KR20170037910A - 자성의 연성동박적층판(fccl)을 이용한 무선충전용 수신 코일 - Google Patents

자성의 연성동박적층판(fccl)을 이용한 무선충전용 수신 코일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이동통신 단말기의 무선충전에 사용되는 수신 코일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체 연성동박적층판(dielectric flexible copper clad laminate, dielectric FCCL)을 이용하는 종래의 무선충전용 수신 코일이 충전 효율을 높이기 위해서 고투자율(high-permeability)의 아몰포스(amorphous) 자성코어(magnetic core)를 추가적으로 구비하는 것에 비해서, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일은 연성동박적층판(FCCL) 자체를 자성을 갖는 자성체로 만들어서, 이 자성의 연성동박적층판(magnetic FCCL)에 코일 모양의 패턴을 에칭(etching)한 연성인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPCB)을 이용하여 별도의 고투자율의 자성코어를 구비하지 않고도 높은 충전 효율을 갖도록 하는 것이다.
이를 위해서, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일은 연성동박적층판(FCCL)을 구성하는 폴리이미드(polyimide, PI) 필름을 제조할 때, Fe, Al, Zn, Ni, Co, Mn, Cu, Ba, Ti, Cd, Sn, Sr, Cr, Bi, Li, P, B, N, C, W, Y 중에서 1개의 원소 내지는 적어도 2개 이상의 원소 조합으로 이루어진 합금 또는 페라이트(ferrite)로 구성된 자성체 분말을 첨가한다.
본 발명에 의해서, 종래의 무선충전용 수신 코일이 일반적으로 구비하는 아몰포스 자성코어를 사용하지 않기 때문에, 수신 코일의 단가를 절감하고 전체 두께도 얇아지며, 수신 코일의 제조공정상 불량 및 성능 편차도 제거하는 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일을 제공할 수 있다.

Description

자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일 {RX Coil for wireless charging using magnetic flexible copper clad laminate(FCCL)}
본 발명은 이동통신 단말기의 무선충전에 사용되는 수신 코일에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체 연성동박적층판(dielectric flexible copper clad laminate, dielectric FCCL)을 이용하는 종래의 무선충전용 수신 코일이 충전 효율을 높이기 위해서 고투자율(high-permeability)의 아몰포스(amorphous) 자성코어(magnetic core)를 추가적으로 구비하는 것에 비해서, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일은 연성동박적층판(FCCL) 자체를 자성을 갖는 자성체로 만들어서, 이 자성의 연성동박적층판(magnetic FCCL)에 코일 모양의 패턴을 에칭(etching)한 연성인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPCB)을 이용하여 별도의 고투자율의 자성코어를 구비하지 않고도 높은 충전 효율을 갖도록 하는 것이다.
무선충전 기술은 자기유도(magnetic induction) 방식과 자기공명(magnetic resonance) 방식이 있으며, 두 방식 모두 기본적으로는 하나의 코일(송신 코일)에 교류 전류를 공급해서 자계(magnetic field)를 만들고, 이 자계를 공간적으로 떨어져 있는 다른 코일(수신 코일)로 옮겨서 그 자계에 의해서 코일(수신 코일)에 교류 전류가 생성되도록 한 다음에, 그 수신 코일과 연결된 전자기기의 배터리를 충전하는 원리이다.
다만, 자기유도 방식은 송신 코일과 바로 근접해 있는 수신 코일에 자계를 유도하여 전력을 전송하고, 자기공명 방식은 송신 코일, 수신 코일, 전송 자계가 모두 동일한 공진 주파수를 갖게 하여 그 주파수에서 동작하는 송신 코일이 그 주파수를 갖는 자계를 전파(propagation)해서 그 주파수에서 동작하는 수신 코일이 그 자계를 받음으로써 전력을 전송하는 방식이다.
자기유도 방식은 1cm 이내의 매우 근접한 거리에서만 충전이 가능하며, 송수신 코일이 근접해 있기 때문에 큰 손실 없이 충전이 가능하여 비교적 높은 충전 효율을 갖는다.
