KR20120018329A - 3차원 안테나 - Google Patents

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KR20120018329A
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mhz
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안드레아스 에데르
윌프리드 헤데리히
토마스 바그너
마즈 자게르
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몰렉스 인코포레이티드
바이엘 머티리얼사이언스 아게
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Abstract

안테나 형상은 박막 필름상에 잉크 도포될 수 있고, 다음으로 박막 필름이 3차원(3D) 플렉스 필름을 형성하도록 성형될 수 있다. 다음으로, 3D 플렉스 필름은 종래의 몰딩 공정을 사용하여 캐리어 안으로 일체화될 수 있다. 결과적인 하우징은 캐리어의 내부 표면 또는 외부 표면상에서 3D 플렉스 필름을 지지하는 캐리어를 포함한다. 따라서, 결과적인 하우징은 대응하는 안테나를 이용할 수 있는 이동 장치와 같은 장치에 대한 더욱 바람직한 하우징을 제공하기 위해 하우징에 대한 안테나의 개선된 일체화를 허용하며, 장치는 이동 장치로 제한되지 않는다.

Description

3차원 안테나{THREE DIMENSIONAL ANTENNA}
본 출원은 2009년 4월 21자로 출원된 미국 가특허출원 61/171,110호의 우선권을 주장하며, 이 출원은 본원에 그 전체가 참조로 포함된다.
본 발명은 안테나 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 하우징을 포함하는 장치에 사용되기에 적합한 안테나의 분야에 관한 것이다.
10년 넘게 내장 안테나(internal antenna)는 모바일 무선 장치에 대한 선호되는 해결책이 되어 왔다. 내장 안테나는 이동 전화, 랩톱, 게임 콘솔 등의 하우징과 일체화될 수 있다. 능동 임피던스 동조 및 정합 기술의 최신 기술로, 이러한 소형 전기적 안테나는 RFID(13 MHZ)로부터 약 10.6 GHz에서 끝나는 초광대역(UWB)까지의 범위에서 무선 주파수(RF) 프로토콜을 커버하도록 설계될 수 있다. 그러나 대부분의 내장 안테나는 이동 전화 및 랩톱에서 폭넓게 사용되는 GSM 및 UMTS 통신 대역에서 작동한다.
무선통신 시장에서, 장치를 보다 소형으로 만들기 위해 연속 구동기(drive)가 존재한다. 그러나 물리적 법칙은 일체형 안테나가 소형으로 제작될 수 있으면서 여전히 효율적인 방사 특성을 갖는 것을 제한한다. 일체형 안테나에 대한 소정의 공간을 확보하면서 여전히 전체 제품의 크기를 소형으로 유지하기 위해서는 안테나를 무선 장치의 하우징의 최외각 코너에 배치하는 것이 바람직하다. 이는 하우징의 내부의 윤곽에 맞는 3차원(3D) 형상으로 형성된 안테나, 예컨대 내장 3D 안테나로 달성될 수 있다.
최근의 내장 3D 안테나는 유연성 회로 인쇄(FCP) 안테나, 금속 시트 안테나, 및 레이저 유도 구조(LDS) 안테나에 의해 주로 실현된다. 각각의 방법은 장점 및 단점을 갖는다. 미국특허 6,778,139호에 의해 개시된 것과 같은 FCP 안테나는 통상적으로 호일 기반의 안테나 설계를 지지하는 얇은 플라스틱층을 수반한다. FCP 안테나는 안테나가 구부러지는 것을 허용하지만 풀 3D(full 3D) 안테나 기술을 허용하지는 않는다. 예를 들어, FCP 안테나는 이중 만곡형 표면에 걸쳐 구부러질 수 없으며, 특히 예리한 굽힘부 주위에서 표면의 토폴로지(topology)를 따르는 능력이 제한된다. 이는 유기적 형상 및 특정 코너상에서의 FCP 안테나 배치를 제한한다. 금속 시트 안테나는 편평한 금속 표면의 섹션으로 또한 제한되며 굽힘의 양에 의해 제조의 관점으로부터 안테나를 제조하는 것이 가능하다.
LDS 안테나 기술은 세 가지 방법 중에서 아마도 가장 유연하다. LDS 기술을 사용하여, 안테나 패턴은 플라스틱 표면상에 레이저로 형성되며, 레이저에 의해 제공된 에너지는 여기된 영역이 후속적으로 금속으로 도금되는 것을 허용한다. LDS 기술은 풀 3D 안테나 토폴로지를 허용하지만 오직 특정한 플라스틱 재료만이 사용될 수 있으며, 가능한 플라스틱은 가용 하우징을 무선 장치의 하우징으로써 사용되기에 덜 바람직하게 만들 수 있는 특정한 재료 특성을 갖는 경향이 있다. 예를 들어, LDS 기술에 사용되는 플라스틱의 통상적인 유형인 LCP(액정 폴리머)는 LDS 기술로 처리되었을 때 일반적으로 클래스 A 표면을 제공하지 않으며, 그 대신에 후처리 단계를 필요로 할 수 있다. 또한, LDS 기술에 사용되는 플라스틱은 먼저 성형되고, 그 후 레이저에 의해 여기된 다음 도금되어야 한다(이 자체는 종종 다단계 공정임). 따라서, 제조 사이클 시간이 문제이다. 결국, LDS 기술은 설계에 바람직하지 않은 비용을 부가하는 경향이 있고, 안테나는 하우징의 내부에 구현되는 것이 아니라 장치 내부에서 별도의 부재를 필요로 할 수 있다. 결과적으로, 안테나 기술에 대한 추가적인 개선이 요구된다.
