KR20180082511A - 자기 아이솔레이터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디바이스 - Google Patents

자기 아이솔레이터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디바이스 Download PDF

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KR20180082511A
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마이클 에스 그라프
성우 우
추앙-웨이 치우
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

자기 아이솔레이터는 전기 전도성 연자기 재료의 층이 본딩되어 있는 유전체 필름을 포함한다. 전기 전도성 연자기 재료의 층은 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 포함한다. 상호연결된 갭들은 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료로 충진된다. 상호연결된 갭들의 네트워크는 인가된 외부 자기장의 존재시 연자기 재료의 층 내에 유도된 전기적 와전류를 적어도 부분적으로 억제한다. 자기 아이솔레이터를 포함하는 전자 디바이스 및 자기 아이솔레이터의 제조 방법이 또한 개시된다.

Description

자기 아이솔레이터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디바이스
본 발명은 일반적으로 자기 아이솔레이터, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.
근거리 통신(Near Field Communication, NFC) 기술은 최근 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification, RFID) 시장의 급속한 성장을 배경으로 휴대폰에서의 사용을 위해 널리 보급되었다. 이러한 기술은, 예를 들어 휴대폰이 전자 키, ID 카드 및 전자 지갑의 기능을 가질 수 있게 하고, 또한 다른 사람과의 전화 번호의 교환이 무선 채널을 통해 신속한 방식으로 행해질 수 있게 하는, 휴대폰을 위한 많은 새로운 가능성을 이용할 수 있게 한다.
NFC는 반송파(carrier wave)로서 자기장을 사용하는 13.56 메가헤르츠(㎒) RFID 시스템에 기반한다. 그러나, 설계된 통신 범위는, 루프 안테나(loop antenna)가 금속 케이스, 차폐된 케이스, 회로 보드의 접지 표면, 또는 배터리 케이싱과 같은 시트 표면에 근접할 때, 획득되지 않을 수도 있다. 이러한 반송파의 감쇠는 금속 표면 상에 유도된 와전류(eddy current)가 반송파에 대한 역방향으로 자기장을 생성하기 때문에 일어난다. 결과적으로, 금속 표면으로부터 반송파를 차폐할 수 있는 고 투과율(permeability)을 갖는 Ni-Zn 페라이트(화학식: NiaZn(1-a)Fe2O4)와 같은 재료가 바람직하다.
전형적인 NFC 애플리케이션들에서, 전자 디바이스는 루프 판독기 안테나 주위를 순환하는 자기 플럭스(magnetic flux)를 수집한다. 디바이스의 코일들을 통과하는 플럭스는 코일 경로 주변의 전압을 여기시킨다. 안테나가 도체 위에 놓일 때, 표면에 인접한 자기장 진폭들이 크게 감소할 것이다. 완벽한 도체에서, 전기장의 접선 성분은 표면의 어느 지점에서나 제로이다. 결과적으로, 코일을 통과하는 총 플럭스에 기여하는 도체 표면에서의 자기장의 법선 성분(normal component)이 없을 것이기 때문에, 금속의 존재는 일반적으로 RFID 태그 커플링에 해롭다. 패러데이의 법칙에 따르면, 코일 주위에 전압 여기가 없을 것이다. 안테나의 유전체 기판의 마진 두께(marginal thickness)만이 태그를 통과하는 작은 자기 플럭스를 허용한다.
안테나 근처의 금속 표면의 해로운 영향은 금속 표면과 태그 사이에 플럭스 장(flux field) 방향 재료(즉, 자기 아이솔레이터)를 놓음으로써 완화될 수있다 이상적인 고 투과율 자기 아이솔레이터는 그 표면의 법선 자기장에 어떠한 차이도 만들지 않고 자기장을 그 두께 내에 집중시킬 것이다. 페라이트 또는 다른 자기 세라믹들은 이들의 매우 낮은 벌크 전도율로 인해 전통적으로 이러한 목적을 위해 사용된다. 이들은 와전류 손실을 거의 나타내지 않으므로 높은 자기장 비율이 안테나 루프를 통해 정상으로 유지된다. 그러나, 이들의 비교적 낮은 투과율은 효율적인 격리를 위해 더 높은 아이솔레이터 층 두께를 필요로 하므로 비용을 증가시키고 초소형 디바이스들에서 문제가 될 수 있다.
