结构要素,使用相同的附图标记。
如图1所示,根据本发明的一实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元100包括磁场屏蔽层110,并且上述磁场屏蔽层110由包括氧化镁的铁氧体的碎片111形成。并且,上述磁场屏蔽单元100还可以包括:配置于磁场屏蔽层110的上部的保护部件140;以及配置于上述磁场屏蔽层110的下部的第一粘合部件130。上述第一粘合部件130还可以具有离型膜130a,其用于在第一粘合层130b以及磁场屏蔽单元100附着至被附着物之前保护上述第一粘合层130b。
首先,上述磁场屏蔽层110由铁氧体的碎片111形成,上述铁氧体的碎片111通过破碎包括氧化镁的铁氧体片而形成,以便提高屏蔽单元的可挠性(flexibility)。
为了磁场屏蔽单元的细薄化(Slim)、薄型化,形成的磁性体的厚度需要同时非常薄,然而包括氧化镁的铁氧体的脆性非常强,故在铁氧体片的厚度变薄时,非常小的外力也能使铁氧体片产生裂纹或碎成微小的碎片,因此产生裂纹后的磁特性会相比于在产生裂纹之前的、片状时的磁导率等磁特性发生变化,并且在发生严重的微细碎片化时,由于磁特性会显著下降,因而存在无法维持设定的初期物性值的问题。
并且,具有非常薄的铁氧体的磁场屏蔽单元在保管、运送以及将其投入到组装工艺时,由于需要以不产生裂纹的方式进行操作,因此存在明显降低作业性的问题。具体地,磁场屏蔽单元通常配置于形成有天线的被附着面,并且为了相对提高天线的特性且防止磁场屏蔽单元的脱离,通常以紧贴于形成有天线的被附着面的方式进行附着。参照图1对这样的附着工艺进行说明,磁场屏蔽单元100可以通过第一粘合部件130附着至被附着面(未图示),为此要先执行去除保护第一粘合部件130的第一粘合层130b的离型膜130a的去除步骤。然而,为了从磁场屏蔽单元100剥离离型膜130a需要规定程度以上的外力,而当铁氧体片的厚度非常薄时,可能会由于剥离离型膜的外力轻易产生裂纹,因此在剥离离型膜的步骤中也需要非常多的手工作业,故存在降低作业性的问题。并且,以不在铁氧体片产生裂纹的方式,尽非常大的努力而制造出便携式设备的情况下,也会由于使用中的掉落等冲击使铁氧体产生裂纹、破碎,因此存在无法保证包括所需程度的磁安全数据在内的各种数据信号以及无线电信号的传输/接收效率或传输/接收距离的问题。
然而,对于根据本发明的磁场屏蔽单元100而言,作为磁性体的、包括氧化镁的铁氧体从一开始就被破碎成碎片形态,从而使屏蔽单元的可挠性显著提高,因此即便使屏蔽单元的截面厚度薄型化,也能彻底杜绝由于外力导致铁氧体的进一步微细碎片化的隐患。并且,铁氧体以物性值能达到在磁安全传输中体现优秀的特性的程度、以碎片状态适当地形成于磁场屏蔽层,并且在组装屏蔽单元的成品制造步骤以及在成品使用步骤也能持续维持这样的初期物性值,因此能消除由于在具有通常的非碎片化的磁性体的屏蔽单元中发生不期望的碎片化而导致物性低下、以及由此导致的数据信号/无线电信号的传输/接收性能低下的隐患。
另一方面,包括上述氧化镁的铁氧体的碎片111形状可以是非定型。其中,碎片之间间隔的缝隙会泄漏磁性,从而导致物性的低下,因此以碎片之间没有间隔的缝隙的方式进行碎片化有利于物性,但是在这种情况下,由于屏蔽单元的弯曲或曲折而有可能发生不期望的铁氧体的碎片的进一步破损、碎块、粉碎,而这种情况会导致物性的变化或低下,因而为了防止这种情况,优选地,一部分碎片的至少一边以弯曲状(而不是直线)的方式实现破碎(参照图2)。包括至少一边为弯曲状的碎片时,由于在屏蔽单元被弯曲时能降低与相邻的碎片发生碰撞或摩擦,因此具有能防止碎片进一步粉碎的优点。
并且,更优选地,至少一边为弯曲状的碎片的数量可以为磁场屏蔽层内所有碎片数量的45%以上,更加优选地,可以为60%以上。假如至少一边为弯曲状的碎片的数量小于所有碎片数量的45%时,可挠性提高会微乎其微,并且有可能由于外部冲击而增加微细化的碎片(相对于最初形成的碎片),从而导致屏蔽单元的磁导率减小等物性低下的问题。
并且,包括上述氧化镁的铁氧体的碎片111的单一碎片的平均粒径可以为100~2000μm。假如平均粒径超过2000μm时,会进一步增加碎片的破损、碎块的产生,从而难以维持磁场屏蔽单元的初期物性的设计值。并且,假如碎片的平均粒径小于100μm时,需要选择破碎前磁导率等磁性的物性值非常高的铁氧体,但是制造一个磁导率高的铁氧体在制造方面存在极限,因此存在很难以所需的程度设计磁场屏蔽单元的初期物性的问题。另一方面,碎片的平均粒径是指根据激光衍射式粒度分布仪检测的、以体积平均直径为基准的检测结果。
