KR101359664B1 - 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 기판에 도전체의 도금층을 코일 형상으로 패턴화하여 다적층으로 제작함에 의해, 저주파 진동 성분의 이용이 가능한 전자기 유도 방식으로 전력 발생이 가능하고, 우수한 내구성을 갖춤과 동시에 대량 생산이 가능한 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법을 제공한다.
이를 위해 본 발명은, 제1박막형 기판의 상부 및 하부 양면에 각각 다각형의 나선형 도전체 패턴 코일이 패터닝되어 형성되는 단계와, 제2박막형 기판의 상부에만 다각형의 나선형으로 단일의 도전체 패턴 코일이 패터닝되어 형성되는 단계 및, 양면에 각각 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 제1박막형 기판을 중심으로, 제1박막형 기판의 상부에 단일의 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 하나의 제2박막형 기판이 압착 결합되고, 제1박막형 기판의 하부에 다른 하나의 제2박막형 기판이 압착 결합되는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법{FLEXIBLE MULTI LAYERED THIN PLANAR COIL FOR MICRO LEVEL OF ELECTRIC POWER GENERATION AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 발명은 박막형 센서 패키지에 사용가능한 자가 발전용 평판 코일 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전체 또는 진동체의 형태에 적용되고, 공간적 제약이 있는 다양한 종류의 센서 노드에 대한 전원 공급을 위해 자가 발전을 수행하는 에너지 하베스터(Energy Harvester)의 주요 부품으로 적용되는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차의 타이어에 장착되는 타이어 공기압 경보장치(Tire Pressure Monitoring System; TPMS)(이하, TPMS라 칭함)의 경우에는 공기압의 감지를 위한 센서 회로에 전원을 공급하는 배터리가 온칩(On-Chip) 형태로 탑재되어 있다.

최근 부각되고 있는 TPMS 장치의 요구조건은 자동차의 수명만큼의 내구성을 가지며 동시에 정기적인 유지보수가 불필요해야 한다는 것이다. 즉, 배터리 교체 주기가 없어야 한다는 기술적 요구가 핵심이라 할 수 있다.

따라서, TPMS의 센서노드에 공급되는 전력은 타이어 내부에서 자연적으로 발생하는 에너지원으로부터 변환된 전기 에너지를 축전하는 배터리가 필요하다.

이러한 TPMS와 같이 회전체 또는 진동체에 적용됨과 동시에, 공간적 제약에 의해 작업자의 반복 작업이 용이하지 않은 특정 센서 회로에 전원을 공급해야 하는 배터리는, 높은 내구성을 갖추면서 해당 배터리가 차지하는 체적이 작고, 반영구적으로 전력을 생산해야 할 필요성이 있다.

이를 위해, 최근에는 높은 내구성을 위해 단순한 형태를 갖추고 있고, 기존 배터리와 유사한 체적을 갖추면서 해당 센서 회로에 충분한 용량의 전원을 공급할 수 있도록 되어 있는 에너지 하베스터가 개발되어 있는 바, 이러한 에너지 하베스터는 센서 회로부의 불필요한 구조 변경을 하지 않고도 기존 배터리를 대체하여 적용할 수 있다.

통상, 에너지 하베스터는 압전 소자를 이용하여 제조하거나, 자석과 코일을 이용한 전자기 유도 방식으로 제조하는 2가지의 제조 방법이 존재한다.

압전 소자를 이용하여 제조된 에너지 하베스터의 경우에는, 박막화가 가능하고, 시스템 체적을 상당히 줄일 수 있으면서 구조가 간단하여 미세가공공정(Micro Electro Mechanical System; MEMS)(이하, MEMS 라 칭함) 기술을 이용한 대량생산에 가장 적합한 형태로 주목받고 있다.

반면, 전자기 유도 방식의 에너지 하베스터는 충분한 자석의 병진운동이 보장되어야 하고, 독립된 코일과의 상호작용이 있어야 하기 때문에 기본적인 체적이 압전방식에 비해 클 뿐만 아니라 대량생산을 위한 공정 설계에도 다소 한계가 존재한다.

