KR20170129388A - 3d 프린팅 기술을 이용한 nfc 안테나 제조방법 - Google Patents

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KR20170129388A
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Abstract

3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조방법은, 고분자 기판 상에 금속 물질을 이용하여 제1배선층을 형성하는 단계; 고분자 물질을 이용하여, 제1배선층 상에 절연층을 형성하는 단계; 절연층 상에 금속 물질를 이용하여 제2배선층을 형성하는 단계; 및 제1배선층과 제2배선층을 배선 연결하는 단계를 포함하며, 절연층은 제1배선층과 제2배선층이 중첩되는 부분에 대응되도록 형성된다.

Description

3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조방법{A METHOD FOR MANUFACTURING NFC ANTENNA USING 3D PRINTING}
본 발명은 3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조방법에 관한 것이다.
NFC(Near Field Communication)는 13.56MHz의 대역을 가지며, 약 10이내의 가까운 거리의 무선 통신을 하기 위한 기술로서, 전력 소모가 작으며 비접촉식 RFID 기술과 호환 가능하다는 이점이 있다. 현재 지원되는 데이터 통신 속도는 초당 424 kbit이며, 교통 카드, 티켓, 지불 등의 전자결제, 신원 확인용 등 여러 분야에서 사용되고 있다.
이와 같은 NFC 통신을 가능하게 하는 NFC 안테나는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 무선통신단말기 등의 케이스 내부 또는 배터리 측에 부착할 수 있도록 구비되며, NFC 통신대역에 대응하는 안테나 회로가 형성된 안테나 기판부(1)와, 상기 안테나 기판부(1)에 형성된 안테나 회로에 전기적으로 연결되는 단자부(2)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 안테나 기판부(1)는 폴리이미드(PI) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)의 기재 상에 전도성 재질을 이용한 안테나 패턴을 갖는다. 단자부(2)는 FPCB(연성회로기판)로서 동박적층필름을 이용한 단자 회로를 가지며, 단말기 배터리의 전극부(패키징 전극)와 연결하기 위한 부분이다.
상기와 같은 NFC안테나를 제조하기 위해서는 동박 에칭 공정이 요구되는데, 동박 에칭 방식으로 NFC 안테나를 제조하는 경우, 공정이 복잡하며, 제조 비용이 비싸다는 단점이 있다.
한편, 2D 인쇄 방법을 이용하여 NFC 안테나를 제조하는 방법도 제안되고 있으나, 2D 인쇄 방법의 경우, 다층 인쇄가 필요한 NFC 안테나 패턴 제조에 있어서 각 층마다 제판을 따로 제작해야 하는 불편함과 평평하지 않은 기판에는 인쇄가 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 3D 프린팅 기술을 활용하여 NFC 안테나를 간단하고 빠르게 제작하고자 한다.
또한, 본 발명은 안테나 제조 공정을 최소화함으로써 NFC 안테나 제조에 소요되는 비용을 절감하고, NFC 안테나 제조 효율을 향상시키고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하고자 본 발명의 일 실시형태에 따른 3D 프린트 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법은, 고분자 기판 상에 금속 물질을 이용하여 제1배선층을 형성하는 단계; 고분자 물질을 이용하여, 상기 제1배선층 상에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 금속 물질을 이용하여 제2배선층을 형성하는 단계; 및 상기 제1배선층과 상기 제2배선층을 배선 연결하는 단계를 포함하되, 상기 절연층은 상기 제1배선층과 상기 제2배선층이 중첩되는 부분에 형성된다.
실시 예에 있어서, 상기 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
실시 예에 있어서, 상기 고분자 물질은, ABS, PVA, HIPS, PLA, Polycarbonate, 나일론, Polyphenylsulfone, ULTEM, PEEK, 및 PAEK 을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, NFC 안테나 제조 비용을 절감하고, 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 고비용의 에칭 공정을 수행할 필요가 없으므로, 비용 절감에 효과적이다.
또한, 본 발명에 따르면 기존의2D 안테나 제조 공정에서 필수적인 제판 제조 공정을 생략할 수 있으므로, 공정이 간단하며, 제조 시간을 단축시킬 수 있다.
도 1 은 일반적인 NFC 안테나를 설명하기 위한 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린트 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 제1배선층의 일 예이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 절연층의 일 예이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 제2배선층의 일 예이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴이나 타 구조물의 "위(on)"에, "아래(under)"에, 상측(upper)에, 또는 하측(lower)에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)", "아래(under)", 상측(upper), 및 하측(lower)은 "직접(directly)" 또는 "다른 층, 또는 구조물을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있으며, 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
