KR102433115B1 - 코일 조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 코일 조립체는, 기판 및 상기 기판에 결합되며 나선형 배선과 인출 배선으로 구분되는 코일 배선을 포함하며, 상기 나선형 배선은 상기 나선형 배선의 외곽을 형성하는 제1 구간과, 상기 제1 구간의 내부에 배치되며 상기 제1 구간보다 좁은 선폭을 갖는 제2 구간으로 구성된다.

Description

코일 조립체{COIL ASSEMBLY}
본 발명은 코일 조립체에 대한 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 코일을 통해 수행되며, 이에 휴대 단말기에는 다수의 코일이 탑재되고 있다.
이처럼 다수의 코일들이 박형의 휴대 단말기에 탑재됨에 따라, 코일 조립체의 크기를 최소화하면서 높은 효율을 제공할 수 있는 코일 구조가 요구되고 있다.
한국공개특허 제2015-0065001호
본 발명의 목적은 휴대 단말기에 구비되는 코일 조립체를 제공하는 데에 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 높은 효율을 제공할 수 있는 코일 조립체를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 코일 조립체는, 기판 및 상기 기판에 결합되며 나선형 배선과 인출 배선으로 구분되는 코일 배선을 포함하며, 상기 나선형 배선은 상기 나선형 배선의 외곽을 형성하는 제1 구간과, 상기 제1 구간의 내부에 배치되며 상기 제1 구간보다 좁은 선폭을 갖는 제2 구간으로 구성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 코일 조립체는, 일단이 접속 패드와 연결된 인출 배선, 상기 인출 배선의 타단에서 연장되며 나선형으로 형성되는 제1 구간, 및 상기 제1 구간의 내부에 배치되며 상기 제1 구간에서 나선형으로 연장되고, 상기 제1 구간보다 좁은 선폭을 갖는 제2 구간을 포함한다.
본 발명에 따른 코일 조립체는 선폭이 좁은 배선을 나선형 배선의 중심에 배치함으로써 종래에 비해 높은 전송 효율을 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전자 기기를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 I-I′에 따른 단면도.
도 3은 도 2의 코일 조립체를 개략적으로 도시한 평면도.
도 4는 도 3에 도시된 코일 조립체의 배면도.
도 5는 도 3의 II-II′에 따른 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 평면도.
도 7은 도 6에 도시된 코일 조립체의 배면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 분해 사시도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 사시도.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 사시도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
한편, 본 실시예를 설명함에 있어서, 무선 충전 장치는 전력을 전송하는 전력 송신 장치와, 전력을 수신하여 저장하는 전력 수신 장치를 포괄적으로 지칭한다.
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 배터리(12)와, 배터리(12)에 전력을 공급하여 배터리(12)를 충전하는 전력 수신 장치(100)를 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.
전력 수신 장치(100)는 휴대 단말기(10)의 케이스(11)의 내부에 수용되어 케이스(11)의 내부면에 직접 부착되거나, 최대한 인접하게 배치될 수 있다.
전력 수신 장치(100)는 자성부(102) 및 코일 조립체(110)를 포함할 수 있다.
자성부(102)는 편평한 판 형상(또는 시트 형상)으로, 코일 조립체(110)의 일면에 배치되어 코일 조립체(110)에 고정 부착된다. 자성부(102)는 코일 조립체(110)의 코일 배선에 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 전력 수신 장치(100)는 코일 조립체(110)와 자성부(102)가 서로 견고하게 고정 접착되도록, 코일 조립체(110)와 자성부(102) 사이에 접착부(104)가 개재될 수 있다.
접착부(104)는 코일 조립체(110)와 자성부(102)의 사이에 배치되며, 자성부(102)와 코일 조립체(110)를 상호 접합시킨다. 이러한 접착부(104)는 접착 시트(sheet)나 접착 테이프로 형성될 수 있으며, 코일 조립체(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.
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 전력 수신 장치(100)에는 자기장의 변화에 따라 전압이 인가되고, 이로 인해 배터리(12)가 충전된다.
전력 송신 장치(200)는 전술한 전력 수신 장치(100)와 유사하게 구성될 수 있다. 이에 전력 송신 장치(200)에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는 전력 수신 장치(100)를 구성하는 코일 조립체(110)에 대하여 상세히 살펴보기로 한다.
