KR20170067635A

KR20170067635A - 자기장 차폐 구조물 및 전자기기

Info

Publication number: KR20170067635A
Application number: KR1020160044416A
Authority: KR
Inventors: 조성남; 이승민; 조중영; 송영환; 박두호; 서정욱; 장재혁; 이현정
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2015-12-08
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-06-16
Also published as: KR101892799B1

Abstract

본 발명은 일 실시 형태를 통하여 외부의 영향으로부터 자성층을 효과적으로 보호하는 한편 방열 성능이 향상된 자기장 차폐 구조물의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 베이스 기재와, 상기 베이스 기재 상에 배치된 자성층 및 상기 자성층의 상면과 측면, 그리고 상기 베이스 기재의 상면을 덮는 보호층을 포함하는 구조이다.

Description

자기장 차폐 구조물 및 전자기기 {Shielding Structure for Magnetic Field and Electronic Device}

본 발명은 자기장 차폐 구조물 및 전자기기에 관한 것이다.

최근 모바일 휴대용 장치에 무선 충전(WPC) 기능, 근거리 통신(NFC) 기능, 전자 결제(MST) 기능 등이 채용되고 있다. 무선 충전(WPC), 근거리 통신(NFC), 전자 결제(MST) 기술은 동작 주파수, 데이터 전송율, 전송하는 전력량 등에서 차이가 있다.

이러한 무선 전력 전송 장치의 경우, 전자기파를 차단과 집속 등의 기능을 수행하는 자성체 시트가 채용되며, 예컨대, 무선 충전 장치에서는 수신부 코일과 배터리 사이에 자성체 시트를 배치한다. 자성체 시트는 수신부 코일에서 발생한 자기장이 배터리로 도달하는 것을 차단해주고, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.

한편, 자성체 시트의 경우, Fe 등의 성분을 포함하는 합금으로 형성될 수 있는데 이에 따라 수분이나 산소 등에 취약할 수 있다.

본 발명의 일 목적은 외부의 수분이나 산소 등에 의한 영향을 저감함으로써 안정성이 향상된 자기장 차폐 구조물 및 이를 구비하는 전자기기를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 이러한 자기장 차폐 구조물의 방열 성능을 향상시키는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 외부의 영향으로부터 자성층을 효과적으로 보호하는 한편 방열 성능이 향상된 자기장 차폐 구조물의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 베이스 기재와, 상기 베이스 기재 상에 배치된 자성층 및 상기 자성층의 상면과 측면, 그리고 상기 베이스 기재의 상면을 덮는 보호층을 포함하는 구조이다.

일 예에서, 상기 보호층은 고방열성 필러를 포함할 수 있다.

일 예에서, 상기 고방열성 필러는 탄소, 구리 및 철 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

일 예에서, 상기 보호층은 상기 베이스 기재의 상면과 접착되어 상기 자성층을 밀봉하는 형태일 수 있다.

일 예에서, 상기 베이스 기재의 상면으로부터 상기 보호층의 상면까지의 거리는 상기 보호층과 상기 베이스 기재가 접착된 영역의 폭보다 작거나 같을 수 있다.

일 예에서, 상기 보호층과 상기 베이스 기재가 접착된 영역의 폭은 상기 베이스 기재의 상면에서 상기 자성층의 외곽 영역의 폭의 20%보다 클 수 있다.

일 예에서, 상기 보호층은 상기 자성층의 상면 및 측면과 밀착될 수 있다.

일 예에서, 상기 자성층에서 상기 보호층을 향하는 면에는 요철이 형성될 수 있다.

일 예에서, 상기 베이스 기재의 하면에는 점착 물질이 형성될 수 있다.

일 예에서, 상기 자성층은 복수 개 구비되어 두께 방향으로 적층될 수 있다.

일 예에서, 상기 복수의 자성층 사이에는 접착층이 개재될 수 있다.

일 예에서, 상기 자성층은 복수의 크랙부를 구비할 수 있다.

