KR20170022421A

KR20170022421A - 무선충전형 안테나유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈

Info

Publication number: KR20170022421A
Application number: KR1020150117359A
Authority: KR
Inventors: 노진원; 백형일; 박재일
Original assignee: 주식회사 아모텍
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2017-03-02
Also published as: CN108140950B; CN108140950A; US10658740B2; WO2017030289A1; US20180248255A1; KR101926594B1

Abstract

무선충전형 안테나유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전형 안테나유닛은 회로기판; 및 무선충전을 위해 상기 회로기판의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어지고, 상기 단일 도체는 위치에 따라 서로 상이한 선폭을 갖는 제2안테나 패턴;을 포함한다. 이에 의하면, 안테나 패턴을 이루는 개별 권선의 선폭을 상이하게 형성하여 안테나의 저항값을 감소시키므로 안테나의 규격을 만족하면서도 무선충전시 발생하는 발열량을 최소화할 수 있고, 안테나의 내곽패턴을 외곽패턴보다 얇게 형성하여 안테나의 내곽측에 여유 공간이 형성되므로 안테나의 인덕턴스, 외경 및 내경 크기, 및 배치의 조절이 용이하여 안테나 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

Description

무선충전형 안테나유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈{Antenna unit for a wireless charging and wireless charging module having the same}

본 발명은 안테나유닛에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선충전시 발생하는 발열량을 최소화할 있는 무선충전형 안테나유닛 및 이를 포함하는 무선전력 충전모듈에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 태블릿 PC 등을 비롯한 휴대용 전자장치는 다양한 무선통신 기능과 함께 무선전력 충전 기능이 구비되는 추세이다. 이때, 초기에는 무선전력 충전의 충전효율을 향상시키는 방안을 중점적으로 연구하였으나, 최근에는 무선충전시 발생하는 발열이슈가 크게 대두됨에 따라 발열을 최소화하는 안테나 패턴의 설계가 요구되고 있다.

일반적으로, 무선전력 충전시 발생하는 발열량은 안테나 패턴을 이루는 코일등과 같은 도체의 저항값에 비례한다. 여기서, 이러한 도체의 저항값은 도체의 단면적, 예를 들면, 선폭 또는 두께에 반비례하며, 권선수에 비례한다.

따라서, 무선전력 충전용 수신 안테나(또는 Rx 코일)의 경우, 상대측 송신 안테나(또는 Tx 코일), 충전 규격 및 효율에 따라 적정 수준의 인덕턴스, 외경 및 내경 크기가 요구되므로, 저항값을 최소화하기 위해서는 안테나 패턴의 두께를 증가시키는 방안이 가장 일반적이다.

이때, 안테나 패턴의 단면적 증가(선폭 및 동박 두께 증가)는 전체적인 안테나의 크기 및 두께의 증가를 초래할 수 있다. 따라서, 안테나 패턴의 단면적을 일정하게 유지하고, 안테나 패턴의 권선수를 감소시켜 안테나 전체의 저항값을 감소시킬 수 있다. 그러나, 안테나 패턴의 권선수는 인덕턴스에 비례하므로 적정 인덕턴스를 구현하기 위한 권선수의 감소는 한계가 있다.

특히, 최근의 추세와 같이, NFC, MST, 무선 충전(자기유도, 자기공진) 등 2개 이상의 안테나가 복합화되는 콤보 안테나구조에서 무선충전 안테나 패턴의 크기의 증가는 다른 안테나의 성능 저하를 초래할 수 있다.

또한, 무선충전 안테나를 FPCB로 제작할 경우, 안테나의 저항값을 줄이기 위하여 양면에 동일한 패턴을 형성하여 비아(via)를 연결하는 구조가 활용되고 있다. 그러나, 이 경우에도, 안테나의 전체 두께 및 크기에 따른 제약 때문에, 저항값의 최소화의 구현이 용이하지 않은 문제에 직면했다.

따라서, 무선충전용 안테나의 내경 및 외경과 같은 안테나의 규격을 만족시키면서도 추가적인 패턴의 변경을 통하여 저항값을 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 절실한 실정이다.

