KR20210075550A - 코일들을 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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coil
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fpcb
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wire
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이우섭
강성남
성정오
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삼성전자주식회사
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Abstract

다양한 실시 예들은 코일들을 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 상기 전자 장치는 무선 통신 회로; 상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되는 FPCB(flexible printed circuit board); 상기 FPCB 상에 형성되는 제1 코일; 전력 관리 회로; 및 상기 전력 관리 회로와 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 와이어를 감아서 형성되는 나선형 패턴을 가지는 제2 코일을 포함하고, 상기 제2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단 및 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2 단을 포함하고, 상기 제2 단에서 상기 제1 단을 향해 연장되는 전기적 경로는 상기 FPCB에 배치될 수 있다. 그 밖의 다양한 실시 예들이 가능하다.

Description

코일들을 포함하는 전자 장치{ELECTRONIC DEVICE COMPRISING COILS}
다양한 실시 예들은 외부 전자 장치와 전력 및 데이터를 송수신하기 위한 코일들을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
최근 출시되는 전자 장치들은 사용자에게 다양한 서비스를 제공하기 위해 코일(coil)을 이용하여 자기 유도 방식으로 전력 또는 데이터를 전송하는 기술을 지원하고 있다. 예를 들어, 전자 장치는 WPC(wireless power consortium), A4WP(alliance for wireless power) 등을 이용하여 전력을 전송할 수 있으며, MST(magnetic secure transfer), NFC(near field communication) 등을 이용하여 데이터를 전송할 수 있다.
특히, 전자 장치는 전력 및/또는 데이터를 전송하기 위하여, 연성 회로 기판(FPCB: flexible printed circuit board) 상에 형성되며, 무선 충전, MST, NFC 기술에 최적화된 복수의 코일을 구비하는 것이 일반적이다.
기존의 전자 장치에서는 무선 충전, MST, NFC 기술을 모두 구현하기 위하여 연성 인쇄 회로 기판 상에 각 기술에 적합한 무선 충전용 코일, MST용 코일, NFC용 코일을 형성하는 것이 일반적이었다.
다만, 상술한 바와 같이 4연성 인쇄 회로 기판 상에 무선 충전용 코일, MST 코일, NFC 코일이 함께 형성되기 위해서는 고가의 연성 회로 기판을 넓게 사용할 수밖에 없으며, 각 코일들의 배치 및 배선의 복잡도가 상승할 수 있다는 한계가 있었다.
또한, 스마트폰과 같이 소형화된 전자 장치는 면적 및 두께의 제약이 있어, 각기 다른 기술(예: 무선 충전, MST, NFC)을 구현하기 위한 코일들이 함께 배치되는 경우, 코일들 간의 간섭으로 인하여 코일 성능이 열화될 수 있다는 한계가 있었다.
아울러, 무선 충전용 코일은 가닥(strand)을 많이 나눌수록 코일의 저항 값이 낮아지고, 주파수 특성(예: 큐 인자(Q-factor))이 향상되어 무선 충전 효율이 향상될 수 있으나, 무선 충전용 코일이 연성 회로 기판 상에 형성되는 경우에는 설계 상의 이유로 코일의 가닥(strand)을 원하는 만큼 나누기 어렵다는 한계가 있었다.
이에, 본 개시에서는 외부 전자 장치와 전력 및/또는 데이터를 송수신하는 통신 기술을 지원하기 위한 코일들 중에서 일부는 와이어로 형성하고 다른 일부는 FPCB 상에 형성한 전자 장치를 제공하여, 상술한 한계를 극복하고자 한다.
본 문서에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 실시 예에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 무선 통신 회로; 상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되는 FPCB(flexible printed circuit board); 상기 FPCB 상에 형성되는 제1 코일; 전력 관리 회로; 및 상기 전력 관리 회로와 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 와이어를 감아서 형성되는 나선형 패턴을 가지는 제2 코일을 포함하고, 상기 제2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단 및 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2 단을 포함하고, 상기 제2 단에서 상기 제1 단을 향해 연장되는 전기적 경로는 상기 FPCB에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 상기 전자 장치에 포함된 구성들과 전기적으로 연결되는 연결 단자를 포함하는 FPCB; 상기 FPCB의 제1면에 형성되는 제1 배선 및 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 상기 FPCB의 제2면에 형성되는 제2 배선을 포함하는 제1 코일; 및 적어도 하나의 와이어를 적어도 하나의 턴으로 감아서 형성되는 나선형 패턴을 갖는 제2 코일을 포함하고, 상기 제 2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단과 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2단을 포함하고, 상기 제1 단 및 제 2 단 각각이 상기 연결 단자와 연결되는 전기적 경로가 상기 FPCB에 형성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 와이어로 형성되는 코일과 FPCB 상에 형성되는 코일을 포함함으로써, 외부 전자 장치와 전력 또는 데이터를 송수신하는 복수의 통신 기술에 적합한 코일들을 제공할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 와이어로 형성되는 코일의 중심과 FPCB 상에 형성되는 코일의 중심을 서로 어긋나게 배치함으로써 코일들 간의 간섭을 줄일수 있고, 각각의 코일에 적용되는 통신 기술의 주파수 특성에 대응하는 자성체를 사용하여 각각의 코일의 성능을 개선할 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는, 고가의 FPCB 사용을 줄임으로써 재료비를 절감할 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 다양한 실시 예에 따른 네트워크 환경 내의 전자 장치의 블럭도이다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 무선 통신 기술을 지원하는 코일들을 장착한 상태를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조를 나타내는 분리 사시도이다.
도 5는 다양한 실시 예 중 하나에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 하나의 코일의 예시적인 횡단면도이다.
도 6은 다양한 실시 예 중 하나에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조 및 코일들의 구조를 L-L' 방향으로 절단한 단면도를 나타내는 도면이다.
