KR101331406B1 - 리본 타입 자성시트 - Google Patents

Abstract

리본 타입 자성시트가 개시되어 있다.
개시된 리본 타입 자성시트는
판상의 제1 양면 접착층(100) 및 상기 제1 양면 접착층(100)의 일 접착면 상에 부착되도록 적층되는 제1 비정질 합금 리본층(110);으로 구성됨을 포함하되,
상기 제1 비정질 합금 리본층(110)은 다수의 크랙(111)에 의해 수 개의 피스(112)로 분할되어 있으며, 분할된 상기 각 피스(112)는 상기 제1 양면 접착층(100)에 의해 일정간격이 유지되고 있는 것을 더 포함하는 것이다.

Description

리본 타입 자성시트{Ribbon-type magnetic sheet}

본 발명은 리본 타입 자성시트에 관한 것이다.

특히, 자성시트에 일정간격으로 일방향성의 크랙을 형성하여 배향성을 높임에 따라 이를 무선충전시스템에 적용하였을 때 와전류 손실을 감쇠시켜줌으로써 근거리 통신시 전송효율(또는 충전효율)을 배가시킬 수 있는 리본 타입 자성시트에 관한 것이다.

관련기술에 따르면, 무선 통신 기기 상에 복수의 RF(Radio Frequency) 안테나가 탑재되어 있다. 휴대 전화를 예로 들면, 전화 통신용 안테나(700MHz 내지 2.1GHz), 원세그먼트(one-segment) 안테나(470 내지 700MHz), GPS 안테나(1.5GHz), 무선 LAN/Bluetooth 안테나(2.45GHz) 등이, 하나의 휴대 전화 상에 탑재되어 있다. 미래에는, 이러한 RF 안테나 외에, 디지털 라디오 안테나(190MHz), 차세대 멀티미디어 통신 안테나(210MHz) 및 UWB 안테나(3 내지 10GHz) 등과 같은 RF 안테나도 하나의 휴대 전화 상에 탑재될 가능성이 있다.

이러한 복수의 RF 안테나의 탑재, 그리고 전자 기기의 소형화 및 박형화를 위해서, RF 안테나가 더 소형화되는 것이 요구되고 있다. RF 안테나의 소형화를 위해서, 재료의 유전율(permittivity) 및 투자율(permeability)을 사용한 파장 단축을 이용하는 설계 방법이 제안되었다. 파장의 단축율은 {1/√(εr×μr)}로 표현할 수 있으며, εr은 비유전율이고 μr은 비투자율이다. 즉, 비유전율이 큰 재료나 비투자율이 큰 재료로 이루어진 기판을 사용하여 안테나를 제작함으로써, 보다 짧은 안테나 패턴으로, 원하는 주파수의 소형 안테나를 구성할 수 있다.

재료 물성값의 관점에서, 유전 재료는 유전율만을 갖지만, 자성 재료는 투자율뿐만 아니라 유전율도 갖는다. 그로 인해, 자성 재료를 효과적으로 사용함으로써, 안테나가 보다 소형화될 수 있다.

또한, 최근, RFID(Radio Frequency Identification)라 하는 비접촉 통신 시스템이 널리 사용되고 있다. RFID 시스템에서 이용되는 비접촉 통신 방법에는, 정전 결합(capacitive coupling) 시스템, 전자 유도(electromagnetic induction) 시스템, 전파 통신(radio wave communication) 시스템 등을 들 수 있다.

이 중, 전자 유도 시스템을 사용하는 RFID 시스템은, 예를 들어 리더라이터(reader/writer)측의 1차 코일(primarycoil)과 트랜스폰더측의 2차 코일(secondary coil)로 구성된다. 이들 2개의 코일의 자기적 결합에 의해 코일을 통한 데이터 통신이 이루어진다. 트랜스폰더 및 리더/라이터의 각 안테나 코일은 LC 공진 회로로서 동작한다.

일반적으로는, 각각의 이들 코일의 공진 주파수를, 통신에 사용하는 반송파의 반송파 주파수로 조정해서 공진시킴으로써, 트랜스폰더와 리더/라이터 사이에 적당한 통신 거리를 설정할 수 있다.

또한, 최근, 비접촉 급전(power feeding)(비접촉 전력 전송, 무선 전력 전송)시스템도 주목받고 있다. 비접촉 급전 시스템에서 이용되는 전력 전송 방법으로서, 전자 유도 시스템, 전자기 공명 시스템 등을 사용할 수 있다.