并且,为了防止进一步产生铁氧体的碎片的破损、碎块,优选地,包括上述氧化镁的铁氧体的碎片111可以包括30%以上的根据以下数学式2计算的碎片的一面的离型度在8.0以下的碎片。
[数学式2]
Figure GDA0002270234770000081
在上述数学式2中,碎片的外接圆直径是指存在于碎片的任意一面的任意两点之间的距离中的最长距离(图3的R1,图4的R2),并且经过最长距离中碎片的两点的圆相当于碎片的外接圆。并且,碎片的内接圆的直径是指与存在于碎片的任意一面的至少两边相接的内接圆中,直径最大的内接圆的直径(图3的r1,和4的r2)。碎片的一面的离型度大是指碎片的一面形状包括较长的部分(参照图3)或尖锐的部分(参照图4)的可能性高,并且越是这样的形状越有可能进一步产生碎片的破损、碎块。
因此,优选地,在包括于磁场屏蔽层110的、包含氧化镁的铁氧体的碎片111中,离型度大的碎片的数量在一定比率以下,因而在磁场屏蔽层110内的所有碎片中可以包括30%以上的根据以上数学式2计算的碎片的一面的离型度在8.0以下的碎片。更优选地,满足如上所述的条件的碎片在45%以上,更加优选地,可以包括60%以上。假如离型度超过8.0的碎片小于30%时,存在由于铁氧体的碎片的进一步微细碎块化而导致磁导率等物性明显降低的问题,并且有可能无法维持所需的初期物性的设计值。
另一方面,根据本发明的磁场屏蔽层110包括作为磁性体的、包含氧化镁的铁氧体,且包含氧化镁的铁氧体的作用为在增加复磁导率的实部的同时,维持虚部或最小化虚部的增大。并且,上述铁氧体能够使磁场屏蔽层同时实现电磁波屏蔽特性和散热特性,且机械强度优秀,并且具有不会轻易被永久磁铁磁化的优点,其中上述永久磁铁是为了使传输/接收部天线之间的磁场对齐(align)而有可能形成于接收部的永久磁铁。并且,通常,相比于通过高温烧成制造的铁氧体,在低温进行烧成(低温烧成)而制造的铁氧体的微细结构更加紧密且均匀,从而能达到非常优秀的磁导率。进一步地,不会发生铁氧体片的弯曲化问题(在制造高温烧成的铁氧体时发生此问题),烧成后也几乎没有形状变化,从而具有产品的适用以及应用相比于高温烧成的铁氧体更有利的优点。
与此同时,包括在本发明的一实施例的包括氧化镁的铁氧体在用于磁安全传输的动作频率中能够体现出优秀的磁特性,因此能显著地提高磁安全传输用信号的传输/接收效率和传输/接收距离。并且,与通常频繁地用于近场通信的铁氧体进行比较时,在用于近场通信(NFC)的动作频率中也能维持或提高数据信号的传输/接收效率和传输/接收距离。并且,在用于无线电能传输(WPT)的频带中也能确保优秀的无线电能信号的传输效率/传输距离,因此通过本发明的一实施例所包括的铁氧体不仅能优异的实现磁安全传输,还可优异的实现近场通信和/或无线电能传输等多种功能,并且无需为了实现所有功能而与不同的磁性体复合化,从而非常适合实现细薄化的屏蔽单元、模块以及便携式设备。
包括上述氧化镁的铁氧体能够以碎片化的形状实现后述的磁场屏蔽单元的磁导率物性时,并不限定其成份、结晶种类、烧结粒子的微细结构。但是,优选地,包括氧化镁的铁氧体结晶结构可以是尖晶石状结构(spinel structure)。并且,上述包括氧化镁的铁氧体优选地可以包括3~12mol%的氧化镁。假如氧化镁的含量小于3mol%时,复磁导率的实部的增大会微乎其微,从而有可能难以满足所需的全部物性(如无法提高磁安全传输效率等)。并且,假如铁氧体内的氧化镁的含量超过12mol%时,饱和磁性密度会降低,与复磁导率的实部的增大相比虚部可能会以更大比率增大,有可能难以满足所需的全部物性(如温度系数变差等)。
并且,上述铁氧体可以包括46~52mol%三氧化铁。假如包括大于52mol%的三氧化铁时,包括氧化镁在内的后述的氧化铜、氧化锌以及氧化镍的含量会减小,从而有可能难以实现通过各个成分的所需的物性。并且,包括小于46mol%的三氧化铁时,有可能无法实现所需程度的磁性物性。
并且,本发明的一实施例具备的铁氧体还可以包括8~14mol%的氧化铜。上述氧化铜的作用为降低烧结温度、使晶粒(crystal grain)长大。假如,氧化铜的含量小于8mol%时,用于所需的近场通信、无线电能传输以及磁安全传输的频带中的至少一个以上的频带中的复磁导率的实部可能会减小,而氧化铜的含量超过14mol%时,由于烧结时粒子无法正常长大,因此复磁导率的虚部可能会明显增大。
