KR101530624B1 - 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나 및 그 제조 방법 - Google Patents

복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 근거리무선통신용 안테나 패턴을 갖는 필름형 안테나층; 상기 필름형 안테나 상부에 형성되는 전파 흡수체층; 및 상기 전파 흡수체층 상부에 형성되는 수평 방열층을 포함하며, 상기 수평 방열층은 세라믹 분말 및 고분자 수지를 포함하는 것인 수평 방열층 일체형 근거리 무선통신 안테나에 관한 것이다.

Description

복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나 및 그 제조 방법{MULTIPLE FUNTIONAL ANTENNA FOR NEAR FILED COMMUNICATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 근거리무선통신 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 신규 소재의 수평 방열층을 일체로 포함하여 열 확산 성능이 우수하고, 소형 전자 기기에 적합하도록 얇은 두께로 구현할 수 있는 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나에 관한 것이다.
최근 스마트폰의 보급과 함께, 근거리 무선통신(Near Filed Communication; 이하 "NFC" 라 함) 기술이 각광받고 있다. NFC는 13.56Mhz 주파수 대역을 사용하는 비접촉식 근거리 무선통신 모듈로 10cm 정도의 가까운 거리에서 단말기 간 데이터를 전송하는 기술로, 정보의 읽기 뿐만 아니라 쓰기도 가능한 양방향 통신을 지원할 수 있어 모바일 결제와, 파일 공유, 티켓 예매 등에 이용될 수 있다. 이와 같은 NFC 기술은 스마트폰의 활용 영역을 대폭 확대시켜주고 있다.
한편, 이러한 NFC 기술을 위해서는, NFC 안테나가 필수적으로 구비되어야 하는데, 일반적으로 스마트폰 등과 같은 모바일 기기에서는 배터리 커버나 케이스 등에 NFC 안테나를 장착하고 있다.
한편, 최근 모바일 기기의 소형화 및 슬림화 추세에 따라, 회로의 고밀도화와 소자의 집적화가 이루지고 있다. 이에 따라, 전자파 발생 및 유도 가능성이 증가하여 노이즈(noise)의 방사로 인한 간섭으로 NFC 안테나의 주파수 인식을 위한 통신 교란이 발생하여 무선인식성능을 저하되는 등의 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 회로 부품의 발열량이 높아져 기기 내부 온도가 상승하여 반도체 소자의 오작동, 저항체 부품의 특성 변화 및 부품의 수명이 저하되는 문제 등이 발생하게 된다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 종래에는 전자파의 발생을 사전 차폐하거나 전자파를 흡수하여 전자파의 간섭을 억제하기 위한 전자파 흡수체와, 그래파이트 필름과 같은 열 확산 필름을 양면 테이프를 이용하여 NFC 안테나에 합지하여 배터리 케이스 등에 부착하여 사용하여 왔다. 그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 전자파 흡수체와, 그래파이트 필름, NFC 안테나를 각각 개별적으로 제조한 후, 양면 테이프를 이용하여 합지하여 부착하는 방식이기 때문에, 결합력이 취약하여 쉽게 분리되는 문제점이 있고, 두꺼운 점착층으로 인해 박형화를 구현하기 어렵고, 무선 인식 성능 및 방열 성능이 저하되어 제품의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 일체로 포함하여 방열 특성 및 무선 인식 성능이 우수하면서도 얇은 두께를 구현할 수 있는 복합 기능성 NFC 안테나를 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은 근거리무선통신용 안테나 패턴을 갖는 필름형 안테나층; 상기 필름형 안테나 상부에 형성되는 전파 흡수체층; 및 상기 전파 흡수체층 상부에 형성되는 수평 방열층을 포함하며, 상기 수평 방열층은 세라믹 분말이 분산된 고분자 수지층 및 금속 박막층을 포함하는 것인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 준비하는 단계; 및 상기 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 순차적으로 적층한 후, 열 접착하는 단계를 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는 신규 소재의 수평 방열층을 포함하여, 두께가 얇으면서도, 열 확산 성능 및 내구성이 우수하다.
또한, 본 발명의 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는 전파 흡수체와 방열층을 일체로 형성하기 때문에, 제품 조립 공정에서 필름을 합지할 필요가 없고, 타발 및 조립 공정을 단순화할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 근거리무선통신용 안테나의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명의 이해를 원활하게 하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 본 발명의 범위가 도면에 기재된 범위로 한정되는 것은 아니다. 또한 하기 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 발명의 원활한 이해를 위해 일부 구성요소가 과장, 축소 또는 생략되어 표현될 수 있다.