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 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용한다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 일반적인 NFC 안테나의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 3D프린터를 이용한 NFC 제조 방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 제1배선층의 일 예를 설명하기 위한 도이고, 도 4는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 절연층의 일 예를 설명하기 위한 도이고, 도 5는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 제2배선층의 일 예를 설명하기 위한 도이고, 도 6은 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 모식도이다.
도 2 내지 도 6을 통하여, 본 발명에 따른 3D프린터를 이용한 NFC 제조 방법에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 프린트 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법의 순서도이다.
3D 프린터는 공지된 다양한 종류를 선택할 수 있으며, 예를 들어, FDM, SLS, SLA 등의 방법으로 3D 프린팅을 수행할 수 있다. FDM(Fused Deposition Modeling)은 필라멘트 형태의 열가소성 물질을 노즐 안에서 녹여 필름 형태로 출력하여 한 층씩 적층해 나가면서 프린팅하는 방법이며, SLA(SeteroLithography Apparatus)는 빛을 받으면 고체로 변하는 광경화성 수지가 들어있는 수조에 레이저 빔을 쏘아 필요한 부분만 고체화시키는 방법이며, SLS(Selective Laser Sintering)는 파우더형 재료(플라스틱 분말, 모래, 금속 가루 등)가 담겨있는 수조에 레이저를 쏘아 박막을 형성하며, 막이 형성된 뒤 다시 파우더를 뿌리고 레이저를 쏘는 과정을 반복해서 물체를 조형하는 방법이다.
도 2를 참조하면, 3D 프린트 기술을 이용하여 NFC 안테나를 제조하기 위하여, 고분자 기판 위에 금속 물질을 이용하여 제1배선층을 형성한다(S100). 이 때, 3D 프린트 기술을 이용하여 제1배선층을 형성하는 것은 3D 프린트를 이용하여 제1배선층을 프린팅하는 것을 포함한다.
여기서, 제1배선층을 형성하는 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 또한, 금속 물질은 액체형이거나, 고체형이거나, 파우더형일 수 있으며, 제형에 따라 적절한 3D 프린트 기법을 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 선택되는 금속 물질에 따라 공정 온도 등의 공정 조건을 설계 변경할 수 있다.
고분자 기판은, PC, PES, PET, Pac, PEN, PI, PAR, FRP를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것이 바람직하며, 리지드(rigid)하거나 플렉서블(flexible)할 수 있다.
고분자 기판 상에 프린팅되는 제1배선층은 나선 형성 영역을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 제1배선층은 평면적인 형상으로 형성될 수도 있고, 입체적인 형상으로 형성될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 3D 모델링 프로그램을 활용하여 루프형, 나선형 등의 형태로 안테나를 설계할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 설계 목적 및 용도 등에 따라 안테나의 형태가 달라질 수 있음은 물론이다. 또한, 설계 목적 및 용도 등에 따라 안테나의 선폭, 길이, 두께 등도 달라질 수 있다.
NFC 안테나에서 유도되는 인덕턴스와 캐패시턴스는, 나선 형성 영역의 크기에 의해 좌우되며, 나선 형성 영역의 배열 형태, 간격 등을 조절하여 NFC 안테나의 동작 주파수를 조절할 수 있다.
다음으로, 3D 프린팅 기술을 이용하여, 고분자 물질로 절연층을 형성(S200)한다. 3D 프린트 기술을 이용하여 절연층을 형성하는 것은 3D 프린트를 이용하여 절연층을 프린팅하는 것을 포함한다. 절연층은 제1배선층 상에 형성될 수 있으며, 제1배선층과 일부 또는 전부 중첩되도록 형성될 수 있다.
절연층 형성에 이용되는 고분자 물질은, ABS, PVA, HIPS, PLA, Polycarbonate, 나일론, Polyphenylsulfone, ULTEM, PEEK, 및 PAEK을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 절연층 형성을 위한 공정 조건 (3D프린터 기법 포함)은 절연층 소재, 소재 특성 등을 종합적으로 고려하여 설계 변경할 수 있다.
예를 들어, 열가소성 수지를 이용하여 절연층을 형성하는 경우에는, FDM 방법에 의해 3D 프린팅을 수행하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, 열가소성 수지인 PC, 나일론, Polyphenylsulfone은 열변형온도[HDT]가 100~150도임을 고려하여 공정 온도를 설정하는 것이 바람직하다. 또 다른 예로, ULTEM, PEEK, 또는 PAEK 등은 열변형온도[HDT]가 150도 이상인 고강도의 엔지니어링 재료임을 감안하여 공정 온도를 설정하는 것이 바람직하다.
