KR20110005249A - 자성체 안테나, 상기 자성체 안테나를 실장한 기판 및 ｒｆ 태그 - Google Patents

자성체 안테나, 상기 자성체 안테나를 실장한 기판 및 ｒｆ 태그 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 자계 성분을 이용하여 정보를 통신하기 위한 자성체 안테나에 관한 것으로서, 상기 자성체 안테나는 소형화와 통신 감도의 향상을 양립시킨 자성체 안테나이다. 본 발명의 자성체 안테나는 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성한 자성체 안테나에 있어서, 자속에 대하여 수직이 되는 코어의 단면은 자성체가 비자성체에 의해 분할되도록 형성되어 있는 자성체 안테나이다.

Description

자성체 안테나, 상기 자성체 안테나를 실장한 기판 및 ＲＦ 태그{MAGNETIC ANTENNA, SUBSTRATE WITH THE MAGNETIC ANTENNA MOUNTED THEREON, AND RF TAG}
본 발명은 자계 성분을 이용하여 정보를 통신하기 위한 자성체 안테나에 관한 것이며, 상기 자성체 안테나는 소형화와 통신 감도의 향상을 양립시킨 자성체 안테나이다. 또한, 안테나를 첨부하는 대상물이 금속이어도 크게 영향을 받지 않고, 감도 양호하게 신호를 송수신할 수 있다.
자성체를 사용하여 전자파를 송수신하는 안테나(이하, "자성체 안테나"라고 함)는 코어(자성체)에 도선을 권선(捲線)하여 코일을 제조하고, 외부로부터 날아오는 자계 성분을 자성체에 관통시키고 코일에 유도시켜 전압(또는 전류)으로 변환하는 안테나이며, 소형 라디오나 TV에는 폭넓게 이용되었다. 또한, 최근 보급된 RF 태그라고 불리는 비접촉형의 물체 식별 장치에 이용되고 있다.
주파수가 보다 높아지면, RF 태그에서는, 자성체를 사용하지 않고 식별 대상물과 평면이 평행해지는 루프 코일이 안테나로서 사용되며, 주파수가 높아지면(UHF대나 마이크로파대), RF 태그를 포함하여 자계 성분을 검출하는 것보다 전계 성분을 검출하는 전계 안테나(다이폴 안테나나 유전체 안테나)가 폭넓게 사용되고 있다.
이러한 루프 안테나나 전계 안테나는 금속물이 접근하면 금속물에 이미징(미러 효과)할 수 있으며, 안테나와 역위상이 되기 때문에 안테나의 감도가 소실된다는 문제점이 발생한다.
한편, 자계 성분을 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 자성층을 중심으로 하는 코어에 전극 재료를 코일상으로 형성하고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성하고, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽 외측면에 도전층을 설치한 자성체 안테나가 알려져 있다(특허문헌 1). 상기 자성체 안테나는, 금속물에 접촉한 경우에도 안테나로서의 특성이 유지되는 것이다.
또한, 안테나의 코어로서, 자성체와 수지 등의 비자성체를 배치하는 것이 알려져 있다(특허문헌 2 내지 4).
일본 특허 공개 제2007-19891호 공보 일본 특허 공개 (평)6-59046호 공보 일본 특허 공개 제2003-110340호 공보 일본 특허 공개 제2003-283231호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 더욱 긴 통신 거리를 필요로 하는 경우 소형화와 충분한 감도의 양립이 곤란하다.
또한, 상기 특허문헌 2 내지 4에 기재된 방법에서는 자성층을 고온 제작 공정에서는 사용할 수 없는 수지 재료로 분할하기 때문에, 소결 밀도가 높은 연자성 페라이트 재료를 이용할 수 없다. 또한, LTCC 기술을 이용한 적층 방법에 의한 자성체 코어 또는 자성 안테나의 제작은 어렵다.
따라서, 본 발명은 자성체 안테나가 금속물과 접촉한 경우에도 안테나의 특성을 유지할 수 있음과 동시에, 유한의 크기여도 반자계의 영향을 감소시킴으로써 자성체 코어의 실효 투자율(透磁率)을 높이고, 보다 감도가 향상되고, 한층 더 소형화를 실현한 자성체 안테나를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 다음과 같은 본 발명에 의해 달성할 수 있다.
즉, 본 발명은, 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성한 자성체 안테나에 있어서, 자속에 대하여 수직이 되는 코어의 단면은 자성체가 비자성체에 의해 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나이다(본 발명 1).
또한, 본 발명은, 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면, 또는 외주에 절연층을 형성하고, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽 외측면, 또는 외주에 도전층을 설치하는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나에 있어서, 자속에 대하여 수직이 되는 코어의 단면은, 자성체가 비자성체에 의해 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나이다(본 발명 2).
