KR20170013689A - 근거리 통신용 안테나 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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KR20170013689A
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김학관
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 안테나 모듈 효율을 향상시킬 수 있는 근거리 통신용 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈은, 다수의 자성체 시트가 적층되어 형성되는 적층체 및 각각의 상기 자성체 시트 상에 형성되는 코일 패턴을 포함하며, 상기 코일 패턴은 상기 자성체 시트의 테두리를 따라 형성된다.

Description

근거리 통신용 안테나 모듈 및 그 제조 방법{NEAR FIELD COMMUNICATION ANTENNA MODULE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 안테나 모듈 효율을 향상시킬 수 있는 근거리 통신용 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근거리 통신(Near field communication; NFC)은 13.56MHz 주파수 영역에서 10cm미만의 거리에서 사용되는 쌍방향 무선 통신 방식으로, Data 교환 및 결재 등을 위한 수단으로 주로 이용되고 있다.
근거리 통신에 이용되는 안테나 모듈은 크게 코일부와 자성체 시트부로 구성이 되어 있다. 코일부는 인쇄회로기판에 패턴 형태로 형성되며, 전기적 신호를 전자기적 신호로 변환하는 역할을 한다. 그리고 자성체 시트부는 코일부의 배면에 배치되어 반자장에 의한 인식거리 감소를 방지하는 역할을 한다.
종래의 근거리 통신에 이용되는 안테나 모듈은, 코일부와 자성체 시트부를 별도로 제조한 후, 결합하여 이용하고 있다.
한국등록특허공보 제10-1326111호
본 발명은 제조가 용이하고, 안테나 모듈 효율을 향상시킬 수 있는 근거리 통신용 안테나 모듈 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈은, 다수의 자성체 시트가 적층되어 형성되는 적층체 및 각각의 상기 자성체 시트 상에 형성되는 코일 패턴을 포함하며, 상기 코일 패턴은 상기 자성체 시트의 테두리를 따라 형성된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법은, 복수의 자성체 그린 시트를 마련하는 단계, 각각의 상기 자성체 그린 시트의 테두리를 따라 코일 패턴을 형성하는 단계, 복수의 상기 자성체 그린 시트를 적층하는 단계, 및 상기 적층된 복수의 자성체 시트를 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈은 코일 패턴을 3차원 구조로 형성한다. 따라서 연성 기판에 형성하는 종래의 NFC 안테나 모듈에 비해 크기를 최소화할 수 있다.
또한 코일 패턴을 통해 발생하는 자기장이 용이하게 대기 중으로 누설되므로, NFC 안테나 모듈의 인식 거리를 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 A-A에 다른 단면도.
도 4는 도 1의 B 방향에서 본 측면도.
도 5는 도 1에 도시된 안테나 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 도시한 단면도.
도 7은 도 6에 도시된 안테나 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있는 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 구성요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다.
또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지로의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다.
또한 도 3은 도 1의 A-A에 다른 단면도이고, 도 4는 도 1의 B 방향에서 본 측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(1)은 근거리 통신(NFC)용 안테나 모듈로, 자성체 시트(10)가 2 장 이상 적층된 적층체(11)와, 각각의 자성체 시트(10)?? 상에 내에 배치되는 코일 패턴(20)을 포함한다.
자성체 시트(10)는 자성 입자를 포함할 수 있으며, 자성 입자는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 분말 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
금속 분말 및 금속 플레이크(flake)는 이에 제한되는 것은 아니나 철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.
페라이트 분말은 니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn) 중 적어도 하나일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
자성체 시트(10)는 공지된 종래의 다양한 자성체 시트가 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 자성체 시트(10)는 페라이트(ferrite)를 함유하는 슬러리를 제조하여 그린 시트를 형성한 후, 이를 소결하는 방법을 통해 제조될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
각각의 자성체 시트(10)에는 도 3에 도시된 바와 같이 홈부(30)가 형성된다. 홈부(30)는 코일 패턴(20)이 배치되는 공간으로 코일 패턴(20)에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
코일 패턴(20)은 상에 도전성 물질로 자성체 시트(10)의 홈부 내에 도전성 물질을 인쇄함으로써 형성될 수 있다.
