KR101399835B1 - 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속재질로 이루어진 무선통신기기 케이스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 케이스의 기설정된 영역인 절연영역을 양극산화하여 절연체 또는 유전체로 만드는 절연단계와; 상기 절연영역에 안테나 패턴을 형성하는 패턴형성단계;를 포함한다.

Description

무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스{Method of manufacturing case for mobile device and case for mobile device manufactured by the same method}

본 발명은 무선통신기기 케이스의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 무선통신기기 금속케이스의 특정 영역을 절연체로 만들고, 이 특정 영역에 안테나 패턴을 형성함으로써 무선통신기기의 전파 수신율을 향상시킬 뿐만 아니라 표면에 다양한 무늬와 색상을 표현할 수 있는 무선통신기기 케이스의 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신 케이스에 관한 것이다.

최근 디지털 이동통신기기가 폭발적으로 보급되고 있고, 또한 소형화, 경량화, 부가적인 기능화, 디자인화 등의 추세를 보이고 있는 PC나 휴대폰, 디지털 기기의 급속한 보급은 기기의 외장재에 대한 변화를 끊임없이 요구하고 있는 추세이다.

이러한 기기의 외장재 발전과 함께 전파의 송·수신율, 패션화, 전자파 장해의 위협 등이 더욱 높아지고 있다. 전파란 소리에도 진동이 있어 공중을 날아가는데 에너지는 존재하지 않으며 전기에는 전파가 있는데 에너지가 존재하며, 전계와 자계로 형성되어 있다. 전자파에서 적외선 이상의 파장을 가진 것을 전자파라고 하며 전기 통신 분야에서는 꼭 필요하다.

전파도 전자파의 일부분으로서 전자파는 3THz(테라 헤르쯔)이하의 주파수를 말합니다. 이러한 전자파 장해는 컴퓨터(Computer)의 오동작에서부터 공장의 전소 사고에 이르기까지 다양하게 나타나고 있으며, 나아가 전자파가 인체에 부정적인 영향을 미치는 연구 결과가 속속 발표되면서 건강에 대한 우려와 관심도 높아지고 있는 가운데, 전자파 장해에 대한 규제 강화와 대책 마련에 부심하고 있는 실정이다. 따라서, 다양한 전자전기 제품에 대한 전자파 차폐기술은 일렉트로닉스(Electronics) 산업의 핵심 기술 분야로 떠오르고 있다.

전자파 차폐 기술은 크게 두 가지 방법으로 대별할 수 있는데, 전자파 발생원 주변을 차폐하여 외부 장비를 보호하는 방법과 차폐 물질 내부에 장비를 보관하여 외부의 전자파 발생원으로부터 보호하는 방법이 있다. 이러한 목적으로 가장 각광을 받고 있는 방법이 전자파 차폐 재료에 의한 것이다.

한편, 금속 재료는 전자파를 반사시키는 반면, 플라스틱(Plastic) 등 절연재료는 전자파를 통과시킨다. 금속 내로 전자파는 들어가지 않고, 전자파를 차폐하는 것은 널리 알려져 있는데, 전기 도체에 전자파가 닿으면 일부는 흡수통과하지만 대부분 표면에서 반사된다. 이것은 전자파가 도체에 닿으면 도체 내에 전자 유도(Electromagnetic Induction)에 의해 와전류(Eddy Current)가 생기고, 이것이 전자파를 반사하기 때문이다.

이러한 금속의 전자파 반사는 전파의 수신과 전자파의 차폐(Shield)성과의 양면성을 가지게 된다. 기존의 생산되는 휴대용 무선 통신 기기의 외장재로 전파의 반사로 수신에 문제가 발생하여 내장 안테나 부위에 금속 외장재를 오려내어 전파를 수신할 수 있도록 한다.

전자파 실드(Shield)에는 알루미늄과 같은 전도율(Conductivity)이 크고, 철판과 같이 유전율(Dielectric)이 큰 재료로 감싸 차폐(Shield)하는 것이 효과적이다. 전기·전자기기의 하우징(Housing)으로서 사용되는 플라스틱(Plastic)은 절연체이며 전자파는 빠져나간다. 그러나 이러한 하우징(Housing)에는 무전해 도금(Electroless Plating)을 비롯한 금속등의 양도체로 표면 처리함으로써 전자파 차폐를 달성할 수 있다.

기존의 휴대용 무선 통신 기기는 회사에 따라서 금속으로 내장 전자파 실드(Shield)를 하고 외장재로 플라스틱을 사용하거나 외장에 알루미늄제를 사용하여 수신에 문제가 발생하는 현상을 내장 안테나의 금속 부위 부분 외장재를 오려내어 전파를 수신할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 경우, 무선통신기기의 케이스의 재질은 플라스틱으로 하거나, 금속으로 하더라도 일부분을 오려내야 한다는 문제가 있다.

대한민국등록특허공보 제10-0910161호(2009.07.30.) 대한민국공개특허공보 제10-2013-0015535호(2013.02.14.)

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 금속재질의 케이스를 사용하면서도 전파 수신율이 좋은 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 금속 케이스의 외면에 다양한 무늬와 색깔을 표현할 수 있는 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스를 제공하는 것이다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 금속재질로 이루어진 무선통신기기 케이스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 케이스의 기설정된 영역인 절연영역을 양극산화하여 절연체 또는 유전체로 만드는 절연단계와; 상기 절연영역에 안테나 패턴을 형성하는 패턴형성단계;를 포함하는 무선통신기기 케이스의 제조방법을 제공한다.