전자 유도 시스템은, 상술한 RFID 시스템에서도 사용되고 있는 방식과 유사한 원리를 채용하여, 1차측의 코일에 전류를 인가하였을 때에 발생하는 자계를 사용해서 2차 측의 코일에 전력을 전송한다. 한편, 전자기 공명 시스템으로서는, 전계 결합을 사용하는 것과 자계 결합을 사용하는 것이 알려져 있다. 전자기 공명 시스템은 공진을 이용함으로써 전계나 자계의 결합을 이용하여 전력 전송을 행한다. 그 중에서도, 자계 결합을 이용한 전자기 공명 시스템이 최근에 주목받기 시작하고 있다. 그 공진 안테나는 코일을 사용해서 설계된다.

안테나 모듈 자체에서 원하는 주파수에서 공진하도록 안테나 코일이 설계되어 있어도, 안테나 코일이 실제로 전자 기기 상에 실장되면, 원하는 특성을 얻는 것이 어렵다. 이것은, 안테나 코일로부터 발생한 자계 성분이 그 주변에 위치하는 금속 등을 간섭(결합)함으로써, 안테나 코일의 인덕턴스 성분이 감소해서 공진 주파수가 시프트되어 와전류 손실이 발생하기 때문이다. 이것들의 대책의 하나로서, 자성시트가 이용되고 있다. 안테나 코일과 그 주위에 존재하는 금속 사이에 자성 시트를 구비함으로써, 안테나 코일로부터 발생한 자속이 자성시트 상에 집중되므로, 금속에 대한 간섭을 감소시킬 수 있다.

그러나, 기존의 자성시트는 와전류 손실을 어느 정도 줄일 수는 있으나, 와전류 발생을 완전하게 해소할 수는 없어서, 결과적으로 무선 전송효율의 저하로 이어지게 되므로 자성시트의 구조적 개선이 요구되고 있다.

자성시트의 구조 개선을 통해 무선전송효율을 개선하고자 하는 목적의 선행기술은 발견되지 않았으나, 국내특허등록 제10-1195024호에서는 자성시트에 홈을 형성한 기술이 개시된 바 있다.

이는 본원 발명의 자성시트에 크랙을 형성한 것과 비교할 때 가장 유사한 선행기술이기는 하나, 그 목적이 플렉서블한 자성시트를 구현하기 위한 것이고, 본원발명과는 자성시트가 완전하게 분할된 형태가 아닌 일체형을 이루면서 다수의 홈이 형성된 형태이고, 홈의 형태 또한 일방향성이 아닌 다방향성을 가진 구조이며, 이러한 구조로 인하여 와전류 손실을 줄이는 효과도 없는 것이어서 본원 발명과는 궤를 달리한다고 보여지며, 또 다른 선행기술인 국내특허공개 제10-2012-0140182호도 동일한 맥락으로 보여진다.

1. 국내특허등록 제10-1195024호 2. 국내특허공개 제10-2012-0140182호

본 발명은 종래에서의 상기 문제를 해결하고, 이하의 목적을 달성하는 것을 과제로 한다. 즉, 본 발명은 자성시트에 일정간격으로 일방향성의 크랙을 형성하여 배향성을 높임에 따라 이를 무선충전시스템에 적용하였을 때 와전류 손실을 감쇠시켜줌으로써 근거리 통신시 전송효율을 배가시킬 수 있는 리본타입 자성시트를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

판상의 제1 양면 접착층 및 상기 제1 양면 접착층의 일 접착면 상에 부착되도록 적층되는 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층;으로 구성됨을 포함하되,

상기 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층은 다수의 크랙에 의해 수 개의 피스로 분할되어 있으며, 분할된 상기 각 피스는 상기 제1 양면 접착층에 의해 일정간격이 유지되고 있는 것을 더 포함하는 리본 타입 자성시트가 제공된다.

또한, 본 발명의 상기 크랙은 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층의 일단부로부터 마주하고 있는 평행한 타단부를 향해 일직선상으로 형성되는 일방향성 크랙인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층의 두께는 10 ~ 50㎛이고, 상기 제1 양면 접착층의 두께는 1 ~ 10㎛인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층은 Fe-Si 계 합금으로 조성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 크랙간 거리는 0.1 ~ 5mm인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제1 양면 접착층의 타 접착면 상에, 상기 제1 비정질 또는 결정질 리본층 및 제1 양면 접착층과 동일구조의 제2~n 비정질 또는 결정질 합금 리본층 및 제2~n 양면 접착층이 순차적으로 적층된 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제2~n 비정질 합금 리본층 및 제2~n 양면 접착층을 모두 합한 두께가 11 ~ 600㎛인 것을 특징으로 한다.

