KR100843285B1

KR100843285B1 - Ｒｆｉｄ 태그

Info

Publication number: KR100843285B1
Application number: KR1020060104256A
Authority: KR
Inventors: 순지 바바; 웨이 지에
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2008-07-03
Also published as: CN100541530C; TW200802129A; EP1881446A2; US20080001762A1; EP1881446B1; US7463156B2; DE602006019409D1; JP2008009883A; EP1881446A3; CN101097610A; JP4860375B2; KR20080003166A; TWI314294B

Abstract

본 발명은 고온 환경 하에서의 사용에 견디는 RFID 태그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

통신용 안테나를 형성하는 안테나 패턴(112)에 안테나에 의한 무선통신을 행하는 회로 칩(111)이 전기적으로 접속되어 이루어지는 삽입물(110)과, 삽입물(110)을 내포하고 삽입물(110)로의 열전도를 방지하는 비금속제의 축열부(140)와, 축열부(140)를 내포하고, 축열부(140)로의 열전도를 방지하며, 축열부(140)의 열전도율보다 작은 열전도율을 갖는 비금속제의 단열부(150)를 구비한다.

Description

ＲＦＩＤ 태그{RFID TAG}

도 1은 본 발명의 RFID 태그의 일실시예를 도시한 도면.

도 2는 시뮬레이션에 이용하는 모델의 외형 치수를 도시한 도면.

도 3은 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프.

도 4는 도 1에 도시된 RFID 태그(100)의 제조 순서를 도시한 도면.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : RFID 태그

110 : 삽입물

111 : 회로 칩

112 : 안테나 패턴

113 : 베이스

120 : 지지대

121 : 접착제

130 : 케이스

131 : 케이스 본체

132 : 덮개

132a : 구멍

140 : 축열부

150 : 단열부

본 발명은 비접촉으로 외부 기기와 정보의 교환을 행하는 RFID(Radio_Frequency_IDentification) 태그에 관한 것이다. 또한, 본원 기술 분야에서의 당업자 사이에서는 본원 명세서에서 사용하는 「RFID 태그」를 「무선 IC 태그」라고 칭하는 경우가 있다.

최근, 리더 라이터로 대표되는 외부 기기와, 전파에 의해 비접촉으로 정보의 교환을 행하는 여러 가지 RFID 태그가 제안되어 있다(예컨대, 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 참조). 이 RFID 태그의 일종으로서, 플라스틱이나 종이로 이루어진 베이스 시트 상에 전파 통신용 안테나 패턴과 회로 칩이 탑재된 구성인 것이 제안되어 있고, 이러한 타입의 RFID 태그에 대해서는 물품 등에 부착되어 그 물품에 관한 정보를 외부 기기와 교환함으로써 물품의 식별 등을 행한다고 하는 이용 형태를 생각할 수 있다.

여기서, 이러한 RFID 태그에 탑재되는 회로 칩에 있어서의 내온도 성능은 대부분의 경우, 55℃의 환경 하에서 10년간의 사용이 보증되고 있는 정도이며, 이러한 보증 온도를 넘는 고온 환경 하에서는 신뢰성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다.

일반적으로, 이러한 고온 환경으로부터 보호 대상물을 보호하는 방법으로서는, 예컨대 내부가 진공 상태로 된 금속 케이스 안에 보호 대상물을 수납함으로써 그 보호 대상물로의 온도의 전도를 차단하는 진공 단열이나, 발포 폴리스티렌 등의 단열재로 보호 대상물을 덮는 등의 단열 방법을 들 수 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2000-311226호 공보

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 제2000-200332호 공보

[특허 문헌 3] 일본 특허 공개 제2001-351082호 공보

그러나, 상기한 진공 단열에서는, 회로 칩에 접속되어 있는 안테나 패턴도 회로 칩과 함께 금속 케이스에 수납되게 되고, 안테나 패턴을 통한 전파 통신이 금속 케이스에 의해 저해되게 된다고 하는 문제가 있다. 또한, 일반적인 단열재인 발포 폴리스티렌은 열용량이 낮기 때문에, 고온에 장시간 노출되면 내부 온도가 보호 대상인 회로 칩의 보증 온도를 넘게 될 우려가 있다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 고온 환경 하에서의 사용에 견디는 RFID 태그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 RFID 태그는 통신용 안테나와 이 안테나에 의한 무선통신을 행하는 회로 칩이 서로 전기적으로 접속되어 이루어지는 삽입물과,

