KR100787263B1

KR100787263B1 - Ｒｆｉｄ 태그 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100787263B1
Application number: KR1020060082845A
Authority: KR
Inventors: 다까시 야마가조; 도루 마니와; 마나부 가이
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2007-12-20
Also published as: CN101046854A; TW200737013A; JP4854362B2; EP1840802A1; CN100568270C; TWI329839B; JP2007272264A; US7598873B2; KR20070098420A; US20070229276A1

Abstract

금속에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송신할 수 있고, 게다가 높은 권취 정밀도가 필요하지 않는 루프 안테나 구성의 RFID 태그 및 그 제조 방법을 제공한다. 루프 안테나를 구비한 RFID 태그로서, 평판 형상의 유전체 부재(51)와, 그 유전체 부재의 제1 면과 제2 면에서 소정의 간극을 두고 형성되며, 또한, 그 유전체 부재의 제1 면부터 제2 면까지 각각 연통하는 제1, 제2 루프 안테나 패턴(52, 53)과, 한 쪽의 면에서 제1, 제2 루프 안테나 패턴(52, 53)에 전기적으로 접속하는 IC 칩(54)을 구비하고 있다.

루프 안테나, 태그, 유전체 부재, 간극, IC 칩

Description

ＲＦＩＤ 태그 및 그 제조 방법{RFID TAG AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명의 루프 안테나 구성의 RFID 태그의 분해 사시도.

도 2는 제1 실시예의 RFID 태그의 평면도.

도 3은 제1 실시예의 RFID 태그의 이면도.

도 4는 절연층(도시하지 않음)을 개재하여 본 발명의 RFID 태그를 도전성 물체에 접착한 경우의 등가 안테나 회로를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명의 RFID 태그의 제조 방법 설명도.

도 6은 태그 안테나의 임피던스를 스미스 차트 상에 플롯한 도면.

도 7은　RFID 태그의 등가 회로를 도시하는 도면.

도 8은 주파수를 800㎒∼1.1㎓(1100㎒)의 사이에서 변화시켰을 때의 안테나 게인 특성을 도시하는 도면.

도 9는 종래의 RFID 태그의 안테나 게인 특성으로, 비교하기 위해서 제1 실시예의 안테나 게인 특성을 나열하여 도시하는 도면.

도 10은 종래의 RFID 태그의 평면도 및 이면도.

도 11은 본 발명의 안테나 패턴 설명도.

도 12는 본 발명의 s2를 변경했을 때의 게인 특성, 칩 용량 특성, 태그 안테 나 저항 특성을 도시하는 도면.

도 13은 제1 실시예의 RFID 태그의 효과 설명도.

도 14는 권취 오차와 게인 변화의 대응도.

도 15는 제2 실시예의 루프 안테나 구성의 RFID 태그의 설명도.

도 16은 제2 실시예의 태그 안테나의 임피던스를 스미스 차트 상에 플롯한 도면.

도 17은 주파수를 800㎒∼1.1㎓(1100㎒)의 사이에서 변화시켰을 때의 제2 실시예의 태그 안테나의 안테나 게인 특성을 도시하는 도면.

도 18은　RFID 태그의 문제점 설명도.

도 19는 종래의 RFID 태그의 문제점 설명도.

도 20은 종래의 RFID 태그의 사시도.

도 21은 도 20의 RFID 태그의 도전성 물체에의 접착 설명도.

도 22는 도 20의 RFID 태그를 금속 물체에 접착해도 LSI 칩에 필요한 전력을 공급할 수 있고, 또한, 전자파를 송신할 수 있는 이유 설명도.

도 23은 도 20의 RFID 태그의 제조 방법 설명도(그 1).

도 24는 도 20의 RFID 태그의 제조 방법 설명도(그 2).

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

50: RFID 태그

51: 유전체 기판

52, 53: 제1, 제2 루프 안테나 부분

54:　LSI 칩

55, 56: 칩 탑재 패드

[특허 문헌1] 일본 특허 공개 2002-298106호 공보

[특허 문헌2] 일본 특허 공개 2006-53833

본 발명은, RFID 태그 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 루프 안테나를 구비하고, 도전성 물체 혹은 비도전성 물체에 접착해서 사용해도 태그 안테나로서의 소요 특성을 발휘하는 RFID 태그 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 유통업계, 운송업계 등에서, 개개의 제품 정보를 관리하는 방법으로서, 제품 자체에, 혹은 제품의 상자에 바코드를 인쇄 혹은 첨부하고, 이 바코드를 바코드 리더에 의해 판독하는 방법이 널리 이용되고 있다. 그러나, 이러한 바코드 처리 방법에서는, 바코드를 판독할 때, 바코드 리더를 바코드에 접촉시켜야 되어, 판독 작업이 번거로웠다. 또한 종래의 바코드 처리 방법에서는, 바코드 자체에 새로운 정보를 추가 혹은 갱신할 수 없는 문제가 있었다.

