KR20130122452A - 무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 이를 이용한 무선충전 디바이스 - Google Patents

무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 이를 이용한 무선충전 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 되는 박막형상의 자성층(11)과; 상기 자성층의 표면에 접착제의 개재 없이 직접 적층되는 라디에이터용 박막 코일(12);을 포함하여 구성되는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름(10), 그 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 본 자성필름(10)은 이에 대응하는 기존의 자성층/라디에이터 코일체 어셈블리에 비해 두께가 훨씬 얇고, 자성층과 라디에이터 사이에 접착층 또는 공기층 등이 없으므로 충전 시 필요한 투자율을 높일 수 있고, 손실율을 낮출 수 있으며, 높은 충전효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 밴드폭과 이득율을 높일 수 있어 특히 슬림화를 추구하는 무선충전 제품에 매우 유용하게 적용할 수 있다.

Description

무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 이를 이용한 무선충전 디바이스 {Magnetic sheet and Fabricating method of the same, Electric device for wireless charging using the same}
본 발명은 무선충전 디바이스에 적용되는 무선충전 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름, 그 제조방법 및 용도에 관한 것이다.
휴대폰, 개인휴대장치(PDA), 팜탑(Palm-top) 컴퓨터, 인터넷폰 등과 같은 휴대용 정보통신 및 연산 디바이스는 충전 배터리를 에너지원으로 사용하기 때문에 배터리 충전기가 반드시 필요하다.
현재 상용되고 있는 데스크탑 및 휴대용 충전기는 배터리와 충전기를 전기적으로 접촉시키는 접촉형 충전 방식을 채택하고 있다. 그런데 접촉형 충전기는 해결해야 할 여러 가지 문제를 안고 있다.
예를 들어 접촉 불량으로 인한 충전 불량 및 배터리 수명 단축 문제를 해결해야 한다. 충전기나 통신기기가 습기와 먼지에 노출되어 있을 경우 시스템의 성능을 저하시키는 문제를 해결해야 한다. 외부에 노출되어 있는 충전용 금속단자가 사용자의 의복과 접촉할 때 발생하는 정전기로 인해 통신기기의 오동작이 발생하여 제품의 신뢰성이 저하되는 문제를 해결해야 한다.
이러한 문제점들을 해소하기 위해 전기적 접촉 없이 자기 결합을 이용하여 배터리를 충전하는 무선 충전 방식을 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
현재의 무선충전기술은 해당 주파수에 따른(자기공진형 : 100~200kHz / 자기유도형 : 200~300kHz, 6.78MHz)투자율 및 손실율의 값을 만족하기 위해, 자성체 층의 두께 및 금속 코일체의 두께, 감은 수 등이 무선 충전용 자성체 파트(자성체/금속코일체 어셈블리)의 주요 인자가 된다.
종래, 무선 충전용 자성체 파트는 도 1에 예시하는 바와 같이 페라이트(Ferrite) 소결체, 페라이트(Ferrite) 복합체, 센더스트(Sendust) 소결체, 센더스트(sendust) 복합체 등으로 되는 자성체 층과, 상기 자성체 층 위에 올려지는 접착층과, 상기 접착층 위에 올려져 라디에이터 역할을 하는 금속 코일체가 적층된 구조로 구성되어 있다.
이와 같은 기존의 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성체 파트는 자성체 층과 금속 코일체 사이에 위치하는 접착층 또는 접착층과 공기층은 투자율 향상의 장애, 손실율 저하의 장애, 충전효율 상승의 장애로 작용하며, 적층구조상 무선충전소자 슬림 설계의 장애로 작용하고 있다.