캐리어의 의도된 내부 또는 외부 표면 중 하나와 실질적으로 부합하는 치수를 갖는 박막 필름을 포함하는 3차원 플렉스 필름(flex film)이 제공된다. 필름은 박막 필름 안테나 배열체를 포함한다. 캐리어에는 하나 이상의 만곡부를 포함하고 3차원 플렉스 필름과 부합하는 기하학적, 3차원 형상을 형성하는 내부 또는 외부 표면이 제공된다. 캐리어 및 플렉스 필름은 하우징을 형성하도록 일체화된다. 일 실시예에서, 일체화는 인-몰드 라벨링(in-mold labeling)에 의해 달성될 수 있다.
일 실시예에서, 하우징은 다중층을 포함할 수 있고, 플렉스 필름은 두 층 사이에 배치될 수 있다. 하우징은 클래스 A 표면의 적어도 일부를 형성하는 장식 라벨을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 안테나 배열체가 필름의 일측에 배치되고 캐리어를 대향하며 장식 라벨이 필름의 타측에 배치되도록, 라벨은 3차원 플렉스 필름과 일체화될 수 있다. 다른 실시예의 경우, 하나는 장식 라벨을 지지하고 하나는 안테나를 지지하는 2개의 필름이 있을 수 있다. 라벨은 하우징의 외부측에 배치될 수 있고, 안테나 배열체는 하우징의 내부측에 배치될 수 있다. 샌드위치형 안테나 배열체 또는 하우징의 외부측에 안테나 배열체를 구비한 일 실시예에서, 전도성 부재가 안테나와의 전기 접촉을 이루기 위해 구멍(들)을 통해 연장할 수 있도록, 캐리어(또는 적절한 경우 그의 층들 중 하나)는 하나 이상의 구멍을 포함할 수 있다.
본 발명이 예시적으로 설명되며, 유사한 도면부호가 유사한 요소를 지시하는 첨부 도면으로 제한되지 않는다.
도 1은 내부 표면상에 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 1a는 내부 표면상에 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 일 실시예의 확대 사시도를 도시한다.
도 1b는 내부 표면상에 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2는 두 층 사이에 끼인 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 2a는 도 2에 도시된 실시예의 확대 사시도를 도시한다.
도 3은 두 층 사이에 끼인 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 3a는 도 3에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 3b는 도 3에 도시된 실시예의 확대 사시도를 도시한다.
도 4는 내부 및 외부 표면상에 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 일 실시예의 사시도를 도시한다.
도 4a는 도 4에 도시된 실시예의 다른 사시도를 도시한다.
도 4b는 도 4에 도시된 실시예의 확대 사시도를 도시한다.
도 5는 두 층 사이에 끼인 3차원 플렉스 필름을 포함하는 하우징의 다른 실시예의 사시도를 도시한다.
도 6은 3차원 플렉스 필름을 형성하는데 사용되기에 적합한 방법의 일 실시예를 도시한다.
도 7은 형성된 3차원 플렉스 필름의 일 실시예를 도시한다.
이어지는 상세한 설명은 예시적 실시예들을 설명하며 명시적으로 개시된 조합(들)으로 제한되도록 의도되지 않는다. 따라서, 다른 언급이 없는 한, 본원에 개시된 특징들은 간결성의 목적으로 도시되지 않은 추가적인 조합을 형성하기 위해 함께 조합될 수 있다.
본원에 개시된 바와 같이, 실시예들은 FCP, 금속 시트 또는 LDS 안테나의 특정한 제약을 갖지 않는 풀 3차원(3D) 안테나 기술을 제공할 수 있다. 3D 플렉스(3D-flex)로 지칭될 수 있는 제공된 안테나 기술은 3D 표면에 맞게 사전성형(pre-formed)되는 개조된 인쇄 안테나이다. 3D 성형은 단일 만곡형 표면 또는 직선형 표면으로 제한되지 않으며, 필름은 임의의 재료상에 배치될 수 있다. 예로써, 3D 플렉스는 무선 장치의 하우징으로 인서트 몰딩 또는 오버 몰딩(over-molded)될 수 있으며, 그로 인해 장치의 최외각 코너를 활용할 수 있다. 본원에 도시된 바와 같이, 플라스틱 하우징은 3차원(3D) 안테나 구조물을 포함하도록 구성될 수 있고, 안테나 구조물은 3D 성형된 플렉서블 필름을 사용하여 플라스틱 하우징 안으로 기계적으로 일체화될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조물은 필요에 따라 플라스틱 또는 서로 다른 재료의 조합일 수 있는 하우징의 내부 또는 외부 표면에 기하학적으로 끼워질 수 있다. 일 실시예에서, 하우징으로의 이러한 끼워맞춤은 3D 성형된 플렉서블 필름을 하우징에 오버 몰딩 또는 인서트 몰딩함으로써 달성될 수 있다. 플렉서블 필름은 그 다음 안테나 배열체 구조물을 수반한다.
안테나는 넓은 범위의 주파수에 대해 구성될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 일 실시예에서, 안테나 배열체의 안테나(들)의 주파수 범위는 (RFID 적용례에 적합한 것과 같은) 약 13 MHz 내지 (초광대역 "UWB" 적용례에 적합할 수 있는 것과 같은) 약 10.6 GHz 사이일 수 있다. 이 범위 밖의 다른 주파수가 또한 고려된다. 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 13 MHz 내지 14 MHz 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 76 MHz 내지 239.2 MHz 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 470 MHz 내지 796 MHz 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 698 MHz 내지 2690 MHz 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 3400 MHz 내지 5850 MHz 사이이다. 다른 바람직한 실시예에서, 안테나(들)의 주파수 범위는 3.1 GHz 내지 10.6 GHz 사이이다. 또한 이해될 수 있는 바와 같이, 안테나 배열체는 서로 다른 범위에서 기능하도록 각각 구성된 다중 안테나를 포함할 수 있다.
