KR20210031999A - 평형 대칭 코일 - Google Patents
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Abstract
코일 장치는 제 1 층 상에 제 1 나선 형상으로 배열된 제 1 도체, 제 2 층 상에 제 2 나선 형상으로 배열된 제 2 도체, 제 1 도체와 제 2 도체를 직렬로 접속시키는 전이, 제 1 도체의 단부에 접속되는 제 1 단자, 및 제 2 도체의 단부에 접속되는 제 2 단자를 포함한다. 제 1 단자 및 제 2 단자는 평면에서 볼 때 제 1 도체 및 제 2 도체의 외측에 있다. 제 1 도체 및 제 2 도체는 각각 서로 병렬로 접속된 복수의 면내 트레이스를 포함한다.
Description
본 발명은 코일에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전자 디바이스 용도에 사용될 수 있는 연성 인쇄 회로(FPC)에 있어서의 평형 대칭 코일에 관한 것이다.
종래의 수신기(Rx) 코일은 도 8에 도시된 바와 같이 환상의 나선 형상으로 형성된 연속적인 원형 구리 와이어(800)를 포함한다. 원형 Rx 코일 와이어(800)는 Rx 코일의 인접한 턴(turn)에서 와이어 사이에 단락을 생성하지 않고 각각의 턴 사이에 좁은 간격을 갖게 하는 차폐 절연체 또는 코팅을 외면에 갖는다. 결과적으로, 도 8에 도시된 것과 유사한 Rx 코일은 비교적 낮은 저항을 갖게 된다.
도 8에 도시된 것과 같은 원형 와이어를 갖는 종래의 Rx 코일은 우수한 성능을 나타내는 반면, 휴대폰, 태블릿 및 기타 전자 장치에서의 공간적 제한으로 인해 장치 통합에는 항상 적합한 것은 아니다. 부가적으로, Rx 코일의 내부 단자에 접속하기 위해서는, 도 9에 도시된 바와 같이, Rx 코일의 외측으로 내부 단자가 연장되도록 Rx 코일에 걸쳐서 접속 브리지가 형성될 필요가 있다.
도 9는 도 8에 도시된 것과 유사하지만, Rx 코일 상에 접속 브리지(940)를 갖는 Rx 코일의 사시도이다. 도 9는 접속 브리지(940)가 내부 단자(910)로부터 Rx 코일 영역 외측으로의 교차 부분인 것을 도시한다. 이 접속 브리지(940)는 외부 회로에 접속하는 외부 단자(930)에 대한 접점(934)에 인접한 내부 단자(910)의 접점(932)을 생성한다. 그 결과, 접속 브리지(940)는 Rx 코일 장치의 전체 두께를 증가시킨다.
또한, Rx 코일은 FPC에서도 제조될 수 있지만, 양산시 원형 와이어 Rx 코일의 제조, 취급 및 조립은 FPC Rx 코일만큼 간단하지 않다. 일반적으로, FPC Rx 코일의 어레이는 대형 패널에서 동시에 제작되고, 추후에 개별 Rx 코일 장치로 절단된다.
FPC Rx 코일에 있어서, 종래의 원형 절연 구리 와이어는 보다 간단하게 제작 될 수 있는 직사각형 단면을 갖는 트레이스로 대체된다. 트레이스는 도 10에 도시된 바와 같은 환 형상 또는 도 11에 도시된 바와 같은 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 도 10은 직사각형 단면을 갖는 트레이스(1000)를 갖는 종래의 환 형상의 FPC Rx 코일을 도시한다. 도 11은 직사각형 단면을 갖는 트레이스(1100)를 갖는 종래의 직사각형 형상의 FPC Rx 코일을 도시한다. 도 10 및 11에 도시된 바와 같이, FPC Rx 코일은 디자인 측면에서 훨씬 더 다양하며, 원형 와이어를 형성하거나 또는 킹크(kink)하지 않고 여러 형상이 가능하다. 더 낮은 저항이 소망되는 경우, 다층 원형 와이어 Rx 코일보다 다층 FPC Rx 코일을 제조하는 것이 더 간단하다.