도 7은, 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조 및 코일들의 구조를 L-L' 방향으로 절단한 단면도를 나타내는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 도 1은, 다양한 실시예들에 따른, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)의 블럭도이다. 도 1을 참조하면, 네트워크 환경(100)에서 전자 장치(101)는 제 1 네트워크(198)(예: 근거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(102)와 통신하거나, 또는 제 2 네트워크(199)(예: 원거리 무선 통신 네트워크)를 통하여 전자 장치(104) 또는 서버(108)와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 서버(108)를 통하여 전자 장치(104)와 통신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)는 프로세서(120), 메모리(130), 입력 장치(150), 음향 출력 장치(155), 표시 장치(160), 오디오 모듈(170), 센서 모듈(176), 인터페이스(177), 햅틱 모듈(179), 카메라 모듈(180), 전력 관리 모듈(188), 배터리(189), 통신 모듈(190), 가입자 식별 모듈(196), 또는 안테나 모듈(197)을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)에는, 이 구성 요소들 중 적어도 하나(예: 표시 장치(160) 또는 카메라 모듈(180))가 생략되거나, 하나 이상의 다른 구성 요소가 추가될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 이 구성 요소들 중 일부들은 하나의 통합된 회로로 구현될 수 있다. 예를 들면, 센서 모듈(176)(예: 지문 센서, 홍채 센서, 또는 조도 센서)은 표시 장치(160)(예: 디스플레이)에 임베디드된 채 구현될 수 있다
프로세서(120)는, 예를 들면, 소프트웨어(예: 프로그램(140))를 실행하여 프로세서(120)에 연결된 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성 요소(예: 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소)을 제어할 수 있고, 다양한 데이터 처리 또는 연산을 수행할 수 있다. 일실시예에 따르면, 데이터 처리 또는 연산의 적어도 일부로서, 프로세서(120)는 다른 구성 요소(예: 센서 모듈(176) 또는 통신 모듈(190))로부터 수신된 명령 또는 데이터를 휘발성 메모리(132)에 로드하고, 휘발성 메모리(132)에 저장된 명령 또는 데이터를 처리하고, 결과 데이터를 비휘발성 메모리(134)에 저장할 수 있다. 일실시예에 따르면, 프로세서(120)는 메인 프로세서(121)(예: 중앙 처리 장치 또는 어플리케이션 프로세서), 및 이와는 독립적으로 또는 함께 운영 가능한 보조 프로세서(123)(예: 그래픽 처리 장치, 이미지 시그널 프로세서, 센서 허브 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 보조 프로세서(123)은 메인 프로세서(121)보다 저전력을 사용하거나, 또는 지정된 기능에 특화되도록 설정될 수 있다. 보조 프로세서(123)는 메인 프로세서(121)와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
보조 프로세서(123)는, 예를 들면, 메인 프로세서(121)가 인액티브(예: 슬립) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)를 대신하여, 또는 메인 프로세서(121)가 액티브(예: 어플리케이션 실행) 상태에 있는 동안 메인 프로세서(121)와 함께, 전자 장치(101)의 구성 요소들 중 적어도 하나의 구성 요소(예: 표시 장치(160), 센서 모듈(176), 또는 통신 모듈(190))와 관련된 기능 또는 상태들의 적어도 일부를 제어할 수 있다. 일실시예에 따르면, 보조 프로세서(123)(예: 이미지 시그널 프로세서 또는 커뮤니케이션 프로세서)는 기능적으로 관련 있는 다른 구성 요소(예: 카메라 모듈(180) 또는 통신 모듈(190))의 일부로서 구현될 수 있다.
메모리(130)는, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소(예: 프로세서(120) 또는 센서모듈(176))에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 데이터는, 예를 들어, 소프트웨어(예: 프로그램(140)) 및, 이와 관련된 명령에 대한 입력 데이터 또는 출력 데이터를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리(132) 또는 비휘발성 메모리(134)를 포함할 수 있다.
프로그램(140)은 메모리(130)에 소프트웨어로서 저장될 수 있으며, 예를 들면, 운영 체제(142), 미들 웨어(144) 또는 어플리케이션(146)을 포함할 수 있다.
입력 장치(150)는, 전자 장치(101)의 구성 요소(예: 프로세서(120))에 사용될 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로부터 수신할 수 있다. 입력 장치(150)은, 예를 들면, 마이크, 마우스, 키보드, 또는 디지털 펜(예: 스타일러스 펜)을 포함할 수 있다.
음향 출력 장치(155)는 음향 신호를 전자 장치(101)의 외부로 출력할 수 있다. 음향 출력 장치(155)는, 예를 들면, 스피커 또는 리시버를 포함할 수 있다. 스피커는 멀티미디어 재생 또는 녹음 재생과 같이 일반적인 용도로 사용될 수 있고, 리시버는 착신 전화를 수신하기 위해 사용될 수 있다. 일실시예에 따르면, 리시버는 스피커와 별개로, 또는 그 일부로서 구현될 수 있다.
표시 장치(160)는 전자 장치(101)의 외부(예: 사용자)로 정보를 시각적으로 제공할 수 있다. 표시 장치(160)은, 예를 들면, 디스플레이, 홀로그램 장치, 또는 프로젝터 및 해당 장치를 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 표시 장치(160)는 터치를 감지하도록 설정된 터치 회로(touch circuitry), 또는 상기 터치에 의해 발생되는 힘의 세기를 측정하도록 설정된 센서 회로(예: 압력 센서)를 포함할 수 있다.
오디오 모듈(170)은 소리를 전기 신호로 변환시키거나, 반대로 전기 신호를 소리로 변환시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 오디오 모듈(170)은, 입력 장치(150)를 통해 소리를 획득하거나, 음향 출력 장치(155), 또는 전자 장치(101)와 직접 또는 무선으로 연결된 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102)) (예: 스피커 또는 헤드폰))를 통해 소리를 출력할 수 있다.
센서 모듈(176)은 전자 장치(101)의 작동 상태(예: 전력 또는 온도), 또는 외부의 환경 상태(예: 사용자 상태)를 감지하고, 감지된 상태에 대응하는 전기 신호 또는 데이터 값을 생성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 센서 모듈(176)은, 예를 들면, 제스처 센서, 자이로 센서, 기압 센서, 마그네틱 센서, 가속도 센서, 그립 센서, 근접 센서, 컬러 센서, IR(infrared) 센서, 생체 센서, 온도 센서, 습도 센서, 또는 조도 센서를 포함할 수 있다.
인터페이스(177)는 전자 장치(101)이 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 직접 또는 무선으로 연결되기 위해 사용될 수 있는 하나 이상의 지정된 프로토콜들을 지원할 수 있다. 일실시예에 따르면, 인터페이스(177)는, 예를 들면, HDMI(high definition multimedia interface), USB(universal serial bus) 인터페이스, SD카드 인터페이스, 또는 오디오 인터페이스를 포함할 수 있다.
연결 단자(178)는, 그를 통해서 전자 장치(101)가 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102))와 물리적으로 연결될 수 있는 커넥터를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 연결 단자(178)은, 예를 들면, HDMI 커넥터, USB 커넥터, SD 카드 커넥터, 또는 오디오 커넥터(예: 헤드폰 커넥터)를 포함할 수 있다.
햅틱 모듈(179)은 전기적 신호를 사용자가 촉각 또는 운동 감각을 통해서 인지할 수 있는 기계적인 자극(예: 진동 또는 움직임) 또는 전기적인 자극으로 변환할 수 있다. 일실시예에 따르면, 햅틱 모듈(179)은, 예를 들면, 모터, 압전 소자, 또는 전기 자극 장치를 포함할 수 있다.
카메라 모듈(180)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있다. 일실시예에 따르면, 카메라 모듈(180)은 하나 이상의 렌즈들, 이미지 센서들, 이미지 시그널 프로세서들, 또는 플래시들을 포함할 수 있다.
전력 관리 모듈(188)은 전자 장치(101)에 공급되는 전력을 관리할 수 있다. 일실시예에 따르면, 전력 관리 모듈(388)은, 예를 들면, PMIC(power management integrated circuit)의 적어도 일부로서 구현될 수 있다.
