KR102560966B1 - 코일 표면에 자성체 성분을 입힌 무선 충전 코일 모듈 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 코일을 형성하는 단계; 및 상기 코일의 표면에 직접 접촉하여 상기 코일의 적어도 일부를 커버하되, 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 자성부는 무전해 도금, 전해 도금, 증착, 코팅, 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법으로 형성된다.

Description

코일 표면에 자성체 성분을 입힌 무선 충전 코일 모듈 제조방법 {METHOD OF MANUFATURING WIRELESS CHARGING MODULE COATED WITH MAGNETIC MATERIAL ON THE COIL SURFACE}

본 발명은 코일의 표면에 자성체 성분을 입힌 코일 모듈을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 최근 모바일 휴대용 장치에 무선 충전(WPT; Wireless Power Transfer) 기능, 근거리 통신(NFC; Near Field Communication) 기능, 전자 결제(MST; Magnetic Secure Transmission) 기능 등이 채용되고 있다. 무선 충전(WPT), 근거리 통신(NFC), 전자 결제(MST) 기술은 동작 주파수, 데이터 전송률, 전송하는 전력량 등에서 차이가 있다.

이러한 무선 전력 전송 장치의 경우, 다양한 형태의 코일이 사용되며 코일에 의해 형성된 자기장 및 전기장을 이용하여 WPT, NFC, MST 기술을 구현하게 된다.

최근 전자 기기에 대한 소형화, 다기능화의 요구가 커지면서 무선충전 모듈이나 이에 포함된 자성체 시트도 박형화의 필요성이 커지고 있음과 동시에 고효율 신호 전송 및 전력 전송에 더해 방열 성능이 좋은 코일 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다.

본 발명은 장시간의, 저전력 및 중/고전력의 무선 전력 송신 및 수신 시 방열 효과가 좋으면서도 고효율의 무선 충전 효율을 갖는 무선 충전 코일 모듈의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈의 제조 방법에 관한 것으로서, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 코일을 형성하는 단계; 및 상기 코일의 표면에 직접 접촉하여 상기 코일의 적어도 일부를 커버하되, 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 자성부는 상기 일 방향으로 회전하는 코일 사이의 전력을 격리시켜 상기 코일에서 발생하는 와 전류(Eddy current)의 표피 효과(Skin effect)와 이격 효과(Proximity effect) 중에서 이격 효과를 감소시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부 형성 단계는 무전해 도금, 전해 도금, 증착, 코팅, 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법을 포함할 하여 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부를 상기 무전해 도금, 상기 증착, 상기 코팅, 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부 형성 전에 상기 자성부를 형성하고자 하는 영역을 제외한 상기 코일 영역을 덮는 마스킹 단계가 선행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부를 상기 전해 도금법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부를 형성하고자 하는 영역에만 전류를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일 상면에 형성된 상기 자성부를 폴리싱하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일을 형성하는 단계와 상기 자성부를 형성하는 단계는 단일 공정으로 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일과 상기 자성부는 상기 기판 상에 도전막을 형성하고, 상기 도전막 상에 감광막을 형성하고, 상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 도전막을 식각하여 코일을 형성함으로써 제조될 수 있다. 여기서, 상기 코일과 자성부는 상기 기판 상에 자성부를 형성하고, 상기 감광막 패턴 및 상기 감광막 패턴 상의 자성부를 리프트 오프 하는 단계를 더 포함하여 제조될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감광막은 건식 필름형 포토레지스트로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일 모듈을 제조하는 단계는 상기 코일 및 상기 자성부로부터 상기 기판을 제거하는 단계 및 별도 기판 상에 상기 코일 및 상기 자성부를 전사하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일을 형성하는 단계 및 상기 자성부를 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는 롤 투 롤(roll-to-roll, 동일한 의미로 reel-to-reel) 및/또는 패널 투 패널(panel-to-panel)로 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일은 길이방향에 수직한 단면이 원형인 와이어로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부는 상기 코일의 상면 및 측면 중 적어도 일부를 커버할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 서로 인접한 상기 코일 사이에 제공된 자성부는 상기 서로 인접한 코일 사이에서 이격부를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일의 길이 방향에 수직한 단면은 원형인 와이어 형상이며 상기 자성부는 상기 코일의 외주면 전부를 커버할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일의 길이 방향에 수직한 단면은 사각형일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 방향으로 배열된 코일에 있어서, 상기 자성부는 교번하여 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부는 금속 소결체, 나노결정, 비정질, 금속계 또는 페라이트(Ferrite) 소결체, 페라이트(Ferrite) 복합체, 센더스트(Sendust) 소결체, 센더스트(Sendust) 복합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부는 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Si, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y, 및 Cd으로 이루어진 군에서 선택된 2종 또는 3종 이상의 원소의 조합으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부는 Fe, Ni, Mn, 및 C를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부는 Si, 및 B를 불순물로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기판은 경성 인쇄 회로 기판, 연성 인쇄 회로 기판, 또는 압연동 인쇄회로 기판으로 제공될 수 있다

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일은 권선으로 제공되며, 상기 코일은 동 코일, 다선 동 코일, 적층 세라믹 콘덴서 코일, 저온동시소성 세라믹 코일, 세라믹 권선 코일 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 본 발명은 장시간의, 저전력 및 중/고전력의 무선 전력 송신 및 수신 시 방열 효과가 좋으면서도 고효율의 무선 충전 효율을 갖는 코일 모듈 제조 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈에 있어서, 두 개의 코일부가 제공된 것을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 형상을 도시한 것이다.
도 7은 도 3의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8a 내지 도 8e, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 제1 나선 코일의 형상을 나타낸 단면도들이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 11a 내지 도 11d은 도금을 이용하여 자성부를 형성하는 경우, 제조할 수 있는 다양한 형상을 도시한 것이다.
도 12a 내지 도 12d은 감광막을 이용하여 코일부를 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 감광 필름을 이용하여 코일부를 형성하는 단계 중 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14는 전사를 이용하여 코일부를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 15a 및 도 15b는 각각 롤 투 롤(roll-to-roll) 방식 또는 패널 투 패널(panel-to-panel) 방식으로 공정을 수행하는 것을 개념적으로 개시한 것이다.

하기의 용어가 당업자에 의해 잘 이해될 것으로 여겨지지만, 하기의 정의는 현재 개시된 발명 요지의 설명을 용이하게 하기 위해 기재된다.

달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어는 현재 개시된 발명 요지가 속하는 기술 분야의 당업자가 통상적으로 이해하는 바와 동일한 의미를 갖는다. 본 명세서에 기술된 것과 유사하거나 동등한 임의의 방법, 장치, 및 재료가 현재 개시된 발명 요지의 실시 또는 검사에 사용될 수 있지만, 이제 대표적인 방법, 장치, 및 재료가 기술된다.

본 발명은 전자기장을 이용하여 전력이나 신호를 송신하거나 수신하는 데 사용되는 안테나 또는 코일을 포함하는 코일 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 코일의 표면 상에 직접 자성부를 입혀 근접 효과를 최소화한 코일 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 코일은 안테나로서 사용되는 것으로서 안테나로도 지칭될 수 있으나, 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 모두 코일로 지칭한다.

본 발명의 일 실시예에 있어 코일 모듈은 무선 충전 장치에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 신호 송/수신에도 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 코일 모듈이 무선 충전 장치에 사용되는 것을 중심으로 설명하나 이에 한정되는 것은 아니며 그 용도는 본 발명의 개념의 한도 내에서 다양하게 변경될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 무선충전 시스템은 무선전력 전송장치(20)와 무선전력 수신장치(10)로 구성될 수 있다. 무선전력 수신장치(10)는 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 다양한 전자 기기(30)에 포함될 수 있다.