전자 장치에서의 고주파 응용을 위해 나노결정질 연자기 재료들이 분말형 페라이트 및 비정질 재료들을 대체할 수 있다. 지난 20년 동안, 상이한 주조 기법들에 의해 제조된 유망한 연자기 특성들을 지닌 새로운 종류의 벌크 금속 유리들이 집중적으로 연구되어왔다. 몇몇 개발된 금속 유리 시스템들 중에서, Fe-계 합금들은, 제로에 가까운 자기 변형, 높은 포화 자화, 및 높은 투과율을 갖는 이들의 양호한 연자기 특성들로 인해 상당한 주목을 받아왔다.
상이한 Fe-계 합금들 중에서, 비정질 FeCuNbSiB 합금들(예컨대, 독일 하나우 소재의 바큠슈멜츠(VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG)에 의해, VITROPERM 상표명으로 시판되는 것들)은 550℃ 초과로 어닐링될 때 나노결정질 재료로 변형되도록 설계된다. 결과의 재료는 애즈-스펀(as-spun) 비정질 리본보다 훨씬 높은 투과율을 보여준다. 금속 리본의 본질적으로 전도성인 특성으로 인해, 아이솔레이터로부터의 와전류 손실이 문제가 될 수 있다. 와전류 손실을 줄이기 위한 하나의 접근법에서, 어닐링된 나노결정질 리본이 캐리어 필름 상에 놓여지고 작은 조각들로 크랙킹(cracking)된다.
유럽 특허 출원 공보 제2 797 092 A1호(리(Lee) 등)는 무선 충전기용 자기장 차폐 시트 - 자기장 차폐 시트는, 비정질 리본의 박편 처리 공정 및 이후 접착제를 사용한 압축 라미네이팅 공정을 통해 비정질 리본의 미세 조각들 사이의 갭을 충진하며, 이에 의해 수분 침투를 방지하고, 이는 동시에 접착제(또는 유전체)로 미세 조각들의 모든 표면들을 둘러싸게 하여 미세 조각들을 서로 격리시킴으로써 와전류의 감소를 촉진하고 차폐 성능이 떨어지는 것을 방지함 -, 및 이의 제조 방법을 기술한다.
그러나, 박편된 또는 크랙킹된 리본들은 중첩되거나 접촉하는 박편들을 가질 수 있어서 결과적으로 XY 방향들에서 연속적인 전기 경로들을 만들 수 있다. 또한, 감압 접착제들과 같은 연성 접착제들은 시간 경과에 따라 변형될 수 있어서 결과적으로 박편들 사이에 접촉점들이 형성되게 할 수 있으며, 이에 의해 와전류 손실을 증가시킬 수 있다. 그러한 접촉점들의 형성(예를 들어, 취급 중)이 감소되거나 제거될 수 있는 재료들을 갖는 것이 바람직할 것이다.
일 양태에서, 본 발명은 전기 전도성 연자기 재료(즉, ESMM)의 층이 본딩되어 있는 유전체 필름을 포함하는 자기 아이솔레이터 - ESMM의 층은 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들(islands)을 포함하고, 상호연결된 갭들은 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료로 충진되고, 상호연결된 갭들의 네트워크는 인가된 외부 자기장의 존재시 연자기 재료의 층 내에 유도되는 전기적 와전류를 적어도 부분적으로 억제함 - 를 제공한다.
다른 양태에서, 본 발명은, 원격 송수신기와 무선으로 통신하도록 조정된(adapted) 무선 주파수 식별 태그를 제공하며, 무선 주파수 식별 태그는,
전기 전도성 기판;
기판에 본딩된 안테나;
기판 상에 배치되고 안테나와 전기적으로 결합된 집적 회로; 및
안테나와 기판 사이에 배치된, 본 발명에 따른 자기 아이솔레이터를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법을 제공하고, 방법은,
a) ESMM의 연속 층이 본딩되어 있는 기판을 제공하는 단계;
b) ESMM의 층 내에, 복수의 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 한정하는 상호연결된 갭들의 네트워크를 형성하는 단계;
c) 상호연결된 갭들의 네트워크를 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료로 충진하는 단계; 및
d) 열경화성 유전체 재료를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계 - 상호연결된 갭들의 네트워크는 외부 자기장에 의해 연자기 필름의 층 내에 유도된 와전류를 적어도 부분적으로 억제함 - 를 포함한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "투과율"은 달리 지시되지 않는 한 자기 투과율을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "열경화물"은, 예컨대, 공유 화학적 가교가 발생하는 경화 공정에 의해, 영구적으로 경화되거나 고화된 재료를 나타낸다.
