KR101596457B1 - 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나 및 그 안테나의 제조 방법 - Google Patents

휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나 및 그 안테나의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는, 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진 판상의 베이스; 상기 베이스의 일면에 형성된 자성소재로 이루어진 흡수체층; 및 상기 흡수체층 위에 직접적으로 형성되며 전기적으로 전도성 물질을 포함한 안테나 회로층;을 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나 및 그 안테나의 제조 방법{NFC antenna for mobile electronic device and manufacturing method thereof}
본 발명은 스마트폰과 같은 휴대형 전자기기에 사용되는 플렉시블 엔에프씨 안테나의 구조 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알에프아이디(RFID) 무선통신 기술의 하나인 엔에프씨(NFC, Near Field Communication)는 13.56MHz 대역의 주파수를 이용해 10cm 내의 짧은 거리에서 단말기끼리 데이터를 상호 전송할 수 있는 기술이다. NFC는 비접촉 통신 기술로 사물의 다양한 정보를 관리할 수 있는 전자 태그(RFID)의 일종이다. 일반적으로 종래의 RFID는 리더기에서 정보 읽기 기능밖에 사용할 수 없었던 반면에 NFC는 양방향으로 데이터를 전송할 수 있다. 스마트폰과 같은 이동 통신 단말기에 NFC가 장착된 경우에 NFC 안테나를 활성화하면 스마트폰 자체가 카드리더기 역할을 수행한다. 즉, 교통카드 기능을 탑재한 스마트폰을 버스에 설치된 단말기에 대면 스마트폰은 단말기에 잔액 정보를 주고 단말기는 정보를 받아 결제할 수 있다.
이와 같은 NFC는 최근 고급 스마트폰에 탑재되는 추세이다. 스마트폰과 같은 이동 통신 단말기에 탑재되는 NFC에는 기본적으로 안테나가 구비된다. NFC용 안테나는 일반적으로 스마트폰의 커버나 몸체 등에 부착되는 형태로 장착된다. 따라서, NFC용 안테나는 매우 얇게 제조되어야 한다. 이와 같은 NFC용 안테나 장치 및 그 제조 방법의 일 예가 공개특허 제2014-0120142호에 개시되어 있다.
그런데, 종래의 NFC 안테나는 도전성 소재로 이루어진 안테나 회로층과 그 안테나 회로층의 일측 방향으로 전자기적 와전류(eddy current)가 발생하는 것을 차단하는 흡수체층이 양면 접착제와 같은 접착층으로 결합되어 있는 구조를 형성한다. 상기 흡수체층으로는 페라이트(ferrite) 분말을 소결하여 형성하는 것이 일반적이다. 상기 흡수체층은 자기장을 유도하여 금속의 와전류가 발생하지 않도록 한다. 자기장이 페라이트 내부에 유입시 페라이트의 높은 저항은 와전류의 생성을 막는 작용을 한다. 따라서, 상기 흡수체층은 안테나층에 일방향의 자기장만 영향을 미치게 함으로써 엔에프씨 통신을 방해받지 않도록 하는 작용을 한다.
그런데, 상기 흡수체층과 상기 안테나 회로층을 서로 결합하기 위해 양면 접착제와 같은 결합 부재가 사용되는 경우 NFC 안테나의 제조 공정에서 상기 흡수체층이 빈번하게 손상되는 문제점이 있다. 즉, 상기 흡수체층과 상기 안테나 회로층을 서로 결합하는 양면 테이프를 사용하는 경우 핫 프레스(hot press) 공정이 필수적이므로 그 공정에서 상기 흡수체층이 손상되는 문제점이 있다. 상기 흡수체층이 손상되는 경우 NFC 안테나의 성능이 저하될 뿐 아니라 NFC 안테나의 제품 품질의 산포도가 증가하여 품질 불량 문제가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 엔에프씨(NFC) 안테나의 구조를 개선함으로써 흡수체층의 손상이 발생하지 않도록 하며, 제조공정을 개선함으로써 안테나의 수율을 향상시키고 생산성 향상을 도모할 수 있으며 제조 비용이 절감된 엔에프씨 안테나를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는, 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진 판상의 베이스;
상기 베이스의 일면에 형성된 자성소재로 이루어진 흡수체층; 및
상기 흡수체층 위에 직접적으로 형성되며 전기적으로 전도성 물질을 포함한 안테나 회로층;을 포함한 점에 특징이 있다.