并且,上述铁氧体还可以包括25~32mol%的氧化锌(ZnO)和1~10mol%的氧化镍(NiO)。其中,假如氧化镍的含量小于1mol时,有可能导致在100KHz频率中的复磁导率的实部减小,尤其是,复磁导率的谐振频率(Resonance Frequency)向低频率转换(shift),从而由于在近场通信的频率中的复磁导率的实部减小、虚部明显增大,可能会明显降低近场通信效率,因此很难用单独的磁场屏蔽单元同时提高磁安全传输和近场通信等多个功能。并且,氧化镍的含量超过10mol%时,在低频带和高频带中,复磁导率的实部整体显著减小,因此可能很难同时提高安全传输和近场通信等多个功能,并且铁氧体的电阻减小,故由涡电流的产生增加而导致磁性损失和发热的增加。并且,氧化锌的含量小于25mol%时,在用于所需的近场通信、无线电能传输、磁安全传输的频带中的至少一个以上的频带中的复磁导率的实部减小,从而可能无法提高所有天线的特性,假如氧化锌的含量超过32mol%时,用于所需的近场通信、无线电能传输、磁安全传输的频带中的至少一个以上的频带中的复磁导率的虚部会明显增大,因此有可能发生由涡电流的产生而导致的磁性损失和发热。
另一方面,上述氧化镍以及氧化锌可以满足根据以下数学式1的值为3.6以上,更优选地,可以为12以下。
[数学式1]
Figure GDA0002270234770000101
假如根据数学式1的值小于3.6时,在100~200KHz的频率中会以复磁导率的虚部较低的方式体现,但实部会大幅度减小,并且有可能难以实现所需程度的物性。
根据本发明的一实施例的铁氧体可以包括:47~51mol%的三氧化铁、3~8mol%的氧化镍、26~30mol%的氧化锌、9~12mol%的氧化铜以及6~11mol%的氧化镁,并由此能更有利于体现全部所需的物性。另一方面,包括氧化镁的铁氧体的成分和成分比并不限定于此,其可以根据所需物性的程度进行变更及实施。
并且,上述磁场屏蔽层110的厚度可以为铁氧体片(包括氧化镁的铁氧体的碎片111的来源)的厚度,其可以为30~600μm。假如平均厚度小于30μm时,有可能无法以所需的程度体现磁特性,而超过600μm时不利于屏蔽单元的薄膜化。
并且,上述磁场屏蔽层的形状可以为以对应适用磁场屏蔽单元的适用处(具体为磁安全传输用天线、无线电能传输用天线和/或近场通信用天线)的方式形成的矩形、正方形等四方形,且还可以是五角形等多角形、圆形、椭圆形或以部分的曲线和直线混合而成的形状。此时,优选地,对于磁场屏蔽单元的大小而言,宽度相比于对应模块的天线的大小宽1~2mm。
另一方面,如图1所示,磁场屏蔽层110的上部配置有保护部件140,其具有基材膜140a以及在上述基材膜140a的一面形成的第二粘合层140b,并且在上述磁场屏蔽层110的下部还可以包括第一粘合部件130,其具有离型膜130a以及在上述离型膜130a的一面形成的第一粘合层130b。
首先,上述保护部件140的基材膜140a可以为形成于磁场屏蔽单元的通常的保护膜,并且能确保耐热性、机械强度以及耐化学性的材质的膜均可以被用作基材膜。其中,上述耐热性应是在对具有天线的基板附着屏蔽片的工艺中,经得住为固化而施加的热/压力等的程度;上述机械强度和耐化学性应是可以从外部施加的物理性刺激和化学性刺激保护磁场屏蔽层120、110’的程度。作为对此的非限定性例,可以使用从聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、交联聚丙烯、尼龙、聚氨酯类树脂、乙酸盐、聚苯并咪唑(polybenzimidazoles)、聚酰亚胺酰胺(polyimideamide)、聚醚酰亚胺、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚偏氟乙烯(PVDF),聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)以及聚乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)中选择的1种或一种以上。
并且,可以使用厚度为1~100μm的上述基材膜140a,优选地,厚度可为10~30μm,但并不仅限于此。