종래의 원형 와이어 코일과 같이 FPC Rx 코일은 2개의 단자, 즉 Rx 코일 내부에 하나와 외부에 하나를 갖는다. 내부 단자에 접근하기 위해, 도 9와 관련하여 논의된 것과 마찬가지로, 접속 브리지를 형성하기 위해 또 다른 도전층이 추가된다. 따라서, 내부 단자와 외부 회로 사이의 접속을 라우팅하기 위해 전용 도전층이 필요로 된다.
다층 코일에서도 동일한 Rx 코일이 병렬 구성으로 서로의 상부 상에 규정되고, Rx 코일의 각각의 단부의 단자는 비아를 통해 인접층의 해당 단자에 접속된다. 이 구성은, 각각의 Rx 코일에서의 전류 방향이 항상 동일하게 유지되어야 하기 때문에 필수적이다.
전자 장치, 특히 소형 전자 장치용의 하드웨어를 설계함에 있어서 주요 제약은 장치의 체적이다. 따라서, 가능한 최고의 성능을 달성하기 위해서는, 전자 장치 내의 공간을 효율적으로 사용하는 것이 필수적이다. 종래의 Rx 코일 설계에서, 접속 브리지에 요구되는 추가 층 또는 와이어는 필수 공간을 장치의 전기적 성능에 영향을 주지 않고 사용한다. 접속 브리지를 제거할 수 있는 경우, 사용 가능한 공간은 Rx 코일 성능을 향상(전체 도전층을 추가 Rx 코일에 할당함으로써)시키도록 사용될 수 있거나, 장치의 다른 특성을 향상시키는 또 다른 성능이 접근할 수 있거나, 또는 더욱 박형의 구조가 될 수 있도록 제거될 수 있다. 따라서, 접속 브리지가 없으면, FPC Rx 코일 설계가 더욱 대칭적이 되고, 각각의 레이어에 대해 유사한 제조 프로세스가 사용될 수 있다.
상술한 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시형태는 전자 장치 용도에 사용될 수 있는 연성 인쇄 회로에 평형 대칭 코일을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 코일 장치는 제 1 층 상에 제 1 나선 형상으로 배열된 제 1 도체, 제 2 층 상에 제 2 나선 형상으로 배열된 제 2 도체, 제 1 도체와 제 2 도체를 직렬로 접속하는 전이, 제 1 도체의 단부에 접속되는 제 1 단자, 및 제 2 도체의 단부에 접속되는 제 2 단자를 포함한다. 제 1 단자 및 제 2 단자는 평면으로 볼 때 제 1 도체 및 제 2 도체의 외측에 있다. 제 1 도체 및 제 2 도체는 각각 서로 병렬로 접속된 복수의 면내 트레이스를 포함한다.
제 1 도체 및 제 2 도체는 바람직하게는 직사각형 단면을 갖는다. 제 1 나선 형상은 바람직하게는 환상의 나선 형상 또는 직사각형의 나선 형상이다. 제 2 나선 형상은 바람직하게는 환상의 나선 형상 또는 직사각형의 나선 형상이다. 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 다수의 층은 바람직하게는 평평하다. 제 1 도체 또는 제 2 도체의 폭은 바람직하게는 제 1 도체 또는 제 2 도체의 길이를 따라 변화한다. 제 1 도체 또는 제 2 도체의 중심 부분은 바람직하게는 제 1 도체 또는 제 2 도체의 내측부 및 외측부보다 더 넓다. 코일 장치는 더욱 바람직하게는 제 1 층 및 제 2 층을 포함하는 연성 인쇄 회로 구조체를 포함한다. 복수의 면내 트레이스는 바람직하게는 적어도 4개의 트레이스를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 전자 장치는 본 발명의 다양한 바람직한 실시형태 중 하나에 따른 코일 장치를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 코일 장치의 제조 방법은 제 1 층 상에 제 1 나선 형상으로 제 1 도체를 형성하는 단계, 제 2 층 상에 제 2 나선 형상으로 제 2 도체를 형성하는 단계, 제 1 도체와 제 2 도체를 직렬로 접속시키는 단계, 및 제 1 도체의 단부에 접속된 제 1 단자 및 제 2 도체 단자의 단부에 접속된 제 2 단자를 형성하는 단계를 포함한다. 제 1 단자 및 제 2 단자는 평면으로 볼 때 제 1 도체 및 제 2 도체의 외측에 있다. 제 1 도체 및 제 2 도체는 각각 서로 병렬로 접속된 복수의 면내 트레이스를 포함한다.