이에 반해, 자기공명 방식은 수m 까지 전력의 전송이 가능하지만, 공진 주파수가 주변 환경에 의해서 달라지기 때문에 충전 효율이 많이 떨어진다.
현재 자기유도 방식의 무선충전은 이미 상용화가 되어 많은 이동통신 단말기에서 사용되고 있지만, 자기공명 방식의 무선충전은 아직 기술 개발 및 최적화 단계에 머물러 있다.
상기 자기유도 방식의 이동통신 단말기의 무선충전 시스템은 크게 송신 코일을 구비하는 송신부(송신 패드)와 수신 코일을 구비하는 수신부(단말기)로 나눌 수 있다.
송신 코일과 수신 코일은 모두 손실 없이 높은 효율로 자계를 만들거나 받아들이도록 자성체나 자성체 위에 금속선을 여러 번 감은 코일 구조로 이루어져 있다.
다만, 송신 코일은 큰 전력을 처리해야 하고 비교적 두꺼운 송신부(송신 패드)에 구비되기 때문에 두꺼운 자성체 위에 비교적 두꺼운 전선으로 코일을 감아서 구성되고, 수신 코일은 이동통신 단말기나 단말기 커버의 표면에 구비되기 때문에 매우 얇고 굴곡성이 뛰어난 연성인쇄회로기판(FPCB)을 이용하여 구성한다.
상기 연성인쇄회로기판(FPCB)은 매우 얇은 폴리이미드(polyimide, PI) 필름의 앞뒤에 유연하게 구부러지는 동박(구리막)을 입힌 3층 구조의 연성동박적층판(FCCL)의 한쪽 또는 양쪽 동박(구리막)에 의도된 패턴을 에칭한 것으로서, 이 때 사용되는 폴리이미드(PI) 필름은 일반적으로 유전체를 사용한다.
따라서, 상기 유전체 연성동박적층판(FCCL)으로 만든 연성인쇄회로기판(FPCB)에 구성되는 수신 코일은 자성체가 아닌 유전체 위에 형성되어 있는 구조이기 때문에, 높은 효율로 자계를 받아들이기 위해서 추가적인 자성 물질이 필요하다.
이를 위해서, 종래의 무선충전용 수신 코일은 고투자율의 아몰포스 자성코어를 연성동박적층판(FCCL)에 에칭 패턴으로 형성되어 있는 감겨진 코일 구조의 중심부에 부착하여, 감겨져 있는 수신 코일에서 자계를 효율적으로 받아들이도록 한다.
그러나, 상기 아몰포스 자성코어는 매우 고가의 물질로서 수신 코일의 단가를 증가시키는 요인이 되고, 자성코어 자체의 두께에 의해서 전체 수신 코일의 두께도 증가하고, 자성코어를 부착하는 공정이 추가됨으로써 불량률이 증가하고, 마지막으로 자성코어를 부착하는 위치가 미세하게 달라짐에 따라서 수신 코일의 성능 편차가 발생하는 단점을 가지고 있다.
따라서, 종래의 수신 코일과 동일한 성능을 가지면서, 추가적인 아몰포스 자성코어를 사용하지 않는 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일의 개발이 필요하다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 아몰포스 자성코어가 추가적으로 구비되지 않아도 수신 코일이 자계를 효율적으로 받아들임으로써, 종래의 무선충전용 수신 코일과 동일한 충전 효율을 갖는 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일을 제공하는 데 있다.
또한, 아몰포스 자성코어를 사용하지 않음으로써, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일은 종래의 수신 코일과 비교하여, 생산 단가를 절감하고, 전체 두께도 얇아지며, 수신 코일의 제조공정상 불량 및 성능 편차를 제거할 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일은 연성동박적층판(FCCL)에 코일 패턴을 에칭한 연성인쇄회로기판(FPCB)을 이용하여 구성하며, 상기 연성동박적층판(FCCL)은 폴리이미드(PI) 필름을 구비하고, 상기 폴리이미드(PI) 필름은 자성을 갖는 자성체가 되기 위해 자성체 원료를 포함한다.