도시된 실시예들은 이동 전화, PDA, 게임 콘솔과 같은 휴대용 게임 시스템, 노트북, 랩톱, 및 넷북과 같은 통상적인 (전자식) 이동 장치에 적합하지만, 도시된 특징들은 이것으로 제한되지 않고 안테나를 포함하거나 안테나를 이용할 수 있는 다른 장치들에 폭넓게 적용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 넓은 범위의 하우징 구성이 본원에 개시된 특징들과 관련되어 사용될 수 있다는 것을 또한 유의하여야 한다. 따라서, 개시된 특징들은 하우징의 표면에 형성된 3D 안테나를 포함하는 것이 바람직할 수 있는 다른 장치들과 사용될 수 있다.
도면으로 돌아가면, 도 1 내지 도 5는 성형될 수 있는 가능한 구조물을 나타내는 실시예들을 도시한다. 도 1 및 도 1a는 제1 실시예를 대표한다. 하우징(10)은 캐리어(20)를 포함하며, 캐리어는 이동 장치에 사용되는 하우징을 형성하는데 사용되는 종래의 성형가능한 재료와 같은 임의의 희망하는 재료로 형성될 수 있고 서로 다른 유형의 재료로 형성된 복합체일 수 있다. 캐리어(20)는 내부 표면(21) 및 외부 표면(22)을 포함하고, 비교적 작은 반경으로 서로에 대해 구부러지고 [반경의 한계는 캐리어(20)를 형성하는 방법에 기초할 수 있음] 평면에 위치되는 내부 표면들과 커플링하는 코너(24) 및 만곡된 표면(21)을 더 포함한다. 도시된 캐리어(20)는 비교적 단순한 구조를 갖는 것으로 도시되었지만, 내부 표면(21) 및 외부 표면(22)은 소정의 캐리어 구조물을 제공하기 위해 임의의 개수의 만곡부 및 코너를 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 내부 표면(21) 및 외부 표면(22)의 특징부들은 서로 관련되거나 서로 독립적일 수 있다. 예를 들어, 내부 표면 또는 외부 표면 중 하나의 비교적 실질적인 함몰부는 내부 표면 및 외부 표면 중 다른 하나에 필연적으로 존재할 수 있다. 그러나 외부 표면(22)은 그의 전체 영역에 걸쳐서만 만곡되는 비교적 평활한 표면을 가질 수 있고, 동시에 내부 표면(21)은 내부 표면(21)에 인접하여 배치될 구성요소를 위한 보유 특징부를 제공하거나 추가 공간을 제공하기 위해 코너, 노치, 및 보스(boss) 등을 포함할 수 있다.
따라서, 하우징(10)은 임의의 종래 형상을 가질 수 있고 공지된 성형법에 기초하여 캐리어에 형성된 임의의 개수의 종래의 형상을 포함할 수 있다. 또한, 알려진 바와 같이, 하우징(10)은 하우징(10) 안으로 인서트 성형된 다양한 특징부를 포함할 수 있다. 폭넓은 가능한 기하학적 형상은 물론, 내부 표면(21) 및 외부 표면(22)의 이러한 차이점은 후술되는 다른 실시예들에 제공될 수 있지만 상이한 형상으로 하우징을 형성하는 것이 알려져 있기 때문에, 간결성의 목적으로 상이한 형상은 더 이상 설명되지 않을 것이다.
내부 표면(21)상에 플렉스 필름(70)이 배치되며, 플렉스 필름은 예컨대 하나의 플라스틱 재료 또는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) PEN(폴리에틸렌 나프탈레이트), PC(폴리카보네이트), ABS(아크릴니트릴 부타디엔 스티렌) 및 PI(폴리이미드)와 같은 플라스틱 재료의 혼합물(비제한적임)의 플라스틱 재료의 필름과 같은 소정의 재료로 형성될 수 있다. 플렉스 필름(70)을 형성하는데 사용되는 재료는 일단 플렉스 필름(70)이 3D 형상으로 성형되면 그 형상을 유지하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 플렉스 필름(70)은 먼저 형성되고 다음으로 인-몰드 라벨링(IML)과 같은 종래의 몰딩 공정을 사용하여 캐리어(20) 안으로 일체화될 수 있다. 따라서, 플렉스 필름(70)은 일체화 전에 3D 형상을 가지며 일단 캐리어(20)에 일체화되면 라미네이트형 구성으로 캐리어(20) 및 플렉스 필름(70)을 포함하는 하우징(10)을 제공할 수 있다. 필름의 두께는 50㎛ 내지 500㎛ 사이, 바람직하게는 75㎛ 내지 375㎛ 사이, 가장 바람직하게는 125㎛ 내지 250㎛ 사이이다.
플렉스 필름(70)상에 배치된 것은 도시된 바와 같이 본체(55) 및 접촉부(51, 52, 53)를 각각 갖는 제1 안테나(50a), 제2 안테나(50b) 및 제3 안테나(50c)를포함하는 안테나 배열체(50)이다. 이해될 수 있는 바와 같이, 특정 안테나 설계는 단일 피드 설계[그로 인해 단일 접촉부(53)를 필요로 함]를 포함할 수 있고, 다른 안테나 설계는 이중 피드 설계 및 접촉부(51)를 포함할 수 있다. 또한 이해될 수 있듯이, 안테나 배열체(50)의 각각의 안테나에 대한 본체(55)의 형상은 안테나의 목적하는 용도에 따를 것이다. 안테나 배열체(50)는 단일 안테나를 포함할 수 있겠으나, 4개 또는 그 이상의 안테나와 같은 더 많은 수의 안테나를 또한 포함할 수 있다.
