KR20220006133A - 백커버 일체형 무선전력수신장치 및 이를 구비한 휴대용 전자기기 - Google Patents

Abstract

백커버 일체형 무선전력수신장치가 제공된다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 백커버 일체형 무선전력수신장치는, 평판형 코일로 구비되고, 인서트 몰딩을 통해 휴대용 전자기기의 백커버와 일체로 형성되는 안테나 유닛; 및 총두께가 0.15mm 내지 0.2mm이고, 복수 개의 자성시트가 접착층을 매개로 3층 이상 적층되어 형성되며, 상기 평판형 코일을 덮도록 상기 백커버의 일면에 부착되는 자기장 차폐시트;를 포함하고, 상기 안테나 유닛은 일면이 상기 자기장 차폐시트의 일면과 동일한 간격을 유지하여 위치에 따른 특성 편차를 줄일 수 있도록 상기 백커버에 일체로 형성되며, 상기 자기장 차폐시트는 상기 백커버에 부착되는 일면이 상기 백커버의 일면과 수평한 접촉면을 형성한다.

Description

백커버 일체형 무선전력수신장치 및 이를 구비한 휴대용 전자기기{A wireless charging receiver module and a portable electronic device having the same}

본 발명은 휴대 단말기와 같은 휴대용 전자기기의 무선 충전에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 백커버 일체형 무선전력수신장치 및 이를 구비한 휴대용 전자기기에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 타블렛 PC 등을 비롯한 휴대 단말기에 RFID(Radio Frequency Identification: 무선식별), 근거리 무선통신(NFC), 무선충전(WPC), 대화형 펜 타블렛 등 다양한 기능이 추가되고 있다.

이러한, 휴대 단말기에는 내장된 배터리를 무선으로 충전하기 위한 무선 충전 기능이 구비되고 있는데, 이러한 무선 충전은 휴대 단말기에 내장되는 무선 전력 수신 모듈과, 상기 무선 전력 수신 모듈에 전력을 공급하는 무선 전력 송신 모듈에 의해 이루어진다.

최근 휴대 단말기가 경박단소형화됨에 따라 휴대 단말기에 내장되는 무선 전력 수신 모듈 역시 얇은 두께로 설계해야 하는 문제에 직면했다.

이를 위해, 휴대 단말기의 백커버에 안테나 패턴을 형성하고 차폐시트를 백커버에 부착하여 무선 전력 수신 모듈을 백커버에 일체화하려는 시도가 있었다.

그러나, 이와 같이 무선 전력 수신 모듈을 백커버에 일체화하는 경우, 상기 차폐시트를 페라이트 시트나 메탈 폴리머 시트로 사용하는 경우 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 차폐시트를 페라이트 시트로 구성하고 전체두께를 0.2mm 이하로 설계하는 경우 무선 충전에서 요구되는 특성 및 조건을 충족하지 못하였고, 차폐시트를 메탈 폴리머 시트로 구성하는 경우 무선 충전에서 요구되는 특성을 만족하기 위해서는 0.5mm 정도의 두께를 사용해야 하므로 최근 박형화되고 있는 휴대 단말기에 적용하는데 무리가 있었다.

따라서, 박형의 휴대단말기에서 휴대단말기의 전체두께를 증가시키지 않으면서도 무선충전에서 요구되는 특성 및 조건을 만족할 수 있는 무선충전수신모듈의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명자들은 예의 연구 및 실험을 반복한 결과, 차폐시트를 구성하는 재료가 차폐시트의 기능 구현에 큰 영향을 끼친다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 자기장 차폐시트를 비정질 합금으로 이루어진 박판의 자성시트로 구성하는 경우, 매우 얇은 예컨대, 0.2mm 이하의 두께에서도 무선 충전 방식에서 요구하는 모든 조건 및 특성을 안정적으로 만족할 수 있다는 것을 반복적인 연구 및 실험을 통하여 지득하였다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 안테나 유닛에서 발생되는 자기장을 유기하기 위한 자기장 차폐시트가 비정질 합금으로 이루어진 박판의 자성시트로 구비되어 자기장 차폐시트의 총 두께가 0.2mm 이하의 매우 얇더라도 무선충전에서 요구되는 모든 조건 및 특성을 만족할 수 있음으로써 박형의 휴대용 전자기기에 적용 가능한 백커버 일체형 무선전력수신장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 평판형 코일로 구비되고, 인서트 몰딩을 통해 휴대용 전자기기의 백커버와 일체로 형성되는 안테나 유닛; 및 총두께가 0.15mm 내지 0.2mm이고, 복수 개의 자성시트가 접착층을 매개로 3층 이상 적층되어 형성되며, 상기 평판형 코일을 덮도록 상기 백커버의 일면에 부착되는 자기장 차폐시트;를 포함하고, 상기 안테나 유닛은 일면이 상기 자기장 차폐시트의 일면과 동일한 간격을 유지하여 위치에 따른 특성 편차를 줄일 수 있도록 상기 백커버에 일체로 형성되며, 상기 자기장 차폐시트는 상기 백커버에 부착되는 일면이 상기 백커버의 일면과 수평한 접촉면을 형성하는 백커버 일체형 무선전력수신장치를 제공한다.

