JP6571282B2 - 磁場遮蔽ユニット及びこれを含む多機能複合モジュール - Google Patents
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Description
また、最近携帯端末機には前述した近距離無線通信と携帯端末機バッテリーの無線充電を全て遂行するように前記各々の機能を遂行する異種のアンテナを含むコンボ型アンテナユニットが設けられる趨勢である。このようなコンボ型アンテナユニットは磁場を応用したものであって、隣接した携帯端末機と近距離無線通信を遂行するか、またはバッテリーを充電するために無線充電機能を遂行する過程で100kHz〜数十MHzの磁場が発生する。
また、前記第1シートは複数個の第1磁場遮蔽層を含むことができ、隣接した第1磁場遮蔽層の間には磁場遮蔽層の間を接着させるための誘電層が介在できる。
また、前記Fe系合金の破片は粒径が500μm未満である破片の個数が全体破片個数の60%以上を満たすことができる。
また、前記第1シートは2〜12個の第1磁場遮蔽層を含むことができる。
また、前記第2シートは13.56MHzの周波数で以下の<数式2>に従う品質指数値が20以上でありうる。
また、前記<数式1>に従う値が3〜25を満たすことができる。
一方、本発明は近距離通信用アンテナ及び無線充電用アンテナを含むアンテナユニット;及び前記アンテナユニットの一面に配置されてアンテナ特性を向上させ、前記アンテナユニットに向けるように磁束を集束させる前述した磁場遮蔽ユニット;を含む多機能複合モジュールを提供する。
一方、本発明は遮蔽ユニットの可撓性向上及び渦電流発生を減少させるために破砕させたFe系合金の破片で形成された第1磁場遮蔽層を備えて無線充電用アンテナ特性を向上させる第1シート;及び遮蔽ユニットの可撓性向上のために破砕させたフェライトの破片で形成された第2磁場遮蔽層を備えて近距離通信用アンテナ特性を向上させ、前記第1シートの一部厚さまたは全体厚さを収容するための収容部を備える第2シート;を含み、前記Fe系合金の破片及び前記フェライトの破片の追加破片化を防止するために、前記Fe系合金の破片及び前記フェライトの破片のうち、一部の破片は少なくとも一辺が直線でない湾曲形状を有する磁場遮蔽ユニットを提供する。
併せて、本発明に従う多機能複合モジュールは、近距離通信、無線充電、情報保安伝送などの異種の機能を1つのモジュールとして遂行可能であるので、モバイル機器、スマート家電、またはモノのインターネット(Internet of Things)用機器などの各種の電子機器に広く応用できる。
また、通常の磁場遮蔽部材に含まれる磁性体は透磁率が高いほど磁場遮蔽に有利であるが、一律的に磁性体の透磁率とアンテナ特性の関係が単純な比例関係と見ることはできないことによって、透磁率があまり高くても目的とする10〜400kHzを含む周波数帯域を動作周波数として有するアンテナ(Ex.無線充電)特性を向上させることができない。具体的に,10〜400kHzを含む周波数帯域で高い透磁率を保有したある一磁性体は、無線充電用アンテナと組合せ時、アンテナのインダクタンス特性を向上させると共に、インダクタンス特性の向上幅よりアンテナ比抵抗特性の増加幅をより大きく増加させることができる。この場合、むしろアンテナ特性の向上程度が微少であるので、目的とする水準にアンテナ特性を向上させることができない。したがって、磁場遮蔽ユニットが特定アンテナと組合わせた時、当該アンテナのインダクタンスを向上させて、比抵抗の増加を最小化することができる程度の適正な透磁率及び損失透磁率を保有するFe系合金が磁場遮蔽層に備えられることが好ましい。
前記誘電体110bは隣接するFe系合金破片を部分的または全体的に絶縁させて発生する渦電流をより最小化させると共に、破砕されたFe系合金破片110aが磁場遮蔽層110の内部で移動できないように固定させ支持し、水分が侵入してFe系合金破片が酸化されることを防止し、磁場遮蔽層に外力が加えられたり曲がったりする時、破片110aの追加的な砕け、微細破片化されることを防止する緩衝材の役割を遂行することができる。
