KR102014387B1 - 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈은, 절연 기판, 상기 절연 기판의 제1면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥들로 구성되는 제1 나선형 배선, 상기 절연 기판의 제2면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥들로 구성되는 제2 나선형 배선, 및 상기 절연 기판 내에 배치되어 상기 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선을 전기적으로 연결하는 층간 접속 도체들을 포함하며, 상기 제1 나선형 배선의 상기 코일 가닥들은 직경 방향에 따라 반대 순서로 상기 제2 나선형 배선의 상기 코일 가닥들과 연결된다.

Description

안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기{ANTENNA MODULE AND ELECTRONIC DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명은 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
근래에 휴대 단말기에는 배터리를 충전하기 위해 전력을 무선으로 전송하는 시스템이나, 무선 태그(RFID), 근거리 통신(NFC), 마그네틱 보안 전송(MST) 등의 기능이 부가되고 있다.
그리고 이러한 기능들은 일반적으로 코일 형상의 안테나를 통해 수행되며, 이에 휴대 단말기에는 다수의 안테나들이 탑재되고 있다.
이처럼 다수의 코일들이 박형의 휴대 단말기에 탑재됨에 따라, 크기를 최소화하면서 높은 효율을 제공할 수 있는 안테나 모듈이 요구되고 있다.
한국공개특허 제2017-0022421호
본 발명의 목적은 휴대 단말기에 구비되는 안테나 모듈과 이를 구비하는 전자기기를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 높은 효율을 제공할 수 있는 안테나 모듈을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈은, 절연 기판, 상기 절연 기판의 제1면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥들로 구성되는 제1 나선형 배선, 상기 절연 기판의 제2면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥들로 구성되는 제2 나선형 배선, 및 상기 절연 기판 내에 배치되어 상기 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선을 전기적으로 연결하는 층간 접속 도체들을 포함하며, 상기 제1 나선형 배선의 상기 코일 가닥들은 직경 방향에 따라 반대 순서로 상기 제2 나선형 배선의 상기 코일 가닥들과 연결된다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈은 하나의 배선이 아닌, 복수개의 가닥으로 통신 배선을 구성하므로, 내부의 전류가 흐르지 않는 영역을 줄일 수 있으며, 전류가 배선의 일측으로 치우쳐 흐름에 따라 배선의 저항이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한 분할된 코일 가닥들은 나선형 배선 내에서 전기적으로 연결되지 않으며, 나선형 배선에서 연장되는 인출 배선 상에서 서로 전기적으로 연결된다. 따라서 본 실시예에 따른 안테나 모듈을 무선 충전에 이용하는 경우, 종래에 비해 충전 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도.
도 6은 도 5에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도.
도 9는 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도.
도 11은 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도.
도 12는 도 9에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도.
도 13은 도 11과 도 12의 A, B 부분을 확대하여 도시한 확대도.
도 14는 나선형 배선에서 전류 밀도를 시뮬레이션하여 도시한 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 더하여 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 실시예에 설명한 전자 기기는 휴대폰(또는 스마트폰)을 포함한다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 노트북이나 테블릿 PC, 웨어러블 기기(Wearable device) 등 휴대가 가능하며 무선 통신이 가능한 전자 기기라면 모두 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기는 무선 충전 장치로, 전력을 무선으로 전송하는 충전 기기(20)나, 전력을 무선으로 수신하여 저장하는 휴대 단말기(10) 일 수 있다.
휴대 단말기(10)는 단말기 본체(15)와 커버(11), 배터리(12) 및 안테나 모듈(100)을 포함한다.
커버(11)는 단말기 본체(15)에 결합되어 휴대 단말기(10)를 완성하는 후면 커버로, 배터리 교체 시 단말기 본체(15)로부터 분리되는 배터리 커버일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 단말기 본체(15)로부터 분리가 어려운 일체형 커버도 포함할 수 있다.
배터리(12)는 충, 방전이 가능한 2차 전지일 수 있으며, 휴대 단말기(10)에서 착탈 가능하게 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 모듈(100)은 단말기 본체(15)와 커버(11) 사이에 배치되며, 충전 기기(20)로부터 전송되는 전력을 수신한 후 배터리(12)에 공급하여 배터리(12)를 충전한다. 따라서 안테나 모듈(100)은 커버(30)의 내부면에 직접 부착되거나, 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
충전 기기(20)는 휴대 단말기(10)의 배터리(12)를 충전시키기 위해 구비된다. 이를 위해 충전 기기(20)는 케이스(21) 내부에 전압 변환부(22)와 전력 송신 장치(200)를 구비할 수 있다.