여기서, 상기 자기장 차폐시트는 비정질 합금으로 이루어진 박판의 자성시트일 수 있고, 상기 비정질 합금은 3원소 합금 및 5원소 합금을 포함하고, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐시트는 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 상기 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기일 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 미세 조각은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐시트는 투자율이 100 ~ 1000 W_b/A·m일 수 있다.

또한, 상기 자기장 차폐시트는 분리된 미세 조각들을 지지할 수 있도록 상부면과 하부면 중 적어도 어느 일면에 접착층을 매개로 부착되는 보호필름이 구비될 수 있다.

또한, 상기 접착층은 비전도성 성분을 포함하는 접착제를 포함하고, 서로 이웃하는 미세 조각들은 상기 접착층이 서로 이웃하는 미세 조각들 간의 틈새로 스며들어 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연될 수 있다.

또한, 상기 안테나 유닛은 WPC 안테나 패턴, MST 안테나 패턴 및 NFC 안테나 패턴을 포함할 수 있다.

또한, 상기 백커버는, 일면에 상기 안테나 유닛과 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 안테나 유닛의 높이와 동일한 크기의 깊이를 갖도록 일정깊이 함몰형성되는 홈부;를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 안테나 유닛은 상기 홈부에 삽입된 상태에서 일면이 상기 백커버의 일면과 동일평면을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 백커버 일체형 무선전력수신장치가 휴대용 전자기기 본체의 리어 케이스 또는 백커버에 설치되는 무선 충전 가능한 휴대용 전자기기를 제공한다.

본 발명의 백커버 일체형 무선전력수신장치에 의하면, 안테나 유닛에서 발생하는 자기장을 유기하기 위한 자기장 차폐시트가 비정질 합금으로 이루어진 박판의 자성시트로 구비되어 자기장 차폐시트의 총 두께가 0.2mm 이하의 매우 얇더라도 무선충전에서 요구되는 모든 조건 및 특성을 만족할 수 있음으로써 박형의 휴대용 전자기기에서 휴대용 전자기기의 총 두께를 증가시키지 않으면서도 무선충전 특성을 만족하는 상태로 안정적이면서도 효율적인 적용이 가능한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 백커버 일체형 무선전력수신장치가 적용된 휴대 단말기의 상태를 보인 사시도,
도 2는 도 1에서 백커버 일체형 무선전력수신장치를 나타낸 확대도,
도 3은 도 2의 분리도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐시트의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 확대 단면도, 그리고,
도 5는 도 4에서 미세 조각들 사이에 접착제가 스며든 상태를 나타낸 A 부분확대도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

먼저, 도 1을 참고하면, 백커버 일체형 무선전력수신장치(100)는 스마트폰 등과 같은 휴대용 전자기기(1)의 일측에 내장된 배터리(20)를 외부환경으로부터 보호하기 위한 백커버(10)에 일체로 형성된다.

이러한 무선전력수신장치(100)는 별도로 비치된 무선전력송신장치(미도시)와 근거리에 접근하게 되면 상기 무선전력송신장치로부터 전력을 무선으로 공급받게 된다. 이를 통해, 상기 무선전력수신장치(100)는 상기와 같이 공급되는 전력으로 휴대용 전자기기(1)의 내장 배터리를 충전한다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 백커버 일체형 무선전력수신장치(100)는 안테나 유닛(110) 및 자기장 차폐시트(120)를 포함한다.

상기 안테나 유닛(110)은 휴대폰, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등과 같은 휴대용 전자기기와 무선 고주파 신호를 송출하거나 수신하여 소정의 기능을 수행토록 하기 위한 안테나 패턴 및 무선 전력을 수신하기 위한 안테나 패턴을 포함할 수 있다.

이러한 안테나 유닛(110)은 시계방향 또는 반시계 방향으로 권선되는 원형, 타원형 또는 사각형상의 평판형 코일로 구성될 수 있으나, 이를 꼭 한정하는 것은 아니며, 동박 등과 같은 전도체를 루프 형태로 패터닝하거나 전도성 잉크를 사용하여 루프 형상의 금속 패턴을 형성할 수도 있다.