무선전력 수신 장치(10)는 배터리(13), 상기 배터리(13)에 전력을 공급하여 배터리(13)를 충전하기 위한 수신부 코일 모듈(11)을 포함할 수 있다.

배터리(13)는 충전과 방전이 가능한 니켈수소 전지 또는 리튬이온 전지가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(13)는 무선전력 수신장치(10)와는 별도로 구성되어 무선전력 수신장치(10)에 착탈이 가능한 형태로 구현될 수 있고, 또는 배터리(13)와 무선전력 수신장치(10)가 일체로 구성되는 일체형으로 구현될 수도 있다.

무선 전력 전송 장치(20)는 무선 전력 수신 장치(10)의 배터리(13)를 충전하기 위한 것으로 그 내부에 기기 기판과 송신부 코일 모듈(21)을 포함할 수 있다. 송신부 코일 모듈(21)은 기기 기판 상에 제공될 수 있다.

무선 전력 전송 장치(20)는 외부로부터 공급되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하고, 직류 전원을 다시 특정 파수의 교류 전압으로 변환하여 무선전력 송신 장치(10)에 제공할 수 있다. 무선 전력 송신 장치(20) 내의 송신부 코일 모듈(21)에 상기 교류 전압이 인가되면 송신부 코일 모듈(21)의 자기장이 변화된다. 송신부 코일 모듈(21)에 의해 형성된 자기장이 변하는 경우, 무선전력 수신 장치(10)의 수신부 코일 모듈(11)에서의 자기장 또한 변화되며, 이러한 수신부 코일 모듈(11)에서의 자기장 변화에 따라 전압이 인가되어, 배터리(13)가 충전된다.

송신부 코일 모듈(21)과 수신부 코일 모듈(11)은 전자기적으로 결합될 수 있다. 송신부 코일 모듈(21)과 수신부 코일 모듈(11)은 각각 구리 등의 금속 와이어를 평면 상에서 감아 형성된 코일을 포함할 수 있다. 이 경우, 코일의 감긴 형상은 원형, 타원형, 사각형, 마름모형 등이 될 수 있으며, 전체적인 크기나 감긴 횟수 등은 요구되는 특성에 따라 적절하게 제어하여 설정할 수 있다.

수신부 코일 모듈(11)과 배터리(13) 사이 및/또는 송신부 코일 모듈(21)과 기기 기판 사이에는 자성체 시트가 추가적으로 배치될 수 있다 이때, 자성체 시트는 수신부 코일 모듈(11)과 배터리(13) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일 모듈(11) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 자성체 시트는 자속 중 적어도 일부가 배터리(13)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 무선 충전 장치 외에도 상기 코일은 마그네틱 보안 전송(MST), 근거리 무선 통신(NFC) 등에 이용될 수도 있다. 이에 대해서는 후술한다.

이하에서는 특별히 구분할 필요가 없는 경우에는 송신부 코일 모듈(21)과 수신부 코일 모듈(11)을 모두 코일 모듈로 칭하기로 하며, 이하의 실시예에서는 수신부 코일 모듈을 일 예로서 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈을 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 전자 기기(예를 들어, 무선 충전 장치)는 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈을 포함하며, 코일 모듈은 기판(101) 및 상기 기판(101)의 적어도 일면 상에 제공된 코일부(110)를 포함한다.

기판(101)은 편평한 판 형상(또는 시트 형상)으로, 코일부(110)의 일측에 배치된다. 상기 코일부(110)는 상기 기판(101)의 일면에 직접, 또는 접착제 등의 다른 구성 요소를 사이에 두고 상기 기판(101)의 일면 상에 제공될 수 있다. 이하에서는 코일부(110)가 기판(101)의 일면에 제공된 것을 일예로 설명하나, 코일부(110)와 기판(101)의 관계는 이에 한정되는 것은 아니며, 코일부(110)는 상기 기판(101)의 양면에 제공될 수 있다.

상기 기판(101)은 내열성과 내압성을 갖는 재료로 제공된다. 상기 기판(101)은 자성체로 제공될 수 있다. 즉, 기판(101)은 자성체 시트의 형태로 제공될 수 있다. 자성체 시트는 코일(111)에 의해 발생하는 자기장의 자로를 효율적으로 형성하기 위해 구비된다. 이를 위해 자성체 시트 또한 자로가 용이하게 형성될 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 자성체 시트는 페라이트 시트(ferrite sheet)로 이루어질 수 있다. 그러나, 자성체 시트는 자성을 갖는 것으로서 페라이트 시트로만 한정되는 것은 아니며, 페라이트 시트, 연자성체 메탈 시트 (metal sheet), 메탈과 페라이트를 복합적으로 적용한 하이브리드(hybrid) 타입의 시트 중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 금속 박막을 박편화하여 절연성 수지에 분산 압착하여 제조한 박편 시트일 수도 있다. 페라이트 재료 조성물은 다양한 것이 사용될 수 있으며, 예를 들어, Fe, Fe-Si, Fe-Al-Si, Fe-Ni, Fe-Co 등이 사용될 수 있으며, 자성을 갖는 재료라면 페라이트 이외에도 다양한 재료가 사용될 수 있다.

상기 기판(101)은 그 외 절연성 재료로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 기판(101)은 에폭시 수지와 같은 고분자 재료로 이루어질 수 있다. 그러나, 기판(101)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니며, 인쇄회로기판(101)(printed circuit board, PCB), 세라믹 기판(101), 프리-몰딩(pre-molded)기판(101), 또는 DBC(direct bonded copper) 기판(101)이거나, 절연된 금속 기판(101)(insulated metal substrate, IMS) 등일 수도 있다. 그러나, 상기 기판(101)의 재료는 이에 한정되는 것으 아니며, 다양한 절연 물질이 사용될 수 있다. 상기 기판(101)이 자성체가 아닌 다른 재료로 이루어질 경우, 상기 기판(101)과 배터리 사이에는 별도의 자성체 시트가 추가적으로 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 추가 자성체 시트가 자기장의 자로를 효율적으로 형성함과 동시에 배터리 방향으로의 자로를 차단하는 데 사용된다.

본 실시예에 따르면 기판(101)은 경성으로 제공될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 연성, 즉 가요성으로 제공될 수도 있다. 이러한 경성 또는 연성 기판은 다양한 형태로 제공될 수 있는 바, 예를 들어 경성 인쇄 회로 기판, 가요성 인쇄 회로 기판, 또는 리드 프레임으로 사용될 수 있는 압연동 기판 등의 형태로 제공될 수 있다.

코일부(110)는 기판(101)의 적어도 일 면 상에 배선의 형태로 제공될 수 있다. 즉, 코일부(110)는 기판(101)의 적어도 일면에 기판(101)의 일면이 이루는 평면 상에 제공될 수 있으며, 나선의 형상으로 제공된 나선 코일(110c)을 포함할 수 있다.

