KR20180057011A

KR20180057011A - 자성체 시트 및 전자기기

Info

Publication number: KR20180057011A
Application number: KR1020160155071A
Authority: KR
Inventors: 이승민; 조중영; 최창학
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-30

Abstract

본 발명은 일 실시 형태는 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 자성층을 포함하며, 상기 제1 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자를 포함하되, 상기 제1 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 평행하게 배열된 자성체 시트를 제공한다.

Description

자성체 시트 및 전자기기 {Magnetic Sheet and Electronic Device}

본 발명은 자성체 시트 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 전송률, 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 자기장을 차폐 및 집속하여 배터리로 도달하는 것을 차단함으로써, 무선전력 전송장치로부터 발생되는 전자기파를 효율적으로 무선전력 수신장치로 송신하기 위한 역할을 한다.

이러한 자성체 시트가 사용되는 휴대용 전자장치 등이 다기능화, 고기능화되면서 자성체 시트의 성능 향상은 계속하여 요구되고 있다.

본 발명의 일 목적은 마그네틱 플럭스의 차폐와 송수신 효율이 우수한 자성체 시트 및 이를 구비하는 전자기기를 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 방법으로, 본 발명은 일 실시 형태를 통하여 자성체 시트의 신규한 구조를 제안하고자 하며, 구체적으로, 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 자성층을 포함하며, 상기 제1 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자를 포함하되, 상기 제1 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 평행하게 배열된 형태이다.

일 실시 예에서, 상기 제2 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제2 자성 입자를 포함하되, 상기 제2 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 수직하게 배열될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 영역은 각각 상기 제1 및 제2 자성 입자를 피복하는 제1 및 제2 절연부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 절연부는 수지로 이루어질 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 절연부는 불연속적인 계면을 형성하면서 서로 접하는 형태일 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 영역은 상기 자성체 시트에서 중앙 영역에 배치되며 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 측면 전체를 둘러싸는 형태일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면은,

코일 패턴을 포함하는 코일부 및 상기 코일부에 인접하여 배치되며, 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 자성층을 포함하며, 상기 제1 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자를 포함하되, 상기 제1 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 평행하게 배열된 자성체 시트를 포함하는 전자기기를 제공한다.

일 실시 예에서, 상기 코일부는 상기 자성체 시트 상에 배치되며 그 중앙부가 상기 제1 영역에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 코일부의 중앙부에는 상기 코일 패턴이 형성되어 있지 아니할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 코일 패턴은 상기 제2 영역에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에서 제안하는 자성체 시트의 경우, 마그네틱 플럭스의 차폐와 송수신 효율이 향상될 수 있다. 또한, 이러한 자성체 시트를 이용한 무선충전용 송수신 모듈이나 전자기기의 성능 향상이나 슬림화에도 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 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이며 코일부가 적용된 형태를 나타낸다.
도 4는 도 3의 자성체 시트를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 5는 도 3의 자성체 시트에서 제1 및 제2 영역을 확대하여 나타낸 것이다.
도 6은 도 1의 자성체 시트를 얻기 위한 제조 공정의 일 예를 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 무선전력 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) 사이, 그리고 송신부 코일(11)과 기판(12) 사이에는 자성체 시트(100)가 배치될 수 있다. 자성체 시트(100)는 송신부 코일(11)의 중심부에 형성되는 마그네틱 플럭스를 차폐할 수 있으며, 또한, 수신부 측에 배치되는 경우, 수신부 코일(21)과 배터리(22) 사이에 위치하여 자속을 집속함으로써 효율적으로 수신부 코일(21) 측에 수신될 수 있도록 한다. 이와 함께, 자성체 시트(100)는 자속 중 적어도 일부가 배터리(22)에 도달하는 것을 차단하는 기능을 한다.

이러한 자성체 시트(100)는 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. 이하에서는 특별히 구분할 필요가 없는 경우에는 송신부와 수신부 코일을 모두 코일부로 칭하기로 한다. 이하, 자성체 시트(100)에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 자성체 시트를 개략적으로 나타낸 단면도이며 코일부가 적용된 형태를 나타낸다. 도 4는 도 3의 자성체 시트를 상부에서 바라본 평면도이다. 도 5는 도 3의 자성체 시트에서 제1 및 제2 영역을 확대하여 나타낸 것이다. 도 6은 도 1의 자성체 시트를 얻기 위한 제조 공정의 일 예를 나타낸 것이다.

도 3 내지 5를 참조하면, 자성체 시트는 자성층(100)을 포함하며, 자성층(100)은 제1 영역(101)과 이를 둘러싸는 제2 영역(102)을 포함한다. 본 실시 형태에서는 하나의 자성층(100)을 사용한 형태를 기준으로 설명하고 있지만, 필요한 차폐 성능에 따라 더 많은 수의 자성층(100)이 채용될 수 있을 것이다. 또한, 코일부(21)는 코일 패턴을 포함하며, 무선충전 모듈에서 수신부와 송신부에 모두 채용될 수 있다.