따라서 본 발명의 한 목적은 상기한 선행기술의 제반 문제점을 감안하여 충전 시 필요한 투자율(μ)을 높일수 있고, 손실율을 낮출수 있으며, 높은 충전효율(Q)을 얻을 수 있는 무선 충전용 자성체 파트를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또한 목적은 무선충전소자의 슬림화 설계를 가능하게 하는 무선 충전용 자성체 파트를 제공하는 데에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명자의 연구에서 자성체 분말과 바인더 수지로 되는 필름상의 자성층 위에 직접 라디에이터 기능을 하는 박막 코일을 적층하면, 자성층과 라디에이터 사이에 접착층 또는 공기층 등이 없으므로, 충전 시 필요한 투자율(μ)을 높일수 있고, 손실율을 낮출수 있으며, 높은 충전효율(Q)을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 밴드폭(Bandwidth)과 이득율(Gain)을 높일 수 있고, 두께를 대폭으로 줄일 수 있어 무선충전소자의 슬림 설계에 매우 유용하게 적용할 수 있으며, 또한 재료 및 공정비용을 낮출 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 안출하게 된 것이다.
상기한 목적을 달성한 본 발명에 의하면
자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 되는 박막형상의 자성층과;
상기 자성층의 표면에 접착제의 개재 없이 직접 적층되는 라디에이터용 박막 코일;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 자성체 분말이 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 원소 또는 2종 이상 원소 조합의 합금, 또는 페라이트로 되는 분말인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 자성체 분말의 입도가 3nm ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 바인더 수지가 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 자성층 조성물에서 상기 자성분말 대 상기 바인더 배합비가 중량비로 10:90 ~ 95:5인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면 상기 자성층 조성물은 상기 바인더 수지에 통상적으로 배합되는 통상의 첨가제를 조성물의 전체 중량에 대하여 2중량% 미만으로 함유하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면, 상기 금속 박막 코일이 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 원소 또는 2종 이상 원소 조합의 합금으로 되는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면, 상기 금속 박막 코일의 두께가 5㎛~1mm인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
바람직하게 본 발명에 의하면, 상기 금속 박막 코일의 피치(pitch)가 5~500㎛인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이 제공된다.
상기한 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름은
자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 박막형상의 자성층을 성형하는 단계; 및
상기 자성층 위에 직접 박막 코일을 형성하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조할 수 있다.
상기한 방법에서 박막 형상의 자성층은 기판 위에 직접 박막을 형성하는 방법, 몰딩하여 박막을 성형하는 방법으로 형성할 수 있다.
상기한 방법에서 금속 박막 코일은 자성층 위에 직접 금속을 도금하고 마스킹한 후 에칭하는 방법, 자성층 위에 직접 금속을 실크스크린 하는 방법, 자성층 위에 직접 금속을 패턴 코팅하는 방법, 자성층 위에 직접 금속을 스퍼터링하는 방법으로 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 상기한 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름을 구비하는 무선 충전 디바이스가 제공된다.
기존 자성층/라디에이터 코일체 어셈블리에 대응하는 본 발명의 자성필름(10)은 기존의 상기한 어셈블리에 비해 두께가 훨씬 얇고, 자성층과 라디에이터 사이에 접착층 또는 공기층 등이 없으므로 충전 시 필요한 투자율을 높일 수 있고, 손실율을 낮출 수 있으며, 높은 충전효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 밴드폭과 이득율을 높일 수 있어 특히 슬림화를 추구하는 무선충전제품에 매우 유용하게 적용할 수 있다.
도 1은 기존의 자성층/라디에이터 코일체 어셈블리의 평면구조를 보여주는 사진,
도 2는 도 1에 나타낸 어셈블리의 적층구조를 개략적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시구현에 따르는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 평면구조를 보여주는 평면도,
도 4는 도 3에 나타낸 자성 필름의 적층구조를 개략적으로 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시구현을 예시한 첨부도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 자성필름은 기존의 자성체층/금속코일체 어셈블리를 대체하기 위한 것으로서, 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름이다.
도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이 본 발명의 자성필름(10)은
박막형상의 자성층(11)과;
상기 자성층의 표면에 접착제의 개재 없이 직접 적층되는 라디에이터용 박막 코일(12);을 포함한다.
본 발명의 자성필름(10)에 있어서, 박막형상의 자성층(11)은 자성층 조성물로 되며, 상기 자성층 조성물은 자성체 분말과 바인더 수지를 함유한다.
