WO2020009322A1 - 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기 - Google Patents

무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기 Download PDF

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WO2020009322A1
WO2020009322A1 PCT/KR2019/005220 KR2019005220W WO2020009322A1 WO 2020009322 A1 WO2020009322 A1 WO 2020009322A1 KR 2019005220 W KR2019005220 W KR 2019005220W WO 2020009322 A1 WO2020009322 A1 WO 2020009322A1
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WO
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dummy pattern
wireless power
power receiver
component
disposed
Prior art date
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PCT/KR2019/005220
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Inventor
이동혁
김형래
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엘지이노텍(주)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling

Definitions

  • the present invention relates to a wireless charging technology, to provide a wireless charging antenna assembly with a dummy pattern structure for preventing damage in detail and a wireless power receiver equipped with it.
  • Wireless power transmission or wireless energy transfer is a technology that transmits electrical energy wirelessly from a transmitter to a receiver using the principle of induction of magnetic field, which is already used by electric motors or transformers using the electromagnetic induction principle in the 1800s. Since then, there have been attempts to transmit electrical energy by radiating electromagnetic waves such as radio waves, lasers, high frequencies, and microwaves. Electric toothbrushes and some wireless razors that we commonly use are actually charged with the principle of electromagnetic induction.
  • energy transmission using wireless may be classified into magnetic induction, electromagnetic resonance, and RF transmission using short wavelength radio frequency.
  • Wireless power transfer technology can be widely used not only for mobile, but also for the automobile, IT, railroad and consumer electronics industries.
  • the antenna for wireless power reception may be implemented on a thin and light flexible printed circuit board (FPCB).
  • FPCB thin and light flexible printed circuit board
  • SMC Surface Mounted Components
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2013-0057225 name of the invention: a driving circuit board and a liquid crystal display device including the same discloses a technique of additionally arranging a reinforcing plate on one surface of a flexible circuit board in order to prevent breakage of surface mounted components.
  • the technology of adding a reinforcing plate not only increases the manufacturing cost of the product, but also has the disadvantage of inferior product durability due to external impact.
  • the reinforcing plate is added to the flexible circuit board, there is a disadvantage in that the thickness and weight of the product increase.
  • the present invention has been devised to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an antenna assembly for wireless charging.
  • Another object of the present invention is to provide a receiving antenna assembly for wireless charging and a wireless power receiver equipped with a dummy pattern structure for preventing damage.
  • the present invention can provide a wireless charging antenna assembly and a wireless power receiver to which it is mounted.
  • a wireless charging antenna assembly includes a substrate, a component disposed on a first surface of the substrate, a wireless power receiver coil disposed on the first surface, and a first dummy disposed on an outer side of the component. And a second dummy pattern disposed on the second surface of the substrate in correspondence to the pattern and the first dummy pattern.
  • the substrate may be a flexible printed circuit board, and the component may be surface mounted on the flexible printed circuit board.
  • the wireless power receiver coil, the first dummy pattern, and the second dummy pattern may be pattern printed on the flexible printed circuit board.
  • an area of the second dummy pattern may be larger than an area of the first dummy pattern.
  • the first dummy pattern and the second dummy pattern may be circular, and the diameter of the second dummy pattern may be larger than the diameter of the first dummy pattern.
  • the diameter of the first dummy pattern may be 3.4 mm, and the diameter of the second dummy pattern may be at least 3 mm larger than the diameter of the first dummy pattern.
  • the wireless charging antenna assembly may further include a connection terminal electrically connected to the wireless power receiving coil and the component.
  • the first dummy pattern may have a ring shape having an opening formed at one side thereof, and a line connected to the component may be connected to the connection terminal through the opening.
  • the first dummy pattern may be disposed outside the wireless power receiver coil.
  • the arrangement direction of the component may be determined based on the position of the cutting surface and / or punching die formed on the flexible printed circuit board.
  • the wireless charging antenna assembly may further include a buffer material applied to the surface mounted component.
  • the component may be a temperature sensor.
  • a wireless power receiver includes a substrate, a component disposed on a first surface of the substrate, a wireless power receiver coil disposed on the first surface, and a first dummy pattern disposed on an outer side of the component;
  • a wireless charging antenna assembly including a second dummy pattern disposed on a second surface of the substrate in correspondence with the first dummy pattern and electrically connected to the wireless charging antenna assembly received through the wireless power receiving coil. It may be configured to include a control circuit board for processing the AC power signal.
  • the substrate may be a flexible printed circuit board, and the component may be surface mounted on the flexible printed circuit board.
  • an area of the second dummy pattern may be larger than an area of the first dummy pattern.
  • the first dummy pattern and the second dummy pattern may be circular, and the diameter of the second dummy pattern may be larger than the diameter of the first dummy pattern.
  • the diameter of the first dummy pattern may be 3.4 mm, and the diameter of the second dummy pattern may be at least 3 mm larger than the diameter of the first dummy pattern.
  • the wireless charging antenna assembly may further include a connection terminal electrically connected to the wireless power receiving coil and the component.
  • the first dummy pattern may have a ring shape having an opening formed at one side thereof, and a line connected to the component may be connected to the connection terminal through the opening.
  • the first dummy pattern may be disposed outside the wireless power receiver coil.
  • the arrangement direction of the component may be determined based on the position of the cutting surface and / or punching die formed on the flexible printed circuit board.
  • the wireless charging antenna assembly may further include a buffer material applied to the surface mounted component.
  • the component may be a temperature sensor.
  • the present invention has the advantage of providing a durable wireless charging antenna assembly.
  • the present invention has the advantage of providing a wireless charging receiving antenna assembly and a wireless power receiver equipped with a dummy pattern structure for preventing damage.
  • the present invention has a dummy pattern structure for preventing the damage of the components surface-mounted on the flexible printed circuit board instead of the reinforcement plate, thereby reducing the cost, as well as a wireless charging receiving antenna assembly excellent in durability and design characteristics, and the wireless power therewith There is an advantage to providing a receiver.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • 3A to 3C are views for explaining the structure of the antenna assembly for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
  • 4A to 4C are diagrams for explaining a dummy pattern structure for preventing damage according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a wireless charging antenna assembly includes a substrate, a component disposed on a first surface of the substrate, a wireless power receiver coil disposed on the first surface, and a first dummy disposed on an outer side of the component. And a second dummy pattern disposed on the second surface of the substrate in correspondence to the pattern and the first dummy pattern.
  • the top (bottom) or the bottom (bottom) is the two components are in direct contact with each other or One or more other components are all included disposed between the two components.
  • up (up) or down (down) may include the meaning of the down direction as well as the up direction based on one component.
  • the apparatus for transmitting wireless power on the wireless power system is a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a wireless power transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, a transmitter, A wireless power transmitter, a wireless power transmitter, and the like will be used interchangeably.
  • a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a wireless power receiver, a receiver terminal, a receiver, a receiver, a receiver Or the like can be used in combination.