이 때문에, 최근, 바코드 대신에 물품 등에 RFID(Radio　Frequency　Identification) 태그를 붙이고, 물품의 정보를 무선(전자 결합)으로 비접촉에 의해 판독하는 것이 요구되며, 실용화되고 있다. RFID 태그는, IC 카드의 기능에 정 보의 무선 통신 기능을 추가한 것으로, 정보 기록 가능한 불휘발성 메모리를 구비하고 있지만 전지(전원부)를 갖고 있지 않다. 이 때문에, 태그 판독 장치는 RFID 태그의 메모리로부터 정보를 비접촉으로 판독할 때, 전자파에 의해 RFID 태그에 전력을 공급하고, 그 메모리로부터 정보를 판독하게 되어 있다. 이러한 RFID 태그에 의하면, 작업성의 대폭적인 향상을 도모할 수 있고, 게다가, RFID 태그와의 사이에서 인증 기능, 암호화 등의 기술을 이용함으로써, 우수한 시큐러티를 확보할 수 있다.

도 18은 RFID 태그의 설명도로서, 판독 장치(1)는 안테나(2)로부터 송신 데이터에 의해 변조한 무선 신호(전자파)를 RFID 태그(3)에 송신한다. 무선 태그(3)의 안테나(3a)는 수신 신호를 정류 회로(3b)와 변복조 회로(3c)에 입력한다. 정류 회로(3b)는 무선 신호를 직류 전압으로 변환해서 변복조 회로(3c)와 논리 회로(3d)에 공급하고, 전원으로서 동작한다. 변복조 회로(3c)는 판독 장치(1)로부터 보내져 온 제어 데이터를 복조하여, 논리 회로(3d)에 입력한다. 논리 회로(3d)는 그 제어 데이터(커맨드)에 따른 논리 처리를 행하여, 예를 들면 내장의 메모리에 기억되어 있는 정보를 판독해서 변복조 회로(3c)에 입력한다. 변복조 회로(3c)는 논리 회로로부터 입력된 정보를 이용하여 반송파를 변조해서 무선으로 안테나(3a)로부터 판독 장치(1)에 송신한다.

RFID 태그로서 다양한 타입이 제안되어 있다. 그 하나로서 플라스틱이나 종이 등의 유전체 베이스 시트 상에 전파 통신용의 안테나 패턴과 IC 칩(LSI)을 탑재 한 것이 있다. 이러한 RFID 태그는 비도전성의 물체에 접착되는 통신 거리 등에 관해서 소요의 성능이 얻어진다. 그러나, 스틸 등의 금속에 접착되는 경우, 그 금속에 의해 RFID 태그의 통신용 전파가 저해되어 통신 거리의 저하 등의 문제점이 발생한다.

도 19는 이러한 문제점 발생의 설명도이고, 도 19의 (a)는 반파장의 다이폴 안테나 패턴을 구비한 RFID 태그를 비도전성 물체(도시하지 않음)에 접착한 경우의 설명도로서, 리더 라이터의 안테나로부터 방사되는 전파에 의해 다이폴 안테나 DP에 IC 칩에 필요한 전력(개방 전압 V)이 발생한다. 또한, 다이폴 안테나에 전류 I를 흘려서 리더 라이터의 안테나를 향해서 전자파를 송신할 수 있다.

그러나, 금속 물체에 다이폴 안테나 패턴을 구비한 RFID 태그를 접착한 경우, 금속 표면에서 전계의 접선 방향 성분이 경계 조건으로부터 0으로 되어, 주위 전계가 0으로 된다. 이 때문에, RFID 태그의 IC 칩에 필요한 전력을 공급할 수 없다. 또한 태그 안테나로부터 리더 라이터의 안테나를 향해 전자파를 송신(산란)할 수도 없다. 즉, 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이, 금속 물체 MTL에 다이폴 안테나 DP를 구비한 RFID 태그를 접착했을 경우, 다이폴 안테나 DP에 전류 I를 흘리면, 사상(寫像) 원리에 의해 금속 물체 MTL에 역방향으로 전류가 흐르는 이미지 IMG가 발생한다. 이 이미지에 의해, 다이폴 안테나 전류 I가 발생하는 전자계가 부정되어, RFID 태그의 IC 칩에 필요한 전력을 공급할 수 없으며, 게다가, 태그 안테나로부터 리더 라이터의 안테나를 향해 전자파를 송신할 수도 없게 된다. 이상으로부터 금속 표면에 접착해도 안테나 이득이 열화되지 않아, 전자파의 송수신이 가능한 태그 안테나를 구비한 RFID 태그가 요망된다.