전압 변환부(22)는 외부로부터 공급되는 가정용 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 다시 특정 주파수의 교류 전압으로 변환하여 전력 송신 장치(200)에 제공한다.
상기한 교류 전압이 전력 송신 장치(200)에 인가되면, 전력 송신 장치(200) 주변의 자기장이 변화된다. 이에 전력 송신 장치(200)와 인접하게 배치되는 휴대 단말기(10)의 배선부(110)에는 자기장의 변화에 따라 전압이 인가되고, 이로 인해 배터리(12)가 충전된다.
전력 송신 장치(200)는 전술한 안테나 모듈(100)과 유사하게 구성될 수 있다. 이에 전력 송신 장치(200)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 안테나 모듈(100)에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 배선부(110) 및 자성부(102)를 포함한다.
자성부(102)는 편평한 판 형상(또는 시트 형상)으로, 배선부(110)의 일면에 배치되어 배선부(110)에 결합된다. 자성부(102)는 배선부(110)의 통신 배선(130)에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성부(102)는 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성되며, 예를 들어 페라이트 시트(ferrite sheet)가 이용될 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 자성부(102)와 배터리(12) 사이에는 전자파나 누설 자속을 자폐하기 위해 필요에 따라 금속 시트를 더 부가하는 것도 가능하다. 금속 시트는 알루미늄(aluminum) 등으로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 배선부(110)와 자성부(102)가 서로 견고하게 고정 접착되도록, 배선부(110)와 자성부(102) 사이에 접착부(104)가 개재될 수 있다.
접착부(104)는 배선부(110)와 자성부(102)의 사이에 배치되며, 자성부(102)와 배선부(110)를 상호 접합시킨다. 이러한 접착부(104)는 접착 시트(sheet)나 접착 테이프로 형성될 수 있으며, 배선부(110)나 자성부(102)의 표면에 접착제나 접착성을 갖는 수지를 도포하여 형성할 수도 있다.
또한 접착부(104)가 페라이트 분말을 함유하도록 구성하여 접착부(104)가 자성부(102)와 함께 자성을 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
자성부(102)가 배선부(110)에 결합되는 경우, 자성부(102)는 배선부(110)의 나선형 배선(131a, 131b)와 대면하도록 배치된다. 그리고 인출 배선(132a, 132b)과는 부분적으로 대면하도록 배치되되, 후술되는 연결부(133a, 133b)와는 대면하지 않도록 배치된다.
배선부(110)는 기판의 형태로 구성된다. 보다 구체적으로, 배선부(110)는 절연 기판(111)과, 절연 기판(111)의 양면에 형성되는 통신 배선(130)을 포함할 수 있다.
절연 기판(111)은 일면 또는 양면에 회로 배선을 형성할 수 있는 기판으로, 예를 들어 절연 필름(예컨대 폴리이미드 필름)이 이용될 수 있다. 이 경우, 배선부(110)는 연성 기판(Flexible PCB)의 형태로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 양면에 회로 배선이 형성될 수 있다면 당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 종류의 기판(예를 들어 인쇄회로기판, 세라믹 기판, 유리 기판, 에폭시 기판, 연성 기판 등)이 선택적으로 이용될 수 있다.
통신 배선(130)은 절연 기판(111)의 양면에 배치된다.
통신 배선(130)은 절연 기판(111)의 양면을 이용하여 형성되며, 동박 등으로 형성된 회로 배선의 형태로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 통신 배선(130)은 양면 동박적층판(CCL, Copper Clad Laminates)을 패터닝(patterning)하여 제조할 수 있다. 또한 필름과 같은 연성의 절연 기판 양면에 포토리소그래피(photolithography) 방식을 통해 형성할 수 있으며, 예를 들어 양면 구조의 FPCB(Flexible PCB)로 제조될 수 있다.
이에 따라 본 실시예의 배선부(110)는 두께가 매우 얇게 형성될 수 있다. 그러나 필요에 따라 다층 기판으로 제조되거나, 강성을 갖는 인쇄회로기판(PCB)의 형태로 제조하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따른 통신 배선(130)은 박막의 금속층으로 형성되며, 코일 형상을 이루는 나선형 배선(131a, 131b), 인출 배선(132a, 132b), 연결부(133a, 133b) 및 접속 패드(134)를 포함한다.
접속 패드(134)는 통신 배선(130)이 다른 구성 요소와 전기적으로 연결되는 접점의 기능을 갖는다. 따라서 접속 패드(134)는 인출 배선(132a, 132b)을 통해 나선형 배선(131a, 131b)의 양 단부와 연결되며, 외부 구성 요소와 물리적으로 접촉할 수 있도록 외부로 노출된다.