  • the transmitter according to the present invention may be configured in a pad form, a cradle form, an access point (AP) form, a small base station form, a stand form, a ceiling buried form, a wall hanging form, and the like. You can also transfer power.
  • the transmitter may comprise at least one wireless power transmission means.
  • the wireless power transmission means may use various wireless power transmission standards based on an electromagnetic induction method that generates a magnetic field in the power transmitter coil and charges using the electromagnetic induction principle in which electricity is induced in the receiver coil under the influence of the magnetic field.
  • the wireless power transmission means may include a wireless charging technology of the electromagnetic induction method defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA) which is a wireless charging technology standard apparatus.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to an embodiment of the present invention may be provided with at least one wireless power receiving means, and may simultaneously receive wireless power from two or more transmitters.
  • the wireless power receiving means may include an electromagnetic induction wireless charging technology defined by the Wireless Power Consortium (WPC) and the Power Matters Alliance (PMA), which are wireless charging technology standard organizations.
  • WPC Wireless Power Consortium
  • PMA Power Matters Alliance
  • the receiver according to the present invention is a mobile phone, smart phone, laptop computer, digital broadcasting terminal, PDA (Personal Digital Assistants), PMP (Portable Multimedia Player), navigation, MP3 player, electric It may be used in a small electronic device such as a toothbrush, an electronic tag, a lighting device, a remote control, a fishing bobber, a wearable device such as a smart watch, but the present invention is not limited thereto. It is enough.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
  • a wireless charging system includes a wireless power transmitter 10 that transmits power wirelessly, a wireless power receiver 20 that receives the transmitted power, and an electronic device 30 that receives the received power. It can be configured to include.
  • the electronic device 30 may be equipped with a load (not shown) which is a rechargeable battery, and the received power may be charged to the load of the electronic device 30.
  • a load not shown
  • the received power may be charged to the load of the electronic device 30.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform in-band communication, in which signals are exchanged by modulating a signal at the same frequency as an operating frequency used for wireless power transmission. .
  • the wireless power receiver 20 In in-band communication, when the AC power signal 41 transmitted by the wireless power transmitter 10 is received by the wireless power receiver 20, the wireless power receiver 20 modulates the received power signal and modulates the received power signal.
  • the signal 42 may be sent to the wireless power transmitter 10.
  • the wireless power receiver 20 may generate a feedback signal to be transmitted to the wireless power transmitter 10 through amplitude modulation of the received AC power signal.
  • the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may perform out-of-band communication by exchanging information using a frequency different from an operating frequency used for wireless power transmission. have.
  • the information exchanged between the wireless power transmitter 10 and the wireless power receiver 20 may include identification information, configuration information, status information, and various control information.
  • Communication in the wireless charging system may provide full duplex bidirectional communication, but is not limited thereto.
  • the wireless charging system may provide one-way communication or half duplex bidirectional communication.
  • the unidirectional communication may be a communication method in which the wireless power receiver 20 transmits information only to the wireless power transmitter 10, but is not limited thereto.
  • the wireless power transmitter 10 may include the wireless power receiver 20. It may also be a communication method of transmitting information.
  • the half-duplex bidirectional communication method may be a bidirectional communication between the wireless power receiver 20 and the wireless power transmitter 10, but may be a communication method capable of transmitting information by only one device at any one time.
  • the wireless power receiver 20 may obtain various state information of the electronic device 30.
  • the state information of the electronic device 30 may include current power usage information, information for identifying a running application, CPU usage information, battery charge status information, battery output voltage / current information, and the like.
  • the information may be obtained from the electronic device 30 and may be utilized for wireless power control.
  • the wireless power receiver 20 performs not only a power reception antenna for wireless power reception but also short-range wireless communication such as near field communication (NFC) or radio frequency identification (RFID) communication antenna, Bluetooth communication antenna, and the like. It may be configured to include a short range communication antenna and a secure communication antenna for secure communication, such as financial, payment.
  • NFC near field communication
  • RFID radio frequency identification
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a structure of a wireless power receiver according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless power receiver 200 may largely include a receiving antenna assembly 210, a control circuit board 220, and a load 230.
  • the receiving antenna assembly 210 may be implemented on a substrate.
  • the reception antenna assembly 210 may be implemented on a flexible printed circuit board (FPCB), and the reception pattern coil 211, the dummy pattern structure 212 and the connection may be disposed on the flexible printed circuit board. It may be configured to include a terminal 214.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the reception pattern coil 211 may be a wireless power reception coil that receives an AC power signal.
  • a flexible printed circuit board refers to a printed circuit board capable of bending a fine circuit pattern printed on a thin film using polyimide having flexible properties.
  • the dummy pattern structure 212 may include a first dummy pattern 213, a temperature sensor 214, and a second dummy pattern 215.
  • the first dummy pattern 213 and the second dummy pattern 215 may be pattern-printed on different surfaces of the flexible printed circuit board, respectively.
  • the temperature sensor 212 may be disposed in the first dummy pattern 214.
  • Both ends of the temperature sensor 214 may be electrically connected to the connection terminal 216 through an opening (not shown) formed in the first dummy pattern 214.
  • both ends of the reception pattern coil 211 may be electrically connected to the connection terminal 216.
  • the reception pattern coil 211 and the temperature sensor 214 are illustrated as being electrically connected to one connection terminal 216. However, this is only one embodiment. 211 and the temperature sensor 214 may be electrically connected to a connection terminal separately provided.
  • the dummy pattern structure 212 may be disposed on an outer side of the reception pattern coil 211.
  • the sizes of the first dummy pattern 214 and the second dummy pattern 215 may be different from each other.
  • the diameters of the two dummy patterns may be different.
  • the diameter of the second dummy pattern 215 may be larger than the diameter of the first dummy pattern 213.
  • the receiving antenna assembly 210 may be electrically connected to the control circuit board 220 through the connection terminal 216.
  • the control circuit board 220 may include a rectifier circuit 221, a protection sensor 222, a power conversion circuit 223, and a reception controller 224.
  • the rectifier circuit 221 may rectify an AC power signal received through the reception pattern coil 211 and output a DC power signal.
  • the power sensor 222 may measure the current and the voltage of the DC power signal output from the rectifier circuit 221 to block the overvoltage / overcurrent from being transmitted to the power conversion circuit 223.
  • the power sensor 222 may transmit a predetermined control signal to the reception controller 224 indicating that the overvoltage / overcurrent has been detected.
  • the power sensor 222 may periodically transmit information regarding the strength of the measured current and / or voltage to the reception controller 224.
  • the power conversion circuit 223 may convert the output power of the rectifier circuit 221 into the power required by the load 230.
  • the reception controller 224 may control the overall operation of the wireless power receiver 200 and perform communication with the wireless power transmitter 10.
  • the wireless power receiver 200 and the wireless power transmitter 10 may perform in-band communication.
  • the wireless power transmitter outputs the generated AC power signal through the transmitting coil.
  • the wireless power receiver can deliver the feedback signal to the wireless power transmitter by varying the amplitude of the received AC power signal in accordance with the feedback signal, i.e. the feedback bit data-i.e., amplitude modulating the received AC power signal.