그리고, 상기 안테나 유닛(110)의 단부측에는 휴대용 전자기기의 메인회로기판과 전기적인 연결을 위한 연결단자가 인출된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 안테나 유닛(110)은 상기 백커버(10)에 전도성 잉크로 직접 인쇄되어 형성되거나 인서트 몰딩을 통해 상기 백커버(10)와 일체로 구비된다. 더불어, 상기 백커버(10)의 일면에는 상기 안테나 유닛(110)과 대응되는 형상의 홈부(15)가 일정깊이 함몰형성되고(도 3 참조), 상기 홈부(15)에 안테나 유닛(110)이 위치된다.

이때, 상기 안테나 유닛(110)은 상기 홈부(15)에 삽입된 상태에서 상기 백커버(10)와 동일평면을 이루도록 한다. 이를 위해, 상기 홈부(15)의 깊이는 상기 안테나 유닛(110)의 높이와 대략 동일한 크기를 갖도록 구비될 수 있다. 이를 통해, 상기 자기장 차폐시트(120)가 상기 백커버(10)에 부착되는 경우 상기 백커버(10)의 일면과 상기 자기장 차폐시트(120)의 일면은 수평한 접촉면을 구성하게 된다.

이에 따라, 상기 안테나 유닛(110)과 자기장 차폐시트(120) 사이의 간격이 동일한 간격을 유지할 수 있음으로써 위치에 따른 특성의 편차를 줄일 수 있게 된다.

한편, 상기 안테나 유닛(110)은 수신되는 무선 전력 신호를 통해 전자기 유도 현상에 기초한 유도 결합 방식을 이용하여 전력을 전달하는 것으로, 배터리를 충전하기 위한 무선충전 안테나 패턴을 포함한다.

이때, 상기 안테나 유닛(110)은 전력 충전, 근거리 통신 등 서로 다른 역할을 수행할 수 있도록 세 개의 서로 다른 패턴이 구비될 수 있다. 즉, 상기 안테나 유닛(110)은 WPC 안테나 패턴, MST 안테나 패턴 및 NFC 안테나 패턴이 각각 구비될 수 있다.

여기서, 상기 NFC 안테나 패턴은 WPC 안테나 패턴보다 주파수 대역이 높기 때문에 백커버의 외곽을 따라 미세한 선폭의 직사각형 형태로 도전성 패턴으로 형성되어 있고, 무선충전 안테나 패턴은 전력 전송이 요구되며 NFC보다 낮은 주파수 대역을 사용하므로 NFC 안테나 패턴의 내측에 NFC 안테나 패턴의 선폭보다 넓은 선폭으로 형성될 수 있다.

상기 자기장 차폐시트(120)는 상기 안테나 유닛(110)에서 발생되는 무선 고주파 신호에 의해 발생되는 자기장을 차폐하는 역할을 수행한다. 이러한 자기장 차폐시트(120)는 상기 백커버(10)의 일면에 상기 안테나 유닛(110)을 덮도록 부착된다.

이와 같은 자기장 차폐시트(120)는 박판의 자성시트(121,122,123)가 복수 개로 구비되어 적층되는 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 상기 자기장 차폐시트(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 비정질 합금으로 이루어진 박판의 자성시트가 적어도 3층이상 적층되어 구성될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 자성시트(121,122,123) 사이에는 접착층(124)이 구비되어 상,하 방향으로 적층된 한 쌍의 자성시트를 부착하게 된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 차폐시트(120)는 전체 두께가 0.15 ~ 0.2mm 사이의 두께를 갖더라도 무선 충전을 위해 요구되는 특성 및 모든 조건을 만족할 수 있도록 상기 박판의 자성시트(121,122,123)가 비정질 합금으로 이루어진 박판의 시트가 사용될 수 있다. 이를 통해, 박형의 휴대용 전자기기, 일례로 스마트폰과 같은 휴대단말기의 전체두께를 증가시키지 않으면서도 요구되는 무선 충전 특성을 만족할 수 있게 된다.

즉, 상기 무선전력수신장치(100)가 휴대폰 등과 같은 전자기기에 적용되는 경우 상기 전자기기의 경박단소형화의 요구에 맞도록 무선전력수신장치(100)의 전체두께가 제한되더라도, 상기 자기장 차폐시트(120)의 총두께가 0.2mm 이하로 설계된 조건에서도 상기 무선 충전을 위해 요구되는 특성 및 모든 조건을 만족할 수 있다.

여기서, 상기 자기장 차폐시트(120)의 전체두께로 0.15 ~ 0.2mm의 두께를 예시하였지만, 이는 무선전력수신장치의 전체두께가 얇은 두께를 갖는다는 것으로 이해되어야 할 것이며, 무선전력수신장치(100)의 전체두께를 한정하는 것은 아님을 밝혀둔다.

이때, 상기 자기장 차폐시트(120)는 단층의 자성시트로 구성될 수도 있지만, 복수 개의 자성시트가 적층되어 구성될 수 있다. 바람직하게는, 상기 자기장 차폐시트(120)는 투자율이 높은 비정질 합금으로 이루어진 박판의 리본이 적어도 3층 이상 적층되어 구성될 수 있다.