나선형 배선(131a, 131b)은 절연 기판(111)의 양면에서 서로 마주보는 형태로 배치되며, 이에 따라 절연 기판(111)의 제1면에 형성된 제1 나선형 배선(131a)과 절연 기판(111)의 제2면에 형성된 제2 나선형 배선(131b)으로 구분된다. 또한 제1 나선형 배선(131a)의 전체 선폭(또는 외경)은 제2 나선형 배선(131b)의 전체 선폭(또는 외경)과 동일하게 구성될 수 있다.
본 실시예에서 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 동일한 방향으로 나선이 형성된다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 배선부(110)를 전면에서 바라볼 때, 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 동일한 방향(예컨대, 시계 방향)으로 나선이 형성되도록 구성된다.
배선부 (110)에 전류가 흐르는 경우에 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)에는 동일한 방향으로 전류가 흐르게 되며, 이로 인해 제1 나선형 배선(131a)에서 발생되는 자기장과 제2 나선형 배선(131b)에서 발생되는 자기장이 서로 보강되므로, 전력 수신 효율을 향상시킬 수 있다.
제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 중심부에서 층간 접속 도체(137)를 통해 직렬 구조로 연결된다.
층간 접속 도체들(137)은 절연 기판(111)을 관통하는 형태로 절연 기판(111) 내에 배치되며, 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)을 전기적으로 연결한다.
본 실시예에서 층간 접속 도체(137)는 다수개가 일렬로 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)을 연결할 수 만 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다.
층간 접속 도체(137)는 절연 기판(111)에 관통 구멍을 형성한 후, 관통 구멍 내에 도전성 물질을 충진함으로써 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
인출 배선(132a, 132b)은 나선형 배선(131a, 131b)의 외측 단부와 접속 패드(134)를 연결하는 배선을 의미한다. 따라서 인출 배선(132a, 132b)은 절연 기판(111)의 제1면에 배치되어 제1 나선형 배선(131a)의 단부와 제1 접속 패드(134a)를 연결하는 제1 인출 배선(132a), 그리고 제2 나선형 배선(131a)의 단부와 제2 접속 패드(134b)를 연결하는 제2 인출 배선(132b)을 포함할 수 있다.
제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 중심부에서 층간 접속 도체(137)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 따라서, 인출 배선(132a, 132b)은 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)의 외측에 구비되는 단부에서 연장된다.
이에 따라, 본 실시예의 통신 배선(130)은 제1 접속 패드(134a)로부터, 순서대로 제1 인출 배선(132a), 제1 나선형 배선(131a), 층간 접속 도체(137), 제2 나선형 배선(131b), 제2 인출 배선(132b), 및 제2 접속 패드(134b)로 연결되어 하나의 코일 배선을 완성한다.
한편 도시되어 있지 않지만, 통신 배선(130) 상에는 절연 보호층이 형성될 수 있다. 절연 보호층은 통신 배선(130)을 외부로부터 보호하며, 외부와 절연을 확보하기 위해 구비된다. 한편, 접속 패드(134)는 외부 구성 요소와 접촉하며 외부 구성 소요와 전기적으로 연결된다. 따라서 접속 패드(134) 상에는 절연 보호층(140)이 부분적으로 제거되며, 이에 접속 패드(134)는 적어도 일부가 외부로 노출된다.
통신 배선(130)은 절연 기판(111)에서 돌출되는 형태로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 통신 배선(130)의 적어도 일부가 절연 기판(111) 내에 매립되도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 전체적인 윤곽이 환형(또는 고리형)으로 형성된다. 따라서 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)의 중심에는 통신 배선(130)이 형성되지 않는 영역(이하 중심 영역)이 구비된다. 이하에서 중심 영역은 통신 배선(130)이 형성되지 않은 나선형 배선의 내부 영역을 의미한다.
한편, 도체에 전류가 흐르는 경우 전류는 도체의 단면적 전체를 통해 흐르는 것이 아니라, 단면적 중에 일부 표면을 따라 흐르게 되며 이를 소위 '표피 효과 (skin effect)'라 정의하고 있다. 표피효과는 금속과 같은 도체에 고주파 전류를 인가하는 경우에 전류가 도체의 표면 부근만을 흐르는 현상을 말한다. 표피 효과가 발생하는 이유는 도체를 따라 흐르는 전류의 방향이 급속히 변화하기 때문에 도체 내부에 역기전력이 발생하여, 도체의 중심부에 전류가 흐르기 어렵게 하기 때문이다.
또한 근접 효과(Proximity Effect)에 의해, 도체에 전류가 균일하게 흐르지 않고 전류가 도체의 일측으로 치우쳐 흐르는 현상을 유발시킨다.