KR

2013-0097002

A

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 안테나의 규격을 만족하면서도 안테나 패턴의 저항값에 의한 발열량을 최소화할 수 있는 무선충전형 안테나유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 충전효율을 향상시킴과 동시에 발열량을 최소화할 수 무선전력 충전모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 회로기판; 및 무선충전을 위해 상기 회로기판의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어지고, 상기 단일 도체는 위치에 따라 서로 상이한 선폭을 갖는 제1안테나 패턴;을 포함하는 무선충전용 안테나유닛을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 회로기판은 가요성(flexible) 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 상기 회로기판에서 가장 외곽에 형성되는 최외곽권선의 선폭이 가장 내곽에 형성되는 최내곽권선의 선폭보다 클 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 상기 최외곽권선과 상기 최내곽권선 사이의 중간권선의 선폭이 내곽으로 갈수록 점차적으로 감소할 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 동일한 선폭의 권선이 적어도 2개가 연속하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 상기 최내곽권선을 제외한 전체 권선의 수를 2분할하여 각각 동일한 선폭의 권선이 배치될 수 있다.

또한, 상기 중간권선 중 적어도 하나는 상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 가질 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 상기 최외곽권선에서 상기 중간권선으로 갈수록 선폭이 증가하고, 상기 중간권선에서 상기 최내곽권선으로 갈수록 선폭이 감소할 수 있다.

또한, 상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 상기 중간권선은 적어도 2개가 연속하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 무선충전용 안테나유닛은 무선통신을 위해 상기 회로기판에서 상기 제1안테나 패턴의 외부에 형성되는 적어도 하나의 제3안테나 패턴을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 상기 회로기판에서 일측으로 편중되어 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1안테나 패턴은 좌측 부분, 우측 부분, 상측 부분, 및 하측 부분 중 적어도 하나가 다른 부분과 상이한 선폭을 가질 수 있다.

한편, 본 발명은 회로기판; 무선충전을 위해 상기 회로기판의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어진 제1안테나 패턴; 및 상기 회로기판의 타면에 형성되며, 복수의 도체 각각이 단일의 권선 형태로 이루어지고, 상기 복수의 도체 각각은 그 양단이 비아홀을 통하여 상기 제1안테나 패턴의 상기 복수의 권선 각각에 대응하여 병렬로 연결되며, 상기 복수의 도체 각각은 서로 상이한 선폭을 갖는 제2안테나 패턴;을 포함하는 무선충전용 안테나유닛을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 무선충전용 안테나유닛은 무선통신을 위해 상기 회로기판에서 상기 제1안테나 패턴의 외부에 형성되는 적어도 하나의 제3안테나 패턴을 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 것 중 어느 하나의 안테나유닛; 및 상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 포함하는 무선전력 충전모듈을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 차폐유닛은 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트 및 폴리머 시트 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 리본시트는 복수의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층되어 구성될 수 있다.

또한, 상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐유닛은 복수의 미세 조각으로 분리형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.

또한, 상기 복수의 미세 조각은 1㎛ ~ 3㎜의 크기일 수 있다.

또한, 상기 복수의 미세 조각은 비정형으로 이루어질 수 있다.

본 발명에 의하면, 안테나 패턴을 이루는 개별 권선의 선폭을 상이하게 형성함으로써, 안테나의 저항값을 감소시키므로 안테나의 규격을 만족하면서도 무선충전시 발생하는 발열량을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 안테나의 내곽패턴을 외곽패턴보다 얇게 형성함으로써, 안테나의 내곽측에 여유 공간이 형성되므로 안테나의 인덕턴스, 외경 및 내경 크기, 및 배치의 조절이 용이하여 안테나 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 안테나유닛의 평면도,
도 2는 도 1의 무선충전용 안테나유닛의 배면도,
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 안테나유닛에서 다양한 형태의 선폭을 갖는 안테나 패턴을 나타낸 배면도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 안테나유닛의 다른 예의 평면도,
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선전력 충전모듈의 사시도, 그리고,
도 10은 도 9의 차폐유닛의 다른 예를 나타낸 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무선충전용 안테나유닛(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 회로기판(102), 제1안테나 패턴(120) 및 제2안테나 패턴(130)을 포함한다.