하지만, 그럼에도 불구하고 압전 소자를 이용한 에너지 하베스터와, 전자기 유도 방식의 에너지 하베스터의 에너지 생성 효율을 비교해 보면, 자동차의 TPMS 장치에 적용된 경우 주행속도에 따른 타이어 내부의 가속도 성분을 계산하여 산출 한 결과, 수 ㎐ ∼ 수백 Hz에 이르는 저주파 대역 내에 지배적인 에너지원이 존재하기 때문에, 저주파 대역 내에서 동작하는 전자기 유도방식을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 전자기 유도 방식의 에너지 하베스터를 구성하는 코일에는 박막형 평판 코일이 적용되고 있으며, 이러한 박막형 평판코일은 MEMS 공정을 도입하여 코일선을 다적층으로 권취하여 제작이 가능하나, 코일 권수에 따라 유도 기전력의 크기가 비례하므로 코일 권수를 높이는 것이 주요한 기술의 핵심이라 할 수 있다.

이와 관련된 선행기술로는 한국 공개특허 2011-0018448호(적층 코일 부품 및 그 제조 방법)(2011.02.23)이 있다.

그러나, 이러한 다적층의 코일 권취 방식으로 제작되는 종래의 박막형 평판 코일의 경우에는, 2개 층 이상의 다적층으로 제작할때 코일 형상을 균일하게 유지하도록 하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 코일의 적층수가 증가될수록 제작 기간이 증가되고, 이로 인한 제작 단가도 기하급수적으로 상승할 수 밖에 없다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창작된 것으로서, 박막형 기판에 도전체의 도금층을 코일 형상으로 패턴화하여 다적층으로 제작함에 의해, 저주파 진동 성분의 이용이 가능한 전자기 유도 방식으로 전력 발생이 가능하고, 우수한 내구성을 갖춤과 동시에 대량 생산이 가능한 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 도전체의 도금층을 코일 형상으로 패턴화시키는 박막형 기판을 연성의 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB)으로 적용하여, 코일의 패턴 형상을 원하는 형상으로 용이하게 제작할 수 있도록 함에 의해, 에너지 하베스터에 설치시 공간적 제약을 최소화하는 것이 가능한 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일측면에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일은, 박막형 기판 상에 다각형의 나선 형상을 갖도록 형성된 각 단위별 도전체 패턴 코일이 다적층으로 이루어지되, 상기 박막형 기판은, 상부 및 하부의 양면에 각각 상부 및 하부 도전체 패턴 코일이 형성된 양면 패턴 기판과, 상부에만 단면 도전체 패턴 코일이 형성된 단면 패턴 기판을 포함하고, 양면에 2개의 도전체 패턴 코일을 갖는 단일의 양면 패턴 기판을 중심으로, 상기 양면 패턴 기판의 상부 및 하부에, 각각 1개의 도전체 패턴 코일을 갖는 2개의 단면 패턴 기판이 다적층의 기본 세트로서 적용되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 박막형 기판 상의 도전체 패턴 코일은 사각형의 나선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 다른 측면에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 제조 방법은, 제1박막형 기판의 상부 및 하부 양면에 각각 다각형의 나선형 도전체 패턴 코일을 패터닝하여 형성하는 제1단계와, 제2박막형 기판의 상부에만 다각형의 나선형으로 단일의 도전체 패턴 코일을 패터닝하여 형성하는 제2단계 및, 양면에 각각 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 제1박막형 기판을 중심으로, 제1박막형 기판의 상부에 단일의 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 하나의 제2박막형 기판을 압착 결합하고, 제1박막형 기판의 하부에 다른 하나의 제2박막형 기판을 압착 결합하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 제1단계는, 상기 제1박막형 기판의 상부에 상부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1박막형 기판의 하부에 하부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계, 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 각각 도전체 금속을 도금하는 단계, 리소그래피(Lithography) 기법 및 습식 에칭(Wet Etching) 기법을 사용하여 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 각각 상부 및 하부 코일 패턴부를 형성하는 단계 및, 상기 제1박막형 기판 양면의 상부 및 하부 코일 패턴부 상에 절연막(PSR)을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계에서, 감광막 패턴의 형성 단계는 상기 제1박막형 기판의 상부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 정방향으로 형성하고, 하부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 역방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계에서, 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 도전체 금속을 도금하기 이전에, 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부의 나선형 패턴 코일 최내측 끝단 전극부가 상호 접합이 가능하도록 중심부 특정 영역에 스루 홀(Through Hole)을 관통 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 제2단계는, 상기 제2박막형 기판의 상부에 상부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제2박막형 기판의 상부에 도전체 금속을 도금하는 단계, 리소그래피 기법 및 습식 에칭 기법을 사용하여 상기 제2박막형 기판의 상부에 코일 패턴부를 형성하는 단계 및, 상기 제2박막형 기판 상부의 코일 패턴부 상에 절연막(PSR)을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2단계에서, 감광막 패턴의 형성 단계는 상기 제2박막형 기판의 상부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 정방향으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2단계에서, 상기 제2박막형 기판의 상부에 도전체 금속을 도금하기 이전에, 상기 제1박막형 기판 양면에 형성된 상부 도전체 패턴 코일과 하부 도전체 패턴 코일의 각 최외측 끝단 전극부가 상기 제2박막형 기판의 최외측 끝단 전극부와 각각 접합되도록, 외곽부 특정 영역에 비아 홀(Via Hole)을 관통 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 연성 인쇄회로기판 상에 도전체의 도금층을 코일 형상으로 패턴화하여 형성하고, 각 코일 패턴을 다수개 적층하여 박막형 평판 코일을 구성함에 의해, 전자기 유도방식의 에너지 하베스터에 적용할 수 있도록 함에 따라, MEMS 공정 형태의 제작을 통해서 코일 형상의 패턴화 제작이 가능하게 되어 제작 기간의 단축과 더불어, 보다 미세한 패터닝 처리가 가능하고, 대량 생산이 가능하게 됨으로써, 제작 단가를 크게 절감할 수 있다.

