KR20180046243A - 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈 - Google Patents

복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로 설명하면, 기존 전자파 흡수시트 보다 박편화 되어 있으면서도 WPC, NFC, MST, Wi-Fi, PMA, 2G, 3G, LTE 등 통신 주파수별 신호 2종 이상을 갖는 다중 통신안테나의 각 주파수별 강도를 개선하면서도, 자기유도방식 무선충전의 수신모듈에 적용하여 충전 효율을 증대시킬 수 있는 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈에 관한 것이며, 상기 수신모듈은 플렉서블 소형 전자기기(스마트폰, 패블릿, 태블릿, 스마트워치, 스마트 의류 등)에 적용하기에 적합한 발명에 관한 것이다.

Description

복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈{Flexible electromagnetic wave-absorption sheet for complex communication antenna and Receiving module for wireless charger by magnetic induction}
본 발명은 WPC(Wireless Power Charging), NFC(Near Field Communication), Wi-Fi, MST(magnetic secure transmission), 2G, 3G, LTE 등 통신 주파수별 신호 2종 이상의 다중 통신안테나의 각 주파수별 강도를 개선할 수 있고, 자기유도방식 무선충전의 수신모듈에 적용하여 충전 효율을 증대시킬 수 있는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트 및 이를 이용한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈에 관한 것이다.
최근, 산업의 발달로 디지털 전자기기의 사용이 증대되고 있고, 디지털 전자기기는 전자장치의 회로 신호처리속도의 고속화, 고주파화, 고기능화 되고 있으며, 제품 크기도 소형화, 경량화, 박형화에 대한 요구가 더욱 가속화되고 있다. 이들 요구에 부응하기 위하여 회로가 다층화, 고밀화됨에 따라, 심각한 전자파로 인한 문제가 새로운 관심의 대상으로 등장하게 되었다.
특히, 소형화, 경량화, 박형화로 휴대용 전자기기가 증가함에 따라 전자파가 인체에 노출되는 양도 증가하였다. 이러한 전자파가 인체에 노출되었을 때 나타나는 인체 유해성에 대한 연구결과가 발표됨에 따라 선진국에서는 전자파에 대한 악영향을 규제하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 전자파에 대한 많은 문제가 제기되면서 국내에서는 한국공업규격(KS)에 의거하여 전자파를 발생하는 제품 자체에서 그 한계를 정하여 제품을 생산하도록 규정하고 있으며, 선진국에서는 전자파 발생을 제한하는 규제(EMI, electromagnetic interference)뿐만 아니라 외부로부터 전자파를 받아들여도 오동작을 일으키지 않도록 하는 전자파 내성(EMS, electormagnetic susceptability)까지도 제품의 규격에 포함시킬 것을 검토하고 있다. 이에 맞는 전자파 간섭과 악영향을 억제하기 위한 대책의 일례로 전자파를 흡수하는 고성능 시트 개발이 활발하게 추진되고 있으며, 일부는 이미 실용화되고 있다. 구체적으로 종래의 전자파 흡수시트는 주로 연자성체 금속분말 등을 유기 바인더와 혼합하고 슬러리를 제조한 후 이를 그 자체로 시트로 성형하거나, 이형처리된 PET 필름 등의 고분자 필름에 슬러리를 코팅하고 성형 후 코팅층을 박리하여 이를 전자파 흡수체로 사용하였다. 이러한 방법들을 통해 제조된 전자파 흡수시트는 상대적으로 밀도가 낮아 우수한 전파흡수 특성 및 투자율이 구현되지 않는 문제가 있다.
근래에 각종 휴대 단말기(예를 들면, 스마트폰, PDA, 패블릿, 태블릿 등)에 근거리 통신 기능과 무선 충전 기능이 탑재되고 있는데, 근거리 통신은 보안 문제를 해결하려는 측면에서, 무선 충전은 사용자의 편리성 측면에서 근거리 통신과 무선 충전 기능을 함께 휴대 단말기에 탑재되고 있으며, 이에 대한 연구 개발이 지속적으로 진행되고 있다. 그런데, 근거리 통신 및 무선 충전 기능을 동시에 위해서는 휴대 단말기에 근거리 통신과 무선 충전을 위한 각각의 코일을 탑재하여야 하는바, 휴대 단말기의 소형성에 비추어 두 가지 기능을 함께 탑재하는 데 어려움이 있다. 근거리 통신 안테나 및 무선 충전 안테나를 제작하기 위해서는 각각 별도의 자성 시트를 사용해야 하는데, 휴대 단말기 등의 소형 전자기기는 그 크기가 작기 때문에 1 개의 자성 시트를 사용할 필요가 있으며 이에 대한 요청이 증대되고 있다. 그러나 1 개의 자성 시트를 사용하는 경우에는 근거리 통신(NFC) 및 무선 충전(WPC, PMA)에 필요한 자성 시트의 특성을 모두 만족시키기 어려우며 여러 가지 문제점이 발생할 수 있다. 구체적으로, 근거리 통신과 무선 충전 두 기능 모두 전자기장을 활용하는 공통점을 가지고 있으나, 서로 사용하는 주파수가 서로 다르며, 일반적으로 근거리 통신에는 13.56MHz 주파수를 이용하고 무선 충전에는 100 ~ 205 kHz를 이용하는데, 근거리 통신용 안테나의 통신방식과 무선 충전용 안테나에 필요한 특성을 한 개의 층(layer)으로 구성하기 위해서는 이 두 주파수에서의 특성을 모두 만족해야 한다는 점으로부터 여러 가지 문제점이 발생할 수 있으며, 예를 들어, 일반적으로 근거리 통신용 안테나에 사용되는 Ni-Zn 페라이트(ferrite) 시트는 무선 충전 주파수 영역에서는 투자율 및 포화자속밀도 등이 너무 낮기 때문에 무선 충전에 필요한 전자기적 특성을 만족시키기 위하여는 시트의 두께가 두꺼워져야 한다는 단점이 있고, 무선 충전용 시트로는 사용되고 있는 Mn-Zn 페라이트 시트를 근거리 통신 및 무선 충전 동시 구현용 1 장의 시트로 사용하는 경우에는 13.56MHz 영역에서 투자율의 변화가 많아 근거리 통신 특성을 구현하기 어려운 문제가 있다.