상기 자성체 원료는 철(ferrum, Fe), 알루미늄(aluminium, Al), 아연(zinc, Zn), 니켈(nickel, Ni), 코발트(cobalt, Co), 망간(manganese, Mn), 구리(copper, Cu), 바륨(barium, Ba), 티타늄(titanium, Ti), 카드뮴(cadmum, Cd), 주석(tin, Sn), 스트론튬(strontium, Sr), 크롬(chromium, Cr), 창연(bismuth, Bi), 리튬(lithium, Li), 인(phosphorus, P), 붕소(boron, B), 질소(nitrogen, N), 탄소(carbon, C), 텅스텐(tungsten, W), 이트늄(yttrium, Y) 중에서 1개의 원소 내지는 적어도 2개 이상의 원소 조합으로 이루어진 합금 또는 페라이트(ferrite)로 구성된 자성체 분말을 포함한다.
본 발명에 따른 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일에 의해서 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 종래의 무선충전용 수신 코일에 추가적으로 구비되는 자성코어를 사용하지 않기 때문에, 수신 코일의 생산 단가를 절감할 수 있다.
둘째, 종래의 무선충전용 수신 코일에 추가적으로 구비되는 자성코어를 사용하지 않기 때문에, 비교적 두꺼운 자성코어 만큼 전체 수신 코일의 두께가 얇아질 수 있다.
셋째, 종래의 무선충전용 수신 코일에 추가적으로 자성코어를 부착할 때 발생하는 제조공정상의 불량을 제거할 수 있고 부착되는 위치가 미세하게 달라져서 발생하는 수신 코일의 성능 편차도 제거할 수 있다.
도 1은 이동통신 단말기의 무선충전 기술의 개념과 방식을 나타낸 도면
도 2는 이동통신 단말기에 구비되는 종래의 무선충전용 수신 코일의 분해도를 나타낸 도면
도 3은 종래의 폴리이미드(PI) 필름을 제조하는 방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일의 일 실시예를 나타낸 도면
도 5는 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일의 성능을 나타낸 도면
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자,단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 이동통신 단말기의 무선충전 기술의 개념과 방식을 도시한 그림이다.
무선충전은 배터리가 포함되어 있는 전자기기에 별도의 충전 어댑터나 전원 케이블을 연결하지 않고도 배터리를 충전할 수 있는 개념으로, 전원과 접촉하지 않고 충전한다고 하여 비접촉 충전이라고도 한다.
무선충전 기술은 자기유도 방식(도1a)과 자기공명 방식(도1b)이 있으며, 두 방식 모두 기본적으로는 하나의 코일(송신 코일)(101a,101b)에 교류 전류를 공급해서 자계(102a,102b)를 만들고, 이 자계(102a,102b)를 공간적으로 떨어져 있는 다른 코일(수신 코일)(103a,103b)로 옮겨서 그 자계에 의해서 코일(수신 코일)(103a,103b)에 교류 전류가 생성되도록 한 다음에, 그 수신 코일(103a,103b)과 연결된 전자기기(104a,104b)의 배터리를 충전하는 원리이다.
다만, 자기유도 방식(도1a)은 송신 코일(101a)과 바로 근접해 있는 수신 코일(103a)에 자계(102a)를 유도하여 전력을 전송하고, 자기공명 방식(도1b)은 송신 코일(101b), 수신 코일(103b), 전송 자계(102b)가 모두 동일한 공진 주파수를 갖게 하여 그 주파수에서 동작하는 송신 코일(101b)이 그 주파수를 갖는 자계(102b)를 전파해서 그 주파수에서 동작하는 수신 코일(103b)이 그 자계(102b)를 받음으로써 전력을 전송하는 방식이다.
따라서, 자기유도 방식(도1a)은 1cm 이내의 매우 근접한 거리에서만 충전이 가능하며, 송수신 코일(101a,103a)이 근접해 있기 때문에 큰 손실 없이 충전이 가능하여 비교적 높은 충전 효율을 갖는다.
