KR100718812B1 - 내장형 안테나 및 금속 분말 사출 성형을 이용한 내장형안테나의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

금속 분말 사출 성형에 의한 안테나의 제조 방법 및 그에 의한 다양한 형상의 안테나가 개시된다. 본 발명의 안테나 제조 방법은, 금속 분말을 포함하는 혼합물을 금형에 주입하여 사출 성형하는 단계, 상기 사출 성형에 의해 형성된 성형물을 탈지하는 단계, 및 탈지된 상기 성형물을 소결하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 단말기의 내부 공간을 효율적으로 활용하는 한편, 다양한 형상을 갖는 안테나를 용이하게 제조할 수 있다.

금속 분말 사출 성형, 단말기 내부 공간, 안테나, 3 차원 형상

Description

내장형 안테나 및 금속 분말 사출 성형을 이용한 내장형 안테나의 제조 방법{INTERNAL ANTENNA AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME USING METAL INJECTION MOULDING}

도 1 은 종래의 내장형 안테나를 도시하는 도면.

도 2 는 도 1 의 내장형 안테나가 단말기 내부에 설치된 상태를 도시하는 도면.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 내장형 안테나의 제조방법을 나타내는 흐름도.

도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 도면.

도 5 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 도면.

도 6 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 도면.

도 7 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 안테나를 도시하는 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10 : 방사체 12 : 유전체 바디

14 : 단자 16 : RF 회로

18 : 단말기 하우징

본 발명은 무선 통신 기기용 안테나에 관한 것으로, 특히 3 차원 구조를 가진 내장형 안테나에 관한 것이다.

최근 무선 통신의 발달로 휴대전화, PDA 등의 무선 통신 기기가 널리 보급되고 있으며, 이러한 기기들은 날이 갈수록 소형화·경량화 되어 가고 있다. 따라서, 이에 적용되는 안테나 역시 소형화되어 가고 있으며, 최근에는 통신 기기에 내장될 수 있는 내장형 안테나의 적용이 증가하고 있다.

종래 내장형 안테나로서는 패치 안테나, 루프 안테나, PCB (Printed Circuit Board) 안테나, 칩 안테나 등이 알려져 있다.

본 출원인의 등록 실용신안 제 356488 호에 내장형 PCB 안테나의 일례가 개시되어 있다. 도 1 은 종래의 내장형 PCB 안테나를 도시하는 도면이다. 종래의 내장형 PCB 안테나는, 방사체 패턴 (120) 이 인쇄된 PCB (100), PCB (100) 상의 방사체 패턴 (120) 과 외부 회로를 연결하는 단자 (300), 및 단자 (300) 를 수용하고 PCB (100) 를 지지하는 캐리어 (200) 을 포함한다. 캐리어 (200) 에 형성된 돌출부 (230) 은 PCB (100) 의 결합홀 (140) 에 삽입되어 캐리어 (200) 와 PCB (100) 가 결합되며, 단자 (300) 은 캐리어 (200) 의 수용부 (220) 에 삽입되고 단자 (300) 의 상부는 방사체 패턴 (120) 과 전기적으로 접속된다. 방사체 패턴 (120) 은 도체로서, 소정 파장의 전자기파에 공진하도록 적당한 길이 및 형상으로 PCB (100) 상 에 형성된다.

한편, 본 출원인의 등록실용신안 제 381796 호는 도 1 의 PCB (100) 를, 판상의 도체로 대체한 내장형 안테나를 개시한다. 상기 등록실용신안의 내장형 안테나는, 안테나 방사체로서 소정 패턴으로 형성된 판상의 도체를 사용하여, PCB 기판을 제거하고 제조비용을 절감한다. 이러한 방사체는 프레스 가공에 의하여 형성되는 것이 일반적이다.

도 2 는 도 1 의 안테나가 단말기 내부에 설치된 상태를 도시하는 도면이다. 이상과 같은 종래의 내장형 안테나는 방사체가 2 차원적 형상으로 형성되는 것이 일반적이다. 즉, 도 2 에 도시된 바와 같이, 판형의 PCB (100) 상에 방사체가 인쇄되어 캐리어 (200) 상에 결합된다. 그러나, 핸드폰의 하우징 (500) 은 미관을 위해 곡선으로 형성되는 경우가 많은바, 종래의 안테나는 하우징 (500) 의 내부 형상과 정확하게 일치되는 것이 불가능하였다. 이는 PCB 를 사용하지 않고 판상의 도체를 사용하는 경우에도 동일하다. 특히, 판상의 도체는 프레스 가공으로 형성되므로 그 형상이 곡선형의 하우징 (500) 내부에 일치될 수 없었다.