따라서, 도 19의 (c)에 도시한 바와 같이, 금속 물체 MTL 표면부터 다이폴 안테나 패턴 DP까지의 거리 D를 크게 해서 이미지의 영향을 저감시키는 것이 생각되어지지만 RFID 태그의 두께가 커져 사용상의 문제가 발생한다. 또한, UHF대의 RFID 시스템은 다른 주파수대에 비하여, 통신 거리가 길다고 하는 이점을 갖지만, UHF대의 다이폴형 태그 안테나는 보통 반파장(약 16㎝) 정도의 길이가 필요하다. 이 길이는 태그 안테나를 유전체에 접착하거나 절곡하거나 함으로써 확보하며, 또한 소형화하고 있지만, 협대역으로 된다. 이상으로부터, RFID 태그의 소형화, 및 소형화하더라도 안테나 이득이 열화되지 않고, 게다가, 최대한 대역이 넓어지는 태그 안테나를 구비한 RFID 태그가 요망된다.

또한, 태그 안테나의 수신 전력을 LSI 칩에 효율적으로 공급하기 위해서 태그 안테나와 LSI 칩의 임피던스가 매칭(정합)하고 있을 필요가 있다. 이 때문에, 임피던스 변환 회로가 필요하게 되지만, RFID 태그의 제조 코스트가 높아진다. 이 때문에, 임피던스 변환 회로를 사용하지 않고 태그 LSI 칩과 태그 안테나의 정합을 취할 필요가 있다. 즉, 임피던스 변환 회로를 사용하지 않아도 LSI 칩과의 임피던스 정합이 취해지도록 한 태그 안테나를 구비한 RFID 태그가 요망된다.

종래의 다이폴 안테나를 구비한 RFID 태그는 상기와 같이 금속에 접착하면 통신 거리가 열화된다는 문제가 있다. 이 때문에, UHF대에서도 몇 개의 금속 대응 태그 안테나가 개발되어 있지만(특허 문헌1 참조), 모두 두께 4㎜ 이상, 길이 10㎝ 이상으로 큰 것뿐이었다.

이 때문에, 본원 출원인은, 금속 표면에 접착해도 전자파의 송수신이 가능한 소형 안테나를 구비한 RFID 태그를 제안하고 있다(특허 문헌2 참조). 이 제안된 RFID 태그(10)는, 도 20에 도시한 바와 같이, 직방체 형상의 유전체 부재(11)와, 이 유전체 부재(11)의 표면에 설치되고 루프 안테나를 형성하는 송수신용의 안테나 패턴(12)과, 이 안테나 패턴(12)에 칩 탑재 패드(13)를 개재하여 전기적으로 접속된 IC 칩(15)을 구비하고 있다.

직방체 형상의 유전체 부재(11)는, 소정의 유전율을 갖고 있으며, 글래스 등을 포함한 수지에 의해 형성된 기판, 소위 고주파용 기판을 이용할 수 있다. 유전체 부재(11)의 평면 부분의 안테나 패턴(12)은, 도체(예를 들면, 구리 등의 금속 도체)를 에칭함으로써 형성되어 있다. 또한, IC 칩(15)을 안테나 패턴(12)에 전기적으로 접속하기 위한 한 쌍의 칩 탑재 패드(13)가, 이 안테나 패턴(12)과 함께, 상기 에칭에 의해 동시 형성되어 있다. 또한, 유전체 부재(11)의 측면 부분(두께를 형성하는 부분)의 안테나 패턴(12')은, 공지의 소위 도금에 의한 측면 도통법에 의해 형성되어 있다. IC 칩(15)은, 비접촉에 의해 정보를 기록하고, 또한 판독하기 위한 통신 회로와 메모리 및 소정의 제어 회로를 구비함과 함께, 안테나 패턴(12)에 연장되어 설치된 상기 칩 탑재 패드(13)와 전기적으로 접속하기 위한 칩 전극(도시하지 않음)을 구비하고 있다. 이상과 같이 구성된 RFID 태그(10)는, 도 21에 도시한 바와 같이, 예를 들면 금속성 물체 MTL에 절연성 접착제(예를 들면, 양면 테이프)(16) 등을 이용해서 첨부되고, 도시하지 않은 소정의 보호 필름 등에 의해 피복되어 사용된다. 또한, 이 RFID 태그(10)는, 사용할 물품에 첨부하기 위한 상기 접착제(16)나 상기 보호 필름 등을 미리 구비해서 구성되어 있어도 된다.

이 루프 안테나 구성의 RFID 태그에 의하면, 루프 안테나에 전류 I를 흘리면, 도 19의 (b)와 마찬가지로 사상 원리에 의해 금속 물체 MTL에 도 22에 도시한 바와 같이 이미지 IMG가 발생한다. 그러나, 루프 안테나에서는 이 이미지 IMG에 의해 RFID 태그의 하측의 전류가 부정될 뿐이며, 등가적으로 일점쇄선으로 도시한 바와 같은 전류 I'가 흐르고 있다고 간주되어, RFID 태그의 LSI 칩(15)에 필요한 전력을 공급할 수 있으며, 게다가, 루프 안테나로부터 리더 라이터의 안테나를 향해 전자파를 송신할 수 있다.