도 3은 도 2의 코일 조립체를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 코일 조립체의 배면도이며, 도 5는 도 3의 II-II′에 따른 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체(110)는 기판(120)과, 기판(120)의 적어도 한 면에 형성되는 코일 배선(130)을 포함한다.
기판(120)은 양면에 회로 배선을 형성할 수 있는 절연 기판으로, 예를 들어 폴리이미드 필름과 같은 절연 필름이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 두께가 얇고 양면에 박막의 회로 배선이 형성될 수 있다면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
코일 배선(130)은 기판(120)의 양면을 이용하여 형성되며, 기판(120) 상에 동박 등으로 형성된 회로 배선의 일부로 구성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코일 조립체(110)는 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 코일 조립체(110)는 두께가 매우 얇게 형성될 수 있다. 그러나 필요에 따라 다층 기판으로 제조되거나, 강성을 갖는 인쇄회로기판(PCB)으로 제조될 수도 있다.
본 실시예에 따른 코일 배선(130)은 박막의 금속층으로 형성되며, 코일 형상을 이루는 적어도 하나의 나선형 배선(131a, 131b), 인출 배선(137), 및 접속 패드(138)를 포함한다.
접속 패드(138)는 코일 조립체(110)가 다른 구성 요소와 전기적으로 연결되는 접점의 기능을 갖는다.
본 실시예에 따른 나선형 배선(131a, 131b)은 기판(120)의 양면에서 서로 마주보는 형태로 배치되며, 이에 따라 기판(120)의 제1면(120a)에 형성된 제1 나선형 배선(131a)과 기판의 제2면(120b)에 형성된 제2 나선형 배선(131b)으로 구분된다.
제1 나선형 배선(131a)은 부분적으로 단절되며, 단절된 영역에는 인출 배선(137)이 배치된다.
따라서 인출 배선(137)은 제1 나선형 배선(131a)의 직경 방향으로 단절된 영역을 통해 제1 나선형 배선(131a)을 가로지르는 형태로 배치된다. 인출 배선(137)은 제1 나선형 배선(131a)의 중심에 배치된 일단과 접속 패드(138)를 연결하는 배선을 의미한다.
또한 제1 나선형 배선(131a)과 제2 나선형 배선(131b)은 층간 접속 도체(139)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 층간 접속 도체(139)는 상기한 단절된 영역과 인접한 위치에 배치된다. 따라서 제1 나선형 배선(131)과 제2 나선형 배선(131b)은 기판(120)의 양면에서 서로 평행하게 배치된다. 그리고 인출 배선(137)이 배치된 단절된 영역에서 제1 나선형 배선(131a)은 층간 접속 도체(139)와 제2 나선형 배선(131b)을 통해 전기적으로 연결된다.
도 5에 도시된 바와 같이 코일 배선(130) 상에는 절연 보호층(140)이 형성될 수 있다. 절연 보호층(140)은 코일 배선(130)을 외부로부터 보호하며, 외부와 절연을 확보하기 위해 구비된다. 한편, 접속 패드(138)는 외부 구성 요소와 접촉하며 외부 구성 소요와 전기적으로 연결된다. 따라서 접속 패드(138) 상에는 절연 보호층(140)이 부분적으로 제거되며, 이에 접속 패드(138)는 적어도 일부가 외부로 노출된다.
또한 본 실시예에 따른 코일 배선(130)은 나선형 배선(131a, 131b)의 외측을 구성하는 제1 구간(1311)과, 나선형 배선(131a, 131b)의 내측을 구성하는 제2 구간(1312)으로 구분된다. 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)은 서로 다른 폭으로 형성되며, 구체적으로 제1 구간(1311)이 제2 구간(1312)보다 넓은 폭으로 형성된다.
이에 따라, 제1 구간(1311)은 적어도 한 턴의 배선을 포함하고, 제2 구간(1312)은 제1 구간(1311)의 배선보다 폭이 좁은 배선을 적어도 한 턴 포함한다. 이로 인해 본 실시예의 나선형 배선(131a, 131b)은 폭이 다르며 서로 직렬로 연결되는 두 개의 배선을 포함한다. 또한 상기 나선형 배선은 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)을 연결하는 적어도 한 턴의 연결 배선(1313)을 포함한다. 연결 배선(1313)은 제2 구간(1312)으로 갈수록 점진적으로 선폭이 감소하는 형태로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6에 도시된 바와 같이 단차를 이용하여 선폭을 변화시키는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에 따른 코일 배선은 제2 구간을 형성하는 배선의 선폭과 관련하여 다음의 수식 1을 만족한다.