그러나, 내장형 안테나에 있어 그 특성을 제한하는 주요한 요인 중 하나가 그 설치 공간의 제약인 바, 상기와 같이 하우징 (500) 에 일치되지 않는 형상을 갖는 내장형 안테나는 하우징 (500) 내의 공간을 모두 이용하지 못한다는 문제가 있었다. 일반적으로 안테나의 이득은 부피의 제곱에 비례하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 종래의 안테나와 같이 하우징 (500) 내의 공간을 이용하지 못하는 것은 안테나 이득을 더 증가시키는데 큰 제약으로 작용한다. 또한, 평면상에 배치되는 것 을 전제로 방사체가 설계되므로 대역폭의 확장, 다중 대역폭의 구현 등에 제약이 생긴다.

상술한 바와 같이, 내장형 안테나의 제조에 있어서는 단말기 내부의 공간을 최대한 활용할 수 있는 형상의 안테나를 제조하는 기술이 요구되나, 종래의 내장형 안테나 제조 방법은 프레스 가공에 의해 안테나 방사체를 제조하거나, PCB 상에 도전체를 인쇄/증착 하여 방사체를 제조하므로, 3 차원 형상을 자유롭게 제조할 수 없었으며 제조하더라도 그 형상에 제한이 많았다.

본 발명은 상기 문제점을 인식하여 이루어진 것으로, 단말기 내부의 공간을 효율적으로 이용할 수 있으며, 안테나의 특성을 향상시키도록 다양한 형태를 갖는 3 차원 안테나 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 간소한 공정으로 다양한 형상의 내장형 안테나를 제조할 수 있는 안테나의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 금속 분말을 포함하는 혼합물을 금형에 주입하여 사출 성형하는 단계, 상기 사출 성형에 의해 형성된 성형물을 탈지하는 단계, 및 탈지된 상기 성형물을 소결하는 단계를 포함하는, 안테나의 제조방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 혼합물은 결합제, 가소제, 윤활제, 및 계면활성제 중 하나 이상을 더 포함한다.

또한, 바람직하게는, 상기 사출 성형하는 단계는 150 ℃ 에서 40 초 동안 수행된다.

또한, 상기 탈지하는 단계는 800 내지 900 ℃ 에서 24 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 소결하는 단계는 1300 내지 1400 ℃ 에서 12 시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 방법에 의하여 제조된 안테나로서, 상기 안테나가 설치된 단말기의 하우징의 형상과 일치하는 형상을 갖는 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법에 의하여 제조된 안테나로서, 제 1 방사체, 및 상기 제 1 방사체와 일체로 형성되며 상기 제 1 방사체와 일부 또는 전부 중첩되고 상기 제 1 방사체에 평행하게 배치된 제 2 방사체를 포함하는 안테나가 제공된다.

본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법에 의하여 제조된 안테나로서, 제 1 방사체, 및 상기 제 1 방사체와 일체로 형성되며 상기 제 1 방사체와 수직으로 배치된 제 2 방사체를 포함하는 안테나가 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상기 방법에 의하여 제조된 안테나로서, 방사체, 및 상기 방사체와 단말기의 RF 회로를 접속하며 방사체와 일체로 형성된 단자를 포함하는 안테나가 제공된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명한다.

도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 내장형 안테나의 제조방법을 나타내는 흐름도이다. 본 실시형태의 방법은 기본적으로 금속 분말 사출 (Metal Injection Moulding) 공정에 의하여 내장형 안테나를 제조한다. 본 명세서 전체에서, 금속 분말 사출 공정이라 함은 분말 상의 금속을 사출 및 소결하여 사출물을 제조하는 여하한 공정을 지칭한다. 먼저, 단계 (S100) 에서, 금속 분말과 바인더를 혼합한다. 금속 분말로서는, 안테나의 방사체로서 기능할 수 있는 정도의 전기 전도성을 가지는 금속이라면 여하한 금속을 사용할 수 있으며, 구리, 철, 구리-니켈, 구리-아연, 텅스텐 등을 사용할 수 있다.

한편, 이후 사출 시 혼합물에 유동성을 부여하고, 분말을 서로 결합하여 형상을 유지하도록 하기 위해 바인더 (binder) 가 첨가된다. 바인더는 결합제, 가소제, 윤활제, 계면활성제 등을 포함할 수 있다. 결합제로는 PS, PE, APP, EVA, EEA, MMA, BMA 등을 사용할 수 있다. 가소제로서는 DBP, DOP, 스테어릴 알콜, 부틸 스테알레이트, 스테어린산 아미드 등을 사용할 수 있다. 윤활제로서는 스테어린산, 오레인산, 파라핀왁스, 칼버너왁스, 몬턴왁스 등을 사용할 수 있다. 계면활성제로서는, SMS, 아미호프LL, Ti 커플링체 등을 사용할 수 있다.