상기 루프 안테나 구성의 RFID 태그를 제조하기 위해서는, 우선, 양면이 도전체로 피복된 프린트 기판(유전체 부재)(11)의 표면을 에칭 가공해서 도 20에 도시하는 안테나 패턴을 형성하고, 이어서, 측면에 도금 가공을 실시하여, 그 도금(12')에 의해 기판의 상면 안테나 패턴과 하면 안테나 패턴을 접속해서 루프 안테나를 형성한다(루프 안테나 형성 공정). 그런 다음, 상기 칩 탑재 패드(13)에 IC 칩(15)의 칩 전극이 전기적으로 접속하도록, 그 IC 칩(15)을 실장한다. 실장 기술로서는, 예를 들면 소위 플립 칩 실장을 채용할 수 있다.

다른 제조 방법으로서 도 23에 도시한 바와 같이 절연성의 필름(20) 상에 안테나 패턴(12) 및 칩 탑재 패드(13)를 인쇄하고, 도 24에 도시한 바와 같이 그 필름(20)을 유전체 부재(11)에 권취하여 고정하며, 그런 다음, IC 칩(15)을 칩 탑재 패드(13)에 실장한다.

상기 종래의 루프 안테나 구성의 RFID 태그에 의하면 소형, 박형의 구조임에 도 불구하고, 금속 표면에 접착해도 전자파의 송수신이 가능해서 통신 거리를 길게 할 수 있고, 게다가, 넓은 대역에서 게인을 거의 일정하게 할 수 있으며, 또한, 임피던스 변환 회로가 없어도 정합을 취할 수 있다.

그러나, 종래의 RFID 태그의 제1 제조 방법에서는, 프린트 기판을 사용하고, 게다가, 에칭 가공, 측면 도금 가공 등의 복잡한 공정이 필요하여, 제조 코스트가 높아지는 문제가 있다. 또한, 종래의 RFID 태그의 제2 제조 방법에서는, 절연 필름(20)을 유전체 부재(11)에 권취하고나서 IC 칩(15)을 실장해야 되어, 절연 필름을 유전체 재료에 권취하여 고정할 때에 높은 권취 위치 정밀도가 요구된다. 즉, IC 칩은 매우 작기 때문에, 예를 들면 0.4㎟으로 작기 때문에, 정확하게 실장하기 위해서는 높은 위치 정밀도, 예를 들면 수십∼수백㎛의 위치 정밀도로 절연 필름을 유전체 부재(11)에 권취할 필요가 있다.

이상으로부터 본 발명의 목적은, IC 칩을 실장하고나서 필름을 유전체 재료에 권취함으로써 높은 권취 위치 정밀도가 필요하지 않는 루프 안테나 구성의 RFID 태그 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 금속에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송수신할 수 있고, 게다가, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형인 RFID 태그를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 비도전성 물체에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송수신할 수 있고, 게다가, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형인 RFID 태그를 제공하는 것이다.

· RFID 태그

본 발명의 제1 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그는, 평판 형상의 유전체 부재와, 그 유전체 부재의 제1 면과 제2 면에서 소정의 간극을 두고 형성되며, 또한, 그 유전체 부재의 제1 면부터 제2 면까지 각각 연통하는 제1, 제2 루프 안테나 패턴과, 상기 한 쪽의 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩을 구비하고 있다. 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴은 상기 IC 칩을 탑재하는 IC 칩 탑재 부분을 구비하고, 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 상기 유전체 부재에 형성된다.

본 발명의 제2 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그는, 평판 형상의 유전체 부재와, IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 형성된 절연 필름과, 상기 IC 칩 탑재 부분에 탑재되고, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩을 구비하고, 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 상기 유전체 부재에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록, 권취하여 구성되어 있다.

본 발명의 제3 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그는, 평판 형상의 유전체 부재와, 그 유전체 부재의 제1 면과 제2 면에서 소정의 간극을 두고 형성되며, 또한, 그 유전체 부재의 제1 면부터 제2 면까지 각각 연통하는 제1, 제2 루프 안테나 패턴과, 상기 한 쪽의 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접 속된 IC 칩과, 상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 적층된 절연층과 도전층을 구비하고 있다. 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴은 상기 IC 칩을 탑재하는 IC 칩 탑재 부분을 구비하고, 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 상기 유전체 부재에 형성된다.

본 발명의 제4 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그는, 평판 형상의 유전체 부재와, IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 형성된 절연 필름과, 상기 IC 칩 탑재 부분에 탑재되고, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩과, 상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 적층된 절연층과 도전층을 구비하고, 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 상기 유전체 부재에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록, 권취하여 구성되어 있다.

· RFID 태그의 제조 방법

본 발명의 제1 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그의 제조 방법은, IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴을, 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 절연 필름 상에 형성하는 스텝, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩을 탑재해서 그 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 스텝, 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 평판 형상의 유전체 부재에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하 는 스텝을 구비하고 있다.