또한, 본 발명은, 비자성층이 비자성 페라이트 및/또는 유리계 세라믹인 본 발명 1 또는 2에 기재된 자성체 안테나이다(본 발명 3).
또한, 본 발명은, 상기 코어가 자성체와 비자성체가 적층되어 형성됨으로써 이루어지는 본 발명 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나이다(본 발명 4).
또한, 본 발명은, 상기 코어의 단면이 자성층과 비자성층이 격자상으로 배치되어 이루어지는 본 발명 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나이다(본 발명 5).
또한, 본 발명은, 상기 코어의 단면이 복수의 원 형상의 각 자성체의 외측에 비자성체가 형성되어 있는 본 발명 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나이다(본 발명 6).
또한, 본 발명은, 상기 코어의 단면에서 전체 자성체와 전체 비자성체의 면적비가 1.0 이하인 본 발명 1 내지 6 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나이다(본 발명 7).
또한, 본 발명은, 본 발명 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나를 실장한 기판이다(본 발명 8).
또한, 본 발명은, 본 발명 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나를 실장한 통신 기기이다(본 발명 9).
또한, 본 발명은, 본 발명 1 내지 7 중 어느 하나에 기재된 자성체 안테나에 IC 실장한 RF 태그이다(본 발명 10).
본 발명에 따른 자성체 안테나는 보다 감도가 향상된 자성체 안테나이며, 긴 거리여도 통신이 가능하고, 자성체 안테나가 금속물에 접근ㆍ접촉하여도 통신 감도의 변동이 적기 때문에, 13.56 MHz의 RFID 용도 등의 자성체 안테나로서 바람직하다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 소형이어도 높은 통신 감도를 갖기 때문에, 각종 휴대 기기, 용기, 금속 부품, 기판, 금속제 공구, 금형 등의 각종 용도에 이용 스페이스의 제한 없이 사용할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 사시도이다.
[도 2] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 사시도이다.
[도 3] 본 발명에서의 코어의 상태를 나타내는 개념도이다.
[도 4] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 코일 부분의 적층 구성도이다.
[도 5] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 6] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 7] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 8] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 9] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 10] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 적층 구조를 나타내는 개념도이다.
[도 11] 본 발명에 따른 자성체 안테나를 기판에 실장한 경우의 개념도이다.
[도 12] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 별도의 양태를 나타내는 개념도이다.
[도 13] 본 발명에 따른 자성체 안테나의 별도의 양태를 나타내는 개념도이다.
[부호의 설명]
1: 관통 구멍
2: 전극층(코일 전극)
3: 코일 개방 단면
4: 코일
5: 자성층
6: 절연층
7: 도전층
8: 비자성층
9: IC 접속용 전극층
10: IC
11: 콘덴서 전극
12: 콘덴서
13: 자력선의 방향
14: 기판 접속용 전극층
15: 기판
본 발명에 따른 자성체 안테나에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 자성체 안테나의 개략도를 도 1, 도 5에 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 자성체 안테나는 자성체 (5)와 비자성체 (8)로 이루어지는 코어를 중심으로 하고, 코어의 외측에 전극 재료를 코일상(권선상)이 되도록 형성하고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성하는 것을 기본 구조로 한다. 상기 코어는 자성체가 비자성체로 분할된 구조로 되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 2, 도 6에 나타낸 바와 같이 자성체 (5)와 비자성체 (8)로 이루어지는 코어를 중심으로 하고, 코어의 외측에 전극 재료를 코일상(권선상)이 되도록 형성하고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성하고, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽 외측면에 도전층 (7)을 설치하는 것을 기본 구조로 할 수도 있다. 도전층을 형성함으로써 자성체 안테나에 금속물이 근접하여도 자성체 안테나의 특성 변화가 작아져, 공진 주파수의 변화를 작게 할 수 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나에 있어서, 코어는 해당 자성체 안테나를 관통하는 자속에 대하여 수직으로 절단한 단면의 상태가 자성체가 비자성체에 의해 분할된 상태이면 어떠한 상태여도 상관없고, 예를 들면 도 3(a) 내지 (d)에 나타낸 상태이다.
도 3(a) 내지 (d)는 코어의 상태를 나타내는 개념도이다. 도 3(a) 내지 (d)에서, 단면 (A)는 도 1의 자성체 안테나를 단면 (A) 방향으로부터 본 단면이다. 또한, 단면 (B)는 도 1의 자성체 안테나를 단면 (B) 방향으로부터 본 단면이다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 상기 코어가 자성층과 비자성층이 적층되어 형성된 상태일 수도 있고, 예를 들면 도 3(a)에 나타낸 바와 같은 적층 상태이다.