안테나들 중 하나가 가질 수 있는 하나의 특징은 만곡부 및/또는 코너 주위에 형성된 안테나이다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 안테나(50b)는 만곡부에 형성된 전이부(58)를 포함한다. 그러나 이해될 수 있는 바와 같이, 내부 표면(21)의 대부분은 적어도 약간 만곡된 표면을 가지며, 그로 인해 안테나(50b)의 실질적인 부분은 3D 형상이다. 안테나(50b)의 3D 형상은 허용되는 공간을 최대한 이용하면서 안테나가 하우징에 끼워지는 것을 허용한다. 전이부(58)는 안테나가 내부 표면(21)의 부분을 넘어 이어지도록 허용하며, 그렇지 않다면 종래의 안테나 형성 기술을 사용하기 어려울 수 있다.
도 1b는 캐리어(20')의 내부 표면(21')상에 배치된 안테나 배열체(50')를 구비한 플렉스 필름(70')을 포함하는 하우징(10')의 다른 실시예를 도시한다. 도 1에서와 같이, 외부 표면(22')은 매끄러우며 클래스 A 표면을 제공할 수 있고, 동시에 다수의 접촉부(51', 52', 53')가 캐리어(20')의 모서리(26')를 따라 제공된다. 따라서, 안테나 배열체(50') 및 대응하는 접촉부(51', 52', 53')에 대해 다수의 가능한 설계 변형이 가능하다. 선택된 구성은 안테나 배열체와의 어떠한 접촉을 원하는지에 따라 변할 것이다. 예를 들어, 도 1에서, 접촉부(51, 52, 53)는 포고 핀(pogo pin)과 같은 접촉부에 적합한 반면, 도 1b의 접촉부는 C 클립과 같은 클립에 적합하다. 이해될 수 있는 바와 같이, 일부 접촉부는 하나의 접촉 방법을 위해 구성될 수 있는 반면, 다른 접촉부는 다른 접촉 방법에 적합하다.
도 2 내지 도 3b 및 도 5는 플렉스 필름 및 안테나 배열체 주위에 개재된(sandwiched) 캐리어의 다중층을 구비한 실시예를 도시한다. 예를 들어, 도 2 및 도 2a는 내부 캐리어(120), 제2 캐리어(120'), 및 외부 캐리어(120")를 도시한다. 캐리어들(120, 120') 사이에 배치된 것은 (도 1 또는 도 1b에 도시된 안테나 배열체와 유사한 것일 수 있거나 하나 이상의 안테나의 몇몇 다른 소정의 구성을 가질 수 있는) 안테나 배열체를 포함하는 플렉스 필름(170)이다. 예컨대 포고 핀이 접촉부에 전기적으로 커플링되도록, 구멍(127a, 127b, 127c)은 접촉부(151, 151', 152, 153)를 노출시킨다. 도시된 바와 같이, 구멍은 내부 캐리어(120)에만 있으며 2개의 캐리어(120', 120")는 접촉부에 힘이 가해질 때 변형에 저항하기 위한 강화를 제공한다. 구멍(127a, 127b, 127c)은 접촉부 주위에서 완전히 연장하는 파라미터를 제공하는 모서리를 갖는다는 것을 또한 유의하여야 한다. 필요하지 않더라도, 파라미터 모서리는 구멍내에 배치된 접촉부와 결합하도록 구성된 대응 요소의 위치설정을 보조하는데 사용될 수 있다. 또한, 이해될 수 있는 바와 같이, 구멍은 단일 접촉부 또는 다중 접촉부를 수용할 수 있다.
하우징을 지지하기 위해, 내부 캐리어(120)는 체결구를 수용하는데 사용될 수 있는 보스(129a, 129b)를 더 포함한다. 따라서, 캐리어(120)의 외부 표면은 캐리어(120', 120")의 내부 표면과 실질적으로 부합하지만, 캐리어(120)의 내부 표면은 보스(129a, 129b)를 포함하고 있어, 부합하지 않는다.
도 3 내지 도 3b는 캐리어(220)와 캐리어(220') 사이에 개재된 플렉스 필름(270)을 포함하는 하우징(210)의 실시예를 도시한다. 캐리어(220)는 보스(229a, 229b)를 포함할 수 있고, 접촉부(251, 252, 253, 253')의 파라미터 주위에서 연장하는 모서리가 없고 노치 형상인 구멍(228a, 228b)을 포함할 수 있다. 구멍(228a, 228b)은 이들이 다중 접촉부에 대한 접근을 제공하며 이로써 대향 접촉부의 설계를 단순화하는 것을 보조할 수 있다는 점에서 유익하다.
도 3a로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 캐리어(220')는 투명하며 그로 인해 안테나 배열체(250)가 보여진다. 캐리어는 (완전한 투명으로부터 불투명까지) 소정의 투명도의 레벨을 가질 수 있고, (상이한 색상은 물론) 상이한 투명도의 레벨을 갖는 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 조건에서, 특정한 사람들에게 하우징의 시각적 관심을 향상시키기 위해, 안테나 패턴의 일부가 보이도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 특정한 적용례는 표준형 안테나를 사용할 수 있고, 안테나 배열체에서의 이러한 안테나의 포함은 안테나가 하우징의 최종 사용자에게 보여질 수 있는 경우 소정의 마케팅 효과를 제공할 수 있다.