본 발명의 제2 양태인 루프 안테나를 구비한 RFID 태그의 제조 방법은, IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴을, 그 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 절연 필름 상에 형성하는 스텝, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩을 탑재하여 그 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 스텝, 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 평판 형상의 유전체 부재에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하는 스텝, 상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 절연층과 도전층을 적층하는 스텝을 구비하고 있다.

(A) 제1 실시예

· 구성

도 1은 본 발명의 루프 안테나 구성의 RFID 태그(50)의 분해 사시도이다. (A)에 도시한 바와 같이, 78×45×1.2(단위는 ㎜)의 평판 형상의 유전체 부재(유전체 기판)(51)에, (B)에 도시하는 AA 단면 대략 U 형상의 제1, 제2 루프 안테나 부분(52, 53)을 마주하도록 부착한다((C) 참조). 또한, LSI 칩(54)을 유전체 기판(51)에 형성한 오목부(도시하지 않음)에 들어맞도록, 또한, 안테나 부분(52, 53)에 접속하도록 칩 탑재 패드(55, 56)에 실장한다. 또한, 칩 탑재 패드(55, 56)는 루프 안테나 부분(52, 53)의 단부에 설치되어 있다.

유전체 기판(51)은 예를 들면, 비유전율 εr=4.3, 유전 손실율 tanδ=0.009 의 전기 특성을 갖고 있으며, 글래스 등을 포함하지 않는 저렴한 수지에 의해서만 형성할 수 있다. 예를 들면, 이 유전체 기판(51)은, 성형 가공성, 기계적 성질 등 이 우수한, 폴리테트라풀루오로에틸렌(PTFE), 폴리페닐렌에테르(PPE) 등의 수지에 의해 형성할 수 있다.

도 2는 제1 실시예의 RFID 태그의 평면도이고, 도 3은 이면도이다. 도 3의 이면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 RFID 태그의 제1, 제2 루프 안테나 부분(52, 53)은 LSI 칩의 반대측에서 비도통으로 되어 있고, c ㎜(=약 3㎜)의 유전체 표면 슬릿(55)이 노출되어 있다.

도 4는 절연층 혹은 절연 시트(도시하지 않음)를 개재해서 본 발명의 RFID 태그(50)를 도전성 물체(60)에 접착한 경우의 등가 안테나 회로이다. 루프 안테나 부분(52, 53)은 절연층의 유전 용량(57a, 57b)을 통해서 도전성 물체(60)에 용량 결합해서 전류 루프가 형성되어 있다. 그 결과, 도 22에서 설명한 바와 마찬가지의 원리에서 루프 안테나에 등가적으로 점선으로 나타낸 바와 같은 전류 I'가 흐르고 있다고 간주되어, RFID 태그의 LSI 칩(54)에 필요한 전력을 공급할 수 있고, 게다가, 루프 안테나로부터 리더 라이터 안테나를 향해 전자파를 송신할 수 있다.

· 제조 방법

도 5는 본 발명의 RFID 태그의 제조 방법 설명도이다.

얇은 절연 필름(71) 상에 프린트 기술에 의해 제1, 제2 루프 안테나 부분(루프 안테나 패턴)(52, 53)을 마주하도록 인쇄한다. 즉, 도전성 페이스트를 절연 필름(71) 상에 스크린 인쇄함으로써 루프 안테나 부분(52, 53)을 형성한다. 동시에, 그 루프 안테나 부분(52, 53)의 단부에 LSI 칩(54)을 탑재해서 그 루프 안테나 부분(52, 53)에 전기적으로 접속하기 위한 한 쌍의 칩 탑재 패드(55, 56)가 형성된다.

절연 필름(71)으로서, 가요성을 갖는 열가소성 플라스틱, 예를 들면, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리염화비닐(PVC)을 사용할 수 있지만, 가공성, 절연성, 기계적 강도, 가격면을 고려하면, PET가 최적이다. 또한, 절연 필름(71)의 크기는, 도 1의 (C)에 도시하는 루프 안테나 부분(52, 53)을 형성할 수 있도록, 유전체 부재(51)에 과부족 없이 권취될 정도이다.

이어서, 제1, 제2 루프 안테나 부분(52, 53)의 단부에 형성한 칩 탑재 패드(55, 56)에 LSI 칩(54)을 칩 본딩 등의 실장 기술에 의해 실장한다.

그런 다음, LSI 칩(54)이 실장된 절연 필름(71)을, 유전체 기판(51)의 각부에 대응한 절곡부(75∼78)에서 절곡하고, 해당 유전체 기판(51)에 권취하여 고정한다. 이 절연 필름(71)과 유전체 기판(51) 사이의 고정은, 예를 들면 접착제나 양면 테이프 등을 이용해서 행할 수 있다.