이 경우, 자성층과 비자성층은 자성층 한 층과 비자성층 한 층의 두께비가 1.0 이하가 바람직하다. 비자성층이 지나치게 두꺼운 경우에는, 코어 내의 자성체의 비율이 저하되기 때문에 자성체 안테나의 소형화에는 불리하다. 보다 바람직한 범위는 0.5 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 이하이다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 상기 코어의 단면이 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 자성층과 비자성층이 격자상으로 배치되어 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 상기 코어의 단면이 도 3(c)에 나타낸 바와 같이 자성층을 가로 방향뿐만 아니라 세로 방향으로도 비자성층으로 분할한 구조로 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 상기 코어의 단면이 도 3(d)에 나타낸 바와 같이 복수의 막대 형상의 각 자성체가 비자성체 내에 일정 간격으로 배치되는 구조로 형성되어 있을 수도 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 상기 코어의 단면에서 전체 자성체와 전체 비자성체의 면적비(전체 자성체/전체 비자성체)가 1.0 이하가 바람직하다. 비자성층이 상기 범위를 초과하여 큰 경우에는, 코어 내의 자성체의 비율이 저하되기 때문에 자성체 안테나의 소형화에는 불리하다. 보다 바람직한 범위는 0.5 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 이하이다.
본 발명에 따른 자성체 안테나에서, 도 1에 나타낸 자성체 안테나의 코어를 형성하는 자성층 중 하나의 단면적 (S)와 자성체 안테나의 길이 (L)의 비 (S/L)은 0.3 이하가 바람직하다. 상기 면적비 (S/L)이 0.3을 초과하는 경우, 반자계의 영향을 감소시키는 것이 곤란해진다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 코어의 자성체에 Ni-Zn계 페라이트 등을 사용할 수 있다. Ni-Zn계 페라이트를 사용하는 경우에는 Fe2O3 45 내지 49.5 몰％, NiO 9.0 내지 45.0 몰％, ZnO 0.5 내지 35.0 몰％, CuO 4.5 내지 15.0 몰％인 조성이 바람직하고, 사용하는 주파수대에서 재료로서의 투자율이 높고, 자성 손실이 낮아지는 페라이트 조성을 선택할 수 있다. 필요 이상으로 높은 투자율의 재료로 하면, 자성 손실이 증가하기 때문에 안테나에 적합하지 않다.
예를 들면, RFID 태그 용도에서는 13.56 MHz에서의 투자율이 70 내지 120, 민생 FM 방송 수신 용도에서는 100 MHz에서의 투자율이 10 내지 30이 되는 페라이트 조성을 선택하면 자성 손실이 적기 때문에 바람직하다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는 코어의 비자성체에 Zn계 페라이트 등의 비자성 페라이트, 붕규산계 유리, 아연계 유리 또는 납계 유리 등의 유리계 세라믹, 또는 비자성 페라이트와 유리계 세라믹을 적량 혼합한 것 등을 사용할 수 있다.
비자성 페라이트를 사용하는 페라이트 분말에는, 소결체의 부피 고유 저항이 108 Ωcm 이상이 되는 Zn계 페라이트 조성을 선택할 수 있다. Fe2O3 45 내지 49.5 몰％, ZnO 17.0 내지 22.0 몰％, CuO 4.5 내지 15.0 몰％인 조성이 바람직하다.
유리계 세라믹의 경우, 사용하는 유리계 세라믹 분말에는 선팽창 계수가 사용하는 자성체의 선팽창 계수와 크게 상이하지 않은 조성을 선택할 수 있다. 구체적으로는 자성체로서 사용하는 연자성 페라이트의 선팽창 계수와의 차가 ±5 ppm/℃ 이내인 조성이다.
본 발명에 따른 도 3(a)에 나타낸 코어를 갖는 자성체 안테나는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층을 형성한다.
별도로, 비자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 비자성층을 형성한다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자성층 (5)와 비자성층 (8)을 교대로 전체 두께가 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이어서, 적층한 자성층 및 비자성층에 원하는 수의 관통 구멍 (1)을 뚫는다. 상기 관통 구멍의 각각에 전극 재료를 유입시킨다. 또한, 관통 구멍과 직각이 되는 양면에, 관통 구멍과 접속하여 코일상(권선상)이 되도록 전극층 (2)를 형성한다. 관통 구멍에 유입시킨 전극 재료와 전극층에 의해 자성층이 직사각형의 코어가 되도록 코일을 형성한다. 이 때, 코일을 형성하는 자성층의 양끝이 자성 회로상 개방되는 구성이 된다(도 4의 3).