상기 나선 코일(110c)은 전도체, 예를 들어 금속으로 이루어진 코일(111)과 상기 코일(111)의 적어도 일부를 커버하는 자성부(113)를 포함할 수 있다. 상기 코일부(110)는 또한, 상기 코일(111)의 양 단부에 제공되어 상기 나선 코일(110c)의 외측으로 연장된 제1 및 제2 인출부(117a, 117b), 상기 제1 및 제2 인출부(117a, 117b)의 단부에 제공되어 다른 구성(예를 들어 회로부)과의 연결을 위한 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)가 사각형 기판(101) 내에 제공된 것으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 외부와의 전기적 연결을 위해 연장 형성되어 기판(101)의 일측으로부터 돌출될 수 있다. 상기 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)는 다수 개의 연결단자를 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 코일(111)은 시계방향 또는 반시계방향으로 권선되는 원형, 타원형 또는 다각형 형상의 평판형 코일로 이루어질 수 있다. 코일(111)의 형상은 도면에 한정되는 것은 아니며, 권선의 형태로 이루어 질 수 있다. 단선 코일로 형성되거나 여러 가닥으로 형성된 리쯔 와이어(Litz Wire), 또는 UEW 와이어(polyurethane enameled wire) 형태의 코일로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일의 재료 또한 한정되는 것은 아니며, 동(copper)이나 세라믹을 포함하는 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 코일의 종류로는 동 코일로서 상술한 리쯔 와이어나 UEW 와이어, 그리고 세라믹 포함 권선 코일 재료로서, 적층 세라믹 콘덴서 코일(MLCC), 저온동시소성 세라믹 코일(LTCC), 등을 들 수 있다.

본 실시예에 있어서, 코일(111)은 기판(101)의 중앙부에서 시작하여 나선형의 형태로 배치될 수 있다. 이 때, 실시예에 따라 코일(111)의 회전 방향은 내측에서 외측을 따라 나선형으로 회전하도록 마련될 수 있다. 코일(111)은 도면상에서는 원형의 나선형 형상으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 나선형의 형태로 형성되며 동일한 전류 방향으로 회전하여 공진을 발생시킬 수 있는 형상이라면 모두 적용 가능하다.

상술한 코일(111)은 전력 전송이 요구되는 경우 WPT용 코일(111)로 기능할 수 있고, 마그네틱 정보를 무선으로 전송하여야 하는 경우 MST용 코일(111)로 기능할 수 있으며, 근거리 통신을 위한 NFC용 코일(111)로 제공될 수도 있다. 본 실시예에서는 코일(111)이 다기능을 수행하는 경우로 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 코일(111)은 전력 전송 기능을 수행하는 WPT용 코일(111)로 이루어질 수 있다.

코일(111)은 기판(101)의 전면에만 제공될 수 있으며, 또는 전면과 배면 모두에 제공될 수 있다. 전면과 배면 모두에 코일(111)이 제공된 경우, 두 코일(111)은 서로 전기적으로 분리된 것일 수도 있고, 또는 적어도 일부가 비아 등을 통해 연결되어 전기적으로 연결된 것일 수도 있다. 다시 말해, 코일(111)이 기판(101)의 양면에 형성되는 경우, 각각의 코일(111)은 양 단이 전기적으로 연결되어 전체적으로 병렬 회로를 구성하거나, 중심의 한 단이 연결되어 직렬 회로를 형성할 수 있다. 이를 위해, 코일(111)의 내부에는 코일(111)들을 전기적으로 연결하기 위한 도전성 비아(미도시)가 형성될 수 있다.

여기서, 상기 제1 및 제2 인출부(117a, 117b) 중 적어도 하나는 교차하는 배선과의 쇼트를 방지하기 위해 교차하는 배선과 별도의 절연체를 사이에 두고 배치되거나, 비아를 통해 다른 일면에 제공된 배선을 통해 연결되도록 구성될 수도 있다.

코일 모듈의 상술한 구조는 일예로서 설명된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 그 연결 관계나 코일(111)의 개수나 배치 등이 다양한 형태로 변형될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈을 도시한 평면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은 코일부(110)의 양단부에 연결되는 인출부 및 단자부를 별도의 구성으로 제조하여 연결시킬 수 있다. 즉, 코일(111)과 코일(111)의 양 단부에 연결되는 제1 및 제2 인출부(117a, 117b)와 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)는 기판(101) 상에 나선 코일(110c)과 동일하게 기판(101) 상에 배치하는 것이 아니라, 기판(101)과 분리된 별도의 구성인 브릿지(BR)로 만들어져 기판(101)에 부착될 수 있다. 여기서, 코일(111)의 양 단부에는 제1 및 제2 패드부(미도시)가 제공된다. 브릿지(BR)는 코일(111)의 양 단부 제1 및 제2 패드부에 대응하는 제1 및 제2 브릿지 패드들(119a, 119b), 상기 제1 및 제2 브릿지 패드들(119a, 119b)에 각각 연결된 제1 및 제2 인출부(117a, 117b), 및 상기 제1 및 제2 인출부(117a, 117b)에 연결된 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)로 구성될 수 있다. 상기 제1 및 제2 브릿지 패드들(119a, 119b), 제1 및 제2 인출부(117a, 117b), 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)는 브릿지 기판(101) 상에 형성될 수 있으며 브릿지 기판(101)은 경성 또는 연성 기판(101)일 수 있다.

상기 제1 및 제2 브릿지 패드(119a, 119b)는 상기 코일(111)의 제1 및 제2 패드부에 도전체로 연결된다. 일예로, 상기 제1 및 제2 브릿지 패드(119a, 119b)와 상기 코일(111)의 제1 및 제2 패드부는 열, 초음파, 레이저 등을 이용한 납땜 등으로 연결될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 이방성 도전 필름을 이용하는 등으로 다양하게 접합될 수 있다.

여기서 브릿지(BR)의 구성은 각 코일(111)의 양 단부를 다른 구성과 전기적으로 연결하기 위한 일예로 나타낸 것으로, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 변형이 가능하다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈에 있어서, 두 개의 코일부가 제공된 것을 나타낸 것이다.

본 실시예들에 있어서, 서로 다른 코일부를 구별하기 위해 상술한 실시예에서 설명한 코일부는 제1 코일부(110)로 설명하며, 추가된 코일부를 제2 코일부(120)로 설명하며, 설명의 편의를 위해 상술한 실시예와 다른 점을 위주로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 코일 모듈은 기판(101)의 적어도 일면에 제공되며, 나선형 형상을 갖는 제1 코일부(110) 및 기판의 적어도 일면에 제공되며, 제1 코일부(110)의 외측에 배치되는 제2 코일부(120)를 포함할 수 있다.

제1 코일부(110)는 제1 나선 코일(110c), 및 상기 제1 나선 코일(110c)에 각각 연결된 제1 및 제2 인출부(117a, 117b)와 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)를 포함하며, 제2 코일부(120)는 제2 나선 코일(120c), 및 상기 제2 나선 코일(120c)에 각각 연결된 제1 및 제2 인출부(127a, 127b)와 제1 및 제2 단자부(115a, 115b)를 포함한다.

이어서, 제2 나선 코일(120c)은 기판(101)의 적어도 일면에 제공되며, 제1 나선 코일(110c)의 외측에 배치되어 제1 나선 코일(110c)을 전체적으로 감싸는 형상으로 마련된다. 본 실시예에서는 제2 나선 코일(120c)이 각각 별개의 인출부와 단자부를 갖는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 나선 코일(120c)의 일단이 제1 코일에 연결되고 타단이 단자부에 연결될 수도 있다.

제2 나선 코일(120c)은 전체적으로는 제1 나선 코일(110c)의 외곽에 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 일부가 제1 나선 코일(110c)을 가로지르는 형태로 제공될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 나선 코일(120c)은 마그네틱 정보를 무선으로 전송하여야 하는 경우 MST용 코일로 기능할 수 있으며, 근거리 무선 통신을 위한 NFC용 코일로 사용될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제2 나선 코일(120c)의 주파수 대역이 제1 나선 코일(110c)의 주파수 대역 보다 높게 제공되는 경우, 제1 나선 코일(110c)보다 미세한 선폭의 도전성 패턴으로 형성될 수 있으며, 배선 간격이 제1 나선 코일(110c)보다 좁게 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 코일 모듈은 다양한 형상으로 제공될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 코일의 형상을 도시한 것으로, 도 5과 달리 제1 나선 코일(110c)과 제2 나선 코일(120c)의 평면상에서의 나선 배열이 서로 다른 형상을 갖는다는 것을 개시하였다.

