KR100858961B1 - 주변환경의 영향을 배제한 ｒｆｉｄ디바이스 및 그제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 UHF대역의 RFID 태그(Tag)를 이용하여 주변환경이나 대상물의 종류에 무관하게 최적의 인식 성능을 제공하고자 한 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 상부 케이스를 형성하는 단계와; FR-4로 이루어진 기판상에 형성되고 다이폴 형태를 변형한 안테나와, UHF대역에서 동작하며 COB(Chip on Board) 상태로 제작되어 상기 기판상에 무연 납땜에 의해 결합되는 RFID칩으로 이루어진 RFID태그를 상기 상부 케이스의 소정 위치에 삽입하는 단계와; 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 하부 케이스를 형성하는 단계와; RFID태그가 삽입된 상부케이스와 하부 케이스를 결합시킨 후 초음파 융착으로 접착하는 단계로 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스를 제조하게 된다.
Description
도 1은 일반적인 RFID 인식장치의 개략구성도.
도 2는 종래 RFID 인식장치의 구성도.
도 3a는 종래 RFID 인식장치의 분해 단면도, 도 3b는 RFID 인식장치의 결합 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스의 사시도.
도 5는 도 4의 단면도.
도 6은 본 발명에 의한 RFID 태그의 구조도.
도 7은 본 발명에 의한 "RFID 디바이스 제조방법"을 보인 공정도.
도 8은 본 발명에서 RFID 디바이스의 실험 예시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110… 상부 케이스
111… 연결부
120… RFID 태그
125… RFID칩
130… 하부 케이스
131… 삽입 홈
본 발명은 주변환경의 영향을 배제한 RFID(Radio Frequency IDentification) 디바이스(Device) 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 UHF대역의 RFID 태그(Tag)를 이용하여 주변환경이나 대상물의 종류에 무관하게 최적의 인식 성능을 제공하고자 한 주변환경의 영향을 배제한 RFID디바이스 및 그 제조방법에 관한 것이다.
RFID태그는 일반적으로 안테나 및 IC칩으로 이루어져 외부의 리딩 장치와 소정의 데이터를 송수신하는 장치를 의미하며, 다르게는 트랜스폰더(transponder)라고도 한다. RFID태그는 주파수를 이용하는 비접촉 방식에 따라 외부의 리더-라이터장치(reader-writer device)와 필요한 데이터를 송수신할 수가 있다.
주지한 바와 같이 RFID 기술은 사물에 태그를 이용하여 사물들의 정보를 무선(Radio Frequency)으로 인식하는 기술로, 도 1에 도시한 바와 같이, 크게 안테나(11)를 포함하는 리더(Reader)(10), 태그(20), 그리고 판독한 데이터를 처리하는 호스트 컴퓨터(30)로 구성된다. 이전에는 저주파 대역(LF, HF)의 시스템을 많이 사용하였으나, 최근에는 다중인식(Anti-collision), 긴 인식거리(Long Reading Range), 데이터 처리속도 등의 기술적인 장점으로 인하여 UHF대역의 RFID태그가 주목을 받고 있다.
여기서 RFID 태그는 전원의 유무에 따라 크게 능동형(Active)과 수동형(Passive)으로 구분되어 진다. 전원을 자체적으로 가지고 동작하는 액티브 형태의 경우, RFID Interrogator로부터 오는 전자파를 이용한 유도전류 방식으로 전원을 생성하여 에너지로 사용하는 방식이므로, RFID태그가 부착되는 주변의 환경에 따라 인식이 달라지는 문제점이 발생하게 된다.
한편, RFID태그의 부착 대상물이 금속일 경우 전자파를 반사하는 특성으로 인하여 RFID가 정상적으로 작동하기 어렵고, 물, 습기가 있는 액체용기에 부착할 경우에는 물이 전자파를 흡수하는 특성이 있어 정상적인 작동이 어렵고, 전자파가 투과되는 유전체일 경우에는 전자파가 유전체를 통과하며 발생하는 유전손실 때문에 정상적인 작동이 어려운 현상이 나타난다.