상기한 본 발명은 자성시트에 일정간격으로 일방향성의 크랙을 형성하여 배향성을 높임에 따라 이를 무선 전력 전송충전시스템에 적용하였을 때 와전류 손실을 감쇠시켜줌으로써 근거리 전력 전송효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 제1 양면 접착층 및 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층을 합친 두께가 최대 50㎛을 넘지 않고, 상기 제1 양면 접착층 및 제1 비정질 합금 리본층에 더하여 접착층 및 리본층을 수 개층 더 적층하더라도 최대 600㎛을 넘지 않는 박형 구조임에도 불구하고 크랙에 의해 무선 전력 전송 효율의 향상을 가져오게 되므로, 본 발명의 자성시트가 적용되는, 예컨대 스마트 폰에 적용하였을 때 스마트 폰의 슬림화에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리본타입 자성시트로서, 단층형의 리본타입 자성시트의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 리본타입 자성시트로서, 다층형의 리본타입 자성시트의 구성도이다.
도 3은 비정상적인 균열크랙을 설명하기 위한 비정질 합금 리본층의 평면도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세 설명한다.

실 시예들을 설명함에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 중복되거나 발명의 의미를 한정적으로 해석되게 할 수 있는 부가적인 설명은 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 생략될 수 있다.

구체적인 설명에 앞서, 본 명세서 상에 비록 단수적 표현으로 기재되어 있을지라도 국어사용에 있어서 단수/복수를 명확하게 구분을 짓지 않고 사용되는 환경과 당해 분야에서의 통상적인 용어 사용 환경에 비추어, 발명의 개념에 반하지 않고 해석상 모순되거나 명백하게 다르게 뜻하지 않는 이상 복수의 표현을 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 본 명세서에 기재되었거나 기재될 수 있는 '포함한다', '갖는다', '구비한다', '포함하여 이루어진다.' 등은 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 구성요소 또는 그들 조합의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명에서 '조성물'은 원래 혼합물과 화합물의 의미를 포함하는 용어로써, 본 발명에 있어서 '바인더 조성물'의 '조성물'은 특별한 언급이 없거나 발명의 전체적인 내용에 반하지 않는 한, '혼합물'의 의미로 사용된다.

본 발명에 따른 리본 타입 자성시트(10)는 예컨대, 휴대용 단말기의 내부에 설치되는 무선 안테나(미도시)에 부착 설치되어 와전류 손실을 감쇠시켜줌으로써 근거리 전력 전송효율을 향상시킴에 따라 결과적으로 무선 전력 전송 기능을 배가시킬 수 있는 개선된 구조를 갖는다.

이를 위해, 본 발명의 리본 타입 자성시트(10)는 도 1에서와 같이, 제1 양면 또는 일면 접착층(100) 및 상기 제1 양면 또는 일면 접착층(100)의 일면 상에 부착되며 전송효율증대부(또는 충전효율증대부)가 구비되는 제1 비정질 합금 리본층(110)을 포함하여 구성된다.

본 발명에서 상기 제1 리본층은 비정질 합금으로 설명되고 있으나, 결정질 합금의 리본층도 사용될 수도 있다.

제1 양면 또는 일면 접착층(100)은 양면에 혹은 어느 일면에 선택적으로 접착력을 가질 수 있다. 이러한 접착층(100)상기 제1 비정질 합금 리본층(110)의 전송효율증대부를 크랙 등의 형태로 형성하여 제1 비정질 합금 리본층(110)이 다수의 피스로 분할되었을 때 각 피스가 흩어지지 않고 배열형태를 유지할 수 있도록 하는 역할과, 제1 비정질 합금 리본층(110)을 무선 안테나 등에 부착시키는 역할과, 또 다른 비정질 합금 리본층을 적층할 때 이를 부착시키는 역할을 병행하게 된다.