또한, 연성 인쇄회로기판 상에 형성되는 각 코일 패턴을 고온압착 방식을 이용하여 간단하게 다적층하여 박막형 평판 코일을 구성하는 것이 가능함에 따라, 에너지 하베스터의 적용 용도에 맞는 원하는 성능의 코일을 용이하게 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명을 위해 실시한 환경측정 결과로 자동차의 주행 속도에 따른 타이어 내부의 가속도 성분을 고속 푸리에 변환한 결과를 보여주는 그래프 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 연성 박막형 다적층 평판 코일이 에너지 하베스터에 적용되어 있는 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연성 박막형 다적층 평판 코일의 적층 형태를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 기판의 상부 및 하부에 각각 코일 패턴을 형성하는 공정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 기판의 상부에만 코일 패턴을 형성하는 공정을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 도 4a 내지 도 4d의 공정에 의해 상부 및 하부에 각각 코일 패턴이 형성된 기판과, 도 5a 내지 도 5d의 공정에 의해 상부에만 코일 패턴이 형성된 기판을 압착 결합하는 공정을 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 제작된 연성 박막형 평판 코일의 실제 형상을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명을 위해 실시한 환경측정 결과로 자동차의 주행 속도에 따른 타이어 내부의 가속도 성분을 고속 푸리에 변환한 결과를 보여주는 그래프 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연성 박막형 다적층 평판 코일이 적용되는 에너지 하베스터가 자동차의 TPMS(즉, 타이어 공기압 경보장치)에 적용되는 경우에, 자동차가 주행함에 따라 발생되는 타이어 내부의 가속도 성분을 고속 푸리에 변환한 결과를 보여주고 있다.

상기 도 1의 각 그래프 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이, 고속 푸리에 변환 결과에 따른 주파수 성분이 수 ㎐ ∼ 수백 ㎐의 저주파 대역에서 지배적인 에너지원으로 존재하는 것을 볼 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제작되는 연성 박막형 평판 코일이 TPMS 센서 회로의 에너지 하베스터에 적용되는 경우에는, 8 ㎐ ∼ 15 ㎐ 대역의 병진 운동 에너지를 이용하여 전력을 생산할 수 있다. 또한, 에너지 하베스터에서의 상호 평행 운동에 따라 자속밀도의 변화를 일으키는 운동도 함께 진행한다.

여기서, 본 발명의 일실시예에서는 연성 박막형 평판 코일이 자동차의 TPMS에 적용하는 것을 일예로 하여 설명하고 있지만, 이에 한정되지는 않는 것으로서 수 ㎐ ∼ 수백 ㎐의 저주파 대역에서 병진 운동과, 상호 평행 운동에 따른 자속밀도 변화로 인한 에너지를 발생할 수 있는 다양한 장치 또는 시스템(예컨대 건강 진단용 시스템(Health Monitoring System; HMS) 등)에 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.