并且,保护部件140可以在上述基材膜140a的一面形成第一粘合层140b,并且保护部件140可以通过上述第二粘合层140b附着于磁场屏蔽层110。上述第二粘合层140b为普通的粘合层时,可以无特别限制。并且上述第二粘合层可以以单层的方式由粘合层组合物形成,或者可以为在支撑膜的两面形成有用于形成粘合层的组合物的两面型胶带状的粘合层。上述第二粘合层140b的厚度可以为3~50μm,但并不仅限于此,且可以根据需要进行变更及实施。
其次,上述第一粘合部件130的作用为将磁场屏蔽单元100、100’附着于天线或具有天线的基板等。如图1所示,上述第一粘合部件130可以包括第一粘合层130b,其将磁场屏蔽单元100、100’附着于被附着面,并且还可以具有离型膜130a,其用于保护上述第一粘合层130b。上述离型膜130a为能从第一粘合层130b轻易被去除的普通公知的离型膜时,可以无特别限制,并且在本发明中并不会对此进行特别地限定。
上述第一粘合层130b可以通过在磁场屏蔽层110、110’的下部涂布用于形成粘合层的组合物方式形成,或者也可以将在离型膜130a上涂布粘合组合物而成的第一粘合层130b附着于磁场屏蔽层110、110’。并且,上述第一粘合层130b可以是为了加强机械强度而在支撑膜的两面涂布用于形成粘合层的组合物的两面型粘合层。上述第一粘合层130b的厚度可以为3~50μm,但并不仅限于此,其可以根据需要进行变更及实施。
另一方面,根据本发明的磁场屏蔽单元100、100’起初就具有碎片状态的包括氧化镁的铁氧体,从而即使形成磁场屏蔽层也能显著地提高磁安全传输(MST)用天线的特性。并且为了向天线聚集磁场而包括氧化镁的大块(bulk)状态的铁氧体在100KHZ频率中,复磁导率的实部μ’为650以上,优选地,实部μ’可以为830以上,更优选地,实部可以为1400以下。并且,优选地,在上述频率中复磁导率的虚部μ”可以为50.0以下。
假如在上述100KHz频率中复磁导率的实部小于650时,不能达到所需程度的磁安全传输效率,且传输/接收距离也有可能明显减小,并且铁氧体的碎片发生进一步的微细碎块化时,无法满足磁安全传输所需要的程度的物性值,因此可能会存在导致产品异常和不良的问题。并且,想要同时体现上述磁安全传输和无线电能传输的用途时,有可能无法体现所需程度的无线电能传输性能。并且,复磁导率的实部超过1400时,由于虚部迅速增加,因此有可能无法达到所需的物性。另一方面,上述频率中复磁导率的虚部超过50时,即便复磁导率的实部大,也有可能无法实现所需程度的磁安全数据信号以及无线电能传输信号的传输效率/传输距离。
并且,根据本发明的一实施例的磁场屏蔽单元所具有的包括氧化镁的大块状态的铁氧体,为了更显著地提高磁安全传输(MST)用天线的特性,可以使根据以下数学式3的质量指数值在100KHz频率中满足29.0以上。
数学式3
质量指数=规定的频率中的复磁导率的实部μ’÷规定的频率中的复磁导率的虚部μ”
根据上述数学式3的质量指数的值增大是指复磁导率的实部增大且虚部没有变化,或者复磁导率的实部没有变化而虚部减小,或者同时发生复磁导率的实部的增大和虚部的减小,但无论是那种情况都能增大提高的信号的传输/接收效率和传输/接收距离。假如质量指数值在100KHz频率中小于29.0时,有可能无法以所需程度体现磁安全传输效率,且有可能难以同时体现无线电能传输性能的提高。
并且,对于包括上述氧化镁的铁氧体而言,在200KHz频率中复磁导率的实部μ’可以为650以上,在13.56MHz频率中复磁导率的实部μ’可以为140~236。并且,更优选地,在200KHz频率中复磁导率的虚部μ”可以为50以下,在13.56MHz频率中复磁导率的虚部μ”可以为400以下,由此能以更优秀的效率和延长的距离来传输磁安全数据信号、无线电能信号以及近场数据信号,因此即使没有与在规定的频率中呈现不同磁导率的磁场屏蔽单元进行复合化,也能仅通过根据本发明的磁场屏蔽单元,同时以优秀的性能体现所需的多个功能。
另一方面,上述无线电能传输能适用于无线充电(Qi)方式,还能适用于电力事业联盟(Power Matters Alliance,PMA)方式的无线电能传输,其中上述PMA方式为在永久磁铁中产生的磁力线的一部分通过吸引子(attractor)(未图示)诱导的方式。同时,还可以适用于在数十KHz~6.78MHz频率中实现无线电能传输的磁耦合共振方式(MagneticResonant Coupling)。