  • the wireless power transmitter can demodulate the feedback signal from the amplitude modulated signal and control the internal operation according to the demodulated feedback signal.
  • the feedback signal may be a control error packet for power control
  • the wireless power transmitter may dynamically control the strength of the transmission power based on the control error packet.
  • the control circuit board 220 includes a demodulator (not shown) for demodulating a control signal from the received AC power signal and ( Or) a modulator (not shown) for modulating the predetermined state information and the control signal generated by the receiving controller 224.
  • the receiving antenna assembly 210 further includes a separate communication pattern antenna (not shown) for out-of-band communication. Can be.
  • control circuit board 220 may be provided with a communication modem (not shown) for modulating and demodulating a signal transmitted and received through a communication pattern antenna (not shown).
  • the communication modem (not shown) may be integrated into the reception controller 224.
  • the out-of-band communication may include Bluetooth communication, Near Field Communication (NFC), but is not limited thereto.
  • a shielding agent may be further disposed between the receiving antenna assembly 210 and the control circuit board 220.
  • 3A to 3C are views for explaining the structure of the antenna assembly for wireless charging according to an embodiment of the present invention.
  • the wireless charging antenna assembly described with reference to FIGS. 3A to 3C may be a wireless power receiving antenna assembly configured to receive wireless power from a wireless power transmitter, but is not limited thereto.
  • the antenna assembly may be mounted and used in a wireless power transmitter by applying a transmitting coil instead of a receiving coil.
  • the receiving antenna assembly 300 includes a substrate 310 (eg, a flexible printed circuit board (FPCB) 310), a receiving coil 320, a temperature sensor 330, and a connection. It may be configured to include a terminal 340 and a dummy pattern (350).
  • a substrate 310 eg, a flexible printed circuit board (FPCB) 310
  • FPCB flexible printed circuit board
  • the receiving coil 320 may be disposed on the flexible printed circuit board 310.
  • the receiving coil 320 may be pattern printed on the flexible printed circuit board 310.
  • the receiving coil 320 may be configured as a spiral antenna having a plurality of turns, but this is only one embodiment, and the receiving coil 320 according to another embodiment of the loop antenna having a single turn is provided. It may be configured in the form.
  • the receiving coil 320 may have a circular shape, but this is only one embodiment, and the receiving coil 320 according to another embodiment may have a triangle according to the structure and shape of the device on which the receiving antenna assembly 300 is mounted. , Square, rhombus and the like.
  • the receiving coil 320 may be pattern printed on only one surface of a flexible printed circuit board (FPCB) 310, but this is only one embodiment, and the receiving coil 320 according to another embodiment may be Pattern printing may be performed on both surfaces of the flexible printed circuit board 310 through via holes formed in the flexible printed circuit board 310.
  • FPCB flexible printed circuit board
  • Both ends of the receiving coil 320 may be electrically connected to a predetermined terminal provided in the connection terminal 340.
  • the temperature sensor 330 may be disposed on one side (outside) of the outer diameter of the receiving coil 320, but this is only one embodiment, and the temperature sensor 330 may be different from the other embodiments.
  • the 330 may be disposed on one side (inside) of the inner diameter of the receiving coil 320.
  • Both ends of the temperature sensor 330 may be electrically connected to the connection terminal 340.
  • connection terminal 340 may be electrically connected to the control circuit board 220 of the wireless power receiver 200 of FIG. 2.
  • the dummy pattern 350 may prevent the temperature sensor 330 from being damaged by external impact or bending.
  • the dummy pattern 350 may be disposed around the temperature sensor 330 disposed on the flexible printed circuit board 310.
  • the dummy pattern 350 may be disposed on both sides of the flexible printed circuit board 310.
  • the shape and size of the dummy pattern printed on both sides of the flexible printed circuit board 310 may be different.
  • one surface of the flexible printed circuit board 310 on which the temperature sensor 330 is disposed may have a ring-shaped or horseshoe-shaped first shape in which an opening 411 is formed.
  • the dummy pattern 410 may be disposed.
  • two lines 412 and 413 may be disposed through the opening 411 formed in the first dummy pattern 410 so that the temperature sensor 330 may be electrically connected to the connection terminal 340.
  • the two lines 412 and 413 may be configured by printing a copper foil pattern on a base film that is an insulating layer.
  • the second dummy pattern 420 having a disc shape may be disposed on the other surface of the flexible printed circuit board 310 on which the temperature sensor 330 is not disposed, as shown in FIGS. 4A to 4B.
  • an area of the second dummy pattern 420 may be larger than that of the first dummy pattern 410.
  • the diameter d2 of the second dummy pattern 420 may be larger than the diameter d1 of the first dummy pattern 410.
  • Positioning position and direction of the temperature sensor 350 in the flexible printed circuit board 310 may be determined to minimize the damage caused by the external impact generated when the punching die.
  • the arrangement direction of the temperature sensor 350 is disposed in the horizontal direction as far as possible from the position where the punching die is formed, that is, the punching boundary. Can be arranged.
  • the arrangement direction of the temperature sensor 350 is located in the longitudinal direction as far as possible from the position where the punching die is formed, that is, the punching boundary. Can be arranged.
  • the arrangement direction of the temperature sensor 350 is located in the vertical direction as far as possible from the position where the punching die is formed, that is, the punching boundary.
  • the first dummy pattern 510 may be disposed in an opposite direction to the punching die position 380.
  • 4A to 4C are diagrams for explaining a dummy pattern structure for preventing a crack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining a dummy pattern structure for protecting a surface mounted component (SMC) that can be directly disposed on a surface of a flexible printed circuit board from external impact.
  • SMC surface mounted component
  • the surface mount component disposed on the flexible printed circuit board is described as an example of a temperature sensor.
  • SMT surface mount technology
  • a dummy pattern structure for preventing a temperature sensor crack will be simply referred to as a temperature sensor dummy pattern structure.
  • the temperature sensor dummy pattern structure 400 may be formed on the first surface of the flexible printed circuit board 310 and the second surface of the flexible printed circuit board 310. It may include a second dummy pattern 420 is disposed and a temperature sensor 430 disposed in the first dummy pattern 410 of the first surface.
  • the first dummy pattern 410 may have a ring shape or a horseshoe shape having an opening 411.
  • the first line 412 and the second line 413 connected to both ends of the temperature sensor 430 through the opening 411 formed in the first dummy pattern 410 may be electrically connected to the connection terminal 340.
  • a second dummy pattern 420 in a disk shape may be disposed on the second surface of the flexible printed circuit board 310 on which the temperature sensor 430 is not mounted.
  • the area of the second dummy pattern 420 may be larger than the area of the first dummy pattern 410.
  • the diameter d2 of the second dummy pattern 420 may be larger than the diameter d1 of the first dummy pattern 410.
  • the bending angle of the flexible printed circuit board 310 is reduced to protect the temperature sensor 430 from external bending shocks. Not only that but also the flexible printed circuit board 310 may be prevented from being damaged due to excessive bending angle.
