KR100947358B1

KR100947358B1 - 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법

Info

Publication number: KR100947358B1
Application number: KR1020090086263A
Authority: KR
Inventors: 허순영
Original assignee: (주)이그잭스
Priority date: 2009-09-14
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-03-15

Abstract

본 발명은 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 스마트 카드 인레이와 스마트 카드에 관한 것으로, i) 카드 기판에 유기 금속의 금속 전구체, 금속 파우더와 바인더를 포함하는 금속 페이스트를 사용하여 루프 안테나 패턴을 인쇄하는 단계; ii) 상기 인쇄된 루프 안테나 패턴을 건조하는 단계; iii) 상기 루프 안테나 패턴 상에서 점퍼부 해당 위치에 광경화성 절연층을 인쇄하는 단계; iv) 광조사하여 상기 절연층을 경화시키는 단계; v) 상기 절연층에 걸쳐 상기 은 페이스트를 사용하여 점퍼부를 인쇄하는 단계; 및 vi) 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하여, 인쇄법을 이용하여 상용화 가능한 스마트 카드 인레이를 제조하면, 제조공정을 단순화하여 공정비용 및 제조시간을 절감할 수 있으며, 폐수발생을 최소화 할 수 있다. 또한 본 발명은 스마트 카드 루프 안테나 제조에서 마지막 열처리 온도를 선택함으로써 Q 값의 범위를 조절할 수 있는 이점이 있다.

인쇄, 페이스트, 스마트 카드, 루프 안테나

Description

스마트 카드 인레이를 제조하는 방법 {A method for preparing inlay of a smart card}

본 발명은 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법 및 그 방법에 의하여 제조된 스마트 카드 인레이와 스마트 카드에 관한 것이다.

마그네틱 테이프에 사용자의 인증 정보를 포함하는 마그네틱 카드를 대신하여 메모리 칩 등과 같은 전자소자를 구비한 IC 카드가 대용량 정보 수록능력과 고신뢰도의 보안성을 확보하기 위하여 금융거래 인증 수단 또는 보안 인증 수단으로 그 응용분야를 더욱 확대되고 있다.

이러한 IC 카드는 자기 테이프에 상응하는 메모리 기능만을 가지는 경우와 논리 연산기능을 갖는 스마트 카드로 대별된다. 다시 스마트 카드는 카드판독기 안에 삽입하는 방식의 접촉식 카드와 카드 판독기 부근에 가져다 대는 방식으로 정보의 교환이 이루어지는 비접촉식 카드로 나누어진다. 또한, 상기 두 가지 방식이 결합될 수 있는데 결합한 형태에 따라, 하나의 카드 내에 접촉식과 비접촉식이 독립된 칩에 의해 존재하는 하이브리드 형과 하나의 카드내에 접촉/비접촉식이 하나의 칩에 의해 존재하는 콤비 형으로 나눌 수 있다.

이러한 하이브리드 형과 콤비 형을 포함하는 비접촉식 스마트 카드는 적층 프라스틱 카드 내에 메모리와 논리 연산을 위한 마이크로 칩, 칩운영체제와 무선 통신을 담당하는 인레이로 구성되어 있다.

비접촉식 스마트 카드에서 현재 가장 많이 사용되는 인레이는 에나멜 코팅된 루프코일을 홈이 형성된 플라스틱 시트에 매입하고 상기 루프코일의 단자를 마이크로 칩과 도전 접착하도록 구성되어 있다. 이러한 인레이 구성은 루프코일을 성형해야 하고 플라스틱 시트 홈에 삽입하는 다소 복잡한 공정으로 이루어져 있고 특정 업체의 기술로 특허가 허여 되어 있다.

다른 인레이 형태로는 동박적층시트를 이용하여 루프 안테나 형태로 에칭하여 인레이를 구성하는 방법이다. 동박적층시트 에칭방법은 인레이 패턴을 형성하기 위하여 레지스트로 패턴을 형성하고 에칭하는 공정을 사용해야 함으로 많은 공정이 필요하고 에칭 폐액의 발생이라는 환경적 문제도 내포하고 있어 원가 상승요인을 가지고 있다. 특히 루프 안테나 회로를 형성하기 위하여 후면에 점퍼를 인쇄하여 전기적으로 연결시키기 위한 비어홀이나 절연층이 조립된 스트랩칩을 사용하여야 함으로 제조단가가 올라간다.