根据上述本发明的一实施例的磁场屏蔽单元可以由后述的方法制造,但并不仅限于此。
首先,可以执行准备包括氧化镁的铁氧体片的步骤a。上述包括氧化镁的铁氧体片可以由制造通常公知的铁氧体片的方法制造,因此本发明将不对此进行特别限定。作为一例说明制造方法时,具体为:以规定的组成比混合氧化镍、氧化锌、氧化铜、氧化镁以及二氧化三铁,得到原料混合物。此时,优选地,可以通过干式混合或湿式混合来混合上述混合物,且混合的原料的粒径为0.05~5μm。包括于上述原料混合物的氧化镁、氧化镍、氧化锌等成分的形态可以为其自身的形态或包含上述成分的复合氧化物的形态。
接着,执行原料混合物的煅烧
Figure GDA0002270234770000141
得到煅烧材料。执行煅烧是为了通过原料的热分解、成分的均质化(homogenization)、铁氧体的产生、基于烧结的超微粉(superfines)的消失、以及促进粒子成长为适当程度的粒子大小,从而将原料混合物改变成适合于后加工处理的形态。优选地,这样的煅烧可以在800~1100的温度,执行1~3小时左右。并且,可以在空气气氛或氧分压力(oxygen partial pressure)比空气高的气氛下执行煅烧。
接着,执行对得到的煅烧材料的粉碎,得到粉碎材料。执行粉碎是为了破坏煅烧材料的凝聚,从而使其变成具有适当程度的烧结性的粉体。煅烧材料形成大块时,可以先执行粗粉碎后,使用球磨机(ball mill)或磨碎机(attritor)等执行湿式粉碎。优选地,湿式粉碎可以执行至粉碎材料的平均颗粒直径成0.5~2μm。
之后,可以通过得到的粉碎材料制作包括氧化镁的铁氧体片。作为该制造铁氧体片的方法,可以使用公知的方法,故本发明并不会对此进行特别地限定。作为对此的非限定性例,将得到的粉碎材料与溶剂、粘合剂、分散剂、煅烧剂等添加剂一起进行浆化而得到铁氧体。并且,可以使用上述铁氧体形成具有30~60μm的铁氧体片。将上述片(sheet)加工成规定形状后,通过去胶(de-binder)工艺、烧成
Figure GDA0002270234770000142
工艺来制造铁氧体片。优选地,上述烧成可以在900~1300温度中执行1~5小时左右,并且,此时的气氛可以为空气气氛或氧分压力比空气高的气氛。作为一例,将制造的铁氧体片烧成后,烧结体的密度可以为5.0~5.3g/cm3。
另一方面,作为制造包括氧化镁的铁氧体片的另一实施例,混合铁氧体粉末和粘合剂树脂后,通过粉末压缩成型法、注塑成型法、压延法、挤出法等公知的方法来制造铁氧体片。
接着,可以执行破碎制造出的包括氧化镁的铁氧体片而形成由碎片形成的磁场屏蔽层的步骤b。
首先,在上述步骤b的一实施例中,使层压体(在铁氧体片的一面附着形成有第二粘合层140b的保护部件140,而在另一面附着了形成有第一粘合层130b的第一粘合部件130)经过破碎装置,从而将上述铁氧体片粉碎成非定型的碎片。此后,向层压体施加压力而调整所需的碎片的粒径、离型度,提高可挠性,由此防止进一步发生碎片的破损、破碎、微细碎块化。对于调整碎片粒径以及离型度的方法而言,如图5所示的破碎装置可以通过适当调整凹凸部之间的间距、凹凸部的形状等,从而进行制备。
具体地,如图5所示,使层压体100a经过破碎装置(其具有形成有凹凸部11a、12a的多个第一辊子(roller)11、12以及与上述第一辊子11、12分别对应的第二辊子21、22),从而将层压体100a破碎后,再通过第三辊子13以及与上述第三辊子13对应的第四辊子23,进一步破碎层压体100b,由此可以制造磁场屏蔽单元100。
并且,如图6所示,将包括铁氧体片的层压体100a投入至破碎装置(其具有在一面安装有多个金属球31的支撑板30;以及位于上述支撑板30的上部且用于移动被破碎物的辊子41、42),从而可以通过上述金属球31施加压力,使得片被破碎。上述球31的形状可以为球形,但并不仅限于此,还可以为三角形、多角形、椭圆形等,并且形成于单个的第一辊子的球的形状可以由一种形状构成或由多种形状混合构成。
另一方面,如图7所示,在磁场屏蔽单元中形成有多个上述磁场屏蔽层110A、110B、110C,且相邻的磁场屏蔽层110A/110B、110B/110C之间可以设置有第二粘合部件131、132。