(수식 1) 0.2*P1 ≤ P2 < P1
P1: 제1 구간을 형성하는 배선의 선폭
P2: 제2 구간을 형성하는 배선의 선폭
제2 구간(1312)에의 선로 손실은 제1 구간(1311)보다 크므로, 제2 구간(1312)의 전체 폭(W2)이 증가되면 전체적인 선로 손실은 증가하게 된다.
제2 구간(1312)을 2턴으로 구성하고, 제1 구간(1311)을 9턴으로 구성하여 선로 손실을 측정한 결과, 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)을 제1 구간(1311) 배선 폭(P1)의 20% 이상으로 형성할 때 나선형 배선 전체의 선로 손실이 종래의 나선형 배선(예컨대 동일한 선폭으로 구성되는 나선형 배선)의 선로 손실과 유사하거나 더 작은 것으로 측정되었다.
따라서, 본 실시예에서 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)은 제1 구간(1311) 배선 폭(P1)보다 작고 제1 구간(1311) 배선 폭(P1)의 20% 이상으로 형성된다. 이에 따라, 제1 구간(1311)의 최대 배선 폭은 제2 구간(1312) 배선 폭의 4배로 형성될 수 있다.
예컨대, 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)은 300㎛ 이상으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 상기한 구성으로 한정되는 것은 아니다.
이에 더하여, 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)은 제2 구간(1312)의 턴(turn) 수가 많을수록 넓게 형성될 수 있다. 따라서 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)과 제2 구간(1312)의 턴(turn) 수는 서로 비례한다.
예컨대, 제2 구간(1312)의 턴(turn) 수가 1턴인 경우, 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)은 제1 구간(1311) 배선 폭(P1)의 20%로 형성될 수 있다. 반면에 총 11턴 중 제2 구간(1312)의 턴(turn) 수가 8턴인 경우, 제2 구간(1312)의 배선 폭(P2)은 제1 구간(1311) 배선 폭(P1)의 80% 이상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 코일 배선에서, 제2 구간(1312)에 배치되는 나선형 배선의 턴(turn) 수는 나선형 배선의 전체 턴 수의 75% 이하로 규정될 수 있다.
종래의 나선형 배선(예컨대 동일한 선폭으로 구성되는 나선형 배선)에서 선로 손실은 나선형 배선의 내측으로부터 외측 방향으로 3/4 지점을 기준으로, 내측 배선과 외측 배선의 선로 손실이 유사한 것으로 측정되었다.
따라서, 제2 구간(1312)의 턴 수가 나선형 배선 전체 턴 수의 3/4보다 증가하는 경우, 제2 구간(1312)에서 발생되는 선로 손실로 인하여, 나선형 배선(131a, 131b)의 전체 선로 손실이 상기한 종래의 경우보다 증가할 수 있다. 이에 본 실시예에서 제2 구간(1312)의 턴 수는 나선형 배선(131a, 131b)의 전체 턴 수의 75% 이내의 범위로 규정된다.
예를 들어, 도 3에 도시된 본 실시예의 경우, 나선형 배선(131a, 131b)은 총 13턴으로 구성된다. 따라서 13턴의 75% 이하에 해당하는 범위는 대략 9턴 이하이다. 이에 제2 구간(1312)은 최대 9턴으로 구성되고 제1 구간(1311)은 최소 4턴으로 구성될 수 있다.
여기서, 제2 구간(1312)의 선폭(P2)을 좁게 형성함에 따라 증가되는 선로 손실은 제1 구간(1311)의 선폭(P1)을 종래의 배선보다 넓게 형성함으로써 보상할 수 있다.
이를 보다 상세히 설명하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체는, 제2 구간(1312)의 선폭(P2)이 좁게 형성됨에 따라 제2 구간(1312)의 전체 폭(W2)은 동일한 턴수의 종래(예컨대 동일한 선폭으로 구성되는 나선형 배선)에 비해 좁은 영역을 점유한다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 나선형 배선의 전체 폭(W0)이 종래의 나선형 배선과 동일한 크기로 구성되는 경우, 제1 구간(1311)의 전체 폭(W1)은 종래에 비해 넓은 영역에 형성될 수 있다. 따라서 제1 구간(1311)의 배선들은 종래의 나선형 배선의 선폭보다 넓은 선폭(P1)으로 형성될 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 본 실시예에 따른 코일 조립체(110)는 코일 배선(130)이 모두 동일한 폭으로 구성되는 종래의 코일 조립체에 비해 무선 충전 과정에서 발생되는 손실을 최소화할 수 있다.