다음에, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 연성 박막형 평판 코일이 에너지 하베스터에 적용되어 있는 상태를 예시적으로 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연성 박막형 평판 코일의 적층 형태를 개념적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연성 박막형 평판 코일이 적용되는 에너지 하베스터는, 사각형의 나선 형상으로 이루어진 코일 패턴부가 다수개 고온 압착에 의해 고정적으로 결합되어 형성되는 다적층의 평판 코일(100)과, 상기 평판 코일(100)의 중심부에 관통 형성되어 있는 관통 홀에 끼워져서 위치하는 원기둥 형상의 자성체(200)를 포함하여 구성된다.

상기 자성체(200)는 해당 적용 장치 또는 시스템(즉, TPMS)의 동작에 따라, 상기 평판 코일(100) 중심부의 관통 홀 내측에서 수직 방향으로 반복적인 병진 운동을 수행하고, 상기 자성체(200)의 반복적인 병진 운동에 따른 저주파 대역에서의 진동에 의해 상기 평판 코일(100)에 전자기 유도가 이루어지면서 자장이 형성되어 전력을 생산할 수 있게 되는 것이다. 또한, 각 자성체 간의 상호 평행 운동으로 자속 밀도 변화를 일으키는 운동도 함께 진행하게 된다.

한편, 상기 다적층의 평판 코일(100)을 구성하는 각 단위별 코일 패턴부에 대한 구성은 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3에 도시된 바에 따르면, 양면 패턴 기판(50)(도 4d 참조)의 상부면 및 하부면에 각각 형성되는 상부 코일 패턴부(10)와, 하부 코일 패턴부(20)가 구성되고, 상기 양면 패턴 기판(50)의 상부(즉, 상부 코일 패턴부(10)) 및 하부(즉, 하부 코일 패턴부(20))에 각각의 단면 패턴 기판(60)(도 5d 참조)이 고정적으로 결합된다.

상기 양면 패턴 기판(50)에 형성된 상부 코일 패턴부(10) 상에 결합되는 단면 패턴 기판(60) 상에는 제1단면 코일 패턴부(30)가 형성되어 있고, 상기 하부 코일 패턴부(20)의 하부와 결합되는 다른 하나의 단면 패턴 기판(60)의 하부에는 제2단면 코일 패턴부(40)가 형성되어 있다.

즉, 상기 다적층의 평판 코일(100)은 상부/하부 코일 패턴부(10, 20)가 형성되어 있는 1장의 양면 패턴 기판(50)과, 제1단면 코일 패턴부(30) 및 제2단면 코일 패턴부(40)가 각각 형성되어 있는 2장의 단면 패턴 기판(60)이 고정 결합되어 4개 층의 코일 패턴부를 갖춘 형태를 기본적인 단위 결합 세트로 하고 있고, 상기 1장의 양면 패턴 기판(50) 및 2장의 단면 패턴 기판(60)이 결합된 단위 결합 세트가 다수개 형성되면, 다수개의 단위 결합 세트들이 반복적으로 고정 결합되어 다적층의 코일 형상을 갖게 되는 것이다.

한편, 상기 상부 코일 패턴부(10)와, 하부 코일 패턴부(20), 제1단면 코일 패턴부(30), 제2단면 코일 패턴부(40)는 각각 동일한 길이 및 폭의 치수를 갖는 사각형의 나선 형태로 패터닝된다.

상기 양면 패턴 기판(50)과, 상기 단면 패턴 기판(60)은 각각 폴리이미드(Polyimide) 수지의 재질로 이루어지는 바, 상기 폴리이미드 수지는 최고 250℃까지 견딜 수 있어서 내열성이 뛰어나고, 저온으로부터 고온까지 특성 변화가 적을 뿐만 아니라, 양호한 내충격성 및 치수 안정성을 갖는 한편, 전기 특성이 뛰어나서 주로 전기 부품의 제조에 이용된다.

또한, 상기 양면 패턴 기판(50) 및 단면 패턴 기판(60)에 각각 패터닝 형성되는 상부/하부 코일 패턴부(10,20)와, 제1 및 제2단면 코일 패턴부(30,40)는 도전성이 우수한 구리(Copper)(Cu), 은(Silver)(Ag) 재질의 도전체 금속이 도금 작업에 의해 각 기판 상에 패터닝된다. 본 발명에서는 구리 재질의 도전체 금속을 각 기판 상에 도금층으로 패터닝하여 코일 패턴부를 형성하는 것을 일예로 하여 설명한다.