또한, 최근 모바일 기기는 소형화와 함께 그 두께가 얇아지고, 플렉서블(flexible)한 특성이 요구되고 있는 바, 이에 사용되는 부품 또한 박편화 및 플렉서블한 특성을 가져야 하는데, 기존의 전자파 흡수시트는 이러한 특성이 부족하여 그 적용의 한계가 있었다.
대한민국 등록특허 제10-0888048호(공고일 2009.03.10) 대한민국 공개특허 제10-2015-0051953호(공개일 2015.05.13) 대한민국 등록특허 제10-1458833호(공고일 2014.10.31)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 기존의 전자파 흡수시트 보다 박편화되면서도 전자파 흡수가 우수하여, WPC, NFC, MST 등의 복합안테나의 회로 보호, 와전류로 인한 상호간섭 방지 및 인덕턴스(Ls)를 향상시킬 수 있는 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 이용한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트로서, 센더스트 플레이크와 센더스트 분말의 혼합물 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 제1전자파 흡수층; 및 비정질 Fe계 분말, 퍼멀로이 분말 및 비정질 Cr계 합금분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분말 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 제2전자파 흡수층;을 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트는 WPC(Wireless Power Charging) 안테나, NFC(Near Field Communication) 안테나 및 MST(magnetic secure transmission) 안테나 중에서 선택된 2종 이상의 안테나를 포함하는 복합통신안테나용 전자파 흡수시트일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트는 복합통신안테나의 상단 방향으로 제2전자파 흡수층 및 제1전자파 흡수층이 적층되어 일체화되어 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제1전자파 흡수층의 상기 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말은 Fe 75 ~ 92 중량%, Si 1 ~ 10 중량% 및 Al 1 ~ 15 중량%를 포함하는 센더스트 합금의 분쇄물일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층의 고분자 바인더 수지는 실리콘 수지, 우레탄 수지, 고무 수지 및 아크릴 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 상기 제1전자파 흡수층은 상기 혼합물 65 ~ 95 중량% 및 고분자 바인더 수지 5 ~ 35 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2전자파 흡수층의 상기 비정질 Cr계 합금분말은 Fe 65 ~ 95 중량%, Si 2 ~ 15 중량% 및 Cr 1.5 ~ 20 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2전자파 흡수층은 상기 분말 65 ~ 80 중량% 및 고분자 바인더 수지 20 ~ 35 중량%를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2전자파 흡수층의 상기 분말은 비정질 Fe계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.15 ~ 0.6 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2전자파 흡수층의 상기 분말은 비정질 Cr계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.08 ~ 0.4 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 제2전자파 흡수층은 백금을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트의 전체 두께는 0.08 mm ~ 0.12 mm일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트에 있어서, 상기 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층은 1 : 0.5 ~ 1의 두께비를 갖을 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트 투자율이 100 ~ 160이고, 100 kHz ~ 210 kHz 주파수 대역에 대한 인덕턴스(Ls)가 6.50 ~ 7.20이고, 13.56 MHz 주파수 대역에 대한 인덕턴스가 2.00 ~ 2.20일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트는 MST 안테나의 주파수 대역에서 인덕턴스(Ls)가 11.30 ~ 12.30일 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 자기유도방식 무선충전용 수신모듈에 관한 것으로서, 앞서 설명한 다양한 형태의 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 자기유도방식 무선충전용 수신모듈은 자기유도방식 무선충전용 송신모듈로부터 상기 수신모듈과의 이격거리가 16.0mm ~ 18.80 mm일 때도 NFC 인식이 가능하다.
본 발명의 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 자기유도방식 무선충전용 수신모듈은 자기유도방식 무선충전용 송신모듈로부터 상기 수신모듈과의 이격거리가 16.0mm ~ 18.80 mm일 때, 2시간 충전시, 충전효율이 95% 이상일 수 있다.