여기서, 상기 케이스는 상기 안테나 패턴이 형성되는 내면 및 외부로 노출되는 외면을 가지며, 상기 절연단계는 상기 절연영역에 대응하는 상기 케이스의 상기 내면을 양극산화하여 제1다공층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 안테나 패턴은 상기 제1다공층에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 절연단계는 상기 절연영역에 대응하는 상기 케이스의 상기 외면을 양극산화하여 제2다공층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

아울러, 상기 무선통신기기 케이스의 제조방법은 상기 절연단계 이전에 상기 케이스를 화학연마, 전해연마, 플라즈마 및 열처리 중에 어느 하나 이상을 수행하는 연마단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1다공층의 깊이는 상기 제1다공층의 깊이는 상기 케이스의 두께의 80 내지 85%인 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴형성단계는 상기 제1다공층상에 새도마스크를 설치한 상태에서 금속을 증착하는 단계인 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴형성단계는 상기 제1다공층에 레이저로 안테나 패턴을 패터닝한 후, 전기 및 무전해 도금하여 상기 안테나 패턴을 상기 제1다공층에 형성하는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴형성단계는 상기 제1다공층에 금속 박막층을 형성하는 금속박막층 형성단계와; 상기 금속 박막층에 감광막(Photoresister)층을 형성하는 감광막층 형성단계와; 상기 감광막층에 상기 안테나 패턴 형태를 갖는 마스크(Mask)를 부착하는 마스크 부착단계와; 상기 감광막층에 자외선을 조사하는 노광단계와; 상기 감광막층에 부착된 상기 마스크를 제거하여 상기 안테나 패턴 형태를 갖는 감광막 패턴을 현상하는 마스크 제거단계;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 패턴형성단계는 전도성 잉크(ink)를 사용하는 잉크프린팅(inkjet printing)을 이용하여 상기 제1다공층에 상기 안테나 패턴을 패터닝(Pattering)할 수 있다.

또한, 상기 패턴형성단계는 상기 안테나 패턴이 상기 절연영역에 부착되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 패턴형성단계는 상기 절연영역에 접착제 또는 접착시트가 부착된 후에 상기 안테나 패턴이 상기 절연영역에 부착되는 것을 그 특징으로 한다.

또한, 상기 무선통신기기의 케이스 제조방법은 상기 패턴형성단계에 이어, 상기 절연영역에 해당하는 상기 케이스의 내면에 커버를 결합시켜 상기 안테나 패턴을 상기 절연영역에 일체화시키는 일체화단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 커버는 플라스틱 수지 및 폴리머(polymer) 재질 중에 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 무선통신기기 케이스의 제조방법은 상기 제2다공층을 염색(Dyeing), 전해 착색(Electrocoloring) 또는 도장 처리하는 표면처리단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 의하면, 본 발명은 금속재질로 이루어진 무선통신기기 케이스에 있어서, 상기 케이스의 기설정된 영역이 양극산화 처리된 절연영역을 가지며, 상기 절연영역에 형성되며, 전파를 수신하는 안테나 패턴을 포함하는 무선통신기기 케이스를 제공한다.

여기서, 상기 케이스는 내면 및 외면을 가지며, 상기 절연영역에 해당하는 상기 케이스의 내면은 제1다공층이 형성되고, 상기 안테나 패턴은 상기 제1다공층상에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 무선통신기기 케이스는 상기 절연영역에 해당하는 상기 케이스의 내면에 결합하여 상기 안테나 패턴을 상기 절연영역에 일체화시키는 커버;를 더 포함할 수 있다.

아울러, 상기 커버는 플라스틱 수지 및 폴리머(polymer) 재질 중에 어느 하나로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 케이스는 상기 절연영역에 대응하는 상기 케이스의 상기 외면을 양극산화하여 형성된 제2다공층을 가지며, 상기 제2다공층은 염색(Dyeing), 전해 착색(Electrocoloring) 또는 도장 처리될 수 있다.

본 발명에 따른 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 금속 케이스를 사용하면서도 무선통신기기의 전파 수신율이 좋다는 이점이 있다.

둘째, 안테나를 금속 케이스에 일체화하므로, 전자부품을 위한 공간을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 무선통신기기를 소형화할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 금속 케이스의 외면에 다양한 무늬와 색깔을 표현할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신기기 케이스의 제조방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 케이스의 외면 및 내면을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 케이스의 절연영역에 안테나 패턴이 형성된 상태를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 양극산화 처리된 절연영역의 여러 가지 모양을 나타낸 도면.
도 5(a)는 케이스의 표면을 평탄하게 하기 위해 화학연마 한 후 양극산화 처리한 홈 모양의 전자현미경(SEM) 사진이고, 도 5(b)는 플라즈마 처리한 후 양극산화 처리한 홈 모양의 전자현미경(SEM) 사진.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 케이스의 일부분이 마스킹 처리된 상태도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 양극산화장치를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 양극산화 처리된 절연영역을 확대한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 졀연영역의 다공층을 확대한 도면.
도 10은 다공층에 금속 박막층이 형성된 상태를 나타낸 단면도.
도 11은 도 10의 금속 박막층에 감광막층이 형성된 상태를 나타낸 도면.
도 12는 다공층상에 안테나 패턴이 형성된 상태를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 패턴에 커버가 결합된 상태를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 절연영역에 안태나 패턴 및 커버가 결합 되는 상태를 나타내는 사시분해도.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 케이스의 내면에 안테나 패턴이 일체화를 위하여 사출된 상태를 나타낸 단면도.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 제2다공층 형성을 위해 양극산화 처리된 케이스 외면의 확대도.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신기기의 다양한 케이스 외면을 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따라 양극산화 처리된 케이스의 외면 및 내면을 나타내는 단면도.
도 19(a)는 실시예1에 따라 양극산화 처리된 절연영역의 다공층의 전자현미경 사진이고, 도 20(b)는 도 20(a)를 2배 확대한 사진.
도 20은 매질의 종류에 따른 전파 수신율을 측정한 실험데이터.