상기 회로기판(102)은 그 상면에 적어도 하나의 안테나 또는 선택적으로 회로부가 형성되는 기재가 되는 요소로서, 내열성 및 내압성을 가지며, 가요성(flexible)을 갖는 소재이다. 이러한 소재의 물성을 고려할 때, 상기 회로기판(102)으로서 열경화성 고분자 필름인 PI나 PET 등과 같은 필름이 채용될 수 있다. 특히, 폴리이미드 필름은 통상 영상 400도 이상의 고온이나 영하 269도의 저온을 견디고, 초내열성과 초내한성을 지니고 있으며, 얇고 굴곡성이 뛰어날 뿐만 아니라 내화학성, 내마모성도 강해 열악한 환경에서 안정적인 성능을 유지할 수 있기 때문이다.

더불어, 상기 회로기판(102)의 일측에는 회로부(미도시) 또는 전자기기와의 전기적인 연결을 위한 단자부(110)가 안테나 개수와 대응되도록 구비된다. 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 단자부(110)는 무선충전용 안테나 단자(112a,112b) 및 무선통신용 안테나 단자(114a,114b)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 무선충전용 안테나 단자(112a,112b)는 상기 제1안테나 패턴(120) 및 상기 제2안테나 패턴(130)과 연결되고, 상기 무선통신용 안테나 단자(114a,114b)는 제3안테나 패턴(140)과 연결될 수 있다.

상기 제1안테나 패턴(120) 및 상기 제2안테나 패턴(130)은 무선전력 충전을 위한 무선전력용 안테나로서, 무선전력 충전을 위한 수신 코일(Rx coil) 또는 송신 코일(Tx coil)로 기능할 수 있다.

이와 같은 상기 제1안테나 패턴(120) 및 상기 제2안테나 패턴(130)은 6.78㎒를 이용하는 자기공진 방식의 무선전력용 안테나이거나, 100~350 ㎑ 대역을 이용하는 자기유도 방식의 무선전력용 안테나일 수 있다.

여기서, 상기 제1안테나 패턴(120)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 회로기판(102)의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어진다. 이때, 상기 제1안테나 패턴(120)은 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형, 나선형 또는 사각형상과 같은 다각형상의 평판형 코일 형태로 구비될 수 있다.

상기 제2안테나 패턴(130)은 상기 회로기판(102)의 타면, 즉, 상기 제1안테나 패턴(120)이 형성된 면의 반대면에 형성되며, 비아홀(104a,104b,104c,104d)을 통하여 상기 제1안테나 패턴(120)과 병렬로 연결된다.

여기서, 상기 제2안테나 패턴(130)은 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 도체(132,134,136)로 이루어지며, 상기 도체(132,134,136) 각각은 단일의 권선 형태로 이루어진다. 즉, 상기 제2안테나 패턴(130)은 상기 무선충전용 안테나 단자(112a)와 연결하기 위한 연결패턴(131a)이 상기 제2안테나 패턴(130)의 내측으로부터 외측으로 인출되어야 하므로, 상기 제2안테나 패턴(130)을 이루는 각각의 도체(132,134,136)는 독립적으로 형성된다.

이와 같은 각각의 도체(132,134,136)는 그 양단이 비아홀(104c,104d)을 통하여 상기 제1안테나 패턴(120)의 복수의 권선 각각에 대응하여 병렬로 연결된다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 도체(132,134,136)는 상기 제1안테나 패턴(120)의 대응하는 위치 상에서 비아홀(104c,104d)을 통하여 병렬로 연결된다.

이때, 각각의 도체, 즉 각각의 권선(132,134,136)은 서로 상이한 선폭을 갖도록 형성된다.

특히, 상기 제1안테나 패턴(120) 및 상기 제2안테나 패턴(130)에 의한 무선전력 안테나의 전체 저항값을 감소시키기 위해, 상기 제2안테나 패턴(130)은 상기 회로기판(102)에서 가장 외곽에 형성되는 최외곽권선(132)의 선폭이 가장 내곽에 형성되는 최내곽권선(134)의 선폭보다 크게 형성될 수 있다.