본 발명의 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은 전자파 흡수시트는 기존 전자파 흡수시트 보다 두께가 얇고 적정 투자율을 갖는 바, WPC, NFC, MST 등의 안테나가 와전류로 인한 상호간섭 방지 및 인덕턴스(Ls)를 향상시킬 수 있으며, 나아가 WPC, NFC 및/또는 MST 등을 포함하는 복합통신안테나가 적용된 자기유도방식 무선충전용 수신모듈에 본 발명의 전자파 흡수시트 도입시, 높은 충전율을 확보할 수 있으면서도, 기존 전자파 흡수시트를 적용한 NFC 안테나를 포함하는 수신모듈 보다 NFC 인식거리를 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명의 전자파 흡수시트는 유연성도 우수하기 때문에, 유연성이 크게 요구되는 최신 플렉서블 소형 전자기기(스마트폰, 패블릿, 태블릿, 스마트워치, 스마트 의류 등)에 적용하기에 적합하다.
도 1은 본 발명의 복합통신안테나용 전자파 흡수시트의 바람직한 일실시예로서, 실시예 4에서 제조한 복합통신안테나용 전자파 흡수시트를 찍은 사진이다.
도 2는 실험예에서 사용한 현재 시중에 판매되고 있는 스마트폰의 수신모듈의 개략도이며, 도 3은 수신모듈에 적용된 안테나를 확인할 수 있는 도면으로서, 도 3에서 1은 WPC 안테나이고, 2는 NFC 안테나이며, 3은 MST 안테나이고, 도 3의 수신모듈 상단에 실시예 및 비교예의 전자파 흡수시트를 적용한 후, 인덕턴스, 충전율 및 NFC 인식거리를 측정하였다.
도 4a 및 도 4b는 실험예 2에서 NFC 인식 거리 및 충전 효율에 사용된 측정기기를 찍은 사진이다.
도 5는 비교예 1의 전자파 흡수시트를 적용한 스마트폰의 충전율을 15분 간격으로 측정한 그래프이다.
도 6은 실시예 2, 실시예 4, 비교예 2 및 비교예 3의 전자파 흡수시트 각각을 적용한 스마트폰의 충전율을 15분 간격으로 측정한 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 전자파 흡수시트는 플렉서블(flexible)하여 플렉서블 전자, 전기기기에 적용이 가능하면서도 다양한 안테나를 구비한 복합통신안테나에 적용이 가능한 전자파 흡수시트에 관한 것으로서, 본 발명의 전자파 흡수시트는 복합통신안테나의 상단 방향으로 제2전자파 흡수층 및 제1전자파 흡수층이 적층되어 일체화된 형태의 시트이며, 본 발명의 전자파 흡수시트의 외관을 찍은 사진을 도 1에 나타내었다.
본 발명에 있어서, 상기 제1전자파 흡수층은 센더스트 플레이크와 센더스트 분말의 혼합물 및 고분자 바인더 수지를 포함하며, 바람직하게는 상기 혼합물 65 ~ 95 중량% 및 고분자 바인더 수지 5 ~ 35 중량%를, 더욱 바람직하게는 상기 혼합물 75 ~ 87 중량% 및 고분자 바인더 수지 13 ~ 25 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 혼합물의 함량이 65 중량% 미만이면 100 kHz ~ 210 kHz 주파수 대역에 대한 적정 인덕턴스를 확보할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 95 중량%를 초과하면 상대적으로 고분자 바인더 수지의 사용량이 너무 적어서 흡수시트의 가요성을 확보하기 어렵고, 센더스트 분말이 시트로부터 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
제1전자파 흡수층에서 상기 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말은 Fe 75 ~ 92 중량%, Si 1 ~ 10 중량% 및 Al 1 ~ 15 중량%를 포함하는 센더스트 합금의 분쇄물이며, 바람직하게는 Fe 82 ~ 90 중량%, Si 3 ~ 7.5 중량% 및 Al 5 ~ 12 중량%를, 더욱 바람직하게는 Fe 84 ~ 88.5 중량%, Si 3 ~ 7.5 중량% 및 Al 5 ~ 12 중량%를 포함하는 센더스트 합금의 분쇄물일 수 있다. 이때, 상기 센더스트 합금이 상기 조성비를 벗어나는 경우, 100 ~ 250 범위의 적정 투자율을 확보하지 못하는 문제가 있을 수 있다. 그리고, 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말 각각은 평균입경 20㎛ ~ 150㎛인 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제2전자파 흡수층은 비정질 Fe계 분말, 퍼멀로이 분말 및 비정질 Cr계 합금분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분말; 및 고분자 바인더 수지;를 포함하며, 바람직하게는 상기 분말 65 ~ 80 중량% 및 고분자 바인더 수지 20 ~ 35 중량%를, 더욱 바람직하게는 상기 혼합물 70 ~ 80 중량% 및 고분자 바인더 수지 20 ~ 30 중량%를 포함할 수 있다. 이때, 혼합물의 함량이 65 중량% 미만이면 13.56 MHz 주파수 대역에 대한 적정 인덕턴스를 확보할 수 없는 문제가 있을 수 있고, 80 중량%를 초과하면 상대적으로 고분자 바인더 수지의 사용량이 너무 적어서 흡수시트의 가요성을 확보하기 어렵고, 비정질 Fe계 분말 등이 시트로부터 떨어지는 문제가 있을 수 있다.
