KR101272206B1 - 열경화성수지를 이용한 박형 ｎｆｃ 안테나의 제조방법 - Google Patents

열경화성수지를 이용한 박형 ｎｆｃ 안테나의 제조방법 Download PDF

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김재경
김근하
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아로 주식회사
김근하
김재경
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Abstract

공정이 간편하고, 100㎛ 정도의 두께를 갖는 NFC 안테나를 제조할 수 있으며, 휨성을 제공하여 적용성이 우수한 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법이 개시된다. 이를 위하여 열경화성수지와 충진제 등이 포함된 슬러리를 생성하는 단계와, 상기 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 방법으로 시트를 생성하는 단계와, 상기 시트와 도전성 박판을 적층하고 라미네이션 가공하는 단계, 및 상기 도전성 박판에 안테나패턴을 형성하고 식각하여 안테나부를 형성하는 단계를 포함하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 접착제를 사용하지 않고도 페라이트 시트와 도전성 박판의 적층이 가능하므로, 부가적인 구성요소를 적층한다고 하여도 NFC 안테나의 두께를 105㎛ 내외로 제어가 가능하다.

Description

열경화성수지를 이용한 박형 ＮＦＣ 안테나의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF THIN TYPE NFC ANTENNA USING THERMALLY CURABLE RESIN COMPOSITION}
본 발명은 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정이 간편하고, 양면테이프 등을 포함하여 100㎛ 정도의 두께를 갖는 NFC 안테나를 제조할 수 있으며, 휨성을 제공하여 적용성이 우수한 열경화성수지를 이용한 박형 NFC 안테나의 제조방법에 관한 것이다.
접촉 정보인식기로 널리 적용되는 NFC 안테나에는 신호원으로 발생된 마그네틱플럭스의 원활한 집속을 위해 페라이트 시트가 널리 사용되고 있으며, 그중 소결 페라이트 시트와 페라이트-고무 시트가 널리 사용된다.
도 1은 소결 페라이트 시트가 포함된 NFC 안테나를 나타내는 사진이며, 도 2는 도1의 소결 페라이트 시트를 나타내는 개략도이다.
일반적으로, 도 1과 같은 NFC 안테나는 ①복수의 원료를 혼합하는 단계와, ②혼합된 복수의 원료를 교반하여 슬러리화 하는 단계와, ③상기 슬러리에 포함된 기포 및 가스를 제거하는 단계와, ④테이프 케스팅(tape casting) 방법을 통해 상기 슬러리를 시트로 성형하는 단계와, ⑤상기 시트 중 임의의 1장을 제품치수로 절단하는 단계와, ⑥상기 시트 중 임의의 1장을 바둑판 모양으로 절단하는 단계와, ⑦제품치수로 절단된 시트와 바둑판 모양으로 절단된 시트를 적층한 후 80 내지 90℃의 온도범위에서 라미네이션 가공하여 시트를 생성하는 단계와, ⑧상기 시트를 알루미나 판 등에 깔아서 400 내지 500℃의 온도를 유지시켜 시트에 잔존하는 바인더를 소각하는 단계와, ⑨ ⑧단계를 통과한 시트를 1,100℃로 소성하여 두께가 80 내지 300㎛인 페라이트 시트를 생성하는 단계와, ⑩소성된 페라이트 시트에 도 2와 같이 PSR, 접착제, PI 및 루프안테나를 부착하는 단계와, ⑪하부에 양면테이프 부착하는 단계 등 복잡한 절차를 통해 제조된다.
이러한 생산방식의 경우 소결 페라이트 시트 및 금속 시트를 적용하면 제조공법상 메탈시트 자체의 두께도 제어에 한계가 있지만, 이보다 부착에 사용되는 타물질(보호테잎, PSR, 접첵제, PI 및 양면테잎)의 두께로 인해 총 두께가 약 200 내지 350㎛ 정도가 되어 두께를 박막형으로 제조하는데 제약이 따른다. 특히, 스마트폰의 경우는 두께의 슬림(slim)화가 큰 이슈로 대두되고 있는 실정이며, 스마트폰의 설계 시 주어진 공간에 제약을 받기 때문에 가급적 페라이트 시트의 두께가 얇아져야 되는 것이 최선의 방법이다. 최근에는 스마트폰 설계자의 입장에서 NFC 삽입 공간을 약 200㎛ 이하로 설계하는 경우가 많아 NFC의 박막화가 절실한 상황이다.
