KR20170085246A - 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제조가 간단하고 대량 생산에 적합하며 제조 단가를 낮출 수 있는 새로운 구조를 갖는 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 유전체를 세라믹이 아닌 폴리카보네이트와 같은 합성수지로 제작함에 따라 세라믹의 소성, 응축 및 전기로에서의 건조 등의 공정을 생략하고 사출에 의해 간단한 공정으로 생산이 가능하며, 접지판-유전체 어셈블리의 인서트 사출 및 선재의 초음파 압착이 자동화 설비에 의해 수행되므로 효율적으로 대량 생산이 가능해지고, 제조 단가를 낮출수 있게 된다.

Description

지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법{GPS ANTENA MODULE AND THE PRODUCING METHOD THEREOF}

본 발명은 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 제조가 간단하고 대량 생산에 적합하며 제조 단가를 낮출 수 있는 새로운 구조를 갖는 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

네비게이션 또는 지도 서비스, 기타 위치 기반 모바일 서비스 등의 제공을 위해 지피에스 안테나 모듈에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

이러한 지피에스 안테나 모듈은 서로 다른 위치에 있는 위성 신호를 수신하기 위한 것으로, 도 1 에 도시된 바와 같이, 프런트엔드모듈(12)이 실장된 PCB(10)와, PCB 상층에 구비된 접지면(20), 접지면 상층에 구비되는 유전체(30), 유전체(30) 상층에 구비되는 패치안테나(40), 그리고 패치안테나(50)와 프런트엔드모듈(12)을 전기적으로 연결하기 위하여 각 층을 관통하는 급전핀(50)을 포함한다. 여기서, 상기 유전체(30)는 주로 세라믹 재질로 구성되고, 상기 세라믹 유전체(30)의 하부면에 동판 인쇄를 통하여 접지면(20)이 형성되고, 상부면에 도전성 실버페이스트를 코팅함에 따라 패치 안테나(40)가 형성된다.

그런데, 유전체(30)로서 세라믹을 사용하는 경우, 세라믹 내부에 기포나 이물질이 다량 함유되면 캐패시티(capacity) 값이 정교하지 못하여 원하는 주파수 특성을 얻을 수 없다. 이를 위해, 세라믹의 소성 후 응축과, 전기로에서의 건조 과정을 거쳐야 하는 등 유전체(30)의 제조 공정이 복잡하고 시간이 많이 걸리는 단점이 존재한다. 또한, 소성, 응축 및 건조가 완료된 세라믹에 동판을 인쇄하여 경화시킨 후, 다시 실버페이스트를 인쇄하여 경화시켜 접지면(20)과 패치 안테나(40)를 형성하는 바, 인쇄와 경화 공정이 복잡하고 시간이 많이 걸리기 때문에 대량 생산에 적합하지 못하다는 단점이 존재하고, 특히, 패치 안테나(40) 제조를 위한 실버페이스트의 가격이 매우 높기 때문에 전체적으로 제조 단가가 매우 높아질 수 밖에 없는 단점이 존재한다.

대한민국 등록특허 제10-1105443호 대한민국 공개특허 제10-2009-0059329호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 지피에스 안테나 모듈의 단점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 제조가 간단하고, 자동화를 통하여 대량 생산에 적합하며, 제조 단가를 낮출 수 있는 새로운 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈은 PCB와; 상기 PCB의 상층에 배치되는 접지판과; 상기 접지판의 상층에 배치되는 합성수지재 유전체와; 상기 유전체의 상부면에 초음파 압착에 의해 형성되는 안테나 선재와; 상기 PCB, 접지판 및 유전체를 관통하여 설치되되, 상단이 상기 안테나 선재와 접속되는 급전핀을 포함한다.

여기서, 상기 유전체는 폴리카보네이트 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 유전체와 접지판은 인서트 사출에 의해 일체로 사출 성형되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 접지판은 동판으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 접지판은 PCB 상면에 양면테이프로 접착되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 제조 방법은, PCB를 준비하는 단계와; 접지판을 프레스 가공하는 단계와; 인서트 사출에 의해 접지판-유전체 어셈블리를 제조하는 단계; 상기 접지판-유전체 어셈블리의 접지판 하면을 상기 PCB의 상면에 양면테이프로 접합하는 단계; 상기 접지판-유전체 어셈블리의 유전체 상면에 안테나 선재를 초음파 압착하여 안테나 패턴을 형성하는 단계; 상기 PCB 및 접지판-유전체 어셈블리를 관통하도록 급전핀을 설치하고, 상기 급전핀과 안테나 선재를 용접하여 연결하는 단계를 포함한다.

상기한 바와 같은 본 발명에 따르면, 유전체를 세라믹이 아닌 폴리카보네이트와 같은 합성수지로 제작함에 따라 세라믹의 소성, 응축 및 전기로에서의 건조 등의 공정을 생략하고 사출에 의해 간단한 공정으로 생산이 가능하며, 접지판-유전체 어셈블리의 인서트 사출 및 선재의 초음파 압착이 자동화 설비에 의해 수행되므로 효율적으로 대량 생산이 가능해지고, 제조 단가를 낮출수 있게 된다.