また、前記硬化剤は公知のものであれば特別な制限無しで使用することができ、これに対する非制限的な例に、アミン化合物、フェノール樹脂、酸無水物、イミダゾール化合物、ポリアミン化合物、ヒドラジド化合物、ジシアンジアミド化合物などを単独または2種以上混合して使用することができる。硬化剤は、好ましくは芳香族アミン化合物硬化剤、またはフェノール樹脂硬化剤から選択された1種以上の物質からなるが、芳香族アミン化合物硬化剤、またはフェノール樹脂硬化剤は、常温で長期間保管しても接着特性変化が少ないという長所を有する。芳香族アミン化合物硬化剤には、m−キシレンジアミン、m−フェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノジエチルジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2'−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、4,4'−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼンなどがあり、これらを単独または併用して使用することができる。また、フェノール樹脂硬化剤には、フェノールノボラック樹脂、クレゾールノボラック樹脂、ビスフェノールAノボラック樹脂、フェノールアラルキル樹脂、ポリ−p−ビニルフェノールt−ブチルフェノールノボラック樹脂、ナフトールノボラック樹脂などがあり、これらを単独または併用して使用することができる。硬化剤の含有量は熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のうち、少なくとも1つ以上の樹脂100重量部当たり20〜60重量部であることが好ましいが、硬化剤の含有量が10重量部未満の場合には熱硬化性樹脂に対する硬化効果が不足して耐熱性の低下が引き起こされ、一方、60重量部を超過すれば、熱硬化性樹脂との反応性が高まるようになって、磁場遮蔽ユニットの取扱性、長期保管性などの物性特性を低下させることができる。
まず、前記第2磁場遮蔽層210は第2シート200の可撓性を向上させるために、フェライトシートを破砕させたフェライト破片210aで形成される。
また、前記第2磁場遮蔽層210の厚さはフェライト破片の由来となるフェライトシートまたはプレートの厚さであって、一例に、第2磁場遮蔽層210の厚さは30〜600μmでありうる。仮に、平均厚さが30μm未満の場合、目的とする水準に13.56MHzの動作周波数に適した磁気的特性が発現できないことがあり、600μmを超過する場合、遮蔽ユニットの薄膜化に好ましくない。
まず、本発明に従う好ましい一製造例は、破砕前、第1シート及び第2シートを図1の形状に製造した後、第1シート及び第2シートを同時に破砕させる方法(方法1)、または各々独立して破砕過程を経て製造された第1シート及び第2シートを図1の形状に製造する方法(方法2)により製造できる。
まず、方法2に従う(1)ステップにて、第1シート及び第2シートを各々製造する。
以下の実施例を通じて本発明をより具体的に説明するが、以下の実施例が本発明の範囲を制限するものではなく、これは本発明の理解を助けるためのものとして解釈されるべきである。
(1)第1シートの製造
1)第1磁場遮蔽層の製造
メルトスピニングによる急冷凝固法(RSP)によりFe73.5Si13.5B9Cu1Nb3非晶質合金リボンを製造後にシート形状にカッティングした厚さが24μmであるリボンシート1枚を560℃、N2雰囲気で1時間無磁場熱処理してリボンシートを製造した。リボンシートの一面に厚さが7μmであり、一面に粘着層が形成されたPET保護部材(国際ラテック、KJ−0714)を付着させた後、図6b及び図6cに図示したような破砕装置を3回通過させて第1磁場遮蔽層を製造した。金属ボールは直径3mmの球形状であり、各金属ボール間の間隔は0.5mmの破砕装置を使用した。
前記製造した第1磁場遮蔽層を図3に図示したように3層構造で積層して第1シートを製造した。以後、第1シートを45mm×48mmに裁断した。