  • the arrangement direction of the temperature sensor 430 inside the first dummy pattern 410 may be determined to minimize damage caused by external impact generated when the mold is punched against the flexible printed circuit board 310. .
  • the arrangement direction of the temperature sensor 430 in the first dummy pattern 410 may be determined based on the direction of the cutting surface formed on the flexible printed circuit board 310.
  • the temperature sensor 430 inside the first dummy pattern 410 may be disposed to be horizontal to the cutting surface. Therefore, damage to the temperature sensor 430 can be prevented from the bending shock of the flexible printed circuit board 310.
  • the diameter d2 of the second dummy pattern 420 may be at least 0.3 mm greater than the diameter d1 of the first dummy pattern 410, according to an exemplary embodiment.
  • a diameter d1 of the first dummy pattern 410 may be 3.4 mm, and a diameter d2 of the second dummy pattern 420 may be 3.7 mm. However, this is only one example. The diameter d2 of 420 may be greater than 3.7 mm.
  • a reinforcement plate may be additionally disposed on one or both sides of the flexible printed circuit board 310, but this may not only increase costs but also have a disadvantage of poor durability due to external impact.
  • the reinforcing plate is added to the flexible printed circuit board 310, there is a disadvantage that the thickness and weight of the product increases.
  • the temperature sensor dummy pattern structure 400 includes a buffer material 431 capable of alleviating or absorbing a shock applied to a component and protecting the component from external contaminants. It may be applied to the surroundings.
  • the buffer material may be an epoxy material or a silicone material in the form of a rubber gel, but is not limited thereto.
  • FIG. 4B illustrates a second surface of the flexible printed circuit board 310 on which the second dummy pattern 420 is disposed.
  • the first dummy pattern 410 and the second dummy pattern 420 have a circular shape, but this is merely an example, and the first dummy pattern is illustrated.
  • the shape of the 410 and the second dummy pattern 420 may be polygonal.
  • the shape of the first dummy pattern 410 and the second dummy pattern 420 may be different from each other.
  • the first dummy pattern 410 may be circular
  • the second dummy pattern 420 may be rectangular.
  • 4C is a cross-sectional view when the temperature sensor dummy pattern structure 400 is cut in the aa 'direction of reference numeral 450 of FIG. 4A.
  • the cut surface of the temperature sensor dummy pattern structure 400 may be divided into first to third layers 460, 470, and 480.
  • First to second lines 412 and 413 may be disposed in the first dummy pattern 410 and the first dummy pattern 410 in the first layer 460.
  • the second dummy pattern 420 may be disposed on the third layer 480.
  • the second layer 470 is an insulating layer disposed between the first layer 460 and the third layer 480.
  • the insulating layer may be composed of a polyimide-based film.
  • the diameter d2 of the second dummy pattern 420 may be larger than the diameter d1 of the first dummy pattern 410.
  • the bending angle of the flexible printed circuit board 310 is reduced to protect the temperature sensor 430 from external bending shocks.
  • the flexible printed circuit board 310 may be prevented from being damaged due to excessive bending angles.
  • the present invention can be applied to a wireless charging antenna assembly and a wireless power receiver equipped with it.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

본 발명은 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리는 기판과 상기 기판의 제1면에 배치되는 부품과 상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일과 상기 부품의 외부측에 배치되는 제1 더미 패턴과 상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 외부 충격에 대한 내구성이 강한 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공할 수 있는 장점이 있다.

Description

무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기
본 발명은 무선 충전 기술에 관한 것으로서, 상세하게 파손 방지를 위한 더미 패턴 구조가 구비된 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공하는 것이다.
무선 전력 전송 기술(wireless power transmission 또는 wireless energy transfer)은 자기장의 유도 원리를 이용하여 무선으로 송신기에서 수신기로 전기 에너지를 전송하는 기술로서, 이미 1800년대에 전자기유도 원리를 이용한 전기 모터나 변압기가 사용되기 시작했고, 그 후로는 라디오파나 레이저, 고주파, 마이크로웨이브와 같은 전자파를 방사해서 전기에너지를 전송하는 방법도 시도되었다. 우리가 흔히 사용하는 전동칫솔이나 일부 무선면도기도 실상은 전자기유도 원리로 충전된다.
현재까지 무선을 이용한 에너지 전달 방식은 크게 자기 유도 방식, 자기 공진(Electromagnetic Resonance) 방식 및 단파장 무선 주파수를 이용한 RF 전송 방식 등으로 구분될 수 있다.
무선 전력 전송 기술은 모바일 뿐만 아니라 챠량, IT, 철도, 가전 산업 등 산업 전반에 다양하게 활용될 수 있다.
무선 충전 기술이 스마트폰 또는 웨어러블 기기와 같은 소형 전자 기기에 탑재되는 경우, 무선 전력 수신용 안테나는 얇고 가벼운 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)상에 구현될 수 있다. 하지만, FPCB상에 표면 실장되는 부품-즉, SMC(Surface Mounted Components)-의 경우, 제조 공정 또는 제품 사용 중 외부 충격에 취약한 문제점이 있었다.
한국공개특허 10-2013-0057225(발명의 명칭: 구동회로기판 및 이를 포함하는 액정표시장치)에는 표면 실장 부품의 파손 방지를 위해 연성 회로 기판의 일면에 보강판을 추가 배치하는 기술이 개시되었다. 하지만, 보강판을 추가하는 기술은 해당 제품의 제조 원가를 상승시킬 뿐만 아니라 외부 충격에 의한 제품 내구성이 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 종래와 같이, 연성 회로 기판에 보강판이 추가되는 경우, 제품의 두께 및 무게가 증가하는 단점도 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 목적은 무선 충전용 안테나 어셈블리를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 파손 방지를 위한 더미 패턴 구조가 구비된 무선 충전용 수신 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리는 기판과 상기 기판의 제1면에 배치되는 부품과 상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일과 상기 부품의 외부측에 배치되는 제1 더미 패턴과 상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기판은 연성 인쇄 회로 기판이고, 상기 부품은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 표면 실장될 수 있다.
또한, 상기 무선 전력 수신 코일, 상기 제1 더미 패턴 및 상기 제2 더미 패턴은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 패턴 인쇄될 수 있다.
또한, 상기 제2 더미 패턴의 면적은 상기 제1 더미 패턴의 면적보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴 및 상기 제2 더미 패턴은 원형이고, 상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴의 직경이 3.4mm이고, 상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 적어도 3mm이상 클 수 있다.
또한, 상기 무선 충전용 안테나 어셈블리는 상기 무선 전력 수신 코일 및 상기 부품과 전기적으로 연결되는 연결단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴은 일측에 개구부가 형성된 링 형태이고, 상기 개구부를 통해 상기 부품에 연결된 선로가 상기 연결단자에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴은 상기 무선 전력 수신 코일의 외곽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 부품의 배치 방향은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 형성되는 커팅면 및/또는 타발 금형의 위치에 기반하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 무선 충전용 안테나 어셈블리는 상기 표면 실장된 부품에 도포되는 완충 소재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부품은 온도 센서일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 무선 전력 수신기는 기판과 상기 기판의 제1면에 배치되는 부품과 상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일과 상기 부품의 외부측에 배치되는 제1 더미 패턴과 상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함하는 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 상기 무선 충전용 안테나 어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 교류 전력 신호를 처리하는 제어 회로 기판을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 연성 인쇄 회로 기판이고, 상기 부품은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 표면 실장될 수 있다.