이상 정리하면, 제1 실시예의 RFID 태그의 제조 방법은,

(1)　IC 칩 탑재 부분(55, 56)을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴(52, 53)을, 그 IC 칩 탑재 부분이 마주 향하게 하도록 절연 필름(71) 상에 형성하는 제1 스텝,

(2) 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩(54)을 탑재하여 그 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 제2 스텝,

(3) 상기 IC 칩(54)이 탑재된 절연 필름(71)을 평판 형상의 유전체 부재(51)(도 1 참조)에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하는 제3 스텝을 구비하고 있다.

이상과 같이 해서 제조되는 RFID 태그의 태그 안테나가, 필요하게 되는 특성을 갖도록 후지쯔 제조의 3차원 전자계 시뮬레이터 ACCUFIELD를 이용해서 안테나 각 부의 치수 설계를 행했다. 또한, s2(1 참조) 등의 치수를 조정함으로써, 안테나의 임피던스, 대역 및 이득을 최적화할 수 있다.

· 제1 실시예의 RFID 태그의 특성

(a) 정합성

도 1의 유전체 기판(51)으로서 비유전율 εr=4.3, 손실율 tanδ=0.009의 유전체 재료를 채용한다. 그리고, 사이즈 78×45×1.2(단위는 ㎜)의 그 유전체 기판(51)에 각 부 치수가 w=25㎜, S2=5㎜(도 1의 (C)), a=3㎜, b=10㎜(도 2), c=3㎜(도 3)의 루프 안테나 패턴을 권취하여 RFID 태그를 형성하고, 800㎒∼1.1㎓에 걸쳐 태그 안테나의 임피던스를 시뮤레이션했다. 도 6은 그 태그 안테나의 임피던스를 스미스 차트 상에 플롯한 것으로, 950MH에서의 루프 안테나의 임피던스는 A점으로 나타낸 바와 같다. 이 950MH에서의 루프 안테나의 임피던스는 LSI 칩(54)의 입력 임피던스(도 6의 B 참조)에 거의 정합하는 값으로 되었다.

LSI 칩과 태그 안테나로 구성되는 RFID 태그의 등가 회로는 도 7에 도시한 바와 같다. 즉, 등가 회로는 LSI 칩과 태그 안테나의 병렬 회로로 도시되고, LSI 칩은 저항　Rcp와 콘덴서 Ccp의 병렬 회로로 도시되고, 태그 안테나는 저항 Rap와 인덕턴스 Lap의 병렬 회로로 도시된다. 이 RFID 태그에서의 정합 조건은 Rcp=Rap, ωL=1/ωC이며, 도 6으로부터 제1 실시예의 RFID 태그는 이 정합 조건을 충족시키고 있다.

(b) 게인 특성

도 8은 주파수를 800㎒∼1.1㎓(1100㎒)의 사이에서 변화시켰을 때의 안테나 게인 특성으로, 넓은 범위에서 게인이 거의 일정하게 되어 있어(=-5㏈∼-4.3㏈), 광대역 특성이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

도 9는 도 24에 도시하는 종래의 RFID 태그의 안테나 게인 특성이며, 비교하기 위해서 제1　실시예의 안테나 게인 특성을 나열하여 도시하고 있다. 이 종래의 태그 안테나는 비유전율 εr=4.1, 손실율 tanδ=0.009의 유전체 재료를 이용해서 사이즈 78×45×1.15(단위는 ㎜)의 유전체 기판을 작성하고, 그 양면에 도 10의 (A), 도 10의 (B)에 도시하는 치수를 갖는 루프 안테나 패턴을 형성하고 있다. 도 9로부터, 제1 실시예의 태그 안테나는 종래의 태그 안테나와 동등한 안테나 게인 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다. 또한, 제1 실시예 쪽의 게인이 약간 높지만, 이것은 기판의 두께의 차가 영향을 주고 있다고 생각된다.

(c) 안테나 패턴 치수 s2에 대한 각종 특성

비유전율 εr=5.0, 손실율 tanδ=0.002의 유전체 재료를 이용해서 사이즈 78×45×1.2(단위는 ㎜)의 유전체 기판(51)을 작성하고, 그 양면에 도 11의 (A), 도 11의 (B)에 도시하는 치수를 갖는 루프 안테나(52, 53)의 태그 패턴을 형성했다. 그리고, 상측 단부로부터의 패턴 치수 S2를 가변으로 하고, s2=10㎜∼20㎜에서의 안테나 게인, 태그 안테나 저항 Rap, LSI 칩 용량 Ccp를 시뮤레이션했다. 도 12의 (A)는 게인 특성, 도 12의 (B)는 칩 용량 특성, 도 12의 (C)는 태그 안테나 저항 특성이다.

도 12의 (A)로부터 치수 s2가 변화하더라도 게인, 태그 안테나 저항 Rap는 그다지 변동하지 않고, 칩 용량 Ccp는 변화되는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 태그 안테나와 LSI 칩의 임피던스 정합이 취해져 있지 않을 때, 치수 s2를 조정함으로써 태그 안테나와 LSI 칩의 임피던스 정합을 취하는 것이 가능함을 알 수 있다.