도 5에 도시된 형태와 같이, 자성층(100)에서 제1 영역(101)은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자(121)를 포함한다. 다시 말해, 제1 자성 입자(121)는 형상 면에서 길이 이방성을 갖는다. 이 경우, 제1 자성 입자(121)는 길이 방향의 축이 자성층(100)의 두께 방향(도 5를 기준으로 상하 방향)과 평행하게 배열된다. 또한, 자성층(100)에서 제2 영역(102)은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제2 자성 입자(122)를 포함하되, 제2 자성 입자(122)는 길이 방향의 축이 자성층(100)의 두께 방향과 수직하게 배열될 수 있다.

이 경우, 도 4에 도시된 형태와 같이, 제1 영역(101)은 자성체 시트에서 중앙 영역에 배치되며 제2 영역(102)은 제1 영역(101)의 측면 전체를 둘러싸는 형태일 수 있다. 다만, 자성층(100)의 이러한 형상은 발명의 실시 예에 따라 변형될 수 있으며, 예컨대, 제2 영역(102)은 제1 영역(101)의 측면 중 일부만을 둘러싸는 형태로 제공될 수도 있을 것이다.

또한, 제1 및 제2 영역(101, 102)은 각각 제1 및 제2 자성 입자(121, 122)를 피복하는 제1 및 제2 절연부(111, 112)를 포함하며, 제1 및 제2 절연부(111, 112)는 수지로 이루어질 수 있다. 이 경우, 도 5에 도시된 형태와 같이, 제1 및 제2 절연부(111, 112)는 불연속적인 계면을 형성하면서 서로 접하는 형태일 수 있다. 이러한 불연속인 계면은 후술할 바와 같이, 제1 및 제2 영역(101, 102)을 따로 제작한 후 합지하는 방법 등으로 얻어질 수 있다.

한편, 자성 입자(121, 122)는 전자파 차폐에 적합하도록 자성 특성을 갖는 물질, 예컨대, 비정질 합금, 나노 결정립 합금, 페라이트 등으로 이루어질 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.

그리고, 나노 결정립 합금을 이용하여 자성 입자(121, 122)를 구현하는 경우에는 예를 들어, Fe계 나노 결정립 자성 합금을 사용할 수 있다. Fe계 나노 결정립 합금은 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금을 사용할 수 있다. 이 경우, 나노 결정립 합금을 형성하기 위하여 비정질 금속 리본을 적절한 온도에서 열처리 할 수 있다.

제1 및 제2 자성 입자(121, 122)는 상술한 조성을 갖는 금속 합금을 리본 등의 형태로 제조한 후 이를 밀링 머신 등으로 파쇄하여 얻어질 수 있다. 이 경우, 파쇄 방식을 조절하여 제1 및 제2 자성 입자(121, 122)를 상술한 바와 같이 길이 이방성을 갖는 형상으로 제조할 수 있다. 이 경우, 도 5에서 볼 수 있듯이, 제1 자성 입자(121)는 입자의 형상이나 크기가 서로 다를 수 있으며, 제2 자성 입자(122) 역시 마찬가지이다. 이렇게 얻어진 제1 및 제2 자성 입자(121, 122)는 각각 제1 및 제2 절연부(111, 112) 내에서 의도한 배향성을 갖도록 배열되며, 이를 위하여, 제1 및 제2 자성 입자(121, 122)를 가압하거나 자기장을 인가할 수 있을 것이다.

본 실시 형태와 같이, 자성층(100)에서 중앙 영역에 배치된 제1 영역(101)에 포함된 제1 자성 입자(121)를 수직하게 배향할 경우, 제1 자성 입자(121)는 코일부(21)에 의하여 발생된 마그네틱 플럭스의 방향을 따라 배향될 수 있다. 이에 따라, 강한 자속이 발생하는 코일부(21)의 중앙부에서 효과적인 차폐가 이루어질 수 있다. 본 발명자의 연구에 의하면, 이러한 제1 영역(101)에 의한 차폐 효과는 무선충전 모듈에서 수신부에서도 효과적으로 발현될 수 있지만 송신부에 적용할 경우 송신 효율이 더욱 향상되었다. 따라서, 본 실시 형태의 자성층(100)을 채용한 송신 모듈의 경우, 코일부(21)의 중심부에서 마그네틱 플럭스가 더욱 집중될 수 있으므로 수신부에서 유도 자장의 밀도가 증가되어 무선충전 효율이 향상될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같이, 제2 영역(102)은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제2 자성 입자(122)를 포함하되, 제2 자성 입자(122)는 길이 방향의 축이 자성층(100)의 두께 방향과 수직하게 배열될 수 있는데, 제2 자성 입자(122)의 이러한 배향성 역시 코일부(21)의 마그네틱 플럭스의 방향에 가능한 일치하여 전자파 차폐 효율이 향상될 수 있도록 하였다. 다만, 제2 영역(102)의 이러한 배향성은 본 발명에서 필수적인 사항은 아니라 할 것이며, 제2 영역(102)의 배향성은 필요에 따라 달라질 수 있다.