본 개시의 특징 및 이점이 상세한 설명뿐만 아니라 첨부된 청구범위를 고려할 때 추가로 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 자기 아이솔레이터(100)의 개략 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 전자 물품(200)의 개략 측면도이다.
도 3은 실시예들에서 사용되는 EM07HM의 현미경 사진이다.
도 4는 실시예들에서 사용되는 EM05KM의 현미경 사진이다.
도 5는 실시예 1에 따라 에폭시 수지로 플렉싱 및 충진하고 경화시킨 후의 EM05KM의 현미경 사진이다.
도 6은 신장(stretching) 후의 EM05KM의 현미경 사진이다.
도 7은 실시예 1의 자기 아이솔레이터를 포함하는 다양한 시편들에 대한 판독 거리를 보고하는 막대 그래프이다.
본 명세서 및 도면에서 도면 부호의 반복되는 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징부 또는 요소를 나타내도록 의도된다. 본 발명의 원리의 범주 및 사상에 속하는 다수의 다른 변형 및 실시 형태가 당업자에 의해 안출될 수 있음을 이해하여야 한다. 도면은 축척대로 도시되지 않을 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자기 아이솔레이터(100)는 대향하는 주 표면들(112, 114)을 갖는 유전체 필름(110)을 포함한다. 전기 전도성 연자기 재료(120)(ESMM)의 층이 주 표면(112)에 본딩된다. 층(120)은 상호연결된 갭들(140)의 네트워크(130)에 의해 서로 분리된 다수의 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들(122)을 포함한다. 갭들(140)은 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료(150)로 충진된다. 상호연결된 갭들(140)의 네트워크(130)는 인가된 외부 자기장(도시하지 않음)의 존재시 연자기 재료의 층 내에 유도되는 전기적 와전류(도시하지 않음)를 적어도 부분적으로 억제한다.
임의의 유전체 필름이 사용될 수 있다. 유용한 필름들은 예를 들어, 폴리에스테르(예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리카프로락톤), 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르에테르이미드, 폴리에테르이미드(PEI), 셀룰로오스(예컨대, 셀룰로오스 아세테이트), 및 그 조합을 포함한다. 유전체 필름은 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 그것은 둘 이상의 유전체 폴리머 층들로 구성된 복합 필름을 포함할 수 있다. 일부 실시 형태들에서, 유전체 필름은 ESMM의 층을 폴리머 필름에 본딩하는 감압 접착제의 층을 갖는 폴리머 필름을 포함한다.
유전체 필름은 고 유전율 충진제를 포함할 수 있다. 예로는 바륨 티타네이트, 스트론튬 티타네이트, 이산화 티타늄, 카본 블랙 및 다른 공지된 고 유전율 재료들이 포함된다. 나노 크기의 고 유전율 입자들 및/또는 고 유전율 공액 폴리머들이 또한 사용될 수있다. 둘 이상의 상이한 고 유전율 재료들의 혼합물 또는 고 유전율 재료들과 철 카르보닐과 같은 연자기 재료들의 혼합물이 사용될 수 있다.
유전체 필름은 약 0.01 밀리미터(mm) 내지 약 0.5 mm, 바람직하게는 0.01 mm 내지 0.3 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.2 mm의 두께를 가질 수 있지만, 더 작은 두께 및 더 큰 두께가 또한 사용될 수 있다.
유용한 전기 전도성 연자기 재료들은 비정질 합금, 또는 550℃ 초과에서 어닐링될 때 나노결정질 재료로 변형되는 FeCuNbSiB와 같은 비정질 합금(독일 하나우 소재의 바큠슈멜츠에 의해, VITROPERM 상표명으로 시판됨), 미국 펜실베니아주 리딩 소재의 카펜터 테크놀로지 코포레이션(Carpenter Technologies Corporation)으로부터 상표명 퍼멀로이(PERMALLOY)로 입수가능한 철/니켈 재료 또는 그것의 철/니켈/몰리브덴 동류(cousin) 몰리퍼멀로이(MOLYPERMALLOY), 및 히타치 메탈 인코포레이션(Hitachi Metals Inc.)의 메트글라스(Metglass) 2605SA1과 같은 비정질 금속 리본들을 포함한다.