상기 전도성 물질의 성분은 은 분말 60 내지 70 중량%, 액상의 우레탄 계열 수지 10 내 20 중량%, 액상의 폴리스티렌 수지 10 내지 20 중량% 및 액상의 부타디엔 10 내지 20 중량%를 포함한 혼합물에 액상의 메틸에틸케톤을 첨가하여 점도를 조절한 상태로 상기 흡수체층 위에 부착된 것이 바람직하다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나의 제조 방법은, 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나를 제조하는 방법에 있어서,
자성 소재로 이루어진 박막 형태의 흡수체층을 형성하는 흡수체층 형성 단계;
상기 흡수체층의 하면에 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진 판상의 베이스를 부착하는 베이스 결합 단계 ; 및
상기 흡수체층 상면에 액체 상태의 상기 전도성 물질을 직접 인쇄함으로써 상기 안테나 회로층을 형성하는 안테나 형성 단계;를 포함한 점에 특징이 있다.
상기 안테나 회로층은 스크린 인쇄 또는 패드 인쇄에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 안테나 형성 단계 후에 수행되며, 상기 안테나 회로층을 덮는 보호층을 형성하는 보호층 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는 흡수체층 위에 안테나 회로층 직접적으로 형성함으로써 종래의 접착제층과 같은 구조가 포함되지 않도록 함으로써 안테나 제조공정에서 핫 프레스에 의해 상기 흡수체층이 손상되지 않는 효과가 있으며, 제조 방법에 있어서, 상기 흡수체층 위에 상기 안테나 회로층을 인쇄 방식으로 직접 형성함으로써 제조 공정이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있으며, 안테나의 수율이 향상되고 양호한 품질을 유지할 수 있는 장점이 있다. 또한 본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는 적층 구조가 단순화됨으로써 엔에프씨 안테나의 조립성이 향상되며 도금 공정이 포함되지 않으므로 친환경적인 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엔에프씨 안테나의 적층구조를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 엔에프씨 안테나의 입체적인 형상을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 엔에프씨 안테나의 제조공정 중 안테나 회로층을 형성하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 다른 엔에프씨 안테나와 종래의 엔에프씨 안테나의 성능을 비교한 시험결과를 보여주는 표이다.
도 5는 도 4에 도시된 부착력 시험을 위해 NFC 안테나에 크로스 컷(cross cut) 그리드를 형성한 상태를 보여주는 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 엔에프씨 안테나를 제조하는 방법의 공정도이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 엔에프씨 안테나의 적층구조를 보여주는 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 엔에프씨 안테나의 입체적인 형상을 보여주는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 엔에프씨 안테나의 제조공정 중 안테나 회로층을 형성하는 공정을 보여주는 도면이다. 도 4는 본 발명에 다른 엔에프씨 안테나와 종래의 엔에프씨 안테나의 성능을 비교한 시험결과를 보여주는 표이다. 도 5는 도 4에 도시된 부착력 시험을 위해 NFC 안테나에 크로스 컷(cross cut) 그리드를 형성한 상태를 보여주는 사진이다. 도 6은 본 발명에 따른 엔에프씨 안테나를 제조하는 방법의 공정도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나(10)는, 베이스(20)와, 흡수체층(30)과, 안테나 회로층(40)을 포함한다.
상기 베이스(20)는 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진다. 상기 베이스(20)는 판상의 부재이다. 더 구체적으로 상기 베이스(20)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)로 이루어질 수 있다. 상기 베이스(20)는 카메라 필름 정도의 두께로 형성될 수 있다.