일 예에서, 상기 복수의 크랙부는 상기 자성층 표면이 파쇄된 형태일 수 있다.

일 예에서, 상기 복수의 크랙부는 규칙적인 형상과 간격으로 배열될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면은, 상술한 자기장 차폐 구조물을 구비하는 전자기기를 제공하며, 구체적으로, 코일부 및 상기 코일부 상에 배치되며, 베이스 기재와, 상기 베이스 기재 상에 배치된 자성층 및 상기 자성층의 상면과 측면, 그리고 상기 베이스 기재의 상면을 덮는 보호층을 포함하는 자기장 차폐 구조물을 포함한다.

일 예에서, 상기 코일부는 서로 다른 기능을 수행하는 복수의 기능 영역으로 분리될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 자기장 차폐 구조물 및 전자기기의 경우, 자성층에 적용된 고방열성 보호층에 의하여 구조적 안정성과 방열 특성이 현저히 향상될 수 있는바, 이를 이용한 전자기기의 신뢰성 향상에 유리하다.

도 1은 일반적인 무선충전 시스템의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기장 차폐 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 실시 형태에서 채용될 수 있는 자성층의 다양한 형태를 나타낸다.
도 6은 도 3의 실시 형태에서 채용될 수 있는 보호층의 형태를 나타낸다.
도 7은 도 3의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 자기장 차폐 구조물을 나타낸다.
도 8은 도 3의 자기장 차폐 구조물을 채용한 전자기기의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.

이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 일반적인 무선충전 시스템을 개략적으로 나타낸 외관 사시도이고, 도 2는 도 1의 주요 내부 구성을 분해하여 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 무선충전 시스템은 전자장치무선전력 전송장치(10)와 무선전력 수신장치(20)로 구성될 수 있으며, 무선전력 수신장치(20)는 휴대폰, 노트북, 태블릿 PC 등과 같은 전자기기(30)에 포함될 수 있다.

무선전력 전송장치(10)의 내부를 보면, 기판(12) 상에 송신부 코일(11)이 형성되어 있어 무선전력 전송장치(10)로 교류전압이 인가되면 주위에 자기장이 형성된다. 이에 따라, 무선전력 수신장치(20)에 내장된 수신부 코일(21)에는 송신부 코일(11)로부터 유도된 기전력에 의하여 배터리(22)가 충전될 수 있다.

배터리(22)는 충전과 방전이 가능한 니켈수소 전지 또는 리튬이온 전지가 될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리(22)는 무선전력 수신장치(20)와는 별도로 구성되어 무선전력 수신장치(20)에 착탈이 가능한 형태로 구현될 수 있고, 또는 배터리(22)와 무선전력 수신장치(20)가 일체로 구성되는 일체형으로 구현될 수도 있다.

송신부 코일(11)과 수신부 코일(21)은 전자기적으로 결합되어 있으며, 구리 등의 금속 와이어를 권회하여 형성될 수 있다. 이 경우, 권회 형상은 원형, 타원형, 사각형, 마름모형 등이 될 수 있으며, 전체적인 크기나 권회 횟수 등은 요구되는 특성에 따라 적절하게 제어하여 설정할 수 있다.

수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에는 자기장 차폐 구조물(100)이 배치되며, 자기장 차폐 구조물(100)은 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 자기장 차폐 구조물(100)은 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다.

이러한 자기장 차폐 구조물(100)은 코일부와 결합되어 상술한 무선충전 장치의 수신부 등에 적용될 수 있다. 또한, 무선 충전 장치 외에도 상기 코일부는 마그네틱 보안 전송(MST), 근거리 무선 통신(NFC) 등에 이용될 수도 있다. 또한, 자기장 차폐 구조물(100)은 무선충전 장치의 수신부가 아닌 송신부에도 적용될 수 있을 것이며, 이하에서는 송신부와 수신부 코일을 모두 코일부로 칭하기로 한다. 이하, 자기장 차폐 구조물(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자기장 차폐 구조물을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 4 및 도 5는 도 3의 실시 형태에서 채용될 수 있는 자성층의 다양한 형태를, 도 6은 도 3의 실시 형태에서 채용될 수 있는 보호층의 형태를 나타낸다.