도 14는 나선형 배선에서 전류 밀도를 시뮬레이션하여 도시한 그래프로, (a)는 단일 배선에서의 전류 밀도를 나타내고, (b)는 분할 배선에서의 전류 밀도를 나타낸다.
여기서, X축은 나선형 배선의 반경을 나타낸다. 따라서 우측으로 갈수록 나선형 배선의 외경측에 배치되는 배선을 의미한다. 또한 Y축은 전류 밀도를 나타낸다.
도 14의 (a)를 참조하면, 각 턴(t1~t11)에서 전류 밀도는 일정하게 나타나지 않고 대부분 일측으로 치우치는 것을 알 수 있다.
이처럼 일반적인 나선형 배선에서, 각 턴에 흐르는 전류는 배선의 표면을 따라 고르게 흐르지 않고 일측으로 쏠린 형태로 흐르게 된다.
이로 인해 전류가 흐르지 못하는 영역이 발생하므로 도체(예컨대, 통신 배선)를 흐르는 전류의 양을 제한되고 저항 값이 증가하게 되어 최종적으로는 전력 수신 효율이 저하된다.
따라서, 본 실시예에서는 상기와 같은 요인들로 의해 전력 수신 효율이 저하되는 것을 억제하기 위하여 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 통신 배선(130)의 각 턴(t1~t11)을 다수의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 분할한다. 이에 구조적으로, 본 실시예의 통신 배선(130)은 리츠선(Litz Wire) 형태로 형성된다.
이 경우, 도 14의 (a)에 비해, 전체적으로 고르게 전류 밀도가 나타나는 것을 알 수 있다.
이처럼 하나의 배선을 여러 가닥으로 분할하면 표피 효과나, 전류의 쏠림 현상을 개선할 수 있다. 하지만 분할된 코일 가닥 수가 증가할수록 코일 가닥 간의 간격도 증가하게 되며, 이에 직류 저항도 증가하게 된다. 따라서 배선을 과도하게 많은 코일 가닥으로 분할하는 것은 오히려 효율을 저하시킬 수 있다.
이에 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 통신 배선(130)은 3개의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 구성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 2개의 코일 가닥으로 구성하거나 4개 이상의 코일 가닥으로 구성하는 것도 가능하다.
한편 본 발명을 설명함에 있어서, 이해의 편의를 위해 도면에서 제1 나선형 배선(131a)의 코일 가닥들은 S1, S2, S3로 표기하고, 제2 나선형 배선(131b)의 코일 가닥들은 P1, P2, P3로 표기하였다. 그러나, 제1 나선형 배선(131a)의 코일 가닥들(S1, S2, S3)은 각각 제2 나선형 배선(131b)의 코일 가닥들(P1, P2, P3)과 연결되므로, 이하의 설명에서 상기한 코일 가닥들을 별도로 구분하지 않는 한, ′코일 가닥들(S1, S2, S3) ′은 제1 나선형 배선(131a)의 코일 가닥들(S1, S2, S3)과 이에 연결된 제2 나선형 배선(131b)의 코일 가닥들(P1, P2, P3) 전체를 의미한다.
각 코일 가닥들(S1, S2, S3)은 서로 간에 동일한 간격으로 이격되어 배치될 수 있으며, 또한, 서로 동일한 선폭을 가질 수 있다.
3개의 코일 가닥(S1, S2, S3)은 접속 패드(134)와 연결되는 인출 배선(132a, 132b)의 일단에서 서로 전기적으로 연결된다. 따라서 제1 인출 배선(132a)과 제2 인출 배선(132b)은 다수의 코일 가닥이 서로 전기적으로 연결되는 연결부(133a, 133b)를 포함한다.
연결부(133a, 133b)에 의해, 코일 가닥들(S1, S2, S3)은 병렬 구조로 구성된다.
본 실시예에서 연결부(133a, 133b)는 인출 배선(132a, 132b)과 접속 패드(134)가 연결되는 부분에 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 인출 배선(132a, 132b) 중 자성부(102)와 대면하지 않는 위치라면 다양한 위치에 구비될 수 있다.
연결부(133a, 133b)가 자성부(102)와 대면하는 위치에 배치되거나, 나선형 배선(131a, 131b) 내에 배치되는 경우, 통신 배선(130)을 다수의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 분할하더라도 그 효과가 저하될 수 있다.
이에, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 연결부(133a, 133b)가 나선형 배선(131a, 131b)의 외부 즉, 인출 배선(132a, 132b) 상에만 배치된다. 또한 자성부(102)와 대면하지 않는 위치에 배치된다. 따라서, 나선형 배선(131a, 131b)의 내부, 또는 자성부(102)와 대면하는 영역 내에서는 다수의 코일 가닥(S1, S2, S3)이 서로 전기적으로 연결되지 않는다.