자성체 시트(10)의 홈부(30)에 코일 패턴(20)이 형성됨에 따라, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(1)은 코일 패턴(20)에 의한 별도의 두께가 발생하지 않는다. 예를 들어, 안테나 모듈(1)의 두께는 적층체(11)의 두께가 동일할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 홈부(30)는 자성체 시트(10)의 윤곽을 따라 형성된다. 따라서 홈부(30)는 측면이 개방되는 형태로 형성되며, 이에 따라 홈부(30)에 배치되는 코일 패턴(20)도 측면이 외부로 노출된다.
보다 구체적으로, 본 실시예에 따른 코일 패턴(20)은 자성체 시트(10)의 내부가 아닌, 테두리를 따라 배치되며, 이에 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 적층체(11)의 측면에서 자성체 시트(10)와 코일 패턴(20)은 서로 교대로 배치되는 샌드위치 형태로 형성된다.
또한, 코일 패턴(20)이 자성체 시트(10)의 테두리를 따라 측면이 노출되도록 배치됨에 따라, 자성체 시트(10)는 코일 패턴(20)이 형성하는 사각 형상의 내측 또는 코일 패턴(20)의 하부에만 위치하게 되며, 코일 패턴(20)의 외측에는 위치하지 않게 된다.
따라서, 코일 패턴(20)에 의해 자기장이 발생하는 경우, 코일 패턴(20)의 내측에 발생하는 자기장은 자성체 시트(10) 내에 형성되지만, 코일 패턴(20)의 외측에 발생하는 자기장은 자성체 시트(10)가 아닌, 대기 중으로 누설되며 형성된다.
만일 코일 패턴(20)이 자성체 시트(10)의 내측에 배치되어 코일 패턴(20)의 외측에도 자성체 시트(10)가 존재하는 경우, 코일 패턴(20)의 외측에 발생하는 자기장은 자성체 시트(10) 내에 형성된다. 따라서, 이 경우 자기장은 대부분 자성체 시트(10)를 적층한 적층체 내에 형성되므로, 자기장이 외부로 방출되기 어렵다.
반면에, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(1)은 전술한 바와 같이 코일 패턴(20)의 외측에 발생하는 자기장이 대기 중으로 누설된다. 따라서 보다 넓은 범위/크기로 자기장이 형성되며, 이에 NFC 안테나 모듈(1)의 인식 거리를 증가시킬 수 있다.
본 실시예에서는 코일 패턴(20)이 사각 형상으로 형성되는 경우를 예로 들고 있으나, 본 발명이 구성이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 원형 또는 타원형, 다각형 등 자성체 시트의 형상에 대응하여 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
또한, 본 발명은 자성체 시트(10)의 홈부(30)에 직접 코일 패턴(20)을 형성한다. 따라서 접착 부재를 이용하여 코일을 필름 상에 접합하는 종래의 방식에 비해, 안테나 모듈의 두께를 감소 시킬 수 있으며, 제조 공정도 단순화할 수 있다.
또한 본 발명의 안테나 모듈(1)은 복수 개의 자성체 시트(10)를 적층하여 형성되며, 각각의 자성체 시트(10)에 배치된 코일 패턴들(20)은 도전성 비아(50)에 의해 상호 연결된다.
따라서, 코일 패턴(20)이 하나의 평면상에서 형성되는 2차원 구조가 아닌, 3차원 구조로 형성된다.
이처럼 코일 패턴(20)을 3차원 구조로 형성하는 경우, 코일 패턴(20)의 각 턴들 크기를 동일하게 형성할 수 있으므로, 2차원 구조와 같이 코일 패턴의 조밀함으로 인해 발생하는 저항을 최소화할 수 있다.
또한 다수의 자성체 시트를 이용하므로, 자성체 시트(10)의 적층 수를 조절하여 낮은 저항을 가지면서도 강한 유도 자기장을 형성하는 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
한편, 적층체(11)의 양면 중 적어도 한 면에는 코일 패턴이 형성되지 않은 커버 시트(40)가 추가로 배치될 수 있다. 커버 시트(40)는 코일 패턴을 외부로부터 보호하기 위해 형성되며, 적층체(11)를 구성하는 자성체 시트(10)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 에폭시와 같은 절연 수지를 적층체(11)의 적어도 어느 한 면에 도포하거나, 몰딩, 또는 코팅하여 커버 시트(40)를 형성하는 것도 가능하다.
이상과 같이 구성되는 본 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈은, 자성체 시트 상에 방사체인 코일 패턴을 인쇄한 후, 이를 적층하여 코일 패턴을 3차원 구조로 형성한다. 따라서 종래의 NFC 안테나 모듈에 비해 크기를 최소화할 수 있다.