금속 분말과 바인더의 배합 비율은 구체적인 재질 및 후속 단계의 공정 조건에 의해 결정되나, 분말 : 바인더를 6 : 4 의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다. 또한, 금속 분말과 바인더는 균일하게 혼합되는 것이 바람직하다.

다음, 단계 (S110) 에서, 혼합 재료를 금형에 주입하여 사출 성형을 수행한다. 본 단계는 약 150 ℃ 의 온도에서 40 초 동안 수행되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서 제조되는 안테나의 형상은 금형에 의하여 결정된다. 사출 성형에 의하는 경우에는, 프레스 가공이나 PCB 에의 도체 인쇄/증착과는 달리 3 차원 형상을 자유롭게 제조할 수 있으므로, 안테나 설계의 자유도를 높일 수 있다. 사출 성형에 있어서의 사출압 및 사출 속도는 사용 재료, 금형의 형상 및 크기 등에 따라 조정될 수 있으며, 이러한 변형은 모두 본 발명의 범위에 속한다.

단계 (S120) 에서, 사출물에 대하여 탈지 공정을 수행한다. 단계 (S110) 의 사출물은 금속 분말뿐만 아니라 바인더를 포함하고 있으므로, 탈지 공정에 의하여 바인더를 제거한다. 탈지 공정은 약 800 내지 900 ℃ 의 탈지로에서 바인더를 증발 분해하여 수행될 수 있다. 이 경우, 탈지 공정은 약 24 시간 동안 수행된다. 탈지 시간을 단축하기 위하여, 용매추출탈지를 수행하거나, 광분해형 바인더를 사용하여 바인더를 광분해 시키는 것도 가능하다. 또한, 탈지로의 분위기를 진공으로하여 바인더의 증발을 촉진할 수 있다.

다음, 단계 (S130) 에서, 탈지된 사출물을 소결한다. 분말 형태의 금속은 소결 단계에서 치밀화 되어 제품이 완성된다. 소결 공정은 1300 내지 1400 ℃ 의 소결로에서 약 12 시간 정도 수행되는 것이 바람직하다.

금속 분말 사출 성형은, 소결성이 뛰어난 미분말 원료를 사용하므로 소결 온도를 충분히 높이고 충실하게 소결 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 고밀도 고강도의 안테나를 제조할 수 있다. 또한, 사출 성형에 의한 성형체의 밀도가 균일하므로 소결 시의 수축률이 균일하고, 수치정밀도를 높일 수 있다.

뿐만 아니라, 금속 분말 사출 성형은 기본적으로 사출 성형에 의한 것인 바, 금형의 제작이 가능하다면 여하한 형태라도 제조가 가능하므로, 설계의 자유도가 매우 높다는 장점이 있다. 따라서, 단말기 내부 공간을 효율적으로 사용하도록 다양한 형태의 안테나를 제조할 수 있으며, 안테나의 방사 특성을 향상시키도록 안테나를 다양한 형태로 설계할 수 있다.

도 4 내지 도 7 을 참조하여, 본 발명의 안테나 제조방법에 의한 안테나의 형상을 설명한다.

도 4 는 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 안테나를 도시한다. 본 실시형태의 안테나는 안테나 하우징 (18) 내에 실장되며, 방사체 (10), 방사체를 지지하는 유전체 바디 (12) 및 방사체 (10) 와 RF 회로 (16) 를 접속하는 단자 (14)를 포함한다.

본 실시형태의 안테나 방사체 (10) 는 단말기 하우징 (18) 의 형상과 일치하는 형상을 갖는다. 하우징 (18) 의 형상이 완만한 곡선인 경우뿐만 아니라, 굴곡이 있는 경우라 하더라도, 본 발명의 금속 분말 사출에 의하면 하우징 (18) 의 형상과 일치하는 형상의 안테나 방사체 (10) 의 제조가 가능하다. 따라서, 단말기 내의 공간을 효율적으로 활용할 수 있으며, 단말기 내의 공간 내에 최대 체적의 안테나 방사체를 구현함으로써 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다.

도 5 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 안테나를 도시한다. 본 실시형태의 안테나 방사체 (20) 는 제 1 방사체 (22), 및 제 1 방사체와 일부에서 중첩되며 평 행하게 배치되고 제 1 방사체에 수직으로 접속된 제 2 방사체 (24) 를 포함한다. 안테나 방사체 (20) 는 제 1 방사체 (22) 와 제 2 방사체 (24) 사이의 공간에 의하여 대역폭의 확장 및/또는 다중 대역 특성을 가질 수 있다. 그러나, 이러한 형상, 특히 제 2 방사체 (24) 의 일부가 제 1 방사체 (22) 와 중첩되는 형태의 안테나는 종래의 프레스 가공에 의하여서는 제조가 난이 하였다. 프레스 가공에 의하여 안테나를 제조하는 경우, 제 1 방사체 (22) 및 제 2 방사체 (24) 를 별도로 제조하여 납땜 등에 의해 부착하였다. 이 경우 제조 공정이 번거롭고 납땜에 의하여 안테나 특성이 저하되는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 안테나 제조방법에 의하여 방사체 (20) 을 제조하는 경우, 간소한 공정으로 일체형의 방사체 (20) 을 제조할 수 있다.