본 발명에서 자성층 조성물에 사용가능한 자성체 분말의 예로는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 망간(Mn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 바륨(Ba), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 스트론튬(Sr), 납(P), 붕소(B), 질소(N), 탄소(C), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 비스무트(Bi), 리튬(Li), 이트륨(Y) 및 카드뮴(Cd)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 원소 또는 2종 이상 원소 조합의 합금, 또는 페라이트 등으로 되는 분말이 있다.
본 발명의 자성층 조성물에 있어서, 바인더 수지는 자성체 분말과 균질하게 혼합할 수 있고, 자성체 조성물의 박막성형을 가능하게 할 수 있는 성질을 갖는 바인더이면 특별히 제한되지 않는다. 그 예로는 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리이미드계 수지 등이 있으며, 이러한 수지는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
바람직하게 상기 자성체 분말의 입도는 3nm ~ 50㎛이다. 자성체 분말의 입도가 상기 범위의 하한에 못 미치면 바인더 수지와 균일하게 혼합하는 것이 어려워 자성층상에서 자성체 분말의 불균일한 분포 문제를 초래할 수 있으며, 상기 범위의 상한을 초과하면 자성층의 박막화에 다소 어려움이 있어 상기한 범위 내에서 자성체 분말의 입도를 선정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르는 자성층 조성물에서 자성체 분말 대 상기 바인더 수지의 배합비는 중량비로 10:90 ~ 95:5인 것이 바람직하다. 본 자성층 조성물중 자성체 분말의 배합비가 너무 많으면 필름의 물성이 다소 미흡하고, 자성체 분말의 배합비가 너무 적으면 무선충전성능의 저하를 초래할 수 있으므로 상기한 범위 내의 비율로 자성체 분말과 바인더 수지를 배합하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 자성층 조성물에는 바인더 수지에 통상적으로 배합되는 통상의 첨가제를 배합할 수 있으며, 이러한 첨가제를 배합하는 경우 그 함량은 조성물의 전체 중량에 대하여 2중량% 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이러한 첨가제의 예로는 실란커플링제, 소포제, 가교제 등이 있다.
본 발명의 자성 필름(10)에 있어서, 박막 형상의 자성층(11) 위에 직접 적층되는 금속 박막 코일(12)은 라디에이터 기능을 하는 것으로서, 그 소재 금속의 예로는 Ag, Au, Cu 및 Al 등이 있으며, 이러한 금속은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 원소 조합의 합금으로 사용할 수도 있다.
바람직하게 상기 금속 박막 코일(12)은 5㎛~1mm의 두께를 가지며, 5~500㎛의 피치(pitch)를 갖는다. 이러한 형상의 금속 박막 코일(12)은 박막 형상의 자성층(11) 위에 직접 금속을 도금(plating)하고 마스킹한 후 식각(etching)하는 방법, 실크스크린(silk screen)하는 방법, 패턴코팅(pattern coating)하는 방법, 스퍼터링(sputtering)하는 방법 등을 이용하여 적층, 형성할 수 있다.
이하, 본 발명에 따르는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름(10)의 제조에 대하여 바람직한 실시구현의 방법으로 설명하기로 한다.
예를 들어 본 발명의 자성필름(10)은 자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 박막형상의 자성층(11)을 성형한 후, 상기 자성층(11) 위에 직접 금속 박막 코일(12)을 형성하여 제조할 수 있다.
박막 형상의 자성층(11) 성형에는 당 분야에 잘 알려진 기판 위에 직접 박막을 형성하는 방법, 몰딩하여 박막을 성형하는 방법 등을 이용할 수 있다.
기판 위에 직접 박막 형성 방법의 예로는 자성층 조성물을 기판 위에 레이저 증착(Laser vapor deposition, LVD), 물리적 증착(physical vapor deposition, PVD), 화학적 증착 (chemical vapor deposition, PVD) 등으로 증착하여 박막을 형성하는 방법이 있다.