여기서, 상기 상부 코일 패턴부(10)와, 하부 코일 패턴부(20)의 최외측 끝단의 전극부(10a,20a)는, 상부의 단면 패턴 기판(60)에 형성된 제1단면 코일 패턴부(30)의 최외측 끝단 전극부(30a)와, 하부의 단면 패턴 기판(60)에 형성된 제2단면 코일 패턴부(40)의 최외측 끝단 전극부(40a)와 각각 개별적으로 접합된다.

또, 상기 상부 코일 패턴부(10)와, 하부 코일 패턴부(20)의 최내측 끝단의 전극부(10b,20b)는, 해당 양면 패턴 기판(50)의 최내측을 관통하여 형성된 스루 홀(Through Hole)(52)(도 4b 참조)을 통하여 상호 일체로 접합되어 있다.

상기 제1단면 코일 패턴부(30)의 최외측 끝단 전극부(30a)와, 상기 제2단면 코일 패턴부(40)의 최외측 끝단 전극부(40a)는, 각각의 단면 패턴 기판(60)의 최외측을 관통하여 형성된 비아 홀(Via Hole)(62)(도 5b 참조)의 내부에 도전체 금속이 도금 작업에 의해 침투하여 도금층의 반대쪽 기판면에 노출되도록 형성됨에 의해, 상부/하부 코일 패턴부(10,20)의 각 최외측 끝단 전극부(10a,20a)와 접합이 가능하다.

단, 상기 상부의 단면 패턴 기판(60)에 형성된 제1단면 코일 패턴부(30)의 최내측 끝단 전극부(30b)와, 하부의 단면 패턴 기판(60)에 형성된 제2단면 코일 패턴부(40)의 최내측 끝단 전극부(40b)는, 상기 최내측 끝단의 전극부(10b,20b)와 접합되지 않고 상호 분리되어 있다.

이어, 도 4a 내지 도 4d와, 도 5a 내지 도 5d, 도 6a 및 도 6b의 도면을 참조하여 연성 박막형 평판 코일의 제조 공정에 대해 상세히 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 기판의 상부 및 하부에 각각 코일 패턴을 형성하는 공정을 순차적으로 나타내는 도면이고, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 기판의 상부에만 코일 패턴을 형성하는 공정을 순차적으로 나타내는 도면이며, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법에 따라 도 4a 내지 도 4d의 공정에 의해 상부 및 하부에 각각 코일 패턴이 형성된 기판과, 도 5a 내지 도 5d의 공정에 의해 상부에만 코일 패턴이 형성된 기판을 압착 결합하는 공정을 나타낸 도면이다.

우선, 도 4a 내지 도 4d의 도면을 참조하여 기판의 양면에 코일 패턴부를 형성하는 공정에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 규격에 따라 일정한 길이로 폴리이미드 기판을 절단하고, 절단된 폴리이미드 기판을 양면 패턴 기판(50)으로서 가공하기 위해, 해당 기판의 상부 및 하부에 각각 마스크 공정을 수행하여 상부 및 하부 감광막 패턴을 형성하고, 각 감광막 패턴의 전면에 대해 노광을 진행하여 코일 패턴을 형성한다.

여기서, 상기 양면 패턴 기판(50)의 상부에 형성되는 감광막 패턴은 사각형 나선형 코일 패턴의 나선 방향이 정방향을 갖도록 하는 한편, 하부에 형성되는 감광막 패턴은 사각형 나선형 코일 패턴의 나선 방향이 역방향을 갖도록 하는 마스크 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

상기 양면 패턴 기판(50)의 상/하부에 각각 상부 및 하부 감광막 패턴이 형성되면, 도 4b에 도시된 바와 같이 기판의 상부와 하부 간의 전극 연결을 위해, 정밀한 레이저 드릴 머신을 이용하여 해당 양면 패턴 기판(50)의 중앙부의 특정 영역에서 상부면으로부터 하부면까지 연통되도록 스루 홀(Through Hole)(52)을 관통하여 형성하고, 관통된 홀 내부의 스미어 제거(De-Smear) 공정을 수행한다.