상기 흡수체층(30)은 상기 베이스(20)의 일면에 적층 형성된다. 상기 흡수체층(30)은 자성소재로 이루어진다. 상기 흡수체층(30)은 페라이트( ferrite) 분말을 소결하여 형성할 수 있다. 상기 흡수체층(30)의 두께는 100㎛ 내외로 형성된다. 상기 흡수체층(30)을 먼저 막(film) 형태로 형성한 후에 그 흡수체층(30)의 일면에 상기 베이스(20)를 부착할 수 있다.
상기 안테나 회로층(40)은 상기 흡수체층(30) 위에 직접적으로 형성된다. 상기 안테나 회로층(40)은 전기적으로 전도성 물질을 포함한다. 상기 안테나 회로층(40)의 두께는 30㎛ 내외로 형성된다. 상기 안테나 회로층(40)과 상기 흡수체층(30)의 적층 구조가 본원 발명의 핵심적인 특징을 구성한다. 상기 안테나 회로층(40)을 구성하는 전도성 물질은 상기 전도성 물질의 성분은 은 분말(Ag powder) 60 내지 70 중량%, 액상의 우레탄 계열 수지 10 내 20 중량%, 액상의 폴리스티렌 수지 10 내지 20 중량% 및 액상의 부타디엔 10 내지 20 중량%를 포함한 혼합물에 액상의 메틸에틸케톤을 첨가하여 점도를 조절한 상태로 상기 흡수체층(30) 위에 부착될 수 있다. 상기 전도성 물질의 점도는 180 mPa·s(mili-pascal second) 내지 300 mPa·s 인 것이 바람직하다.
상기 은 분말이 60 중량% 미만으로 포함된 경우에는 상기 안테나 회로층(40)의 전기 전도도가 낮아져서 엔에프씨 안테나(10) 성능이 제대로 구현되지 않는 문제점이 있다. 한편, 상기 은 분말이 70 중량%를 초과한 경우에는 상기 안테나 회로층(40)의 전기 전도도가 충분히 양호하나 제조비용이 불필요하게 높아지는 문제점이 있다.
상기 액상의 우레탄 계열 수지는 상기 은 분말 입자가 결합 되는 접착력을 강화하기 위해 사용된다. 상기 액상의 우레탄 계열 수지는 고온 건조시 은 분말 입자를 잘 결합시켜 전도성을 향상시키는 작용을 한다. 상기 액상의 우레탄 계열 수지가 10 중량% 미만으로 포함된 경우에는 상기 은 분말 입자가 서로 잘 결합되지 않는 형상이 발생함으로써 엔에프씨 안테나(10) 패턴의 전도성을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 상기 액상의 우레탄 계열 수지가 20 중량%를 초과한 경우에는 상기 전도성 물질이 상기 흡수체층(30)에 부착되는 부착력이 약해져서 엔에프씨 안테나의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점은 상술한 상기 액상의 부타디엔(butadiene) 및 상기 폴리스티렌(polystyrene)의 성분 범위를 벗어나는 경우에도 동일하게 나타난다. 따라서, 상술한 범위로 상기 전도성 물질을 제조할 필요가 있다. 또한, 상기 액상의 메틸에틸케톤은 상기 전도성 물질의 점도를 조절하기 위해서 첨가되는 희석제이다. 상기 액상의 메틸에틸케톤을 적절하게 첨가함으로써 상기 전도성 물질을 스크린 인쇄 또는 패드 인쇄에 적합한 상태로 유지할 수 있다. 페이스트 상태의 상기 전도성 물질과 상기 메틸에틸케톤의 혼합은 교반에 의해 수행되며, 그 교반 시간은 10시간 내지 15시간 인 것이 바람직하다.
상기 안테나 회로층(40)을 구성하는 전도성 물질은 분사 또는 인쇄 방식으로 상기 흡수체층(30) 위에 직접적으로 적층 형성될 수 있다. 즉, 상기 전도성 물질은 분사노즐을 통해 스프레이 함으로써 상기 흡수체층(30) 위에 직접 형성될 수 있다. 한편, 상기 전도성 물질은 예컨대 도 3에 도시된 바와 같이 실크 스크린 인쇄 방법으로 상기 흡수체층(30) 위에 직접 적층 형성될 수 있다. 한편, 상기 전도성 물질은 패드 인쇄 방법으로 상기 흡수체층(30) 위에 직접 적층 형성될 수도 있다. 상기 전도성 물질은 인쇄 후에 건조 과정을 거친다. 상기 안테나 회로층(40)의 두께는 15㎛ 내지 25㎛ 인 것이 바람직하다. 상기 안테나 회로층(40)의 인쇄 후에는 100℃ 내지 200℃의 온도에서 건조시킨다.