根据适用磁场屏蔽单元的具体情况,仅形成单个磁场屏蔽层时,有可能难以达到提高至所需程度以上的信号传输/接收效率以及传输/接收距离的目的。即作为增加磁场屏蔽单元自身的磁特性的方法,可以有:使用在所需频率中磁导率等物性优秀的磁性体的方法;增加磁场屏蔽层的厚度的方法。但是为了增加磁场屏蔽层的厚度而以一定程度以上增加单层的铁氧体片的厚度时,在烧成工艺中片(sheet)无法烧成为表面部和内部都均匀且相同的状态,从而有可能导致烧成粒子结构不同,使得磁导率的提高变得微乎其微,因此通过增加单层的磁场屏蔽层的厚度来增加磁导率具有局限性。即,可以设置多个磁场屏蔽层,由此通过在屏蔽单元中增加屏蔽层整体厚度而实现高磁导率的增加效果,从而利用具有层压的磁场屏蔽层的磁场屏蔽单元能进一步提高用于磁安全传输、无线电能传输、数据传输/接收的天线的特性。
磁场屏蔽单元100”内具有多个磁场屏蔽层110A、110B、110C时,优选地,可以具有1~12个磁场屏蔽层,但并不仅限于此。
另一方面,当设置成具有多个磁场屏蔽层110A、110B、110C时,上述第二粘合部件131、132在相邻的磁场屏蔽层110A/110B、110B/110C之间粘合磁场屏蔽层间,并且可以起到提高屏蔽单元的可挠性、为防止碎片的进一步微细碎块化的缓冲功能、以及防止由于水分的浸透导致的铁氧体片氧化的作用。上述第二粘合部件131、132可以与上述的第一粘合部件相同。即可以是在支撑基材的两面涂布有粘合组合物的两面型粘合部件;或者为了屏蔽单元的薄型化,也可以将没有支撑基材的上述粘合组合物涂布于一磁场屏蔽层,并在其上部层压并其他磁场屏蔽层。
并且,在另一实施例中,上述第二粘合部件131、132可以为了提高散热性而包括散热粘合层,且上述散热粘合层可以形成为在丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类等的粘合成分中混合镍、银、碳材料等公知的散热填料,其具体组成以及含量也可根据公知的组成以及含量而定,因此在本发明中将不对其进行特别地限定。
并且,具有多个上述磁场屏蔽层110A、110B、110C时,包括于各个磁场屏蔽层的铁氧体的成分可以相同或不同。并且,即便成分相同,也由于烧成条件等的不同,导致各个磁场屏蔽层的磁导率相互不同。并且,可以根据目的以相同或不同的方式构成各个磁场屏蔽层的厚度。
以上,上述根据本发明的一实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元100、100'、100”可以与在规定的频率中磁特性不同的其他屏蔽单元复合,从而提高使用相互不同的频带的天线的特性,但是仅根据本发明的一实施例的磁场屏蔽单元也能同时提高使用相互不同的频带的各个天线的天线特性,因此从磁场屏蔽单元的薄型化的角度考虑,与在规定频率中磁特性相互不同的屏蔽单元进行复合化并不是优选方案。
另一方面,上述根据本发明的多个实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元100、100'、100”能在至少任意一面具备一个以上的执行电磁波屏蔽和/或散热的功能层(未图示),由此能防止所组装的天线的频率变动幅度明显增大(由于如电源噪音等电磁波而导致),从而降低天线的不良率,并且适用其的移动设备等发热时,使散热更容易,因此能防止由于发热而导致的产品的耐久性降低、功能降低、由于给使用者传递热量而引起的不悦感。
并且,形成于磁场屏蔽单元100、100'、100”的上部和/或下部的功能层(未图示)具有散热功能时,可以在磁场屏蔽单元的水平方向提高热传导率。
具体地,磁场屏蔽单元100的保护部件130的上部和/或粘合部件140的下部可以形成有电磁波屏蔽层、散热层(未图示)和/或层压了这些层的复合层(未图示)或者以一个层复合这些层的功能的如复合层的功能层。作为一例,热传导率以及导电率优秀的铜、铝等金属箔(foil)可以通过粘合剂或双面胶附着于保护部件130、1300的上部。或者,可以通过溅射法、真空蒸镀、化学气相蒸镀等公知的方法使Cu、Ni、Ag、Al、Au、Sn、Zn、Mn、Mg、Cr、Tw、Ti或这些金属的组合沉积在保护部件130、1300上,从而形成金属薄膜。上述功能层由粘合剂构成时,上述粘合剂可以为公知的粘合剂,且作为对此的非限定性例,可以使用丙烯酸类、聚氨酯类、环氧类等粘合剂。另一方面,在使用上述粘合剂时也可以赋予散热性能,为此能在粘合剂中混合镍、银、碳材料等公知的填料,且上述填料的含量可以为公知的散热粘合剂中填料的含量,因此在本发明中并不对此进行特别地限定。