일반적으로, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 티타튬(Ti) 등의 비철금속재(nonferrous)는 대기 중에서 공기 중의 수분과 높은 반응성에 의해 자연적으로 얇은 산화층을 형성한다. 그러나, 이러한 자연 산화층은 그 두께가 매우 얇거나 구조가 치밀하지 못하여 해당 비철금속재료를 마모환경이나 부식 환경으로부터 보호하는 보호층으로서의 역할을 수행하기 어렵다. 따라서 이러한 비철금속재료의 표면성질 개선을 통해 해당 재료를 보호할 목적으로 여러 가지 방법을 이용하여 표면에 산화층을 형성한다.

전기화학적인 방법인 양극산화법은 주로 황산용액을 전해액으로 사용하여 알루미늄 표면에 전기를 인가하여 전기화학적으로 양극산화막(산화 알루미늄 다공층)을 형성시키는 방법이다.

마그네슘(Mg)은 알루미늄의 양극산화와 다르게 전해액이 알칼리(Alkalinity)용액에서만 양극산화가 되고, 산화 다공층이 수직으로 성장하는 것이 아니라 수평으로 형성된다. 티탄늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf)은 외장재로 사용하기에는 가격이 고가이고 무거운 금속으로 외장재로 사용하기에는 제약이 있다.

위와 같은 양극산화법으로 형성된 양극산화막은 기계적 특성이나 전기적, 화학적 특성이 우수하여 건축분야, 기계분야, 자동차산업, 항공산업용을 비롯하여 휴대용단말기 등 적용 분야가 매우 다양하다.

한편, 모든 전기·전자 무선 통신 기기는 통신을 위해 안테나를 가지며, 특히, 2 ~ 18개의 다양한 안테나가 들어간다. 이러한 안테나는 외장형과 내장형으로 구분된다. 최근에는 내장형으로 1개의 안테나로 여러 주파수를 커버하는 멀티밴드(Multiband) 안테나를 사용하여 안테나의 수를 줄일 수 있다. 이러한 기술개발로 내장용 안테나를 패터닝(Patterning)하여 몰드(Mold)화 함으로써 외장재에 일체화하고 있다.

또한, 최근의 전기·전자 무선 통신 기기는 디자인(Design)을 위하여 감성적(Sensitive) 표현 및 무공해(Pollution-free) 표면처리를 요구하므로 기존의 플라스틱화 되어 있는 외장재를 알루미늄제를 사용하여 다양한 색깔과 무늬표현, 무공해, 감성촉감의 표면처리 방법인 아노다이징(Anodizing)을 요구하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스의 실시 예를 설명한다.

도 1 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신기기 케이스의 제조 방법을 설명한다. 본 실시예에 따른 무선통신통신기기 케이스의 제조방법은 성형단계(S10), 연마단계(S20), 마스킹단계(S30), 절연단계(S40), 패턴형성단계(S50), 일체화단계(S60) 및 표면처리단계(S70)를 포함한다.

우선, 전처리과정으로써 알루미늄과 같은 금속 재료로 구성되는 무선통신기기 케이스(10)를 원판가공(CNC), 프레스(Press), 단조(Forging), 주조(Casting), 다이캐스팅(Diecasting) 등의 성형공법으로 성형하는 성형단계가 수행된다(S10). 여기서, 금속 재료는 가공성(Machining), 강도성(Strength), 성형성(Forming) 및 양극산화(Anodizing)가 가능한 재료가 사용되며, 특히, 주조(Casting), 다이캐스팅(Diecasting)의 성형공법에 사용되는 금속재료는 양극산화(Anodizing)가 가능한 저 실리콘(Al-5wt%Si 이하) 알루미늄합금(Al Alloys)인 것이 바람직하다.

다음으로, 무선통신기기 케이스(10)의 표면, 즉, 외면(11) 또는/및 내면(12)을 전해연마(Electropolishing), 화학연마(Chemicalpolishing), 플라즈마(Plasma) 또는 열처리(Heat Treatment)를 수행하여 평탄하게 하는 연마단계가 수행될 수 있다(S20). 예를 들면, 산 용액 속에서 알루미늄을 전기적으로 산화시키면 산소와 알루미늄이 결합하여 알루미나(Al₂O₃)의 다공층(40a, 40b)이 형성된다. 이때, 산화가 일어나는 알루미늄은 양극으로 사용되므로 이 공정을 “양극산화(Anodizing)”라고 부른다. 이렇게 형성된 알루미나 다공층(40a, 40b)은 산 용액에 의해서 부식되어 식각이 일어나게 되는데, 양극산화의 속도보다 식각(Etching)의 속도가 더 빠르게 되면 알루미늄의 표면을 연마(Polishing)하는 효과를 가져 온다. 이러한 현상을 "전해연마(Electropolishing)"라고 부르며 양극산화를 하기 위한 전처리 공정이며, 전해연마와 같이 외부 전원을 사용하지 않고 연마액과 연마대상과의 화학반응만으로 연마(Polishing)하는 공정을 "화학연마(Chemicalpolishing)"라고 하며 이 또한 양극산화 전처리 공정으로 연마 공정에서 평탄한 표면으로부터 출발하여 양극산화를 진행해야만 산화 알루미늄 다공층(40a, 40b)의 홈(17a, 17b)의 방향이 나란해지기 때문이다.