도 6을 참조하면, 평면상에서 볼 때 제1 나선 코일(110c)은 나선 구조이기는 하나 사각형상을 가지며, 제2 나선 코일(120c)은 제1 나선 코일(110c)의 외곽에서 나선 구조로서 원 형상을 가진다. 상술한 도 5의 실시예에서는 제1 나선 코일(110c)이 원 형상을 가지고, 제2 나선 코일(120c)이 사각 형상을 가진다는 점에서 본 실시예와 다르다. 이와 같이 제1 나선 코일(110c)과 제2 나선 코일(120c)은 서로 다른 형상을 가질 수 있으며, 여기 도시되지 않는 형태이더라도 본 발명의 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형될 수 있다.

도 5 및 도 6에 있어서, 제1 나선 코일(110c)과 제2 나선 코일(120c)은 독립적으로 WPT용 코일, NFC용 코일, 및 MST용 코일 중 어느 하나로 사용될 수 있다. 제1 나선 코일(110c)과 제2 나선 코일(120c)로 이루어진 이러한 조합은, 예를 들어, 각각 WPT용 코일 및 NFC용 코일, 또는 MST용 코일 및 WPT용 코일, 또는 MST용 코일 및 NFC용 코일 등으로 사용될 수 있다. 그러나 상기 코일의 용도는 이에 한정되는 것은 아니며, 이와 다른 용도로 사용될 수 있음은 물론이고, 개시되지 않는 코일이 더 부가될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 다양한 코일 모듈에 있어서, 코일부는 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 포함한다. 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 7은 도 3의 A-A'선에 따른 단면도로서, 코일부의 형상을 도시한 단면도이다.

도 3, 및 도 7을 참조하면, 코일 모듈은 기판(101) 및 상기 기판(101)의 적어도 일면 상에 제공된 코일부(110)를 포함하며, 상기 기판(101)과 상기 코일부(110) 사이에는 절연부(103)가 제공될 수 있다.

절연부(103)는 기판(101)과 코일부(110) 사이에 막이나 필름의 형태로 제공되며, 절연부(103)는 기판(101)과 코일부(110) 사이를 절연할 수 있는 재료라면 한정되는 것은 아니며, 다양한 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연부(103)는 유기 절연막, 무기 절연막, 또는 유기-무기 이온성 열전 복합재로 이루어진 절연막으로 이루어질 수 있다.

상기 자성부(113)는 상기 코일(111)에 직접 접촉하되 상기 코일(111)의 노출된 표면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 상기 자성부(113)는 도금, 증착, 코팅 등의 공정을 통해 상기 코일(111)의 표면 상에 형성될 수 있다.

상기 자성부(113)는 무선 충전기의 송신 및 수신 코일(111) 내 무선 충전 효율을 높이고, 충전기내 발열 온도를 낮추기 위해 제공된다. 이를 위해 상기 자성부(113)는 상기 코일(111)과 직접 접촉할 필요가 있으며, 상기 자성부(113)의 적어도 일부가 상기 코일(111)과 직접적으로 접촉한다. 자성부(113)와 상기 코일(111) 사이에 다른 구성이 개재되는 경우 하기한 자성체의 효과 및 방열 효과가 감소할 수 있다.

상기 자성체는 고 투자율을 갖는 것으로 서, 상기 자성체가 상기 코일(111) 상에 제공됨으로써 코일(111)의 표면 상에 발생하는 전자기장(electro-magnetic Field)의 세기를 강하게 촉진(booster)하는 역할을 한다. 이러한 현상은 코일(111) 상에 고(高) 자성체 성분이 추가됨으로써, 투자율이 향상되고 투자 손실이 저하됨과 동시에 무선 충전 사용 주파수 밴드폭(bandwidth) 향상되기 때문으로 보이며, 이로 인해 무선 충전 효율이 증가됨은 물론 무선 충전 코일(111) 에서 발생하는 전자기장의 표면 밀도가 금속 코일(111) 표면 위로 더욱 집중될 것으로 판단된다.

상기 자성부(113)는 자성체 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 자성부(113)를 이루는 자성체로는 금속 소결체, 나노결정, 비정질, 금속계 또는 페라이트(Ferrite) 소결체, 페라이트(Ferrite) 복합체, 센더스트(Sendust) 소결체, 센더스트(sendust) 복합체 등일 수 있다. 이러한 자성체 재료는 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)는 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Si, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y, Cd 등으로 이루어진 군에서 선택되는 2종 또는 3종 이상의 원소의 조합으로 이루어진 합금 자성체 또는 페라이트 자성체로 이루어질 수 있다. 상기 자성부(113)에 있어서 상기 재료들을 열처리 또는 혼합하는 공정을 통해 제조되는 자성체의 투자율을 제어할 수 있다. 특히, Fe, Ni, Mn, Si, B, C를 포함하는 재료를 열처리 또는 혼합하는 공정을 통해, 제품의 투자율(Ur)을 변경시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)는 특히, Ni 및 Fe이 주 성분일 수 있으며, Fe의 함유량을 조절함으로써 투자율(Ur) 및 자속 밀도(Bs)를 제어할 수 있다. 또한 상기 자성부는 연자성체로서 Ni 및 Fe의 함유량을 조절함으로써 보자력을 제어할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)의 재료 이외에도 불순물로 Si 및/또는 B가 첨가될 수 있다.

상기 자성부(113)의 두께에 따라 무선 송수신 장치의 투자율 및 투자 손실이 달라질 수 있는 바, 상기 자성부(113)의 두께는 일 실시예에서 약 0.01 um 내지 약 80um일 수 있으며, 다른 실시예에서 약 0.1 um 내지 약 40um일 수 있으며, 또 다른 실시예에서 약 1 내지 약 5um일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 코일(111) 상면(111x)에 자성부(113)를 지나치게 두껍게 형성하는 경우 상부 방향으로의 자장 세기가 낮아질 수 있으며 이 경우 신호 전달 또는 전력 전달이 어려운 문제가 있을 수 있다. 따라서, 상기 코일(111) 상면(111x)의 두께는 상술한 값을 가질 수 있다. 다만, 이 경우에도 코일(111)의 상태나 구조, 그 외 다른 인자에 따라 이 값은 변경될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)의 투자율은 일 실시예에서 약 50 u’ 내지 약 3000 u’ 일 수 있으며, 다른 실시예에서 약 100 u’ 내지 약 2000u’ 일 수 있다.