상기 양면 패턴 기판(50)에 스루 홀(52)이 관통 형성되면, 도 4c에 도시된 바와 같이 해당 양면 패턴 기판(50)의 상부 및 하부와, 상기 스루 홀(52) 내부까지 무전해 방식으로 구리(Cu) 도금을 수행하여 도금층이 형성되도록 한다.

여기서, 본 발명에서는 상기 양면 패턴 기판(50)에 구리를 도금한 도금층을 형성하는 것을 일예로 설명하고 있지만, 도전체 금속으로서 구리 대신에 은(Ag)을 도금하는 것도 얼마든지 가능하다.

상기 양면 패턴 기판(50)의 상부 및 하부, 스루 홀(52) 내부까지 구리 도금층이 형성되면, 도 4d에 도시된 바와 같이 리소그래피(Lithography) 기법 및 습식 에칭(Wet Etching) 기법을 사용하여 해당 양면 패턴 기판(50)의 상부 및 하부에 사각형의 나선형 코일 패턴부(10,20)를 형성하고, 각 상부/하부 코일 패턴부(10,20)의 각 최내측 끝단 전극부(10b,20b)를 상기 스루 홀(52) 내측에 도금 처리된 구리 전극에 의해 일체로 연결한다.

또한, 상기 상부/하부 코일 패턴부(10,20)의 각 최외측 끝단에는, 해당 양면 패턴 기판(50)의 상부 및 하부에 각각 결합되는 단면 패턴 기판(60)의 제1 및 제2단면 코일 패턴부(30,40)에서, 각 최외측 끝단 전극부(30a,40a)와 각각 접합되기 위한 최외측 끝단 전극부(10a,20a)를 형성한다.

그 후, 상기 양면 패턴 기판(50)의 상부 코일 패턴부(10) 및 하부 코일 패턴부(20)에 전반적으로 절연막(PSR)을 증착시키도록 하되, 각 상부 및 하부의 최외측 끝단 전극부(10a,20a)에는 절연막(PSR)을 증착시키지 않고 노출시킨다.

그 다음에, 도 5a 내지 도 5d의 도면을 참조하여 기판의 단면에 코일 패턴부를 형성하는 공정에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 규격에 따라 일정한 길이로 폴리이미드 기판을 절단하고, 절단된 폴리이미드 기판을 단면 패턴 기판(60)으로서 가공하기 위해, 해당 기판의 상부에만 마스크 공정을 수행하여 나선형 코일 패턴의 나선 방향이 역방향이 되도록 감광막 패턴을 형성하고, 해당 감광막 패턴에 대해 노광을 진행하여 코일 패턴을 형성한다.

상기 단면 패턴 기판(60) 상에 감광막 패턴이 형성되면, 도 5b에 도시된 바와 같이 정밀한 레이저 드릴 머신을 이용하여 해당 단면 패턴 기판(60)의 외곽 영역을 상부로부터 하부까지 관통하는 비아 홀(Via hole)(62)을 가공하는 한편, 홀 내면의 스미어 제거(De-smear)를 수행한다.

상기 단면 패턴 기판(60)에 비아 홀(62)이 관통 형성되면, 도 5c에 도시된 바와 같이 해당 단면 패턴 기판(60)의 상부와, 상기 비아 홀(62) 내부까지 무전해 방식으로 구리(Cu) 도금을 수행하여 도금층이 형성되도록 한다.

여기서, 본 발명에서는 상기 단면 패턴 기판(60)에 구리를 도금한 도금층을 형성하는 것을 일예로 설명하고 있지만, 도전체 금속으로서 구리 대신에 은(Ag)을 도금하는 것도 얼마든지 가능하다.

상기 단면 패턴 기판(60)의 상부와, 비아 홀(62) 내부까지 구리 도금층이 형성되면, 도 5d에 도시된 바와 같이 리소그래피 기법 및 습식 에칭 기법을 사용하여 해당 단면 패턴 기판(60)의 상부에 사각형의 나선형 코일 패턴부(30,40)을 형성하고, 상기 비아 홀(62) 내부에 형성된 구리 도금층이 해당 코일 패턴부(30,40)의 최외측 끝단 전극부(30a,40a)로서 작용하게 된다.

그 후, 상기 단면 패턴 기판(60)의 단면 코일 패턴부(30,40)에 전반적으로 절연막(PSR)을 증착시키도록 하되, 단면 코일 패턴부(30,40) 중에서 최외측 끝단 전극부(30a,40a)에는 절연막(PSR)을 증착시키지 않고 노출시킨다.