본 발명은 인쇄방법 만을 사용하여 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 인쇄방법 만을 사용하여 스마트 카드 인레이와 스마트 카드를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하여,

i) 카드 기판에 유기 금속의 금속 전구체, 금속 파우더와 바인더를 포함하는 금속 페이스트를 사용하여 루프 안테나 패턴을 인쇄하는 단계;

ii) 상기 인쇄된 루프 안테나 패턴을 건조하는 단계;

iii) 상기 루프 안테나 패턴 상에서 점퍼부 해당 위치에 광경화성 절연층을 인쇄하는 단계;

iv) 광조사하여 상기 절연층을 경화시키는 단계;

v) 상기 절연층에 걸쳐 상기 은 페이스트를 사용하여 점퍼부를 인쇄하는 단계; 및

vi) 상기 플라스틱 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법이 제공된다.

유기 금속의 금속 전구체, 금속 파우더와 바인더를 포함하는 금속 페이스트에서 상기 금속은 바람직하게는 은이다. 이 때 금속 전구체는 반응성 유기용매에 용해되어 용액 상태일 수 있다. 이러한 도전성 패턴 형성을 위한 금속 페이스트와 은 페이스트에 대해서는 본 발명의 출원인에 의하여 출원된 한국 특허 709724호와 711505호에 자세히 기재되어 있다. 상기 유기 금속의 금속 전구체는 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 지방산 은으로, 예를 들면, 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은 또는 이들의 혼합물이다.

상기 은 페이스트에 사용되는 바인더는, 예를 들면, 아크릴 바인더, 에폭시 바인더, 폴리에스테르 바인더, 폴리 우레탄 바인더과 폴리 아믹산 등 내열성 바인더에서 선정한다.

상기 기판의 재료는 특별히 제한은 없으나 PVC는 80℃ 이하의 낮은 온도, 폴리카보네이트는 150℃ 이하의 온도, PET는 190℃ 이하의 온도, 폴리이미드는 350 ℃ 이하의 온도와 종이는 200℃ 이하의 온도에서 열처리가 가능하다. 내열성 플라스틱 기판으로 에폭시, 불포화폴리에스테르와 아크릴 변성 수지와 같은 열경화성 수지로 된 시트가 사용될 수 있다.

상기 iii) 단계에서 상기 광경화성 절연층은, 바람직하게는, uv경화성 아크릴계 바인더로 인쇄하고, 상기 iv) 단계에서 uv로 광조사하여 형성한다.

상기 열처리는 은 전구체에 따라 금속화 온도를 달리하므로 은 전구체에 따라 80℃ 이상의 온도로 열처리한다. 또한 플라스틱 기판의 내열성도 감안하여 350℃ 이하의 온도로 열처리한다.

도전성 페이스트를 사용한 직접 인쇄 방식에 의하여 제조한 루프 안테나는 일반적으로 인식거리와 관계가 있는 민감도 지표인 Q 값이 낮다는 문제점이 있지만 열처리 온도를 소재에 맞추어 잘 선정함으로써 이를 극복할 수 있다. 뿐만 아니라 스마트 카드의 HF 루프 안테나는 보안상 또는 사용목적상 인식 거리를 제한할 필요가 있고 본 발명에 의한 스마트 카드의 루프 안테나는 열처리 온도를 달리하여 Q 값을 쉽게 조절할 수 있다는 장점이 있다.