도 6 은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 안테나를 도시한다. 도 6 의 안테나 방사체 (30) 는 제 1 방사체 (32) 및 이와 수직으로 배치된 제 2 방사체 (34) 를 포함한다. 방사체 (30) 는 서로 수직으로 배치된 2 개의 방사체 (32, 34) 를 포함하므로, 각각 직교하는 전자기파를 수신/방사하는 것이 가능하다. 종래의 프레스 공정에 의하여서는 이와 같은 형태의 방사체 (30) 를 제조하는 것이 어려웠다. 그러나, 본 발명의 안테나 제조 방법에 따르면, 방사체 (30) 를 단순한 공정으로 일체형으로 제조할 수 있다.

도 7 은 본 발명의 제 4 실시형태에 따른 안테나를 도시한다. 도 7 의 안테나 (40) 는 방사체 (42) 와 단자 (44) 를 포함한다. 단자 (44) 는 방사체 (42) 와 일체로 구성된다. 단자 (44) 는 단말기 내의 RF 회로 (미도시) 와 방사체 (42) 를 전기적으로 접속한다.

종래의 프레스 공정에 의하여 단자를 갖는 안테나 방사체를 제조하는 경우, 판재의 일부를 절개하고 이를 절곡하여 단자로 사용하여야 하였다. 그러나, 이 경우 단자의 형성을 위해 방사체의 일부를 이용하므로, 방사체의 면적이 감소하게 되고 안테나의 방사 특성이 열화된다. 또한, 절개 및 절곡 공정에 의하여 안테나 제조 공정이 번거롭게 된다.

반면, 본 발명에 따른 안테나 제조 방법에 의하면, 단자 (44) 가 방사체 (42) 에 일체로 형성되며, 방사체 (42) 는 절개 부분이 없이 형성되므로 안테나의 방사 특성이 향상될 수 있다. 또한, 단자 (44) 와 방사체 (42) 가 별도의 인터페이스 없이 접속되므로 인터페이스에 의한 신호 열화가 방지될 수 있다.

이상 본 발명의 구체적인 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니며 당업자는 다양한 변형이 가능함을 용이하게 인식할 수 있을 것이다. 구체적으로, 본 발명의 안테나 제조 방법은 내장형 안테나뿐만 아니라 헬리컬 안테나 등의 외장형 안테나에도 적용이 가능하며, 이는 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 본 명세서에서 개시한 구체적인 온도, 시간, 재질 등은 당업자가 공정 조건에 따라 변형이 가능한 것이며, 이 역시 본 발명의 범위에 속한다.

본 발명의 안테나 제조 방법에 따르면, 금속 분말 사출 성형에 의하여 단말 기 내부의 공간을 효율적으로 이용할 수 있는 3 차원 형상의 안테나를 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 종래 제조가 어렵거나 불가능하였던 다양한 형상의 내장형 안테나를 용이하게 제조할 수 있다.

Claims (9)

1. 금속 분말을 포함하는 혼합물을 금형에 주입하여 사출 성형하는 단계;

   상기 사출 성형에 의해 형성된 성형물을 탈지하는 단계; 및

   탈지된 상기 성형물을 소결하는 단계를 포함하는, 안테나의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 혼합물은 결합제, 가소제, 윤활제, 및 계면활성제 중 하나 이상을 더 포함하는, 안테나의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 사출 성형하는 단계는 150 ℃ 에서 40 초 동안 수행되는, 안테나의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 탈지하는 단계는 800 내지 900 ℃ 에서 24 시간 동안 수행되는, 안테나의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 소결하는 단계는 1300 내지 1400 ℃ 에서 12 시간 동안 수행되는, 안테 나의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 안테나로서,

   상기 안테나가 설치된 단말기의 하우징의 형상과 일치하는 형상을 갖는 안테나.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 안테나로서,

   제 1 방사체, 및 상기 제 1 방사체와 일체로 형성되며 상기 제 1 방사체와 일부 또는 전부 중첩되고 상기 제 1 방사체에 평행하게 배치된 제 2 방사체를 포함하는 안테나.
8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 안테나로서,

   제 1 방사체, 및 상기 제 1 방사체와 일체로 형성되며 상기 제 1 방사체와 수직으로 배치된 제 2 방사체를 포함하는 안테나.
9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 안테나로서,

   방사체, 및 상기 방사체와 단말기의 RF 회로를 접속하며 방사체와 일체로 형성된 단자를 포함하는 안테나.

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