이때, 상기 비정질 합금은 Fe계 자성 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 비정질 합금은 3원소 합금 및 5원소 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하며, 상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함할 수 있다.

더불어, 상기 자기장 차폐시트(120)를 구성하는 복수 개의 자성시트(121,122,123)는 와전류의 발생을 억제할 수 있도록 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성될 수 있으며, 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되도록 구비될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 미세 조각은 1㎛ ~ 3mm의 크기로 구비될 수 있으며, 각각의 조각들은 비정형으로 랜덤하게 이루어질 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 자성시트(121,122,123)는 100~1000W_b/A·m 범위의 투자율을 갖도록 구비될 수 있다.

여기서, 미세 조각으로 분리되어 한 층을 이루는 각각의 자성시트(121,122,123)가 접착층(124)을 매개로 적층되어 자기장 차폐시트(120)를 구성하는 경우, 비전도성 재질로 이루어져 각각의 자성시트(121,122,123) 사이에 배치되는 상기 접착층(124)이 미세 조각들 사이에 스며듦으로써 복수 개의 미세 조각을 절연하는 역할을 수행할 수도 있다.(도 5 참조)

한편, 상기 자기장 차폐시트(120)의 상부면과 하부면 중 적어도 일측에는 접착층(125)을 매개로 보호필름(126,127)이 구비될 수 있다.

이러한 보호필름(126,127)은 각각의 자성시트(121,122,123)가 미세조각으로 분리되더라도 상기 접착층(125)을 통해 위치가 유지되어 상기 보호필름(126,127) 상에서 분리된 조각들을 지지하게 된다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 백커버 일체형 무선전력수신장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 휴대 단말기의 리어 케이스 또는 백커버에 일체로 구비될 수 있다.

더불어, 휴대용 전자기기(1)로서 휴대단말기를 예시하였지만 이에 한정하는 것은 아니며, PDA, PMP, 테블릿, 멀티미디어 기기 등을 포함할 수 있음을 밝혀둔다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1 : 휴대용 전자기기 10 : 백커버
15 : 홈부 20 : 배터리
100 : 무선전력수신장치 110 : 안테나 유닛
120 : 자기장 차폐시트 121,122,123 : 박판의 자성시트
124, 125 : 접착층 126,127 : 보호필름

Claims (8)

1. 평판형 코일로 구비되고, 인서트 몰딩을 통해 휴대용 전자기기의 백커버와 일체로 형성되는 안테나 유닛; 및
   총두께가 0.15mm 내지 0.2mm이고, 복수 개의 자성시트가 접착층을 매개로 3층 이상 적층되어 형성되며, 상기 평판형 코일을 덮도록 상기 백커버의 일면에 부착되는 자기장 차폐시트;를 포함하고,
   상기 안테나 유닛은 일면이 상기 자기장 차폐시트의 일면과 동일한 간격을 유지하여 위치에 따른 특성 편차를 줄일 수 있도록 상기 백커버에 일체로 형성되며,
   상기 자기장 차폐시트는 상기 백커버에 부착되는 일면이 상기 백커버의 일면과 수평한 접촉면을 형성하는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자기장 차폐시트는 3원소 합금 및 5원소 합금 중 어느 하나로 구성되는 비정질 합금으로 이루어지며,
   상기 3원소 합금은 Fe, Si 및 B를 포함하고,
   상기 5원소 합금은 Fe, Si, B, Cu 및 Nb를 포함하는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 자기장 차폐시트는 1㎛ ~ 3mm 크기의 비정형으로 랜덤하게 이루어지는 복수 개의 미세 조각으로 분리 형성되고,
   상기 복수 개의 미세 조각들은 서로 이웃하는 미세 조각들 간에 전체적으로 절연되거나 부분적으로 절연되는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 자기장 차폐시트는 분리된 미세 조각들을 지지할 수 있도록 상부면과 하부면 중 적어도 어느 일면에 접착층을 매개로 부착되는 보호필름을 포함하는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 자기장 차폐시트는 투자율이 100 ~ 1000 W_b/A·m인 백커버 일체형 무선전력수신장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 백커버는,
   일면에 상기 안테나 유닛과 대응되는 형상으로 형성되고, 상기 안테나 유닛의 높이와 동일한 크기의 깊이를 갖도록 일정깊이 함몰형성되는 홈부;를 더 포함하는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 안테나 유닛은 상기 홈부에 삽입된 상태에서 일면이 상기 백커버의 일면과 동일평면을 형성하는 백커버 일체형 무선전력수신장치.
8. 청구항 제1항 내지 청구항 제7항 중 어느 한 항에 기재된 백커버 일체형 무선전력수신장치를 포함하는 무선 충전 가능한 휴대용 전자기기.

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