상기 삽입물을 내포하고 이 삽입물로의 열확산을 방지하는 비금속제의 축열 부와,

상기 축열부를 내포하고, 축열부로의 열전도를 방지하며, 축열부의 열확산율보다 큰 열확산율을 갖지만, 축열부의 열전도율보다 작은 열전도율을 갖는 단열부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 RFID 태그에 따르면, 고온 환경에 약한 회로 칩을 지닌 삽입물이 상기 축열부 및 상기 단열부에 의해 이중으로 보호되어 있다. 환경 온도는 우선 상대적으로 열전도율이 작고 단열성이 높은 상기 단열부에 의해 차단된다. 이 때문에, 상기 삽입물을 내포하는 축열부에 전달되는 온도 자체가 억제된다. 그리고, 이 축열부는 상대적으로 열확산율이 작고 축열성이 높기 때문에 상기 삽입물로의 열전달이 느리고, 상기 삽입물 자체의 온도 상승을 장시간에 걸쳐 억제할 수 있다. 즉, 본 발명의 RFID 태그는 고온 환경 하에서의 사용에 견딜 수 있다. 또한, 본 발명의 RFID 태그에서는, 단열부 및 축열부가 모두 비금속제로서 전파가 저해되는 일이 없기 때문에, 상기 삽입물은 양호하게 전파 통신을 행할 수 있다.

여기서, 본 발명의 RFID 태그에 있어서, 「상기 삽입물을 내포하는 상기 축열부를 수용한 비금속제의 케이스를 구비하고, 상기 단열부가 상기 케이스의 표면을 덮는 것이다」라고 하는 형태는 바람직한 형태이다.

이 바람직한 형태에 따르면, 상기 케이스에 의해 상기 삽입물을 기계적으로도 보호할 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 RFID 태그의 일실시예를 도시한 도면이다.

도 1의 파트 (a)에는 본 발명의 RFID 태그의 일실시예인 RFID 태그(100)의 외관도가 도시되어 있고, 도 1의 파트 (b)에는 원통 형상을 갖는 이 RFID 태그(100)의 중심축에 대하여 수직인 면에서 이 RFID 태그(100)를 절단했을 때의 단면도가 도시되어 있다.

이 도 1에 도시된 RFID 태그(100)는 베이스(1113) 상에서 통신용 안테나를 형성하는 안테나 패턴(112)에 그 안테나에 의한 무선통신을 행하는 회로 칩(111)이 전기적으로 접속되어 이루어지는 삽입물(110)과, 이 삽입물(110)이 접착제(121)에 의해 접착된 내열 플라스틱제의 지지대(120)와, 이 지지대(120)가 고정된 원통 형상의 내열 플라스틱제의 케이스(130)와, 이 케이스(130) 안에 삽입물(110)을 내포하도록 후술하는 축열 재료가 봉입되어 이루어지는 축열부(140)와, 케이스(130)의 외표면을 덮도록 후술하는 단열 도료가 도포되어 이루어지는 단열부(150)를 포함하고 있다. 여기서, 삽입물(110), 케이스(130), 축열부(140) 및 단열부(150)는 각각 본 발명에서 말하는 삽입물, 케이스, 축열부 및 단열부의 각 일례에 해당하고, 또한, 회로 칩(111) 및 안테나 패턴(112)은 각각 본 발명에서 말하는 회로 칩 및 안테나의 각 일례에 해당한다.

본 실시예에서는, 고온 환경에 약한 회로 칩(111)을 지닌 삽입물(110)이 축열부(140) 및 단열부(150)에 의해 보호되어 있다. 여기서, 본 실시예에서는 축열부(140)가 실리콘수지로 형성되고, 단열부(150)가 단열 도료의 일례인 시스타코트(등록상표)로 형성되어 있다. 시스타코트(등록상표)는 중공의 미소한 세라믹 비드를 포함하는 수지계의 도료로서, 열전도율이 대략 0.03 W/m·C라고 하는 높은 단열 성을 갖고 있다. 이 시스타코트(등록상표)로 형성된 단열부(150)에 의해 RFID 태그(100) 내부로의 환경 온도의 침입이 대폭 저지된다. 또한, 축열부(140)를 형성하고 있는 실리콘수지는 열확산율이 대략 5×10^-8 ㎡/s라는 높은 축열성을 갖고 있어, 이 축열부(140) 내에서는 열이 전달되는 속도가 매우 느려지고, 중심부에 배치되어 있는 삽입물(110)로의 열의 전도가 대폭 저지되게 된다. 이와 같이, 본 실시예의 RFID 태그(100)에서는, 단열부(150)에 의한 단열 효과와 축열부(140)에 의한 축열 효과에 의해 내부의 삽입물(110) 주변의 온도 상승이 방지되고 있다.