상기 제2전자파 흡수층에서 상기 분말은 비정질 Fe계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.15 ~ 0.6 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.18 ~ 0.4 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 0.18 ~ 0.35 중량비로 혼합한 분말을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제2전자파 흡수층에서 상기 분말은 비정질 Cr계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.08 ~ 0.4 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.10 ~ 0.25 중량비로, 더욱 바람직하게는 1 : 0.12 ~ 0.23 중량비로 혼합한 분말을 사용할 수도 있다. 그리고, 상기 비정질 Cr계 합금분말은 Fe 65 ~ 95 중량%, Si 2 ~ 15 중량% 및 Cr 1.5 ~ 20 중량%를, 바람직하게는 Fe 82 ~ 87 중량%, Si 4 ~ 8 중량% 및 Cr 6 ~ 10 중량%로 포함하는 비정질 Cr계 합금분말을 사용하는 것이 적정 투자율 확보면에서 유리하다.
그리고, 상기 비정질 Fe계 합금분말, 퍼멀로이 분말 및 비정질 Cr계 합금분말 각각은 평균입경 20㎛ ~ 100㎛인 것을, 바람직하게는 평균입경 20㎛ ~ 80㎛인 것을, 더욱 바람직하게는 25㎛ ~ 50㎛인 것을 사용하는 것이 제2전자파 흡수층 내 고른 분산 측면에서 바람직하다.
또한, 제2전자파 흡수층은 RFID, NFC 같은 인식거리를 증대하기 위한 것으로서, 상기 분말 및 고분자 바인더 수지 외에 백금을 더 포함할 수 있으며, 그 함량은 상기 분말 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 1 중량부를, 바람직하게는 0.02 ~ 0.7 중량부를, 더욱 바람직하게는 0.020 ~ 0.5 중량부를 포함할 수 있다. 이때, 백금 함량이 0.01 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 인식거리 증대 효과를 볼 수 없고, 1 중량부를 초과하면 제조 단가 증대로 경제성이 떨어지는 문제가 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
그리고, 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층의 상기 고분자 바인더 수지는 당업계에서 사용하는 일반적인 고분자 바인더 수지를 사용할 수 있으나, 바람직하게는 실리콘 수지, 우레탄 수지, 고무 수지 및 아크릴 수지 중에서 선택된 1종 이상을, 더욱 바람직하게는 제1전자파 흡수층과 제2전자파 흡수층간의 일체화 측면에서 접착력이 유리한 실리콘 수지를 사용하는 것이 좋다.
앞서 설명한 제1전자파 흡수층을 구성하는 제1전자파 시트 및 제2전자파 흡수층을 구성하는 제2전자파 시트 각각을 당업계의 일반적인 방법으로 시트화 하여 제조한 후, 제1전자파 시트 및 제2전자파 시트를 적층시킨 후, 150℃ ~ 250℃, 바람직하게는 180℃ ~ 230℃의 가열 프레스로 150 ~ 200 kgf/㎠로 가압하여 일체화된 플렉서블 전자파 흡수시트를 제조할 수 있다.
또한, 상기 제1전자파 시트 및 제2전자파 시트를 다층으로 적층시킨 후, 가열 프레싱시킬 수도 있으며, 일례를 들면, 제1전자파 시트 및 제2전자파 시트 각각을 A층, B층으로 표현하면 A층-B층, A층-B층-A층-B층, A층-B층-A층-B층-A층-B층 등의 순으로 적층시켜서 다층화시킨 후, 가열 프레싱하여 일체화된 플렉서블 전자파 흡수시트를 제조할 수 있다.
그리고, 가열 프레싱(pressing)한 플렉서블 전자파 흡수시트를 급격하게 냉각시켜서 고밀도의 플렉서블 전자파 흡수시트를 제조할 수 있다. 이때, 냉각 수단은 냉각수, 또는 냉풍에 의해 압착틀을 냉각시킬 수 있다. 또한 상기 냉각은 압착틀 내에서 이루어지지 않고 별도의 독립된 냉각 압착수단을 구비함으로써 이루어질 수도 있다.
앞서 설명한 구성 및 방법으로 제조한 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트는 그 적용 제품에 따라 두께를 달리할 수 있으며, 바람직한 일례로, 스마트폰의 수신모듈에 적용시에는 전체 두께가 0.08 mm ~ 0.12 mm이 되도록 제조할 수 있다. 그리고, 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층은 1 : 0.5 ~ 1의 두께비를 갖는 것이, 바람직하게는 1 : 0.5 ~ 0.75의 두께비를 갖는 것이 전자파 흡수시트의 적정 투자율 측면에서 유리하며, 또한 100 kHz ~ 210 kHz 주파수 대역에서의 6.50 ~ 7.20의 인덕턴스, 13.56 MHz 주파수 대역에서 2.00 ~ 2.20의 인덕턴스 및 MST 주파수 대역에서 11.30 ~ 12.30 인덕턴스 확보면에서 유리하다.