본 발명의 상기 및 기타 특성, 요소, 특징, 단계 및 이점은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 4개의 면내 병렬 트레이스를 포함하는 FPC에서의 직사각형 단면을 갖는 환 형상 코일의 배선을 도시한다.
도 2는 2개의 코일이 2개의 상이한 층에 있는 4개의 면내 평형 트레이스를 갖는 FPC에서의 2개의 환 형상 코일의 배선의 도면이다.
도 3은 접촉 단자를 포함하는 2층 코일 구조의 평면도이다.
도 4는 2층 코일 구조의 측면 사시도이다.
도 5는 동일한 도전층에 4개의 병렬 배선 트레이스를 갖는 하나의 코일의 면내 병렬 구성을 도시한다.
도 6은 상이한 층에 있어서의 2개의 코일의 직렬 구성과 결합된 동일한 층 상의 4개의 면내 병렬 트레이스를 도시하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 도면이다.
도 7은 트레이스 폭이 코일의 중심 부분을 향해서 넓어지는 FPC 코일의 한 층의 도전성 트레이스 패턴을 도시하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 도면이다.
도 8은 종래의 수신기 코일을 도시한다.
도 9는 접속 브리지를 포함하는 종래의 수신기 코일의 사시도이다.
도 10은 종래의 환 형상의 FPC 수신기 코일을 도시한다.
도 11은 종래의 직사각형 형상의 FPC 수신기 코일을 도시한다.
도 2는 2개의 코일이 2개의 상이한 층에 있는 4개의 면내 평형 트레이스를 갖는 FPC에서의 2개의 환 형상 코일의 배선의 도면이다.
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도 4는 2층 코일 구조의 측면 사시도이다.
도 5는 동일한 도전층에 4개의 병렬 배선 트레이스를 갖는 하나의 코일의 면내 병렬 구성을 도시한다.
도 6은 상이한 층에 있어서의 2개의 코일의 직렬 구성과 결합된 동일한 층 상의 4개의 면내 병렬 트레이스를 도시하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 도면이다.
도 7은 트레이스 폭이 코일의 중심 부분을 향해서 넓어지는 FPC 코일의 한 층의 도전성 트레이스 패턴을 도시하는 본 발명의 바람직한 실시형태의 도면이다.
도 8은 종래의 수신기 코일을 도시한다.
도 9는 접속 브리지를 포함하는 종래의 수신기 코일의 사시도이다.
도 10은 종래의 환 형상의 FPC 수신기 코일을 도시한다.
도 11은 종래의 직사각형 형상의 FPC 수신기 코일을 도시한다.
평형 대칭 연성 인쇄 회로(FPC) 코일은 필요한 공간을 현저히 감소시키거나 또는 최소화하여, 휴대폰, 태블릿 등과 같은 소형 전자 장치 용도에서 현저히 증가된 최대 효율을 얻는다. 도 1은 4개의 면내 병렬 트레이스(110, 120, 130, 14)를 포함하는 FPC에서의 직사각형 단면을 가진 배선을 포함하는 환 형상 코일(100)의 예를 도시한다. 코일의 성능을 향상시키기 위해서, 토폴로지는 상이한 층 상의 다른 면내 병렬 트레이스와 직렬로 접속되는 면내 병렬 트레이스를 포함한다. 도 1 에 도시된 바와 같이, 동일한 층에 있는 4개의 트레이스(110, 120, 130, 140)는 병렬로 접속될 수 있다. 도 1은 4개의 트레이스(110, 120, 130, 140)를 도시하지만, 예를 들면 4개, 5개 또는 6개의 트레이스를 포함하는 임의의 수의 트레이스를 사용할 수 있다.