즉, 무선전력용 안테나의 저항값을 감소시키기 위해서는 상기 제2안테나 패턴(130)의 선폭을 감소시켜야 하며, 이때, 외곽측에 배치된 권선일수록 길이가 길기 때문에, 선폭의 변경에 대한 영향은 상기 제2안테나 패턴(130)의 외곽측의 권선에서 크게 나타난다. 따라서, 내곽측에 배치된 권선에 비하여 외곽측에 배치된 권선의 선폭을 크게 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2안테나 패턴(130)은 상기 최외곽권선(132)과 상기 최내곽권선(134) 사이의 상기 중간권선(136)의 선폭이 내곽으로 갈수록 점차적으로 감소하도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130)은 각 상기 권선(132,134,136)들의 폭이 상이하게 형성됨으로써, 상기 제2안테나 패턴(130)의 전체 저항값이 감소하므로, 충전시 발생하는 무선전력용 안테나에 의한 발열량을 감소시킬 수 있다.

더욱이, 내곽측의 선폭이 외곽측에 비하여 얇게 구성됨으로써, 일정한 안테나 규격 내에서 내곽측에 여유 공간이 형성되므로 내경(X1,Y1) 및 외경(X2,Y2)의 크기 및 배치의 조절 등과 같은 설계 자유도가 증가할 수 있다.

또한, 상기 제2안테나 패턴(130)은 상기 무선충전용 안테나 단자(112a,112b)와 연결을 위한 연결패턴(131a,131b)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 연결패턴(131a,131b)은 비아홀(104d,104e)을 통하여 상기 최내곽권선(134) 또는 상기 최외곽권선(132)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 상기 연결패턴(131a,131b)은 상기 제2안테나 패턴(130) 및 상기 단자부(110)의 설계에 따라 생략되거나 위치가 변경될 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130)이 서로 다른 선폭을 갖는 복수의 도체(132,134,136)로 이루어지는 경우, 상기 제3안테나 패턴(140,142)은 각 도체(132,134,136)와 병렬연결을 위한 비아홀(104a,104b,104c,104d)의 위치에 따라 권선의 간격이 조절될 수 있다. 즉, 상기 제3안테나 패턴(140,142)이 동일한 선폭을 갖는 단일 도체로 이루어지기 때문에, 비아홀(104a,104b,104c,104d)을 중심으로 상기 제2안테나 패턴(130)과 동일 또는 유사한 위치에 배치하기 위해 상기 제3안테나 패턴(140,142)에 대한 권선의 간격이 조절될 수 있다.

대안적으로, 상기 제1안테나 패턴(120)은 상기 제2안테나 패턴(130)과 유사하게 권선의 위치에 따라 서로 다른 선폭을 갖는 단일 도체로 이루어질 수도 있다.

이와 같은 제2안테나 패턴(130)은 전체 저항값을 감소시키도록 각 권선(132,134,136)의 선폭이 다양한 형태로 형성될 수 있다.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2안테나 패턴(130a)은 상기 최외곽권선(132)에서 상기 최내곽권선(134)으로 갈수록 선폭이 감소하는 동시에, 동일한 선폭의 권선이 적어도 2개가 연속하여 배치될 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130a)은 각 권선(132,134,136)이 연속하여 배치됨으로써, 내곽측에 여유 공간이 형성되므로 안테나 규격을 만족하기 용이하고 따라서 설계 자유도가 향상될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 제2안테나 패턴(130b)은 상기 최내곽권선(134)을 제외한 전체 권선의 수를 2분할하여 각각 동일한 선폭의 권선이 배치될 수 있다.

예를 들면, 총 11개의 권선 중에서, 상기 최외곽권선(132)을 포함한 5개의 권선은 동일한 선폭을 가지며, 이들과 상기 최내곽권선(134) 사이의 5개의 권선은 상기 최외곽권선(132)보다 작은 선폭으로 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2안테나 패턴(130b)은 3종류의 선폭으로 이루어지며, 최외곽으로부터 연속한 5개의 권선의 선폭이 가장 크고, 다음 연속한 5개의 권선의 선폭이 중간 크기를 가지며, 상기 최내곽권선(134)의 선폭이 가장 작을 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130b)은 대략적으로 2분할되어 동일한 선폭으로 연속 형성됨으로써, 선폭의 증가에 대한 효과가 극대화되어 전체 저항값을 더욱 감소시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제2안테나 패턴(130c)은 상기 중간권선(136) 중 적어도 하나가 상기 최외곽권선(132)의 선폭보다 큰 선폭을 가질 수 있다. 이때, 선폭이 가장 큰 중간권선(136a)과 상기 최외곽권선(132) 사이 및 중간권선(136a)과 상기 최내곽권선(134) 사이에 배치되는 다른 중간권선(136b,136c)은 점진적으로 선폭이 변경될 수 있다.