또한, RFID의 통신 거리 r은 대략 이하의 식으로 주어진다.

r = λ/(4π)(PtGtGrτ/Pth)^0.5

여기서, λ은 파장, Pt는 리더 라이터 안테나에 가한 파워, Gt 및 Gr은 각각 태그 안테나 및 리더 라이터 안테나의 안테나 게인, Pth는 IC 칩이 동작하기 위해서 필요한 파워의 최소값이다. 또한, τ은 IC 칩과 태그 안테나의 정합의 정도를 나타내며, 이하의 식으로 주어진다.

τ =4RcRt/(Zc+Za)²

여기서 Rc는 IC 칩의 임피던스의 실수부, Rt는 태그 안테나의 임피던스의 실수부, Zc 및 Za는 각각, IC 칩과 태그 안테나의 복소 임피던스이다. 도 12의 시뮬레이션 결과를 바탕으로, 도 11에 도시하는 RFID 태그의 통신 거리를 계산하면 1.7m로 되 어, 극히 실용적인 통신 거리가 얻어지는 것을 알 수 있다. 단, 여기서는 Gr를 9㏈i, Pi를 0.5W, Pth를 -5㏈m로 했다. 또한 IC 칩의 임피던스를 72-258jΩ로 했다.

본 발명의 태그 안테나는 명함과 동일한 정도의 크기이고, 두께도 1.2㎜ 정도이며, UHF대 금속 대응 태그로서는 극히 소형이면서 박형의 부류에 들어간다.

또한, 제1 실시예의 RFID 태그에 의하면 높은 권취 위치 정밀도가 불필요해진다. 도 13의 (A), 도 13의 (B)는 권취 위치 정밀도가 1㎜ 어긋난 경우의 제1 실시예의 RFID 태그의 평면도 및 이면도이며, 도 14는 참된 센터 라인 C-C로부터의 권취 오차가 0, 0.5㎜, 1㎜일 때의 안테나 게인을 도시하는 도표이다. 권취 오차가 1㎜이더라도 게인이 크게 변화되지 않아, 기껏해야 0.3㏈의 변화이며, 또한, 통신 거리는 수 % 정도의 열화로 큰 영향이 없음을 알 수 있다. 이로부터, 본 발명의 RFID 태그에 의하면 권취하기 전에 IC 칩을 실장함으로써 종래 기술에 비해서 권취 위치 정밀도를 1 자릿수 뒤로 할 수 있다.

또한, 실시예에서는 유전체 기판이 직방체인 경우에 대해 설명했지만 본 발명은 이러한 형상에 한하는 것이 아니라, 삼각형, 정방형, 육각형 등의 평판 형상의 입체이어도 된다.

제1 실시예의 RFID 태그에 의하면, 금속에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송신할 수 있고, 게다가, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형의 RFID 태그를 제공할 수 있다. 또한, 제1 실시예의 RFID 태그에 의하면, IC 칩을 실장하고나서 필름을 유전 체 재료에 권취함으로써 높은 권취 위치 정밀도가 불필요하게 된다.

(B) 제2 실시예

제1 실시예의 RFID 태그는 절연층을 개재하여 도전성 물체에 접착해서 사용하면 도 4에 도시한 바와 같이 등가 회로가 형성되어 소요의 특성이 얻어진다. 그러나, 비도전성 물체에 접착한 경우에는 안테나 패턴에 전류가 흐르지 않아 태그 안테나로서 기능하지 않는다.

도 15는 비도전성 물체에 접착한 경우에는 안테나 패턴에 전류가 흐르도록 한 제2 실시예의 루프 안테나 구성의 RFID 태그의 설명도로, (A)는 RFID 태그의 분해 사시도이고, (B)는 RFID 태그의 사시도이다.

제2 실시예의 RFID 태그는, 제1 실시예의 RFID 태그(50)(도 1의 (C))의 이면에 두께 100㎛의 절연 시트(81)와 도전 시트(82)를 적층해서 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제2 실시예의 RFID 태그를 비도전성 물체에 접착하여, 태그 안테나에 급전하면 도 4에 도시한 바와 같이 등가 회로가 형성되고 소요의 특성이 얻어진다.

제2 실시예의 RFID 태그는 제1 실시예의 RFID 태그에 절연 시트(81)와 도전 시트(82)를 적층해서 제조할 수 있다. 즉, 제2 실시예의 RFID 태그의 제조 방법은,

(1)　IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴을, 그 IC　칩 탑재 부분이 마주 향하게 하도록 절연 필름 상에 형성하는 제1 스텝,

(2) 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩을 탑 재하여 그 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 제2 스텝,

(3) 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 평판 형상의 유전체 부재에, 그 IC 칩이 그 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하는 제3 스텝,

(4) 상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 절연층과 도전층을 적층하는 스텝

을 구비하고 있다.