일반적으로 나선형 코일은 외측 부분의 배선보다 중심 부분에 가까운 배선에 높은 전압이 유도된다.
선로 손실은 전압에 반비례하므로, 코일 배선이 모두 동일한 폭으로 구성되는 종래의 경우에는 중심 부분에 가까이 배치되는 배선에서 영역에서 선로 손실이 작고 외측 부분의 배선에서 손실이 높다.
그러나 본 실시예의 경우, 중심 부분에 가까이 배치되는 제2 구간(1312)에서 선폭이 좁게 형성되므로 제2 구간(1312)에서는 종래보다 선로 손실이 증가한다. 그러나 제1 구간(1311)의 배선은 종래보다 넓은 선폭(P1)으로 형성되므로, 제1 구간(1311)에서의 선로 손실은 종래에 비해 감소한다.
하기의 표 1은 본 실시예에 따른 코일 조립체(제1 코일 조립체)와 상기한 종래의 코일 조립체(제2 코일 조립체)의 무선 전송 효율을 측정한 결과를 나타낸다.
입력 출력 효율(%)
V(V) I(A) V(V) I(A)
제1 코일 조립체 8.41 1.44 8.83 0.998 72.77
제2 코일 조립체 8.38 1.465 8.82 0.999 71.77
여기서 제1, 제2 코일 조립체는 각각 11턴의 나선형 배선을 포함하며, 제1 코일 조립체는 11턴 중 가장 내측에 배치되는 2턴을 선폭이 좁은 제2 구간으로 형성하였다. 또한 제2 구간(1312)의 선폭(P2)은 제1 구간(1311) 선폭(P1)의 50%로 형성하였다.
표 1을 참조하면, 본 실시예와 같이 선폭이 좁은 제2 구간(1312)이 나선형 배선(131)의 중심 부분에 배치되는 경우, 무선 전송 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
이처럼 본 실시예에 따른 코일 조립체는 선폭이 좁은 제2 구간(1312)을 구비함으로써 종래에 비해 높은 전송 효율을 제공한다.
또한 본 실시예에 따른 코일 조립체(110)는 제2 구간(1312)을 구비함에 따라 코일 배선(130)에서 발생되는 와전류(Eddy current loss)도 최소화할 수 있다.
코일 배선(130)은 도체판의 형태로 자기장 내에 배치되므로, 무선 충전 과정에서 코일 배선(130)의 표면에서는 와전류가 발생될 수 있다.
나선형 배선(131)은 중심 영역에 자속이 집중되므로, 와전류는 중심 영역에 가까운 배선(예컨대, 제2 구간)에 집중된다. 또한 일반적으로 와전류는 배선의 크기(예컨대 폭)이 클수록 증가한다.
그러나, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 중심 영역에 가까운 제2 구간(1312)의 선폭(P1)을 제1 구간(1311)의 선폭(P2)보다 좁게 형성한다.
이에 따라, 제2 구간(1312)은 도체의 면적(예컨대 배선 폭)이 최소화되므로, 와전류의 발생을 최대한 억제할 수 있으며, 이에 와전류에 의한 손실도 최소화할 수 있다.
한편 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 코일 조립체의 배면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 기판(120)의 제1면(120a)에 형성된 제2 구간(1312)과, 기판(120)의 제2면(120b)에 형성된 제2 구간(1312)이 직렬로 연결된다.
따라서 제1면(120a)에 형성된 제2 구간(1312)은 제1 구간(1311)에서 연장되고, 제2면(120b)에 형성된 제2 구간(1312)은 층간 접속 도체(139)를 통해 인출 배선(137)과 연결된다.
이 경우, 전술한 실시예에 비해, 제2 구간(1312)의 턴(turn) 수를 줄일 수 있다. 또한 제2 구간(1312)의 전체 폭이 축소되므로, 제1 구간(1311)의 배선 폭을 더 확장할 수 있어 선로 손실을 더욱 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 기판(120)에 인출 배선(137)과 접속 패드(138)가 박막의 금속층으로 배치된다. 그리고 나선형 배선(131)은 금속 판재를 타발(press) 가공하여 형성한 프레스 코일이 이용된다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되지 않으며, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어 나선형 배선(131)은 절연 피복이 코팅된 평각선 코일(flat type coil, edge wise coil)을 이용하거나, 일반적인 절연 전선을 이용하는 것도 가능하다.