한편, 각각의 코일 가닥(S1, S2, S3)이 직접 접속 패드(134)에 직접 연결되는 경우, 각 코일 가닥들(S1, S2, S3)은 접속 패드(134)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이 경우 연결부(133a, 133b)는 생략될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 다수개의 가닥으로 분할된 통신 배선(130)을 제공한다. 이와 같이, 하나의 배선이 아닌 복수개의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 통신 배선을 구성하게 되면, 도체 내부의 전류가 흐르지 않는 영역을 줄일 수 있으며, 전류 밀도가 배선의 일측으로 치우치는 현상을 억제할 수 있다.
또한 분할된 코일 가닥들(S1, S2, S3)은 나선형 배선(131a, 131b) 내에서 전기적으로 연결되지 않으며, 나선형 배선(131a, 131b)에서 연장되는 인출 배선(132a, 132b) 상에서 서로 전기적으로 연결된다.
따라서 본 실시예에 따른 안테나 모듈(100)을 무선 충전에 이용하는 경우, 종래에 비해 충전 효율을 높일 수 있다.
한편 본 발명에 따른 안테나 모듈은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 나선형 배선(131a, 131b) 중 적어도 일부가 병렬로 연결된다.
본 실시예에서는 나선형 배선(131a, 131b)의 가장 중심에 배치되는 1턴(이하, 최내측 턴)이 병렬로 연결된다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 제1 층간 접속 도체(137a)와 제2 층간 접속 도체(137b)를 구비한다.
제1 층간 접속 도체(137a)는 제1 나선형 배선(131a)의 내측 일단과, 제2 나선형 배선(131b)에서 최내측 턴이 시작되는 지점을 연결한다. 그리고 제2 층간 접속 도체(137b)는 제2 나선형 배선(131b)의 내측 일단과 제1 나선형 배선(131a)에서 최내측 턴이 시작되는 지점을 연결한다.
이러한 구성으로 인해, 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 최내측 턴이 병렬로 연결된다. 따라서 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)이 직렬 구조로 연결되는 통신 배선(130)은 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)의 최내측 턴에서만 병렬로 연결된다.
일반적으로 나선형 코일은 중심 영역에 자속 밀도가 집중되므로, 중심 부분에 가까운 배선(예컨대, 최내측 턴)에서 근접 효과에 의한 전류의 쏠림 현상이 심화된다.
따라서, 본 실시예에서는 최내측 턴을 병렬로 연결하여 더 많은 전기적인 경로를 제공한다. 이에, 최내측 턴에서 전류가 6개의 코일 가닥으로 분산되어 흐르므로 각 코일 가닥의 전류 밀도를 낮출 수 있다. 이에 전류의 쏠림 현상도 최소화할 수 있어 전력 전송 효율을 높일 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 본 실시예의 통신 배선(130)은 최내측 턴이 병렬 구조로 구성되어 다른 턴들보다 2배의 코일 가닥을 포함하므로, 다른 턴들의 선폭보다 선폭을 좁게 구성할 수 있다. 예컨대, 최내측 턴의 선폭은 다른 턴들의 선폭의 절반까지 좁게 형성될 수 있다. 이 경우, 전류가 도체의 일측으로 치우치는 것을 더욱 억제할 수 있으며, 나선형 배선(131a, 131b)의 내경을 확장할 수 있다..
도 7은 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 도 5 및 도 6에 도시된 안테나 모듈과 유사하게 구성되며, 나선형 배선(131a, 131b) 중 가장 외측에 배치되는 1턴(이하, 최외측 턴)도 병렬로 연결된다.
일반적으로 나선형 코일은 중심 영역 다음으로, 최외측 턴에서 근접 효과에 의한 전류의 쏠림 현상이 크게 나타난다.
따라서, 본 실시예에서는 최외측 턴도 병렬로 연결하여 더 많은 전기적인 경로를 제공한다. 이에, 최내측 턴과 마찬가지로, 최외측 턴에서도 전류가 6개의 코일 가닥으로 분산되어 흐르므로 각 코일 가닥의 전류 밀도를 낯출 수 있다.
최외측 턴을 병렬 구조로 구성하기 위해, 본 실시예의 통신 배선(130)은 제3 층간 접속 도체(137c)와 제4 층간 접속 도체(137d)에 의해 제1 나선형 배선(131a)의 최외측 턴 양단이 제2 나선형 배선(131b)과 연결되어 병렬 구조를 구성한다.
이를 위해, 제2 나선형 배선(131b)은 최외측 턴을 병렬 구조로 형성하기 위한 확장 배선(131b1)을 별도로 포함할 수 있다. 확장 배선(131b1)은 다른 제2 나선형 배선(131b)과 직접 연결되지 않으며, 제1 나선형 배선(131a)의 최외측 턴의 병렬 구조를 구성하는 데에만 이용된다.