이어서, 도 1 또는 도 5에 나타낸 바와 같이 전극층을 형성한 코일의 상하면에 절연층 (6)을 형성한다.
얻어진 시트를 원하는 형상이 되도록 관통 구멍과 코일 개방 단면으로 절단하여 일체 소성하거나, 또는 일체 소성 후에 관통 구멍과 코일 개방 단면으로 절단함으로써 제조할 수 있다(LTCC 기술).
또한, 본 발명의 도 3(b)에 나타낸 코어를 갖는 자성체 안테나는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층을 형성한다.
별도로, 비자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 비자성층을 형성한다.
얻어진 자성층과 비자성층의 시트를 세라믹 그린 시트 적층체 절단기 등의 절단기로 원하는 폭으로 절단한다.
절단한 시트를 자성층, 비자성층의 순서대로 적층체를 제작하는 후속 공정에 적당한 크기의 시트상으로 배열하여 가압 접착시킨다.
상기 시트를 상하 방향으로도 자성층, 비자성층의 순서가 되도록 적층시키고, 자성층과 비자성층이 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이후에는 상기와 동일하게 하여 관통 구멍을 뚫고, 전극 재료를 유입시킴과 동시에 전극층을 형성하고, 코일상으로 형성하고, 절연층을 형성하고, 절단/소성 또는 소성/절단을 행하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 도 3(c)에 나타낸 코어를 갖는 자성체 안테나는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층을 형성한다.
얻어진 자성층과 비자성층의 시트를 세라믹 그린 시트 적층체 절단기 등의 절단기로 원하는 폭으로 절단한다.
절단한 시트를 자성층, 비자성층의 순서대로 적층체를 제작하는 후속 공정에 적당한 크기의 시트상으로 배열하여 가압 접착시킨다.
상기 시트와 절단하지 않은 비자성층 시트를 순서대로 적층시키고, 자성층과 비자성층이 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이후에는 상기와 동일하게 하여 관통 구멍을 뚫고, 전극 재료를 유입시킴과 동시에 전극층을 형성하고, 코일상으로 형성하고, 절연층을 형성하고, 절단/소성 또는 소성/절단을 행하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 도 3(d)에 나타낸 코어를 갖는 자성체 안테나는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 원하는 굵기의 막대 형상으로 형성한다.
얻어진 막대 형상의 자성체를 접시 형상의 용기 위에 일정 간격으로 일렬로 배열하고, 비자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 유입시켜 하나의 시트를 제작한다.
제작한 시트에 비자성 시트를 끼워 적층하고, 적층체를 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이후에는 상기와 동일하게 하여 관통 구멍을 뚫고, 전극 재료를 유입시킴과 동시에 전극층을 형성하고, 코일상으로 형성하고, 절연층을 형성하고, 절단/소성 또는 소성/절단을 행하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 도 2, 도 6에 나타낸 자성체 안테나는, 예를 들면 이하의 방법에 의해 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층을 형성한다.
별도로, 비자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 비자성층을 형성한다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이 자성층 (5)와 비자성층 (8)을 교대로 전체 두께가 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이어서, 적층한 자성층 (5) 및 비자성층 (8)에 원하는 수의 관통 구멍 (1)을 뚫는다. 상기 관통 구멍 (1)의 각각에 전극 재료를 유입시킨다. 또한, 관통 구멍과 직각이 되는 양면에 관통 구멍과 접속하여 코일상(권선상)이 되도록 전극층 (2)를 형성한다. 관통 구멍에 유입시킨 전극 재료와 전극층에 의해 자성층이 직사각형의 코어가 되도록 코일을 형성한다. 이 때, 코일을 형성하는 자성층의 양끝이 자성 회로상 개방되는 구성이 된다.
이어서, 도 2에 나타낸 바와 같이 전극층을 형성한 코일의 상하면에 절연층 (6)을 형성한다.
또한, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽 상면(외측면)에 도전층 (7)을 형성한다.
얻어진 시트를 원하는 형상이 되도록 관통 구멍과 코일 개방 단면으로 절단하여 일체 소성하거나, 또는 일체 소성 후에 관통 구멍과 코일 개방 단면으로 절단함으로써 제조할 수 있다(LTCC 기술).
또한, 필요한 경우, 코일의 외주 모두에 도전층을 형성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 7의 개략도면에 나타낸 바와 같이 절연층의 표면에 전극 재료로 코일 리드 단자와 IC칩 접속 단자 (9)를 형성하고, IC (10)을 실장할 수도 있다.