추후 상술할 바와 같이, 절연층은 제1배선층과 제2배선층이 중첩되는 부분에 대응되도록 형성되는 것이 바람직하다. 제1배선층과 제2배선층 사이에 개재되는 절연층은 복수의 배선층이 중첩됨으로써 발생할 수 있는 쇼트를 방지할 수 있다.
다음으로, 3D 프린트 기술을 이용하여 금속 물질로 제2배선층을 형성한다(S300). 3D 프린트 기술을 이용하여 제2배선층을 형성하는 것은 3D 프린트를 이용하여 제2배선층을 프린팅하는 것을 포함한다.
제2배선층은 절연층 상에 형성될 수 있다. 제2배선층은 절연층과 일부 또는 전부 중첩되도록 형성될 수 있다. 제2배선층을 형성하는 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 또한, 금속 물질은 액체형이거나, 고체형이거나, 파우더형일 수 있으며, 제형에 따라 적절한 3D 프린트 기법을 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 선택되는 금속 물질에 따라 공정 온도 등의 공정 조건을 설계 변경할 수 있다.
고분자 기판 상에 프린팅되는 제3배선층은 나선 형성 영역을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 제2배선층은 평면적인 형상으로 형성될 수도 있고, 입체적인 형상으로 형성될 수도 있다. 본 발명에 따르면, 3D 모델링 프로그램을 활용하여 루프형, 나선형 등의 형태로 안테나를 설계할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 설계 목적 및 용도 등에 따라 안테나의 형태가 달라질 수 있음은 물론이다. 또한, 설계 목적 및 용도 등에 따라 안테나의 선폭, 길이, 두께 등도 달라질 수 있다.
NFC 안테나에서 유도되는 인덕턴스와 캐패시턴스는, 나선 형성 영역의 크기에 의해 좌우되며, 나선 형성 영역의 배열 형태, 간격 등을 조절하여 NFC 안테나의 동작 주파수를 조절할 수 있다.
다음으로, 제1배선층과 제2배선층을 전기적으로 접속시키기 위한하여, 제1배선층과 제2배선층을 배선 연결한다(S400).
한편, 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 NFC 안테나 제조 방법은, 안테나 급전부 형성 단계, 임피던스 매칭부 형성 단계를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따라 제조된NFC 안테나의 제1배선층(10)의 일 예를 설명하기 위한 도이다. 상술한 바와 같이 제1배선층(10)은 고분자 기판 상에 금속 물질을 3D프린팅하는 방법으로 형성될 수 있으며, 제1배선층(10)을 형성하는 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 고분자 기판은, PC, PES, PET, Pac, PEN, PI, PAR, FRP를 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
도3과 같은 형태로 제1배선층(10)을 이루는 금속 물질이 프린팅될 수 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상술한 바와 같이 설계 목적 및 용도 등에 따라, 3D 모델링 프로그램을 활용하여 다양한 형태의 제1배선층(10)을 프린트할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 절연층(20)의 일 예를 설명하기 위한 도이다. 상술한 바와 같이 절연층(20)은 제1배선층(10) 상에 고분자 물질을 3D프린팅하는 방법으로 형성될 수 있으며, 고분자 물질은, ABS, PVA, HIPS, PLA, Polycarbonate, 나일론, Polyphenylsulfone, ULTEM, PEEK, 및 PAEK 을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
도4와 같은 형태로 절연층(20)이 형성될 수 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 절연층(20)은 제1배선층과 제2배선층 사이에 개재되는 형상이면 충분하며, 제1배선층(10), 제2배선층(30) 각각에 대해 일부 또는 전부 중첩되도록 형성될 수 있다. 바람직하게는, 절연층(20)은 제1배선층(10)과 제2배선층(30)이 중첩되는 부분에 대응하도록 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 NFC 안테나의 제2배선층(30)의 일 예를 설명하기 위한 도이다. 상술한 바와 같이 제2배선층(30)은 절연층(20) 상에 금속 물질을 3D프린팅하는 방법으로 형성될 수 있으며, 제2배선층(30)을 형성하는 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
도5와 같은 형태로 제2배선층(30)을 이루는 금속 물질이 프린팅될 수 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예 중 하나에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상술한 바와 같이 설계 목적 및 용도 등에 따라, 3D 모델링 프로그램을 활용하여 다양한 형태의 제2배선층(30)을 프린트할 수 있다.
한편, 도 6 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 NFC 안테나는 안테나 신호가 인가되는 안테나 급전부(40), 임피던스 매칭부(50)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(50)는 NFC 안테나의 공진 주파수에서 공진되도록 인덕턴스 값(L)과 커패시턴스 값(C)을 매칭한다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 제1배선층
20: 절연층
30: 제2배선층
40: 안테나 급전부
50: 임피던스 매칭부