平均粒径が0.75μmであるフェライト粉末(Fe2O3 48.75モル%、NiO 14.79モル%、ZnO 24.99モル%、CuO 11.22モル%、Co3O4 0.25モル%)100重量部に対してポリビニルブチラル樹脂5重量部、溶媒としてトルエンとエタノールを5:5で混合した溶剤50重量部をボールミルで混合、溶解、分散させた。以後、フェライト混合物を通常的なテープキャスティング(Tape casting)方法によりシート形状に製造した後、500℃で10時間脱脂させ、940℃で2.2時間の間焼成及び冷却して最終厚さが80μmであるフェライトシートを製造した。
貫通型収容部を形成させた第2シートの収容部に裁断した第1シートを具備させて磁場遮蔽ユニットを製造した。
実施例1と同一に実施して製造し、かつ以下の<表1>のように破砕条件を異にして磁場遮蔽ユニットを製造した。
第1磁場遮蔽層製造ステップで、Fe91.6Si2B6Co0.2Ni0.2非晶質合金を使用したことを除外すれば、実施例1と同一に実施して磁場遮蔽シートを製造した。
第2シート製造ステップで、平均粒径が0.75μmであるフェライト粉末(Fe2O3 48.5モル%、NiO 4.1モル%、ZnO 28.8モル%、CuO 10.3モル%、MgO 8.2モル%)を使用したことを除外すれば、実施例1と同一に実施して磁場遮蔽シートを製造した。
実施例及び比較例に従う磁場遮蔽ユニットに対して以下の物性を評価して以下の<表1>に示した。
実施例に従って製造された各々の磁場遮蔽ユニットの第1シート及び第2シートを分離した後、第1シート及び第2シートの一面に備えられた粘着性保護フィルムを剥離した後、光学顕微鏡で破片の粒径を測定してFe系合金の破片とフェライト破片の平均粒径を測定し、500μm未満である破片の個数及び全体破片個数をカウンティングした後、全体破片個数に対比した粒径500μm未満の破片割合を測定して5個試料平均破片割合を計算した。
図7aのような形状を有するアンテナユニットであって、EPCB 510の両面に厚さ50μmの銅箔で近距離通信用アンテナ520及び無線電力伝送用アンテナ540を具現させた。具体的に、前記近距離通信用アンテナ520は厚さ50μmの銅箔を4ターンして内側53mm×63mm、外側59mm×65mmになるように形成させ、VSWR(定在波比、Voltage Standing Wave Ratio))が1.5、共振周波数は13.56MHzであった。また、前記無線電力伝送用アンテナ540は図7aとは異なり、形状のみ円形に変更して厚さ50μmの銅箔を11ターンして内径が23mm、外径を43mmに形成させ、200kHzでインダクタンス(Ls)が8.8μH、抵抗(Rs)が0.589Ωであった。
無線電力信号送信モジュールに備えられた無線電力送信アンテナに200kHz正弦波信号を増幅して入力させた後、無線電力受信アンテナの出力端子に50Ωの負荷抵抗が接続された複合モジュールをアラインさせて無線電力受信アンテナを介して発生する電流をオシロスコープを通じて測定して電力伝送効率を測定した。この際、比較例の電力伝送効率を100%に基準して実施例の電力伝送効率を相対的に評価した。
複合モジュールの近距離通信用アンテナにケーブルを介してNFCリーダー/ライターを連結した。また、NFC用ICチップと複合モジュールに備えられた近距離通信用アンテナと同一なアンテナが接続NFCカードを製造した。以後、前記NFCリーダー/ライターを通じて13.56MHzのデータ信号を出力させた後、前記NFCカードを複合モジュールの近距離通信用アンテナの鉛直方向に位置させた後、通信可能な最大道を測定した。この際、比較例の通信可能な最大距離を100%に基準して実施例の通信可能な最大距離を相対的に評価した。
実施例及び比較例に従って製造された磁場遮蔽シートの可撓性を評価するために、前記実験方法と同一な条件で実験を進行し、かつアンテナユニットと磁場遮蔽シートを分離し、分離した磁場遮蔽シートの両側端が触れ合うように100回曲げたり伸ばしたりした後、磁場遮蔽シート上にアンテナユニットを配置して電力伝送効率及び通信可能な最大距離を測定した。曲げる前の電力伝送効率及び通信可能な最大距離を各々100%に基準して曲げた後の電力伝送効率及び通信可能な最大距離を相対的に評価して以下の<表3>に示した。