도 3에 도시된 형태와 같이, 자기장 차폐 구조물(100)은 하나 이상의 자성층(101), 보호층(103) 및 베이스 기재(104)를 포함하여 구성되며, 이 경우, 본 실시 형태는 자성층(101)이 복수 개 구비되어 두께 방향으로 적층된 구조를 기준으로 설명하지만, 의도하는 차폐 기능이나 전자기기의 크기 등에 따라 자성층(101)의 적층 수는 적절히 조절될 수 있다.

전자파를 집속 및 차폐하기 위한 자성층(101)은 비정질 합금이나 나노 결정립 합금 등으로 이루어진 박판의 금속 리본을 사용할 수 있다. 이 경우, 비정질 합금으로는 Fe계 또는 Co계 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 자성 합금은 Si를 포함하는 물질, 예를 들어, Fe-Si-B 합금을 사용할 수 있으며, Fe를 비롯한 금속의 함유량이 높을수록 포화 자속 밀도가 높아지지만, Fe 원소의 함유량이 과다할 경우 비정질을 형성하기 어려우므로 Fe의 함량은 70-90atomic%일 수 있으며, 비정질 형성 가능성 측면에서는 Si 및 B의 합이 10-30atomic%의 범위인 것이 가장 적합하다. 이러한 기본 조성에 부식을 방지시키기 위해 Cr, Co 등 내부식성 원소를 20 atomic% 이내로 첨가할 수도 있고, 다른 특성을 부여하도록 필요에 따라 다른 금속 원소를 소량 포함할 수 있다.

다음으로, 나노 결정립 합금을 이용할 경우에는 예를 들어, Fe계 나노 결정립 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 나노 결정립 합금은 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있다.

한편, 자성층(101)은 일체화 된 형태로 제공될 수도 있지만, 도 4에 도시된 형태와 같이 복수 개의 조각(110)으로 파쇄된 구조를 가질 수 있으며, 이러한 파쇄 구조는 복수의 조각 사이에 전기 절연성을 제공할 수 있으므로 자성층(101)에 발생할 수 있는 와류 전류의 저감에 기여할 수 있다. 이러한 파쇄 구조의 경우, 도 4의 예처럼 랜덤하게 형성될 수도 있지만, 도 5의 도시된 형태와 같이, 자성층(101) 표면이 파쇄된 크랙부(120)의 형태로 제공될 수 있다. 이러한 규칙적인 파쇄 구조인 크랙부(120)를 사용하여 자성층(101)의 투자율을 조절할 수 있으며, 자성층(101)의 영역별로 파쇄 정도를 달리함으로써 투자율의 변화를 가져올 수 있다. 이 경우, 복수의 크랙부(120)는 규칙적인 형상과 간격으로 배열될 수 있을 것이다.

다시 도 3을 참조하면, 복수의 자성층(101) 사이에는 접착층(102)이 개재되며, 접착층(102)은 자성층(101)들의 층간 절연과 더불어, 자성층(101)들의 층간 접합을 위하여 제공될 수 있다. 접착층(102)은 자성층(101)을 접합하기에 적합한 것이라면 당 기술 분야에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것이라도 채용이 가능하며, 양면테이프 등을 예로 들 수 있다.

보호층(103)은 자성층(101)의 상면과 측면, 그리고 베이스 기재(104)의 상면을 덮는 형태이다. 상술한 바와 같이, Fe 합금 등으로 이루어지는 자성층(101)은 외부에 노출될 경우 수분이나 염분 등에 취약하며, 이러한 외부의 영향에 의하여 특성이 열화될 수 있다. 본 실시 형태에서는 자성층(101)을 확실히 보호할 수 있는 보호층(103)을 자성층(101)의 상면과 측면에 모두 적용하였으며, 나아가, 보호층(103)의 베이스 기재(104)의 상면과 접합됨으로써 보호 기능이 향상됨과 함께 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 이 경우, 보호층(103)은 도 3에 도시된 형태와 같이, 베이스 기재(104)의 상면과 접착되어 자성층(101)을 밀봉하는 형태로 구현될 수 있으며, 자성층(101)의 상면 및 측면과 밀착될 수 있다.