몰딩에 의한 박막 성형 방법의 예로는 자성층 조성물의 사출, 압출, 캐스팅, 블로우 몰딩 등에 의한 박막 성형이 있다.
금속 박막 코일(12)의 형성에는 예를 들어
자성층(11)에 금속을 도금하고 소망하는 코일 패턴으로 마스킹한 후 에칭하는 방법, 자성층(11) 위에 직접 금속을 소망하는 코일 패턴으로 실크스크린 하는 방법, 자성층(11) 위에 직접 금속을 소망하는 코일 패턴으로 패턴 코팅하는 방법, 자성층(11) 위에 직접 금속을 소망하는 코일 패턴으로 스퍼터링하는 방법 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 따라 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름(10)은 다양한 무선충전제품에 적용될 수 있다. 기존 자성층/라디에이터 코일체 어셈블리에 비해 본 발명의 자성필름(10)은 두께가 훨씬 얇고, 자성층과 라디에이터 사이에 접착층 또는 공기층 등이 없으므로 충전 시 필요한 투자율을 높일 수 있고, 손실율을 낮출 수 있으며, 높은 충전효율을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 밴드폭과 이득율을 높일 수 있어 특히 슬림화를 추구하는 무선충전제품에 매우 유용하게 적용할 수 있다.
10: 자성 필름
11: 자성층
12: 금속 박막 코일

Claims (17)

  1. 자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 되는 박막형상의 자성층과;
    상기 자성층의 표면에 접착제의 개재 없이 직접 적층되는 라디에이터용 박막 코일;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 자성체 분말이 Fe, Ni, Co, Mn, Al, Zn, Cu, Ba, Ti, Sn, Sr, P, B, N, C, W, Cr, Bi, Li, Y 및 Cd로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 원소 또는 2종 이상 원소 조합의 합금, 또는 페라이트로 되는 분말인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 자성체 분말의 입도가 3nm ~ 50㎛인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 바인더 수지가 폴리비닐알코올계 수지, 실리콘계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴레이트계 수지, 우레탄계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리이미드계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층 조성물에서 상기 자성분말 대 상기 바인더 배합비가 중량비로 10:90 ~ 95:5인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자성층 조성물은 상기 바인더 수지에 통상적으로 배합되는 통상의 첨가제를 조성물의 전체 중량에 대하여 2중량% 미만으로 함유하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막 코일이 Ag, Au, Cu 및 Al로 이루어진 군에서 선택되는 1종의 원소 또는 2종 이상 원소 조합의 합금으로 되는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막 코일의 두께가 5㎛~1mm인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 박막 코일의 피치(pitch)가 5~500㎛인 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름.
  10. 다음의 단계들을 포함하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법:
    자성체 분말과 바인더 수지를 함유하는 자성층 조성물로 박막형상의 자성층을 성형하는 단계; 및
    상기 자성층 위에 직접 박막 코일을 형성하는 단계.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기한 박막 형상의 자성층 성형 단계에서 상기한 자성층 조성물로 기판 위에 직접 박막형상의 자성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기한 박막 형상의 자성층 성형 단계에서 상기한 자성층 조성물을 몰딩하여 박막형상의 자성층을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서, 상기한 금속 박막 코일 형성단계에서 자성층 위에 직접 금속을 도금하고 마스킹한 후 에칭하여 금속박막 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  14. 제 10항에 있어서, 상기한 금속 박막 코일 형성단계에서 자성층 위에 직접 금속을 실크스크린하여 금속박막 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  15. 제 10항에 있어서, 상기한 금속 박막 코일 형성단계에서 자성층 위에 직접 금속을 패턴코팅하여 금속박막 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  16. 제 10항에 있어서, 상기한 금속 박막 코일 형성단계에서 자성층 위에 직접 금속을 스퍼터링하여 금속박막 코일을 형성하는 것을 특징으로 하는 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름의 제조방법.
  17. 상기 청구항 1 내지 10중 어느 한 항 기재의 무선 충전을 위한 라디에이터 기능을 갖는 자성 필름을 구비하는 무선 충전 디바이스.
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