또한 코일 패턴이 형성된 자성체 시트를 적층하여 제조하므로, 코일 패턴들 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있으며, 이에 부유 용량(stray capacitance)의 편차를 최소화하여 SRF(Self resonance frequency)의 이동에 의한 특성 편차를 최소화 할 수 있다.
더하여, 방사체로 이용되는 코일 패턴이 자성체 시트를 적층한 적층체의 측면으로 노출된다. 따라서 코일 패턴을 통해 발생하는 자기장이 용이하게 대기 중으로 누설되므로, NFC 안테나 모듈의 인식 거리를 최대화할 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법은, 복수의 자성체 그린 시트를 마련하는 단계, 각각의 상기 자성체 그린 시트의 테두리를 따라 코일 패턴을 형성하는 단계, 복수의 상기 자성체 그린 시트를 적층하는 단계, 및 상기 적층된 복수의 자성체 시트를 소결하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 안테나 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도로, 이를 참조하면, 먼저 자성체 그린 시트(10)를 마련한다.
자성체 그린 시트(10)는 목적하는 특성을 이루기 위한 조성의 자성 입자를 바인더 및 성형을 위한 용매와 혼합한 후 테이프 캐스팅 공정 등을 이용하여 시트 형태로 제조할 수 있다. 그러나 자성체 그린 시트(10)의 제조 방법이 이에만 한정되는 것은 아니고 자성 입자를 소결하기 위한 핸들링이 가능한 방법이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.
자성체 그린 시트(10) 형성을 위한 페이스트는 금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 적절한 조성의 자성 입자를 바인더 수지와 혼합하고, 점도 조절을 위해 휘발성 용매를 첨가하여 마련할 수 있다.
여기서, 휘발성 용매는 톨루엔, 알코올 또는 메틸에틸케톤(MEK,Methyl Ethyl Ketone) 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
바인더는 물유리, 폴리이미드, 폴리아미드, 실리콘, 페놀 수지 및 아크릴로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
페이스트는 절연특성이 필요한 경우 세라믹 분말을 추가로 첨가할 수 있고, 세라믹 분말은 카올린, 활석 등을 포함할 수 있으며 전기 절연 특성이 있는 것이라면 한정되지 않고 사용될 수 있다.
이어서, 레이저 식각 등의 방식으로 자성체 그린 시트(10) 상에 코일 패턴(20)을 배치하기 위한 홈부(30)를 형성한다.
이어서, 코일 패턴(20)을 홈부(30) 내에 배치한다. 코일 패턴(20)을 배치하는 방법은 실크스크린 공정, 잉크젯 공정 등을 이용하거나, 플라즈마 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기한 어느 하나의 공정으로 홈부(30) 내에 전도성 페이스트와 같은 전도성 물질을 배치하고 배치된 전도성 물질을 경화시켜 도전성 코일 패턴(20)을 형성할 수 있다.
또한, 전도성 페이스트를 사용하지 않고 도금 공정을 이용하여 금속을 직접적으로 홈부(30) 내에 배치하는 것도 가능하며, 상기한 방법들 외에도 홈부(30) 내에 코일 패턴(20)을 형성할 수 있다면 방법은 특별히 제한되지 않는다.
이어서, 도전성 비아(50)를 형성한다. 도전성 비아(50)는 자성체 시트(10)를 관통하며 다른 자성체 시트(10)에 배치된 코일 패턴(20)과 전기적으로 연결된다.
이어서, 코일 패턴(20) 및 도전성 비아(50)가 형성된 복수의 자성체 시트(10)를 적층하여 적층체(11)를 형성한다. 이때, 적층체(11)에 압력을 가하여 밀도를 증가시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
이후, 적층체(11)를 최종 소결하는 공정을 거쳐 적층체(도 1의 11)를 완성한다. 또한 필요에 따라 적층체(11)의 상면, 하면 또는 양면에 코일이 형성되지 않은 커버 시트(40)를 추가로 형성할 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 안테나 모듈 제조 방법은 자성체 시트에 홈부(30)를 형성한 후, 홈부(30) 내에 코일 패턴(20)을 형성한다.