上述功能层的厚度可以为5~100μm,更优选地,为了磁场屏蔽单元的薄膜化,以10~20μm的厚度形成。
并且,如图8所示,根据本发明的一实施例的磁安全传输用磁场屏蔽单元1000可以配置于天线单元的一面而构成磁安全传输模块,其中上述天线单元具有无线电能传输用天线1540、磁安全传输用天线1530以及近场通信用天线1520。
在此,上述磁安全传输模块可以为向电子设备侧传输电能/信号的传输模块,也可以为从传输模块接收电能/信号的接收模块。并且,上述各个天线1520、1530、1540可以为线圈以具有规定内径的方式卷绕的天线线圈,或者可以为在基板上印刷有天线图案的天线图案,并且在本发明中并不会特别地限定天线的具体的形状、结构、大小以及材料等等。并且,参照图8对上述天线的配置进行说明时,上述天线单元1500具有形成于电路基板1510的最外廓的近场通信天线1520、以及从近场通信天线向内侧依次分别间隔而形成的磁安全传输用电线1530、以及无线电能传输用天线1540。
另一方面,与图8不同地,根据本发明的磁安全传输用模块可以不具有无线电能传输用天线1540,而具有近场通信用天线1520以及磁安全传输用天线1530,从而构成磁安全传输用模块;或者也可以不具有无线电能传输用天线1540以及近场通信用天线1520的方式构成磁安全传输用模块。
具体实施例
虽然,通过以下实施例对本发明进行更具体的说明,但是本发明的范围并不会被以下实施例所限定,即以下实施例应解释为仅用于理解本发明。
首先,为了评价根据铁氧体磁性体的成分的物性,执行了如以下的准备例。
<准备例1>
对100重量份的平均粒径为0.75μm的铁氧体粉末(48.5mol%的Fe2O3、4.1mol%的NiO、28.8mol%的ZnO、10.3mol%的CuO、8.2mol%的MgO),添加10重量份的聚乙烯醇、作为溶剂的50重量份的纯水,并在球磨机中进行混合、溶解、分散。之后,将混合物投入至形成有直径0.5mm,高度0.5mm的圆筒孔的模具而进行加压成型,从而制造颗粒物。将制造出的颗粒物放入模具后进行加压(Press)而将其成型为成型密度3.2g/cm3、外径18mm、内径13mm、厚度3.7mm的圈饼(doughnut)模样后,在500度脱脂10小时,然后在940度烧成2.2小时并进行冷却,从而制造大块(bulk)铁氧体。
<准备例2~14>
虽然以与准备例1相同的方式实施并制造,但是将铁氧体粉末的成分/组成比变更为如以下表1,从而制造如以下表1的大块铁氧体。
<比较准备例1~2>
虽然以与准备例1相同的方式实施并制造,但是将铁氧体粉末的成分/组成比变更成如以下表2,从而制造如以下表2的大块铁氧体。
<实验例>
在100KHz、200KHz以及13.56MHz中检测根据准备例以及比较准备例制造出的样品,从而将复磁导率的实部和虚部表示在表1和表2中。
具体地,通过阻抗分析仪(4294A精密阻抗分析仪(Precision ImpedanceAnalyzer)以及42942A用终端适配器套件(42942A用Terminal adapter kit))检测磁导率,并且作为测试夹具采用16454A磁性材料测试夹具(Magnetic Material Test Fixture),且在震荡级别(Osc Level)为500mV的条件下进行测定。
表1
表2
如上述表1以及表2所示,可以确认为使用不包括氧化镁的铁氧体的比较准备例2相比于其他准备例,复磁导率的实部低,虚部明显高。
并且,可以确认为在比较准备例1中,根据氧化镍、氧化锌以及氧化铜的组成比,在100KHz频率中复磁导率的实部无法达到650。
并且,可以确认,在氧化锌以及氧化镍的含量比小于3.6的准备例19相比于准备例9,在100KHz频率中的复磁导率的实部差距比较明显。
并且,可以预想满足氧化镁的优选含量范围的准备例1至10、12以及13相比于准备例11以及准备例13,复磁导率的实部大和/或虚部小,从而在物性上比较优秀。
<实施例>
对100重量份的平均粒径为0.75μm的铁氧体粉末(48.5mol%的Fe2O3、4.1mol%的NiO、28.8mol%的ZnO、10.3mol%的CuO、8.2mol%的MgO)(上述铁氧体粉末与准备例1中使用的铁氧体粉末相同),添加5重量份的聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral resin)树脂、50重量份的溶剂(以5:5混合甲苯和乙醇),并在球磨机中进行混合、溶解、分散。之后,通过普通的流延成型(Tape casting)方法将铁氧体混合物制造成片形状后,在500度脱脂10小时,然后在940度烧成2.2小时并进行冷却,从而制造最终厚度为80μm的铁氧体片。