이와 같은 전자파의 특성으로 인하여 RFID태그의 부착 대상물에 따라 적용의 한계를 갖게 된다.
이를 극복하기 위한 종래의 방법이 도 2와 도 3a 및 도 3b에 개시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 부착 대상물(41)에서 일정한 간격(d)(UHF대역의 경우 1/4 파장 거리)을 두고 RFID태그(50)를 부착하거나, 도 3a에 도시된 바와 같이, 금속으로부터 반사되는 전자파를 방지하거나 수분에 흡수하는 전자파를 방지하기 위하여 RFID태그(61)에 일정한 간격을 유지하는 접지 금속판(도체)(66)을 설치하는 방법을 주로 이용하였다.
도 2에서 미설명 부호 51은 RFID칩을 나타내고, 52는 안테나를 나타내며, 53은 RFID태그(50)가 장착되는 기판을 나타내며, 도 3a 및 도 3b에서 미설명 부호 62는 상측 케이스를 나타내고, 참조부호 63은 스페이셔를 나타내며, 참조부호 64는 하측 케이스를 나타내며, 참조부호 65는 양면 테이프를 나타낸다.
그러나 이러한 종래의 방법은 RFID 태그를 제작할 경우, 그 두께가 지나치게 두꺼워(900MHz 대역의 태그를 제작할 경우 1/4 파장의 거리를 유지하여야 하므로 두께가 80mm이상), RFID 태그로서의 사용상 불편함이 발생한다.
또한, 상부 케이스의 소정 위치에 RFID 태그를 삽입하고 하부 케이스를 결합한 후, 하부 케이스에 양면 테이프를 테이핑한 후 접지 금속 또는 차폐 제를 결합시켜 제작하게 되므로 매우 복잡한 공정을 거치게 되고, RFID태그와 접지와의 일정한 간격을 두기 위한 스페이셔를 선정함에 있어서, 신중을 기해야하는 어려움이 있었다(스페이셔의 경우 공기층이 가장 이상적임).
아울러 종래의 방법은 상기와 같이 제작된 RFID 태그의 형상을 유지하기 위하여 주로 합성수지를 이용한 별도의 케이스를 사용하게 되는 데, 이 경우 전자파가 케이스를 통과하면서 손실이 발생하여 인식 정도가 달라지는 단점도 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 다른 방법으로는 금속판의 접지를 사용하는 대신 전자파 흡수체(EMW Absorber)를 태그와 금속, 액체 사이에 위치하게 하여 흡수체가 접지(차폐) 역할을 하도록 하는 방법도 제안되었으나, 이러한 방법 역시 제작공정이 복잡하고, 각각의 사용 환경에 따라 다르게 설계하여야 하는 번거로움이 발생하였다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 RFID 인식장치에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명의 목적은, UHF대역의 RFID 태그(Tag)를 이용하여 주변환경이나 대상물의 종류에 무관하게 최적의 인식 성능을 제공하고자 한 주변환경의 영향을 배제한 RFID디바이스 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
더욱 상세하게는 케이스 재질로 사용하는 합성수지에 페라이트, 카본블랙 등 무기물을 혼합하여 케이스를 제작함으로써, 금속, 액체, 유전체 등 다양한 환경에서도 주변의 영향을 받지 않고 정상동작이 가능하고, 고온/저온 등 온도변화에 따라 RFID 태그를 적절하게 보호하여 그 기능을 보존하도록 하며, 필요에 따라 재활용할 수 있는 주변환경의 영향을 배제한 RFID디바이스 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
내부에는 RFID칩과 안테나로 이루어진 RFID 태그가 내장되고, 외부에는 폴리머 컴포지트(Polymer Composite)(Polymer+Ceramic) 재질로 케이스를 구현함으로써, 금속 또는 도체, 유리, 액체 등에 부착되어도 인식거리가 저하되거나 인식 불가능하지 않으면서 태그가 정상동작하도록 하고, 고온(영상 150°이상), 저온(영하 40 °까지)의 온도 조건(온도변화에 따른 열에 의한 손상)에서 태그가 그 기능을 상실하지 않도록 하며, 태그(Inlay 또는 Label Type)가 외부의 물리적, 환경적 충격으로 인하여 재활용 불가능하거나 장기간 사용이 불가능한 점을 해소하도록 한다.