이와 같이, 소결 페라이트 시트는 제조공정이 많이 까다로워 제조하는데 공정변수가 많으며, 수율 및 공정 중 불량이 많이 발생되고 이로 인해 공정단가가 높아지게 된다. 그리고 소성을 할 경우 페라이트 시트가 취성에 약하고 자체적으로는 휨 기능이 없어 시트 표면에 바둑판 모양(가로ㅧ 세로 = 2ㅧ 2mm 크기로 두께방향으로 하프 커팅)으로 두께의 반을 가절단 해야만 페라이트 시트가 휨 기능을 가지게 되는데 이 공정 때문에 수율이 저하된다.
한편, 페라이트-고무 시트는 제조공정상 두께 제어가 쉽지 않아 박막형 시트로 제조하는데 애로사항이 많이 발생되며, 제조과정 중 쉽게 바인다가 경화되지 않아 낮은 염수분무 특성을 갖는다.
대한민국 공개특허 제10-2011-0011369호(2011.02.08 공개) 대한민국 공개특허 제10-2011-0130260호(2011.12.05 공고) 대한민국 공개특허 제10-2011-0128764호(2011.11.30 공고)
따라서, 본 발명의 목적은 수율 저하의 원인인 페라이트 시트 표면을 셀 분할하는 가절단 공정 없이도 휨성을 제공할 수 있고, 얇은 두께뿐만 아니라 두꺼운 두께를 갖도록 구성할 수 있어 두께의 제어가 용이하며, 공정변수를 최소화하여 신뢰도가 우수한 NFC 안테나를 제조하는 방법으로 열경화성수지를 이용한 박형 NFC 안테나의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에서는 열경화성수지, 충진제, 분산제, 가교제, 개시제를 혼합하고 교반하여 슬러리를 생성하는 단계와, 상기 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 방법으로 시트를 생성하는 단계와, 상기 시트와 도전성 박판을 적층하고 라미네이션 가공하는 단계, 및 상기 도전성 박판에 안테나패턴을 형성하고 식각하여 안테나부를 형성하는 단계를 포함하는 열경화성수지를 이용한 박형 NFC 안테나의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 제조방법에 의하면, 약 30㎛의 두께를 가지는 페라이트 시트의 제작이 가능할 뿐만 아니라, 보호필름을 포함하여 최대 4가지 층으로 구성된 NFC 안테나를 구성할 수 있다.
다시 말해, 본 발명은 라미네이션 가공을 통해 접착제를 사용하지 않고도 페라이트 시트와 도전성 박판의 적층이 가능하므로, 부가적인 구성요소를 적층한다고 하여도 NFC 안테나의 두께를 100㎛ 내외로 제어가 가능하다. 결과적으로, 본 발명으로 박형 NFC를 제조할 수 있다.
그리고 본 발명은 두꺼운 후막형 NFC의 제작이 필요한 경우에는 페라이트 시트를 다층으로 적층하여 두꺼운 500㎛ 이상의 두께를 갖는 NFC 안테나를 제조할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 NFC 안테나의 두께를 다양하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 염수특성이 우수하여 제품의 신뢰성 및 환경성이 우수하다.
아울러, 본 발명은 간단한 공정으로 얇은 페라이트 시트를 제조할 수 있으며, 종래의 NFC 안테나의 제조방법과 달리 제품의 가절단 등 재가공 공정이 없이도 휨성이 있는 페라이트 시트를 제조할 수 있다. 이에 따라 제조원가가 절약되며, 생산성이 향상된다.
나아가, 본 발명의 제조방법을 통해 생산된 NFC 안테나는 휴대폰에 배터리 부착 및 핸드폰 후면케이스에 부착되어 거리인식 기능을 부여할 수 있다. 또한, 열경화성 페라이트 시트에 루프안테나를 재설계하여 부착하면 물류인식 바코드를 대체할 수도 있다.