예를 들면, 상기 제2안테나 패턴(130c)은 상기 최내곽권선(134)이 상기 최내곽권선(134)보다 큰 선폭을 갖는 동시에, 상기 최외곽권선(132)에서 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)으로 갈수로 선폭이 증가하고, 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)에서 상기 최내곽권선(134)으로 갈수로 선폭이 감소할 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130c)은 최대선폭을 갖는 권선(136a)이 상기 제2안테나 패턴(130c)의 중간에 배치됨으로써, 전체 저항값을 감소시켜 무선충전시 방열량을 감소시키는 동시에 무선충전의 효율을 증가시킬 수 있다.

이때, 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)은 적어도 2개가 연속하여 배치될 수 있다. 따라서, 도 3에서와 유사하게, 내경 및 외경 등과 같은 안테나 규격을 만족하기 용이하고 따라서 설계 자유도가 향상될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 제2안테나 패턴(130d)은 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)의 위치가 외곽측으로 변경되고, 상기 최내곽권선(134)에 인접한 중간권선(136d)의 선폭이 적어도 2개가 동일한 선폭을 갖도록 연속하여 배치될 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130d)은 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)이 상기 제2안테나 패턴(130d)의 중간에 배치되어 무선충전의 효율을 증가시키는 동시에, 최대선폭을 갖는 중간권선(136a)이 외곽측에 형성되고, 상기 최내곽권선(134) 부근에 동일한 선폭의 중간권선(136d)이 연속하여 배치됨으로써, 도 5의 상기 제2안테나 패턴(130c)에 비하여 상대적으로 저항값이 더 크게 감소할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 제2안테나 패턴(130e)은 상기 회로기판(102)에서 일측으로 편중되어 배치될 수 있다.

이때, 상기 제2안테나 패턴(130e)은 좌측 부분, 우측 부분, 상측, 부분, 및 하측 부분 중 적어도 하나가 다른 부분과 상이한 선폭을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2안테나 패턴(130e)은 좌측의 제1영역(133a)과 우측의 제2영역(133b)이 서로 상이한 선폭을 갖도록 형성될 수 있다.

이와 같이, 상기 제2안테나 패턴(130e)은 상기 회로기판(102)에 대하여 편심되도록 배치되고, 어느 한 영역을 다른 영역들과 상이한 선폭으로 형성됨으로써, 안테나 면적이 제한적일 경우에도 공간적 배치에 따른 설계의 자유도를 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 7에서, 상기 제1안테나 패턴(120) 및 상기 제2안테나 패턴(130,130a,130b,130c,130d,130e)은 상기 회로기판(102)의 양면에 각각 형성된 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 상기 회로기판(102)의 일측에만 형성될 수 있다.

즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 무선전력용 안테나 패턴(120')은 회로기판(102)의 일면에만 복수의 권선 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 무선전력용 안테나 패턴(120')은 도 1의 제1안테나 패턴(120)과 유사하게 무선통신을 위한 안테나 패턴과 동일한 면에 배치되거나 대향면에 배치될 수 있다.

이때, 무선전력용 안테나 패턴(120')은 복수의 권선이 단일 도체로 이루어지고, 상기 단일 도체는 위치에 따라 서로 상이한 선폭을 갖도록 형성될 수 있다.

예를 들면, 상기 무선전력용 안테나 패턴(120')은 도 8에 도시된 바와 같이, 최외각권선(122)이 가장 큰 선폭을 갖고, 최내각권선(124)이 가장 작은 선폭을 가지며, 중간권선(126)이 상기 최외곽권선(122)에서 상기 최내각권선(124)로 갈수로 선폭이 점진적으로 감소하도록 형성될 수 있다.

이러한 무선전력용 안테나 패턴(120')은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같은 제2안테나 패턴(130,130a,130b,130c,130d,130e)과 유사하게 다양한 형태의 선폭으로 형성될 수 있다.

한편, 무선충전용 안테나유닛(100)은 도 1, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 무선통신을 위한 제3안테나 패턴(140,146)을 포함할 수 있다. 이러한 상기 제3안테나 패턴(140,142)은 상기 회로기판(102)에서 상기 제1안테나 패턴(120) 또는 무선전력용 안테나 패턴(120')의 외부에 형성될 수 있다.