도 5를 참조하면, 도 5(a)는 케이스의 표면을 평탄하게 하기 위해 화학연마 한 후 양극산화 처리한 홈 모양의 전자현미경(SEM) 사진이고, 도 5(b)는 플라즈마 처리한 후 양극산화 처리한 홈 모양의 전자현미경(SEM) 사진이다. 도 5(a)의 경우에, 홈(17a)의 크기가 대략 50nm 이고 홈(17a)의 모양이 원형으로 볼 수 없을 정도로 불규칙하고 홈(17a)이 드물게 존재하였다. 반면에, 1 KeV로 플라즈마 전처리 한 도 5(b)의 경우에, 홈(17a)의 크기가 대략 100nm 이고, 모양도 원형에 가까우며 표면에 고르게 형성되었다. 이것은 플라즈마에 의한 시료의 평면이 식각에 의해 평탄해 지고, 또 아르곤이온이 알루미늄과 충돌하여 표면 개질이 되었다.

한편, 열처리효과는 판상 알루미늄의 결정 입계에 의한 영향을 줄여서 기공의 배열을 균일하게 한다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 무선통신기기 케이스(10)의 내면(12)에 절연체 또는 유전체로 만들 절연 영역(13)을 디자인하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 마스킹(Masking) 액으로 마스킹(Masking) 면(14)을 형성하는 마스킹단계가 수행된다(S30).

다음으로, 무선통신기기 케이스(10)의 기설정된 영역(즉, 절연영역(13))을 양극 산화하여 절연체 또는 유전체로 만드는 절연단계가 수행된다(S40). 이 절연단계는 무선통신기기 케이스(10)의 내면(12)을 양극산화시켜서 절연영역(13)에 해당하는 케이스(10)의 내면(12)에 다공층(40a)을 형성하는 단계(S42)를 포함하며, 또한, 무선통신기기 케이스(10)의 외면(11)을 양극산화시켜서 절연영역(13)에 해당하는 케이스(10)의 외면(11)에 다공층(40b)을 형성하는 단계(S72)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도 7을 참조하여 알루미늄 재질 케이스(10)의 내면(12)의 절연영역(130)이 양극산화 처리되는 과정을 설명하면, 케이스의 내면(12)을 양극(Anode)에 연결하고 전해액(Electrolyte)에 넣은 후, 전해(Electrolysis)하여 양극(Anode)에서 발생하는 산소(O₂)에 의하여 금속과 밀착력을 갖는 산화피막(Oxide)을 형성한다. 이를 양극산화처리법(Anodizing)이라고 하는데, 양극산화처리법에는 황산(Sulfuric acid), 인산(Phosphoric acid), 수산(Oxalic acid), 수산혼합, 크롬(Chrome)산 외에 각종의 무기산(Mineral acid), 유기산(Organic acid), 방향족설폰산(Aromatic sulfonic acid), 알코올(Alcohol) 등을 혼합 또는 첨가한 전해액(Electrolyte)에서 케이스(10)의 내면(12)을 양극(Anode)으로 하여 통전하면 음극(Cathode)에서 수소 기체(H₂)가 발생하고 양극(Anode)에서는 산소 기체(O₂)가 발생한다. 이때, 산소 기체(O₂)가 케이스(10)의 내면(12)과 반응하여 표면에 금속과 밀착력을 갖는 산화 알루미늄(Al₂O₃) 다공층(40a)이 형성된다.

이렇게 양극산화 공정으로 형성된 산화 알루미늄 다공층(40a)은 나노미터(nm) 크기의 홈(17a)들을 가진다. 이 산화 알루미늄 다공층(40a)의 홈(17a) 지름 및 홈(17a) 간의 간격은 수-수백 나노미터(nm) 범위이며, 양극산화의 전압, 용액의 종류, 농도 및 온도 등을 변화시키면 재현성 있게 조절할 수 있다. 또한, 홈(17a)의 깊이는 양극산화의 시간에 비례하는데, 수백 마이크론(㎛)의 깊은 홈(17a)도 만들 수 있어서 길이/지름의 비가 큰 구멍을 쉽게 얻을 수 있다. 이때, 다공층(40a)의 홈(17a)의 깊이는 50-700㎛인 것이 바람직하며, 홈(17a)의 깊이는 케이스(10) 두께의 80% 내지 85%인 것이 바람직하다.

또한, 전류 파형의 영향에 대한 변화로 산화 알루미늄 다공층(40a) 두께 제어도 가능하며, 초고속 양극산화법인 50A/dm²이상으로 전류를 가하기도 한다. 이와 같이, 케이스(10)의 내면(12)의 절연영역(13)을 산화 알루미늄 다공층(40a)으로 형성하면 비전도성의 절연체를 형성하여 전파가 통과하며, 베리어(barrier)층(16a)라고 불리는 알루미나층의 두께는 정확하게 구멍 간의 벽의 두께의 절반이 되는데, 이는 베리어층(16a)의 두께는 양극산화에 사용된 전압에 비례하며 1V당 1.3-1.4 나노미터(nm)의 두께를 가지기 때문이다. 따라서 케이스 내면(12)의 산화 알루미늄 다공층(40a)을 형성하기 위한 양극산화의 사용전압은 최소 50V 이상이며 고전압인 1,000V까지 사용한다.

앞에서는 케이스(10)의 내면(12)에 다공층(40a)을 형성하는 방법에 대하여 설명하였지만, 이 방법이 케이스(10)의 외면(11)에 다공층(40b)을 형성하는 방법에 적용될 수 있음은 물론이다.