도 1은 소결 페라이트 시트가 포함된 NFC 안테나를 나타내는 사진이다.
도 2는 도1의 NFC 안테나에 포함된 소결 페라이트 시트를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 NFC 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 NFC 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 NFC 안테나의 제조방법으로 생산된 NFC 안테나를 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5의 NFC 안테나의 실물을 도시한 사진이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법(이하, 'NFC 안테나의 제조방법'이라 약칭함.)을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 NFC 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 NFC 안테나의 제조방법은 열경화성수지, 충진체 등을 포함하는 구성요소를 바탕으로 슬러리를 생성하는 슬러리 생성단계(S10)와, 상기 슬러리를 바탕으로 페라이트 시트를 생성하는 페라이트 시트 생성단계(S20)와, 상기 페라이트 시트에 도전성 박판을 적층하는 적층단계(S30)와, 상기 동박에 패턴을 형성하고 식각하여 안테나부를 형성하는 안테나부 생성단계(S40)를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 각 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 슬러리 생성단계(S10)를 포함한다.
본 발명의 슬러리 생성단계(S10)는 열경화성수지를 바인더로 충진제, 분산제, 가교제, 개시제를 혼합하여 슬러리를 생성하는 단계로서, 볼밀이나 샌드밀 등을 이용하여 각 물질을 분산 및 혼합하여 슬러리를 생성한다.
보다 구체적으로, 열경화성수지, 충진제, 분산제, 가교제, 개시제를 혼합하여 혼합물을 생성하고, 상기 혼합물을 교반기 등을 통해 교반하여 슬러리를 생성한다. 이때, 슬러리는 3,000 내지 7,000cP의 점도를 갖도록 혼합물을 교반하는 것이 바람직하지만, 상기 점도는 페라이트 시트의 두께에 따라 변동될 수 있으므로, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 혼합물은 전체 100 중량%를 기준으로 8 내지 20 중량%의 열경화성수지와, 38 내지 50 중량%의 충진제, 및 30 내지 54 중량%의 잔여물(분산제와 가교제 및 개시제)로 구성될 수 있다.
여기서, 열경화수지가 8 중량% 미만으로 사용되거나 충진제가 되면 50 중량% 초과로 사용되면 전체 구성 중 충진제의 함량이 높아져서 시트를 제조하고 건조하는 과정에서 크랙이 발생될 수 있다.
또한, 열경화수지는 20 중량% 초과로 사용되거나 충진제는 38 중량% 미만으로 사용되면 전체 구성 중 열경화수지의 함량이 높아져서 NFC 안테나의 인식거리가 저하될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 열경화성수지로는 에폭시수지, 멜라민수지, 요소수지, 페놀수지 등이 사용될 수 있다.
또한, 충진제로는 페라이트 분말, 구체적으로는 소프트 페라이트 분말, 보다 구체적으로는 Ni-Zn계 페라이트 분말 또는 Mn-Zn계 페라이트 분말을 사용할 수 있지만, 투자율이 낮지만 주파수 안정성이 뛰어난 Ni-Zn계 페라이트 분말을 사용하는 것이 좋다.
상기 분산제는 페라이트를 슬러리를 구성하는데 사용되는 것이라면 어떠한 분산제를 사용하여도 무방하지만 특히, 무극성 분산제가 타당하다. 구체적으로 예를 들면, 분산제로는 알킬에테르계, 소르비탄에스테르계, 알킬폴리에테르아민계, 고분자계 등을 단독으로 사용하거나 2종 이상을 조합하여 사용한다. 특정적으로, 본 발명에 따른 분산제로는 Kroda사의 KD-9를 사용할 수 있다.
상기 가교제로는 각종 내성을 향상시키기 위해 첨가되는 것으로서, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, iso-프로필(메타)아크릴레이트, n-부틸(메타)아크릴레이트, sec-부틸(메타)아크릴레이트, tert.-부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록실에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록실프로필(메타)아크릴레이트류를 사용할 수 있다. 또한, 가교제로는 아세트산비닐 등의 비닐알코올의 에스테르류나 (메타)아크릴로니트릴, 스티렌 또는 중합 가능한 스티렌 유도체 등을 사용할 수 있다. 특정적으로, 본 발명에 따른 가교제로는 Sartomer사의 SR-525를 사용할 수 있다.