도 1에는 본 발명의 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나의 일례가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는 필름형 안테나층(20), 전파 흡수체층(30), 수평 방열층(40)을 포함한다. 또한, 필수적인 것은 아니나, 필요에 따라, 접착층(10) 및/또는 보호 필름(50) 더 구비할 수 있다.
상기 필름형 안테나층(20)은 근거리무선통신 기능을 수행하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 제조되고, 유통되는 근거리무선통신용 안테나 패턴을 갖는 필름형 안테나들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 필름형 안테나층(20)은 고분자 필름(24) 및 상기 고분자 필름(24)의 일면에 근거리무선통신용 안테나 패턴(22)을 포함하는 것일 수 있으며, 이때, 상기 고분자 필름(24)은 폴리이미드 필름, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름 등일 수 있고, 상기 안테나 패턴(22)은, 금, 구리, 알루미늄 등과 같은 전도성 물질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 전파 흡수체층(30)은 전자파의 발생을 사전 차폐하거나 전자파를 흡수하여 전자파의 간섭을 억제하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 제조되고, 유통되는 전파 흡수체들이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 전파 흡수층(30)은, 자성 분말의 소결체 또는 바인더 수지에 자성 분말을 분산시킨 조성물 등에 의해 제조된 것일 수 있다.
이때, 상기 자성 분말은 판상 입자 또는 구형 입자를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으며, 예를 들면, 연자성 페라이트인 Mn-Zn 페라이트와 Ni-Zn 페라이트, 강자성 페라이트인 Sr 페라이트와 Br 페라이트, 탄소 계열인 카본 블랙(Carbon black), 다중벽 카본 나노 튜브 등일 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 자성 분말은 페라이트, AlNiCo, Sm, Nd를 기본으로 한 SmCo, NdFeB, SmFeN 등일 수 있다.
한편, 상기 바인더 수지는 자성분말의 입자와 입자를 결합시켜주기 위한 것으로, 염화비닐, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌, ABS 등과 같은 열가소성 수지 또는 페놀, 요소, 멜라민, 에폭시, 폴리우레탄 등의 열 경화성 수지 등이 사용될 수 있다. 내열성 측면에서, 상기 바인더 수지로 열경화성 수지를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 상기 수평 방열층(40)은 안테나층에서 발생하는 열을 확산, 방출하기 위한 것으로, 금속 박막층(42) 및 세라믹 분말을 포함하는 고분자 수지층(44)으로 이루어진다.
이때, 상기 금속 박막층(42)은 수직 방향으로 열을 확산시키는 기능을 수행하는 것으로, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈, 아연, 주석, 은, 금, 인듐, 크롬, 백금, 철, 코발트, 몰리브덴, 납, 니오븀 등으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 고분자 수지층(44)은, 수평 방향으로 열을 확산시키는 기능을 수행하는 것으로, 세라믹 분말이 분산된 고분자 수지에 의해 형성되는 층이다. 이때, 상기 고분자 수지층(44)는 세라믹 분말 30중량% 내지 70중량% 및 고분자 수지 30중량% 내지 70중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 고분자 수지층(44) 내의 세라믹 분말의 함량이 상기 수치 범위를 만족할 경우, 충분한 방열 특성을 확보할 수 있기 때문이다.
한편, 상기 세라믹 분말은, 열 전도성을 확보할 수 있는 것이면 되고, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는, 질화붕소(BN), 질화알미늄(AlN), 산화알미늄(Al2O3), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 수산화알미늄(Al(OH)3) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있다.
한편, 상기 고분자 수지로는 열 경화성 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들면, 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, 변성 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레아계 수지, 멜라민계 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상이 단독 또는 혼합하여 사용될 수 있다. 이 중에서도 아크릴 수지가 특히 바람직하다.
한편, 본 발명의 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는, 제품 보호를 위해, 필요에 따라, 상기 수평 방열층(40) 상부에 보호 필름(50)를 더 포함할 수 있다. 상기 보호 필름(50)으로는, 당해 기술 분야에서 일반적으로 제조되고, 유통되는 보호 필름들이 제한 없이 사용될 수 있으며, 그 재질이 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 보호 필름(50)으로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름, 폴리아미드 필름, 폴리에스테르 필름 등과 같은 고분자 필름이 사용될 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 보호 필름(50)과 수평 방열층(40) 사이에는 접착층이 추가될 수 있다.