전술한 실시예와 마찬가지로, 나선형 배선(131)은 폭이 다른 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)을 포함한다. 또한 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)은 단절되는 부분 없이 연속적으로 형성된다.
한편 본 실시예에서는 기판(120)의 일면에만 나선형 배선(131)이 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 기판(120)의 양면에 모두 나선형 배선(131)을 배치하는 것도 가능하다. 이 경우, 나선형 배선들(131)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 기판(120)에는 나선형 배선들(131)을 연결하는 층간 접속 도체가 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 기판(120) 상에 나선형 배선(131)이 박막의 금속층으로 형성된다.
전술한 실시예들과 같이, 나선형 배선(131)은 폭이 다른 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)을 포함한다. 또한 제1 구간(1311)과 제2 구간(1312)은 단절되는 부분 없이 연속적으로 형성된다.
이에 더하여, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 연결 기판(190)을 포함한다.
연결 기판(190)은 나선형 배선(131)과 외부를 전기적으로 연결하기 위해 구비된다. 이를 위해 연결 기판(190)은 다수의 배선과 다수의 접속 패드(138)를 포함할 수 있다. 여기서 다수의 배선은 인출 배선(137)을 포함한다.
본 실시예에 따른 연결 기판(190)으로는 연성 기판(FPCB)이 이용될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
한편 본 실시예에서는 기판(120)의 일면에만 나선형 배선(131)이 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 필요에 따라 기판(120)의 양면에 모두 나선형 배선(131)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 나선형 배선들(131)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있으며, 기판(120)에는 나선형 배선들(131)을 연결하는 층간 접속 도체가 구비될 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 코일 조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 코일 조립체는 다수의 나선형 배선을 구비한다.
본 실시예에 따른 코일 조립체는 제1 코일 배선(130)의 외측에 제2 코일 배선(132) 및 제3 코일 배선(133)이 더 배치된다. 여기서 제1 코일 배선(130)은 전술한 도 3의 코일 배선과 동일한 구조로 구성된다. 그러나 전술한 다른 실시예의 코일 배선이 이용될 수도 있다.
한편, 도면에서 제2 코일 배선(132)과 제3 코일 배선(133)은 각각 전체 구간이 동일한 선폭을 갖도록 도시하였으나, 필요에 따라 제1 코일 배선과 같이 각각 폭이 다른 제1 구간과 제2 구간을 포함하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 제2 코일 배선(132)과 제3 코일 배선(133)도 양단이 접속 패드(138)와 연결되어야 하나 설명의 편의를 위해 이를 생략하고 도시하였다.
본 실시예의 제1 코일 배선(130)은 무선 충전을 위한 전력의 송수신에 이용될 수 있다. 그리고 제2 코일 배선(132)과 제3 코일 배선(133)은 안테나로 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2, 제3 코일 배선(132, 133)은 각각 무선 태그(Radio Frequency Identification, RFID), 근거리통신(Near Field Communication, NFC), 마그네틱 보안전송(Magnetic secure transmission, MST) 중 적어도 하나의 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 코일 배선(130)이 제2 코일 배선(130)과 제3 코일 배선(130)의 중심 영역에 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 코일 배선(130)의 중심에 제2 코일 배선(132)이나 제3 코일 배선(133)을 배치하는 것도 가능하다. 또한 코일 조립체가 제2 코일 배선(132)이나 제3 코일 배선(133) 중 어느 하나만 포함하도록 구성할 수도 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 실시예들은 서로 부분적으로 조합될 수 있다.
또한 전술한 실시예들에서는 접속 패드가 코일 배선의 외측에 배치되는 경우를 예로 들었으나, 필요에 따라 코일 배선의 내측에 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.