이러한, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트는 WPC(Wireless Power Charging) 안테나, NFC(Near Field Communication) 안테나 및 MST(magnetic secure transmission) 안테나 중에서 선택된 2종 이상의 안테나를 포함하는 복합통신안테나의 상단 방향에 적용시키며, 이때, 복합통신안테나와 최단 근접거리에 제2전자파 흡수층이 위치하도록 플렉서블 전자파 흡수시트를 적용할 수 있다.
본 발명의 상기 플렉서블 전자파 흡수시트를 적용한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈은 WPC(Wireless Power Charging) 안테나, NFC(Near Field Communication) 안테나 및 MST(magnetic secure transmission) 안테나 중에서 선택된 2종 이상의 안테나를 포함하며, 바람직하게는 WPC 안테나, NFC 안테나 및 MST 안테나를 모두 포함할 수 있다.
그리고, 기존 전자파 흡수시트를 적용한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈은 NFC 인식거리가 10mm ~ 11mm 미만이지만, 본 발명의 플렉서블 전자파 흡수시트를 적용한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈은 자기유도방식 무선충전용 송신모듈로부터 상기 수신모듈과의 이격거리가 16.0mm ~ 18.80 mm일 때도 NFC 인식이 가능하다.
또한, 상기 이격거리에서 2시간 충전시, 충전효율이 95% 이상, 바람직하게는 98% 이상의 높은 충전효율을 가질 수도 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명을 한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로서, 이에 본 발명을 한정하여 해석해서는 안된다.
[실시예]
준비예 1-1 : WPC용 전자파 흡수시트의 제조
Fe 87.5 중량%, Si 5.2 중량% 및 Al 7.3 중량%로 포함하는 입경 20㎛ ~ 100㎛의 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말을 어트리션 밀링 머신으로 분쇄 가공하여 플레이크와 분말이 혼재된 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 혼합물 85 중량% 및 고분자 바인더 수지인 실리콘 수지를 15량%를 혼합한 후, 이를 시트 형상으로 가공하였다.
다음으로 이를 가압 상태에서 180℃의 열을 2분 동안 열을 가하여 1차 경화시킨 다음, 대기압 및 공기 분위기에서 195℃의 열을 가하여 2차 경화시켜서, 0.03T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 1-2
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 WPC용 전자파 흡수시트를 제조하되, 0.05T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 1-3
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 WPC용 전자파 흡수시트를 제조하되, 0.06T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 1-4
상기 준비예 1-1과 동일한 방법으로 WPC용 전자파 흡수시트를 제조하되, 0.1T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 2-1 : NFC용 전자파 흡수시트의 제조
평균입경 32㎛ ~ 38㎛의 비정질 Fe계 분말 및 평균입경 39㎛ ~ 42㎛의 퍼멀로이 분말 1 : 0.2 중량비로 혼합한 후, 이를 어트리션 밀링(Attrition Milling) 머신으로 회전속도 480 rpm 조건에서 분쇄 가공하여 플레이크와 분말이 혼재된 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 비정질 Fe계 분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.3 중량비로 포함하는 분말 혼합물 74.97 중량%, 고분자 바인더 수지인 실리콘 수지 25 중량% 혼합한 후, 이를 시트 형상으로 가공하였다.
다음으로 이를 가압 상태에서 190℃의 열을 2분 동안 열을 가하여 1차 경화시킨 다음, 대기압 및 공기 분위기에서 210℃의 열을 가하여 2차 경화시켜서, 0.02T 두께의 NFC용 전자파 흡수시트로 제조하였다. 여기서 T는 mm 단위이다.
준비예 2-2
상기 준비예 2-1과 동일한 방법으로 NFC용 전자파 흡수시트를 제조하되, 0.04T 두께의 NFC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 3-1
Fe 84.7 중량%, Si 6.8 중량% 및 Cr 8.5 중량%로 포함하는 입경 30㎛ ~ 50㎛의 비정질 Cr계 합금분말 및 입경 30㎛ ~ 70㎛을 퍼멀로이 분말 1 : 0.15 중량비로 혼합한 후, 이를 어트리션 밀링 머신으로 회전속도 480 rpm 조건에서 분쇄 가공하여 플레이크와 분말이 혼재된 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 비정질 Fe 및 퍼멀로이 혼합물을 1 : 0.5 중량비로 포함하는 분말 혼합물 73.25 중량%, 고분자 바인더 수지인 실리콘 수지 26.73 중량% 및 백금 0.02 중량%를 혼합한 후, 이를 시트 형상으로 가공하였다.