도 16은 제2 실시예의 태그 안테나의 출력 임피던스를 나타내는 스미스 차트로서 950㎒에서 A'점으로 나타낸 바와 같이 LSI 칩의 입력 임피던스(B점 참조)에 매칭하는 출력 임피던스가 얻어졌다. 또한, 도 17에 도시한 바와 같이 800㎒∼1100㎒의 범위에서 -4㏈의 대략 일정한 게인이 얻어졌다.

제2 실시예의 RFID 태그에 의하면, 비도전성 물체에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송신할 수 있고, 게다가, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형의 RFID 태그를 제공할 수 있다.

또한, 제1 실시예의 RFID 태그의 이면에 절연 시트와 도전 시트를 적층함으로써 제2 실시예의 RFID 태그를 작성할 수 있다.

본 발명에 따르면, IC 칩을 실장하고나서 필름을 유전체 재료에 권취함으로써 높은 권취 위치 정밀도가 불필요한 루프 안테나 구성의 RFID 태그 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 루프 안테나 구성으로 하고 있기 때문에 금속에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송수신할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따르면, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형의 RFID 태그를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 루프 안테나 구성으로 하고, 또한, IC 칩 탑재면과 반대의 면에 절연층과 도전층을 적층하도록 했기 때문에, 비도전성 물체에 접착해도 필요한 전력을 공급할 수 있음과 함께 전자파를 송수신할 수 있다. 게다가, 본 발명에 따르면, 대역을 넓게 할 수 있으며, 또한 임피던스 변환 회로가 불필요한 소형이면서 박형의 RFID 태그를 제공할 수 있다.

Claims

루프 안테나를 구비한 RFID 태그에 있어서,

평판 형상의 유전체 부재와,

해당 유전체 부재의 제1 면과 제2 면에서 소정의 간극을 두고 형성되고, 또한, 해당 유전체 부재의 제1 면부터 제2 면까지 각각 연통하는 제1, 제2 루프 안테나 패턴과,

상기 한 쪽의 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩

을 구비한 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제1항에 있어서,

상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴은 상기 IC 칩을 탑재하는 IC 칩 탑재 부분을 구비하고, 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 상기 유전체 부재에 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
루프 안테나를 구비한 RFID 태그에 있어서,

평판 형상의 유전체 부재와,

IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴이, 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 형성된 절연 필름과,

상기 IC 칩 탑재 부분에 탑재되고, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩

을 구비하고, 상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 상기 유전체 부재에, 상기 IC 칩이 상기 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록, 권취하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면을, 절연층을 개재해서 도전성 물체에 접착시켜 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
루프 안테나를 구비한 RFID 태그에 있어서,

평판 형상의 유전체 부재와,

해당 유전체 부재의 제1 면과 제2 면에서 소정의 간극을 두고 형성되고, 또한, 해당 유전체 부재의 제1 면부터 제2 면까지 각각 연통하는 제1, 제2 루프 안테나 패턴과,

상기 한 쪽의 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩과,

상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 적층된 절연층과 도전층

을 구비한 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제5항에 있어서,

상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴은 상기 IC 칩을 탑재하는 IC 칩 탑재 부분을 구비하고, 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 상기 유전체 부재에 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
루프 안테나를 구비한 RFID 태그에 있어서,

평판 형상의 유전체 부재와,

IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 소정의 간극을 두고 형성된 절연 필름과,

상기 IC 칩 탑재 부분에 탑재되고, 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속된 IC 칩과,

상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 적층된 절연층과 도전층

을 구비하고,

상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 상기 유전체 부재에, 해당 IC 칩이 상기 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록, 권취하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
루프 안테나를 구비한 RFID 태그의 제조 방법에 있어서,

IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴을, 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 절연 필름 상에 형성하는 단계,

상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩을 탑재해서 해당 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 단계,

상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 평판 형상의 유전체 부재에, 해당 IC 칩이 해당 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하는 단계

를 구비한 것을 특징으로 하는 RFID 태그의 제조 방법.
루프 안테나를 구비한 RFID 태그의 제조 방법에 있어서,

IC 칩 탑재 부분을 구비한 띠 형상의 제1, 제2 루프 안테나 패턴을, 해당 IC 칩 탑재 부분을 마주 향하게 하여 절연 필름 상에 형성하는 단계,

상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴의 상기 IC 칩 탑재 부분에 IC 칩을 탑재해서 해당 제1, 제2 루프 안테나 패턴에 전기적으로 접속하는 단계,

상기 IC 칩이 탑재된 절연 필름을 평판 형상의 유전체 부재에, 해당 IC 칩이 해당 유전체 부재의 제1 면에 위치하도록, 또한, 제2 면에서 상기 제1, 제2 루프 안테나 패턴이 소정의 간극을 두고 위치하도록 권취하여 고정하는 단계,

상기 IC 칩 탑재면과 반대의 면에 절연층과 도전층을 적층하는 단계

를 포함한 것을 특징으로 하는 RFID 태그의 제조 방법.