이에 반해, 자기공명 방식(도1b)은 수m 까지 전력의 전송이 가능하지만, 공진 주파수가 주변 환경에 의해서 달라지기 때문에 충전 효율이 많이 떨어진다.
현재 자기유도 방식(도1a)의 무선충전은 이미 상용화가 되어 많은 이동통신 단말기에서 사용되고 있지만, 자기공명 방식(도1b)의 무선충전은 아직 기술 개발 및 최적화 단계에 머물러 있다.
상기 자가유도 방식(도1a)의 이동통신 단말기의 무선충전 시스템은 크게 송신 코일(101a)을 구비하는 송신부(송신 패드)(105a)와 수신 코일(103a)을 구비하는 수신부(단말기)(104a)로 나눌 수 있다.
송신 코일(101a)과 수신 코일(103a)은 모두 손실 없이 높은 효율로 자계(102a)를 만들거나 받아들이도록 자성체나 자성체 위(106a,107a)에 금속선을 여러 번 감은 코일 구조로 이루어져 있다.
다만, 송신 코일(101a)은 큰 전력을 처리해야 하고 비교적 두꺼운 송신부(송신 패트)(105a)에 구비될 수 있기 때문에 두꺼운 자성체(106a) 위에 비교적 두꺼운 전선으로 코일을 감아서 구성되고, 수신 코일(103a)은 이동통신 단말기(104a)나 단말기 커버의 표면에 구비되기 때문에 매우 얇고 굴곡성이 뛰어난 연성인쇄회로기판(FPCB)을 이용하여 구성된다.
도 2는 이동통신 단말기에 구비되는 종래의 무선충전용 수신 코일의 분해도를 도시한 그림이다.
상기 도 2에 도시한 종래의 무선충전용 수신 코일의 분해도는 무선충전 기능을 수행하는 핵심 구성품만 나타낸 것으로, 커버필름, 접착필름, 이형지, 캐리어 등과 같은 부수적인 부자재는 도시하지 않았다.
상기 도 2에 도시한 바와 같이, 무선충전용 수신 코일의 핵심 구성품은 단말기(201)에 부착되는 순서대로 그라파이트(graphite)(202), 페라이트(203), 아몰포스 자성코어(204), 연성인쇄회로기판(FPCB)(205)이 있으며, 수신 코일이 부착된 다음에 단말기의 후면 커버(206)가 위치한다.
여기서, 연성인쇄회로기판(FPCB)(205)는 다시 전면 동박(구리막)층(205a), 폴리이미드(PI) 필름(205b), 후면 동박(구리막)층(205c)으로 구성된다.
상기 연성인쇄회로기판(FPCB)(205)은 매우 얇은 폴리이미드(PI) 필름(205b)의 앞뒤에 유연하게 구부러지는 동박(구리막)(205a,205b)을 입힌 3층 구조의 연성동박적층판(FCCL)의 한쪽 또는 양쪽 동박(구리막)(205a,205b)에 의도된 패턴(207a,207b)을 에칭한 것으로서, 이 때 사용되는 폴리이미드(PI) 필름(205b)은 일반적으로 유전체를 사용한다.
따라서, 상기 유전체 연성동박적층판(FCCL)으로 만든 연성인쇄회로기판(FPCB)(205)에 구성되는 수신 코일(207a)은 자성체가 아닌 유전체에 감겨져 있는 구조이기 때문에, 높은 효율로 자계를 받아들이기 위해서 추가적인 자성 물질이 필요하다.
이를 위해서, 종래의 무선충전용 수신 코일은 고투자율의 아몰포스 자성코어(204)를 연성동박적층판(FCCL)의 에칭 패턴으로 형성되어 있는 감겨진 코일 구조(207a)의 중심부에 부착하여, 감겨져 있는 코일(207a)에서 자계가 효율적으로 받아들이도록 한다.