상술한 제1 및 제2 영역(101, 102)의 배향 특성은 도 3에 도시된 형태와 같이, 코일부(21)의 위치를 고려하여 채용된 것이다. 구체적으로, 코일부(21)는 자성체 시트 상에 배치되는데, 그 중앙부가 제1 영역(101)에 대응하는 위치에 배치될 수 있으며, 여기서, 코일부(21)의 중앙부는 코일 패턴이 형성되어 있지 아니한 영역으로서 마그네틱 플럭스가 집중되는 영역에 해당한다. 이 경우, 코일부(21)의 코일 패턴은 제2 영역(102)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.

한편, 도 6을 참조하여 상술한 구조를 갖는 자성체 시트의 제조방법 중 일 예를 설명한다. 우선, 길이 이방성, 즉, 길이가 폭보다 더 긴 형상을 갖는 자성 입자(202)를 수지 등으로 이루어진 절연부(201) 내에 고형화한다. 이 경우, 자성 입자(202)가 배향성을 갖고 배열되도록 자성 입자(202)를 가압하거나 자기장 등을 인가할 수 있을 것이다. 자성 입자(202)가 배향성을 갖고 배열될 경우, 그 배향 방향은 도 6에 도시된 형태와 같이 두께 방향에 수직(도 6을 기준으로 가로 방향)일 수 있다.

이후, 상기 제1 영역을 형성하는데 필요한 크기만큼 절단 라인(D)을 설정하여 절연부(201)를 절단한다. 절단된 영역 중 일부, 예컨대, 도 6에서 절단 라인의 외곽에 배치된 것을 수직으로 회전함으로써 자성 입자(202)는 상술한 제1 영역에 사용될 수 있는 배향성을 가질 수 있다. 이렇게 얻어진 제1 영역에 해당하는 부분은 자성층의 중앙부에 배치함으로써 상술한 형태의 자성체 시트를 얻을 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 회전되지 않은 상태의 시트, 즉, 절단 라인(D) 사이의 중앙 영역에 관통홀을 형성한 후 이 곳에 상술한 수직 회전된 시트(제1 영역 해당하는 부분)를 배치함으로써 자성층의 영역 별로 자성 입자의 배향성을 조절할 수 있다.

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, 130: 배터리
30: 전자기기
100: 자성층
101: 제1 영역
102: 제2 영역
111, 112, 201: 절연부
121, 122, 202: 자성 입자

Claims

제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 자성층을 포함하며,
상기 제1 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자를 포함하되, 상기 제1 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 평행하게 배열된 자성체 시트.
제1항에 있어서,
상기 제2 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제2 자성 입자를 포함하되, 상기 제2 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 수직하게 배열된 자성체 시트.
제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 영역은 각각 상기 제1 및 제2 자성 입자를 피복하는 제1 및 제2 절연부를 더 포함하는 자성체 시트.
제3항에 있어서,
상기 제1 및 제2 절연부는 수지로 이루어진 자성체 시트.
제3항에 있어서,
상기 제1 및 제2 절연부는 불연속적인 계면을 형성하면서 서로 접하는 형태인 자성체 시트.
제2항에 있어서,
상기 제1 영역은 상기 자성체 시트에서 중앙 영역에 배치되며 상기 제2 영역은 상기 제1 영역의 측면 전체를 둘러싸는 형태인 자성체 시트.
코일 패턴을 포함하는 코일부; 및
상기 코일부에 인접하여 배치되며, 제1 영역 및 상기 제1 영역을 둘러싸는 제2 영역을 포함하는 자성층을 포함하며, 상기 제1 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제1 자성 입자를 포함하되, 상기 제1 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 평행하게 배열된 자성체 시트;
를 포함하는 전자기기.
제7항에 있어서,
상기 제2 영역은 길이가 폭보다 더 긴 형상의 제2 자성 입자를 포함하되, 상기 제2 자성 입자는 길이 방향의 축이 상기 자성층의 두께 방향과 수직하게 배열된 전자기기.
제8항에 있어서,
상기 코일부는 상기 자성체 시트 상에 배치되며 그 중앙부가 상기 제1 영역에 대응하는 위치에 배치된 전자기기.
제9항에 있어서,
상기 코일부의 중앙부에는 상기 코일 패턴이 형성되어 있지 아니한 전자기기.
제10항에 있어서,
상기 코일 패턴은 상기 제2 영역에 대응하는 위치에 배치된 전자기기.