Claims (4)

  1. 고분자 기판 상에 금속 물질을 이용하여 제1배선층을 형성하는 단계;
    고분자 물질을 이용하여, 상기 제1배선층 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 금속 물질을 이용하여 제2배선층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1배선층과 상기 제2배선층을 배선 연결하는 단계를 포함하되,
    상기 절연층은 상기 제1배선층과 상기 제2배선층이 중첩되는 부분에 대응되도록 형성되는, 3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 Ag, Cu, Ti, Au, 및 스테인리스 스틸을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고분자 물질은, ABS, PVA, HIPS, PLA, Polycarbonate, 나일론, Polyphenylsulfone, ULTEM, PEEK, 및 PAEK 을 포함하는 군으로부터 선택되는 적어도 하나인, 3D 프린팅 기술을 이용한 NFC 안테나 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 NFC 안테나.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200003311A (ko) 2018-06-19 2020-01-09 전자부품연구원 3d 프린팅을 이용한 스트레처블 전도성 소자 및 그 제조방법
KR20220141079A (ko) * 2021-04-12 2022-10-19 주식회사 태성에스엔이 금속 3d 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200003311A (ko) 2018-06-19 2020-01-09 전자부품연구원 3d 프린팅을 이용한 스트레처블 전도성 소자 및 그 제조방법
KR20220141079A (ko) * 2021-04-12 2022-10-19 주식회사 태성에스엔이 금속 3d 프린팅 적층 기법 및 화학 연마 방법을 이용하여 안테나를 생성하는 방법

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