그리고, 무선충전 시스템의 송신부(송신 패드)에서 생성된 자계는 단말기의 후면 커버(206)를 통해서 수신 코일(207a)까지만 유도되게 하고 그 이상으로 자계가 넘어가서 단말기(201)의 회로에 영향을 주지 않게 하기 위해서, 수신 코일(207a)과 단말기(201) 사이에 페라이트(203)을 배치하여 자계를 차단한다.
또한, 유도된 자계로부터 수신 코일(207a)에 교류 전류가 생성되는 과정에서 발생하는 열이 단말기(201)로 전달되는 것을 차단하고 그 열을 제거하여 단말기(201)를 보호하기 위해서 단열 및 방열 용도의 그라파이트(202)를 배치한다.
그러나, 상기 아몰포스 자성코어는 매우 고가의 물질로서 수신 코일의 전체 단가를 증가시키는 요인이 되고, 자성코어 자체의 두께에 의해서 수신 코일의 전체 두께도 증가하고, 자성코어를 부착하는 공정이 추가됨으로써 불량률이 증가하고, 마지막으로 자성코어를 부착되는 위치가 미세하게 달라짐에 따라서 수신 코일의 성능 편차가 발생하는 단점을 가지고 있다.
따라서, 종래의 수신 코일과 동일한 성능을 가지면서, 추가적인 아몰포스 자성코어를 사용하지 않는 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일의 개발이 필요하다.
상기 기술한 바와 같이, 수신 코일의 패턴이 에칭된 연성인쇄회로기판(FPCB)의 원재료는 매우 얇은 폴리이미드(PI) 필름의 앞뒤에 유연한 동박(구리막)을 입힌 3층 구조의 연성동박적층판(FCCL)이다.
상기 폴리이미드(PI) 필름은 영상 400도 이상의 고온이나 영하 269도의 저온을 견디는 초내열성과 초내한성을 지니고 있으며 얇고 굴곡성이 뛰어난 첨단 고기능성 산업용 소재로서, 내화학성, 내마모성도 강해 열악한 환경에서 안정적인 성능 유지가 필요한 분야에 널리 사용된다.
또한, 폴리이미드(PI) 필름은 초기에는 주로 항공우주 분야 소재로 개발, 사용되었으나, 현재는 산업용 기기와 전자산업 전반으로 활용폭이 확대되고 있는 추세로써 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD), 플라즈마 표시 패널(plasma display panel, PDP), 휴대전화, 디지털 카메라 등에 사용되는 연성인쇄회로기판(FPCB)을 만드는 연성동박적층판(FCCL)에 사용되고 있다.
도 3은 종래의 폴리이미드(PI) 필름을 제조하는 방법의 일 실시예를 개략적으로 도시한 그림이다.
폴리이미드(PI) 필름의 제조는 폴리암산(polyamic acid) 용액, 내지는 폴리암산 용액에 필요에 따라 이미드화 촉매, 유기 인 함유 화학물, 무기 미립자 등을 첨가하여 제조한 폴리암산 용액 조성물(301a)을 금형(dies)(302)을 통해서 압출 성형(extrusion molding)하는 공정, 압출된 폴리암산 용액 조성물(301b)을 지지체(303) 상에 주조(casting)하는 공정, 주조된 폴리암산 용액 조성물(301c)을 주조로(casting brazier)(304)에서 가열, 건조하여 자기 지지성(self-holding) 필름(301d)을 형성하는 공정, 자기 지지성 필름(301d)을 경화로(305)에서 열적으로 탈수, 고리화하고 용매을 제거하여 폴리이미드(PI) 필름(301e)을 제조하는 열 이미드화 공정을 순서대로 거친다.
상기 기술한 공정들을 통해서 제조된 종래의 폴리이미드(PI) 필름은 일반적으로 비유전율(relative permittivity)이 1.0 이상이고 비투자율(relative permeability)이 1.0 인 물성을 갖는 유전체이다.
유전체는 전자계(electromagnetic field) 내에 놓였을 때, 표면에 전하(charge)가 유기되는 표면 전하 현상이 발생하는 매질로서, 전기적으로는 절연체의 성질을 갖는다.