상기 제1 양면 또는 일면 접착층(100)은 내열성 유기 수지 바이더로 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계, 에폭시계, 비닐계, 폴리이미드계, 나일론계, 불소수지계 등으로 하나 또는 둘 이상의 조성으로 구성되며, 두께는 1 ~ 20㎛로 되는 것이 바람직하다. 상기 범위보다 얇으면 쉽게 찢어질 수 있음은 물론 접착력이 약하고, 상기 범위보다 두꺼우면 자성시트의 전체 두께가 불필요하게 두꺼워지게 되고 박막화가 어렵게 된다.

제1 비정질 합금 리본층(110)은 무선충전시시템에 있어서 건전지의 전지캔에 의한 와전류 손실을 감쇠시켜주는 직접적인 역할을 하는 것으로서, Fe-Si계(Fe: 96~97중량%, Si: 3~4중량%)의 물질을 비정질 또는 결정질로 제조한 합금이 이용되며, 이 경우 10 ~ 50㎛ 정도의 균일한 두께로 박막 시트화가 가능하다. 종래기술에서 자성재료로서 사용되는 페라이트나 몰리브덴을 함유한 퍼멀로이의 경우, 공정조건과 관계 없이 구상의 결정질을 이룬다. 따라서, 페라이트나 몰리브덴을 함유한 퍼멀로이를 이용하여 상기 두께 범위의 시트를 제조하기 위해서는 미세 분말화를 거쳐 분말의 편평화 공정 등의 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제가 있다. 또한, 이들 종래 재료들은 얇은 두께일수록 자성을 나타내는 재료의 유효단면적을 확보할 수 없기 때문에 RFID통신의 거리확보에 필요한 인덕턴스를 높게 만들기에는 한계가 있으며, 제조시 두께가 불균일하여 인덕턴스의 편차가 심하게 나타난다.

그러나 본 발명에서 사용되는 함금의 모형은 리본 형태의 비정질이기 때문에 10 ~ 50㎛로 얇은 두께의 시트로 용이하게 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 시트의 두께를 균일하게 조절하기 용이하다. 따라서, 본 발명에서는 얇고 균일한 자성시트를 무선충전시스템에 적용하였을 때 우수한 전력 전송 효율을 갖는다.

또한, 종래 기술에 사용된 재료들은 외부로부터 발생하는 RFID 통신과 관련 없이 전자기파를 차단하기 위하여 별도의 금속층을 구비해야 하는 등의 문제가 있는 반면, 본 발명의 비정질 합금은 인덕턴스 전자기파를 안테나 코일로 접속시킬 수 있는 동시에 RFID 통신과 관련없는 수 GHz 대역까지의 전자기파는 차단할 수 있는 특성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 제1 비정질 합금 리본층(110)은 외부 전자기파 차단을 위한 금속층 등을 별도로 구성할 필요가 없게 된다.

또한, 상기 제1 비정질 합금 리본층(110)에는 근거리 전력 전송효율을 높일 수 있도록 전송효율증대부가 구비된다. 본 실시 예에서는 전력 전송 효율 증대부의 일 형태로서 크랙(111)을 개시하였다.

상기 크랙(111)의 의미는 상기 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110)이 수 개의 피스(112)로 분할되도록 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110)의 두께를 완전하게 또는 부분 절단한 것을 말한다. 상기 크랙(111)의 방향은 제1 비정질 합금 리본층(110)의 일단부로부터 마주하고 있는 평행한 타단부를 향해 일직선상으로 형성되어, 일방향성을 갖는다.

상기 크랙(111)은 일정간격을 두고 다수 개가 형성되는데, 크랙(111)간 거리(d)는 0.1 ~ 5mm로 되는 것이 바람직하다. 여기서 크랙간 거리가 상기 범위 이하가 되면 크랙(111)과 크랙(111) 사이의 간격이 너무 가까우면 비정상적인 균열크랙(111a)이 다수 발생하게 되어 전송효율을 떨어뜨리게 된다. 반대로, 크랙간 거리가 상기 범위 이상이 되면 전송효율이 떨어지게 된다.

한편, 본 발명에 따른 리본 타입 자성시트(10)는 도 2에서와 같이, 상기한 제1 접착층(100)상에 동일구조의 제2 비정질 또는 결정 합금 리본층(110a)이 적층될 수 있고, 나아가 상기 제2 비정질 또는 결정 리본층(110a) 상에 제2 접착층(100a)을 매개로 하여 제n 비정질 합금 리본층(110b) 및 제n 접착층(100b)이 더 적층될 수 있다. 층이 많아 질수록 전송효율은 증가하는 것은 사실이나, 층이 많아지게 되면 박형을 구현할 수 없으므로 제1 접착층(100) 및 제1 비정질 합금 리본층(110) 위에 적층되는 부가적인 적층체의 두께는 11 ~ 600㎛의 범위에서 결정되어야 한다.