배터리(189)는 전자 장치(101)의 적어도 하나의 구성 요소에 전력을 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 배터리(189)는, 예를 들면, 재충전 불가능한 1차 전지, 재충전 가능한 2차 전지 또는 연료 전지를 포함할 수 있다.
통신 모듈(190)은 전자 장치(101)와 외부 전자 장치(예: 전자 장치(102), 전자 장치(104), 또는 서버(108))간의 직접(예: 유선) 통신 채널 또는 무선 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 통신 수행을 지원할 수 있다. 통신 모듈(190)은 프로세서(120)(예: 어플리케이션 프로세서)와 독립적으로 운영되고, 직접(예: 유선) 통신 또는 무선 통신을 지원하는 하나 이상의 커뮤니케이션 프로세서를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 통신 모듈(190)은 무선 통신 모듈(192)(예: 셀룰러 통신 모듈, 근거리 무선 통신 모듈, 또는 GNSS(global navigation satellite system) 통신 모듈) 또는 유선 통신 모듈(194)(예: LAN(local area network) 통신 모듈, 또는 전력선 통신 모듈)을 포함할 수 있다. 이들 통신 모듈 중 해당하는 통신 모듈은 제 1 네트워크(198)(예: 블루투스, WiFi direct 또는 IrDA(infrared data association) 같은 근거리 통신 네트워크) 또는 제 2 네트워크(199)(예: 셀룰러 네트워크, 인터넷, 또는 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN)와 같은 원거리 통신 네트워크)를 통하여 외부 전자 장치와 통신할 수 있다. 이런 여러 종류의 통신 모듈들은 하나의 구성 요소(예: 단일 칩)으로 통합되거나, 또는 서로 별도의 복수의 구성 요소들(예: 복수 칩들)로 구현될 수 있다. 무선 통신 모듈(192)은 가입자 식별 모듈(196)에 저장된 가입자 정보(예: 국제 모바일 가입자 식별자(IMSI))를 이용하여 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크 내에서 전자 장치(101)를 확인 및 인증할 수 있다.
안테나 모듈(197)은 신호 또는 전력을 외부(예: 외부 전자 장치)로 송신하거나 외부로부터 수신할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈은 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함하는 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈(197)은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 1 네트워크(198) 또는 제 2 네트워크(199)와 같은 통신 네트워크에서 사용되는 통신 방식에 적합한 적어도 하나의 안테나가, 예를 들면, 통신 모듈(190)에 의하여 상기 복수의 안테나들로부터 선택될 수 있다. 신호 또는 전력은 상기 선택된 적어도 하나의 안테나를 통하여 통신 모듈(190)과 외부 전자 장치 간에 송신되거나 수신될 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 방사체 이외에 다른 부품(예: RFIC)이 추가로 안테나 모듈(197)의 일부로 형성될 수 있다.
상기 구성 요소들 중 적어도 일부는 주변 기기들간 통신 방식(예: 버스, GPIO(general purpose input and output), SPI(serial peripheral interface), 또는 MIPI(mobile industry processor interface))를 통해 서로 연결되고 신호(예: 명령 또는 데이터)를 상호간에 교환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 명령 또는 데이터는 제 2 네트워크(199)에 연결된 서버(108)를 통해서 전자 장치(101)와 외부의 전자 장치(104)간에 송신 또는 수신될 수 있다. 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 일실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 외부 전자 장치들(102, 104, or 108) 중 하나 이상의 외부 장치들에서 실행될 수 있다. 예를 들면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로, 또는 사용자 또는 다른 장치로부터의 요청에 반응하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 하나 이상의 외부 전자 장치들에게 그 기능 또는 그 서비스의 적어도 일부를 수행하라고 요청할 수 있다. 상기 요청을 수신한 하나 이상의 외부 전자 장치들은 요청된 기능 또는 서비스의 적어도 일부, 또는 상기 요청과 관련된 추가 기능 또는 서비스를 실행하고, 그 실행의 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 상기 결과를, 그대로 또는 추가적으로 처리하여, 상기 요청에 대한 응답의 적어도 일부로서 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(1001)에 무선 통신 기술을 지원하는 코일들을 장착한 상태를 나타내는 분리 사시도이다.
도 2를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 전자 장치(1001)(예: 도 2의 전자 장치(201))는 전자 장치(1001)의 측면을 형성하는 하우징(400), 전자 장치(1001)의 전면을 형성하며, 적어도 일부분이 실질적으로 투명한 전면 플레이트(미도시), 전자 장치(1001)의 후면을 형성하는 후면 플레이트(500)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전면 플레이트와 후면 플레이트(500)를 통해 하우징(400)의 내부에는 내부 공간이 형성될 수 있으며, 상기 내부 공간 내에는 후면 플레이트(500)와 인접하여, 무선 통신 기술을 지원하는 코일들이 장착될 수 있다.
일 예시에서, 상기 전자 장치(1001)는, 상기 내부 공간 내에 실장되는 FPCB(210), 제1 코일(220) 및 제2 코일(230)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 FPCB(210)는 제1 코일(220), 연결단자(212), 적어도 하나의 개구(213, 214) 및 제2 코일(230)의 양 단부와 연결되는 돌출부(211)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 장치(1001)를 후면에서 바라볼 때, 상기 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 아래에는 배터리(300)(예: 도 2의 배터리(289))가 배치될 수 있다. 또한 상기 전자 장치(1001)를 후면에서 바라볼 때, 상기 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 일 측에는 카메라(410) 또는 센서(420)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(220) 및/또는 제2 코일(230)은 상기 카메라(410) 또는 센서(420)를 둘러쌀 수 있거나, 카메라(410) 또는 센서(420)와 같은 부품과의 중첩을 회피하기 위하여, 제1 코일(220) 및/또는 제2 코일(230)의 패턴은 우회 설계될 수도 있다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조(200)를 나타내는 도면이고, 도 4는 다양한 실시 예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조(200)를 나타내는 분리 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(1001))에 포함되는 코일들의 구조(200)는 FPCB(210), 제1 코일(220) 및 제2 코일(230)을 포함할 수 있다. 상기 코일들의 구조(200)는 일 측에 제1 코일(220)이 형성된 FPCB(210)가 배치되고, 타 측에 제2 코일(230)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(220)의 중심과 제2 코일(230)의 중심은 일치되지 않도록 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 상기 코일들의 구조(200)에서 제 1 코일(220)과 제2 코일(230)이 서로 중첩되는 영역이 없도록 배치되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 코일(220)과 제2 코일(230)은 서로 일부 영역에서 중첩되도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따라, FPCB(210)는 제1 코일(220), 연결단자(212), 적어도 하나의 개구(213, 214) 및 제2 코일(230)의 양단과 연결되는 돌출부(211)를 구비할 수 있다. FPCB(210)는 일면 또는 양면에 회로 배선을 형성할 수 있는 기판일 수 있다. FPCB(210)가 양면에 회로 배선을 형성할 수 있는 기판에 해당하는 경우, 제 1 코일(220)은 FPCB(210)의 양면에 루프 형상의 회로 배선으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 루프 형상의 회로 배선은 양면 동박적층판(CCL, copper clad laminates)을 패터닝하여 제조되거나, FPCB(210)의 양면에 포토리소그래피(photolithography) 방식을 통해 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, FPCB(210)는 제2 코일(230)을 상기 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(1001))의 구성들과 전기적으로 연결시키기 위하여 제2 코일(230)의 양단과 연결될 수 있다. FPCB(210)는 제2 코일(230)을 상기 전자 장치의 구성들과 전기적으로 연결시키기 위하여 제2 코일(230)의 일단(예: 230a)에서 타단(예: 230b)을 향해 연장되는 돌출부(211)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제2 코일(230)이 나선형 패턴을 가지며, 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단(230a) 및 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2 단(230b)을 포함하는 경우, 상기 FPCB(210)에는 제2 코일(230)의 제2 단(230b)에서 제1 단(230a)을 향해 연장되는 전기적 경로가 마련될 수 있다. 이 경우, 돌출부(211)는 제2 코일(230)의 제1 단(230a)에서 제2단(230b)으로 연장되고, 상기 전기적 경로는 돌출부(211)의 일면에 형성된 회로 배선(211a)과 돌출부(211) 하단의 회로 배선(211a)과 대응되는 제2 코일(230)의 적어도 일 영역이 전기적으로 연결됨으로써,마련될 수 있다.