상기 코일(111)은 단면 상에서 볼 때 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코일(111)은 원형이나, 상기 기판(101) 또는 상기 기판(101) 상의 절연부(103)에 접촉하는 다각형 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 코일(111)은 단면이 사각형(직사각 형상 또는 사다리꼴 형상 등)을 가질 수 있다. 그러나, 코일(111)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)는 상기 코일(111)의 상면(111x), 측면(111y) 및 하면 중 적어도 일부를 커버할 수 있는 바, 예를 들어, 코일(111)의 상면(111x)과 측면(111y)을 모두 커버하거나, 상기 상면(111x)과 측면(111y) 중 적어도 하나를 커버하거나, 필요에 따라, 상면(111x)과 측면(111y)의 적어도 일부만을 커버할 수도 있다. 또한, 코일(111)의 하면도 필요에 따라 커버할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상기 자성부(113)는 코일(111)의 상면(111x)과 측면(111y)을 모두 커버할 수 있다. 여기서, 상기 자성부(113)로 커버된 코일(111)과 코일(111) 사이에는 이격부(S)가 제공될 수 있다. 이 경우, 상기 이격부에는 서로 인접한 두 나선 코일(110c)이 충분히 절연되도록 절연재가 제공될 수 있다. 상기 절연재는 서로 인접한 두 자성부(113)의 단락을 방지하기 위하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 이격부에는 공기가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이격부에는 공기 이외에도 다른 부가 절연부가 제공될 수 있다.

편의를 위해 상기 코일(111)과 상기 기판(101) 사이의 절연부(103)를 제1 절연부(103), 상기 나선 코일(110c) 상에 제공된 절연부를 제2 절연부라고 하면, 상기 제1 및 제2 절연부는 다양한 절연성 재료, 예를 들어 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 제2 절연부는 서로 인접한 상기 나선 코일(110c)의 사이 및 상기 나선 코일(110c)의 상부에 제공되어 상기 나선 코일(110c) 각각을 모두 덮을 수 있다. 상기 제1 및 제2 절연부를 이루는 재료는 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기한 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은 코일(111)을 다수 개로 분리되어 표면이 다수 개로 나누어지며 그 표면에 자성체가 커버된 배선 형태로 제공됨으로써 표피 효과(Skin effect)가 극대화된다. 또한, 이러한 다수 개로 분리된 구조를 통해 서로 인접한 배선의 이격 효과(Proximity Effect)가 줄어든다. 즉, 자성부는 코일에서 발생하는 와 전류(Eddy current)의 표피 효과(Skin effect)와 이격 효과(Proximity effect) 중 이격 효과를 감소시키는 바, 이는 일 방향으로 회전하는 코일과 코일 사이를 자성체를 이용하여 전력을 격리시키는 방법으로 이루어진다. 이렇게 표피 효과를 높이고 이격 효과가 감소되는 경우, 와전류 효과(Eddy current effect)가 최소화되어 무선 충전 효율이 증가함과 동시에 발열이 감소된다.

이를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은, 장시간의 저전력 및 중/고전력의 무선 전력 송신 및 수신 시 방열 효과가 좋으면서도 고효율의 무선 충전 효율을 가질 수 있다.

다시 말해, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은 무선 충전 송수신 코일로 사용되는 경우, 무선 충전 송수신 코일의 표면에 고 투자율을 갖는 자성체를 추가하여 제공함으로써 전자기장 (Electro-magnetic) 세기를 강하게 촉진(Booster)하는 역할을 한다. 무선 충전기내 고 자성체 성분이 추가됨으로 인하여, 투자율이 향상되고, 투자 손실이 저하되며, 무선 충전 사용 주파수 밴드폭(bandwidth)이 향상되는 효과를 가지며, 그 결과 무선 충전 효율이 증가된다. 여기서, 무선 충전 송수신 코일에서 발생하는 전자기장(Electro-magnetic-Field)의 표면 밀도가 코일 표면 위로 더욱 집중된다.

기존 발명의 경우, 코일(111)의 하부에 자성체 시트가 제공되며 자성체 시트와 별개로 방열을 위한 소재로서 그라파이트와 같은 방열 시트를 적층하는 구조를 갖는 경우가 많았다. 이러한 적층 구조에 있어서, 자성체 시트는 금속 코일(111) 에서 방사되는 전자기장 (Electro-magnetic Field)을 자성체 층으로 통과시키는 통로(Gate) 역할을 하고, 이는 수평 전자기장 (Electro-Magnetic Field)을 활성화 시키는 역할을 한다. 그러나, 본 발명의 경우, 중앙부의 자성체로 인한 수평 전자기장 (Electro-Magnetic Field) 뿐만 아니라, 자성체 성분을 코일(111)에 커버함으로써, 커버된 자성체가 코일(111)이 형성하는 전자기장 (Electro-Magnetic Field)을 더욱 활성화시키기는 전자기 부스터(Electro-magnetic Booster)로 동작한다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 코일부(110)의 제1 나선 코일(110c)의 형상, 특히, 코일(111) 및 자성체의 형상은 다양한 형태로 변경될 수 있다.

도 8a 내지 도 8e, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 제1 나선 코일(110c)의 형상을 나타낸 단면도들이다.

도 8a 내지 도 8e를 참조하면, 상기 자성부(113)는 도 8a에 도시된 바와 같이 코일(111)의 상면(111x)에만 제공되거나, 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이 코일(111)의 측면(111y)에만 제공되거나, 도 8d에 도시된 바와 같이 코일(111)의 측면(111y)과 하면에 제공될 수 있다. 여기서, 도 8b 및 도 8c는 서로 인접한 두 코일(111) 사이에 자성체가 제공되되, 자성체가 이격되는 이격부가 제공된 것과 제공되지 않는 것을 도시한 것이다.

또한, 도 8e에 도시된 바와 같이 일부 코일(111)의 상면(111x)과 측면(111y)에만 제공되고 나머지 코일(111)에는 제공되지 않을 수도 있다. 일부 코일(111)에만 자성부(113)가 제공되고 경우, 자성부(113)가 제공된 코일(111)과 제공되지 않는 코일(111)은 서로 교번하여 배치될 수 있다.

또한, 도 9a 및 도 9b와 같이 코일(111)의 단면이 원형, 즉 와이어의 형태로 제공될 수도 있으며, 코일(111)이 단면이 원형으로 제공되는 경우에도, 자성부(113)가 외면을 따라 전체적으로 제공될 수도 있으며, 또는 자성부(113)가 일부 코일(111)에는 제공되되 나머지에는 제공되지 않을 수도 있다. 또한, 코일(111)과 자성부(113는 제1 절연부나 기판없이 제2 절연부로 둘러싸일 수도 있다.

이와 같이, 자성부(113)가 코일(111) 상에 제공될 때 코일(111) 및/또는 자성부(113)는 규칙적으로 또는 불규칙적으로 제공될 수 있고, 서로 인접한 코일(111) 및/또는 자성부(113) 사이의 거리는 서로 같거나 다를 수도 있다. 이렇게 다양한 형태로 자성부(113) 및 코일(111)을 배치할 수 있으며, 이는 코일(111)의 두께, 코일(111)의 배치 간격, 코일(111)의 배치 형태, 자성부(113)의 재료, 자성부(113)의 재료에 따른 투자율 등에 따라 다양한 형태로 변형될 수 있다.

상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 이하에서 상기 코일 모듈을 제조하는 방법을 일 예로서 설명하며, 후술할 다양한 코일 모듈 제조 방법은 본 발명의 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 조합 또는 변형될 수도 있다.

도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈은 기판(101)을 준비하고, 상기 기판(101) 상에 코일(111)을 형성하고, 상기 코일(111) 상에 자성부(113)를 형성함으로써 제조될 수 있다. 상기 자성부(113)는 코일(111)에 직접 접촉하되 상기 코일(111)의 적어도 일부를 커버하도록 제조된다.

기판(101)은 코일부(110c)가 적어도 일면상에 제공될 수 있도록 판상으로 제공된다. 기판(101)은 절연성을 갖는 자성체로 이루어질 수 있다.