다음으로 이를 가압 상태에서 190℃의 열을 2분 동안 열을 가하여 1차 경화시킨 다음, 대기압 및 공기 분위기에서 220℃의 열을 가하여 2차 경화시켜서, 0.02T 두께의 NFC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
준비예 3-2
상기 준비예 3-1과 동일한 방법으로 NFC용 전자파 흡수시트를 제조하되, 0.04T 두께의 NFC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
비교준비예 1
Fe 87.5 중량%, Si 5.2 중량% 및 Al 7.3 중량%로 포함하는 입경 20㎛ ~ 100㎛의 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말을 어트리션 밀링 머신으로 분쇄 가공하여 플레이크와 분말이 혼재된 혼합물을 준비하였다. 다음으로 상기 혼합물 85 중량% 및 고분자 바인더 수지인 실리콘 수지를 15 중량%를 혼합한 후, 이를 시트 형상으로 가공하였다.
다음으로 이를 가압 상태에서 180℃의 열을 2분 동안 열을 가하여 1차 경화시킨 다음, 대기압 및 공기 분위기에서 195℃의 열을 가하여 2차 경화시켜서, 0.03T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
비교준비예 2
비교준비예 1과 동일한 방법으로 시트를 제조하되, 0.06T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트를 제조하였다.
비교준비예 3
상기 준비예 1-3과 동일한 방법으로 WPC용 전자파 흡수시트를 제조하되, Fe 76.8 중량%, Si 5.2 중량% 및 Al 18 중량%로 포함하는 입경 20㎛ ~ 100㎛의 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말을 어트리션 밀링 머신으로 분쇄 가공하여 플레이크와 분말이 혼재된 혼합물을 사용하여 0.06T 두께의 WPC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
비교준비예 4
상기 준비예 3-2와 동일한 방법으로 NFC용 전자파 흡수시트를 제조하되, Fe 71.8 중량%, Si 5.2 중량% 및 Al 23 중량%로 포함하는 비정질 Cr계 합금분말 및 상기 퍼멀로이 분말을 사용하여, 0.02T 두께의 NFC용 전자파 흡수시트로 제조하였다.
WPC용 전자파흡수체(FMP) 두께 NFC용 전자파흡수체(WP) 두께 NFC용 전자파흡수체(RQ) 두께
준비예 1-1 0.03T 준비예 2-1 0.02T 준비예 3-1 0.02T
준비예 1-2 0.05T 준비예 2-2 0.04T 준비예 3-2 0.04T
준비예 1-3 0.06T - - - -
준비예 1-4 0.1T - - - -
WPC용 전자파흡수체(N2) 두께 NFC용 전자파흡수체(WP) 두께 NFC용 전자파흡수체(RQ) 두께
비교준비예1 0.03T - - 비교준비예4 0.04T
비교준비예2 0.06T - - - -
비교준비예3 0.06T - - - -
실시예 2 ~ 실시예 4
실시예 1과 동일한 방법으로 전자파 흡수시트를 제조하되 하기 표 2와 같이 제2전자파 흡수층 및 제1전자파 흡수층의 종류를 달리하여 실시예 2 ~ 4를 각각 실시하였다.
비교예 1
현재 시중에 판매되고 있는 최신형 스마트폰(구입시기:2015년 11월)의 수신모듈로부터 전자파 흡수시트를 분리하여 시트를 준비하였으며, 이때, 상기 전자파 차폐시트는 다층 구조의 시트였으며, 두께는 0.15T였다.
비교예 2 ~ 비교예 7
실시예 1과 동일한 방법으로 전자파 흡수시트를 제조하되, 하기 표 2와 같이 제2전자파 흡수층 및 제1전자파 흡수층의 종류를 달리하여 비교예 2 ~ 7을 각각 실시하여 전자파 흡수시트를 제조하였다.
실시예 1 : 전자파 흡수시트의 제조
상기 준비예 2-1의 NFC용 전자파 흡수시트의 일면에 상기 준비예 1-1의 WPC용 전자파 흡수시트를 적층시킨 후, 210℃ 하에서 프레스로 약 200 kgf/㎠의 압력으로 가압한 후, 급냉시켜 2 시트를 일체화시켜서 2층 구조의 전자파 흡수시트(두께 0.05T)를 제조하였다.
구분 제2전자파 흡수층
(WPC용 전자파 흡수시트)		 제1전자파 흡수층
(NFC용 전자파 흡수시트)		 전체두께
실시예 1 준비예 2-1 (0.02T) 준비예 1-1 (0.03T) 0.05T
실시예 2 준비예 2-1 (0.04T) 준비예 1-3 (0.06T) 0.1T
실시예 3 준비예 3-1 (0.02T) 준비예 1-1 (0.03T) 0.05T
실시예 4 준비예 3-2 (0.04T) 준비예 1-3 (0.06T) 0.05T
비교예 1 - 0.15T
비교예 2 준비예 1-2 (0.05T) - 0.05T
비교예 3 준비예 1-4 (0.1T) - 0.1T
비교예 4 준비예 3-1 (0.02T) 준비예 1-1 (0.03T) 0.05T
비교예 5 준비예 3-2 (0.04T) 준비예 1-3 (0.06T) 0.1T
비교예 6 준비예 2-1 (0.04T) 비교준비예 3 (0.06T) 0.1T
비교예 7 비교준비예 4 (0.04T) 준비예 1-3 (0.06T) 0.1T
실험예 1 : 전자파 흡수시트의 투자율 및 인덕턴스 측정
상기 실시예 및 비교예의 전자파 흡수시트 각각을 비교예 1의 상기 스마트폰(구입시기:2015년 11월)의 수신모듈(도 2 및 도 3 참조)에 적층시킨 후, 인덕턴스를 하기와 같은 측정장비 및 측정방법을 통해서 측정하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
(1) 투자율 측정
측정시료는 외경 18mm, 내경 7mm의 코어로 가공하여 준비한 후, 이를 하였으며, TEST Fixture(16454A) 연결 후 샘플의 투자율을 측정하였다. 그리고, 투자율은 임피던스 애널라이저(Impedance Analyzer, E4991A)로 보정을 실시(Calibration 설정)하였다.