또한, 상기 제2 더미 패턴의 면적은 상기 제1 더미 패턴의 면적보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴 및 상기 제2 더미 패턴은 원형이고, 상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 클 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴의 직경이 3.4mm이고, 상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 적어도 3mm이상 클 수 있다.
또한, 상기 무선 충전용 안테나 어셈블리는 상기 무선 전력 수신 코일 및 상기 부품과 전기적으로 연결되는 연결단자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴은 일측에 개구부가 형성된 링 형태이고, 상기 개구부를 통해 상기 부품에 연결된 선로가 상기 연결단자에 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 더미 패턴은 상기 무선 전력 수신 코일의 외곽에 배치될 수 있다.
또한, 상기 부품의 배치 방향은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 형성되는 커팅면 및/또는 타발 금형의 위치에 기반하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 무선 충전용 안테나 어셈블리는 상기 표면 실장된 부품에 도포되는 완충 소재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부품은 온도 센서일 수 있다.
상기 본 발명의 양태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 대한 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 내구성이 우수한 무선 충전용 안테나 어셈블리를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 파손 방지를 위한 더미 패턴 구조가 구비된 무선 충전용 수신 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공하는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 보강판 대신 연성 인쇄 회로 기판에 표면 실장되는 부품의 파손 방지를 위한 더미 패턴 구조를 구비함으로써 원가 절감뿐만 아니라 내구성 및 디자인 특성이 우수한 무선 충전용 수신 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기를 제공하는 장점이 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명에 대한 실시예들을 제공한다. 다만, 본 발명의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 파손 방지를 위한 더미 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리는 기판과 상기 기판의 제1면에 배치되는 부품과 상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일과 상기 부품의 외부측에 배치되는 제1 더미 패턴과 상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들이 적용되는 장치 및 다양한 방법들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
실시예의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
실시예의 설명에 있어서, 무선 전력 시스템상에서 무선 전력을 송신하는 장치는 설명의 편의를 위해 무선 파워 송신기, 무선 파워 송신 장치, 무선 전력 송신 장치, 무선 전력 송신기, 송신단, 송신기, 송신 장치, 송신측, 무선 파워 전송 장치, 무선 파워 전송기 등을 혼용하여 사용하기로 한다. 또한, 무선 전력 송신 장치로부터 무선 전력을 수신하는 장치에 대한 표현으로 설명의 편의를 위해 무선 전력 수신 장치, 무선 전력 수신기, 무선 파워 수신 장치, 무선 파워 수신기, 수신 단말기, 수신측, 수신 장치, 수신기 등이 혼용되어 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 송신기는 패드 형태, 거치대 형태, AP(Access Point) 형태, 소형 기지국 형태, 스텐드 형태, 천장 매립 형태, 벽걸이 형태 등으로 구성될 수 있으며, 하나의 송신기는 복수의 무선 전력 수신 장치에 파워를 전송할 수도 있다. 이를 위해, 송신기는 적어도 하나의 무선 파워 전송 수단을 구비할 수도 있다. 여기서, 무선 파워 전송 수단은 전력 송신단 코일에서 자기장을 발생시켜 그 자기장의 영향으로 수신단 코일에서 전기가 유도되는 전자기유도 원리를 이용하여 충전하는 전자기 유도 방식에 기반한 다양한 무전 전력 전송 표준이 사용될 수 있다. 여기서, 무선파워 전송 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수신기는 적어도 하나의 무선 전력 수신 수단이 구비될 수 있으며, 2개 이상의 송신기로부터 동시에 무선 파워를 수신할 수도 있다. 여기서, 무선 전력 수신 수단은 무선 충전 기술 표준 기구인 WPC(Wireless Power Consortium) 및 PMA(Power Matters Alliance)에서 정의된 전자기 유도 방식의 무선 충전 기술을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 수신기는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(Personal Digital Assistants), PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, MP3 player, 전동 칫솔, 전자 태그, 조명 장치, 리모콘, 낚시찌, 스마트 워치와 같은 웨어러블 디바이스 등의 소형 전자 기기 등에 사용될 수 있으나, 이에 국한되지는 아니하며 본 발명에 따른 무선 전력 수신 수단이 장착되어 배터리 충전이 가능한 기기라면 족하다.
도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 무선 충전 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무선 충전 시스템은 크게 무선으로 전력을 송출하는 무선 전력 송신기(10), 상기 송출된 전력을 수신하는 무선 전력 수신기(20) 및 수신된 전력을 공급 받는 전자기기(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 전자기기(30)에는 충전용 배터리인 부하(미도시)가 장착될 수 있으며, 수신된 전력은 전자기기(30)의 부하에 충전될 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 동일한 주파수로 신호를 변조하여 정보를 교환하는 인밴드(In-band) 통신을 수행할 수 있다.
인밴드 통신에 있어서, 무선 전력 송신기(10)에 의해 전송된 교류 전력 신호(41)가 무선 전력 수신기(20)에 수신되면, 무선 전력 수신기(20)은 수신된 전력 신호를 변조하고, 변조된 신호(42)를 무선 전력 송신기(10)으로 전송할 수 있다. 여기서, 무선 전력 수신기(20)는 수신된 교류 전력 신호의 진폭 변조를 통해 무선 전력 송신기(10)로 전송할 피드백 신호를 생성할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20)은 무선 전력 전송에 사용되는 동작 주파수와 상이한 주파수를 이용하여 정보를 교환하는 대역외(Out-of-band) 통신을 수행할 수도 있다.
일 예로, 무선 전력 송신기(10)과 무선 전력 수신기(20) 사이에 교환되는 정보는 식별 정보, 구성 정보, 상태 정보 및 각종 제어 정보 등을 포함될 수 있다.
무선 충전 시스템에서의 통신은 전이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시예에 있어서는 단방향 통신 또는 반이중 방식의 양방향 통신을 제공할 수도 있다.
일 예로, 단방향 통신은 무선 전력 수신기(20)이 무선 전력 송신기(10)으로만 정보를 전송하는 통신 방식일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 무선 전력 송신기(10)이 무선 전력 수신기(20)으로 정보를 전송하는 통신 방식일 수도 있다.