이처럼 나선형 배선(131a, 131b)의 최외측 턴을 병렬로 구성하는 경우, 코일 가닥(S1, S2, S3)의 수가 증가하므로 최외측 턴의 특정의 영역에 전류 밀도가 집중되는 것을 억제할 수 있다.
한편, 도시되어 있지 않지만, 본 실시예의 통신 배선(130)은 최외측 턴이 병렬 구조로 구성되므로, 더 많은 코일 가닥(예컨대, 6 가닥)을 포함한다. 따라서 다른 턴들의 선폭보다 선폭을 좁게 구성할 수 있다. 예컨대, 최내측 턴의 선폭은 다른 턴들의 선폭의 절반까지 좁게 형성될 수 있다. 이 경우, 전류가 도체의 일측으로 치우치는 것을 더욱 억제할 수 있으며, 나선형 배선(131a, 131b)의 내경을 확장할 수 있다.
또한 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 나선형 배선(131a, 131b)의 외곽이 사각 형상으로 형성되며, 내곽은 원형으로 형성된다. 이 경우 상기한 사각 형상의 모서리 부분에서 선폭이 증가될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 외곽과 내곽을 모두 사각 형상으로 구성하거나 타원 형상 또는 다른 다각형 형상으로 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
도 9는 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 제1 나선형 배선(131a)에서 제2 나선형 배선(131b)으로 넘어가는 과정에서 코일 가닥들(S1, S2, S3)의 배치 순서가 변경된다. 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
전술한 바와 같이, 나선형 배선(131a, 131b)의 각 턴은 모두 다수의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 구성된다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 나선형 배선(131a)의 각 턴은 중심 영역 측에 배치되는 제1 가닥(S1), 가장 외측에 배치되는 제3 가닥(S3), 그리고 제1 가닥(S1)과 제3 가닥(S3) 사이에 배치되는 제2 가닥(S2)을 포함한다.
이 경우, 제1 가닥(S1)은 제1 나선형 배선(131a)의 모든 턴에서 항상 가장 안쪽에 배치된다. 그리고 제3 가닥(S3)은 항상 가장 바깥쪽에 배치된다. 따라서, 제1 나선형 배선(131a) 제1 가닥(S1)이 제2 나선형 배선(131b)의 제1 가닥(P1)에 연결되고, 제1 나선형 배선(131a) 제3 가닥(S3)이 제2 나선형 배선(131b)의 제3 가닥(P3)에 연결되는 경우, 각 코일 가닥들(S1, S2, S3)의 총 길이는 서로 상이하게 구성되며, 이로 인해. 특정 코일 가닥에 임피던스가 편중될 수 있다.
따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해, 본 실시예에 따른 통신 배선(130)은 제1 나선형 배선(131a)을 구성하는 코일 가닥들(S1, S2, S3)과 제2 나선형 배선(131b)을 구성하는 코일 가닥들(P1, P2, P3)을 직경 방향에 따라 반대 순서로 연결하여 각 코일 가닥들의 총 길이를 동일하게 구성한다.
구체적으로, 제1 나선형 배선(131a)에서 가장 안쪽에 배치되는 제1 가닥(S1)은 층간 접속 도체(137a1)를 통해 제2 나선형 배선(131b)에서 가장 바깥쪽에 배치되는 제3 가닥(P3)과 연결하고, 제1 나선형 배선(131a)에서 가장 바깥쪽에 배치되는 제3 가닥(S3)은 층간 접속 도체(137a3)를 통해 제2 나선형 배선(131b)에서 가장 안쪽에 배치되는 제1 가닥(P1)과 연결한다.
그리고 제1 나선형 배선(131a)의 제2 가닥(S2)은 층간 접속 도체(137a2)를 통해 제2 나선형 배선(131b)의 제2 가닥(P2)과 연결된다.
이처럼 통신 배선(130)을 구성함에 따라, 나선형 배선(131a, 131b)의 중심에서 각 코일 가닥들(S1, S2, S3)까지의 거리의 평균이 대략 균일하게 배치되므로, 특정한 코일 가닥에 임피던스가 편중되는 것을 억제할 수 있다.
나선형 배선(131a, 131b)의 전체 턴수가 짝수(예컨대, 10턴)인 경우, 절연 기판(111)의 양면에 각각 5턴씩 배치할 수 있으므로 본 실시예와 같이 최내측 턴을 구성할 수 있다.