(2) 인덕턴스 측정
측정장비는 LCR 미터(METER)기로서 HIOKI 3522-50을 사용하였고, 프로브(Probe)는 HIOKI 9143를 사용하였으며, 측정방법은 LCR 미터기의 포로브(Probe)를 100.0kHz, 1V로 눈금을 맞춘 후, 수신모듈의 코일(Rx Coil)에 전자파 흡수시트를 체결한 다음, 프로브로 각각 Rx 코일의 I/O단자 측정하여 인덕턴스(Ls) 값을 확인하였다. 이때, WPC 안테나 코일(도 3의 1,1’), NFC 안테나 코일(2,2’), MST(Magnetic Secure Transmission) 안테나 코일(3,3’)을 통해서 인덕턴스 값을 측정하였다.
구분 구조 두께
(T= mm)		 투자율
(μ')		 인덕턴스
(Ls, μH)
WPC NFC MST
실시예 1 2층 일체화 0.05 T 120 6.36 1.98 11.05
실시예 2 0.1 T 120 7.01 2.08 11.95
실시예 3 2층 일체화 0.05 T 140 6.48 1.98 11.24
실시예 4 0.1 T 140 7.03 2.03 12.11
비교예 1 다층 0.15T 측정불가 7.93 1.95 12.89
비교예 2 2층 0.05 T 220 6.76 2.04 11.64
비교예 3 0.1 T 220 7.29 2.16 12.41
비교예 4 2층 일체화 0.05 T 65 5.67 1.9 10.04
비교예 5 0.1 T 65 6.18 1.98 10.85
비교예 6 0.1 T 108 7.14 1.92 11.37
비교예 7 0.1 T 102 6.45 2.02 12.20
비교예 1의 전자파 흡수시트의 경우, 내부 파우더가 깨지고, 으스러져서 투자율 측정이 불가능하였다. 그리고, 비교예 6의 경우, 실시예 4와 비교할 때, NFC 안테나에 대한 인덕턴스 수치가 낮은 결과를 보였으며, 비교예 7의 경우 실시예 2와 비교할 때, WPC 안테나에 대한 낮은 인덕턴스 수치를 보였다.
실험예 2 : 충전효율 및 NFC 인식거리 측정
상기 실험예 1에서 사용한 상기 스마트 폰에 상기 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1 ~ 5의 전자파 흡수시트를 각각 적용한 후, 무선충전효율 및 NFC 인식거리를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
또한, 실시예 1 ~ 3 및 비교예 1 ~ 2의 무선충전효율 측정 데이터를 도 5 및 도 6에 각각 나타내었다.
(1) 무선충전효율 측정
무선충전 송신기는 PV920I 제품을 사용하였고, 실시예 및 비교예의 전자파 흡수시트 규격을 가로, 세로가 50.8mm×62.2mm 이 되도록 한 후, 이를 상기 실험예 1에서 사용한 스마트폰의 수신모듈에 상기 전자파 흡수시트 각각을 체결한 다음, 배터리가 잔량이 20% 되도록 세팅하였다.
다음으로, 2시간 동안 15분 간격으로 충전효율을 측정하였고 배터리 로그 프로그램(battery log program)을 이용하여 측정한 그래프를 도 5 및 도 6에 나타내었다.
(1) NFC 인식거리 측정
상기 무선충전효율 측정과 동일한 크기로 실시예 및 비교예의 전자파 흡수시트를 절단한 후, 상기 실험예 1에서 사용한 스마트폰의 수신모듈에 상기 전자파 흡수시트 각각을 체결하였다.
그리고, NFC 리더기로는 상품명 ACR112U-A2NR을 사용하였으며, 이의 사진을 도 4a에 나타내었으며, 도 4b의 사진에 나타낸 바와 같은 측정 장치를 이용하여 스마트폰과 NFC 카드 리더기와의 거리 간격에 변화를 주면서 NFC 인식이 되는 최대 거리를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구분 구조 두께
(T= mm)		 충전율(%) NFC 인식 최대 거리(mm)
실시예 1 2층 일체화 0.05 T 83 10.56
실시예 2 0.1 T 98 18.02
실시예 3 2층 일체화 0.05 T 85 13.47
실시예 4 0.1 T 99 18.82
비교예 1 다층 0.15T 98 9.98
비교예 2 1층 0.05 T 85 13.46
비교예 3 0.1 T 100 15.57
비교예 4 2층 일체화 0.05 T 충전 안됨 1.85
비교예 5 0.1 T 88 11.74
상기 표 2의 실험결과를 살펴보면, 총 두께가 0.05T인 실시예 1, 실시예 3 및 비교예 2의 경우 충전율이 90% 미만으로 좋지 못했으며, 비교예 3의 경우 충전이 되지 않은 문제가 있었다.