반이중 양방향 통신 방식은 무선 전력 수신기(20)과 무선 전력 송신기(10) 사이의 양방향 통신은 가능하나, 어느 한 시점에 어느 하나의 장치에 의해서만 정보 전송이 가능한 통신 방식일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)은 전자 기기(30)의 각종 상태 정보를 획득할 수도 있다. 일 예로, 전자 기기(30)의 상태 정보는 현재 전력 사용량 정보, 실행중인 응용을 식별하기 위한 정보, CPU 사용량 정보, 배터리 충전 상태 정보, 배터리 출력 전압/전류 정보 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 전자 기기(30)로부터 획득 가능하고, 무선 전력 제어에 활용 가능한 정보이면 족하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기(20)는 무선 전력 수신을 위한 전력 수신 안테나뿐만 아니라 NFC(Near Field Communication) 또는 RFID(Radio Frequency Identification) 통신 안테나, 블루투스 통신 안테나 등과 같은 근거리 무선 통신을 위한 근거리 통신 안테나 및 금융, 결재 등과 같은 보안 통신을 위한 보안 통신 안테나 등을 포함하여 구성될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 전력 수신기의 구조를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 무선 전력 수신기(200)는 크게 수신 안테나 어셈블리(210), 제어 회로 기판(220) 및 부하(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
수신 안테나 어셈블리(210)는 기판에 구현될 수 있다.
일 예로, 수신 안테나 어셈블리(210)은 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board)에 구현될 수 있으며, 연성 인쇄 회로 기판에 배치되는 수신 패턴 코일(211), 더미 패턴 구조(212) 및 연결단자(214)를 포함하여 구성될 수 있다.
수신 패턴 코일(211)은 교류 전력 신호를 수신하는 무선 전력 수신 코일일 수 있다.
통상적으로 연성 인쇄 회로 기판은 유연한 특성을 갖는 폴리이미드(Polyimide)를 이용한 박막필름상에 미세회로패턴을 인쇄한 휨이 가능한 인쇄 회로기판을 가리킨다.
더미 패턴 구조(212)는 제1 더미 패턴(213), 온도 센서(214) 및 제2 더미 패턴(215)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 제1 더미 패턴(213)과 제2 더미 패턴(215)은 각각 연성 인쇄 회로 기판의 서로 다른 면에 패턴 인쇄되어 배치될 수 있다.
제1 더미 패턴(214)의 내부에는 온도 센서(212)가 배치될 수 있다.
온도 센서(214)의 양단은 제1 더미 패턴(214)에 형성된 개구부(미도시)를 통해 연결단자(216)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 수신 패턴 코일(211)의 양단도 연결단자(216)에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기한 도 2의 실시 예에서는 수신 패턴 코일(211) 및 온도 센서(214)가 하나의 연결단자(216)에 전기적으로 연결되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 수신 패턴 코일(211) 및 온도 센서(214)가 각각 별도 구비된 연결단자에 전기적으로 연결될 수도 있다.
더미 패턴 구조(212)는 수신 패턴 코일(211)의 외곽 일측에 배치될 수 있다.
제1 더미 패턴(214)과 제2 더미 패턴(215)의 크기는 서로 상이할 수 있다.
만약, 제1 더미 패턴(214)과 제2 더미 패턴(215)의 형태가 원형인 경우, 두 더미 패턴의 직경은 상이할 수 있다.
일 예로, 제2 더미 패턴(215)의 직경은 제1 더미 패턴(213)의 직경보다 클 수 있다.
수신 안테나 어셈블리(210)은 연결단자(216)을 통해 제어 회로 기판(220)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제어 회로 기판(220)은 정류 회로(221), 보호 센서(222), 전력 변환 회로(223) 및 수신 제어기(224)를 포함할 수 있다.
정류 회로(221)는 수신 패턴 코일(211)를 통해 수신되는 교류 전력 신호를 정류하여 직류 전력 신호를 출력할 수 있다.
전력 센서(222)는 정류 회로(221)에서 출력된 직류 전력 신호의 전류 및 전압을 측정하여 과전압/과전류가 전력 변환 회로(223)에 전달되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 전력 센서(222)는 과전압/과전류가 감지되었음을 지시하는 소정 제어 신호를 수신 제어기(224)에 전송할 수도 있다.
또한, 전력 센서(222)는 측정된 전류 및(또는) 전압의 세기에 관한 정보를 주기적으로 수신 제어기(224)에 전송할 수도 있다.
전력 변환 회로(223)는 정류 회로(221)의 출력 전력을 부하(230)에 의해 요구되는 전력으로 변환할 수 있다.
수신 제어기(224)는 무선 전력 수신기(200)의 전체적인 동작을 제어하고, 무선 전력 송신기(10)와의 통신을 수행할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(200)와 무선 전력 송신기(10)는 인밴드 통신을 수행할 수 있다.
이하, 전자기 유도 방식을 지원하는 무선 충전 시스템에서의 인밴드 통신을 간단히 설명하기로 한다.
무선 전력 송신기는 생성된 교류 전력 신호를 구비된 송신 코일을 통해 출력한다. 무선 전력 수신기는 피드백 신호-즉, 피드백 비트 데이터-에 따라 수신된 교류 전력 신호의 진폭을 변화시킴으로써-즉, 수신된 교류 전력 신호를 진폭 변조하여- 무선 전력 송신기로 피드백 신호를 전달할 수 있다. 무선 전력 송신기는 진폭 변조 신호로부터 피드백 신호를 복조하고, 복조된 피드백 신호에 따라 내부 동작을 제어할 수 있다.
일 예로, 피드백 신호는 전력 제어를 위한 제어 오류 패킷일 수 있으며, 무선 전력 송신기는 제어 오류 패킷에 기반하여 전송 전력의 세기를 동적으로 제어할 수 있다.
일 예로, 무선 전력 수신기(200)가 무선 전력 송신기(10)와 인밴드 통신을 수행하는 경우, 제어 회로 기판(220)에는 수신된 교류 전력 신호로부터 제어 신호를 복조하는 복조기(미도시) 및(또는) 수신 제어기(224)에 의해 생성된 소정 상태 정보 및 제어 신호를 변조하는 변조기(미도시)를 포함할 수 있다.
다른 일 예로, 무선 전력 수신기(200)가 무선 전력 송신기(10)와 대역외 통신을 수행하는 경우, 수신 안테나 어셈블리(210)에는 대역외 통신을 위한 별도의 통신용 패턴 안테나(미도시)가 더 구비될 수 있다.
이때, 제어 회로 기판(220)에는 통신용 패턴 안테나(미도시)를 통해 송수신되는 신호를 변조 및 복조하기 위한 통신 모뎀(미도시)이 구비될 수 있다.
여기서, 통신 모뎀(미도시)은 수신 제어기(224) 내부에 통합 구성될 수도 있다. 일 예로, 대역외 통신은 블루투스 통신, NFC(Near Field Communication)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
연성 인쇄 회로 기판상에 패턴 인쇄되는 수신 패턴 코일(211)과 제1 내지 제2 더미 패턴(213, 215)의 형태 및 배치 구조는 후술할 도면의 설명을 통해 보다 명확해질 것이다.
수신 안테나 어셈블리(210)과 제어 회로 기판(220) 사이에는 차폐제가 더 배치될 수도 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게, 도 3a 내지 도 3c에서 설명되는 무선 충전용 안테나 어셈블리는 무선 전력 송신기로부터 무선 전력을 수신하기 위해 구성된 무선 전력 수신 안테나 어셈블리일 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 다른 실시 예에 따른 무선 충전용 안테나 어셈블리는 수신 코일 대신 송신 코일을 적용하여 무선 전력 송신기에 장착되어 사용될 수도 있다.