루프 안테나의 인식거리와 Q 값은 선형적으로 비례하지 않지만 열처리 온도를 80℃ 에서 내열 온도 범위에서 선택함으로써 Q 값을 10 이하에서부터 50 이상까지 조절할 수 있다. 폴리카보네이트, PET, 폴리이미드와 종이 기판을 사용하여 높은 온도에서 열처리하면 60 내지 80의 높은 Q 값이 가능하다. 본 발명에서 원하는 Q 값에 따라 열처리 온도를 80℃ 이상, 바람직하게는 150 ℃ 이상에서 선정할 수 있다. 열처리 온도가 높아지면 Q 값도 높이지므로 은 페이스트를 사용할 때 은의 융점 이하 이면 Q 값을 높이는 데 유리하나 기판과 바인더의 내열 온도에 의하여 상한 온도가 제한된다. 폴리아믹산 바인더의 내열온도는 400℃ 이상 이지만 아크릴계 바인더는 300℃ 중반 이상에서는 분해에 의하여 열화되므로 300℃ 이상의 열처리는 적용되기 어렵다. 일반적으로 Q 값은 10 이상 특히 바람직하게는 20 이상이 추천되지만 사용목적에 따라 10 이하의 Q 값이 선택될 수도 있다. 금속 전구체에 따라 금속화 온도가 차이가 있으나 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은의 금속화 온도는 비교적 저온이다. 조건에 따라 차이가 있을 수 있으나 포름산 은의 경우 열처리 온도 280℃ 이상에서는 Q 값은 40 이상이고 250℃ 근방에서는 Q 값은 대략 30 정도이고 220℃ 근방에서는 Q 값은 대략 20 정도이고 150℃ 근방에서는 Q 값은 대략 6 내지 10 정도이다.

또한, 본 발명에 의하여, 상기 제조된 HF 루프 안테나의 점퍼부에 이방성전 도페이스트를 피복한 후 마이크로 칩을 장착하고 열 압착시켜 도전 접착하고 보호시트를 양면에 적층하고 필요한 표면 인쇄를 하면 완성된 스마트 카드가 얻어진다.

도1은 플라스틱 기판의 홈에 에나멜 코팅된 루프코일(2)이 함몰된 종래의 스마트 카드 인레이를 보여 준다. 기판(10)의 함몰부에 루프코일 안테나를 매입하고 마이크로 칩이 내장된 패키징 칩(4)을 리드 선(3)에 솔더링하여 인레이를 완성한다.

도2는 동박 적층판으로 된 기판을 에칭하여 안테나 패턴(8)을 형성한 종래의 스마트 카드 인레이를 보여 준다. 안테나 패턴은 나선임으로 안테나 회로를 형성하기 위하여 안테나 패턴의 끝단에 비어홀(9)을 형성한다. 도전성 페이스트를 이용하여 이면 점프부(5 : 하얀 부분으로 투명기판이라 보임)를 이면에 인쇄하고 다른 비어홀(6)을 통하여 칩(7)이 장착되는 전면 점프부에 도전 연결된다.

도3은 본 발명에서 제조된 3도 인쇄방식의 인레이 기판을 보여준다. 이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

실시예 1 내지 10

도전성 페이스트의 제조

판형 은 파우더(D₅₀=1.97㎛) 105g과 아크릴 바인더 22.5g, 노르말터피네올과 부틸셀루솔브(무게비 4:6)로 이루어진 용제와 포름산 은 오르가놀 졸 잉크를 전체 페이스트의 0.5wt% 첨가로 이루어진 페이스트 조성물을 완전히 혼합하여 은 페이스트를 제조하였다.

루프 안테나 인쇄

상기 은 페이스트를 사용하여 폴리이미드 기판에 스크린인쇄기를 이용하여 도 3의 루프 안테나(11)를 인쇄한다. 인쇄물은 기판과 함께 70℃에서 5분간 건조한다. 건조한 인쇄물에 다시 아크릴레이트 계 UV 잉크(대한 잉크사 제조)를 사용하여 도 3 의 점퍼부를 형성하기 위하여 절연층(12; 녹색부분)를 인쇄한 후 기판과 함께 노광을 한 후 UV ink가 인쇄된 부분에 은 페이스트를 사용하여 도 3의 점퍼부(13)를 인쇄한다. 실시예1 내지 10에서 인쇄물은 기판과 함께 150℃에서 280℃의 범위에서 온도를 달리하여 5분간 열처리를 실시하여 페이스트 내부의 유기물을 제거하여 HF 루프 안테나를 제조한다. 제조한 안테나의 전기저항, 인쇄된 안테나 두께, 접착력, 경도 등을 측정하여 표 1에 표시하였다. 전기저항 측정은 KEITHLEY (Moldel : 2750) 저항측정계를 사용하였으며, 접착력은 테이프 테스트를, 경도는 연필경도측정법으로 측정하였다.