또한, 본 발명의 일체형 근거리무선통신 안테나는, 필요에 따라, 상기 전파 흡수체(30)와 필름형 안테나층(20)의 결합을 위해 세라믹 분말을 포함하는 고분자 수지에 의해 형성된 열 전도성 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 열 전도성 접착층은 상기 수평 방열층(40)의 고분자 수지층(42)과 동일 또는 유사한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 열전도성 접착층은 세라믹 분말 30중량% 내지 70중량% 및 고분자 수지 30중량% 내지 70중량%를 포함하는 조성물에 의해 형성될 수 있으며, 이때, 상기 세라믹 분말은 질화붕소(BN), 산화알미늄(Al2O3), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 수산화알미늄(Al(OH)3) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상일 수 있으며, 상기 고분자 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, 변성 폴리에틸렌 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레아계 수지, 멜라민계 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상일 수 있다.
상기 열 전도성 접착층을 필수적으로 요구되는 것은 아니며, 예를 들면, 전파 흡수체가 열 접착성을 갖는 반경화 폴리머 타입인 경우에는 형성되지 않아도 무방하다.
다만, 전파 흡수체가 소결체 타입이거나 경화 폴리머 타입인 경우에는 필름형 안테나층(20)과 전파 흡수체층(30)을 결합하기 위해 접착층을 형성할 필요가 있으며, 종래에는 주로 양면 테이프를 이용하여 필름형 안테나층(20)과 전파 흡수체층(30)을 결합시켰다. 그러나, 양면 테이프를 사용할 경우, 상기한 바와 같이, 결합력이 약해 필름들이 분리되기 쉽고, 점착층 두께가 두꺼워 박형화가 어려울 뿐 아니라, 방열 특성이나 무선 통신 성능이 떨어진다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명과 같이, 세라믹 분말이 분산된 열 전도성 접착층을 이용할 경우, 접착층의 두께를 양면 테이프의 20% 이하, 바람직하게는 16% 이하 수준으로 낮출 수 있을 뿐 아니라, 접착층 자체가 열 확산 특성을 가지고 있기 때문에 방열 특성이나 무선 통신 성능의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일체형 근거리무선통신 안테나는, 필요에 따라, 상기 필름형 안테나층 하부에 접착층(10)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 상기 접착층(10)은 안테나를 모바일 기기의 케이스 또는 배터리 케이스 등에 부착하기 위한 것으로, 당해 기술 분야에서 일반적으로 제조되고, 유통되는 다양한 접착제가 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 양면형 접착 테이프 등으로 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일체형 근거리무선통신 안테나의 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는, 상기 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 준비하는 단계; 및 상기 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 순차적으로 적층한 후, 열 접착하는 단계에 의해 제조될 수 있다.
이때, 상기 필름형 안테나 시트는, 당해 기술 분야에 일반적으로 알려져 있는 필름형 안테나 제조 방법, 예를 들면, 고분자 필름 상에 금속 박막층을 적층한 후, 에칭 또는 타발 등과 같은 방법으로 안테나 패턴을 형성하는 방법 또는 고분자 필름 상에 안테나 패턴을 인쇄하는 방법 등에 의해 제조될 수 있으며, 그 제조 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 시판되는 필름형 안테나 시트를 구입하여 사용하여도 무방하다.
또한, 상기 전파 흡수체 역시 당해 기술 분야에 일반적으로 알려져 있는 전파 흡수체 제조 방법, 예를 들면, 자성 분말을 소결시켜 시트 형상으로 제조하거나, 자성분말이 분산된 고분자 페이스트를 이용하여 시트 형상으로 제조하는 방법 등에 의해 제조될 수 있으며, 그 제조 방법이 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 시판되는 전파 흡수체를 구입하여 사용하여도 무방하다.
다음으로, 상기 수평 방열층은, 세라믹 분말을 고분자 수지에 분산시켜 페이스트를 제조하고, 상기 페이스트를 박리 필름 상에 도포하여 고분자 수지층을 형성한 다음, 상기 고분자 수지층 상에 금속 박막 시트를 적층하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기와 같은 방법으로 필름형 안테나, 전파 흡수체 및 수평 방열층이 마련되면, 이들을 순차적으로 적층한 다음 핫 프레스 등의 방법을 통해 열 접착한다. 본 발명의 수평 방열층의 고분자 수지층은 열 접착성을 가지므로, 수평 방열층과 전파 흡수체의 결합을 위해 별도의 접착층은 요구되지 않는다. 또한, 상기 전파 흡수체로 접착성이 있는 반 경화형 폴리머 타입을 사용하는 경우라면, 전파 흡수체와 필름형 안테나층의 결합을 위한 접착층도 요구되지 않는다.
다만, 전파 흡수체로 접착성이 없는 소재를 사용하는 경우라면, 상기 열 접착 전에 전파 흡수체와 필름형 안테나 시트 사이에 열 전도성 접착층을 형성하는 단계가 추가로 실시될 수 있다. 이때, 상기 열 전도성 접착층은 예를 들면, 테이프 캐스팅, 바코팅, 롤 코팅, 스프레이 코팅 또는 인쇄 등의 방법을 통해 형성될 수 있다.