일 실시 예에서, FPCB(210)는 제1 코일(220) 및/또는 제 2 코일(230)을 상기 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(1001))의 구성들과 전기적으로 연결시키기 위하여 연결단자(212) 를 구비할 수 있다. 예를 들어, 제1 코일(120)은 연결단자(212) 를 통해 상기 전자 장치의 무선 통신 회로(예: 도 2의 무선 통신 모듈(292))와 연결될 수 있다. 또 다른 예에서, 제2 코일(230)은 연결 단자(212)를 통해 상기 전자 장치의 전력 관리 회로(예: 도 2의 전력 관리 모듈(288))와 연결될 수 있다. 또 다른 예시로, 제2 코일(230)은 연결단자(212)를 통해 상기 전자 장치의 MST 제어 회로와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 코일(220)은 FPCB(210)의 양면에서 서로 마주보는 형태로 배치되며, 이에 따라 도에 도시된 FPCB(210)의 제1 방향(예: +z 방향)을 향하는 제1면(210a)에 형성된 제1 배선과 상기 제1방향과 반대인 제2 방향(예: -z 방향)을 향하는 FPCB의 제2면(210b)에 형성된 제2 배선으로 구분될 수 있다. 상기 제1 배선과 제2 배선은 적어도 하나 턴을 포함하는 루프 형상으로 형성되며, 회로 배선의 형태로 FPCB (210)의 가장자리를 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배선과 제2 배선은 양면 동박적층판(CCL, copper clad laminates)을 패터닝하여 제조되거나, FPCB의 양면에 포토리소그래피 방식을 통해 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 배선과 제2 배선은 동일한 루프 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제1 배선과 제2 배선의 양단부는 연결단자(212) 쪽으로 인출되어, 연결단자(212)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 연결을 통해 제1 코일(220)은 상기 전자 장치의 무선 통신 회로(예: 도 2의 무선 통신 모듈(292))와 연결될 수 있다.
일 예시에서, FPCB(210) 상에는 적어도 하나의 개구(213, 214)가 형성될 수 있다. 상기 적어도 하나의 개구(213)는 일 예시로, 연결 단자(212)와 인접한 영역에 형성되는 제1 개구(213) 및/또는 연결 단자(212)와 이격되어 형성되는 제2 개구(214)를 포함할 수 있다.
상기 제1 개구(213)는 연결 단자(212) 주위에 형성되어, 연결 단자(212)의 적어도 일 영역이 제1 코일(220) 보다 하단(예: 도 4의 -z 방향)에 위치하도록 할 수 있다. 상기 제2 개구(214)는 연결 단자(212)와 이격된 FPCB(210) 상에 형성되어, 전자 장치의 내부 구성 요소가 조립을 위한 공간을 형성할 수 있다. 이 때, 제2 개구(214)와 인접한 영역에는 온도에 따라 저항 값이 변화하는 서미스터(thermistor, 215)가 배치될 수 있으며, 전자 장치는 서미스터(215)의 저항 값에 기초하여 전자 장치의 발열을 제어할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다. 도면 상에는 FPCB(210) 상에 제1 개구(213)와 제2 개구(214)가 모두 형성되는 실시예에 대해서만 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 실시예에 따르면 제1 개구(213), 제2 개구(214) 중 적어도 하나의 개구는 형성되지 않을 수도 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 제1 코일(220)은 NFC 통신을 위한 NFC용 코일일 수 있다. NFC 통신은 약 13.56MHz의 상대적으로 높은 주파수를 사용하고, 주파수 편차에 민감한 데이터 통신 기술이므로, 제1 코일(120)이 NFC 통신에 사용되는 경우 제1 코일(120)은 FPCB 상에 형성되는 것이 와이어로 형성되는 것 보다 통신 성능의 편차를 줄일 수 있다.
다양한 실시 예에 따라, 제2 코일(230)은 적어도 하나의 와이어를 감아서 나선형 패턴으로 형성될 수 있다. 제2 코일(230)가 FPCB가 아닌 와이어로 형성됨에 따라, 상대적으로 저 비용으로 제2 코일(230)을 구현할 수 있으며, FPCB에 비하여 설계 제약이 적어 하나의 턴을 여러 가닥(strand)으로 나눌 수 있다. 그 결과, 제2 코일(230)은 저항 값을 낮추고, 주파수 특성을 개선할 수 있으므로, FPCB로 형성될 때에 비해 무선 충전 효율이 향상될 수 있다.