마이크로칩 융착과 측정

제조한 HF 루프 안테나 인레이 기판에 니켈 파우더(실시예1 내지 실시예5) 또는 금 파우더(실시예6 내지 실시예10)가 함유된 이방성전도페이스트 (Anisotropic Conductive Paste, ACP)와 도 3의 도면부호 14의 Rfid 칩 (ISO-15693)을 사용하여 인레이 기판을 완성하였다(도3). 제작한 인레이 기판의 인식거리, 공진주파수, Q 값을 표 1에 나타내었다. 인식거리 측정은 FEIG 사의 리더기는 ID ISC. MR 101, 안테나는 ID ISC. ANT 340/240-A를 사용하여 측정을 하였으며, 공진 주파수 및 Q 값은 네트웍 애널라이저(Agilent 사, E5071C)를 사용하여 측정하였다.

<표 1>

	열처리 온도(℃)	인식거리(㎝)	공진 주파수(MHz)	Q 값
실시 예 1	150	21.7	14.1	6.5
실시 예 2	190	25.2	14.0	13.3
실시 예 3	220	25.7	14.2	19.1
실시 예 4	250	30.2	14.1	28.4
실시 예 5	280	33.8	13.9	41.3
실시 예 6	150	21.7	13.9	7.5
실시 예 7	190	26.3	14.2	14.3
실시 예 8	220	29.5	13.9	23.0
실시 예 9	250	32.1	13.9	30.1
실시 예 10	280	35.7	14.1	45.8

도 1은 종래기술에서 루프코일 방식의 인레이 기판의 사진

도 2는 종래기술에서 에칭방식의 루프 안테나 기판의 사진

도 3은 본 발명에 의한 3도 인쇄방식의 스마트 카드 루프 안테나 기판의 사진

Claims

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i) 기판에 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 은 전구체, 금속 파우더와 바인더를 포함하는 금속 페이스트를 사용하여 루프 안테나 패턴을 인쇄하는 단계; ii) 상기 인쇄된 루프 안테나 패턴을 건조하는 단계; iii) 상기 루프 안테나 패턴 상에서 점퍼부 해당 위치에 광경화성 절연층을 인쇄하는 단계; iv) 광조사하여 상기 절연층을 경화시키는 단계; v) 상기 절연층에 걸쳐 상기 금속 페이스트를 사용하여 점퍼부를 인쇄하는 단계; 및 vi) 상기 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법
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제3항에 있어서, 상기 vi) 단계의 열처리 온도를 150℃ 에서 300℃ 범위까지 변화시킴으로써 Q 값을 10 에서 50범위에서 조절하여 스마트 카드 인레이를 제조하는 방법
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i) 기판에 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 은 전구체, 금속 파우더와 바인더를 포함하는 금속 페이스트를 사용하여 루프 안테나 패턴을 인쇄하는 단계; ii) 상기 인쇄된 루프 안테나 패턴을 건조하는 단계; iii) 상기 루프 안테나 패턴 상에서 점퍼부 해당 위치에 광경화성 절연층을 인쇄하는 단계; iv) 광조사하여 상기 절연층을 경화시키는 단계; v) 상기 절연층에 걸쳐 상기 금속 페이스트를 사용하여 점퍼부를 인쇄하는 단계; vi) 상기 기판을 열처리하는 단계; 상기 점퍼부에 이방성전도페이스트를 게재한 후 마이크로 칩을 융착시키는 단계; 및 양면 보호 필름층을 적층하는 단계를 포함하는 스마트 카드를 제조하는 방법
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