넓이가 80X80mm이고 두께가 23um인 비정질 또는 결정질 리본시트를 양면 접착시트와 부착하고 이를 균일한 간격의 크랙을 발생시켜 준비하였다. 단층의 자성시트를 여러 층을 적층하여 표 1과 같이 전송 효율을 측정하였다.

	실험 1	실험 2	실험 3	실험 4	실험 5	실험 6	실험 7	실험 8	실험 9
구조	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질	비결정질
리본두께(㎛)	23	23	23	23	23	23	23	23	23
접착층 두께 (㎛)	10	5	10	10	10	5	10	10	10
(리본+접착층) 적용회수	1	1	9	5	9	18	15	9	9
전체두께(㎛)	33	28	297	165	297	504	495	297	297
크랙 간격 (mm)	1	1	1	3	3	3	3	5	3
전력전송효율 (%)	65	65	70	75	80	92	85	78	81

상기 표 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명은 리본 두께 23㎛, 접착층 두께 5㎛. 리본두께 5㎛, 적용회수 5, 전체두께 504mm, 그리고 크랙간격 3mm일 때, 92%의 전력전송효율을 얻을 수 있었다.

실시 예 1에서 얻어지는 결과를 기준으로 열처리 온도에 따른 전력전송효율을 측정하였다.

넓이가 80X80mm이고 두께가 23um이며, 크랙 간격 3mm, 그리고 적층수 18 및 두께 504um인 비정질 합금 리본을 마련하여 390/400/410℃에서 1시간 동안 각각 열처리하였다.

구분\열처리 온도	390	400	410
전송효율(%)	92	87.5	80.3
두께(㎛)	504	504	504
(리본+접착층)적용회수	18	18	18

상기 [표 2]에서 보듯이, 열처리 온도가 390℃일 때 자성시트의 전송효율이 가장 높았다.

상기 실시 예를 근거할 때, 본 발명의 자성시트는 열처리 온도가 390℃, 적층두께가 504㎛, 크랙간격이 3mm, 접착층 두께 5㎛, 적층수 18일 때 가장 양호한 전송 효율을 얻을 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 리본 타입 자성시트 100 : 제1 양면 접착층
100a : 제2 양면 접착층 100b : 제n 양면 접착층
110 : 제1 비정질 합금 리본층 110a : 제2 비정질 합금 리본층
110b : 제n 비정질 합금 리본층 111 : 크랙
111a : 비정상적인 균열크랙 112 : 피스

Claims (6)

1. 무선 통신기기에 설치되는 리본 타입 자성시트로써,
   판상의 제1 양면 접착층(100);
   상기 제1 양면 접착층의 일 접착면 상에 부착되는 제1 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110);으로 구성됨을 포함하되,
   상기 제1 양면 접착층의 타 접착면에, 제2∼n 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110a)(110b)과 제2∼n 양면 접착층(100a)(100b)이 교호하게 반복 적층된 적층체가 더 구비되고,
   상기 제1∼n 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110)(110a)(110b)은 다수의 크랙(111)에 의해 수 개의 피스(112)로 분할되며, 분할된 각각의 피스(112)는 상기 제1∼n 양면 접착층(100)(100a)(100b)에 의해 일정간격이 유지되며,
   상기 크랙(111)은 각각의 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110)(110a)(110b)의 일단부로부터 마주하고 있는 평행한 타단부를 향해 일직선상으로 형성하되, 크랙(111)간 거리는 0.1∼5mm로 구성되고,
   상기 제1∼n 비정질 또는 결정질 합금 리본층(110)(110a)(110b)은 Fe-Si계 합금으로 조성되고 각각의 두께는 10 ~ 50㎛로 구성되며,
   상기 제1∼n 양면 접착층(100)은 내열성 유기 수지 바인더로 아크릴계, 우레탄계, 실리콘계, 에폭시계, 비닐계, 폴리이미드계, 나일론계, 불소수지계 중 적어도 어느 하나로 조성되고, 각각의 두께는 1 ~ 20㎛인 것을 더 포함하는 리본 타입 자성시트.
   
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