도 5는 접촉부가 구멍(427a, 427b)내에 배치된 상태로 안테나 배열체를 재차 지지하는 플렉스 필름(470)을 개재하는 오버 몰드(420') 및 캐리어(420)를 구비한 실시예를 도시한다. 따라서, 캐리어의 개수는 하우징의 의도된 용도 및 구조 요구사항에 따라 변화할 수 있다. 선택사항인 보스(429)는 체결구가 하우징(410)을 다른 요소(미도시)에 고정하도록 의도되는 경우에 포함될 수 있다.
오버 몰드(420')는 임의의 소정의 플라스틱일 수 있고, 클래스 A 표면을 제공할 수 있다. 또한, 오버 몰드는 임의의 소정의 색상일 수 있고, 소정 레벨의 투명도 또는 불투명도를 가질 수 있다. 오버 몰드(320')는 캐리어(320)의 두께와 유사한 실질적인 두께를 갖는 것으로 도시되었지만, 일 실시예의 경우 오버 몰드(320')는 필름(370)의 두께와 유사한 두께와 같은 어느 정도 다른 두께를 가질 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 캐리어(320)가 하우징의 구조적 특성을 제공하는데 사용된다면, 오버 몰드(320')는 특히 강할 필요는 없는 대신에 소정의 심미적 외관을 제공하도록 구성될 수 있다. 그러나, 이해될 수 있는 바와 같이, 오버 몰드(340)는 임의의 소정의 두께일 수 있다. 따라서, 3D 플렉스 필름은 두 층 사이에 배치될 수 있다. 오버 몰드(320')는 캐리어로 사용될 수 있으며(그리고 일차적 구조 지지부를 제공), 캐리어(320)는 (체결구 등을 수용하기 위한 도시된 보스를 포함하는) 강화층일 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 4 내지 도 4b는 캐리어(320, 320')상에 각각 일체화된 2개의 플렉스 필름(370, 370')을 구비한 실시예를 도시한다. 플렉스 필름(370)은 안테나 배열체(350)를 지지하는 반면, 플렉스 필름(370')은 클래스 A 표면을 제공할 수 있다. 클래스 A 표면을 제공하기 위해 플렉스 필름(370')을 사용하는 장점은 그렇지 않은 경우 클래스 A 표면을 제공하는데 사용하기 어려운 재료의 사용을 허용할 수 있다는 점이다. 추가로, 라벨은 그렇지 않은 경우 수용가능한 내구성을 제공하는 방식으로 캐리어(320')상에 포함되기 극히 어려울 수 있는 도안(graphic)을 제공할 수 있다. 따라서, 도시된 다양한 구성을 단독으로 또는 조합하여 사용함으로써, 하우징 구조물에서의 폭넓은 가능한 변화가 가능하다. 희망하는 경우, 상이한 박막 필름이 상이한 안테나를 제공할 수 있고 박막 필름은 일측에서 안테나를 그리고 타측에서 라벨을 가질수 있다는 것을 또한 유의하여야 한다. 따라서, 플렉스 필름(370)은 안테나를 포함하는 것으로 도시되어 있지만, 특정 실시예의 경우 플렉스 필름(370')은 [플렉스 필름(370)내의 임의의 안테나 대신 또는 그 이외에] 하나 이상의 안테나를 포함할 수 있다. 따라서, 도시된 구조는 하우징 구조를 설계하는데 있어서 실질적인 유연성을 제공한다.
하우징은 이동 장치에 사용되기에 적합할 수 있는 것으로 도시되었더라도, 하우징은 임의의 소정의 형상을 취할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 추가로, 다른 곳에서 지적한 바와 같이, 본원에 개시된 특징부들은 넓은 범위의 적용례에 적합하다.
앞서 지적한 바와 같이, 상당한 범위의 하우징 구조가 가능하다. 이해될 수 있는 바와 같이, 유연성은 3D 플렉스 필름이 형성되는 방법에 의해 촉진된다. 도 6을 살피면서, 3D 플렉스 필름을 형성하기 위한 방법이 설명된다.
먼저, 단계(600)에서, 안테나 레이아웃이 결정된다. 이는 통상적으로 하우징의 의도된 3D 형상을 취하는 단계 및 안테나 배열체가 어떻게 하우징에 위치되어야 하는지를 결정하는 단계를 수반한다. 이 단계에서 해결될 수 있는 양태는, 안테나 배열체의 소정의 형상 및 크기는 물론 안테나 배열체의 의도된 작동 주파수와 함께 접촉부에 대한 전기 접촉이 어떻게 제공될 것인지 결정하는 단계를 포함한다. 모델링 소프트웨어는 수용가능한 안테나 성능을 제공하는 레이아웃을 결정하는데 사용될 수 있다.
3차원 표면 형상이 단계(610)에서 결정되면, 3차원 형상은 성형 공정에 의한 필름의 국부적 신장을 고려하여 2차원 형상으로 매핑(mapping)된다. 이러한 역변환 공정은 잘 알려진 2D / 3D 측정 및 평가 방법과 조합하여 그리드-프린트 또는 안테나-프린트 필름으로 실험적 반복에 의해 미세 조정되어야 하는 미세한 정확도를 달성하기 위한 시뮬레이션 또는 유한요소법과 같은 다수의 공지된 기술을 사용하여 달성될 수 있다.
다음으로, 단계(620)에서, 박막 필름이 제공된다. 박막 필름의 크기는 안테나의 의도된 크기를 덮을 정도로 충분히 커야한다. 박막 필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리이미드(PI)와 같은 플라스틱의 혼합물을 포함하는 임의의 소정의 재료일 수 있다. 박막 필름은 클래스 A 표면을 하나, 또는 2개 갖거나 전혀 갖지 않을 수 있다. 필름은 마모 또는 마멸에 대한 보호를 제공하거나 특정한 촉각적 느낌을 제공하는 일측상에 도포된 형성가능한 코팅을 이미 가질 수 있다. 필름은 투명 또는 불투명 / 컬러일 수 있다. 컬러란 필름이 그 자체로 색상을 가질 수 있거나 또는 적어도 채색된 층이 필름상에 적층될 수 있음을 의미한다.