10: 전자 기기
12: 배터리
20: 충전 기기
100: 전력 수신 장치
110: 코일 조립체
120: 기판
130: 코일 배선
131: 나선형 배선
138: 인출 배선
1311: 제1 구간
1312: 제2 구간

Claims (16)

  1. 기판; 및
    상기 기판에 결합되며 나선형 배선과 인출 배선으로 구분되는 코일 배선;
    을 포함하며,
    상기 나선형 배선은,
    상기 나선형 배선의 외곽을 형성하는 제1 구간과, 상기 제1 구간의 내부에 배치되며 상기 제1 구간보다 좁은 선폭을 갖는 제2 구간으로 구성되고,
    상기 제1 구간은 적어도 한 턴의 배선을 포함하며 상기 적어도 한 턴의 배선은 병렬 연결되고,
    상기 제2 구간은 상기 기판의 일면에 형성된 적어도 한 턴의 배선과, 상기 기판의 타면에 형성되되 상기 일면에 형성된 배선에 직렬로 연결된 적어도 한 턴의 배선을 포함하는 코일 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간을 형성하는 배선의 선폭과 관련하여 다음의 수식 1을 만족하고, 상기 제2 구간을 형성하는 배선의 선폭은 상기 제1 구간을 형성하는 배선의 선폭의 50%인 코일 조립체.
    (수식 1) 0.2*P1 ≤ P2 < P1
    P1: 제1 구간을 형성하는 배선의 선폭
    P2: 제2 구간을 형성하는 배선의 선폭
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간에 배치되는 나선형 배선의 턴 수는, 상기 나선형 배선 전체 턴 수의 75% 이하로 형성되는 코일 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 구간을 구성하는 상기 나선형 배선은 상기 기판의 양면에 각각 배치되어 양 단부가 서로 연결되는 코일 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간을 구성하는 상기 나선형 배선은 상기 기판의 양면에 각각 배치되어 양 단부가 서로 연결되는 코일 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 구간을 구성하는 상기 나선형 배선은 상기 기판의 양면에 각각 배치되며 상호 간에 직렬로 연결되는 코일 조립체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인출 배선은 직경 방향으로 상기 나선형 배선을 가로지르도록 배치되는 코일 조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 인출 배선은 상기 기판의 제1 면에 배치되고, 상기 기판에 형성된 층간 접속 도체를 통해 상기 기판의 제2 면에 배치된 제2 구간의 배선과 연결되는 코일 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 나선형 배선은,
    금속 판재를 코일 형상으로 타발한 프레스 코일, 평각 코일, 및 절연 전선 중 어느 하나로 구성되는 코일 조립체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 인출 배선은 상기 제2 구간의 외측에 배치되는 코일 조립체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 일면에 결합되며, 상기 인출 배선이 형성된된 연결 기판을 더 포함하는 코일 조립체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 나선형 배선은 상기 제1 구간과 상기 제2 구간을 연결하는 적어도 한 턴의 연결 배선을 포함하며,
    상기 연결 배선은 상기 제2 구간으로 갈수록 점진적으로 선폭이 감소하는 코일 조립체.
  13. 제1항에 있어서, 상기 코일 배선은,
    무선 충전을 위한 전력의 송수신에 이용되는 코일 조립체.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 나선형 배선의 주변에 배치되는 제2 코일 배선과 제3 코일 배선을 더 포함하며,
    상기 제2 코일 배선과 제3 코일 배선은 각각 무선 태그(Radio Frequency Identification, RFID), 근거리통신(Near Field Communication, NFC), 마그네틱 보안전송(Magnetic secure transmission, MST) 중 어느 하나의 기능을 수행하는 코일 조립체.
  15. 일단이 접속 패드와 연결된 인출 배선을 구비하는 연결 기판; 및
    상기 인출 배선의 타단에서 연장되며 나선형으로 형성되는 제1 구간과, 상기 제1 구간의 내부에 배치되며 상기 제1 구간에서 나선형으로 연장되고 상기 제1 구간보다 좁은 선폭을 갖는 제2 구간을 포함하는 코일 배선;
    을 포함하고,
    상기 제1 구간은 적어도 한 턴의 배선을 포함하며 상기 적어도 한 턴의 배선은 병렬 연결되고,
    상기 제2 구간은 상기 기판의 일면에 형성된 적어도 한 턴의 배선과, 상기 기판의 타면에 형성되되 상기 일면에 형성된 배선에 직렬로 연결된 적어도 한 턴의 배선을 포함하는 코일 조립체.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 구간은,
    배선의 선폭이 상기 제1 구간을 형성하는 배선 선폭의 50%로 형성되는 코일 조립체.
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