일 예시에서, 제2 코일(230)의 나선형 패턴은 도 3에 도시된 바와 같이 전체적으로 원형 패턴일 수 있다. 하지만 이에 한정되지 않으며 제2 코일(230)의 패턴은 전체적으로 둥근 모서리를 갖는 사각형일 수 있다. 제2 코일(230)은 적어도 하나의 와이어를 병렬로 겹쳐 끊김이 없이 외측에서 내측으로 감아서 형성될 수 있다. 여기서는 적어도 하나의 와이어를 감는 방향을 외측에서부터 내측이리고 설명하지만, 이에 한정되지 않고, 적어도 하나의 와이어는 내측에서 외측으로 감아서 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 제2 코일(230)은 양단을 포함하며, 제2 코일(130)의 양단은 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단(230a)과 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2단(230b)으로 구분할 수 있다. 상기 제1단(230a)은 적어도 하나의 와이어의 일단의 다발이고 상기 제2단(230b)은 적어도 하나의 와이어의 타단의 다발일 수 있다. 예를 들어, 제2 코일(230)의 제1단(230a)은 적어도 하나의 와이어의 일단의 다발이 서로 전기적으로 연결될 수 있도록 솔더링(soldering)될 수 있다. 제2 코일(130)의 제2단(230b)은 적어도 하나의 와이어의 타단의 다발이 서로 전기적으로 연결될 수 있도록 솔더링될 수 있다. 제2 코일(230)을 구성하는 적어도 하나의 와이어는 솔더링을 통해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 여기서, 적어도 하나의 와이어의 일단 또는 타단을 각자 전기적으로 연결하기 위해 솔더링이 사용되지만, 이에 한정하지 않으며 와이어의 단부를 전기적으로 연결할 수 있는 도전성 테이프, C-클립(clip), 포고 핀(Pogo-Pin) 등의 다른 수단이 사용될 수 있다. 보다 상세한 제2 코일(230)의 구조는 후술한다.
일 실시 예에 따라, 제2 코일(230)의 양단(예: 제1단(230a) 및 제2단(230b)은 FPCB(210)와 연결되며, 제2 코일(230)은 FPCB(210)를 통해 상기 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(1001))의 구성들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, FPCB(210)는 제2 코일(230)의 제1단(230a)에서 제2 코일(230)의 제2단(230b)을 향해 FPCB(210)의 몸체로부터 연장되는 돌출부(211)를 구비할 수 있고 제2 코일(230)의 제1단(230a)은 돌출부의 몸체에 가까운 영역(A 영역)과 연결되고, 제2 코일(230)의 제2 단(230b)은 돌출부의 연장된 영역(B 영역)과 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 돌출부(211)에는 제2 코일(230)을 상기 전자 장치의 구성들과 전기적으로 연결시키기 위한 회로 배선(211a)이 구비될 수 있다. 상기 회로 배선(211a)은 제2 코일(230)의 양단(230a, 230b)을 연결 단자(212)와 전기적으로 연결시킬 수 있다. 제 2 코일(230)은 무선 충전을 위한 무선 충전용 코일일 수 있고, 이 경우 제2 코일(230)은 돌출부(211)에 형성된 회로 배선(211a)과 연결 단자(212)를 통해 상기 전자 장치의 전력 관리 회로(예: 도 2의 전력 관리 모듈(288))와 연결될 수 있다. 또는 제2 코일(230)은 마그네틱 결제 카드에 대응하는 마그네틱 보안 전송을 위한 MST용 코일일 수 있고, 이 경우 제2 코일(230)은 돌출부(211)에 형성된 회로 배선(211a)과 연결단자(212)를 통해 상기 전자 장치의 MST 제어 회로와 연결될 수 있다. 다만, 제2 코일(230)이 MST용 코일인 경우에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
다양한 실시 예에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(101), 도 2의 전자 장치(1001))에 포함되는 코일들의 구조(200)는 제1 자성체(241) 및 제2 자성체(242)를 더 포함할 수 있다. 상기 코일들의 구조(200)는 각각 다른 주파수에서 작동하는 통신 기술을 지원하는 제1 코일(220)과 제2 코일(230)을 포함하고, 제1 코일(220)의 중심과 제2 코일(230)의 중심이 서로 어긋나도록 배치될 수 있다. 또는 제1 코일(220)과 제2 코일(230)이 서로 중첩되는 영역이 없도록 배치될 수 있다. 이 경우 제1 코일(220)과 제2 코일(230)은 서로 다른 영역에 배치됨으로 인해 각각 지원하는 통신 기술의 주파수 특성에 대응되는투자율을 갖는, 서로 다른 재질의 자성체를 각각 사용할 수 있다.
일 실시 예에서, 제1 자성체(241)는 시트 형상으로 제1 코일(220)의 일면에 배치되어 제1 코일(220)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 제1 자성체(241)는 NFC용 코일일 수 있는 제1 코일(220)의 데이터 통신 성능을 향상시킬 수 있는 페라이트 시트(ferrite sheet)일 수 있다. 제 2 자성체(242)는 시트 형상으로 제2 코일(230)의 일면에 배치되어 제2 코일(230)에 부착될 수 있다. 일 예시에서, 제2 자성체(242) 상에는 적어도 하나의 홈(243)이 형성될 수 있다. 상기 홈(243)은 돌출부(211)에 의한 코일들의 구조(200)의 두께 증가를 보상할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
예들 들어, 제2 자성체(242)는 무선 충전용 및/또는 MST용 코일일 수 있는 제2 코일(230)의 통신 성능을 향상시킬 수 있는 금속 계열의 나노 구조를 갖는 시트일 수 있다. 상술한 제1 자성체(241) 및 제2 자성체(242)는 다른 재질을 가지는 것으로 서술하였으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 실시예에 따르면 제1 자성체(241) 및 제2 자성체(242)는 같은 재질의 하나의 시트로 형성될 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 FPCB(210) 또는 제2 코일(220)은 상기 제1 방향(예: +z 방향)을 향하는 제1면과 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향(예: -z 방향) 향하는 상기 제2 면 중 적어도 하나에 부재가 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 FPCB(210) 또는 제2 코일(220)의 제1면과 제2면 중 적어도 하나에는 열확산을 방지하기 위한 방열 시트(250)(예를 들어, 흑연 시트(graphite sheet)), 또는 강한 유도 전자기장에 의한 다른 부품 손상을 방지하기 위한 차폐 부재(예를 들어, 차폐 시트(shielding sheet))가 부착될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 FPCB(210)의 손상 방지를 위한 보호 필름(protection film)이 부착될 수 있다. 또 다른 예로, FPCB(210) 또는 제2 코일(230)을 지지하는 지지 부재로서 블랙 페트(black pet)나 스폰지가 부착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상술한 방열 시트(250), 차폐 부재, 보호 필름, 블렉 페트, 및/또는 스폰지의 제1 개구(213) 및/또는 제2 개구(214)와 대응되는 영역에는 개구(opening)이 형성될 수 있다.
도 5는 다양한 실시 예 중 하나에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 하나의 코일의 예시적인 횡단면도이다. 이 때, 도 5는 도 3의 코일들의 구조(200)를 C-C'방향을 따라 자른 단면을 나타낼 수 있다.
도 5를 참조하면, 다양한 실시 예에 따른 제2 코일(230)은 상기 제2 코일(230)을 지지할 수 있는 지지 부재(260)의 동일 평면 상에 적어도 하나의 와이어가 적어도 하나의 턴으로 감긴 형태를 가질 수 있다. 여기서, 제2 코일(230)을 이루는 와이어의 개수를 가닥(strand) 수라고 정의하고, 상기 적어도 하나의 코일이 감긴 각도가 360도의 배수가 될 때 상기 배수가 감긴 턴 수라고 정의할 수 있다. 도 5에 도시된 제2 코일(230)은 5가닥, 3 턴으로 구현된 경우의 단면도를 나타낸다. 상기 제2 코일(230)은 최외측에 위치한 제1가닥(S1)과 순차적으로 제2 가닥(S2), 제3가닥(S3), 제4가닥(S4), 제5가닥(S5)으로 이루어지고, 각 가닥들(S1 내지 S5)은 나란히 배치되어 외측에서부터 내측으로 최외측의 제1턴(t1), 순차적으로 제2턴(t2), 제3턴(t3)으로 감겨, 제2 코일(230)은 나선형 패턴을 가지게 된다.