다음으로, 단계(630)에서, 2D 안테나 패턴이 필름상에 인쇄된다. 가능한 인쇄 기술은 다른 잘 알려진 인쇄 방법은 물론 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 플렉소 인쇄, 인그레이빙 인쇄, 패드 인쇄, 로터리 인쇄, 잉크젯 인쇄를 포함하며, 스크린 인쇄가 바람직한 방법이다. 패턴은 금속 기반(은, 구리, 금, 알루미늄, 이러한 원소들의 합금 및/또는 혼합물, 이러한 원소들의 나노 입자, 합금 그 자체)의 인쇄가능한 페이스트 및/또는 잉크 또는 본질적으로 전도성 폴리머[예컨대, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌설포네이트)(PEDOT:PSS)] 기반의 인쇄가능한 페이스트 및/또는 잉크 또는 투명 전도성 산화물[예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물] 기반의 인쇄가능한 페이스트 및/또는 잉크 또는 단일 월렛(wallet) 탄소 나노튜브 또는 다중 월렛 탄소 나노튜브 또는 그래핀(graphene) 기반의 인쇄가능한 페이스트 또는 잉크인 전기 전도성 재료일 수 있다. 전기 전도성 재료는 104 Siemens/meter(S/m) 내지 6.3 x 107 S/m, 바람직하게는 105 S/m 내지 6.3 x 107 S/m, 가장 바람직하게는 106 S/m 내지 6.3 x 107 S/m 사이의 비전도계수(specific conductivity)를 가질 수 있다. 바람직한 전기 전도성 재료는 듀퐁 5064 은 전도체(DUPONT 5064 Silver Conductor)이다. 잉크 인쇄에 이어, 2D 안테나 패턴의 부식 보호를 위한 분리(isolating) 및 변형 가능한 커버 코팅이 사용될 수 있다. 커버 코팅이 제공되는 경우, 안테나를 하우징 내의 전자장치에 전기적으로 연결하기 위한 영역은 도포되지 않고 남아있을 수 있다. 중첩 보호를 제공하기 위해, 커버 코팅을 위한 레이아웃은 안테나 패턴보다 클 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 분리 커버 코팅은 또한 듀퐁(DUPONT) 5018 또는 프뢸 HTR(PROELL HTR) 등과 같은 인쇄가능한 페이스트 및/또는 잉크일 수 있으며, 이것으로 제한되지 않는다.
안테나 형상(그리고 필요한 경우, 커버 코팅)은 박막 필름상에 연결되고, 박막 필름은 단계(640)에서 소정의 3-D 형상으로 형성될 수 있다. 이는 박막 필름을 소정의 3D 형상으로 경화시키는데 충분한 열 및/또는 압력을 수반하는 종래의 3D 형성 기술을 통해 달성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 구조물의 소정의 3D 형상은 물론 하우징의 소정의 3D 형상으로 안테나 구조물을 인쇄하는, 미국특허 5,108,539호로부터 알려진 고압 성형법(HPF) 또는 열성형법 또는 2D 플라스틱 필름의 2가지 방법의 조합이 있다. 물론, HPF 및 열성형 또는 다른 잘 알려진 3D 성형 기술의 조합이 또한 사용될 수 있다.
예를 들어, PC-베이폴(PC-Bayfol)과 같은 PC 필름이 사용될 때 성형 공정을 위한 파라미터의 하나의 가능한 설정은,
필름의 온도: 110 내지 230℃, 바람직하게는 110 내지 180℃,
성형 공구의 온도: 60 내지 170℃, 바람직하게는 60 내지 140℃,
인가 압력: 80 bar 내지 200 bar.
이러한 파라미터들로 5 내지 20초의 사이클 시간이 달성될 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자에게 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, PC 이외의 다른 재료가 사용된다면 필름의 온도 및 성형 공구의 온도는 필름의 유리 전이 온도 및 연화 온도에 따라 조절되어야 할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 인가 압력 및 사이클 시간은 전술한 한계 내에서 유지될 수 있다. 이 방법에 의해, 도 7에 도시된 3D 플렉스 필름의 기하학적 형상을 갖는 3D 형상이 달성될 수 있다.
모서리에서의 반경(R): 0.2 내지 40 mm, 바람직하게는 0.3 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
성형 높이(h): 0 내지 20 mm, 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
드래프트 각도(a): 0 내지 90°, 바람직하게는 1 내지 5°, 가장 바람직하게는 2 내지 3°.
성형 공정이 3D 성형 공정이라는 사실로 인해, 전술한 파라미터들은 이중 굽힘 모서리로 또한 호칭될 수 있는 코너들에 대해 유효하다.
커버 코팅은 물론, 페이스트 및 잉크는 열(예컨대, 오븐), 적외선 또는 마이크로파 기반의 방법을 사용하여 경화될 수 있다. 열적으로 경화가능한 경우, 이들은 솔벤트 또는 물은 물론 폴리머 바인더를 함유할 수 있다. 잉크가 UV 경화가능한 경우, 잉크는 연속 또는 펄스화된 UV 조사(irradiation)에 의해 경화될 수 있다. 3D 형상을 성형하는 공정은 페이스트 또는 잉크를 경화하는데 또한 사용될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 일 실시예에서, 안테나상의 잉크는 먼저 부분적으로 경화될 수 있고, 그 다음 나머지 부분이 경화되기 전에 소정의 3D 형상으로 성형될 수 있다.