기판(101) 상에는 절연부(103)가 추가적으로 제공될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 서는 기판(101)을 준비하는 단계 이후, 상기 기판(101) 상에 절연부(103)를 형성하는 단계가 추가될 수 있다. 이하의 실시예에서는 기판(101) 상에 절연부(103)가 제공된 것을 일예로서 설명하며, 필요에 따라 절연부(103) 표시 없이 기판(101)만 제공된 것을 설명한다. 기판(101)만 제공된 경우에도 기판(101)의 상면에 절연부(103)가 제공될 수 있다. 상기 절연부(103)는 재료에 따라 기판(101) 상에 증착, 코팅, 라미네이팅, 인쇄 등 다양한 방식으로 형성할 수 있다.

코일부(110c)는 상기 기판(101) 상에 형성된다. 상기 코일부(110c)는, 도 10a에 도시된 바와 같이, 기판(101) 상에 코일(111)을 형성하는 단계와, 도 10b에 도시된 바와 같이, 코일(111)의 적어도 일부를 커버하는 자성부(113)를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 코일부(110c)를 형성하는 단계에 있어서, 코일(111)을 먼저 형성하고 그 다음으로 자성부(113)를 형성할 수 있다.

코일(111)은 다양한 도전성 재료로 이루어질 수 있으며, 특히 금속 재료로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

코일(111)을 기판(101) 상에 형성하기 위해서는 다양한 방법, 예를 들어, 도금법, 증착법, 코팅법, 인쇄법 등을 다양한 방법을 이용할 수 있다. 도금법을 이용하는 경우, 전해 도금법 또는 무전해 도금법을 이용하여 코일(111)을 형성할 수 있다. 증착법을 이용하는 경우, 상기 기판(101)의 전면에 금속막을 증착한 후 패터닝을 수행함으로써 코일(111)을 형성할 수 있다.

상기 자성부(113)는 상기 코일(111)에 직접 접촉하되 상기 코일(111)의 적어도 일부를 커버하도록 형성된다. 이를 위해, 코일(111)이 형성된 기판(101) 상에 자성부(113)를 형성하되, 증착법 등을 이용하여 전면(全面)에 자성부(113)를 형성한 후 특정 형상을 가지도록 식각하여 패터닝을 할 수도 있고, 또는 전면 형성 없이 자성부(113)를 특정 형상으로 직접 형성할 수도 있다. 전자의 경우 감광막을 이용하여 노광 및 현상 과정을 거친 후, 감광막을 패터닝한 후, 패터닝된 감광막을 마스크로 하여 금속막을 식각하는 방식으로 코일(111)을 제조할 수 있다. 후자의 경우, 코일(111)을 형성하고자 하는 영역을 제외한 영역을 마스킹하거나 형성하고자 하는 영역에만 전류를 인가하는 등 영역 선택적인 조치를 수행함으로써 코일(111)을 제조할 수 있다. 마스킹시에는 고분자 수지, 예를 들어, PET, PI, PSA 등이 사용될 수 있다.

또한, 식각과 같은 조치 이외에도 CMP(Chemical-mechanical polishing)을 이용하여 상면의 자성부(113)의 존재 여부나, 두께를 제어하는 등의 조치가 가능하다. 예를 들어, 상기 코일(111) 상면에 형성된 상기 자성부(113)를 폴리싱하여 제거하여 코일(111)의 상면(111x)을 노출되게 하거나, 코일부(110c) 상면에 제공된 자성부(113)의 두께를 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 자성부(113)를 상기 무전해 도금, 상기 증착, 및 상기 코팅법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부(113) 형성 전에 상기 자성부(113)를 형성하고자 하는 영역을 제외한 상기 코일(111) 영역을 덮는 마스킹 단계가 선행될 수 있다. 또한, 예를 들어, 상기 자성부(113)를 상기 전해 도금법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부(113)를 형성하고자 하는 영역에만 전류를 인가할 수 있다.

상기 자성부(113)를 도금이나 증착 후 패터닝하는 경우, 코일(111)의 상면이나 측면, 또는 하면까지 다양한 위치에 선택적으로 자성부(113)를 형성하는 것이 가능하다.

도 11a 내지 도 11d은 도금을 이용하여 자성부(113)를 형성하는 경우, 제조할 수 있는 다양한 형상을 도시한 것이다.

도 11a를 참조하면, 상기 자성부(113)는 코일(111)의 상면(111x)과 측면(111y)을 모두 커버하도록 형성될 수 있다.

도 11b를 참조하면, 상기 자성부(113)는 코일(111)의 상면(111x)에는 형성되지 않으나, 측면(111y)에 형성될 수 있다.

도 11c를 참조하면, 상기 자성부(113)는 코일(111)의 상면(111x)에 형성되되, 측면(111y)에는 형성되지 않을 수 있다.

도 11d를 참조하면, 상기 자성부(113)는 코일(111)의 상면(111x)과 측면(111y)을 모두 커버하되 하면까지 커버할 수 있다. 본 코일(111)의 경우에는 상면(111x)과 측면(111y)에 자성부(113)가 형성된 코일(111)을 제조한 후 하면이 드러나도록 다른 기판(101)에 전사한 후, 드러난 하면에 자성부(113)를 형성하는 등으로 제조할 수 있다. 전사(transfer)를 이용한 코일부(110c) 형성 방법은 후술한다.

여기서, 단면이 원형인 와이어 형상의 코일(111)은 도시하지는 않았으나, 와이어를 도금액에 직접 담그는 방식으로 와이어 형상의 코일(111) 표면 상에 자성부(113)를 형성할 수 있다. 와이어 형상의 코일(111)의 경우 원주를 따라 표면의 일부에만 자성부(113)를 형성하는 것이 용이하지는 않으나, 필요에 따라 기판(101) 상에 와이어를 배치시킨 후 사각 형상 코일(111)에 자성부(113)를 형성하는 방법과 동일한 방법으로 자성부(113)를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 증착 후 패터닝하는 과정에 있어서 감광막을 이용할 수 있다.

도 12a 내지 도 12d은 감광막을 이용하여 코일부를 형성하는 단계를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 12a 내지 도 12d를 참조하면, 먼저 기판(101) 상에 도전막(ML)을 형성하고, 상기 도전막(ML) 상에 감광막(PS)을 형성한 후, 상기 감광막(PS)을 노광 및 현상하여 감광막 패턴(PSP)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(PSP)을 마스크로 하여 상기 도전막(ML)을 식각하여 코일(111)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(PSP)을 제거한 후, 상기 감광막 패턴(PSP)이 제거된 코일(111) 상에 자성부(113)를 형성함으로써 코일부(110c)를 제조 할 수 있다.

도 12a에 개시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 상기 감광막(PS)은 도포 등을 통해 금속막이 형성된 기판(101) 상에 형성될 수도 있으나, 감광 필름의 형태로 제조되어 기판(101) 상에 라미네이트될 수도 있다

감광 필름은 특정 광(예를 들어, UV)에 선택적으로 반응하는 것으로서, 예를 들어 건식 필름형 포토레지스트를 포함하는 드라이 필름일 수 있다. 상기 감광 필름은 감광성 물질층을 포함하는 필름으로서, 금속막 상에 라미네이트될 수 있다. 이하에서는 감광 필름이 감광막으로 사용된 것을 일예로서 동일 부호를 사용하여 설명한다.

이후, 마스크(미도시)를 이용하여, 상기 감광 필름(PS)을 노광 및 현상할 수 있다. 상기 마스크는 슬릿 마스크나 회절 마스크로서, 조사된 광을 모두 차단시키는 제1 영역과 조사된 모든 광을 투과시키는 제2 영역으로 이루어질 수 있다.