한편, 도체에 전류가 흐르는 경우 전류는 도체의 단면적 전체를 통해 흐르는 것이 아니라, 단면적 중에 일부 표면에 따라 흐르게 되며 이를 소위 '표피 효과(skin effect)'라 정의하고 있다. 즉, 표피 효과는 도체에 고주파 전류가 인가되는 경우에 전류가 도체의 표면 부근에만 흐르는 현상을 말한다. 표피 효과가 발생하는 이유는 도체를 따라 흐르는 전류의 방향이 급속히 변화하기 때문에 도체 내부에 역기전력이 발행하여, 도체의 중심부에 전류가 흐르기 어렵게 하기 때문이다.
일반적인 나선형 배선에 전류가 인가되는 경우, 표피 효과로 인하여, 각 턴(예: 제2 코일의 t1~t3)에 흐르는 전류는 고르게 흐르지 않고, 나선형 배선의 외측 턴으로 치우쳐서 쏠린 형태로 흐르게 된다. 이로 인해 전류가 흐르지 못하는 영역이 발생하므로 도체에 흐르는 전류의 양이 제한되고, 저항 값이 증가하게 되어 전력 송수신 효율(또는 무선 충전 효율)이 저하되는 결과가 나타날 수 있다.
다양한 실시 예에서는, 상기와 같은 요인들로 인해 무선 충전 효율이 저하되는 것을 줄이기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 코일(230)의 각 턴(t1~t3)을 다수의 가닥의 와이어가 병렬로 배치된 형태로 구현함으로써 제 2 코일(230)의 저항을 낮출 수 있다. 제2 코일(230)의 저항이 낮아짐에 따라, 제2 코일(230)의 주파수 특성(예: 큐 인자(Q-factor)이 개선되며, 그 결과 무선 충전 과정에서 발생되는 손실(loss)가 줄어들어, 무선 충전 효율이 향상될 수 있다.
구분 비교 실시예에 따른무선 충전용 코일 무선 충전용 코일 1 무선 충전용 코일 2 무선 충전용 코일 3
구현 형태 FPCB 양면의 회로 배선(11 턴) 와이어
(12가닥, 13 턴)		 와이어
(11 가닥, 13 턴)		 와이어
(11 가닥, 14 턴)
인덕턴스(μH) 9.44 9.32 9.02 10.21
저항 (mohm) 605 516 522 564
무선 충전 효율(%) 81.4 82.6 82 81.7
상기 표 1은 다양한 형태의 무선 충전용 코일의 인덕턴스, 저항, 및 무선 충전 효율을 나타낸다. 상기 인덕턴스 및 상기 저항의 측정은 200kHz 주파수를 사용하는 무선 충전 과정에서 실시되고, 상기 무선 충전 효율은 무선 충전용 코일에 1.25 A의 전류가 흐르고 있는 상황에서 측정되었다. 표 1의 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일은 FPCB의 양면 상에 형성되는 코일을 의미하며, 무선 충전용 코일 1, 무선 충전용 코일 2, 및/또는 무선 충전용 코일 3은 도 2 내지 도 5의 제2 코일(230)을 구성하는 와이어의 다양한 예시를 의미한다. 또한, 상기 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일, 무선 충전용 코일 1, 무선 충전용 코일 2 및 무선 충전용 코일 3은 동일한 외경 및 내경을 가지며, 상기 무선 충전용 코일 1, 무선 충전용 코일 2 및 무선 충전용 코일 3은 동일한 두께(t)의 와이어로 구현하였다.
본 개시의 표 1의 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일은, FPCB 상에 형성되는 복수의 코일을 포함할 수 있다. 일 예시에서, 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일은, 전력 및/또는 데이터 전송을 위한 NFC용 코일, 무선 충전용 코일, MST 용 코일을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일에서는 FPCB 상에 상술한 NFC용 코일, 무선 충전용 코일, MST 용 코일이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 다만, 상술한 구조의 경우 각 코일들의 간섭에 따른 성능 열화를 방지하기 위해 코일의 배치가 복잡해지고, 무선 충전용 코일이 FPCB 상에 형성되다 보니 충전 효율을 높이기 위해 나눌 수 있는 무선 충전용 코일의 가닥 수에 제약이 있을 수 있었다.
상기 표 1을 참조하면, 비교 실시예에 따른 무선 충전용 코일에 비하여, 와이어로 형성되는 다양한 실시예에 따른 무선 충전용 코일 1 내지 3은 그 저항이 낮아졌음을 확인할 수 있다. 또한, 본 문서의 다양한 실시 예에 따른 무선 충전용 코일(예: 제2 코일(230))은 비교 실시예에 따른 FPCB 상에 형성되는 무선 충전용 코일에 비하여 가닥을 나누는 것이 용이함으로 인해 무선 충전 효율이 개선됨을 확인할 수 있다.
상술한 표 1을 참고하면, 다양한 실시예에 따라 제2 코일(230)이 10 내지 14 가닥 수를 가진 와이어들을 11 내지 16턴 정도 감아 형성되는 경우, 제2 코일(230)은 8 내지 11 μH의 인턱턴스(inductance)를 가질 수 있으며, 이 경우 FPCB 상에 형성되는 무선 충전용 코일보다 상대적으로 높은 무선 충전 효율을 가질 수 있다. 따라서, 10 내지 14 가닥 수를 가진 와이어들을 11 내지 16 턴 정도 감은 제2 코일(230)이 무선 충전용 코일로 적합할 수 있다.
다양한 실시 예에서, 제2 코일(230)은 무선 충전용 코일로 사용될 뿐만 아니라 MST 용 코일로 사용될 수 있다. 본 개시에서 MST 기술은 자기장을 발생하여, 카드 리더(card reader)가 마그네틱 카드(magnetic card)를 스와이프(swipe)한 것처럼 인식하게 하는 기술을 의미하며, MST 기술은 별도의 공진 주파수가 존재하지 않는다.