이러한 본 발명을 달성하기 위한 바람직한 실시 예의 "주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스"는,
전자파 흡수/차폐를 방지하고, 유전율 손실을 방지하기 위해 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출 성형한 상부/하부 케이스와;
상기 상부 및 하부 케이스의 사이에 게재되고, UHF대역에서 동작하여 데이터를 송수신하는 RFID태그를 포함한다.
상기에서 폴리머 복합물은, 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물과 액상폴리퍼(LCP) 복합물인 것을 특징으로 한다.
상기에서, 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물은,
폴리페닐린설파이드와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기에서, 액상폴리퍼(LCP) 복합물은,
액상폴리퍼와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 것을 특징으로 한다.
상기에서 RFID태그는,
FR-4로 이루어진 기판상에 형성된 다이폴 형태의 안테나와;
UHF대역에서 동작하며, COB(Chip on Board) 상태로 제작되어 상기 기판상에 무연 납땜에 의해 결합되는 RFID칩으로 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 본 발명을 달성하기 위한 바람직한 실시 예의 "주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스 제조방법"은,
폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 상부 케이스를 형성하는 단계와;
FR-4로 이루어진 기판상에 형성된 다이폴 형태의 안테나와, UHF대역에서 동작하며 COB(Chip on Board) 상태로 제작되어 상기 기판상에 무연 납땜에 의해 결합되는 RFID칩으로 이루어진 RFID태그를 상기 상부 케이스의 소정 위치에 삽입하는 단계와;
상기 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 하부 케이스를 형성하는 단계와;
상기 RFID태그가 삽입된 상부케이스와 상기 하부 케이스를 결합시킨 후 초음파 융착으로 접착하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명에 따른 RFID 디바이스의 사시도로서, 상부케이스(110)와 RFID태그(120)와 하부케이스(130)로 구성된다.
상부케이스(110)와 하부케이스(130)는 전자파 흡수/차폐를 방지하고, 유전율 손실을 방지하며, 내약품성, 열변형온도, 내후성, 강도 등을 고려하여 폴리머 복합물(Polymer Composite)(Polymer+Ceramic)을 소정의 형태로 사출 성형하여 제작한다. 여기서 폴리머 복합물은, 아래의 [표1]에 도시한 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물과 [표2]에 도시한 액상폴리퍼(LCP) 복합물을 적절하게 사용하게 된다.
| 구분 | 시료 1 | 시료 2 |
| PPS+유리섬유(GF) 40% | 100 | 70 |
| Ni-Mg-Zn | 27 | |
| Carbon Black | 3 | |
| 합계 | 100 | 100 |
| 구분 | 시료 3 | 시료 4 |
| LCP+유리섬유(GF) 30% | 100 | 70 |
| Ni-Mg-Zn | 27 | |
| Carbon Black | 3 | |
| 합계 | 100 | 100 |
즉, 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물은 폴리페닐린설파이드(PPS)와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말을 혼합하여 사용하고, 액상폴리퍼(LCP) 복합물은 액상폴리퍼(LCP)와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말을 혼합하여 사용한다.
특히, 사출 성형품 제작에 있어서, 상측 케이스(110)의 경우 전자파 투과를 위하여 시료 1과 시료 3을 사용하여 사출 성형하고, 하부 케이스(130)의 경우 전자파의 반사를 방지하기 위하여 시료 2와 시료 4를 사용하여 사출 성형한다. 그들의 조합을 살펴보면, 상부케이스(110)가 시료 1을 사용한 경우에는 하부 케이스(130)는 시료 2를 사용하는 것이 바람직하고, 상부케이스(110)가 시료 3을 사용한 경우에는 하부 케이스(130)는 시료 4를 사용하는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5에서 미설명 부호 111은 사물과의 결합을 위한 연결부를 나타내고, 미설명 부호 131은 RFID 태그(120)에 형성된 RFID칩(125)이 삽입되는 삽입 홈을 나타낸다.