이하, 이러한 단열 효과와 축열 효과에 의한 내부 온도 상승의 억제에 대해서 다음과 같은 모델을 이용한 시뮬레이션에 의해 설명한다.

도 2는 시뮬레이션에 이용하는 모델의 외형 치수를 도시한 도면이다.

이 시뮬레이션에서는, 모델로서 직경 10 ㎝, 길이 20 ㎝의 치수를 갖는 원기둥 형상의 단열 재료, 원기둥 형상의 축열 재료 및 이 원기둥 형상의 축열 재료를 두께 1 mm의 단열 재료로 덮은 것 등의 3종류의 모델을 이용한다. 도 2에는 재질에 대한 개념이 없어진 외형만의 모델(M)이 도시되어 있다. 또한, 시뮬레이션에 있어서의 환경 온도를 200℃로 한다.

또한, 시뮬레이션에 이용하는 단열 재료 및 축열 재료의 물성치를 이하의 표 1에 나타낸다.

[표 1]

충전 재료	밀도 (kg/m³)	열전도율 (W/m·C)	열확산율 (㎡/s)
발포 폴리스티렌	36	0.033	5×10^-7
실리콘수지	2200	0.16	5×10^-8

또한, 이하에서 설명하는 시뮬레이션은 단열 재료를 상기한 시스타코트(등록상표)로 바꾸어 열전도율의 값이 유사한 동시에 계산상의 취급이 간단한 발포 폴리스티렌이라고 가정하여 행한다.

시뮬레이션은 이러한 모델에 있어서의 중심 부분의 온도와, 환경 온도와의 온도차에 대한 다음 식을 풂으로써 행해진다.

(δθ/δτ)=k·(δ²θ/δr²)

k=λ/(Cp·ρ)

여기서, 상기 식에 있어서의 「θ」는 중심 부분의 온도와 환경 온도의 온도차이고, 「τ」는 시간이며, 「r」은 원기둥 형상의 둘레면으로부터 중심축을 향하는 반경 방향의 거리이고, 「k」는 열확산율이며, 「λ」는 열전도율이고, 「Cp」는 비열이며, 「ρ」는 밀도이다. 또한, 이 식을 푸는 데 있어서는 τ=0일 때에 θ=200℃-25℃=175℃라고 하는 초기 조건이 사용된다.

도 3은 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.

이 도 3의 파트 (a)에는 당초 25℃에서 안정되어 있던 원기둥 형상의 단열 재료를 200℃의 온도 환경 하에 방치했을 때의 내부 온도 분포가 도시되고, 도 3의 파트 (b)에는 원기둥 형상의 축열 재료를 200℃의 온도 환경 하에 방치했을 때의 내부 온도 분포가 도시되며, 도 3의 파트 (c)에는 단열 재료로 덮힌 원기둥 형상의 축열 재료를 200℃의 온도 환경 하에 방치했을 때의 내부 온도 분포가 도시되어 있다. 여기서, 각 그래프에서는, 횡축에 원기둥의 둘레면을 「0」이라고 했을 때의 중심 방향의 위치 X가 표시되고, 종축에 온도 T가 대수 표시로 표시되어 있다. 또한, 각 그래프 중의 3개의 라인은 각각 경과 시간이 τ1(60초), τ2(300초), τ3(3600초)의 시점에서의 온도 분포를 나타내고 있다. 또한, 25℃와 교차하는 라인은 초기 시점 τ0에서의 온도 분포를 나타내고 있다.