바람직하게는, ESMM은 나노결정질 철계(ferrous) 재료를 포함한다. 일부 실시 형태들에서, ESMM은 Ni, Zn, Cu, Co, Ni, Nb, B, Si, Li, Mg, 및 Mn을 포함하나 이들로 제한되지는 않는 군으로부터 선택된 적어도 하나의 금속 원소에 의해 도핑된 철(Fe) 산화물을 포함할 수 있다. 하나의 바람직한 연자기 재료는 적어도 550℃의 온도에서 바큠슈멜츠로부터의 VITROPERM VT-800으로서 이용가능한 비정질 연자기 리본 전구체 재료를 어닐링함으로써 형성되어 나노 스케일 결정질 영역들을 갖는 구조를 형성한다.
ESMM 층은 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 ESMM의 아일랜드들을 포함한다.
ESMM의 아일랜드들은, 예를 들어, 플레이트들 및/또는 박편들과 같은 다양한 규칙적인 또는 불규칙한 기하구조들을 가질 수 있으며, 더 큰 크기들이 또한 사용될 수 있지만, 마이크로 또는 나노 크기일 수 있다. ESMM은 약 0.005 밀리미터 (mm) 내지 약 0.5 mm의 두께를 가질 수 있지만, 더 작은 두께 및 더 큰 두께가 또한 사용될 수 있다.
전기 전도성 연자기 재료의 층의 투과율은, 층의 재료들, 및 갭들의 면적 밀도와 그 깊이들에 의해 크게 결정된다. 약 80보다 큰 투과율을 갖는 전기 전도성 연자기 재료의 층은 NFC에서 사용될 수 있는 자기 아이솔레이터(예컨대, 안테나 아이솔레이터)를 제조하는데 사용될 때 선호된다.
실수 투과율은 자기장이 얼마나 잘 이동하는지를 나타내고, 허수 투과율은 자기장의 손실 정도를 나타낸다. 이상적인 재료는 고 투과율을 나타내고 저 투과율 손실을 갖는 재료이다. 일부 실시 형태들에서, 자기 아이솔레이터의 투과율의 실수 부분은 상호연결된 갭들의 네트워크를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 동일한 구조를 갖는 비교가능한 자기 아이솔레이터와 비교하여 약 10 퍼센트 이상이다. 마찬가지로, 일부 실시 형태들에서, 자기 아이솔레이터의 투과율의 허수 부분은 상호연결된 갭들의 네트워크를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 동일한 구조를 갖는 자기 아이솔레이터의 투과율의 허수 부분의 약 90 퍼센트 이하이다.
전형적으로, 갭들은 랜덤 또는 의사 랜덤 네트워크로 형성된다. 그러나, 네트워크는 또한 규칙적일 수 있다(예컨대, 어레이). 어레이는 예를 들어, 직사각형 어레이 또는 다이아몬드 어레이 일 수 있다. 바람직하게는, 상호연결된 갭들의 네트워크는 그 길이 및 폭에 대해 ESMM의 층과 적어도 실질적으로 동일 공간에 있다.
일부 실시 형태들에서, 갭들의 면 밀도(areal density)는 약 0.001 내지 약 60 퍼센트, 바람직하게는 약 0.01 내지 약 15 퍼센트, 및 더 바람직하게는 약 0.01 내지 6 퍼센트이다. 명세서에서 사용된 바와 같이, 갭들의 면 밀도는 전기 전도성 연자기 재료의 층 내의 모든 갭들의 면적 대 전기 전도성 연자기 재료의 층의 전체 면적의 비율을 의미한다. 용어 "면적"은 유전체 필름의 상부 표면에 평행한 방향으로의 단면적을 의미한다.
바람직하게는, 전기 전도성 연자기 층 내의 갭들 각각의 깊이는 층 자체의 두께와 동일하지만(즉, 이들은 층을 통해 유전체 필름까지 연장된다), 일부 실시 형태들에서, 갭들의 일부 또는 전부가 전기 전도성 연자기 층의 전체 두께보다 얕을 수 있다. 따라서, 일부 실시 형태들에서, 상호연결된 갭들의 평균 깊이 대 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 평균 두께의 비율은 적어도 0.5, 0.6, 0.7, 0.8 또는 심지어 적어도 0.9이다.