이때, 상기 제3안테나 패턴(140,146)은 휴대폰, PDA, PMP, 태블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자장치로부터 무선 신호를 수신하기 위한 것이다. 이러한 상기 제3안테나 패턴(140,146)은 서로 다른 역할을 수행하는 복수의 안테나, 예를 들면, 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 복수의 통신용 안테나를 포함할 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제3안테나 패턴(140)은 상기 회로기판(102)의 최외곽부에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 제3안테나 패턴(140)은 수 ㎒ 이상 대역의 동작 주파수를 가질 수 있고, 특히, 13.56 ㎒를 이용하는 통신용 안테나일 수 있으며, 예를 들면, NFC 안테나일 수 있다.

상기 다른 제3안테나 패턴(146)은 상기 회로기판(102)에서 상기 제3안테나 패턴(140)과 상기 제1안테나 패턴(120)(또는 무선전력용 안테나 패턴(120')) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 다른 제3안테나 패턴(146)은 상기 제3안테나 패턴(140)보다 낮은 동작 주파수를 가지며, 예를 들면, 100㎑ 이하 대역의 동작 주파수를 가질 수 있고, 특히, 100㎑ 이하 대역을 이용하는 통신용 안테나 일 수 있고, 예를 들면, MST 안테나일 수 있다.

여기서, 상기 제3안테나 패턴(140,146)은 두 개의 안테나로 기능하도록 도시되고 설명되었지만, 이에 한정되지 않고, 상기 회로기판(102)의 최외곽에 배치되는 상기 제3안테나 패턴(140)과 최내곽에 배치되는 상기 제1안테나 패턴(120)(또는 무선전력용 안테나 패턴(120')) 사이에 서로 상이한 동작 주파수를 갖는 둘 이상의 안테나가 배치될 수 있다.

이때, 상기 제3안테나 패턴(140,146)은 도 9에 도시된 바와 같이, 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형, 나선형 또는 사각형상과 같은 다각형상의 평판형 코일 형태로 구비될 수 있다.

한편, 이와 같이 구성된 안테나유닛(100)을 이용하여 무선전력 충전모듈(10)을 구성하면, 무선충전시 발열량을 감소시키는 동시에 충전효율을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 무선전력 충전모듈(10)은 도 9에 도시된 바와 같이 상기 안테나유닛(100)의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛(12)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 무선전력 충전모듈(10)은 휴대폰, PMP, 태블릿 등과 같은 전자기기에 내장되는 무선전력 수신모듈일 수도 있고, 상기 전자기기 측으로 무선 신호를 송출하는 무선전력 송신모듈일 수도 있다.

상기 차폐유닛(12)은 일정면적을 갖는 판상의 부재로 이루어지며, 일면에 상기 무선충전용 안테나유닛(100)이 고정된다.

이와 같은 차폐유닛(12)은 상기 안테나유닛(100)에서 발생되는 자기장을 차폐하여 자기장의 집속도를 높여줌으로써 소정의 주파수 대역에서 작동하는 상기 안테나유닛(100)의 특성을 높여준다.

예를 들면, 상기 차폐유닛(12)은 100~350㎑의 주파수 대역에서 자기유도 방식에 의한 무선전력 충전시, 6.78㎒의 주파수에서 자기공진 방식에 의한 무선전력 충전시, 100㎑ 이하의 주파수 대역의 MST 통신시, 또는 13.56㎒의 주파수에서 NFC 통신시, 해당 주파수 대역에서 작동하는 안테나유닛(100)의 특성을 높여주기 위한 것이다.

이를 위해, 상기 차폐유닛(12)은 상기 안테나유닛(100)에서 발생되는 자기장을 차폐할 수 있도록 자성을 갖는 재질로 이루어진다.

이때, 상기 차폐유닛(12)은 상기 안테나유닛(100)이 저주파 대역인 100~350㎑의 주파수 대역에서 작동하는 경우, 300~3500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 안테나유닛(100)이 6.78㎒의 주파수에서 작동하는 경우, 100~350Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

일례로, 상기 차폐유닛(12)은 저주파 대역인 100~350㎑에서 2000~3500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Mn-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 차폐유닛(12)은 저주파 대역인 100~350㎑에서 300~1500Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Ni-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.