상기 기술한 표면 전하 현상의 원리는 전자계 내의 전계(electric field)에 의해서 무극성분자는 분자 안의 양과 음의 전하가 어긋나고 유극성분자는 쌍극자 모멘트(dipole moment)의 방향으로 가지런히 정렬하여, 전체 매질에서 중간 부분은 양과 음의 전하가 서로 상쇄되고 양쪽 끝 표면에서만 양 내지는 음의 전하가 존재하는 것처럼 동작하여 전기 쌍극자 모멘트를 갖게 된다.
그리고, 상기 기술한 표면 전하 현상에 의해서, 유전체는 전계를 저장하는 성질을 갖기 때문에 일반적으로 콘덴서(capacitor)의 전기용량을 증가시키는 매질로 사용되며, 또한 안테나(antenna), 필터(filter), 결합/분배기(combiner/divider) 등의 수동(passive) 회로와 증폭기(amplifier), 발진기(oscillator), 주파수 혼합기(mixer) 등의 능동(active) 회로를 제작하는 기판(substrate)으로 사용된다.
상기 기술한 공정들을 통해서 제조된 폴리이미드(PI) 필름의 앞뒤에 압착(press) 내지는 주조(casting) 내지는 적층(laminating) 공법으로 동박(구리막)을 입혀서 연성동박적층판(FCCL)을 제작하고, 한쪽 내지는 양쪽 동박(구리막)에 설계된 코일 패턴을 에칭하여 연성인쇄회로기판(FPCB)을 완성한다.
본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 만들기 위해서, 상기 폴리이미드(PI) 필름의 제조단계에서 폴리암산 내지는 폴리암산 용액 조성물(301a)에 폴리이미드(PI) 필름이 자성을 갖는 자성체로 만들기 위한 자성체 원료(306)를 추가한다.
상기 자성체 원료(306)는 철(ferrum, Fe), 알루미늄(aluminium, Al), 아연(zinc, Zn), 니켈(nickel, Ni), 코발트(cobalt, Co), 망간(manganese, Mn), 구리(copper, Cu), 바륨(barium, Ba), 티타늄(titanium, Ti), 카드뮴(cadmum, Cd), 주석(tin, Sn), 스트론튬(strontium, Sr), 크롬(chromium, Cr), 창연(bismuth, Bi), 리튬(lithium, Li), 인(phosphorus, P), 붕소(boron, B), 질소(nitrogen, N), 탄소(carbon, C), 텅스텐(tungsten, W), 이트늄(yttrium, Y) 중에서 1개의 원소 내지는 적어도 2개 이상의 원소 조합으로 이루어진 합금 또는 페라이트(ferrite)로 구성된 자성체 분말을 포함한다.
자성체는 자계(자기장)(magnetic field) 내에서 자화(magnetization)되는 성질을 가진 물질로서, 외부의 자기장에 의해서 물체 내부 원자의 자기모멘트가 정렬되고, 일정한 방향으로 정렬된 자기모멘트들에 의해서 그 물체가 다시 자성을 갖게 되는 것이다.
자성체는 자화가 일어나는 정도나 방향에 따라서, 강자성체, 상자성체, 반자성체 등으로 나룰 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 자성체 원료(306)가 첨가된 자성의 폴리이미드(PI) 필름을 제조하고, 제조된 폴리이미드(PI) 필름의 앞뒤에 동박(구리막)을 입혀서 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 제작한 후에, 한쪽 내지는 양쪽 동박(구리막)에 설계된 코일 패턴을 에칭하여 연성인쇄회로기판(FPCB)를 완성한다.
상기 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 연성인쇄회로기판(FPCB)과 그라파이트, 페라이트, 그리고 기타 부자재를 부착하여, 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일을 제작한다.
*도 4는 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일의 일 실시예를 도시한 그림이다.