상기와 같은 방법을 통해 제조되는 본 발명의 상기 복합 기능성 근거리무선통신 안테나는 두께가 얇으면서도, 열 확산 성능 및 내구성이 우수하다. 또한, 본 발명의 수평 방열층 일체형 근거리무선통신 안테나는, 전자 기기에 적용할 때 필름 등의 합지 공정이 불필요하며, 타발 및 조립 공정을 단순화할 수 있다는 장점이 있다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더 구체적으로 설명한다.
실시예
평균 입경 5㎛의 질화붕소(BN) 플레이크 (제조사: jonye) 50중량부, 아크릴계 수지(제조사: 하나이화) 50 중량부, 경화제(하나이화, CAT-1) 0.15 중량부 및 분산제(BYK사, BYK-3550) 0.1 중량부를 메틸에틸케톤에 녹여 페이스트를 제조한 후 상기 페이스트를 이형 필름(PET 필름) 상에 도포하였다. 그런 다음, 상기 페이스트 상에 동박 필름을 적층한 후, 상기 페이스트를 일부 경화시켜 수평 방열층을 형성하였다. 그런 다음, 이형 필름을 박리한 후, 상기 이형 필름이 박리된 면에 전파 흡수체(제조사: ㈜동현전자)와 열전도성 접착제 (제조사: ㈜동현전자), 필름형 NFC 안테나(제조사: ㈜창성 )를 순차적으로 적층하였다. 그런 다음, 상기 적층체를 150도의 온도로 핫 프레스하여 필름 적층체를 제조하였다.
비교예
시판되는 열 확산 필름(제조사: 아파치), 전파 흡수체(제조사: ㈜동현) 및 필름형 NFC 안테나(제조사: ㈜창성)를 시판되는 양면 테이프(제조사: KGK)를 이용하여 부착하여 필름 적층체를 제조하였다.
실험예 1
핫 플레이트 상에 올려 놓은 후, 열 화상 카메라를 이용하여 온도 변화를 측정하였다. 이때, 상기 핫 플레이트의 온도는 54.6°C로 측정되었으며, 실시예 및 비교예의 필름 적층체의 온도는 하기 [표 1]에 기재된 바와 같이 나타났다.
비교예 실시예
온도 45.0 44.0
방열온도 -9.6 -10.6
10 : 접착층
20: NFC 안테나층
30: 전파 흡수층
40: 수평 방열층
50: 보호 필름

Claims (13)

  1. 근거리무선통신용 안테나 패턴을 갖는 필름형 안테나층;
    상기 필름형 안테나 상부에 형성되는 열전도성 접착제 층;
    상기 열전도성 접착체 층 상부에 형성되는 전파 흡수체층; 및
    상기 전파 흡수체층 상부에 형성되는 수평 방열층을 포함하며,
    상기 수평 방열층은 세라믹 분말이 분산된 고분자 수지층 및 금속 박막층을 포함하는 것인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지층은 세라믹 분말 30중량% 내지 70중량% 및 고분자 수지 30중량% 내지 70중량%를 포함하는 것인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 분말은 질화붕소(BN), 산화알미늄(Al2O3), 탄화규소(SiC), 산화마그네슘(MgO), 수산화알미늄(Al(OH)3) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상을 포함하는 것인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 우레아계 수지, 멜라민계 수지 및 페놀 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름형 안테나층은 고분자 필름 및 상기 고분자 필름의 일면에 근거리무선통신용 안테나 패턴으로 형성된 금속 박막층을 포함하는 것인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전파 흡수체는 자성 분말의 소결체 또는 자성 분말 및 바인더 수지를 포함하는 폴리머 시트인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자성 분말은 금속계 강자성 분말, 산화물계 강자성 분말 또는 이들의 혼합물인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 바인더 수지는 염화비닐 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 스티렌 수지, ABS 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지 및 폴리우레탄 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수평 방열층 상부에 보호 필름을 더 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전파 흡수층과 필름형 안테나층 사이에 열 전도성 접착층을 더 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 필름형 안테나층 하부에 접착층을 더 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리 무선통신 안테나.
  12. 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 준비하는 단계; 및
    상기 필름형 안테나 시트, 전파 흡수체 및 수평 방열층을 순차적으로 적층한 후, 열 접착하는 단계를 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 열 접착 전에 전파 흡수체와 필름형 안테나 시트 사이에 열 전도성 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 복합 기능성 일체형 근거리무선통신 안테나의 제조 방법.
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