더불어, 상기 차폐유닛(12)은 6.78㎒에서 100~350Wb/A.m 범위의 투자율을 갖는 Ni-Zn 페라이트 시트, 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트 또는 폴리머 시트 등이 사용될 수 있다.

여기서, 상기 비정질 합금 또는 나노결정립 합금은 Fe계 또는 Co계 자성 합금이 사용될 수 있고, 상기 비정질 합금 및 나노결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

또한, 상기 차폐유닛(12')은 도 10에 도시된 바와 같이 2층 이상의 복수 개의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트(12a,12b,12c)가 적층된 형태로 구성될 수도 있음을 밝혀둔다.

더불어, 상기 차폐유닛(12)은 와전류의 발생을 억제할 수 있도록 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 차폐유닛(12')이 미세조각으로 분리형성된 복수의 시트(12a,12b,12c)가 적층되어 구성되는 경우, 각각의 시트 사이에는 비전도성 재질로 이루어진 접착층(12d)이 배치되어 서로 적층되는 한 쌍의 시트 사이에 스며들 수 있도록 함으로써 상기 접착층(12d)이 각각의 시트를 구성하는 복수의 미세 조각을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다. 여기서, 상기 접착층(12d)은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 형태로 구비될 수도 있다.

이때, 상기 차폐유닛(12')은 상부면과 하부면 중 적어도 일면에 별도의 보호필름(14)이 구비될 수 있다. 이러한 보호필름(14)은 접착층을 매개로 상기 차폐유닛(12)에 부착됨으로써 상기 차폐유닛(12')이 미세 조각으로 분리된 경우, 미세 조각들 사이에 흡수되어 미세 조각들을 절연하는 역할을 수행할 수 도 있다. 더불어, 상기 접착층은 접착제로 구비될 수도 있으며 필름 형태의 기재와, 상기 기재의 일면 또는 양면에 접착제가 도포된 보호필름의 형태로 구비될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 : 무선전력 충전모듈 12,12' : 차폐유닛
12a,12b,12c : 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트
12d : 접착층 14 : 보호필름
100 : 무선충전용 안테나유닛
102 : 회로기판
104a,104b,104c,104d,104e,104f : 비아홀
110 : 단자부 112a,112b : 무선충전용 안테나 단자
114a,114b : 무선통신용 안테나 단자
120 : 제1안테나 패턴 120' : 무선전력용 안테나 패턴
130,130a,130b,130c,130d,130e : 제2안테나 패턴
131a,131b,142 : 연결패턴 132 : 최외곽권선
133a : 제1영역 133b : 제2영역
134 : 최내곽권선 136,136a,136b,136c,136d : 중간권선
140,146 : 제3안테나 패턴