然后,在上述铁氧体片的一面附着形成有离型膜的厚度为10μm的双面胶(支撑基材为PET、制造商为K-won公司、型号为VT-8210C),而在另一面附着厚度为7μm、且在一面形成有粘合层的PET保护部件(制造商为KOOKJE LA-TECH,型号为KJ-0714)后,使上述铁氧体片经过如图5所示破碎装置,从而制造磁场屏蔽单元。
以上,虽然对本发明的一实施例进行了说明,但是本发明的思想并不会被本说明书记载的实施例所限定,且理解本发明思想的本领域技术人员,能够在相同的思想范围内,通过附加、变更、删除以及追加构成要素等而能够轻易地提供其他实施例,然而这也在本发明的思想范围内。

Claims (12)

1.一种磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,该磁安全传输用磁场屏蔽单元包括:
磁场屏蔽层,由为了提高屏蔽单元的可挠性而被破碎的、包括氧化镁的铁氧体的碎片形成,
其中,所述包括氧化镁的铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的实部μ’在650以上,
所述铁氧体包括3~12mol%的氧化镁;8~14mol%的氧化铜;氧化镍;以及氧化锌,
其中,所述氧化镍以及氧化锌的、根据以下数学式1计算的值为3.6以上,
[数学式1]
Figure FDA0002147607420000011
2.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述磁场屏蔽单元还包括:配置于磁场屏蔽层的一面的保护部件;以及配置于所述磁场屏蔽层的另一面的粘合部件。
3.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述包括氧化镁的铁氧体在200KHz频率中的复磁导率的实部μ’为650以上,在13.56MHz频率中的复磁导率的实部μ’为140~236。
4.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
至少一边为不是直线的弯曲状的铁氧体的碎片的数量为所有铁氧体片数量的45%以上。
5.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述包括氧化镁的铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的虚部μ”为50以下。
6.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述包括氧化镁的铁氧体在200KHz频率中的复磁导率的虚部μ”为50以下,在13.56MHz频率中的复磁导率的虚部μ”为400以下。
7.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述铁氧体还包括46~52重量%的氧化铁,
并且,所述铁氧体包括1~10mol%的氧化镍、25~32mol%的氧化锌。
8.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述铁氧体的碎片包括30%以上的根据以下数学式2计算的离型度为8.0以下的碎片,
[数学式2]
9.根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,其中,
所述包括氧化镁的铁氧体在100KHz频率中的复磁导率的实部μ’为1000以上。
10.一种磁安全传输用模块,其包括:
天线单元,具有磁安全传输用天线;以及
根据权利要求1所述的磁安全传输用磁场屏蔽单元,配置于所述天线单元的一面,用于提高所述天线的特性,并且向所述天线聚集磁场。
11.根据权利要求10所述的磁安全传输用模块,其中,
所述天线单元还包括无线电能传输用天线以及近场通信用天线中的至少一个天线。
12.一种便携式设备,其包括,
作为接收用模块的根据权利要求11的磁安全传输用模块。
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