다음에, 도 6a 및 도 6b의 도면을 참조하여 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바에 따라 형성된 양면 패턴 기판과, 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바에 따라 형성된 단면 패턴 기판을 고정 결합하는 공정에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 상부 및 하부 코일 패턴부(10,20)가 양면에 각각 형성된 양면 패턴 기판(50)을 중심으로 하여, 해당 양면 패턴 기판(50)의 상부에는 하나의 단면 패턴 기판(60)을 해당 단면 코일 패턴부(30)가 상부를 향하도록 결합하고, 그 하부에는 다른 하나의 단면 패턴 기판(60)을 해당 단면 코일 패턴부(40)가 하부를 향하도록 결합하는 공정을 수행한다.

상기 단일의 양면 패턴 기판(50)을 중심으로 각 상부 및 하부에 2개의 단면 패턴 기판(60)이 결합되면, 고온 압착(Hot Press) 공정을 진행하여 각 결합 부위를 고정적으로 압착한다.

상기 단일의 양면 패턴 기판(50)의 상부 및 하부에 각 단면 패턴 기판(60)의 압착 결합이 완료되면, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 기판 결합체의 중심 영역에 원기둥 형상의 자성체(200)가 삽입되어 병진 운동을 수행할 수 있도록 하기 위한 관통 홀(70)을 관통 형성한다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일실시예에 따라 제작된 연성 박막형 평판 코일의 실제 형상을 보여주는 도면이다.

도 7a에 도시된 바에 따르면, 단위 규격의 기판에 다수개의 평판 코일이 제조되어 형성된 것을 보여주는 것으로서, 이를 통해 알 수 있듯이 본 발명에 따른 연성 박막형 평판 코일을 각각의 제조 공정 별로 많은 양을 한꺼번에 처리하는 것이 가능하기 때문에 대량 생산이 가능하다.

도 7b에 도시된 바에 따르면, 도 7a에서 보여지는 다수의 평판 코일 중에서 어느 하나의 평판 코일을 확대하여 그 구조를 상세히 보여주기 위한 것으로서, 동 도면에서 알 수 있듯이 각 단위별 평판 코일은 다수 층의 나선 형상이 사각 형상으로 나열되어 형성된 구리 패턴 형상을 갖추고 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10:상부 코일 패턴부 20:하부 코일 패턴부
30,40:단면 코일 패턴부 50:양면 패턴 기판
52:스루 홀(Through Hole) 60:단면 패턴 기판
62:비아 홀(Via Hole) 100:평판 코일
200:자성체

Claims (20)