표 1에 나타내는 바와 같이, 단열 재료(발포 폴리스티렌)는 축열 재료(실리콘수지)에 비하여, 열확산율이 5×10^-7 ㎡/s라는 큰 값으로서 내부로의 열전달 쪽이 빠르다. 그 결과, 도 3의 파트 (a)에 도시된 바와 같이, 단열 재료만의 모델에서는, 표면 근방에서 환경 온도가 일단 차단되지만, 온도가 곧 내부로 전달되어 단열 재료 자체의 온도가 상승하게 된다. 그 결과, τ3(3600초)의 시점에서의 온도 분포를 나타내는 라인으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 1에 도시된 RFID 태그(100)에 있어서 삽입물(110)이 배치되는 중심 부분의 온도가 3600초 후에는 일반적인 회로 칩에 대하여 10년 간의 사용이 보증되고 있는 55℃를 훨씬 넘은 195℃까지 상승하게 된다. 또한, 이 도 3의 파트 (a)에서는 온도 T가 대수 표시로 도시되어 있기 때문에, 195℃와 200℃는 거의 같은 위치인 것처럼 보이고 있다.

또한, 표 1에 나타내는 바와 같이, 축열 재료(실리콘수지)는 단열 재료(발포 폴리스티렌)에 비하여 열확산율이 5×10^-8 ㎡/s라는 작은 값으로서 내부로의 열전달 쪽이 느리다. 그 결과, 도 3의 파트 (b)에 도시한 바와 같이, 축열 재료만의 모델 에서는, 3600초 후라도, τ3(3600초)의 시점에서의 온도 분포를 나타내는 라인으로부터 알 수 있는 바와 같이 중심 부분의 온도가 70℃ 정도라고 하는 바와 같이, 상기한 단열 재료만의 모델에 비하여 온도 상승이 대폭 억제되고 있다. 단, 이 축열 재료는 표 1에 나타내는 바와 같이, 열전도율이 0.16 W/m·C라고 하는 바와 같이, 단열 재료의 열전도율에 비하여 커서 표면으로부터 환경 온도가 비교적 용이하게 침입하게 된다. 그 결과, 축열 재료만으로는 중심 부분의 온도를 상기한 보증 온도(55℃) 이하로 억제하는 데에는 도달하지 못한다.

한편, 도 1에 도시된 RFID 태그(100)를 모방한 축열 재료의 표면을 두께 1 ㎜의 단열 재료로 덮은 모델에서는, 환경 온도와 직접 접하는 표면 부분에서는 열전도율이 0.033으로 작고, 내부에서는 열확산율이 5×10^-8 ㎡/s로 작다. 이 때문에, 표면으로부터의 환경 온도의 침입이 단열 재료에 의해 저지되고, 또한, 내부로 진입한 온도에 대해서도 중심 부분으로의 진행이 축열 재료에 의해 저지되게 된다. 그 결과, 도 3의 파트 (c)에 도시된 바와 같이, 3600초 후에도 τ3(3600초)의 시점에서의 온도 분포를 나타내는 라인으로부터 알 수 있는 바와 같이 중심 부분의 온도가 55℃ 정도라고 하는 것처럼 상기한 보증 온도(55℃) 이하로까지 억제되고 있다.

이상 설명한 시뮬레이션으로부터도, 도 1에 도시된 RFID 태그(100)가 단열부(150)에 의한 단열 효과와, 축열부(140)에 의한 축열 효과에 의해 내부의 삽입물(110) 주변의 온도 상승이 억제되는 것을 알 수 있다.

또한, 축열 재료의 표면을 단열 재료로 덮은 모델에 있어서, 단열 재료의 열전도율 및 열확산율이나 축열 재료의 열전도율 및 열확산율을 여러 가지로 바꾸어 시뮬레이션을 행한 결과, 중심 부분의 온도에 대해서 상기와 같은 양호한 억제 효과를 얻기 위해서 바람직한 다음과 같은 조건을 얻을 수 있다.

즉, 단열 재료의 열전도율을 λ1, 단열 재료의 열확산율을 k1, 축열 재료의 열전도율을 λ2, 축열 재료의 열확산율을 k2라고 했을 때, λ1 << λ2, 또한, k1 > k2라는 조건이 충족되는 되는 것이 바람직하고, 구체적으로는, λ1 < 0.01 W/m·C, λ1 << λ2 < 0.10 W/m·C, k1 < 5×10^-7 ㎡/S, k2 < 5×10^-8 ㎡/s라는 조건이 충족되는 것이 바람직하다.

다음에, 이 RFID 태그(100)의 제조 순서에 대해서 설명한다.

도 4는 도 1에 도시된 RFID 태그(100)의 제조 순서를 나타낸 도면이다.

우선, 베이스(113) 상에서 통신용 안테나를 형성하는 안테나 패턴(112)에 그 안테나에 의한 무선통신을 행하는 회로 칩(111)이 전기적으로 접속되어 이루어지는 도 1에도 도시한 삽입물(110)이 준비된다(단계 S1). 도 4에는 이 삽입물(110)의 평면도가 도시되어 있다.