実施例1と同一に実施して製造し、かつ以下の<表4>のように破砕条件及び各層の構成を異にして磁場遮蔽ユニットを製造した。
湾曲形状を有する破片の割合に従う効果を測定するために、実施例1、実施例10〜13、及び比較例1に従う磁場遮蔽ユニットに対して以下の物性を評価して以下の<表4>に示した。
実施例1、実施例10〜13に従って製造された各々の磁場遮蔽ユニットの第1シート及び第2シートを分離した後、第1シート及び第2シートの一面に備えられた粘着性保護フィルムを剥離した後、光学顕微鏡で全体破片個数対比湾曲形状を有する破片個数をカウンティングしてその割合を計算した。
図7aのような形状を有するアンテナユニットとしてEPCB 510の両面に厚さ50μmの銅箔で近距離通信用アンテナ520及び無線電力伝送用アンテナ540を具現させた。具体的に、前記近距離通信用アンテナ520は厚さ50μmの銅箔を4ターンして内側53mm×63mm、外側59mm×65mmになるように形成させ、VSWR(定在波比、Voltage Standing Wave Ratio))が1.5、共振周波数は13.56MHzであった。また、前記無線電力伝送用アンテナ540は図7aとは異なり、形状のみ円形に変更して厚さ50μmの銅箔を11ターンして内径が23mm、外径を43mmに形成させ、200kHzでインダクタンス(Ls)が8.8μH、抵抗(Rs)が0.589Ωであった。
製造されたアンテナユニットの近距離通信アンテナに磁場遮蔽ユニットの第2シートが対応するように、無線電力伝送用アンテナに磁場遮蔽ユニットの第1シートが対応するように前記アンテナユニットの一面に磁場遮蔽ユニットを配置させて多機能複合モジュールを製造した。製造された各々の多機能複合モジュールに対して以下の物性を評価した。
無線電力信号送信モジュールに備えられた無線電力送信アンテナに200kHz正弦波信号を増幅して入力させた後、無線電力受信アンテナの出力端子に50Ωの負荷抵抗が接続された複合モジュールをアラインさせて無線電力受信アンテナを介して発生する電流をオシロスコープを通じて測定して電力伝送効率を測定した。以後、前記実験方法と同一な条件で実験を進行し、かつアンテナユニットと磁場遮蔽シートを分離し、分離した磁場遮蔽シートの両側端が触れ合うように100回曲げたり伸ばしたりした後、磁場遮蔽シート上にアンテナユニットを配置して電力伝送効率を測定した。曲げる前の電力伝送効率を100%に基準して曲げた後の電力伝送効率を相対的に評価した。
複合モジュールの近距離通信用アンテナにケーブルを介してNFCリーダー/ライターを連結した。また、NFC用ICチップと複合モジュールに備えられた近距離通信用アンテナと同一なアンテナが接続されたNFCカードを製造した。以後、前記NFCリーダー/ライターを通じて13.56MHzのデータ信号を出力させた後、前記NFCカードを複合モジュールの近距離通信用アンテナの鉛直方向に位置させた後、通信可能な最大距離を測定した。以後、前記実験方法と同一な条件で実験を進行し、かつアンテナユニットと磁場遮蔽シートを分離し、分離した磁場遮蔽シートの両側端が触れ合うように100回曲げたり伸ばしたりした後、磁場遮蔽シート上にアンテナユニットを配置して通信可能な最大距離を測定した。曲げる前の通信可能な最大距離を100%に基準して曲げた後の通信可能な最大距離を相対的に評価した。
Claims (15)
- 遮蔽ユニットの可撓性向上及び渦電流発生を減少させるために破砕させたFe系合金の破片で形成された第1磁場遮蔽層を備えて無線充電用アンテナ特性を向上させる第1シート、及び遮蔽ユニットの可撓性向上のために破砕させたフェライトの破片で形成された第2磁場遮蔽層を備えて近距離通信用アンテナ特性を向上させ、前記第1シートの一部厚さまたは全体厚さを収容するための収容部を備える第2シートを含み、前記Fe系合金の破片の平均粒径及び前記フェライトの破片の平均粒径に対する以下の<数式1>の値が3〜35であり、