상기 IC칩 접속 단자를 형성한 자성체 안테나는, 전극층을 형성한 코일 (4)의 적어도 한쪽면의 절연층 (6)에 관통 구멍 (1)을 설치하고, 이 관통 구멍 (1)에 전극 재료를 유입시키고, 코일 (4)의 양끝과 접속하고, 상기 절연층의 표면에 전극 재료로 코일 리드 단자와 IC칩 접속 단자를 형성하여 일체 소성하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도전층의 외측면에 절연층을 설치할 수도 있다. 또한, 해당 절연층의 외측면에 자성층 또는 절연층을 설치할 수도 있다.
이에 따라, 자성체 안테나에 금속물이 근접하여도 자성체 안테나의 특성 변화가 보다 작아지고, 공진 주파수의 변화를 보다 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 8의 개략도에 나타낸 바와 같이 코일 (4)의 상하면을 끼운 절연층 (6)의 한쪽 또는 양쪽 외측면에 콘덴서 전극 (11)을 배치할 수도 있다.
또한, 도 8 또는 도 9의 개략도에 나타낸 자성체 안테나는, 절연층의 상면에 형성하는 콘덴서를 평행 전극 또는 빗형 전극을 인쇄하여 콘덴서로 할 수도 있고, 상기 콘덴서와 코일 리드 단자를 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 도 10의 개략도에 나타낸 바와 같이 콘덴서 전극 (11)을 배치한 외측면에 추가로 절연층 (6)을 설치하고, 상기 절연층 (6)의 외측면에 IC칩 접속 단자를 겸하는 전극층 (11)을 형성하여 상기 절연층 (6)을 끼우도록 콘덴서를 형성하고, IC칩 접속 단자와 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 절연층 (6)의 상면에 평행 전극 또는 빗형 전극을 인쇄하여 콘덴서를 형성하고, 코일 리드 단자와 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는 도 7에 나타낸 바와 같이 절연층 (6) 상면에 IC칩 (10)을 접속할 수 있는 단자 구조를 갖고, IC칩 접속 단자와 코일 리드 단자를 병렬 또는 직렬로 접속하여 일체 소성할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나는, 절연층 상면에 가변 콘덴서를 설치하는 단자를 형성하고, 코일 리드 단자와 코일 리드 단자를 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
본 발명의 자성체 안테나에서는, 코일의 코어가 되는 비자성층으로 분할된 자성층의 전체 두께는 0.1 내지 5.0 mm인 것이 바람직하고, 절연층의 한쪽 막 두께는 0.01 내지 0.2 mm인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 자성체 안테나에서는, 코일의 코어가 되는 비자성층으로 분할된 자성층과 절연층의 막 두께비(자성층/절연층 중 하나)가 0.5 내지 500인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나에서는, 비자성층으로 분할된 자성층과 전극층으로 형성된 코일의 외측에 자성층, 절연층을 형성할 수도 있다. 이 경우의 각각의 막 두께는 0.05 내지 0.5 mm로 하는 것이 바람직하다.
도전층은 어떠한 수단으로 형성될 수도 있지만, 예를 들면 인쇄, 쇄모 도포 등의 통상적인 방법으로 형성하는 것이 바람직하다. 또는, 금속판을 형성한 절연층의 외측에 첩부하여 동일한 효과를 부여할 수도 있다.
도전층을 형성하는 재료, 관통 구멍에 유입시키는 전극 재료로서는 Ag 페이스트가 적합하고, 기타 Ag계 합금 페이스트 등, 금속계 도전성 페이스트를 사용할 수 있다.
절연층의 외측에 형성하는 경우, 도전층 (7)의 막 두께는 0.001 내지 0.1 mm가 바람직하다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 비자성층에 의해 분할된 자성층의 형상이 각형 또는 직사각형인 코일이, 코일의 축 방향으로 거의 균등한 간격으로 거의 평면에 방사상으로 복수개 배치되고, 마주보는 모든 코일의 내측의 한쪽 끝이 방사상으로 배치된 중심에서 자성층으로 접속되고, 외측을 향하는 다른쪽 끝은 개방되어, 각각이 마주보는 코일의 한쪽 끝의 극성이 동일해지도록 직렬 또는 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 자계 성분을 송수신하기 위한 자성체 안테나이며, 평면에 배치한 코일의 상하면의 한쪽 또는 양쪽에 절연층을 설치하고, 필요에 따라 한쪽 절연층의 외측면에 도전층을 설치한 구조일 수도 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 13에 나타낸 바와 같이, 비자성층에 의해 분할된 자성층의 형상이 각형 또는 직사각형인 코일이, 코일의 축 방향으로 방사상으로 거의 균등한 간격으로 거의 평면에 방사상으로 복수개 배치되고, 마주보는 모든 코일의 한쪽 끝이 방사상으로 배치된 주위에서 자성층으로 접속되고, 내측을 향하는 다른쪽 끝은 개방되어, 각각이 마주보는 코일의 한쪽 끝의 극성이 동일해지도록 직렬 또는 병렬로 접속된 것을 특징으로 하는 자계 성분을 송수신하기 위한 자성체 안테나이며, 평면에 배치한 코일의 상하면의 한쪽 또는 양쪽에 절연층을 설치하고, 필요에 따라 한쪽 절연층의 외측면에 도전층을 설치한 구조일 수도 있다.