MST 통신 기술은 MST 용 코일이 발생시킬 수 있는 자기장의 세기에 통신 성능이 비례하므로, 본 개시의 다양한 실시 예에 따라, 제2 코일(230)을 다수의 가닥을 포함하는 와이어로 형성하고, NFC 용 코일(예: 제1 코일(220))과 중심이 일치하지 않도록, 바람직하게 다른 영역에 배치시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 제2 코일(230)이 NFC용 코일과 다른 영역에 배치됨에 따라, 일 실시예에 따른 제2 코일(230)은 고 투자율을 갖는 자성체와 결합될 수 있다. NFC용 코일은 투자율이 증가할수록 고주파수 탄젠트 로스(tangent loss)가 증가하게 되므로, NFC용 코일과 제2 코일(230)이 인접한 위치(예: 동일한 중심)에 위치한 경우에는 고 투자율을 갖는 자성체와 제2 코일(230)을 결합할 수 없다. 다만, 일 예시에서, 상술한 바와 같이 NFC용 코일과 제2 코일(230)을 다른 영역에 배치함으로써, 제2 코일(230)을 고 투자율을 갖는 자성체와 결합하여, 상기 제2 코일(230)은 MST 통신 기술에 적합한 자기장 세기를 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 코일(230)은 무선 충전용 코일 외에도 MST 용 코일로 사용될 수 있다.
도 6은 다양한 실시 예 중 하나에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조 및 코일들의 구조를 L-L' 방향으로 절단한 단면도를 나타내는 도면이다. 도 7은, 다른 실시예에 따른 전자 장치에 포함되는 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조 및 코일들의 구조를 L-L' 방향으로 절단한 단면도를 나타내는 도면이다.도 6 및 도 7을 참조하면, 도 6과 도 7의 도시는 제2 코일(230)(예: 도 4의 제2 코일(230))이 형성된 A 영역, 제2 코일(230)과 FPCB(210)의 돌출부(211)(예: 도 4의 돌출부(211))가 겹치는 B 영역 및 제1 코일(220)(예: 도 4의 제1 코일(220))과 FPCB(210)가 겹치는 C 영역을 나눌 수 있다.
상기 A 영역은, 지지 부재(260)에 두께 t를 갖는 제2 코일(230)이 적층되고 상기 제2 코일(230) 상에 제2 자성체(242)가 적층되고, 상기 제2 자성체(242) 상에 방열 시트(250)가 적층될 수 있다. 즉, A 영역에는 하단 방향에서 상단 방향(예: -z 방향에서 +z 방향)으로 지지 부재(260), 제2 코일(230), 제2 자성체(242), 방열 시트(250) 순서대로 적층될 수 있다.
상기 B 영역은, 지지 부재(260)에 두께 t를 갖는 제2 코일(230)이 적층되고 상기 제2 코일(230) 상에 FPCB(210)의 돌출부(211)가 적층되고 상기 돌출부(211) 상에 제2 자성체(242)의 적어도 일 영역이 적층되고, 상기 제2 자성체(242) 상에 방열 시트(250)가 적층될 수 있다.
상기 돌출부(211)는 FPCB(210)의 일부로서, 일면(예: -z 방향의 일면)에 회로 배선(211a)이 형성되고, 회로 배선(211a)은 제2 코일(230)을 연결 단자(212)와 연결시키는 인출선의 역할을 한다. 제 2 코일(230)이 외측에서 내측으로 감긴 후 상기 코일의 내측에 존재하는 일단이 연결 단자(212)와 연결되기 위하여 직접 인출되는 경우, 제2 코일(230)을 이루는 와이어의 두께 t가 FPCB(210)에 비하여 두껍기 때문에 무선 통신 기술을 지원하는 코일들의 구조(200)는 두꺼워지며, 상기 구조(200)을 두께에 제약이 있는 전자 장치에 사용하는 것이 어려울 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예에서는, 제2 코일(230)의 양단(예: 도 3, 도 4의 230a, 230b)을 FPCB(210)로 연결함으로써 두께를 줄일 수 있다.
또한, 상기 B 영역에서, B 영역의 두께가 두꺼워지는 것을 막거나, 상기 B 영역과 상기 C 영역의 두께를 맞추는 두께 보상을 위하여, 다양한 실시예에 따른 제2 자성체(242)의 적어도 일 영역에는 적어도 하나의 홈(243)이 형성될 수 있다. 상기 홈(243)(예: 도 4의 홈(243))은 일 예시(예: 도 6 참조)에서, 돌출부(211)와 대응되는 제2 자성체(242)의 일 영역이 일부 제거됨으로써, 형성될 수 있다. 다른 예시(예: 도 7 참조)에서, 상기 홈(243)은 돌출부(211)와 대응되는 제2 자성체(242)의 일 영역이 제거되어 형성될 수도 있으며, 이에 따라 제2 자성체(242)가 B 영역에서 제외될 수 있다.
다른 예시에 따르면, 상기 B 영역에서 제2 자성체(243) 상에 적층되는 방열 시트(250)의 일 영역은 다른 A 또는 C 영역에 비해 작은 두께를 가지도록 제거될 수 있으며, 이를 통해 B 영역의 두께가 두꺼워지는 것을 방지할 수 있다.
상기 C 영역은 지지 부재(260)에 FPCB(210)의 양면에 제1 배선(220a) 및 제2 배선(220b)이 형성된 제1 코일(220)이 적층되고 상기 제1 코일(220) 상에 제1 자성체(241)가 적층되고, 상기 제1 자성체(241) 상에 방열 시트(250)가 적층될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(100), 도 2의 전자 장치(1001))는, 전자 장치에 있어서, 무선 통신 회로, 상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되는 FPCB(flexible printed circuit board)(예: 도 3의 FPCB(210)), 상기 FPCB 상에 형성되는 제1 코일(예: 도 3의 제1 코일(220)), 전력 관리 회로, 및 상기 전력 관리 회로와 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 와이어를 감아서 형성되는 나선형 패턴을 가지는 제2 코일(예: 도 3의 제2 코일(230))을 포함하고, 상기 제2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단(예: 도 4의 230a) 및 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2 단(예: 도 4의 230b)을 포함하고, 상기 제2 단에서 상기 제1 단을 향해 연장되는 전기적 경로(예: 도 3의 회로 배선(211a))는 상기 FPCB에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일의 코일 중심과 상기 제2 코일의 코일 중심은 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일을 덮도록 배치되는 제1 자성체(예: 도 4의 제1 자성체(241)) 및 상기 제2 코일을 덮도록 배치되는 제2 자성체(예: 도 4의 제2 자성체(242)) 를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 자성체는 상기 제1 자성체와 다른 자성 특성을 가질 수 있다.