다음으로, 무선통신기기 케이스(10) 내면(12)에 형성된 다공층(40a)상에 안테나 패턴(20)을 형성하는 패턴형성단계가 수행된다(S50).

도 10 내지 12를 참조하면, 절연단계(S40)에서 양극산화로 만들어진 다공층(40a)은 나노(Nano) 구조를 만드는 틀로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 그 자체로도 나노(Nano) 구조물로 활용될 수 있고, 그 속에 들어 있는 나노(Nano) 물질과 함께 사용되기도 한다. 여기서, 다공층(40a)은 자기 정렬에 의하여 특정한 구조가 반복되는 형태를 가지므로, 나노(Nano) 기술의 중요한 나노 패터닝(Nano-patterning)이 가능하다. 다공층(40a)은 단단한 구조를 가진 무기재료(Ceramic)이므로 이를 기반으로 한 나노(Nano) 소자의 제작이 용이하므로 다공층(40a)의 많은 수직 구멍을 이용하여 2차 구조를 제어하여, 리소그래피 기판으로 활용하며, 다양한 형태의 센서로도 사용한다.

이러한 패턴형성단계(S50)는 금속박막층 형성단계(S51), 감광막층 형성단계(S52), 마스크 부착단계(S53), 노광단계(S54) 및 마스크 제거단계(S55)를 포함할 수 있다.

금속박막층 형성단계(51)는, 도 10에 도시된 바와 같이, 전기(Electro) 및 무전해(Electroless) 도금법(Plating), 증착법(Sputtering) 등 다양한 방식으로 산화 알루미늄 다공층 상에 원하는 두께로 도금(Plating) 또는 전도성 잉크프린팅(Inkjet printing), 증착(Sputtering)하여 금속 박막층(18)을 형성하는 단계이다. 이때, 금속박막층 형성단계(S51)에서 사용되는 금속은 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni) 등을 포함할 수 있다.

감광막층 형성단계(S52)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 금속박막층 형성단계(S51)에서 형성된 금속 박막층(18) 위에 스핀 코팅법(Spin coating)을 이용하여 감광막(Photoresister)층(19)을 형성한 후, 소프트 베이킹(Soft baking) 과정을 통하여 감광막(Photoresister)층(19)을 경화시키는 단계이다.

마스크 부착단계(S53)는 감광막층 형성단계(S52)에서 형성된 감광막층(19) 상에 안테나 패턴(Pattern)(20)을 갖는 마스크(Mask)를 부착하는 단계이다.

노광단계(S54)는 감광막층(19)에 자외선을 조사하여 노광(Expose)을 실시하는 단계이다. 이때, 마스크(Mask)에 의해 차폐되지 않은 감광막층(19)의 부분은 식각(Eching)된다.

마스크 제거단계(S55)는 감광막층(19)에 부착된 마스크를 제거하여 안테나 패턴(20) 형태를 갖는 감광막 패턴을 현상(Developing)하는 단계이다.

이러한 패턴형성단계(S50)는 다공층(40a)에 별도로 제작된 안테나 패턴(20) 모듈이 부착 또는 접착될 수 있으며, 절연영역(13)에 접착제 또는 접착시트가 부착된 후에 안테나 패턴(20) 모듈이 절연영역(13)에 부착되는 것도 가능하다.

또한, 이러한 패턴형성단계(S50)는 섀도 마스크(Shadow mask) 공정에 의한 방법으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 스테인리스(Stainless) 판으로 패턴(Pattern) 형상에 따라 구멍이 형성된 섀도 마스크를 다공층(40a)상에 부착한 후, 금속을 증착(Sputtering)하고 섀도 마스크(Shadow mask)를 제거한다. 그러면 섀도 마스크(Shadow mask)의 구멍이 형성된 부분에 금속이 증착(Sputtering)되어 안테나 패턴(Pattern)(20)이 형성된다. 이때, 절연체 또는 유전체인 다공층(40a)에는 다양한 형상을 갖는 다수의 안테나 패턴(Pattern)(20)이 만들어질 수 있다.

또한, 이러한 패턴형성단계(S50)는 다공층(40a)에 레이저로 안테나 패턴(20)을 패터닝한 후에 전기 및 무전해 도금함으로써 안테나 패턴(20)을 다공층(40a)에 형성할 수도 있다.

또한, 이러한 패턴형성단계(S50)는 디자인된 안테나 패턴(20)을 전도성 잉크(ink)를 사용하는 잉크프린팅(inkjet printing)을 이용하여 다공층(40a)상에 직접 패터닝(Patterning) 할 수 있다.

다음으로, 안테나 패턴(20)을 케이스(10)의 내부(12)에 일체화시키는 일체화단계가 수행된다(S60).

도 13 내지 15를 참조하면, 일체화단계(S60)는 안테나 패턴(20)이 케이스(10)의 내면(12)에 형성되거나, 기존의 만들어진 안테나 패턴(20)을 무선통신기기 케이스(10)의 내부(12)에 안착시킨다. 이렇게 형성 또는 안착된 안테나 패턴(20)을 프레스(Press), 사출 성형(Injection Molding)을 위한 형틀(Mold)에 놓고, 플라스틱(Plastic) 수지 또는 폴리머(Polymer)로 이루어진 커버(30)를 형틀(Mold)에 주입(Injection)하여 일체화를 형성함과 동시에 무선통신기기의 케이스(10) 내부(12)에 안테나 패턴(20)을 결합시킨다. 여기서, 안테나 패턴(Pattern)(20)이 케이스(10)의 내면(12)에 만들어지면, 플라스틱(Plastic) 수지로 구성되는 커버(Cover)(30)와 케이스(10)의 내면(12)에 형성된 안테나 패턴(20) 간에 약 100도 내지 200도 온도 범위에서 50kg/cm²에서 200kg/cm²의 압력으로 약 30분에서 1시간 핫 프레스(Hot-press)를 통해 일체화 만드는 것도 가능하다.