한편, RFID태그(120)는 UHF대역에서 사용하는 주변 환경에 영향을 받지 않고 정상적으로 동작하는 패시브 형태(별도의 전원이 없는 형태)로 제작하는 것이 바람직하며, 이러한 RFID태그(120)는 도 6에 개시된 바와 같이, RFID 태그용 안테나(121)는 일반적으로 사용하는 다이폴 형태를 변형하여 사용하며, RFID 칩(125)은 UHF대역(860 ~ 950MHz)에서 동작하는 EPC C1 Gen2를 사용한다. 안테나 제작은 고온, 저온 등 환경에 강하도록 FR-4로 이루어진 기판(122)상에 동박 판을 사용하여 제작한다. 아울러 RFID칩(125)은 다이(Die) 상태로 사용할 경우 외부적 환경에 취약하여 COB(Chip on Board) 상태로 제작하여 무연 납(123)으로 상기 기판(122)상에 땜질하여 결합하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명에 의한 "주변환경의 영향을 배제한 RFID디바이스 제조방법"을 보인 공정도이다.
이에 도시된 바와 같이, 단계 S101에서 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 상부 케이스를 형성하게 되고, 단계 S103에서 FR-4로 이루어진 기판상에 변형된 다이폴 형태의 안테나와, UHF대역에서 동작하며 COB(Chip on Board) 상태로 제작되어 상기 기판상에 무연 납땜에 의해 결합되는 RFID칩으로 이루어진 RFID태그를 상기 상부 케이스의 소정 위치에 삽입하게 된다.
다음으로, 단계 S105에서 상기 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 하부 케이스를 형성하고, 단계 S107에서 상기 RFID태그가 삽입된 상부케이스와 상기 하부 케이스를 결합시킨 후 초음파 융착으로 접착하여 RFID 디바이스를 제조하게 된다. 이러한 RFID 디바이스의 제조 방법은 종래의 금속 또는 습기의 영향을 받지 않는 RFID 태그의 제작 방법에 비해 그 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
여기서 본 발명의 바람직한 실시 예는 상부 케이스 제작, RFID태그 삽입, 하부 케이스 제작, 상부케이스와 하부케이스 결합 후 초음파 융착이라는 공정을 통해 RFID 디바이스를 제조하는 것으로 설명하였으나, 다른 방법으로 상부 케이스 제작, 하부 케이스 제작, RFID 삽입, 상부케이스와 하부케이스 결합 후 초음파 융착이라는 공정을 통해서도 제조가 가능하며, 그 외에 필요에 따라 그 공정을 달리하는 것도 당 업계의 종사자라면 당연하다 할 것이다.
본 발명자는 주지한 바와 같이 제조한 RFID 디바이스의 효율을 확인하기 위하여 도 8과 같은 환경하에서 실험을 하였다.
도 8에서 201은 안테나를 나타내고, 202는 리더를 나타내며, 203은 컴퓨터를 나타내고, 301은 RFID 태그 시료를 나타내고, 302는 사물의 표면으로서 금속판 또는 물이 담긴 케이스를 나타낸다.