상기 안테나 회로층(40)은 보호층(50)에 의해 보호될 수 있다. 상기 보호층(50)은 상기 안테나 회로층(40)이 외부에 노출되지 않도록 함으로써 스마트폰과 같은 휴대형 전자기기에 조립되는 과정에서 상기 안테나 회로층(40)이 손상되는 것을 방지하는 작용을 한다. 상기 보호층(50)은 양면 테이프와 같은 구조를 적용하여 스마트폰 케이스나, 베터리 커버에 쉽게 부착할 수 있도록 할 수 있다. 상기 보호층(50)은 보호물질을 인쇄방식이나 분사방식으로 상기 안테나 회로층(40)을 덮도록 형성할 수 있다.
이하에서는 상술한 바와 같은 구조를 가지는 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나(10)의 제조 방법을 서술하기로 한다.
본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나(10)의 제조 방법은, 흡수체층 형성 단계(S10)와, 베이스 결합 단계(S20)와, 안테나 형성 단계(S30)와, 보호층 형성 단계(S40)를 포함한다.
상기 흡수체층 형성 단계(S10)에서는 자성소재로 이루어진 박막의 흡수체층(30)을 형성한다. 상기 흡수체층(30)은 예컨대 페라이트 분말을 소결하여 형성할 수 있다. 상기 흡수체층(30)의 두께는 100㎛ 내외로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 베이스 결합 단계(S20)에서는 상기 흡수체층(30)의 하면에 베이스(20)를 접착함으로써 상기 흡수체층(30)과 상기 베이스(20)가 결합된 구조를 형성할 수 있다. 상기 베이스(20)는 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 베이스(20)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)로 이루어질 수 있다. 상기 베이스(20)는 카메라 필름 정도의 두께로 형성될 수 있다.
상기 안테나 형성 단계(S30)에서는 상기 흡수체층(30) 상면에 액체 상태의 전도성 물질을 직접 인쇄함으로써 상기 안테나 회로층(40)을 형성한다. 상기 안테나 회로층(40)은 스크린 인쇄 방식 또는 패드 인쇄 방식으로 인쇄할 수 있다.
상기 보호층 형성 단계(S40)에서는 상기 안테나 형성 단계(S30) 후에 수행된다. 상기 보호층 형성 단계(S40)에서는 상기 안테나 회로층(40)을 보호하도록 무광 페인트를 상기 안테나 회로층(40)에 분사 또는 인쇄함으로써 상기 보호층(50)을 형성한다.
또한, 상기 안테나 회로층(40)과 스마트폰의 메인 회로 기판을 전기적으로 연결할 수 있도록 접촉 단자(미도시)가 상기 안테나 회로층(40)의 말단에 설치된다.
상술한 바와 같은 방법으로 제조된 엔에프씨 안테나(10)의 성능을 시험한 결과를 도 4에 도시하였다. 도 4를 참조하면 본 발명에 따른 엔에프씨 안테나(10)는 종래 구조의 엔에프씨 안테나에 비하여 저항값이 낮게 나타남으로써 우수한 엔에프씨 안테나 성능을 보여준다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 엔에프씨 안테나(10)는 종래 구조의 엔에프씨 안테나에 비하여 67% 이상 부착성이 향상되었다. 즉, 종래에는 3회 테이프 탈부착 시 에에프씨 안테나층의 손상이 발생하였으나, 본 발명은 5회 테이프 탈부착시에도 본래의 부착력을 잘 유지하였다.