도 12를 참조하면, 별도로 제작된 안테나 패턴(20)을 부착하기 위하여 케이스(10)의 내면(12)의 다공층(40a)을 크기에 맞게 식각하여 별도로 제작된 안테나 패턴(20)을 부착한다. 그리고 위와 같은 조건으로 케이스(10)의 내면(12)과 일체화할 수 있다.

도 13을 참조하면, 안테나 패턴(20)은 케이스(10)의 내면(12)과 일체화하기 위해 사출 성형(Injection Molding)하기 위한 성형 틀(Mold)에 놓여 진다. 그리고 주형(Mold)에 용융된 플라스틱(Plastic) 수지가 주입구(Gate)를 통해 주입(Injection)되면 플라스틱 수지가 응고되면서 케이스(10)의 내면(12)에 접합하여 일체화가 된다. 이때 접합이 잘 되게 하기 위하여 주형(Mold) 및 케이스(10)를 가열할 수 있다.

이렇게 만들어진 안테나 패턴(Pattern)(20)이 내장되어 일체화가 된 무선통신기기 케이스(10)의 내면(12)에 안테나 패턴(20)이 견고하게 안착 될 수 있다. 또한, 안테나 패턴(20)을 형성할 때 기존의 제작된 안테나 패턴(20)을 다공층(40a)에 접착하여 일체화를 형성하거나 직접 다공층(40a)에 판상의 금속 전극층을 사용하여 패터닝(Patterning)하여 안테나 패턴(Pattern)(20)을 형성하기 때문에 복잡한 과정 없이 한꺼번에 다량의 안테나 패턴을 빠르게 생산할 수 있는 장점이 있다

그러나, 절연영역(13)에 대응하는 케이스(10)의 외면(11)은 색깔 등의 표면처리를 위한 케이스(10)의 외면(11)을 양극산화시켜서 다공층(40b)의 홈(17b)을 형성하며, 이때 홈(17b)의 깊이를 5-100마이크론의 형성하며 염색(Dyeing), 전해 착색(Electrocoloring) 또는 도장 등의 표면처리(Surface treatment) 한다.

다음으로, 케이스(10)의 외면의 표면을 처리하는 표면처리(Surface Treatment)단계가 수행된다(S70). 이러한 표면처리단계(S70)는 무선통신기기 케이스(10)의 외면(11)을 양극산화시켜서 다공층(40b)을 형성하는 단계(S72)와, 이 다공층(40b)을 염색(Dyeing) 또는 전해 착색(Electrocoloring)하여 색깔 등의 표면 처리를 하는 단계를 포함할 수 있다(S74). 이때, 형성된 홈(17b)의 깊이는 케이스(10) 두께의 15% 내지 20%인 것이 바람직하다.

도 16 및 17을 참조하면, 표면처리 단계(S70)는 마스킹(Masking)한 부분을 제거하고 케이스(10)의 외면(11)에 양극산화를 하여 여러 가지의 다양한 무늬와 색깔을 표현하는 단계이다. 이때, 케이스(10)의 외면(11)의 양극산화는 염색(Dyeing) 등의 장식 목적이 주가 되므로 황산(Sulfuric acid)수용액에서 산화시켜서 제2다공층(40b)을 만들어 제2다공층(40b)의 홈(17b)으로 염료(Dye)를 넣어서 여러 가지의 다양한 색깔을 착색 후 실링(Sealing) 처리한다.

이하, 도 2 내지 19를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 무선통신기기 케이스를 설명한다. 본 실시예에 따른 무선통신기기의 케이스는 케이스(10)의 기설정된 영역이 양극산화 처리되어 다공층(40a)이 형성된 절연영역(13)을 가지며, 절연영역(13)의 다공층(40a)에 설치 또는 형성되어 전파를 수신하는 안테나 패턴(20) 및 커버(30)를 포함한다.

우선, 금속 케이스에 전자파가 닿으면 일부는 흡수통과하지만 대부분 표면에서 반사된다. 이것은 전자파가 도체에 닿으면 도체 내에 전자 유도(Electromagnetic Induction)에 의해 와전류(Eddy Current)가 생기고, 이것이 전자파를 반사하기 때문이다. 따라서, 본 실시예에 따른 무선통신기기 케이스는 전파가 통과할 수 있도록 케이스(10)의 절연 영역(13)의 다공층(40a)을 절연체 또는 유전체로 만들고, 이 다공층(40a)에 안테나 패턴(20)을 형성하여 전파의 수신율을 향상시킨다.

케이스(10)는 알루미늄 등과 같은 금속 재질로 무선통신기기 본체와 결합하는 내면(12) 및 외부환경에 노출되는 외면(11)으로 이루어지며, 이러한 케이스(10)는 기설정된 영역이 양극산화 처리되어 절연체 또는 유전체로 변환되는 절연영역(13)을 가진다. 즉, 케이스(10)의 내면(12)만을 양극산화 처리하거나, 내면(12) 및 외면(11)을 함께 양극산화 처리하여 절연영역(13)을 형성할 수 있다.