보호층(103)은 이러한 보호 기능을 수행할 수 있는 물질을 적절히 채용할 수 있으며, 에폭시, PET 필름 등의 절연성 수지를 예로 들 수 있을 것이다. 나아가, 보호 기능 외에 보호층(103)은 방열 기능을 수행할 수도 있으며, 이를 위해 도 6에 도시된 형태와 같이, 절연층(130) 내에 분산된 고방열성 필러(131)를 포함할 수 있다. 여기서 고방열성 필러(131)는 탄소, 구리, 철 등의 전도성 물질을 예로 들 수 있다. 이와 같이, 보호층(103)이 높은 열 전도성을 가짐에 따라, 자성층(101) 등에서 발생된 열은 효과적으로 방출될 수 있다. 즉, 보호층(103)은 공기보다 열 전도도가 높기 때문에 자성층(101)에 축적된 열은 효과적으로 방출될 수 있으며, 이에 따라 이를 사용한 전자기기의 신뢰성이 향상될 수 있다.

이러한 보호 및 방열 기능을 충실히 수행하도록 보호층(103)의 크기(높이, 폭 등) 요소들은 적절히 정의될 수 있다. 일 예로서, 도 3을 참조하면, 베이스 기재(104)의 상면으로부터 보호층(103)의 상면까지의 거리(H)는 보호층(103)과 베이스 기재(104)가 접착된 영역의 폭(W1)보다 작거나 같게 구현될 수 있으며, 이에 따라 보호층(103)과 베이스(104)의 접착 영역이 충분히 확보될 수 있으므로 자성층(101)은 보다 안정적으로 보호될 수 있다. 또한, 충분한 접합 성능을 구현하기 위하여 보호층(103)과 베이스 기재(104)가 접착된 영역의 폭(W1)은 베이스 기재의 상면에서 자성층의 외곽 영역의 폭(W2)과의 관계에서도 적절히 정의될 수 있으며, 일 예로서, W1은 W2의 20%보다 큰 것이 바람직하다 할 것이다.

한편, 베이스 기재(104)는 그 상부에 자성층(101) 등이 배치되며, 자성층(101)을 보호함과 함께, 이에 의하여 자성층(101)을 보다 용이하게 핸들링 할 수 있다. 베이스 기재(104)는 PET 등의 필름을 포함할 수 있으며, 양면 테이프의 형태로 제공되어 코일 부품 등에 접합될 수 있다. 이를 위하여, 베이스 기재(104)의 하면에는 점착 물질이 형성되어 있을 수 있다. 이와 달리, 코일 부품 등에 적용 시 베이스 기재(104)는 이형 필름으로 기능할 수 있으며, 구체적으로 베이스 기재(104)는 자성층(101)과 보호층(103)으로부터 분리되고 자성층(101)과 보호층(103) 등만이 코일 부품에 접합될 수도 있을 것이다.

도 7은 도 3의 실시 형태에서 변형된 예에 따른 자기장 차폐 구조물을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 자기장 차폐 구조물(100`)의 경우, 자성층(101`), 접착층(102`), 보호층(103`) 및 베이스 기재(104`)를 포함하며 앞선 실시 형태와는 보호층(103`)과 자성층(101`) 사이에 요철 구조와 같은 결합력 강화 구조가 형성된 면에서 차이가 있다. 즉, 도 7에 도시된 형태와 같이, 자성층(101`)에서 보호층(103`)을 향하는 면에는 요철이 형성되며, 보호층(103`)은 이러한 요철을 적어도 일부 메움으로써 자성층(101`)과 보호층(103`)은 더욱 밀착되어 결합력이 향상될 수 있다. 이러한 요철 구조에 의하여 자성층(101`)과 보호층(103`)의 접촉하는 면적이 증가되므로, 보호층(103`)의 보호 기능과 방열 기능은 더욱 향상될 수 있을 것이다.