도 1 은 종래 일반적인 지피에스 안테나 모듈의 단면도,
도 2 는 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 사시도,
도 3 은 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 분해사시도,
도 4 는 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 제조 공정 순서도,
도 5 는 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 안테나 선재 압착용 초음파 압착장치를 나타낸 도면,
도 6 은 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈 제조장치를 나타낸 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지피에스 안테나 모듈 및 그 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈은, PCB(100), 접지판(120), 유전체(130), 안테나 선재(140) 및 급전핀(150)을 포함한다. 이하, 각 구성 및 제조 방법을 도 4 내지 도 6 을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 지피에스 안테나 모듈의 제조를 위해 PCB(100)를 준비한다(S100). 상기 PCB(100)는 종래 일반적인 지피에스 안테나 모듈과 같이 하부에 프런트엔드모듈(10) 등 각종 전기 소자들이 실장되고, 일측에는 급전핀(150)을 관통시키기 위한 제1핀홀(102)이 형성된다.

상기 PCB(100) 상부에는 접지판(120)이 형성된다. 상기 접지판(120)은 금속으로 구성된 얇은 판재로서, 전기전도성이 우수한 동판으로 구성되는 것이 바람직하고, 중량을 줄이기 위해 표면에는 다수의 통공이 타공되며, 일측에 급전핀(150)을 관통시키기 위한 제2핀홀(122)이 형성된다. 이러한 접지판(120)은 도 4 에 도시된 바와 같이, 프레스 가공(S110)에 의해 제작된다.

상기 접지판(120)은 유전체(130)의 하부에 배치된다. 본 발명에서는 도 4 에 도시된 바와 같이, 인서트 사출에 의해 접지판(120)과 유전체(130)가 함께 일체로 결합된 접지판-유전체 어셈블리를 형성한다(S120). 위에서 이미 설명한 바와 같이, 일반적인 지피에스 안테나 모듈에서는 유전체(130)로서 세라믹을 주로 사용하였는바, 세라믹의 소성과 응축 및 기포 제거를 위한 전기로에서의 건조 등 공정이 복잡하다는 단점이 존재한다. 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 상기 유전체(130)를 사출 가능한 합성수지재, 바람직하게는 PC(폴리카보네이트) 재질로 제작하고, 접지판(120)을 유전체(130)의 하부에 결합시키기 위하여, 유전체(130) 사출시 금형 내부에 미리 제조된 접지판(120)을 인서트함으로써, 유전체(130)의 하부에 접지판(120)이 일체로 결합되도록 한 것이다. 상기 유전체(130)의 일측에는 역시 급전핀(150)을 관통시키기 위한 제3핀홀(132)이 형성된다.

인서트 사출에 의해 형성된 접지판-유전체 어셈블리는 PCB(100)의 상층에 접합된다(S130). 접지판-유전체 어셈블리와 PCB(100)의 접합은 도 3 에 도시된 바와 같이 양면테이프(110)에 의해 수행되며, 상기 양면테이프(110)에도 급전핀(150)이 관통되도록 제4핀홀(112)이 형성된다.

상기 유전체(130)의 상부면에는 안테나 선재(140)가 초음파 압착에 의해 결합된다(S140). 상기 안테나 선재(140)는 위성 신호를 수신하도록 전도성 재질로 구성되며, 안테나 선재(140) 전체가 하나의 안테나 역할을 한다. 이를 위해 안테나 선재(140)는 위성 신호의 수신 주파수에 따라 그 길이, 임피던스 및 형상이 결정된다. 이에, 본 발명은 초음파 압착장치(도 5 참조)를 이용하여 안테나 선재(140)를 유전체(130)의 표면에 안테나 형상을 따라 압착한다. 초음파 압착장치에서 초음파 진동시 유전체(130) 표면이 일부 용융되면서 그 부분에 안테나 선재(140)가 압착되는 것이다. 이와 같이, 안테나 선재(140)를 공급하면서 그와 동시에 초음파 압착장치로 압착을 진행하면 안테나 모듈의 제작시간을 단축시키면서도 정밀한 안테나의 제작이 가능하다.

도 5 및 도 6과 같이 초음파 압착장치(210)는 진동기(211) 및 진동 혼(212)(horn)을 포함하는데, 진동기(211)는 전원을 공급받아 진동하는 것으로 고정대(231)에 설치되고, 진동 혼(212)은 진동기(211)의 하단에 연결되어 진동이 전달된다. 고정대(231)는 X/Y 2축 이동장치(230)에 의해 이동한다.