상호연결된 갭들의 네트워크는 외부 자기장에 의해 ESMM 층 내에 유도된 전기적 와전류를 적어도 부분적으로 억제한다. 효과의 크기는 전기 전도성의 자기적으로 연성인 재료의 층의 조성 및 두께뿐만 아니라 갭들의 네트워크에 의존한다.
유전체 열경화성 재료는 우선, 유전체이다. 그것은 (예컨대, 상기 논의된 바와 같은) 연자기 및 비-자기 유전체 충진제, 경화제, 착색제, 산화 방지제 등과 같은 첨가제를 선택적으로 함유하는 임의의 적합한 경화 수지 시스템을 포함할 수 있다. 적합한 열경화성 재료들의 예들로는 비닐 에스테르 수지, 비닐 에테르 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지 (1 또는 2 파트), 폴리우레아 수지, 시아네이트 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 아미노플라스트 수지, 우레아-포름알데히드 수지 및 이들의 조합물을 포함한다. 재료, 첨가제 및 경화제의 선택은 전형적으로 비용 및 공정 파라미터들과 같은 인자들에 의존할 것이며, 본 기술 분야의 당업자에게 공지될 것이다.
본 발명에 따른 자기 아이솔레이터들은 유전체 필름에 ESMM 층을 라미네이팅 또는 다른 방식으로 본딩함으로써, 예를 들어, 감압 접착제, 핫멜트 접착제 또는 열경화성 접착제(예컨대, 미경화된(uncured) 에폭시 수지)를 사용한 후에 경화시킴으로써, 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 자기 아이솔레이터들은 전형적으로 최종 용도 전자 물품의 시트로서 사용되지만, 바람직하게는 예를 들어, 제조 장비에서 사용하기 위해, 롤 또는 시트 형태로 공급될 수 있다.
일단 라미네이팅되면, 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 한정하는, ESMM의 층 내의 상호연결된 갭들의 네트워크가 형성된다. 갭들의 네트워크를 형성하기위한 적합한 기법들의 예들은, ESMM의 층의 (예컨대, 플렉싱, 신장, 비팅 및/또는 엠보싱에 의한) 기계적 갭 형성 기법들, 삭마(레이저 삭마, 초음파 삭마, 전기적 삭마, 및 열적 삭마), 및 화학적 에칭을 포함한다.
바람직하게는, ESMM의 층 및 또한 자기 아이솔레이터는 길이 및/또는 폭의 갭 형성 중에 신장된다. 이는 ESMM의 인접한 아일랜드들 사이의 우연한 전기적 접촉을 감소시키는 것을 돕는다. 바람직하게는, 이러한 신장은 자기 아이솔레이터의 길이 또는 폭 중 적어도 하나에서 적어도 10 퍼센트, 적어도 20 퍼센트, 또는 심지어 적어도 30 퍼센트이다.
일단 갭들이 형성되면, 이들은 이후 열경화물을 형성하도록 경화될 수 있는 열경화성 재료로 (적어도 부분적으로) 충진된다. 경화는 예를 들어, 가열 및/또는 전자기 복사에 의해 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어, 본 기술분야의 당업자가 갖는 그들의 능력 내에 있다.
본 발명에 따른 자기 아이솔레이터는 NFC 전자 디바이스들의 판독 범위를 확장하는데 유용하다.
이제 도 2를 참조하면, 원격 송수신기와 근거리 통신이 가능한 예시적인 전자 물품(200)은 기판(210) 및 안테나(220)를 포함한다. 본 발명에 따른 자기 아이솔레이터(100) (도 1 참조)는 안테나(220)와 기판(210) 사이에 배치된다. 최대 이익을 위해 기판(210)은 전기적으로 전도성(예컨대, 금속 및/또는 다른 도전 재료를 포함함)이다.
안테나(220)(예컨대, 전도성 루프 안테나)는 예를 들어, 구리 또는 알루미늄 에칭된 안테나일 수 있고, 유전체 폴리머(예컨대, PET 폴리에스테르) 필름 기판 상에 배치될 수 있다. 그의 형상은 예를 들어 13.56 ㎒의 공진 주파수를 가진 고리형 형상, 직사각형 형상 또는 정사각형 형상일 수 있다. 크기는 예를 들어, 약 35 미크론 내지 약 10 미크론의 두께를 갖고서 약 80 ㎠ 내지 약 0.1 ㎠일 수 있다. 바람직하게는, 전도성 루프 안테나의 임피던스의 실수 성분은 약 5 Ω미만이다.