노광 후, 상기 기판(101)의 상의 감광 필름은 광반응 여부에 따라 제1 영역(PSa) 및 제2 영역(PSb)으로 나뉘어진다. 노광된 상기 감광 필름(PS)을 현상한 후, 광이 모두 차단된 영역은 감광 필름 패턴(PSP)이 형성되고, 광이 모두 투과된 영역은 감광 필름이 완전히 제거되어, 상기 금속막(120)의 표면이 노출된다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서는 상기한 바와 같이 노광된 부분의 감광막이 제거되도록 포지티브형 감광막을 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 다른 실시예에서는 노광되지 않은 부분의 감광막이 제거되도록 하는 네거티브형 감광막을 사용할 수도 있다.

상기 과정을 거친 후, 도 12b에 개시된 바와 같이, 감광 필름 패턴(PSP)을 마스크로 하여 식각액을 이용하여 금속막(120)을 식각하여 패터닝하여 코일(111)을 형성할 수 있다.

형성된 코일(111) 상에는 도 12d에 도시된 바와 같이 자성부(113)가 형성될 수 있다. 상기 자성부(113)는 도금, 증착, 코팅 등의 공정을 통해 상기 코일(111)의 표면 상에 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 감광 필름(PS)을 이용하여 코일부(110c)를 형성할 때, 코일(111)과 자성부(113)를 단일 공정에서 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어, 감광 필름 패턴(PSP)을 이용하여 금속막(ML)을 식각한 다음, 감광 필름 패턴(PSP)을 제거하지 않은 상태에서 자성부(113)를 형성할 수도 있다. 도 13a 및 도 13b는 감광 필름을 이용하여 코일부(110c)를 형성하는 단계 중 일부를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 13a 및 도 13b를 참조하면, 감광 필름(PS)을 금속막(ML) 상에 제공하고, 감광 필름(PS)막을 노광 및 현상(도 12a 참조)한 후, 감광 필름 패턴(PSP)을 마스크로 하여 금속막을 패터닝함으로써 코일(111)을 형성(도 12b 참조)한 다음, 도 13a에 도시된 바와 같이, 감광 필름 패턴(PSP)이 형성된 기판(101)의 상면을 도금할 수 있다. 이때, 서로 인접한 두 금속 사이가 모두 충진되도록 또는 두 금속 사이가 서로 이격된 이격 공간이 생기도록 도금될 수 있다. 도면에서는 설명의 편의를 위해 두 금속 사이가 자성부(113)로 모두 충진된 것을 도시하였다.

그 다음, 도 13b에 도시된 바와 같이, 상기 감광 필름 패턴(PSP) 및 상기 감광 필름 패턴(PSP) 상의 자성부(113)가 리프트 오프(lift off)될 수 있다. 상기 감광 필름 패턴(PSP) 및 감광 필름 패턴(PSP) 상의 자성부(113)만 제거됨으로써, 코일(111)과 코일(111)과 코일(111) 사이의 자성부(113)만 남게 되어, 최종적인 코일부(110c)가 형성된다. 여기서, 서로 인접한 코일(111) 사이는 도금 시에 이격부를 둘 수도 있고, 감광 필름 패턴과 감광 필름 패턴 상의 자성부(113)를 제거한 다음 추가적인 패터닝 공정에 의해 이격부를 둘 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판(101) 상에 직접 코일부(110c)를 형성할 수도 있으나, 별도의 보조 기판(101)에서 코일부(110c)를 형성한 후, 기판(101)으로 전사하는 방법으로도 형성될 수 있다

도 14는 전사를 이용하여 코일부(110c)를 형성하는 방법을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 14를 참조하면, 별도의 임시 기판(101D)에 코일(111) 및 자성부(113)를 형성할 수 있다. 상기 코일(111) 및 자성부(113)는 상기 임시 기판(101D) 상에 도금, 증착, 코팅, 인쇄 등의 공정을 통해 제조될 수 있다.

임시 기판(101D)은 코일부(110c)로부터 제거될 수 있으며 이에 의해 자성부(113)가 형성된 코일부(110c)가 준비된다. 상기 코일부(110c)는 단독으로 사용될 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 기판(101) 상에 전사될 수 있다. 이때, 기판(101) 상에는 절연부(103)가 제공될 수 있다. 전사시 필요에 따라 상기 코일부(110c)와 절연부(103) 상에는 접착제가 제공될 수도 있다. 여기서, 임시 기판(101D)에서 제조된 코일부(110c)가 반전되어 기판(101) 상에 제공된 경우, 코일부(110c)의 상면이 외부로 노출된 형태일 수 있으며, 필요에 따라 상면 상에 자성부(113)가 추가적으로 형성될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 코일 모듈에 있어서, 코일부는 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 이러한 다양한 방법은 발명의 개념에서 벗어나지 않는 한도 내에서 서로 조합이 가능하다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상술한 코일 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 적어도 일부 단계는 롤 투 롤(roll-to-roll) 또는 패널 투 패널(panel-to-panel) 방식으로 수행될 수 있다. 특히, 상기 코일을 형성하는 단계 및 상기 자성부를 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는 롤 투 롤(roll-to-roll) 또는 패널 투 패널(panel-to-panel) 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 코일 모듈 제조시 롤 투 롤(roll-to-roll) 및 패널 투 패널(panel-to-panel) 방식은 서로 조합되어 수행될 수도 있다.

도 15a 및 도 15b는 각각 롤 투 롤(roll-to-roll) 방식 또는 패널 투 패널(panel-to-panel) 방식으로 공정을 수행하는 것을 개념적으로 개시한 것이다.

먼저 도 15a를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 코일 모듈 제조시, 기판(101)은 일 방향으로 감긴 롤로 제공될 수 있으며, 상기 감겨진 롤을 순차적으로 펴서 소정 공정을 수행할 수 있다. 소정 공정이 끝난 후 처리된 기판(101)은 다시 롤로 감길 수 있다. 또한 최종적으로 공정이 끝난 롤은 코일 모듈 단위로 절삭 및/또는 절단될 수 있다.

본 도면에서는 설명의 편의를 위해, 먼저 기판(101)이 감긴 제1 롤(R1)이 제공되며, 제1 롤(R1)을 순차적으로 펴서 코일(111)을 형성하는 제1 단계(PR1)를 수행한 후 제2 롤(R2)로 감는 단계, 및 다시 제2 롤(R2)을 펴서 자성부(113)를 형성하는 제12 단계(PR2)를 수행한 후 제3 롤(R3)로 감는 단계를 도시하였다. 여기서, 각 제1 내지 제3 롤(R3) 및 제1 단계(PR1)와 제12 단계(PR2)는 롤 투 롤 공정을 설명하기 위해 예시로서 나타낸 것으로서, 제1 단계(PR1) 및 제12 단계(PR2) 이외에도 추가적인 단계가 수행될 수 있으며, 제1 롤(R1) 내지 제3 롤(R3) 사이에도 기판(101)이 감기거나 풀릴 수 있으며, 또한, 어느 하나의 롤이 생략되고 롤이 풀어진 상태로 소정 단계가 수행될 수도 있다.

이러한 롤 투 롤 방식은 코일(111)의 단면이 원형인 와이어에도 적용이 가능하다. 특히 와이어의 경우 권선 형태로 공정을 진행하기가 더욱 용이하다.