안테나 패턴(20)은 외부로부터 전파를 수신하기 위한 것으로, 케이스(10)에 형성된 절연 영역(13)에 설치 또는 형성된다. 이러한 안테나 패턴(20)이 설치 또는 형성되는 방법에 대해서는 전술한 바와 같으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

커버(30)는 절연영역(13)에 부착되어 절연영역(13)에 대응하는 케이스의 내면(12)과 안테나 패턴(20)을 일체화하기 위한 것으로, 플라스틱 수지(Resin) 또는 폴리머(Polymer) 재질인 것이 바람직하다. 여기서, 일체화하는 과정은 전술한 바와 같으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 18은 본 발명의 일실시예에 따라 양극산화 처리된 케이스의 외면 및 내면을 나타내는 단면도이다. 도 18을 참조하면, 케이스(10)의 내면(12)에는 다공층(40a)가 형성되며 케이스(10)의 외면(11)에는 다공층(40b)가 형성된다. 또한, 다공층(40a)의 베리어층(16a)와 다공층(40b)의 베리어층(16b)은 서로 겹치거나 접하게 형성되어 있다. 이 경우에 배리어층(16a)과 베리어층(16b) 사이에는 금속(15)들이 형성될 수 있으나, 이 금속(15)들은 케이스(10)의 수평방향으로 나란하게 이격되어 있기 때문에 금속(15)과 금속(15) 사이로 전파 수신이 가능하므로, 금속 재질의 케이스(10)를 사용하면서도 전파 수신율을 향상시킬 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

먼저, 크기 120mm x 70mm인 알루미늄제(6063-AlMg0.7Si) 압출 재를 가공을 하여 1mm 두께의 전기·전자 무선 통신 기기의 알루미늄제 외장재를 만들었다. 이때, 절연영역(양극산화 처리된 다공층(40a))인 부분은 0.8mm을 가공하여 0.2mm 두께로 만들었다. 가공이 완료된 후 시편을 아세톤에 담근 후 초음파 세척을 하고 탈 이온수에서 세척하였다.

시편 전 처리 방법은 전 처리의 초기 조건이 양극산화시 다공층(40a) 홈(17a)의 직경 및 길이에 영향을 미치기 때문에 시편을 1KeV로 10분간 플라즈마로 전처리를 하였다.

그 다음에 3% 수산욕(옥살산)에서 300V 직류 펄스(puls)전원으로 2시간 동안 시행하여 다공층(40a)의 홈(17a) 깊이 180㎛을 형성하였다.

1차 양극산화된 시편을 크롬산(chromic acid 1.8w%)과 인산(phosphoric acid 6w%)을 섞은 100mL의 용액이 든 비이커에 시편을 넣고, 60℃로 유지하면서 40분간 자석 교반하여 다공층(40a)을 용해시켰다.

그리고 시편을 다시 1차 양극산화 조건으로 2차 양극산화를 시행하였다.

1, 2차 양극산화 공정이 끝난 다음에는 다공층(40a)의 홈(17a)을 확장하기 위해서 100ml의 인산이 든 비커에 담그고 60℃에서 자석 교반 하면서 30분간 홈(17a) 확장을 하였다.

다음에는 수세, 건조 후 다공층(40a)에 새도 마스크를 이용한 스퍼터링법을 이용하여 구리(Cu)를 10㎛ 두께로 구리를 증착하였다. 이렇게 증착시 홈(17a)에 증착 부착력을 높이기 위하여 수직에서 5-20 각도를 주어서 증착을 하면 결국 다공층(40a)의 홈(17a)이 증착 공정에서 고정(anchoring) 역할을 하므로 부착력을 증가시켜준다.

안테나 페터링 회로 설계는 기존의 전기·전자 무선 통신 기기의 내장 안테나 회로 설계를 바탕으로 새도 마스크에 패턴을 형성하였다. 이때, 내장 안테나 패턴(20)은 근거리 무선통신(NFC), 블루투스, 와이파이, GPS, RFID, 초 광대역 무선통신(ultra-wide band) 등의 안테나 패턴으로 평면 역 F형 안테나(PIFA : Planar Inverted F Antenna) , 역 F형 안테나(IFA : Inverted F Antenna), 칩(chip) 안테나를 포함한다.

안테나 패턴(20)을 만든 다음, 시편과 일체화를 이루기 위하여 폴리머(Polymer) 재료를 사용하여 180 온도에서 160kg/cm²의 압력으로 40분에서 핫 프레스로 접합해 일체화 만들었다

일체화된 시편을 상기의 전 처리공정에서 처리한 마스킹한 부분을 제거한 후에 초음파 세척을 하여 3차 양극산화를 하였다. 3차 양극산화 공정은 1, 2차 양극산화 공정처럼 두꺼운 두게를 요구하지 않고 표면처리를 위한 장식용 양극처리로 20%의 황산욕에 전류밀도 3A/dm², 욕온도 10℃, 40분간하여 40마이크론을 얻었다.

시편의 외면에 양극산화를 한 후에는 수세를 하여 염료를 이용하여 염색(착색)을 하고 착산니켈 8g/l에 붕산 5g/l를 넣고 100℃에서 30분간 실링(봉공)하여 완성하였다.

도 20은 매질의 종류에 따른 전파 수신율을 측정한 실험데이터이다. 이는 공기중에서 전파의 송수신 감도를 측정한 것으로, 사용주파수는 10.5GHz이고 전력비 [dB]은 10log(P관심값/P기준값)을 사용하였다. 도 20을 참조하면, 알루미늄 재질로 된 무선통신기기 케이스의 경우에 공기를 기준으로 전파의 수신신호 상대크기가 0.000208로 거의 전파가 수신되지 않으나, 본 발명의 실시예 1에서와 같이 알루미늄 케이스의 일부가 양극산화되어 형성된 제1다공층에 안테나 패턴을 형성한 경우에는 공기를 기준으로 전파의 수신신호 상대크기가 0.724로 플라스틱(수신신호 상대크기:0.398)에 비해 전파 수신효율이 훨씬 향상되었다.