Claims

회로기판; 및
무선충전을 위해 상기 회로기판의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어지고, 상기 단일 도체는 위치에 따라 서로 상이한 선폭을 갖는 제1안테나 패턴;을 포함하는 무선충전용 안테나유닛.
제1항에 있어서,
상기 회로기판은 가요성(flexible) 소재로 이루어진 무선충전용 안테나유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 상기 회로기판에서 가장 외곽에 형성되는 최외곽권선의 선폭이 가장 내곽에 형성되는 최내곽권선의 선폭보다 큰 무선충전용 안테나유닛.
제3항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 상기 최외곽권선과 상기 최내곽권선 사이의 중간권선의 선폭이 내곽으로 갈수록 점차적으로 감소하는 무선충전용 안테나유닛.
제4항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 동일한 선폭의 권선이 적어도 2개가 연속하여 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제5항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 상기 최내곽권선을 제외한 전체 권선의 수를 2분할하여 각각 동일한 선폭의 권선이 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제4항에 있어서,
상기 중간권선 중 적어도 하나는 상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 무선충전용 안테나유닛.
제7항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 상기 최외곽권선에서 상기 중간권선으로 갈수록 선폭이 증가하고, 상기 중간권선에서 상기 최내곽권선으로 갈수록 선폭이 감소하는 무선충전용 안테나유닛.
제7항에 있어서,
상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 상기 중간권선은 적어도 2개가 연속하여 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제1항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 상기 회로기판에서 일측으로 편중되어 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제10항에 있어서,
상기 제1안테나 패턴은 좌측 부분, 우측 부분, 상측 부분, 및 하측 부분 중 적어도 하나가 다른 부분과 상이한 선폭을 갖는 무선충전용 안테나유닛.
제1항에 있어서,
무선통신을 위해 상기 회로기판에서 상기 제1안테나 패턴의 외부에 형성되는 적어도 하나의 제2안테나 패턴을 더 포함하는 무선충전용 안테나유닛.
회로기판;
무선충전을 위해 상기 회로기판의 일면에 형성되며, 단일 도체가 복수의 권선 형태로 이루어진 제1안테나 패턴; 및
상기 회로기판의 타면에 형성되며, 복수의 도체 각각이 단일의 권선 형태로 이루어지고, 상기 복수의 도체 각각은 그 양단이 비아홀을 통하여 상기 제1안테나 패턴의 상기 복수의 권선 각각에 대응하여 병렬로 연결되며, 상기 복수의 도체 각각은 서로 상이한 선폭을 갖는 제2안테나 패턴;을 포함하는 무선충전용 안테나유닛.
제13항에 있어서,
상기 회로기판은 가요성(flexible) 소재로 이루어진 무선충전용 안테나유닛.
제14항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 상기 회로기판에서 가장 외곽에 형성되는 최외곽권선의 선폭이 가장 내곽에 형성되는 최내곽권선의 선폭보다 큰 무선충전용 안테나유닛.
제15항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 상기 최외곽권선과 상기 최내곽권선 사이의 중간권선의 선폭이 내곽으로 갈수록 점차적으로 감소하는 무선충전용 안테나유닛.
제16항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 동일한 선폭의 권선이 적어도 2개가 연속하여 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제17항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 상기 최내곽권선을 제외한 전체 권선의 수를 2분할하여 각각 동일한 선폭의 권선이 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제16항에 있어서,
상기 중간권선 중 적어도 하나는 상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 무선충전용 안테나유닛.
제19항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 상기 최외곽권선에서 상기 중간권선으로 갈수록 선폭이 증가하고, 상기 중간권선에서 상기 최내곽권선으로 갈수록 선폭이 감소하는 무선충전용 안테나유닛.
제19항에 있어서,
상기 최외곽권선의 선폭보다 큰 선폭을 갖는 상기 중간권선은 적어도 2개가 연속하여 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제13항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 상기 회로기판에서 일측으로 편중되어 배치되는 무선충전용 안테나유닛.
제22항에 있어서,
상기 제2안테나 패턴은 좌측 부분, 우측 부분, 상측 부분, 및 하측 부분 중 적어도 하나가 다른 부분과 상이한 선폭을 갖는 무선충전용 안테나유닛.
제13항에 있어서,
무선통신을 위해 상기 회로기판에서 상기 제1안테나 패턴의 외부에 형성되는 적어도 하나의 제3안테나 패턴을 더 포함하는 무선충전용 안테나유닛.
청구항 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 기재된 안테나유닛; 및
상기 안테나유닛의 일면에 배치되어 자기장을 유기하는 차폐유닛을 포함하는 무선전력 충전모듈.
제25항에 있어서,
상기 차폐유닛은 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트, 페라이트 시트 및 폴리머 시트 중 어느 하나인 무선전력 충전모듈.
제26항에 있어서,
상기 리본시트는 복수의 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금의 리본시트가 적층되어 구성되는 무선전력 충전모듈.
제26항에 있어서,
상기 페라이트 시트는 MnZn 페라이트 또는 NiZn 페라이트로 이루어진 무선전력 충전모듈.
제26항에 있어서,
상기 비정질 합금 또는 나노 결정립 합금은 3원소 합금 또는 5원소 합금을 포함하고,
상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며,
상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함하는 무선전력 충전모듈.
제26항에 있어서,
상기 차폐유닛은 복수의 미세 조각으로 분리형성되는 무선전력 충전모듈.
제30항에 있어서,
상기 복수의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되는 무선전력 충전모듈.
제30항에 있어서,
상기 복수의 미세 조각은 1㎛ ~ 3㎜의 크기인 무선전력 충전모듈.
제30항에 있어서,
상기 복수의 미세 조각은 비정형으로 이루어지는 무선전력 충전모듈.