집적 회로(240)는 기판(210) 상에 배치되고 루프 안테나(220)에 전기적으로 결합된다.
예시적인 전자 디바이스들은 휴대폰, 태블릿 및 근거리 통신을 갖춘 다른 디바이스들, 무선 전력 충전을 갖춘 디바이스들, 디바이스 내에서 또는 주위 환경에서 전도성 금속 물체들로부터의 간섭을 방지하기 위한 자기 차폐 재료들을 갖춘 디바이스들을 포함한다.
본 발명의 선택적 실시 형태
일 실시 형태에서, 본 발명은, 전기 전도성 연자기 재료의 층이 본딩되어 있는 유전체 필름 - 전기 전도성 연자기 재료의 층은 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 포함하고, 상호연결된 갭들은 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료로 충진되고, 상호연결된 갭들의 네트워크는 인가된 외부 자기장의 존재시 연자기 재료의 층 내에 유도되는 전기적 와전류를 적어도 부분적으로 억제함 - 을 포함하는 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제2 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터로서, 열경화성 유전체 재료가 경화된 에폭시 수지를 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제3 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터로서, 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 다수가 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 모든 인접한 아일랜드들로부터 독립적으로 전기적으로 격리된, 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제4 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제3 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터로서, 상호연결된 갭들의 네트워크가 그 길이 및 폭을 따라 전기 전도성 연자기 재료의 층과 동일 공간에 있는, 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제5 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제4 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터로서, 자기 아이솔레이터의 투과율의 실수 부분은, 그것이 상호연결된 갭들의 네트워크를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 동일한 구조를 갖는 비교가능한 자기 아이솔레이터와 비교하여 약 10 퍼센트 이상인, 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제6 실시 형태에서, 본 발명은 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터로서, 자기 아이솔레이터의 투과율의 허수 부분은, 그것이 상호연결된 갭들의 네트워크를 갖지 않는다는 점을 제외하고는 동일한 구조를 갖는 자기 아이솔레이터의 투과율의 허수 부분의 약 90 퍼센트 이하인, 자기 아이솔레이터를 제공한다.
제7 실시 형태에서, 본 발명은 원거리에서 발생된 자기장과 유도 결합하도록 조정된 전자 디바이스를 제공하며, 전자 디바이스는,
기판;
기판에 본딩된 안테나;
기판 상에 배치되고 안테나와 전기적으로 결합된 집적 회로; 및
안테나와 기판 사이에 배치된 제1 실시 형태 내지 제6 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 자기 아이솔레이터를 포함한다.
제8 실시 형태에서, 본 발명은 제7 실시 형태에 따른 전자 디바이스로서, 안테나가 루프 안테나를 포함하는, 전자 디바이스를 제공한다.
제9 실시형태에서, 본 발명은 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법을 제공하고, 방법은,
a) 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층이 본딩되어 있는 기판을 제공하는 단계;
b) 전기 전도성 연자기 재료의 층 내에, 복수의 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 한정하는 상호연결된 갭들의 네트워크를 형성하는 단계;
c) 상호연결된 갭들의 네트워크를 적어도 부분적으로 유전체 열경화성 재료로 충진하는 단계; 및
d) 경화가능 유전체 재료를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계 - 상호연결된 갭들의 네트워크는 외부 자기장에 의해 연자기 필름의 층 내에 유도된 와전류를 적어도 부분적으로 억제함 - 를 포함한다.
제10 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태에 따른 방법으로서, 전기 전도성 연자기 아일랜드들이 나노결정질 철계 재료를 포함하는, 방법을 제공한다.
제11 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 또는 제10 실시 형태에 따른 방법으로서, 경화가능 수지가 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 시아네이트 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 아미노플라스트 수지, 페놀 수지, 우레아-포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법을 제공한다.
제12 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제11 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 상호연결된 갭들의 네트워크가 그 길이 및 폭을 따라 전기 전도성 연자기 재료의 층과 동일 공간에 있는, 방법을 제공한다.
제13 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제12 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 단계 b)에서, 상호연결된 갭들의 네트워크는 적어도 부분적으로 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층을 의도적으로 기계적으로 크랙킹함으로써 제공되는, 방법을 제공한다.