이와 같이 본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나 및 그 안테나의 제조 방법은 상기 흡수체층과 상기 안테나 회로층 사이에 양면 테이프와 같은 접착 부재 없이 직접적으로 적층구조를 형성함으로써 양면 테이프에 의해 상기 흡수체층이 안테나 제조 공정에서 손상되지 않는 효과를 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나의 제조 방법은 종래에 일반적으로 수행하던 핫 프레싱과 같은 공정이 불필요함으로써 공정이 단순해질 뿐 아니라 안테나의 수율이 향상되고 양호한 품질을 유지할 수 있으며 제조비용이 절감되는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는 종래의 엔에프씨 안테나에 비하여 두께가 얇아져 전자기기를 구성하는 공간 활용도가 향상된다. 또한, 본 발명에 따른 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나는 도금 공정이 불필요하므로 친환경적인 장점이 있다.
이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
10 : NFC 안테나
20 : 베이스
30 : 흡수체층
40 : 안테나 회로층
50 : 보호층
S10 : 흡수체층 형성 단계
S20 : 베이스 결합 단계
S30 : 안테나 형성 단계
S40 : 보호층 형성 단계

Claims (5)

  1. 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진 판상의 베이스;
    상기 베이스의 일면에 형성된 자성소재로 이루어진 흡수체층; 및
    상기 흡수체층 위에 직접적으로 형성되며 전기적으로 전도성 물질을 포함한 안테나 회로층;을 포함하며,
    상기 베이스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)가 필름 형태로 배치되며,
    상기 흡수체층은 페라이트( ferrite) 분말을 소결하여 형성되며,
    상기 전도성 물질의 성분은 은 분말 60 내지 70 중량%, 액상의 우레탄 계열 수지 10 내 20 중량%, 액상의 폴리스티렌 수지 10 내지 20 중량% 및 액상의 부타디엔 10 내지 20 중량%를 포함한 혼합물에 액상의 메틸에틸케톤을 첨가하여 점도를 조절한 상태로 상기 흡수체층 위에 부착되며,
    상기 베이스는 카메라 필름 정도의 두께로 형성되며,
    상기 흡수체층을 먼저 막(film) 형태로 형성한 후에 그 흡수체층의 일면에 상기 베이스가 부착되며,
    상기 전도성 물질의 점도는 180 mPa·s(mili-pascal second) 내지 300 mPa·s 인 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나.
  2. 삭제
  3. 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나를 제조하는 방법에 있어서,
    자성 소재로 이루어진 박막 형태의 흡수체층을 형성하는 흡수체층 형성 단계;
    상기 흡수체층의 하면에 유연성이 있는 합성수지 소재로 이루어진 판상의 베이스를 부착하는 베이스 결합 단계 ; 및
    상기 흡수체층 상면에 액체 상태의 전도성 물질을 직접 인쇄함으로써 상기 안테나 회로층을 형성하는 안테나 형성 단계;를 포함하며,
    상기 베이스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)가 필름 형태로 배치되며,
    상기 흡수체층은 페라이트( ferrite) 분말을 소결하여 형성되며,
    상기 전도성 물질의 성분은 은 분말 60 내지 70 중량%, 액상의 우레탄 계열 수지 10 내 20 중량%, 액상의 폴리스티렌 수지 10 내지 20 중량% 및 액상의 부타디엔 10 내지 20 중량%를 포함한 혼합물에 액상의 메틸에틸케톤을 첨가하여 점도를 조절한 상태로 상기 흡수체층 위에 부착되며,
    상기 베이스는 카메라 필름 정도의 두께로 형성되며,
    상기 흡수체층을 먼저 막(film) 형태로 형성한 후에 그 흡수체층의 일면에 상기 베이스가 부착되며,
    상기 전도성 물질의 점도는 180 mPa·s(mili-pascal second) 내지 300 mPa·s 인 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 안테나 회로층은 스크린 인쇄 또는 패드 인쇄에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 안테나 형성 단계 후에 수행되며, 상기 안테나 회로층을 덮는 보호층을 형성하는 보호층 형성 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 휴대형 전자기기용 엔에프씨 안테나의 제조 방법.
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