그러나, 전자파 흡수시트의 총 두께가 0.1T 이상인 실시예 2, 실시예 4, 비교예 1, 비교예 2의 경우, 충전율이 98% 이상이었으며, 특히, 실시예 2 및 실시예 4의 경우, NFC 인식 최대 거리가 16 mm 이상, 바람직하게는 18 mm 이상을 보였다. 이에 반해, 비교예 1의 경우, 충전율은 우수하나, NFC 인식 최대 거리가 10 mm 미만으로 매우 짧았으며, 1층인 비교예 2의 경우, 실시예 1 ~ 2와 비교할 때, NFC 인식 거리가 짧은 결과를 보였으며, 비교예 3의 경우, 충전율 및 NFC 인식 최대 거리가 모두 좋지 않은 결과를 보였다.
상기 실시예 및 실험예를 통하여, 본 발명의 전자파 흡수시트가 적정 투자율 및 높은 인덕턴트를 가지고 있어서, WPC, NFC, MST 등 통신 주파수별 신호 2종 이상의 다중 통신안테나의 각 주파수별 강도를 개선시켜서, 자기유도방식 무선충전효율을 증대시킬 뿐만 아니라, NFC 인식 거리를 증대시킬 수 있음으로 확인할 수 있었다. 이러한, 본 발명의 전자파 흡수시트는 2개의 층으로만 구성되어 유연성도 우수한 바, WPC, NFC, MST 등의 기능이 복합화된 전자기기, 나아기 플렉서블 전자기기에 적용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트로서,
    센더스트 플레이크와 센더스트 분말의 혼합물 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 제1전자파 흡수층; 및
    비정질 Fe계 분말, 퍼멀로이 분말 및 비정질 Cr계 합금분말 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 분말 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 제2전자파 흡수층;을 포함하며,
    상기 복합통신안테나는 WPC(Wireless Power Charging) 안테나, NFC(Near Field Communication) 안테나 및 MST(magnetic secure transmission) 안테나 중에서 선택된 2종 이상의 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  2. 제1항에 있어서, 복합통신안테나의 상단 방향으로 제2전자파 흡수층 및 제1전자파 흡수층이 적층 및 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 센더스트 플레이크 및 센더스트 분말은
    Fe 75 ~ 92 중량%, Si 1 ~ 10 중량% 및 Al 1 ~ 15 중량%를 포함하는 센더스트 합금의 분쇄물인 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층의 고분자 바인더 수지는 실리콘 수지, 우레탄 수지, 고무 수지 및 아크릴 수지 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1전자파 흡수층은 상기 혼합물 65 ~ 95 중량% 및 고분자 바인더 수지 5 ~ 35 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 비정질 Cr계 합금분말은 Fe 65 ~ 95 중량%, Si 2 ~ 15 중량% 및 Cr 1.5 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  7. 제1항에 있어서, 제2전자파 흡수층은 상기 분말 65 ~ 80 중량% 및 고분자 바인더 수지 20 ~ 35 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2전자파 흡수층은 백금을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  9. 제7항에 있어서, 상기 분말은 비정질 Fe계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.15 ~ 0.6 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  10. 제7항에 있어서, 상기 분말은 비정질 Cr계 합금분말 및 퍼멀로이 분말을 1 : 0.08 ~ 0.4 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  11. 제1항에 있어서, 전자파 흡수시트의 전체 두께는 0.08 mm ~ 0.12 mm이고,
    상기 제1전자파 흡수층 및 제2전자파 흡수층은 1 : 0.5 ~ 1의 두께비를 갖는 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  12. 제1항에 있어서, 투자율이 100 ~ 160이고,
    100 kHz ~ 210 kHz 주파수 대역에 대한 인덕턴스(Ls)가 6.50 ~ 7.20이고,
    13.56 MHz 주파수 대역에 대한 인덕턴스가 2.00 ~ 2.20인 것을 특징으로 하는 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트.
  13. 제12항의 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈.
  14. 제13항에 있어서, 자기유도방식 무선충전용 송신모듈로부터 상기 수신모듈과의 이격거리 16.0mm ~ 18.80 mm에서 NFC 인식이 가능한 자기유도방식 무선충전용 수신모듈.
  15. 제15항에 있어서, 상기 이격거리에서 2시간 충전시, 충전효율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈.
KR1020160141258A 2016-10-27 2016-10-27 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈 KR20180046243A (ko)

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KR1020160141258A KR20180046243A (ko) 2016-10-27 2016-10-27 복합통신안테나용 플렉서블 전자파 흡수시트, 이를 포함하는 자기유도방식 무선충전용 수신모듈

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11728564B2 (en) 2019-11-27 2023-08-15 AQ Corporation Smartphone antenna in flexible PCB

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