제14 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제12 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 상호연결된 갭들의 네트워크는 적어도 부분적으로 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층을 삭마함으로써 제공되는, 방법을 제공한다.
제15 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제14 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 삭마가 레이저 삭마, 초음파 삭마, 전기적 삭마, 및 열적 삭마 중 하나 이상을 포함하는, 방법을 제공한다.
제16 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제15 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 단계 b)가 기판을 적어도 하나의 치수에서 적어도 5% 만큼 신장시키는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
제17 실시 형태에서, 본 발명은 제9 실시 형태 내지 제16 실시 형태 중 어느 한 실시 형태에 따른 방법으로서, 단계 b)가 기판을 적어도 하나의 치수에서 적어도 10% 만큼 신장시키는 단계를 포함하는, 방법을 제공한다.
본 발명의 목적 및 이점이 하기의 비제한적인 예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 예에서 언급된 특정 재료 및 그의 양뿐만 아니라 다른 조건 및 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예
달리 기재되지 않는다면, 실시예 및 명세서의 나머지 부분에서의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.
재료의 표
Figure pct00001
실시예 1
고무 시트를 MEM07HM 전기 전도성 연자기 나노결정질 리본의 일 면에 가볍게 부착시켰다.
이 형태에서, 리본은 유연한 지지체로서 역할하는 고무 시트에 가볍게 부착되었다. 2-파트 에폭시 수지를 혼합하여 리본 표면에 도포하였다. 특정 나노 결정질 리본 재료가 부착된 고무 시트를 다운-웨브 및 크로스-웨브 방향으로 굴곡시켜 깨진 파편들(fragments)을 분리하고 액상 수지가 그 사이의 갭들을 적시고 충진하도록 하여 파편들 사이에 얇은 전기 절연 층을 제공하였다. 이 공정의 마지막에서, 나노 결정질 리본은, 고무 시트 상에 배치되고 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 층을 형성하였다.
과도한 에폭시 수지를 노출된 평평한 표면으로부터 제거하고, 제조사의 지침에 따라 경화될 수 있게 하였다. 도 5는 에폭시로 충진하면서 굴곡시키고, 이어서 상기(실시예 1)와 같이 경화시킨 후의 EM07HM 리본의 샘플을 보여준다. 결과적인 자기 아이솔레이터는 경화된 에폭시 수지로 충진된 상호연결된 갭들의 미세 상호연결된 네트워크를 가진 전기 전도성 연자기 재료의 층으로 특징 지어졌으며, 고무 시트에 부착되었다.
비교를 위해, 신장되었지만 에폭시로 충진되지 않은 EM07HM 리본의 조각이 도 6에 도시된다.
NFC 판독 거리에 대한 에폭시-충진된 갭들의 영향
근거리 통신(NFC)에서의 중요한 성능 특성은 도 7에 도시된 바와 같이, 아이솔레이터를 사용하여 금속 플레이트로부터 차폐된 전력 공급된(powered) 안테나와 수동 응답기 안테나 사이의 최대 판독 거리이다. 다음 절차에서는 ISO/IEC 14443A 및 ISO 15693 디지털 신호 처리 프로토콜들 둘 모두를 준수할 수 있도록 구성된 3A Logics NFC로부터 입수한 NFC 판독기 키트를 사용하여 판독 거리 측정들을 수행하였다.
ISO/IEC 14443A 디지털 신호 처리 프로토콜은 짧은 판독 거리에서 더 높은 데이터 전송 속도를 특징으로 한다. 이 프로토콜은 크랙킹의 제1 단계에서 가장 두드러진 이점을 보여준다. 한편, ISO 15693 프로토콜은 더 긴 판독 거리에서 더 낮은 데이터 전송 속도를 특징으로 한다. 이 프로토콜은 상호연결된 갭들의 네트워크를 경화된 에폭시 수지로 충진하는 것에서 더 많은 이점을 보여준다.
재료들의 샘플들은 ISO/IEC 14443A 및 ISO 15693 디지털 신호 처리 프로토콜들에 따라 평가되었다. 도 7에 보고된 결과는 각 방법에 따라 평가된, 아이솔레이터를 사용하여 금속 플레이트로부터 차폐된 전력 공급된 안테나와, 수동 판독기 안테나 사이의 최대 NFC 판독 거리를 나타낸다.