이 경우 자성체 시트(10)의 상부면과 코일 패턴(20)의 상부면은 동일한 평면상에 배치된다. 따라서 자성체 시트(10)를 적층 및 가압하는 과정에서 코일 패턴(20)에 압력이 가중되지 않고, 전체적으로 동일한 압력이 가해지므로, 각 자성체 시트(10)에 형성된 코일 패턴(20)을 사이의 간격을 균일하게 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 안테나 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 안테나 모듈(2)은 자성체 시트(10)에 홈부를 형성하지 않으며, 편평한 자성체 시트(10)의 일면 상에 코일 패턴(20)을 형성된다. 그리고 코일 패턴(20) 상부에 적층되는 다른 자성체 시트(10) 내에 매립된다.
도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 안테나 모듈의 제조 방법을 설명하면, 먼저 홈부가 없는 편평한 자성체 시트(10)의 일면 상에 코일 패턴(20)을 형성한다.
이어서, 자성체 시트(10)를 관통하는 도전성 비아(50)를 형성한 후, 코일 패턴(20) 및 도전성 비아(50)가 형성된 복수의 자성체 시트(10)를 적층하여 적층체(11)를 형성한다.
이때, 적층체(11)에 압력을 가하여 적층된 자성체 시트들(10)을 상호 밀착 시키며, 이 과정에서 코일 패턴(20)은 상부에 적층되는 다른 자성체 시트(10)에 매립된다.
이후, 적층체(11)를 최종 소결하는 공정을 거쳐 적층체(도 1의 11)를 완성한다. 또한 필요에 따라 적층체(11)의 상면, 하면 또는 양면에 코일이 형성되지 않은 커버 시트(40)를 추가로 형성할 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나 모듈 제조 방법은 적층체를 가압하는 과정에서 코일 패턴에 압력이 가해지므로, 코일 패턴들 사이의 간격에 편차가 다소 발생될 수 있다. 그러나 홈부를 형성하는 과정을 생략할 수 있으므로, 제조가 용이하다는 이점이 있다
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1 : 안테나 모듈
10 : 자성체 시트
11 : 적층체
20 : 코일
30 : 홈부
40 : 커버 시트
50 : 도전성 비아

Claims (13)

  1. 다수의 자성체 시트가 적층되어 형성되는 적층체; 및
    각각의 상기 자성체 시트 상에 형성되는 코일 패턴;
    을 포함하며,
    상기 코일 패턴은 상기 자성체 시트의 테두리를 따라 형성되는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 코일 패턴은,
    측면이 상기 적층체의 외부로 노출되는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자성체 시트를 관통하여 형성되어 상기 코일 패턴과 다른 자성체 시트에 배치된 코일 패턴을 상호 연결하는 적어도 하나의 도전성 비아;를 더 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자성체 시트는,
    금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속 분말 또는 상기 금속 플레이크(flake)는,
    철(Fe), 철-실리콘(Fe-Si)합금, 철-실리콘-알루미늄(Fe-Si-Al)합금, 철-실리콘-크롬(Fe-Si-Cr)합금 및 니켈-철-몰리브덴(Ni-Fe-Mo)합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  6. 제4항에 있어서, 상기 페라이트 분말은,
    니켈-아연-구리(Ni-Zn-Cu) 또는 망간-아연(Mn-Zn)을 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 자성체 시트는 일면에 홈부가 형성되고, 상기 코일 패턴은 상기 홈부 내에 배치되는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 자성체 시트는 일면에 홈부가 형성되고, 상기 코일 패턴은 상기 홈부 내에 배치되는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코일 패턴을 보호하기 위해, 상기 적층체의 적어도 어느 한 면에 배치되는 커버 시트를 더 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈.
  10. 복수의 자성체 그린 시트를 마련하는 단계;
    각각의 상기 자성체 그린 시트의 테두리를 따라 코일 패턴을 형성하는 단계;
    복수의 상기 자성체 그린 시트를 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 복수의 자성체 시트를 소결하는 단계;
    를 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자성체 시트는,
    금속 분말, 금속 플레이크(flake) 및 페라이트 분말 중 적어도 하나를 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 코일 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 자성체 그린 시트 상에 홈부를 형성하는 단계; 및
    상기 홈부에 상기 코일 패턴을 형성하는 단계;
    를 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 코일 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 자성체 그린 시트를 관통하는 도전성 비아를 형성하는 단계를 더 포함하는 근거리 통신용 안테나 모듈 제조 방법.
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