일 실시예(예: 도 6 참조)에 따르면, 상기 제2 코일과 상기 FPCB가 겹치는 영역을 덮는 상기 제2 자성체의 부분의 두께는 상기 제2 코일만을 덮는 제2 자성체의 다른 부분의 두께에 비해 얇게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 무선 통신 회로는 상기 제1 코일을 이용하여 근거리 무선 통신(near field communication)을 수행하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배터리(예: 도 2의 배터리(300))를 더 포함하고, 상기 전력 관리 회로는 상기 제2 코일을 이용하여 상기 배터리를 무선 충전하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, MST(magnetic secure transfer) 제어 회로를 더 포함하고, 상기 MST 제어 회로는, 상기 제2 코일을 이용하여 결제를 위한 MST 신호를 송출하도록 설정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 코일의 상기 나선형 패턴은, 병렬로 배치된 복수 개의 와이어를 감아서 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 와이어는 10 내지 14 개를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수 개의 와이어는 11 내지 16 턴(turn) 수로 감겨서 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 FPCB는 돌출부(예: 도 4의 돌출부(211))를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제2 코일의 상기 제1 단에서 상기 제2 단으로 연장되고, 상기 전기적 경로는 상기 돌출부 상에 회로 배선(예: 도 4의 회로 배선(211a))으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 자성체는 페라이트(ferrite) 시트를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 자성체는 금속 시트를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치(예: 도 1의 전자 장치(100), 도 2의 전자 장치(1001))는, 전자 장치에 있어서, 상기 전자 장치에 포함된 구성들과 전기적으로 연결되는 연결 단자(예: 도 3의 연결 단자(212))를 포함하는 FPCB(예: 도 2의 FPCB(210)), 상기 FPCB의 제1면에 형성되는 제1 배선(예: 도 6의 제1 배선(220a)) 및 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 상기 FPCB의 제2면에 형성되는 제2 배선(예: 도 6의 제2 배선(220b))을 포함하는 제1 코일(예: 도 2, 도 6의 제1 코일(220)), 및 적어도 하나의 와이어를 적어도 하나의 턴으로 감아서 형성되는 나선형 패턴을 갖는 제2 코일(예: 도 2의 제2 코일(230))을 포함하고, 상기 제 2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단(예: 도 4의 230a)과 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2단(예: 도 4의 230b)을 포함하고, 상기 제1 단 및 제 2 단 각각이 상기 연결 단자와 연결되는 전기적 경로(예: 도 2의 회로 배선(211a))가 상기 FPCB에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일의 코일 중심과 상기 제2 코일의 코일 중심은 서로 어긋나도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 코일을 덮도록 배치되는 제1 자성체(예: 도 4의 제1 자성체(241)), 및 상기 제2 코일을 덮도록 배치되는 제2 자성체(예: 도 4의 제2 자성체(242))를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제2 자성체는 상기 제1 자성체와 다른 자성 특성을 가질 수 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치는 다양한 형태의 장치가 될 수 있다. 전자 장치는, 예를 들면, 휴대용 통신 장치 (예: 스마트폰), 컴퓨터 장치, 휴대용 멀티미디어 장치, 휴대용 의료 기기, 카메라, 웨어러블 장치, 또는 가전 장치를 포함할 수 있다. 본 문서의 실시 예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다.
본 문서의 다양한 실시 예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시 예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나","A 또는 B 중 적어도 하나,""A, B 또는 C," "A, B 및 C 중 적어도 하나,"및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1", "제 2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제 3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로 등의 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일 실시 예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시 예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(201)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(236) 또는 외장 메모리(238))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(240))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(201))의 프로세서(예: 프로세서(220))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장매체는, 비일시적(non-transitory) 저장매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서, ‘비일시적’은 저장매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일 실시 예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시 예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory (CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두개의 사용자 장치들(예: 스마트폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.

Claims (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    무선 통신 회로;
    상기 무선 통신 회로와 전기적으로 연결되는 FPCB(flexible printed circuit board);
    상기 FPCB 상에 형성되는 제1 코일;
    전력 관리 회로; 및
    상기 전력 관리 회로와 전기적으로 연결되고 적어도 하나의 와이어를 감아서 형성되는 나선형 패턴을 가지는 제2 코일을 포함하고,
    상기 제2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단 및 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2 단을 포함하고,
    상기 제2 단에서 상기 제1 단을 향해 연장되는 전기적 경로는 상기 FPCB에 배치되는, 전자 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 코일의 코일 중심과 상기 제2 코일의 코일 중심은 서로 어긋나도록 배치되는, 전자 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 중첩되지 않도록 배치되는, 전자 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 코일을 덮도록 배치되는 제1 자성체; 및
    상기 제2 코일을 덮도록 배치되는 제2 자성체를 더 포함하는, 전자 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 자성체는 상기 제1 자성체와 다른 자성 특성을 가지는, 전자 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 코일과 상기 FPCB가 겹치는 영역을 덮는 상기 제2 자성체의 부분의 두께는 상기 제2 코일만을 덮는 제2 자성체의 다른 부분의 두께에 비해 얇게 형성되는, 전자 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선 통신 회로는 상기 제1 코일을 이용하여 근거리 무선 통신(near field communication)을 수행하도록 설정되는, 전자 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    배터리를 더 포함하고,
    상기 전력 관리 회로는 상기 제2 코일을 이용하여 상기 배터리를 무선 충전하도록 설정되는, 전자 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    MST(magnetic secure transfer) 제어 회로를 더 포함하고,
    상기 MST 제어 회로는, 상기 제2 코일을 이용하여 결제를 위한 MST 신호를 송출하도록 설정되는, 전자 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 코일의 상기 나선형 패턴은, 병렬로 배치된 복수 개의 와이어를 감아서 형성되는, 전자 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수 개의 와이어는 10 내지 14 개를 포함하는, 전자 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수 개의 와이어는 11 내지 16 턴(turn) 수로 감겨서 형성되는, 전자 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 FPCB는 돌출부를 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 제2 코일의 상기 제1 단에서 상기 제2 단으로 연장되고, 상기 전기적 경로는 상기 돌출부 상에 회로 배선으로 형성되는, 전자 장치.
  14. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 자성체는 페라이트(ferrite) 시트를 포함하는, 전자 장치.
  15. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 자성체는 금속 시트를 포함하는, 전자 장치.
  16. 전자 장치에 있어서,
    상기 전자 장치에 포함된 구성들과 전기적으로 연결되는 연결 단자를 포함하는 FPCB;
    상기 FPCB의 제1면에 형성되는 제1 배선 및 상기 제1 면과 반대 방향을 향하는 상기 FPCB의 제2면에 형성되는 제2 배선을 포함하는 제1 코일; 및
    적어도 하나의 와이어를 적어도 하나의 턴으로 감아서 형성되는 나선형 패턴을 갖는 제2 코일을 포함하고,
    상기 제 2 코일은 상기 나선형 패턴의 외측 경계에 위치한 제1 단과 상기 나선형 패턴의 내측 경계에 위치한 제2단을 포함하고, 상기 제1 단 및 제 2 단 각각이 상기 연결 단자와 연결되는 전기적 경로가 상기 FPCB에 형성되는, 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 코일의 코일 중심과 상기 제2 코일의 코일 중심은 서로 어긋나도록 배치되는, 전자 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일은 서로 중첩되지 않도록 배치되는, 전자 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 코일을 덮도록 배치되는 제1 자성체; 및
    상기 제2 코일을 덮도록 배치되는 제2 자성체를 더 포함하는 전자 장치.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 제2 자성체는 상기 제1 자성체와 다른 자성 특성을 가지는, 전자 장치.
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