특허증을 위한 상기 출원에서의 모든 인용된 참고 문헌, 특허, 및 특허 출원은 전체적으로 일관된 방식으로 본 명세서에 참고로 포함된다. 본 출원과 포함되는 참고 문헌의 부분들 사이에 불일치 또는 모순이 있는 경우, 전술한 설명에서의 정보가 우선할 것이다. 당업자가 청구되는 발명을 실시할 수 있게 하기 위해 주어진 전술한 설명은, 청구범위 및 그에 대한 모든 동등물에 의해 한정되는 본 발명의 범주를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 전기 전도성 연자기 재료의 층이 본딩되어 있는 유전체 필름을 포함하는 자기 아이솔레이터로서, 전기 전도성 연자기 재료의 층은 상호연결된 갭들의 네트워크에 의해 서로 분리된 실질적으로 동일 평면상의 전기 전도성 연자기 아일랜드들(islands)을 포함하고, 상호연결된 갭들은 적어도 부분적으로 열경화성 유전체 재료로 충진되고, 상호연결된 갭들의 네트워크는 인가된 외부 자기장의 존재시 연자기 재료의 층 내에 유도되는 전기적 와전류를 적어도 부분적으로 억제하는, 자기 아이솔레이터.
  2. 제1항에 있어서, 열경화성 유전체 재료는 경화된 에폭시 수지를 포함하는, 자기 아이솔레이터.
  3. 제1항에 있어서, 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 다수가 전기 전도성 연자기 아일랜드들의 모든 인접한 아일랜드들로부터 독립적으로 전기적으로 격리된, 자기 아이솔레이터.
  4. 제1항에 있어서, 상호연결된 갭들의 네트워크가 그 길이 및 폭을 따라 전기 전도성 연자기 재료의 층과 동일 공간에 있는, 자기 아이솔레이터.
  5. 원거리에서 발생된 자기장과 유도 결합하도록 조정된(adapted) 전자 디바이스로서,
    기판;
    기판에 본딩된 안테나;
    기판 상에 배치되고 안테나와 전기적으로 결합된 집적 회로; 및
    안테나와 기판 사이에 배치된 제1 항에 따른 자기 아이솔레이터를 포함하는, 전자 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 안테나는 루프 안테나(loop antenna)를 포함하는, 전자 디바이스.
  7. 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법으로서,
    a) 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층이 본딩되어 있는 기판을 제공하는 단계;
    b) 전기 전도성 연자기 재료의 층 내에, 복수의 전기 전도성 연자기 아일랜드들을 한정하는 상호연결된 갭들의 네트워크를 형성하는 단계;
    c) 상호연결된 갭들의 네트워크를 적어도 부분적으로 유전체 열경화성 재료로 충진하는 단계; 및
    d) 경화가능 유전체 재료를 적어도 부분적으로 경화시키는 단계 - 상호연결된 갭들의 네트워크는 외부 자기장에 의해 연자기 필름의 층 내에 유도된 와전류를 적어도 부분적으로 억제함 - 를 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 전기 전도성 연자기 아일랜드들은 나노결정질 철계(ferrous) 재료를 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 경화가능 수지는 에폭시 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지, 시아네이트 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 아미노플라스트 수지, 페놀 수지, 우레아-포름알데히드 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상호연결된 갭들의 네트워크가 그 길이 및 폭을 따라 전기 전도성 연자기 재료의 층과 동일 공간에 있는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  11. 제7항에 있어서, 단계 b)에서, 상호연결된 갭들의 네트워크는 적어도 부분적으로 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층을 의도적으로 기계적으로 크랙킹(cracking)함으로써 제공되는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상호연결된 갭들의 네트워크는 적어도 부분적으로 전기 전도성 연자기 재료의 연속 층의 삭마(ablation)에 의해 제공되는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  13. 제7항에 있어서, 삭마는 레이저 삭마, 초음파 삭마, 전기적 삭마, 및 열적 삭마 중 하나 이상을 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  14. 제7항에 있어서, 단계 b)는 적어도 하나의 치수에서 적어도 5 퍼센트만큼 기판을 신장(stretching)시키는 단계를 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 단계 b)는 적어도 하나의 치수에서 적어도 10 퍼센트만큼 기판을 신장시키는 단계를 포함하는, 자기 아이솔레이터를 제조하는 방법.
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