본 발명에 따른 자성체 안테나는, 도 11의 개략도에 나타낸 바와 같이 코일 (4)의 하면의 절연층 (6)에 관통 구멍을 설치하고, 이 관통 구멍에 전극 재료를 유입시켜 코일 (4) 양끝과 접속하고, 그의 하측 표면에 전극 재료로 기판 접속 단자 (12)를 형성하여 일체 소성할 수도 있다. 이 경우, 세라믹, 수지 등의 기판에 용이하게 접합할 수 있다. 또한, 기판으로서는 상기 각종 재료를 복합화한 것, 금속을 함유하는 것 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 자성체 안테나를 실장한 기판은, 접착제, 점착제 또는 납땜 등의 수단으로 기판 (15)의 표면에 자성체 안테나가 고정되는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에서는, 다층 배선 기판에 부품을 실장할 때 일반적으로 사용되는 수단으로 자성체 안테나를 다른 부품과 동시에 실장할 수 있어, 양산성이 높다.
다층 배선 기판에서는 도체로 구성된 배선이 내장되어 있어, 안테나에 대하여 금속과 동일한 영향을 준다. 본 발명에 따른 자성체 안테나를 실장한 기판에서는, 자성체 안테나가 상술한 바와 같은 구조이기 때문에 금속의 영향을 받지 않고, 다층 배선 기판 등의 내부 또는 표면에 도체로 구성된 배선이 형성된 기판이어도 그의 영향을 받지 않는다.
IC는, 도 11의 자성체 안테나 상면의 절연층 위에 IC칩 접속 단자를 형성하여 접속할 수도 있고, 도 11에 나타낸 바와 같이 자성체 안테나의 하면의 기판 접속 단자 (14)에 접속하도록 기판 내에 배선을 형성하여, 기판 내 배선을 통해 접속할 수도 있다. 또한, 하면의 기판 접속 단자 (14)에 접속된 기판 내 배선을 통해 판독기 기록기와 접속할 수도 있고, 판독기 기록기로서 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 강도의 향상을 위해 본 발명의 자성체 안테나 또는 자성체 안테나에 IC 실장한 RF 태그를 수지로 피복할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는, 통신 기기에 본 발명에 따른 자성체 안테나를 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 포장 용기에 본 발명에 따른 자성체 안테나를 설치할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 공구나 볼트 등의 금속 부품에 본 발명에 따른 자성체 안테나를 설치할 수 있다.
<작용>
본 발명에 따른 자성체 안테나는, 코어의 자성체를 비자성체에 의해 분할시켰기 때문에 반자계의 발생에 따른 실효 투자율 저하, 즉 통신 감도의 저하를 억제할 수 있으며, 비자성체의 비율을 가급적 감소시켰기 때문에 자성체의 비율이 저하되는 것에 기인하는 통신 감도의 저하도 최소한으로 억제할 수 있다.
[실시예]
이하, 첨부 도면을 참조하면서 발명의 실시 형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[자성체 안테나 1]
자성층 (5)용으로서, 900 ℃ 소결 후에 13.56 MHz에서의 재료로서의 투자율이 100이 되는 Ni-Zn-Cu 페라이트 임시 소성 분말(Fe2O3 48.5 몰％, NiO 25 몰％, ZnO 16 몰％, CuO 10.5 몰％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터 블레이드로 PET 필름 위에 각 변 150 mm로 소결시의 두께가 0.1 mm가 되도록 시트 성형하였다.
비자성층 (8)용으로서, 붕규산 유리(SiO2 86 내지 89 중량％, B2O3 7 내지 10중량％, K2O 0.5 내지 7 중량％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터 블레이드로 PET 필름 위에 각 변 150 mm로 소결시의 두께가 0.05 mm가 되도록 시트 성형하였다.