반면에 나선형 배선(131a, 131b)의 전체 턴수가 홀수(예컨대, 11턴)인 경우, 절연 기판(111)의 양면에 각각 5.5턴씩 배치해야 하므로, 본 발명은 후술되는 실시예와 같이 변형될 수 있다.
도 11은 본 발명의 또 실시예에 따른 안테나 모듈의 제1면을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 12는 도 9에 도시된 안테나 모듈의 제2면을 개략적을 도시한 평면도이다. 또한 도 13은 도 11과 도 12의 A, B 부분을 확대하여 도시한 확대도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈은 전술한 안테나 모듈과 유사하게 구성되며, 최내측 턴의 구조에 있어서만 차이를 갖는다.
본 실시예의 통신 배선(130)은 홀수 턴(예컨대, 11턴)으로 구성된다. 이에 따라 나선형 배선(131a, 131b)을 절연 기판(111)의 양면에 동일하게 배치하기 위해, 1턴(최내측 턴)의 코일 가닥을 절연 기판(111)의 양면에 분산 배치한다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 나선형 배선(131a)은 제1 가닥(S1)의 최내측 턴이 없으며, 제2 가닥(S2′)의 최내측 턴과 제3 가닥(S3′)의 최내측 턴 만이 배치된다. 또한 제2 나선형 배선(131b)의 최내측에도 제1 가닥(P1)의 최내측 턴이 없으며, 제2 가닥(P2′)의 최내측 턴과 제3 가닥(P3′)의 최내측 턴 만이 배치된다.
제1 나선형 배선(131a)의 제1 가닥(S1)은 층간 접속 도체(137a1)를 통해 제2 나선형 배선(131b)의 제3 가닥(P3′)과 연결된다. 따라서 최내측 턴에서 제1 가닥은 제2 나선형 배선(131b)에 배치된다.
또한, 제1 나선형 배선(131a)의 제3 가닥(S3′)은 층간 접속 도체(137a3)를 통해 제2 나선형 배선(131b)의 제1 가닥(P1)에 연결된다. 따라서 최내측 턴에서 제3 가닥은 제1 나선형 배선(131a)에 배치된다.
그리고 제1 나선형 배선(131a)의 제2 가닥(S2′)은 층간 접속 도체(137a2, 137a2′)을 통해 제2 나선형 배선(131b)의 제2 가닥(P2′)과 연결된다.
부연하면, 최내측 턴 중 제1 가닥은 절연 기판(111)의 제2면에서 제2 나선형 배선(131b)의 제3 가닥(P3′)으로 구성된다. 그리고 제1 나선형 배선(131a)의 제3 가닥(S3′)은 절연 기판(111)의 제1면에서 배치된다. 또한 최내측 턴 중 제2 가닥(S2′, P2′)은 절연 기판(111)의 양면에 병렬 구조로 배치된다.
이를 위해, 최내측 턴의 제2 가닥(S2′, P2′)에는 턴의 시작점과 마지막 점에 각각 층간 접속 도체(137a2, 137a2′)가 배치되며, 절연 기판(111) 양면에 배치되는 제2 가닥(S2′, P2′)은 병렬 구조로 연결된다. 제2 가닥(S2)의 병렬 구조는 전술한 실시예의 병렬 구조와 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제2 가닥(S2′, P2′)의 선폭은 다른 코일 가닥들(S3′, P3′)의 선폭보다 좁은 선폭으로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2 가닥(S2)의 선폭은 다른 코일 가닥들(S3′, P3′) 선폭의 절반으로 형성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 구성되는 안테나 모듈에 따르면, 나선형 배선의 전체 턴수가 홀수로 구성되더라도 절연 기판의 제1면과 제2면에 고르게 분산 배치할 수 있다.
한편, 본 실시예는 통신 배선이 3개의 코일 가닥(S1, S2, S3)으로 구성되는 경우를 예로 들고 있으며, 이로 인해 제2 가닥은 최내측 턴에서 병렬 구조로 배치된다. 그러나 코일 가닥이 짝수(예컨대, 4 가닥)으로 구성되는 경우, 최내측 턴의 코일 가닥들 중 절반(예컨대 제1 가닥, 제2 가닥)은 제1 나선형 배선(131a)에 포함되도록 배치하고, 나머지 절반(예컨대 제3 가닥, 제4 가닥)은 제2 나선형 배선(131b)에 포함되도록 배치할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어, 전술한 실시예들에서는 절연 기판에 하나의 통신 배선만 구비되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 통신 배선을 구비하도록 구성하는 것도 가능하다. 예컨대, 무선 태그(Radio Frequency Identification, RFID), 근거리통신(Near Field Communication, NFC), 마그네틱 보안전송(Magnetic secure transmission, MST) 중 적어도 하나의 기능을 수행하는 배선을 더 포함할 수 있다.