도 15b를 살펴보면 기판(101)이 롤로 감긴 형태가 아니라 평판의 패널 형태로 제공되어 코일(111)을 형성하는 제1 단계(PR1)를 수행한 후 자성부(113)를 형성하는 제12 단계(PR2)를 수행할 수도 있다. 여기서, 패널은 다양한 크기로 제공되어 다수 개의 코일 모듈에 동시에 제조할 수도 있으며 최종적으로 공정이 끝난 롤은 코일 모듈 단위로 절삭 및/또는 절단될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 코일 모듈은 그 연결 관계나 코일(111)의 개수나 배치 등이 다양한 형태로 변형될 수 있으며 이러한 코일 모듈은 상술한 방법을 이용하여 제조될 수 있다.

상술한 방법으로 제조한 코일 모듈은 이후 전자 기기에 사용될 수 있다. 예를 들어, 코일 모듈을 제조한 후, 상기 코일 모듈의 일 측에 배터리를 제공하고, 상기 코일 모듈과 상기 배터리 사이에 자성체 시트를 제공함으로써, 전자 기기를 제조할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 코일 상에 용이하게 다양한 형태의 자성부를 형성할 수 있다. 이에 따라, 코일 모듈의 제조가 용이해진다. 또한 이러한 방법으로 제조한 코일 모듈은 신호 전달을 향상시키고 무선 충전 효율을 높이며, 코일 모듈내 발열 온도가 감소하는 효과가 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 무선전력 수신장치 11 수신부 코일모듈
13 배터리 20 무선전력 전송장치 21 송신부 코일 모듈 101 기판
103 제1 절연부 105 제2 절연부
110 제1 코일부 110c 제1 나선 코일
111 코일 111x 상면
111y 측면 113 자성부
115a 제1 단자부 115b 제2 단자부
117a 제1 인출부 117b 제2 인출부
119a 제1 패드부 119b 제2 패드부
BR 브릿지 120 제2 코일부
120c 제2 나선 코일 125a 제1 단자부
125b 제2 단자부 127a 제1 인출부
127b 제2 인출부

Claims (24)

1. 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈의 제조 방법으로서,
   자성체 시트를 준비하는 단계;
   상기 자성체 시트 상에 코일을 형성하는 단계;
   상기 코일의 표면에 직접 접촉하여 상기 코일의 적어도 일부를 커버하되, 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 형성하는 단계; 및
   상기 코일 상면에 형성된 상기 자성부를 폴리싱하여 제거하여 상기 코일의 상면을 노출시키는 단계를 포함하며,
   상기 자성부는 일 방향으로 회전하는 코일 사이의 전력을 격리시켜 상기 코일에서 발생하는 와 전류(Eddy current)의 표피 효과(Skin effect)와 이격 효과(Proximity effect) 중에서 이격 효과를 감소시키는 것을 특징으로 하는 코일 모듈 제조 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 자성부 형성 단계는 무전해 도금, 전해 도금, 증착, 코팅, 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법을 포함하여 수행되는 코일 모듈 제조 방법.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 자성부를 상기 무전해 도금, 상기 증착, 상기 코팅, 및 인쇄 중 적어도 하나의 방법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부 형성 전에 상기 자성부를 형성하고자 하는 영역을 제외한 상기 코일 영역을 덮는 마스킹 단계가 선행되는 코일 모듈 제조 방법.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 자성부를 상기 전해 도금법을 포함하여 형성하는 경우, 상기 자성부를 형성하고자 하는 영역에만 전류를 인가하는 코일 모듈 제조 방법.
5. 삭제
6. 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈의 제조 방법으로서,
   자성체 시트를 준비하는 단계;
   상기 자성체 시트 상에 코일을 형성하는 단계; 및
   상기 코일의 표면에 직접 접촉하여 상기 코일의 적어도 일부를 커버하되, 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 형성하는 단계를 포함하며,
   상기 자성부는 일 방향으로 회전하는 코일 사이의 전력을 격리시켜 상기 코일에서 발생하는 와 전류(Eddy current)의 표피 효과(Skin effect)와 이격 효과(Proximity effect) 중에서 이격 효과를 감소시키며,
   상기 코일을 형성하는 단계와 상기 자성부를 형성하는 단계는 단일 공정으로 수행되고,
   상기 코일과 상기 자성부 형성 단계는,
   상기 자성체 시트 상에 도전막을 형성하는 단계;
   상기 도전막 상에 감광막을 형성하는 단계;
   상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;
   상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 도전막을 식각하여 상기 코일을 형성하는 단계;
   상기 자성체 시트 상에 자성부를 형성하는 단계; 및
   상기 감광막 패턴 및 상기 감광막 패턴 상의 자성부를 리프트 오프 하여 상기 코일의 상면을 노출시키는 단계를 포함하는 코일 모듈 제조 방법.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6 항에 있어서,
   상기 감광막은 건식 필름형 포토레지스트로 제공되는 코일 모듈 제조 방법.
10. 전자기장을 이용하여 무선으로 전력 또는 신호를 수신하거나 송신하는 코일 모듈의 제조 방법으로서,
    기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 코일을 형성하는 단계;
    상기 코일의 표면에 직접 접촉하여 상기 코일의 적어도 일부를 커버하되, 상기 코일 표면 상에서 발생하는 전자기장의 세기를 향상시키는 전자기 부스터(electro-magnetic booster)로 작용하는 자성부를 형성하는 단계;
    상기 코일 및 상기 자성부로부터 상기 기판을 제거하는 단계; 및
    별도 자성체 시트 상에 상기 코일 및 상기 자성부를 전사하여 상기 코일의 상면을 노출시키는 단계를 포함하고,
    상기 자성부는 일 방향으로 회전하는 코일 사이의 전력을 격리시켜 상기 코일에서 발생하는 와 전류(Eddy current)의 표피 효과(Skin effect)와 이격 효과(Proximity effect) 중에서 이격 효과를 감소시키는 것을 특징으로 하는 코일 모듈 제조 방법.
11. 제1 항에 있어서, 상기 코일을 형성하는 단계 및 상기 자성부를 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는 롤 투 롤(roll-to-roll)로 수행되는 코일 모듈 제조 방법.
12. 제1 항에 있어서, 상기 코일을 형성하는 단계 및 상기 자성부를 형성하는 단계 중 적어도 한 단계는 패널 투 패널(panel-to-panel)로 수행되는 코일 모듈 제조 방법.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 자성부는 상기 코일의 상면 및 측면 중 적어도 일부를 커버하는 코일 모듈 제조 방법.
14. 제1 항에 있어서,
    서로 인접한 상기 코일 사이에 제공된 자성부는 상기 서로 인접한 코일 사이에서 이격부를 갖는 코일 모듈 제조 방법.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 코일의 길이 방향에 수직한 단면은 원형인 와이어 형상이며 상기 자성부는 상기 코일의 외주면 전부를 커버하는 코일 모듈 제조 방법.
16. 제1 항에 있어서,
    제1 방향으로 배열된 코일에 있어서, 상기 자성부는 교번하여 제공되는 코일 모듈 제조 방법.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 자성부는 금속 소결체, 나노결정, 비정질, 금속계 또는 페라이트(Ferrite) 소결체, 페라이트(Ferrite) 복합체, 센더스트(Sendust) 소결체, 센더스트(Sendust) 복합체 중 적어도 하나를 포함하는 코일 모듈 제조 방법.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 자성부는 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Si, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y, 및 Cd으로 이루어진 군에서 선택된 2종 또는 3종 이상의 원소의 조합으로 이루어진 코일 모듈 제조 방법.
19. 삭제
20. 제1 항에 있어서,
    상기 코일은 권선으로 제공되며, 상기 코일은 동 코일, 다선 동 코일, 적층 세라믹 콘덴서 코일, 저온동시소성 세라믹 코일, 세라믹 권선 코일 중 적어도 하나를 포함하는 코일 모듈 제조 방법.
    
    
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제

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