결과적으로, 본 발명에 따른 무선통신기기 케이스의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 무선통신기기 케이스는, 케이스의 특정 영역을 양극 산화하여 절연체 또는 유전체로 변경함으로써, 금속 재질의 케이스를 사용하면서도 도 20에서와 같이 안테나의 전파 수신율을 좋게 할 수 있고, 금속 재질의 케이스의 외면에 다양한 무늬와 색깔을 표현할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

10: 무선통신기기 케이스 11: 외면
12: 내면 13: 절연영역
14: 마스킹 면 15: 금속
16a, 16b: 베리어층 17a, 17b: 홈
18: 금속 박막층 19: 감광막층
20: 안테나 패턴 30: 커버(Cover)
40a, 40b: 다공층

Claims (19)

1. 알루미늄 재질로 이루어진 무선통신기기 케이스를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 케이스 내면의 기설정된 영역인 절연영역을 양극 산화하여 제1홈 및 상기 제1홈의 둘레에 형성되는 알루미나층인 제1베리어층을 가지는 제1다공층을 형성하고, 상기 절연영역에 대응하는 상기 케이스의 외면을 양극 산화하여 제2홈 및 상기 제2홈의 둘레에 형성되는 알루미나층인 제2베리어층을 가지는 제2다공층을 형성하는 절연단계;및
   상기 제1다공층에 안테나 패턴을 형성하는 패턴형성단계;를 포함하되,
   상기 케이스의 두께 방향으로 상기 제1베리어층과 상기 제2베리어층은 서로 접하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 무선통신기기 케이스의 제조방법은
   상기 절연단계 이전에 상기 케이스를 화학연마, 전해연마, 플라즈마 및 열처리 중에 어느 하나 이상을 수행하는 연마단계;를 더 포함하는 무선통신기기 케이스의 제조방법
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1다공층의 깊이는 상기 케이스의 두께의 80 내지 85%인 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 패턴형성단계는
   상기 제1다공층상에 새도마스크를 설치한 상태에서 금속을 증착하는 단계인 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 패턴형성단계는
   상기 제1다공층에 레이저로 안테나 패턴을 패터닝한 후, 전기 및 무전해 도금하여 상기 안테나 패턴을 상기 제1다공층에 형성하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 패턴형성단계는
   상기 제1다공층에 금속 박막층을 형성하는 금속박막층 형성단계;
   상기 금속 박막층에 감광막(Photoresister)층을 형성하는 감광막층 형성단계;
   상기 감광막층에 상기 안테나 패턴 형태를 갖는 마스크(Mask)를 부착하는 마스크 부착단계;
   상기 감광막층에 자외선을 조사하는 노광단계;및
   상기 감광막층에 부착된 상기 마스크를 제거하여 상기 안테나 패턴 형태를 갖는 감광막 패턴을 현상하는 마스크 제거단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 패턴형성단계는
   전도성 잉크(ink)를 사용하는 잉크프린팅(inkjet printing)을 이용하여 상기 제1다공층에 상기 안테나 패턴을 패터닝(Pattering)하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴형성단계는
    상기 안테나 패턴이 상기 절연영역에 부착되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 패턴형성단계는
    상기 절연영역에 접착제 또는 접착시트가 부착된 후에 상기 안테나 패턴이 상기 절연영역에 부착되는 것을 특징으로 하는 무선통신 외장재의 제조방법.
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선통신기기의 케이스 제조방법은
    상기 패턴형성단계에 이어, 상기 절연영역에 해당하는 상기 케이스의 내면에 커버를 결합시켜 상기 안테나 패턴을 상기 절연영역에 일체화시키는 일체화단계;를 더 포함하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 커버는 플라스틱 수지 및 폴리머(polymer) 재질 중에 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 무선통신기기 케이스의 제조방법은
    상기 제2다공층을 염색(Dyeing), 전해 착색(Electrocoloring) 또는 도장 처리하는 표면처리단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스의 제조방법.
15. 알루미늄 재질로 이루어진 무선통신기기 케이스에 있어서,
    상기 케이스의 기설정된 영역의 내면이 양극 산화되어 형성되는 제1홈과 상기 제1홈의 둘레에 형성되는 알루미나층인 제1베리어층을 가지는 제1다공층과, 상기 기설정된 영역에 대응하는 상기 케이스의 외면이 양극 산화되어 형성되는 제2홈과 상기 제2홈의 둘레에 형성되는 알루미나층인 제2베리어층을 가지는 제2다공층을 가지는 절연영역;을 가지며,
    상기 제1다공층에 형성되며, 전파를 수신하는 안테나 패턴;을 포함하되,
    상기 케이스의 두께 방향으로 상기 제1베리어층과 상기 제2베리어층은 서로 접하는 무선통신기기 케이스.
16. 삭제
17. 청구항 15에 있어서,
    상기 무선통신기기 케이스는
    상기 절연영역에 해당하는 상기 케이스의 내면에 결합하여 상기 안테나 패턴을 상기 절연영역에 일체화시키는 커버;를 더 포함하는 무선통신기기 케이스.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 커버는 플라스틱 수지 및 폴리머(polymer) 재질 중에 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스.
19. 청구항 15에 있어서,
    상기 제2다공층은 염색(Dyeing), 전해 착색(Electrocoloring) 또는 도장 처리되는 것을 특징으로 하는 무선통신기기 케이스.

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