또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 안테나 모듈 최외측턴에 적용된 병렬 구조를 도 9나 도 11에 도시된 안테나 모듈의 최외측 턴에 적용할 수 있다.
더하여, 전술한 실시예에서는 최내측 1턴(예컨대 도 5) 또는 최내측 1턴과 최외측 1턴(예컨대, 도 7)만 병렬 구조로 구성하는 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 2턴 이상을 병렬 구조로 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
100: 안테나 모듈
102: 자성부
110: 배선부
111: 절연 기판
130: 통신 배선

Claims (18)

  1. 절연 기판;
    상기 절연 기판의 제1면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 제1 코일 가닥들로 구성되는 제1 나선형 배선과, 상기 절연 기판의 제2면에 배치되며 서로 이격 배치되는 다수의 제2 코일 가닥들로 구성되는 제2 나선형 배선을 포함하는 나선형 배선; 및
    상기 절연 기판 내에 배치되며, 각각의 상기 제1 코일 가닥들을 상기 나선형 배선의 직경 방향에 따라 반대 순서로 각각의 상기 제2 코일 가닥들과 연결하는 층간 접속 도체들;
    을 포함하는 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 코일 가닥, 상기 층간 접속 도체, 및 상기 제2 코일 가닥에 의해 구성되는 각 코일 가닥들의 길이는 모두 동일하게 구성되는 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나선형 배선을 구성하는 상기 코일 가닥들 중 가장 안쪽에 배치되는 코일 가닥은 상기 제2 나선형 배선을 구성하는 상기 코일 가닥들 중 가장 바깥쪽에 배치되는 코일 가닥과 연결되는 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선의 최내측 턴에서 상기 코일 가닥은 상기 절연 기판의 제1면과 제2면에 분산 배치되는 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    제1 나선형 배선의 전체 선폭은 상기 제2 나선형 배선의 전체 선폭과 동일하게 구성되는 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선은,
    직렬로 연결되는 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선은,
    동일한 방향으로 나선이 형성되는 안테나 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 코일 가닥들은,
    모두 동일한 선폭을 갖도록 구성되는 안테나 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 절연 기판 상에 배치되는 접속 패드들; 및
    상기 제1 나선형 배선과 상기 제2 나선형 배선을 각각 상기 접속 패드들과 연결하는 인출 배선을 더 포함하는 안테나 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 코일 가닥들 상호 간과, 상기 제2 코일 가닥들 상호 간은,
    상기 인출 배선 내에서 서로 연결되는 안테나 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 제1 코일 가닥들 상호 간과, 상기 제2 코일 가닥들 상호 간은,
    상기 접속 패드에 의해 서로 연결되는 안테나 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 나선형 배선 또는 제2 나선형 배선과 대면하도록 배치되는 자성부를 더 포함하는 안테나 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 코일 가닥들 상호 간과, 상기 제2 코일 가닥들 상호 간은,
    상기 나선형 배선의 외부에서 서로 연결되는 안테나 모듈.
  15. 절연 기판의 양면에 통신 배선이 배치되는 배선부; 및
    상기 배선부의 일면에 결합되는 자성부;
    를 포함하며,
    상기 통신 배선은, 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥으로 구성되는 나선형 배선을 포함하고,
    상기 다수의 코일 가닥은 상기 절연 기판의 제1면에 배치되는 제1 코일 가닥들과 상기 절연 기판의 제2면에 배치되는 제2 코일 가닥들로 구성되며,
    상기 제1 코일 가닥들은 상기 나선형 배선의 직경 방향에 따라 반대 순서로 상기 제2 코일 가닥들과 연결되는 전자 기기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배선부와 상기 자성부 사이에 개재되는 접착부를 더 포함하는 전자 기기.
  17. 절연 기판의 양면에 통신 배선이 배치되는 배선부;
    상기 배선부의 일면에 결합되는 자성부; 및
    상기 배선부와 상기 자성부 사이에 개재되는 접착부;
    를 포함하며,
    상기 통신 배선은, 서로 이격 배치되는 다수의 코일 가닥으로 구성되는 나선형 배선을 포함하고,
    상기 다수의 코일 가닥은 상기 절연 기판의 제1면에 배치되는 제1 코일 가닥들과 상기 절연 기판의 제2면에 배치되는 제2 코일 가닥들로 구성되며,
    상기 제1 코일 가닥들은 상기 나선형 배선의 직경 방향에 따라 반대 순서로 상기 제2 코일 가닥들과 연결되고,
    상기 접착부는 페라이트 분말을 함유하는 전자 기기.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 배선부에서 수신된 전력을 저장하는 배터리를 더 포함하는 전자 기기.

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