또한, 절연층 (6)용으로서 마찬가지로 Zn-Cu 페라이트 임시 소성 분말(Fe2O3 48.5 몰％, ZnO 41 몰％, CuO 10.5 몰％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터 블레이드로 PET 필름 위에 자성층과 동일한 크기와 두께로 시트 성형하였다.
이어서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자성층 (5)용 그린 시트와 비자성층 (8)용 그린 시트를 적층시킨 시트 각 1매씩을 가압 접착하고, 1매의 시트로 한 후 관통 구멍 (1)을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하여 10매 적층함으로써 코일 (4)를 형성하였다.
이어서, 도 2에 나타낸 바와 같이 절연층 (6)용 그린 시트를 코일 (4)의 상하면에 적층하고, 한쪽면에는 Ag 페이스트로 도전층 (7)을 인쇄한 절연층 (6)용 그린 시트를 적층하였다.
적층한 그린 시트를 합쳐서 가압 접착시키고, 관통 구멍과 코일 개방 단면 (3)으로 절단하고, 900 ℃에서 2 시간 동안 일체 소성하여 가로 10 mm×세로 3 mm의 크기의 코일 권취수 23 회전(turn)의 자성체 안테나 샘플 1을 제조하였다(도 1 및 도 4에서 코일 권취수는 도면의 간략화를 위해 7 회전으로 나타내었으며, 자성층의 적층 매수는 도의 간략화를 위해 3층으로 나타내었고, 이하의 다른 도면에 대해서도 동일함).
상기 자성체 안테나의 코일 양끝에 프로브를 접속하여 주파수 1 MHz에서의 인덕턴스 (L1)을 측정하고, 동 형상의 공심 코일의 인덕턴스 (L0)과의 비 (L1/L0)을 실효 투자율로서 측정하였다.
또한, 상기 자성체 안테나의 코일 양끝에 RF 태그용 IC를 접속하고, IC와 병렬로 콘덴서를 접속하여 공진 주파수를 13.56 MHz로 조정하여 RF 태그를 제작하고, 금속판에 첩부하여 출력 100 mW의 판독기/기록기로 통신하는 거리를 측정하였다. 각 측정 방법을 이하에 정리한다.
[공진 주파수의 측정과 조정 방법]
공진 주파수는, 애질런트 테크놀로지 가부시끼가이샤 제조 임피던스 애널라이저 4291A에 1 회전 코일을 접속하고, 이것과 RF 태그를 결합시키고, 측정되는 임피던스의 피크 주파수를 공진 주파수로 하였다.
[통신 거리의 측정 방법]
통신 거리는 출력 100 mW의 판독기/기록기(가부시끼가이샤 다카야 제조, 제품명 TR3-A201/TR3-D002A)의 안테나를 수평으로 고정하고, 그 상측에 RF 태그의 길이 방향을 안테나에 대하여 수직으로 위치시켜, 13.56 MHz에서 통신이 가능한 한 높은 위치일 때의 안테나와 RF 태그의 수직 방향의 거리를 통신 거리로 하였다.
[자성체 안테나 2]
실시예 1과 동일하게 제조한 자성층 (5)용 그린 시트에 유리 세라믹의 페이스트를 0.02 mm의 두께로 인쇄하여, 10층 적층하였다.
상기 자성층 (5)용 그린 시트에 관통 구멍 (1)을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하여 적층하여 코일 (4)를 형성하였다.
이어서, 코일 (4)의 한쪽면에 Ag 페이스트로 도전층 (7)을 인쇄하여 구성한 절연층 (6)용 그린 시트를 적층하였다. 다른 한쪽면에는 코일의 양끝에 접속하도록 관통 구멍을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 표층에 코일 리드 단자와 IC를 접속하는 IC칩 접속 단자 (9)가 되는 형상을 Ag 페이스트로 인쇄하여 절연층 (6)용 그린 시트를 적층하였다. 이상의 그린 시트를 합쳐서 가압 접착시키고, 관통 구멍 (1)과 코일 개방 단면 (3)으로 절단하고, 900℃에서 2 시간 동안 일체 소성하여 가로 10 mm×세로 3 mm의 크기의 코일 권취수 23 회전의 자성체 안테나 샘플 2를 제조하였다.
상기 자성체 안테나의 코일 양끝에 프로브를 접속하여 주파수 1 MHz에서의 인덕턴스 (L1)을 측정하고, 동 형상의 공심 코일의 인덕턴스 (L0)과의 비 (L1/L0)을 실효 투자율로서 측정하였다.
상기 자성체 안테나의 코일 양끝에 RFID 태그용 IC를 접속하고, IC와 병렬로 콘덴서를 접속하여 공진 주파수를 13.56 MHz로 조정하여 RF 태그를 제조하고, 금속판에 첩부하여 출력 100 mW의 판독기/기록기로 통신하는 거리와 공진 주파수를 측정하였다.