前記Fe系合金の破片は平均粒径が0.5〜700μmであり、
前記Fe系合金の破片は粒径が500μm未満である破片の個数が全体破片個数の60%以上を満たす、磁場遮蔽ユニット。
- 前記収容部は前記第2シートの一面から所定の深さに陥没した収容溝または前記第2シートを貫通する貫通口である、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第1磁場遮蔽層はFe系合金の破片のうち、一部隣接する破片の間に形成された離隔空間の少なくとも一部に侵入している誘電体を含む、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第1シートは複数個の第1磁場遮蔽層を含み、隣接した第1磁場遮蔽層の間には磁場遮蔽層間を接着させるための誘電層が介された、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第1磁場遮蔽層は厚さが15〜50μmである、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第1シートは2〜12個の第1磁場遮蔽層を含む、請求項4に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第2シートは13.56MHzの周波数で以下の<数式2>に従う品質指数値が20以上である、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記第2磁場遮蔽層は厚さが30〜600μmである、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記フェライト破片の単一破片平均粒径は100〜2100μmである、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 前記<数式1>に従う値が3〜25を満たす、請求項1に記載の磁場遮蔽ユニット。
- 遮蔽ユニットの可撓性向上及び渦電流発生を減少させるために破砕させたFe系合金の破片で形成された第1磁場遮蔽層を備えて無線充電用アンテナ特性を向上させる第1シート、及び遮蔽ユニットの可撓性向上のために破砕させたフェライトの破片で形成された第2磁場遮蔽層を備えて近距離通信用アンテナ特性を向上させ、前記第1シートの一部厚さまたは全体厚さを収容するための収容部を備える第2シートを含み、前記Fe系合金の破片及び前記フェライトの破片の追加破片化を防止するために前記Fe系合金の破片及び前記フェライトの破片のうち、一部の破片は少なくとも一辺が直線でない湾曲形状を有し、
前記Fe系合金の破片のうち、少なくとも一辺が直線でない湾曲形状を有する破片の個数は、磁場遮蔽ユニットに備えられるFe系合金の破片全体個数対比15%以上であり、
前記フェライト破片のうち、少なくとも一辺が直線でない湾曲形状を有する破片の個数は、磁場遮蔽ユニットに備えられるフェライト破片の全体個数対比25%以上である、磁場遮蔽ユニット。 - 近距離通信用アンテナ及び無線充電用アンテナを含むアンテナユニット、及び前記アンテナユニットの一面に配置されてアンテナ特性を向上させ、前記アンテナユニットに向けるように磁束を集束させる請求項1乃至11のうち、いずれか一項に従う磁場遮蔽ユニットを含む、多機能複合モジュール。
- 前記無線充電用アンテナは近距離通信用アンテナの内側に形成され、前記磁場遮蔽ユニットの第1シートは無線充電用アンテナに対応するように備えられる、請求項12に記載の多機能複合モジュール。
- 前記アンテナユニットはマグネチック保安伝送用(MST)アンテナをさらに含み、磁場遮蔽ユニットの第1シートは前記マグネチック保安伝送用アンテナに対応するように備えられる、請求項13に記載の多機能複合モジュール。
- 請求項13に従う多機能複合モジュールを受信用モジュールとして含む、携帯用機器。
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