다음에, 이 삽입물(110)은 둘레면의 일부가 제거된 원통 형상의 케이스 본체(131)에 고정된 지지대(120)에 접착제(121)에 의해 접착된다(단계 S2). 도 4에는 삽입물(110)이 접착된 상태가, 상기 원통 형상을 중심축에 대하여 평행한 면에서 절단했을 때의 단면도와, 중심축에 대하여 수직인 면에서 절단했을 때의 단면도 로 도시되어 있다. 또한, 이하의 각 단계에서도, 각 단계에서의 상태가 이 단계 S2와 동일한 2개의 단면도로 도시되어 있다.

삽입물(110)이 접착되면, 다음에 케이스 본체(131)에 있어서 둘레면이 제거되어 있는 부분으로부터, 축열부(140)를 형성하는 실리콘수지가 충전된다(단계 S3).

계속해서, 케이스 본체(131)에 있어서 둘레면이 제거되어 있는 부분에 덮개(132)가 고정된다(단계 S4). 여기서, 이 덮개(132)를 고정한 시점에서는, 덮개(132) 아래가 중공 형상으로 되어 있지만, 이 덮개(132)에는 실리콘수지 보충용 구멍(132a)이 형성되어 있고, 단계 S4에서는, 이 구멍(132a)으로부터 덮개(132) 아래의 중공 부분에 실리콘수지가 보충된다. 이 단계 S4의 종료 시점에서 케이스(130)와 축열부(140)가 완성된다.

마지막으로, 케이스(130)의 외표면에 단열 재료인 시스타코트(등록상표)가 두께 1 ㎜로 도포되어 단열부(150)가 형성되어 RFID 태그(100)가 완성된다(단계 S5).

이상, 설명한 순서에 의해 삽입물(110)이 축열부(130)에 내포되고, 표면이 단열부(150)로 덮힌 고온 환경 하에서의 사용에 견디는 RFID 태그(100)가 제조된다.

또한 상기에서는, 본 발명의 RFID 태그의 일실시예로서, 내열 플라스틱제의 케이스(130)를 지닌 RFID 태그(100)를 예시하였지만, 본 발명은 이것으로만 한정되지 않고, 본 발명의 RFID 태그는, 예컨대 삽입물이 축열 재료로 몰딩되어 그 축열 재료의 외표면이 단열 재료로 덮혀 이루어진 것 등이어도 된다.

또한 상기에서는, 본 발명에서 말하는 단열부의 일례로서 단열 도료인 시스타코트(등록상표)로 형성된 단열부(150)를 예시하였지만, 본 발명은 이것으로만 한정되지 않고, 본 발명의 단열부는 축열부보다 단열성이 높은 재료로 형성된 것이면 된다.

또한 상기에서는, 본 발명에서 말하는 축열부의 일례로서 실리콘수지로 형성된 축열부(140)를 예시하였지만, 본 발명은 이것으로만 한정되지 않고, 본 발명의 축열부는, 예컨대 열확산율이 5×10^-8 ㎡/s인 종이나 열확산율이 8×10^-8 ㎡/s인 천연 고무 등의 재료로 형성된 것이라도 좋다.

또한 상기에서는, 본 발명에서 말하는 케이스의 일례로서 내열 플라스틱제의 케이스(130)를 예시하였지만, 그 내열 플라스틱으로서는 구체적으로는, 예컨대 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI) 및 폴리에테르에테르케톤(PEEK) 등을 들 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 고온 환경 하에서의 사용에 견디는 RFID 태그를 얻을 수 있다.

Claims

통신용 안테나와 이 안테나에 의한 무선통신을 행하는 회로 칩이 서로 전기적으로 접속되어 이루어지는 삽입물과,

상기 삽입물을 내포하고 이 삽입물로의 열확산을 방지하는 비금속제의 축열부와,

상기 축열부를 내포하고, 축열부로의 열전도를 방지하며, 축열부의 열확산율보다 큰 열확산율을 갖지만, 축열부의 열전도율보다 작은 열전도율을 갖는 단열부

를 구비하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
제1항에 있어서, 상기 삽입물을 내포하는 상기 축열부를 수용하는 비금속제의 케이스를 구비하고,

상기 단열부는 상기 케이스의 표면을 덮는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.