사용되는 페이스트 또는 잉크에 따라, 바람직하게는 20℃ 내지 250℃ 사이, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 180℃ 사이, 가장 바람직하게는 120℃ 내지 150℃ 사이의 승온 상태에서, 그리고 바람직하게는 1 bar 내지 1000 bar 사이, 더욱 바람직하게는 20 bar 내지 200 bar 사이, 가장 바람직하게는 50 bar 내지 100 bar 사이의 승압 상태에서 인쇄된 플라스틱 필름을 가압함으로써 2D 안테나 패턴의 전기 전도성을 증가시키는 것이 가능하다.
인쇄된 안테나 패턴은 접촉부를 포함하며 대체로 송신기/수신기와 전기적으로 통신하도록 구성된다. 안테나 접촉부와 접촉을 위한 종래의 방법은 포고 핀 및/또는 클립을 포함할 수 있다. 안테나 접촉부와 대응 연결 접촉부 사이의 전기 접촉을 개선하기 위해, 접촉 영역이 낮은 표면 거칠기(roughness)를 갖고 양호한 전도성을 제공하도록 표면층은 안테나 접촉 영역에 걸쳐 제공될 수 있다. 전도성 표면층은 탄소, 탄소 나노튜브, 그래핀, 구리, 은, 금, 이 원소들의 합금 또는 혼합물, 이 원소들의 나노 입자 또는 이들의 합금에 기초한 인쇄가능한 페이스트 및/또는 잉크일 수 있다. 이러한 페이스트 및 잉크는 열 오븐 기반의 방법, 적외선 기반의 방법, 마이크로파 기반의 방법 또는 UV 기반의 방법을 사용하여 경화될 수 있다. 가능한 인쇄 기술은 다른 잘 알려진 인쇄 방법은 물론 스크린 인쇄, 그라비어 인쇄, 플렉소 인쇄, 인그레이빙 인쇄, 패드 인쇄, 로터리 인쇄, 잉크젯 인쇄를 포함한다.
일단 3D 플렉스 필름이 형성되면, 이는 캐리어와 일체화될 수 있다. 일 실시예에서, 3D 플렉스 필름은 단일의 일체형 부분이 제공되도록 인-몰드 라벨링(IML)을 사용하여 캐리어의 일부로 형성될 수 있다. 3D 플렉스 필름은 인서트 몰딩에 의해 캐리어 안으로 또한 일체화될 수 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 3D 플렉스 필름이 클래스 A 표면을 포함한다면 이는 캐리어의 외부 표면상에 있도록 일체화될 수 있다. 대안적으로, 3D 플렉스 필름이 클래스 A 표면을 포함하지 않는다면, 이는 캐리어층과 다른 층 사이에, 또는 캐리어의 내부 표면상에 배치될 수 있다.
3D 플렉스 필름은 특정 부분에 라벨을 포함하고 동시에 다른 부분들에서는 라벨을 생략할 수 있고, 다중층을 더 포함할 수 있다. 따라서, 3D 플렉스 필름은 특정 표면상에서 균일한 외관을 제공할 필요가 없고 본질적으로 적층형일 수 있다. 예를 들어, 필요한 경우, 전자형광층 또는 화상이 3D 플렉스 필름의 일부에 제공될 수 있다. 따라서, 하나 이상의 라벨은 하나 이상의 라벨이 3D 플렉스 필름의 전부에 걸쳐 또는 일부에서만 연장하도록 배치될 수 있다. 또한, 특정 영역은 전도성 접착제의 사용에 의해 부착된 패드를 포함할 수 있다.
IML은 캐리어에 3D 플렉스 필름을 일체화하는 한 가지 방법으로 생각될 수 있지만, 일 실시예에서 3D 플렉스 필름은 다른 종래의 조립 방법(접착제, 초음파 용접, 스냅 끼워맞춤, 열 적층 또는 다른 연결 방법)을 사용하여 일체화될 수 있다는 것을 또한 유의하여야 한다. 종래의 조립 방법은 3d 플렉스 필름이 다중층을 가질 때 더욱 바람직할 수 있다(예컨대, 3D 플렉스 필름이 2개의 층을 갖는다면, 하나의 층은 클래스 A 표면을 구현하기 위해 외부에 위치되고 다른 한 층은 안테나 패턴을 보유하기 위해 내부에 위치됨).
이해될 수 있는 바와 같이, 제조 공정의 변화가 가능하다. 예를 들어, 예컨대 2 샷 몰딩 공정 및 툴링(tooling)을 사용하는 하나의 오버 몰딩 단계 및 하나의 인서트 몰딩 단계의 2개의 몰딩 공정이 사용될 수 있다. 3D 플렉스 필름은 제1 단계에서 캐리어와 일체화되기 위해 인서트 몰딩될 수 있고, 그 다음 제2 단계에서 다른 층으로 오버 몰딩될 수 있다. 접촉 영역과 같은 특정 영역은 제1 공정 단계 동안 플라스틱에 의해 도포되는 것을 피할 수 있다. 필름은 특히 접촉 영역에서 외부로부터의 제2 주입된 플라스틱 재료에 의해 지지될 수 있다. 이는 포고 핀으로부터의 힘이 저항될 필요가 있는 상황에서 이로운 보강을 제공하는데 보조할 수 있다.
전술한 바와 같이, 캐리어는 플라스틱 및 함께 커플링된 금속 구조물을 포함하는 복합 재료일 수 있다. 대안적으로, 캐리어는 전체가 플라스틱으로 제조될 수 있다. 따라서, 논의된 특징들은 임의의 바람직한 하우징으로 사용될 수 있다.