표준 인식거리를 측정하기 위하여 공기 중에서 UHF대역의 Inlay 형태의 태그로 인식거리를 측정하였으며, 각각의 시료를 금속판, 물이 담긴 케이스에 양면테이프로 밀착하고 인식거리를 측정하였다. 여기서 금속판은 알루미늄판재로 크기는 50cm×50cm×2mm두께이며, 물이 담긴 케이스의 경우 폴리카보네이트 재질로 만든 50cm×50cm×5cm두께를 사용하였다. 안테나와 태그는 지상으로부터 약 2m 정도 위치하여 전자파가 지상으로부터 반사하는 현상을 최소화한 상태에서 실험을 하였으며, 그 결과는 아래의 [표3] 및 [표4]와 같다.
| 구분 | 표준시료 | 시료 1 | 시료 2 |
| 공기중 | 4.5m | 4.1m | 4m |
| 금속판 | 0 | 0.3m | 4.1m |
| 물이 담긴 케이스 | 0 | 0.1m | 4.0m |
| 구분 | 표준시료 | 시료 3 | 시료 4 |
| 공기중 | 4.5m | 4.5m | 4.3m |
| 금속판 | 0 | 0.2m | 4.2m |
| 물이 담긴 케이스 | 0 | 0 | 4.0m |
주지한 바와 같이, 본 발명에 의한 시료 사용시 표준시료 대비 공기 중의 인식 거리는 유사하나, 금속판이나 물이 담긴 케이스의 경우에서는 표준시료 대비 탁월한 인식 거리가 가능함을 알 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.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 케이스 재질로 사용하는 합성수지에 페라이트, 카본블랙 등 무기물을 혼합하여 케이스를 제작함으로써, 금속, 액체, 유전체 등 다양한 환경에서도 주변의 영향을 받지 않고 정상동작이 가능한 RFID 디바이스를 제공할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고온/저온 등 온도변화에 따라 RFID 태그를 적절하게 보호할 수 있어 온도변화에도 그 기능을 보존시킬 수 있는 장점이 있으며, 필요에 따라 재활용할 수 있는 RFID 디바이스도 제공할 수 있는 이점이 있다.
Claims (8)
- RFID(Radio Frequency IDentification) 태그(Tag)를 이용하여 무선 주파수를 인식하기 위한 RFID 디바이스에 있어서,전자파 흡수/차폐를 방지하고 유전율 손실을 방지하기 위해, 폴리페닐린설파이드와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물과, 액상폴리퍼와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 액상폴리퍼(LCP) 복합물이 혼합된 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출 성형한 상부/하부 케이스와;상기 상부 및 하부 케이스의 사이에 게재되고, UHF대역에서 동작하여 데이터를 송수신하는 RFID태그를 포함하는 것을 특징으로 하는 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스.
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- 제1항에 있어서, 상기 상부케이스 및 하부 케이스는,상부 케이스를 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물로 사용할 경우 하부 케이스도 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물을 사용하고, 상부 케이스를 액상폴리퍼(LCP) 복합물로 사용할 경우 하부 케이스도 액상폴리퍼(LCP) 복합물로 사용하는 것을 특징으로 하는 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스.
- RFID 태그(Tag)를 이용하여 무선 주파수를 인식하기 위한 RFID 디바이스의 제조 방법에 있어서,폴리페닐린설파이드와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물과, 액상폴리퍼와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 액상폴리퍼(LCP) 복합물이 혼합된 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 상부 케이스를 형성하는 단계와;FR-4로 이루어진 기판상에 형성된 다이폴 형태의 안테나와, UHF대역에서 동작하며 COB(Chip on Board) 상태로 제작되어 상기 기판상에 무연 납땜에 의해 결합되는 RFID칩으로 이루어진 RFID태그를 상기 상부 케이스의 소정 위치에 삽입하는 단계와;상기 폴리페닐린설파이드와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 폴리폐닐린설파이드(PPS) 복합물과, 액상폴리퍼와 무기물인 유리섬유(GF)와 자성재료인 Mg-Zn 페라이트 분말과 도전성을 갖는 카본블랙 분말이 혼합된 액상폴리퍼(LCP) 복합물이 혼합된 폴리머 복합물을 사용하여 소정의 형태로 사출성형하여 하부 케이스를 형성하는 단계와;상기 RFID태그가 삽입된 상부케이스와 상기 하부 케이스를 결합시킨 후 초음파 융착으로 접착하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 주변환경의 영향을 배제한 RFID 디바이스 제조방법.
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