한편, 상기 개시제로는 Sigma사의 Perbutyl-P 등을 사용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 페라이트 시트(ferrite sheet) 생성단계(S20)를 포함한다.
본 발명의 페라이트 시트 생성단계(S20)는 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 방법(tape casting)으로 시트를 생성하는 단계이다. 여기서, 테이프 캐스팅 방법이란 움직이는 칼날 또는 움직이는 운반 필름위에 일정한 두께로 목적하는 바에 따라서 시트를 성형하는 방법이다. 이때, 상기 페라이트 시트는 30 내지 100㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 기포 및 가스의 제거단계(S15)를 더 포함할 수 있다.
상기 기포 및 가스의 제거단계(S15)는 슬러리 생성단계(S10)와 페라이트 시트 생성단계(S20) 사이에 수행하는 단계로서, 슬러리에 포함된 기포 및 가스를 제거하는 단계이다.
본 단계는 슬러리에 함유된 기포 및 가스를 제거하여 이후 페라이트 시트의 제품 완성 시에 기포 등이 시트의 표면에 발생되지 않도록 처리하는 과정이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 적층단계(S30)를 포함한다.
본 발명의 적층단계(S30)는 페라이트 시트 생성단계(S20)를 통해 생성된 페라이트 시트의 하부에 도전성 박판을 적층하여 라미네이션 가공(amination treatment)하는 단계이다.
보다 구체적으로, 본 단계(S30)는 페라이트 시트와 도전성 박판을 공정에 적합한 수치로 커팅하고, 커팅된 페라이트 시트에 도전성 박판을 적층하며, 적층된 페라이트 시트와 도전성 박판에 30 내지 50 MPa의 압력을 인가하고, 150 내지 210℃의 온도범위로 라미네이션 가공을 수행한다. 이때, 압력이 하한치를 벗어나면 동박이 페라이트 시트에 붙지 않으며 시트의 강도가 저하되어 식각공정에 적용이 불가능하게 된다. 또한, 압력이 상한치를 초과하면 시트 자체가 퍼지게 되어 두께제어가 어려워져 제품에 적용이 불가능하게 된다.
이러한 도전성 박판은 도전성 물질로 구성되며, 상기 도전성 물질로는 구리(Gu), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 금(Au), 니켈(Ni) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다. 이때, 도전성 박판으로는 단가가 저렴하고 안테나회로를 부착한 후 에칭공정이 안정화되며, 전기전도성이 뛰어난 동박(cu foil)을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 도전성 박판으로는 10 내지 30㎛의 두께를 갖는 도전성 박판을 사용할 수 있다.
필요에 따라, 목적하는 NFC 안테나의 두께에 따라 페라이트 시트는 단층이나 다층으로 포함될 수 있다. 예를 들면, 500㎛ 두께를 갖는 NFC 안테나를 제조하기 위해 페라이트 시트의 두께가 300㎛이 되도록 구성해야 되는 경우에는, 50㎛ 두께의 페라이트 시트를 6개 적층하거나 100㎛ 두께의 페라이트 시트를 3개 적층할 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 따른 NFC 안테나에 포함된 페라이트 시트는 30 내지 300㎛까지 임의의 두께 제어가 가능한 장점을 갖는다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제조방법은 접착제가 필요하지 않기 때문에 페라이트 시트를 다층으로 적층하여도 용이하게 목적하는 두께의 NFC 안테나를 제조할 수 있다. 다시 말해, 종래의 제조방법에 따라 다층의 페라이트 시트를 적층하기 위해서는 필수적으로 접착제를 사용해야 되므로, 상기 접착제의 두께로 인하여 목적하는 두께를 갖는 NFC 안테나를 정확하게 제조하기 어렵다는 문제가 있다. 이에 반해, 본 발명에 따른 제조방법은 목적하는 두께를 갖는 NFC 안테나를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 종래에는 휨성이 있는 페라이트 시트를 제조하기 위해서 소성 전이나 소성 후 시트의 단면을 정방형으로 2㎜ 간격으로 셀분할 하는 가절단 공정을 수행함으로써 페라이트 시트를 전체적으로 휨성이 있게 만들었지만, 본 발명의 제조방법은 바인더로 열경화수지를 사용하기 때문에 가절단 공정이 필요로 하지 않는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 안테나부 생성단계(S40)를 포함한다.