1. 박막형 기판 상에 다각형의 나선 형상을 갖도록 형성된 각 단위별 도전체 패턴 코일이 다적층으로 이루어지되,
   상기 박막형 기판은, 상부 및 하부의 양면에 각각 상부 및 하부 도전체 패턴 코일이 형성된 양면 패턴 기판과, 상부에만 단면 도전체 패턴 코일이 형성된 단면 패턴 기판을 포함하고,
   양면에 2개의 도전체 패턴 코일을 갖는 단일의 양면 패턴 기판을 중심으로, 상기 양면 패턴 기판의 상부 및 하부에, 각각 1개의 도전체 패턴 코일을 갖는 2개의 단면 패턴 기판이 다적층의 기본 세트로서 적용되는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 박막형 기판 상의 도전체 패턴 코일은 사각형의 나선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 단일의 양면 패턴 기판과 2개의 단면 패턴 기판이 결합된 기본 세트가 다수개로 반복적으로 적층되어 다적층을 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 양면 패턴 기판에 각각 형성된 상부 도전체 패턴 코일과 하부 도전체 패턴 코일은, 양면 패턴 기판의 중심부 특정 영역이 관통 형성된 스루 홀(Through Hole)을 통해 각 최내측 끝단의 전극부가 상호 접합되어 있고,
   상기 상부 도전체 패턴 코일과 하부 도전체 패턴 코일의 각 최외측 끝단 전극부는, 상기 단면 패턴 기판의 외곽부 특정 영역이 관통 형성된 비아 홀(Via Hole)을 통해 형성된 단면 도전체 패턴 코일의 최외측 끝단 전극부와 각각 접합되도록 형성된 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 다적층의 도전체 패턴 코일의 중앙부는 관통홀이 형성되어 있고, 자성체의 관통 혹은 근접에 의한 상호 병진 운동과 자성체와의 상호 평행 운동에 의한 자속 밀도 변화로 인해 에너지를 발생하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 병진 운동은 8 ∼ 15㎐ 대역인 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일.
9. 제1박막형 기판의 상부 및 하부 양면에 각각 다각형의 나선형 도전체 패턴 코일을 패터닝하여 형성하는 제1단계와;
   제2박막형 기판의 상부에만 다각형의 나선형으로 단일의 도전체 패턴 코일을 패터닝하여 형성하는 제2단계; 및
   양면에 각각 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 제1박막형 기판을 중심으로, 제1박막형 기판의 상부에 단일의 도전체 패턴 코일이 형성된 상기 하나의 제2박막형 기판을 압착 결합하고, 제1박막형 기판의 하부에 다른 하나의 제2박막형 기판을 압착 결합하는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1단계는, 상기 제1박막형 기판의 상부에 상부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 제1박막형 기판의 하부에 하부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 각각 도전체 금속을 도금하는 단계,
    리소그래피(Lithography) 기법 및 습식 에칭(Wet Etching) 기법을 사용하여 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 각각 상부 및 하부 코일 패턴부를 형성하는 단계 및,
    상기 제1박막형 기판 양면의 상부 및 하부 코일 패턴부 상에 절연막(PSR)을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1단계에서, 감광막 패턴의 형성 단계는 상기 제1박막형 기판의 상부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 정방향으로 형성하고, 하부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 역방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1단계에서, 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부에 도전체 금속을 도금하기 이전에, 상기 제1박막형 기판의 상부 및 하부의 나선형 패턴 코일 최내측 끝단 전극부가 상호 접합이 가능하도록 중심부 특정 영역에 스루 홀(Through Hole)을 관통 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2단계는, 상기 제2박막형 기판의 상부에 상부 도전체 패턴 코일의 형성을 위한 감광막 패턴을 형성하고, 노광을 통해 코일 패턴을 형성하는 단계와,
    상기 제2박막형 기판의 상부에 도전체 금속을 도금하는 단계,
    리소그래피 기법 및 습식 에칭 기법을 사용하여 상기 제2박막형 기판의 상부에 코일 패턴부를 형성하는 단계 및,
    상기 제2박막형 기판 상부의 코일 패턴부 상에 절연막(PSR)을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 감광막 패턴의 형성 단계는 상기 제2박막형 기판의 상부에 다각형의 나선형 패턴 코일을 정방향으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 제2박막형 기판의 상부에 도전체 금속을 도금하기 이전에, 상기 제1박막형 기판 양면에 형성된 상부 도전체 패턴 코일과 하부 도전체 패턴 코일의 각 최외측 끝단 전극부가 상기 제2박막형 기판의 최외측 끝단 전극부와 각각 접합되도록, 외곽부 특정 영역에 비아 홀(Via Hole)을 관통 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
16. 제 9 항에 있어서,
    상기 제3단계 이후에, 상기 제1박막형 기판 및 제2박막형 기판의 압착 결합에 의한 평판 코일의 중앙부에 자성체의 관통 혹은 근접에 의한 상호 병진 운동과 자성체와의 상호 평행 운동에 의한 자속 밀도 변화로, 에너지 발생이 가능하도록 하는 관통 홀을 관통 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 병진 운동은 8 ∼ 15㎐ 대역인 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
18. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1단계 및 제2단계에서, 상기 제1박막형 기판 및 제2박막형 기판 상에 각각 형성된 도전체 패턴 코일은 사각형의 나선 형상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
19. 제 9 항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 양면에 2개의 도전체 패턴 코일을 갖는 단일의 제1박막형 기판을 중심으로, 상기 단일의 제1박막형 기판의 상부 및 하부에, 각각 1개의 도전체 패턴 코일을 갖는 2개의 제2박막형 기판이 다적층의 기본 세트로서 적용되는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제3단계에서, 상기 단일의 제1박막형 기판과 2개의 제2박막형 기판이 결합된 기본 세트가 다수개로 반복적으로 적층되어 다적층의 평판 코일 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 전력 발생용 연성 박막형 다적층 평판 코일의 제조 방법.

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