상기 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일의 핵심 구성품은 상기 도 3에서 기술한 방법에 따라 제조된 자성의 폴리이미드(PI) 필름(401)을 구비한 자성의 연성동박적층판(FCCL)에 설계된 코일 패턴(402a,402b)을 에칭한 연성인쇄회로기판(FPCB)(403), 페라이트(404), 그라파이트(405)가 있다.
상기 도 4에 도시한 본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일의 분해도는 무선충전 기능을 수행하는 핵심 구성품만 나타낸 것으로, 커버필름, 접착필름, 이형지, 캐리어 등과 같은 부수적인 부자재는 도시하지 않았다.
본 발명에 따른 무선충전용 수신 코일의 연성인쇄회로기판(FPCB)(403), 페라이트(404), 그라파이트(405)의 기능과 역할은 종래의 무선충전용용 수신 코일의 핵심 구성품과 동일하며, 다만, 본 발명에 따른 수신 코일은 연성동박적층판(FCCL) 자체가 고투자율의 자성체로 구비되었기 때문에, 종래의 수신 코일에서 자계의 효율적으로 받아들이는 위한 아몰포스 자성코어(204)는 구비하지 않는다.
그러므로, 종래의 무선충전용 수신 코일이 아몰포스 자성체를 추가적으로 부착함에 따라 발생하는 수신 코일의 단가의 증가, 전체 수신 코일의 두께 증가, 공정상의 불량률 증가, 수신 코일의 성능 편차가 발생하지 않는다.
도 5는 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일의 성능을 시험한 결과를 도시한 그림이다.
도 5a는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일의 단품 특성을 측정하기 위해서, 본 발명에 따른 수신 코일(50개 샘플)에 대해 입력단에서의 저항값(resistance)(501)과 인덕턴스(inductance)(502)를 시험한 결과이다.
단품 수신 코일의 저항값은 교류 전류의 경로에서 손실이 발생하는 정도를 나타내고 인덕턴스는 수신 코일이 자계를 받아들이는 정도를 나타낸다.
상기 도 5a에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수신 코일의 저항값은 요구조건인 400~800mΩ(503)을 만족하고 인덕턴스도 요구조건인 7.4~8.2μH(504)를 만족한다.
도 5b는 본 발명에 따른 이동통신 단말기의 무선충전용 수신 코일의 충전 성능을 측정하기 위해서, 본 발명에 따른 수신 코일(50개 샘플)이 장착된 단말기를 송신 패드로 충전하는 경우의 충전 효율(505)을 시험한 결과이다.
충전 효율의 시험은 이동통신 단말기의 정상적인 무선충전 상황과 동일하게 송신 패드와 수신 코일이 배치된 상태에서, 본 발명에 따른 수신 코일에 0.6A의 전류가 생성되도록 송신 패드에 전력을 공급하고, 그 때의 송신 패드의 전력과 수신 코일의 전력을 측정하여 두 수치를 나눠서 충전 효율을 계산한다.
상기 도 5b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 수신 코일에서 0.6A의 전류가 생성될 때, 송신 패드의 전력은 약 3.9~4.1W(506)이고 수신 코일의 전력은 약 2.9W(5.7)이므로 무선충전의 효율은 약 70% 이상(505)으로 계산된다.
일반적인 무선충전 효율의 요구조건(508)은 70% 이상을 요구하기 때문에, 본 발명에 따른 자성의 연성동박적층판(FCCL)을 이용한 무선충전용 수신 코일은 이동통신 단말기의 무선충전 시스템에 적용될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명에 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
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Claims (1)

  1. 이동통신 단말기의 무선충전에 사용되는 수신 코일;
    상기 수신 코일은 연성동박적층판(flexible copper clad laminate, FCCL)에 코일 패턴을 에칭(etching)한 연성인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPCB)을 이용하여 구성되며
    상기 연성동박적층판(FCCL)은 폴리이미드(polyimide, PI) 필름을 구비하고
    상기 폴리이미드(PI) 필름이 자성을 갖는 자성체가 되기 위해 제조 과정에서 자성체 원료를 첨가;
    하는 것을 특징으로 하는 무선충전용 수신 코일
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