본 발명은 그의 바람직하고 예시적인 실시예의 관점에서 설명되었다. 본 명세서를 살펴봄으로써, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 많은 다른 실시예, 개조물 및 변형물은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명해질 것이다.

Claims (24)

  1. 내부 표면 및 외부 표면을 구비한 캐리어와,
    내부 표면 및 외부 표면 중 하나에 대응하도록 형성된 박막 필름과,
    박막 필름상에 잉크 도포된 안테나 배열체를 포함하며,
    박막 필름 및 안테나 배열체는 대응 표면상에서 캐리어와 일체화되는 3차원(3D) 플렉스 필름을 형성하는
    하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은 캐리어의 내부 표면 및 외부 표면 중 하나로 성형 또는 부착되는
    하우징.
  3. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은 캐리어의 외부 표면상에 배치되고, 하우징은 3D 플렉스 필름을 덮는 오버 몰드를 더 포함하는
    하우징.
  4. 제3항에 있어서,
    안테나는 접촉부를 포함하며, 캐리어는 내부 표면과 외부 표면 사이에서 연장하는 구멍을 포함하고, 접촉부는 구멍에 배치되는
    하우징.
  5. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은 이중 굽힘부를 포함하고 캐리어의 코너 주위에서 연장하는
    하우징.
  6. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은 3D 플렉스 필름 전체에 걸쳐 연장하지 않는 적어도 하나의 라벨을 포함하는
    하우징.
  7. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은 적어도 2개의 층을 포함하는
    하우징.
  8. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은
    모서리에서의 반경(R): 0.2 내지 40 mm, 바람직하게는 0.3 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
    성형 높이(h): 0 내지 20 mm, 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
    드래프트 각도(a): 0 내지 90°, 바람직하게는 1 내지 5°, 가장 바람직하게는 2 내지 3°의 기하하적 형상을 갖는
    하우징.
  9. 제1항에 있어서,
    3D 플렉스 필름은
    코너에서의 반경(R): 0.2 내지 40 mm, 바람직하게는 0.3 내지 10 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
    성형 높이(h): 0 내지 20 mm, 바람직하게는 0.5 내지 5 mm, 가장 바람직하게는 1 내지 3 mm,
    드래프트 각도(a): 0 내지 90°, 바람직하게는 1 내지 5°, 가장 바람직하게는 2 내지 3°의 기하하적 형상을 갖는
    하우징.
  10. 제1항에 있어서,
    안테나(들)의 주파수 범위는 13 MHz 내지 14 MHz 사이인
    하우징.
  11. 제1항에 있어서,
    안테나(들)의 주파수 범위는 76 MHz 내지 239.2 MHz 사이인
    하우징.
  12. 제1항에 있어서,
    안테나(들)의 주파수 범위는 470 MHz 내지 796 MHz 사이인
    하우징.
  13. 제1항에 있어서,
    안테나(들)의 주파수 범위는 698 MHz 내지 2690 MHz 사이, 더욱 바람직하게는 880 MHz 내지 2690 MHz 사이인
    하우징.
  14. 제1항에 있어서,
    안테나(들)의 주파수 범위는 3.1 GHz 내지 10.6 GHz 사이인
    하우징.
  15. 박막 필름상에 2차원 안테나 패턴을 인쇄하는 단계와,
    박막 필름을 3차원(3D) 플렉스 필름으로 성형하는 단계와,
    3D 플렉스 필름을 캐리어의 내부 표면 및 외부 표면 중 하나와 일체화하는 단계를 포함하는
    방법.
  16. 제15항에 있어서,
    성형 단계는 HPF 또는 열성형, 또는 HPF 및 열성형의 조합에 의해 실시되는
    방법.
  17. 제16항에 있어서,
    성형 단계는
    필름의 온도: 110 내지 230℃, 바람직하게는 110 내지 180℃,
    성형 공구의 온도: 60 내지 170℃, 바람직하게는 60 내지 140℃인 파라미터를 포함하는
    방법.
  18. 제16항에 있어서,
    성형 단계 동안의 인가 압력은 80 내지 200 bar 사이인
    방법.
  19. 제16항에 있어서,
    성형 단계의 사이클 시간은 5 내지 20초 사이인
    방법.
  20. 제15항에 있어서,
    2D 안테나 패턴의 전기 전도도는 바람직하게는 20℃ 내지 250℃, 더욱 바람직하게는 100℃ 내지 180℃, 가장 바람직하게는 120℃ 내지 150℃의 승온 상태, 및 바람직하게는 1 bar 내지 1000bar, 더욱 바람직하게는 20 bar 내지 200 bar, 가장 바람직하게는 50 bar 내지 100 bar의 승압 상태에서 인쇄된 플라스틱 필름의 가압에 의해 증가되는
    방법.
  21. 제15항에 있어서,
    일체화 단계는 3D 플렉스 필름을 내부 표면 및 외부 표면 중 하나에 몰딩하는 단계를 포함하는
    방법.
  22. 제15항에 있어서,
    2차원 패턴의 배치 단계는 소정의 3차원 패턴을 기초로 2차원 패턴을 결정하는 단계를 포함하는
    방법.
  23. 제15항에 있어서,
    인쇄 단계는 스크린 인쇄를 포함하는
    방법.
  24. 통상적인 비이동성 전자 장치 또는 통상적인 전자식 이동 장치, 특히 이동 전화, PDA, 휴대용 게임 시스템, 게임 콘솔, 노트북, 랩톱, 넷북, 원격 제어 시스템 또는 블루투스 장치 또는 무선 네트워크와 같은 다른 통신 시스템을 위한 제1항의 하우징 또는 제13항의 방법에 얻어질 수 있는 것의 하우징의 사용.
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