이하에서는 무선 충전용 안테나 어셈블리가 수신 안테나 어셈블리인 것을 예를 들어 상세히 설명하기로 한다.
도 3a를 참조하면, 수신 안테나 어셈블리(300)는 기판(310)(예를 들어 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board, 310)), 수신 코일(320), 온도 센서(330), 연결단자(340) 및 더미 패턴(Dummy Pattern, 350)을 포함하여 구성될 수 있다.
수신 코일(320)은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 배치될 수 있다. 예를 들어 수신 코일(320)은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 패턴 인쇄될 수 있다.
수신 코일(320)은 복수의 턴을 가지는 스파이럴 안테나(Spiral Antenna)로 구성될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 수신 코일(320)은 단일 턴을 가지는 루프 안테나의 형태로 구성될 수도 있다.
수신 코일(320)은 외형은 원형일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 수신 코일(320)은 수신 안테나 어셈블리(300)가 장착되는 기기의 구조 및 형태에 따라 삼각형, 사각형, 마름모형 등의 형태를 가질 수 있다.
수신 코일(320)은 연성 인쇄 회로 기판(FPCB: Flexible Printed Circuit Board, 310)의 한쪽 면에만 패턴 인쇄될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 따른 수신 코일(320)은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 형성된 비아 홀(Via Hole)을 통해 연성 인쇄 회로 기판(310)의 양면에 패턴 인쇄될 수도 있다.
수신 코일(320)의 양단은 연결단자(340)에 구비된 소정 단자에 전기적으로 연결될 수 있다.
온도 센서(330)는 상기 도 3에 도시된 바와 같이, 수신 코일(320)의 외경 외부 일측(외측)에 배치될 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예에 다른 온도 센서(330)는 수신 코일(320)의 내경 내부 일측(내측)에 배치될 수도 있다.
온도 센서(330)의 양단은 연결단자(340)에 전기적으로 연결될 수 있다.
연결단자(340)은 상기 도 2의 무선 전력 수신 장치(200)의 제어 회로 기판(220)과 전기적으로 연결될 수 있다.
더미 패턴(350)은 외부 충격 또는 밴딩 등에 의해 온도 센서(330)가 파손되는 것을 방지할 있다.
더미 패턴(350)은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 배치된 온도 센서(330)의 주변에 배치될 수 있다.
더미 패턴(350)은 연성 인쇄 회로 기판(310)의 양면 모두에 배치될 수도 있다. 이때, 연성 인쇄 회로 기판(310)의 양면에 패턴 인쇄되는 더미 패턴의 형태 및 크기는 상이할 수 있다.
일 예로, 온도 센서(330)가 배치된 연성 인쇄 회로 기판(310)의 일면에는 후술할 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 개구부(411)가 형성된 링 형태-또는 말발굽 형태-의 제1 더미 패턴(410)이 배치될 수 있다.
이때, 제1 더미 패턴(410)에 형성된 개구부(411)를 통해 두 선로(412, 413)이 배치되어 온도 센서(330)가 연결단자(340)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 두 선로(412, 413)은 절연층인 베이스 필름상에 동박 패턴 인쇄하여 구성될 수 있다.
반면, 온도 센서(330)가 배치되지 않은 연성 인쇄 회로 기판(310)의 타면에는 후술할 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같이, 원반 형태의 제2 더미 패턴(420)이 배치될 수 있다.
후술할 도 4a 내지 도 4c에 도시된 더미 패턴을 이용한 크랙 방지 구조에서 보여지는 바와 같이, 제2 더미 패턴(420)의 면적은 제1 더미 패턴(410)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 상세하게, 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2은 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 클 수 있다.
일 실시 예에 따른 연성 인쇄 회로 기판(310)에서의 온도 센서(350) 배치 위치 및 방향은 타발 금형 시 발생되는 외부 충격에 의한 손상을 최소화시킬 수 있도록 결정될 수 있다.
만약, 상기 도 3a에 도시된 바와 같이, 도면 번호 360의 위치에서 타발 금형이 이루어지는 경우, 온도 센서(350)의 배치 방향은 타발 금형이 이루어지는 위치-즉, 타발 경계-로부터 최대한 멀어지게 가로 방향으로 배치될 수 있다.
만약, 상기 도 3b에 도시된 바와 같이, 도면 번호 370의 위치에서 타발 금형이 이루어지는 경우, 온도 센서(350)의 배치 방향은 타발 금형이 이루어지는 위치-즉, 타발 경계-로부터 최대한 멀어지게 세로 방향으로 배치될 수 있다.
만약, 상기 도 3c에 도시된 바와 같이, 도면 번호 380의 위치에서 타발 금형이 이루어지는 경우, 온도 센서(350)의 배치 방향은 타발 금형이 이루어지는 위치-즉, 타발 경계-로부터 최대한 멀어지게 세로 방향으로 배치되고, 제1 더미 패턴(510)의 개구부가 타발 금형 위치(380)의 반대 방향에 배치되도록 구성할 수도 있다.
도 4a 내지 4c는 본 발명의 실시 예에 따른 크랙 방지를 위한 더미 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
상세하게, 도 4a 내지 도 4c는 연성 인쇄 회로 기판의 표면에 직접 배치할 수 있는 표면 실장 부품(SMC: Surface Mounted Components)이 외부 충격으로부터 보호하기 위한 더미 패턴 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하의 실시 예에서는 연성 인쇄 회로 기판에 배치되는 표면 실장 부품이 온도 센서인 것을 예를 들어 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 다른 실시 예는 표면 실장 기술(SMT: Surface Mount Technology)을 통해 연성 인쇄 회로 기판에 실장 가능한 다른 표면 실장 부품-예를 들면, IC 및 구동 소자 등을 포함함-에 대해서도 적용될 수 있다.
이하, 설명의 편의를 위해 온도 센서 크랙 방지를 위한 더미 패턴 구조를 간단히, 온도 센서 더미 패턴 구조라 명하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 온도 센서 더미 패턴 구조(400)는 크게 연성 인쇄 회로 기판(310)의 제1면에 배치되는 제1 더미 패턴(410), 연성 인쇄 회로 기판(310)의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴(420) 및 상기 제1면의 제1 더미 패턴(410) 내부에 배치되는 온도 센서(430)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1 더미 패턴(410)은 개구부(411)를 가지는 링 형태-또는 말발굽 형태-일 수 있다.
제1 더미 패턴(410)에 형성된 개구부(411)를 통해 온도 센서(430)의 양단에 연결된 제1 선로(412) 및 제2 선로(413)은 연결단자(340)에 전기적으로 연결될 수 있다. 반면, 온도 센서(430)가 실장되지 않은 연성 인쇄 회로 기판(310)의 제2면에는 원반 형태의 제2 더미 패턴(420)이 배치될 수 있다.