도 2는 4개의 면내 병렬 트레이스를 갖는 FPC에서의 2개의 환 형상 코일(200)의 배선의 예를 도시하며, 여기서 2개의 코일은 2개의 상이한 층에 있고, 즉 한 층에는 제 1 코일(210)이 있고, 다른 층에는 제 2 코일(220)이 있다. 도시되어 있지는 않지만, 당업자는 절연층이 2개의 코일(210, 220) 사이에 위치된다는 것을 이해할 것이다. 2개의 코일(210, 220)을 직렬로 접속하는 것은 루프 영역을 증가시키거나 또는 최대화하여, 자속의 수신/발신을 증가시키는 것을 돕는다. 이 구성에 있어서, 층의 수를 짝수로 제한함으로써 양 단자가 일측 상에 있음으로써, 접속 브리지가 필요하지 않다. 예를 들면, 도 2에 도시된 것과 유사한 직렬 구성을 갖는 2층 구조는 추가 공간이 필요한 교차 접속 브리지에 대한 필요성이 없어진다. 또한, 트레이스 폭, 간격 및 두께와 같은 파라미터를 조정하여 코일 성능을 최적화할 수 있다. 도 2는 4개의 면내 트레이스를 도시하지만, 예를 들면 4개, 5개 또는 6개의 면내 트레이스를 포함한 임의의 수의 면내 트레이스를 사용할 수 있다.
도 3 및 4는 상이한 층이 직렬로 접속된 평형 대칭의 2층 코일(300)을 도시한다. 도 3은 접촉 단자(330)를 포함하는 2층 코일 구조의 평면도를 도시한다. 도 3에서, 상층 코일(320)의 배선은 하층 코일(310)의 배선과 중첩되는 것으로 보인다. 도 4는 2층 코일 구조의 측면 사시도를 도시한다. 도 3 및 4에서의 화살표는 전류 흐름의 가능한 방향을 나타낸다. 또한, 전류가 반대 방향으로 흐르는 것도 가능하다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전류 흐름의 방향은 하층 코일(310)의 접촉 단자(332)로 들어가서 상층 코일(320)의 접촉 단자(334)로부터 나온다. 도시된 바와 같이, 전류는 하층 코일(310)로부터 상층 코일(320)로 층 전이 또는 비아(340)를 통해 흐르고, 접속 브리지없이 상층 접촉 단자(334)로 라우팅된다. 전이 또는 비아(340)는 코일(300)의 중앙에 인접하게 위치될 수 있다. 이러한 구성으로, 요구되는 코일(300)의 인덕턴스는 더욱 적은 수의 턴 및 더욱 효율적인 공간 사용으로 달성될 수 있다.
코일에서 더 적은 턴을 사용하면, 전체적으로 저항이 더 낮아지게 된다. 상이한 층 상의 코일이 병렬로 접속되는 종래의 코일과 달리, 직렬 구성은 각각의 턴 사이에 좁은 간격이 필요하지 않다. 따라서, 제작시 공정 변화가 코일 성능에 큰 영향을 미치지 않는다. 또한, 면내 병렬 배선 구성은 코일의 저항을 훨씬 더 감소시킨다. 예를 들면, 도 5는 동일한 층에 4개의 병렬 배선 트레이스를 갖는 하나의 코일(500)의 면내 병렬 구성을 도시한다. 도 5는 4개의 병렬 트레이스를 도시하지만, 예를 들면 4개, 5개 또는 6개의 병렬 트레이스를 포함한 임의의 수의 병렬 트레이스를 사용할 수 있다.
병렬 트레이스 구성은 단일의 넓은 트레이스와 비교하여 전체 코일 저항을 더욱 낮게 한다. 도 6은 직렬로 접속된 코일의 상이한 층과 결합된 병렬로 접속된 코일의 면내 트레이스를 도시한다. 도 6은 나선 형상으로 배열된 제조 공차 컨덕터 내에서 균일하게 이간 또는 실질적으로 균일하게 이간된 복수의 2층 코일을 도시한다. 2층의 나선 형상은 동일한 나선 형상일 수 있고 또는 상이할 수 있다. 예를 들면, 상층의 나선 형상은 하층의 나선 형상과는 다른 수의 루프를 가질 수 있다. 도 6의 각각의 도체는 병렬로 접속되고, 또한 제조 공차 내에서 서로 균등하게 이간되거나 또는 실질적으로 균등하게 이간된 4개의 면내 트레이스를 포함할 수 있다. 4개보다 많거나 또는 적은 면내 트레이스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 4개, 5개 또는 6개의 면내 트레이스를 사용할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하층 코일(610)은 층 전이 또는 비아(640)를 통해 상층 코일(620)에 접속되고, 접속 브리지없이 상층 코일(620)로 라우팅된다. 도 6의 평면도에 도시된 바와 같이, 상층 접촉 단자(634) 및 하층 접촉 단자(632)는 나선 외측에 있다. 이 구성으로 더 높은 인덕턴스와 더 낮은 저항이 달성될 수 있으며, 그 결과 종래의 코일에 비해 코일 장치에 대해 Q-팩터 또는 효율이 더욱 높아진다. 4개의 면내 병렬 트레이스 및 직렬 접속된 층을 갖는 도 6에 도시된 코일은 무선 충전을 제공하기 위해 소형 기기 장치에서 Rx 코일로 사용될 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 코일은 송신(Tx) 코일에서도 사용될 수 있다.