초음파 압착시 안테나 선재(140)가 동시에 공급될 수 있도록, 진동 혼(212)의 중심부에는 공급통로(212a)가 형성되어 있다. 공급통로(212a)는 진동 혼(212)의 하단 첨두부까지 형성되어 있어서 진동 혼(212)의 첨두부를 통해 안테나 선재(140)가 배출 공급된다. 또한, 진동 혼(212)의 공급통로(212a) 중 일부분은 진동 혼(212)의 측면까지 형성되어 있어서, 진동 혼(212)의 측부를 통해 안테나 선재(140)가 공급통로(212a) 내부로 공급된다. 이때, 안테나 선재(140)는 선재 공급기(220)에 감겨 있다가 진동 혼(212)이 이동하면 안테나 선재(140)를 풀어 공급한다.

따라서, 본 발명은 선재 공급기(220)에 감겨있던 안테나 선재(140)가 초음파 압착장치(210)로 공급되고, 초음파 압착장치(210)의 이동 중(즉, 안테나 패턴을 따라 이동 중) 진동 혼(212)을 통해 안테나 선재(140)가 공급되면서 초음파 압착이 이루어진다.

도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 초음파 압착장치(210)는 안테나 선재(140)가 모듈 베이스(110)의 표면을 따라 압착될 패턴(즉, 안테나 형상)이 저장된 안테나 패턴정보 저장부(240)를 참조한다. 구체적으로 이들 정보는 CPU(270)에 의해 읽어 들여져 X/Y 2축 이동장치(230)에 전달됨에 따라, X/Y 2축 이동장치(230)가 그 정보에 기초하여 초음파 압착장치(210)를 정밀하게 이동시킨다. X/Y 2축 이동장치(230) 이동시 안테나 형상을 참조하여 이동 경로를 조정한다. 이때, 선재 공급기(220)로부터 초음파 압착장치(210)로 안테나 선재(140)를 공급함은 위에서 이미 설명하였다.

특히, 본 발명은 설정에 따라 안테나 선재(140)의 전체 표면적 중 전체 또는 일부분이 유전체(130) 내부에 매립되며, 매립 정도는 주변환경에 따라 최적으로 조절된다. 예컨대, 전체가 매립되거나, 90%가 매립되거나, 혹은 70%가 매립되도록 하는 등 다양한 조절이 가능하다. 따라서, 선재 압착 단계(S120)에서는 가압 정보 저장부(260)를 참조하여 가압을 한다. 가압 정보 저장부(260)에는 유전체(130)의 재질 및 초음파 진동 주파수 등을 비롯한 다양한 정보를 저장하고 있어서 초음파 압착장치(210)로 안테나 선재(140)를 가압하는 힘을 결정할 수 있게 한다.

이와 같은 방법으로 안테나 선재(140)가 유전체(130) 표면에 형성되고 난 후, 급전핀(150)을 PCB(100)와 접지판(120) 및 유전체(130)를 관통하여 설치하고, 상기 안테나 선재(140)와 급전핀(150)을 용접에 의해 전기적으로 연결한다(S150).

상술한 바와 같은 방법에 의해 본 발명에 따른 지피에스 안테나 모듈의 제조가 완료되며, 이와 같이 접지판-유전체 어셈블리의 인서트 사출 및 선재의 초음파 압착이 자동화 설비에 의해 수행되므로 효율적으로 대량 생산이 가능해지고, 제조 단가를 낮출수 있게 된다.

100 : PCB 110 : 양면테이프
120 : 접지판 130 : 유전체
140 : 안테나 선재 150 : 급전핀

Claims (6)

1. PCB(100)와;
   상기 PCB(100)의 상층에 배치되는 접지판(120)과;
   상기 접지판(120)의 상층에 배치되는 합성수지재 유전체(130)와;
   상기 유전체(130)의 상부면에 초음파 압착에 의해 형성되는 안테나 선재(140)와;
   상기 PCB(100), 접지판(120) 및 유전체(130)를 관통하여 설치되되, 상단이 상기 안테나 선재(140)와 접속되는 급전핀(150)을 포함하는 지피에스 안테나 모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 유전체(130)는 폴리카보네이트 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 지피에스 안테나 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유전체(130)와 접지판(120)은 인서트 사출에 의해 일체로 사출 성형되는 것을 특징으로 하는 지피에스 안테나 모듈.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 접지판(120)은 동판으로 형성된 것을 특징으로 하는 지피에스 안테나 모듈.
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 접지판(120)은 PCB(100) 상면에 양면테이프(110)로 접착되는 것을 특징으로 하는 지피에스 안테나 모듈.
6. PCB(100)를 준비하는 단계와;
   접지판(120)을 프레스 가공하는 단계와;
   인서트 사출에 의해 접지판-유전체 어셈블리를 제조하는 단계;
   상기 접지판-유전체 어셈블리의 접지판(120) 하면을 상기 PCB(100)의 상면에 양면테이프(110)로 접합하는 단계;
   상기 접지판-유전체 어셈블리의 유전체(130) 상면에 안테나 선재(140)를 초음파 압착하여 안테나 패턴을 형성하는 단계;
   상기 PCB(100) 및 접지판-유전체 어셈블리를 관통하도록 급전핀(150)을 설치하고, 상기 급전핀(150)과 안테나 선재(140)를 용접하여 연결하는 단계를 포함하는 지피에스 안테나 모듈 제조 방법.

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