제2 더미 패턴(420)의 면적은 제1 더미 패턴(410)의 면적보다 크게 형성될 수 있다. 상세하게, 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2은 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 클 수 있다.
이때, 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2이 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 크면, 연성 인쇄 회로 기판(310)의 휨 각도가 감소하여 외부 휨 충격으로부터 온도 센서(430)를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 과도한 휨 각도로 연성 인쇄 회로 기판(310)이 파손되는 것을 방지할 수도 있다.
일 실시 예로, 제1 더미 패턴(410) 내부에서의 온도 센서(430)의 배치 방향은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 대한 타발 금형 시 발생되는 외부 충격에 의한 손상을 최소화시킬 수 있도록 결정될 수 있다.
다른 실시 예로, 제1 더미 패턴(410) 내부에서의 온도 센서(430)의 배치 방향은 연성 인쇄 회로 기판(310)에 형성된 커팅면의 방향에 기반하여 결정될 수 있다.
일 예로, 제1 더미 패턴(410) 내부의 온도 센서(430)는 커팅면에 수평이 되도록 배치될 수 있다. 따라서, 연성 인쇄 회로 기판(310)의 휨 충격으로부터 온도 센서(430)의 파손을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2가 적어도 0.3mm이상 클 수 있다.
일 실시 예에 따른 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1은 3.4mm이고 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2는 3.7mm일 수 있으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2는 3.7mm보다 클 수도 있다.
제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 제2 더미 패턴(420)의 직경 d2가 크면 클수록 공정 중 연성 인쇄 회로 기판(310)의 휨 충격에 의한 온도 센서(430)의 파손을 최소화시킬 수 있다.
온도 센서(430)의 파손 방지를 위해 연성 인쇄 회로 기판(310)의 한면 또는 양면에 보강판을 추가 배치할 수 있으나, 이는 비용이 증가될뿐만 아니라 외부 충격에 의한 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 연성 인쇄 회로 기판(310)에 보강판이 추가되는 경우, 제품의 두께 및 무게가 증가하는 단점도 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 센서 더미 패턴 구조(400)는 부품에 가해지는 충격을 완화하거나 흡수하고, 외부 오염 물질로부터 부품을 보호하는 것이 가능한 완충 소재(431)가 온도 센서(430)의 주변에 도포될 수도 있다. 일 예로 완충 소재는 고무 겔 형태의 에폭시 소재 또는 실리콘 소재일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 4b는 제2 더미 패턴(420)이 배치되는 연성 인쇄 회로 기판(310)의 제2면을 보여준다.
이상의 도 4a 내지 도 4b의 실시 예에서는 제1 더미 패턴(410)과 제2 더미 패턴(420)의 형태가 원형인 것을 예를 들어 설명하였으나, 이는 하나의 실시 예에 불과하며, 제1 더미 패턴(410)과 제2 더미 패턴(420)의 형태는 다각형일 수 있다.
또 다른 실시 예로, 제1 더미 패턴(410)과 제2 더미 패턴(420)의 형태는 서로 상이할 수도 있다. 일 예로, 제1 더미 패턴(410)은 원형이고, 제2 더미 패턴(420)은 사각형일 수 있다.
도 4c는 상기한 도 4a의 도면 부호 450의 aa' 방향으로 온도 센서 더미 패턴 구조(400)를 절단하였을 때의 단면을 보여준다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 온도 센서 더미 패턴 구조(400)의 절단면은 제1 내지 제3층(460, 470, 480)으로 구분될 수 있다.
제1층(460)에는 제1 더미 패턴(410)과 제1 더미 패턴(410)의 내부에 제1 내지 제2 선로(412, 413)가 배치될 수 있다.
제3층(480)에는 제2 더미 패턴(420)이 배치될 수 있다.
제2층(470)은 제1층(460)과 제3층(480) 사이에 배치되는 절연층이다. 여기서, 절연층은 폴리이미드 계열의 필름으로 구성될 수 있다.
제2 더미 패턴(420)의 직경 d2은 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1보다 클 수 있다.
제2 더미 패턴(420)의 직경 d2와 제1 더미 패턴(410)의 직경 d1을 다르게 함으로써, 연성 인쇄 회로 기판(310)의 휨 각도가 감소시켜 외부 휨 충격으로부터 온도 센서(430)를 보호할 수 있을 뿐만 아니라 과도한 휨 각도로 연성 인쇄 회로 기판(310)이 파손되는 것을 방지할 수도 있다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
본 발명은 무선 충전용 안테나 어셈블리 및 그것이 장착된 무선 전력 수신기에 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판의 제1면에 배치되는 부품;
    상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일;
    상기 부품의 외측에 배치되는 제1 더미 패턴; 및
    상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴
    을 포함하는 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 연성 인쇄 회로 기판이고, 상기 부품은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 표면 실장되는 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 더미 패턴의 면적은 상기 제1 더미 패턴의 면적보다 크고, 상기 제1 더미 패턴은 상기 무선 전력 수신 코일의 외곽에 배치되는 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 더미 패턴 및 상기 제2 더미 패턴은 원형이고, 상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 큰 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 더미 패턴의 직경이 3.4mm이고,
    상기 제2 더미 패턴의 직경이 상기 제1 더미 패턴의 직경보다 적어도 3mm이상 큰 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 코일 및 상기 부품과 전기적으로 연결되는 연결단자를 더 포함하고, 상기 제1 더미 패턴은 일측에 개구부가 형성된 링 형이고, 상기 개구부를 통해 상기 부품에 연결된 선로가 상기 연결단자에 연결되는무선 충전용 안테나 어셈블리.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 부품의 배치 방향은 상기 연성 인쇄 회로 기판에 형성되는 커팅면 및/또는 타발 금형의 위치에 기반하여 결정되는 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 표면 실장된 부품은 완충 소재가 도포된 온도 센서인 무선 충전용 안테나 어셈블리.
  9. 기판;
    상기 기판의 제1면에 배치되는 부품;
    상기 제1면에 배치되는 무선 전력 수신 코일;
    상기 부품의 외부에 배치되는 제1 더미 패턴; 및
    상기 제1 더미 패턴에 대응하여 상기 기판의 제2면에 배치되는 제2 더미 패턴
    을 포함하는 무선 충전용 안테나 어셈블리; 및
    상기 무선 충전용 안테나 어셈블리와 전기적으로 연결되어 상기 무선 전력 수신 코일을 통해 수신된 교류 전력 신호를 처리하는 제어 회로 기판
    을 포함하는 무선 전력 수신기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 무선 전력 수신 코일과 상기 기판에 표면 실장된 상기 부품을 전기적으로 연결하는 연결단자를 더 포함하고,
    상기 무선 전력 수신 코일의 외곽에 배치되는 상기 제1 더미 패턴은 직경이 상기 제2 더미 패턴보다 작고, 일측에 개구부가 형성된 링 형이고, 상기 개구부를 통해 상기 부품에 연결된 선로가 상기 연결단자에 연결되는 무선 전력 수신기.
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