추가적으로, 코일을 따르는 트레이스 폭은 코일 성능을 더욱 최적화하기 위해 조정될 수 있다. 종종, 균일한 트레이스 패턴을 가진 코일은 내부 루프와 외부 루프 사이의 중앙 루프 주위에서 더 많은 열을 생성하며, 또한 종래의 설계는 이들 영역에 집중된 열을 분산시키기 위해서 그래파이트와 같은 추가 층을 사용할 수 있다. 코일을 따르는 트레이스 폭은 코일의 열 패턴에 따라 조정될 수 있다. 도 7은 저항을 감소시키고 또한 추가 표면적을 생성하기 위해 중앙 루프에서 트레이스 폭이 넓어지는 FPC 코일(700)의 한 층의 예시적인 도전성 트레이스 패턴을 도시한다. 도 7은 단일 트레이스를 갖는 코일(700)만을 도시하지만, 예를 들면 도 1에 도시 된 바와 같은 면내 트레이스를 갖는 코일도 가능하다. 따라서, 코일이 소정 부분에서 더욱 열을 생성하면, 코일의 트레이스는 열 축적을 줄이기 위해 이들 부분에서 넓어질 수 있다.
상술한 설명은 본 발명의 예시일 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 본 발명에서 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 대안 및 수정이 고안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위 내에 있는 모든 이러한 대안, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.
Claims (11)
- 제 1 층 상에 제 1 나선 형상으로 배열된 제 1 도체;
제 2 층 상에 제 2 나선 형상으로 배열된 제 2 도체;
상기 제 1 도체와 상기 제 2 도체를 직렬로 접속시키는 전이;
상기 제 1 도체의 단부에 접속된 제 1 단자;
상기 제 2 도체의 단부에 접속된 제 2 단자를 포함하는 코일 장치로서:
상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 평면으로 볼 때 상기 제 1 도체 및 상기 제 2 도체의 외측에 있고; 또한
상기 제 1 도체 및 상기 제 2 도체는 각각 서로 병렬로 접속된 복수의 면내 트레이스를 포함하는 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도체 및 상기 제 2 도체는 직사각형 단면을 갖는 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 나선 형상은 환형 나선 형상 또는 직사각형 나선 형상인 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 나선 형상은 환형 나선 형상 또는 직사각형 나선 형상인 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 포함하는 층의 수는 짝수인 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 도체 또는 상기 제 2 도체의 폭은 상기 제 1 도체 또는 상기 제 2 도체의 길이를 따라 변화하는 코일 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 도체 또는 상기 제 2 도체의 중심 부분은 상기 제 1 도체 또는 상기 제 2 도체의 내측부 및 외측부보다 넓은 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 층 및 상기 제 2 층을 포함하는 연성 인쇄 회로 구조를 더 포함하는 코일 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 면내 트레이스는 적어도 4개의 트레이스를 포함하는 코일 장치. - 제 1 항에 기재된 코일 장치를 포함하는 전자 장치.
- 제 1 층 상에 제 1 나선 형상으로 제 1 도체를 형성하는 단계;
제 2 층 상에 제 2 나선 형상으로 제 2 도체를 형성하는 단계;
상기 제 1 도체와 상기 제 2 도체를 직렬로 접속시키는 단계; 및
상기 제 1 도체의 단부에 접속된 제 1 단자 및 상기 제 2 도체 단자의 단부에 접속된 제 2 단자를 형성하는 단계를 포함하는 코일 장치의 제조방법으로서:
상기 제 1 단자 및 상기 제 2 단자는 평면으로 볼 때 상기 제 1 도체 및 상기 제 2 도체의 외측에 있고; 또한
상기 제 1 도체 및 상기 제 2 도체는 각각 서로 병렬로 접속된 복수의 면내 트레이스를 포함하는 코일 장치의 제조방법.
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