[자성체 안테나 3] <도 3(b)의 양태>
실시예 1과 동일하게 제조한 자성층 (5)용 그린 시트와 비자성층 (8)용의 유리 세라믹의 그린 시트를 각각 동일한 두께 0.1 mm로 성막하였다. 얻어진 시트를 각각 0.1 mm 폭으로 세라믹 그린 시트 적층체 절단기(UHT 가부시끼가이샤 제조, G-CUT)로 절단하였다. 이어서, 자성층과 비자성층이 차례대로 되도록 1매의 시트상으로 배열하여 가압 접착하였다. 얻어진 시트를 세로 방향으로도 자성층과 비자성층이 차례대로 되도록 10매 중첩하여 가압 접착할 수 있도록 준비하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 하나 하나의 시트에 관통 구멍 (1)을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍(1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하여 10매 적층하여 코일 (4)를 형성하였다.
얻어진 코일에, 실시예 1과 동일하게 하여 절연층을 형성하여 자성체 안테나로 하였다.
[자성체 안테나 4] <도 3(c)의 양태>
실시예 1과 동일하게 제조한 자성층 (5)용 그린 시트와 비자성층 (8)용의 유리 세라믹의 그린 시트를 각각 자성층 (5)용 그린 시트 0.1 mm와 유리 세라믹의 그린 시트 0.05 mm의 두께로 성막하였다. 얻어진 시트를 각각 0.1 mm 폭으로 세라믹 그린 시트 적층체 절단기(G-CUT/UHT)로 절단하였다. 이어서, 자성층과 비자성층이 차례대로 되도록 1매의 시트상으로 배열하여 가압 접착하였다. 얻어진 시트와 유리 세라믹의 그린 시트를 교대로 10매씩 중첩하여 가압 접착할 수 있도록 준비하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 하나 하나의 시트에 관통 구멍 (1)을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하여 10매 적층하여 코일 (4)를 형성하였다.
얻어진 코일에 실시예 1과 동일하게 절연층을 형성하여 자성체 안테나로 하였다.
[자성체 안테나 5] <도 3(d)의 양태>
실시예 1과 동일하게 제조한 슬러리를 사용하여 자성층 (5)용의 막대 형상의 자성체를 제작하였다. 제작한 막대 형상의 자성체를 용기 내에 배열하고, 비자성 유리 세라믹의 슬러리를 유입시켜 두께 1 mm의 시트를 제작하였다. 얻어진 시트와 유리 세라믹의 그린 시트를 10매 중첩하여 가압 접착할 수 있도록 준비하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 하나 하나의 시트에 관통 구멍 (1)을 뚫어 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하여 10매 적층하여 코일 (4)를 형성하였다.
얻어진 코일에 실시예 1과 동일하게 절연층을 형성하여 자성체 안테나로 하였다.
[자성체 안테나 6, 비교예]
실시예 1과 동일하게 제조한 자성층 (5)용 그린 시트를 그대로 10층 적층하였다. 실효 투자율은 10.5, 100 mW의 판독기/기록기로 통신하는 거리는 6.0 cm였다.
Figure pct00001
본 발명에 따른 자성체 안테나는 모두 실효 투자율이 높고, 소형화와 통신 감도의 향상을 양립시킨 안테나라는 것이 확인되었다.

Claims (10)

  1. 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면에 절연층을 형성한 자성체 안테나에 있어서, 자속에 대하여 수직이 되는 코어의 단면은 자성체가 비자성체에 의해 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나.
  2. 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽 외측면, 또는 외주에 절연층을 형성하고, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽 외측면에 도전층을 설치하는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나에 있어서, 자속에 대하여 수직이 되는 코어의 단면은 자성체가 비자성체에 의해 분할되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자성체 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 비자성층이 비자성 페라이트 및/또는 유리계 세라믹인 자성체 안테나.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어가 자성체와 비자성체가 적층되어 형성됨으로써 이루어지는 자성체 안테나.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어의 단면이 자성층과 비자성층이 격자상으로 배치되어 이루어지는 자성체 안테나.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어의 단면이 복수의 원 형상의 각 자성체의 외측에 비자성체가 형성되어 있는 자성체 안테나.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어의 단면에서 전체 자성체와 전체 비자성체의 면적비가 1.0 이하인 자성체 안테나.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자성체 안테나를 실장한 기판.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자성체 안테나를 실장한 통신 기기.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 자성체 안테나에 IC 실장한 RF 태그.
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