본 발명의 안테나부 생성단계(S40)는 적층단계(S30)를 통해 페라이트 시트에 부착된 도전성 박판에 안테나 패턴을 형성하고 식각하여 안테나부를 형성하는 단계로서, 식각 공정에 따라 안테나 패턴부분만을 제외한 다른 부분을 제거한다. 이때, 안테나 패턴으로는 역 L 안테나(inverted l antenna) 구조, 역 F 안테나(inverted f antenna) 구조, 모노폴 안테나(monopole antenna) 구조 등으로 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 안테나부를 구성하는 도전성 박판을 페라이트 시트에 부착시키기 위해 접착제 등을 사용하지 않으므로, 박막형 NFC 안테나를 제조할 수 있다.
도 5은 본 발명에 따른 NFC 안테나의 제조방법으로 제조된 NFC 안테나를 나타내는 구성도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 NFC 안테나의 제조방법은 양면테이프(30) 부착단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 양면테이프 부착단계(S50)는 안테나부 생성단계(S40)를 통해 생성된 안테나부(20)의 하부에 양면테이프(30)를 부착하는 단계로서, 20 내지 60㎛ 두께의 양면테이프(30)를 사용한다.
이때, 안테나부(20)가 전자 기기 내부에서 노출되기 않기 위해서 페라이트 시트(10)의 상부에는 절연성 보호필름(40)을 적층할 수도 있다. 이러한 보호필름으로는 20 내지 60 ㎛ 두께의 폴리이미드 필름이나 PET 필름 등의 절연 필름을 사용할 수 있다.
이러한 보호필름은 특별히 한정되지 않지만, 표면 전기 저항이 5 MΩ/㎞ 이상일 수 있고, 미소 누설 전류를 방지하기 위해서 전기 저항이 10 MΩ/㎞ 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 보호필름은 20 내지 40㎛의 두께로 형성될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명은 제품 절단단계(S60)를 포함할 수도 있다. 이러한 제품 절단단계(S60)는 양면테이프 부착단계(S50)를 통과한 NFC 안테나를 실제 제품의 용도에 맞는 크기로 커팅하는 단계이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 시트 20 : 동박
30 : 양면테이프 40 : 보호필름

Claims (9)

  1. (ⅰ) 열경화성수지, 충진제, 분산제, 가교제, 개시제를 혼합하고 교반하여 슬러리를 생성하는 단계;
    (ⅱ) 상기 슬러리를 이용하여 테이프 캐스팅 방법으로 시트를 생성하는 단계;
    (ⅲ) 상기 시트와 도전성 박판을 적층하고 라미네이션 가공하는 단계; 및
    (ⅳ) 상기 도전성 박판에 안테나패턴을 형성하고 식각하여 안테나부를 형성하는 단계를 포함하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 (ⅰ) 단계와 (ⅱ) 단계 사이에는
    상기 슬러리에 함유된 기포 및 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 슬러리는 3,000 내지 7,000 cP의 점도를 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 충진제는 페라이트 분말인 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 페라이트 분말은
    Ni-Zn계 페라이트 분말 또는 Mn-Zn계 페라이트 분말인 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 슬러리는 전체 100 중량%를 기준으로
    8 내지 20중량%의 열경화성수지와 38 내지 50 중량%의 페라이트 분말을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이션 가공은
    150 내지 210℃에서 30 내지 50 MPa로 수행하는 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시트는 30 내지 100㎛ 범위의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 시트가 도전성 박판에 다층으로 적층되는 것을 특징으로 하는 열경화성수지를 이용한 NFC 안테나의 제조방법.
KR1020120004560A 2012-01-13 2012-01-13 열경화성수지를 이용한 박형 ｎｆｃ 안테나의 제조방법 KR101272206B1 (ko)

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