도 8은 도 3의 자기장 차폐 구조물을 채용한 전자기기의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다. 도 8을 참조하면, 전자기기(200)는 코일부(102)와 배터리(201)를 포함하며, 이들 사이에는 상술한 자기장 차폐 구조물(100)이 개재된다. 본 실시 형태에서 제안하는 전자기기(200)의 경우, 코일부(102)가 서로 다른 기능을 수행하는 복수의 기능 영역(A, B, C)으로 분리됨으로써 하나의 장치에서 무선 충전, 근거리 통신 등 다양한 기능을 구현할 수 있다. 이 경우, 코일부(102)의 복수의 기능 영역(A, B, C)에 대응하도록 투자율과 같은 자성층(101)의 특성 역시 기능 영역별로 구분될 수 있다. 이를 위하여 상술한 예와 같이 자성층(101)에 형성된 파쇄 구조의 크기나 피치 등을 적절히 조절할 수 있을 것이다.

본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 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.

10: 무선전력 전송장치
11: 송신부 코일
20: 무선전력 수신장치
21: 수신부 코일(코일부)
22: 배터리
30: 전자기기
100, 100`: 자기장 차폐 구조물
101, 101`: 자성층
102, 102`: 접착층
103, 103`: 보호층
104, 104`: 베이스 기재
110: 조각
120: 크랙부
130: 절연층
131: 필러
200: 전자기기

Claims

베이스 기재;
상기 베이스 기재 상에 배치된 자성층; 및
상기 자성층의 상면과 측면, 그리고 상기 베이스 기재의 상면을 덮는 보호층;
을 포함하는 자기장 차폐 구조물.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 고방열성 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제2항에 있어서,
상기 고방열성 필러는 탄소, 구리 및 철 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 베이스 기재의 상면과 접착되어 상기 자성층을 밀봉하는 형태인 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제4항에 있어서,
상기 베이스 기재의 상면으로부터 상기 보호층의 상면까지의 거리는 상기 보호층과 상기 베이스 기재가 접착된 영역의 폭보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제4항에 있어서,
상기 보호층과 상기 베이스 기재가 접착된 영역의 폭은 상기 베이스 기재의 상면에서 상기 자성층의 외곽 영역의 폭의 20%보다 큰 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제1항에 있어서,
상기 보호층은 상기 자성층의 상면 및 측면과 밀착된 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제7항에 있어서,
상기 자성층에서 상기 보호층을 향하는 면에는 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 자기장 차폐 구조물.
제1항에 있어서,
상기 베이스 기재의 하면에는 점착 물질이 형성된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제1항에 있어서,
상기 자성층은 복수 개 구비되어 두께 방향으로 적층된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제10항에 있어서,
상기 복수의 자성층 사이에는 접착층이 개재된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제1항에 있어서,
상기 자성층은 복수의 크랙부를 구비하는 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제12항에 있어서,
상기 복수의 크랙부는 상기 자성층 표면이 파쇄된 형태인 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
제12항에 있어서,
상기 복수의 크랙부는 규칙적인 형상과 간격으로 배열된 것을 특징으로 하는 자성체 시트.
코일부; 및
상기 코일부 상에 배치되며, 베이스 기재와, 상기 베이스 기재 상에 배치된 자성층 및 상기 자성층의 상면과 측면, 그리고 상기 베이스 기재의 상면을 덮는 보호층을 포함하는 자기장 차폐 구조물;
을 포함하는 전자기기.
제15항에 있어서,
상기 코일부는 서로 다른 기능을 수행하는 복수의 기능 영역으로 분리되는 것을 특징으로 전자기기.