KR101038495B1 - Ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 RFID 태그를 개시한다. 상기 RFID 태그는 소정의 작동 주파수를 갖는 안테나, 안테나와 전기적으로 연결된 RFID 칩, RFID 칩을 둘러싸도록 형성된 적어도 하나 이상의 몰딩부 및 몰딩부에 의해 고정된 적어도 하나 이상의 보강시트를 구비한다. 본 발명의 RFID 태그에 의하면, 외력이 작용하는 가혹한 작동환경에서도 RFID 태그의 손상이나 인식불능이 방지된다.

Description

ＲＦＩＤ 태그{RFID tag}

도 1은 종래기술에 의한 RFID 태그를 도시한 평면도,

도 2는 도 1에 도시한 RFID 태그의 측면도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 평면도,

도 4는 도 3에 도시한 RFID 태그의 측면도,

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 평면도,

도 6a 내지 도 7g는 도 3에 도시된 RFID 태그의 제조방법을 공정 순서별로 도시한 도면들.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100,200,300 : RFID 태그 101,201,301 : 내측 몰딩부

102,202,302 : 외측 몰딩부 110,210,310 : 안테나

150,250,350 : RFID 칩 181,281,381 : 상측 보강시트

182,282,382 : 하측 보강시트 500 : 리드 프레임

600 : 형틀 650 : 태그 모판

본 발명은 RFID 태그(Radio Frequency IDentification tag)에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 외력이 작용하는 작동환경에서도 RFID 태그의 손상이나 인식불능이 방지되는 개선된 구조의 RFID 태그에 관한 것이다.

근래에는 무선 통신 기술이 유통 분야를 포함한 전 산업 분야에서 폭 넓게 사용되고 있으며, 무선 통신 기술의 일례로서, 스마트 카드 및 무선 인식(RFID, radio frequency identification)등의 기술 분야가 있다.

이러한 무선 통신 기술은 상품에 대한 정보를 무선으로 얻기 위해 사용될 수 있는데, 이를 위해 무선 통신 시스템은 상품에 부착되는 트랜스폰더(transponder) 및 트랜스폰더와 무선 통신하는 리더기(reader)를 구비한다. 트랜스폰더에는 안테나 및 RFID 칩이 구비되어, 리더기로부터의 정보가 상기 안테나를 통하여 RFID 칩에 저장 및 갱신되고, RFID 칩에 저장된 정보가 안테나를 통하여 리더기로 송신된다.

무선 통신 기술이 적용될 수 있는 상품 중, 예를 들어, 타이어의 경우에는 타이어에 가해지는 압력이나 온도 등과 같은 작동환경이 적정하게 통제되지 않으면, 타이어의 제조과정이나 차량의 운행 중에 타이어의 파손 및 이에 따른 차량사고의 위험이 있는바, 타이어의 작동환경이 수시로 모니터링될 필요성이 크다.

도 1에는 종래기술에 의한 RFID 태그가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1에 도시된 RFID 태그의 측면도가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해, 도 1에는 보호지 및 이형지가 부착되기 이전단계의 RFID 태그를 도시하였다. 도면들에 도시된 RFID 태그는, 박막필름(11), 상기 박막필름(11) 상에 형성된 안테나(10), 안테나(10)와 전기적으로 연결된 RFID 칩(50)을 포함한다. 상기 박막필름(11)은 PET(Polyethylene Terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PE(Polyethylene)등의 고분자 소재로 형성될 수 있다. 상기 안테나(10)는 박막필름(11) 상에 동박층이나 알루미늄 박층을 적층하고, 에칭함으로써, 형성될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 안테나(10)의 단부에는 RFID 칩(50)이 플립칩 본딩(flip-chip bonding)될 수 있다. 보다 상세하게, RFID 칩(50) 및 안테나(10) 사이에 이방성도전접착제(20)가 개재되어, 양자(50,10)가 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 RFID 칩(50) 및 안테나(10)는 몰딩부(60)에 의해 매립되고, 안테나(10)의 상측 및 하측에는 각각 보호지(15) 및 이형지(13)가 배치된다. 각각의 보호지(15) 및 이형지(13)는 접착층(12,14)에 의해 접착된다. 이러한 RFID 태그는 이형지(13)를 제거한 후, 정보를 얻고자 하는 상품에 장착된다.

그런데, 이러한 종래 RFID 태그가 높은 압력 및 고온 환경에서 작동되는 타이어 등의 상품에 장착될 경우, RFID 태그에 작용하는 인장, 압축력이나 휨 하중에 의해 안테나가 변형되어서 작동 주파수가 변동되거나, RFID 칩이나 RFID 칩과 안테나의 연결부가 손상당하는 등으로 인해, 리더기가 RFID 태그를 인식하지 못하게 되는 문제점이 발생된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 외력이 작용하는 작동환경에서도 손상이 방지되는 개선된 구조의 RFID 태그 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 RFID 태그는,

소정의 작동 주파수를 갖는 안테나;

상기 안테나와 전기적으로 연결된 RFID 칩;

상기 RFID 칩을 둘러싸도록 형성된 적어도 하나 이상의 몰딩부; 및

상기 몰딩부에 의해 고정된 적어도 하나 이상의 보강시트;를 구비한다.

바람직하게, 상기 RFID 태그는 상기 RFID 칩, 및 RFID 칩과 안테나의 연결부를 밀봉하는 내측 몰딩부 및 상기 내측 몰딩부를 둘러싸도록 형성되고, 상기 보강시트를 고정하는 외측 몰딩부;를 포함한다.

여기서, 상기 내측 몰딩부 및 외측 몰딩부 사이에는 중간 몰딩부가 더 형성될 수 있다.

본 발명에 있어 바람직하게, 상기 보강시트는 상기 RFID 칩의 상하에 대칭적으로 배치된다.

상기 보강시트는 보강성 화이버를 포함하되, 상기 보강성 화이버는 서로 교차하는 적어도 두 방향을 따라서 배열될 수 있다. 여기서, 상기 보강성 화이버는 직포상으로 엮어질 수 있다.

상기 보강성 화이버는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 나일론 섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 섬유일 수 있다.

또는 상기 보강시트는 수지 조성물이 망상 구조로 일체 성형되어 이루어질 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면들을 참고하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 RFID 태그가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에 도시된 RFID 태그의 측면도가 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 RFID 태그(100)는 소정의 작동 주파수를 갖는 안테나(110), 상기 안테나(110)에 본딩된 RFID 칩(150), 상기 RFID 칩(150) 및 안테나를 둘러싸도록 순차로 형성된 내측 몰딩부(101) 및 외측 몰딩부(102)를 포함한다. 상기 안테나(110)는, 예를 들어, 투폴(two-pole) 타입의 웨이브(wave) 안테나로 형성될 수 있다. 이러한 안테나(110)는 반도체 제조공정에서 사용되는 리드 프레임의 리드들로 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

상기 안테나(110)와 RFID 칩(150)은 상호 전기적으로 연결되는데, 예를 들어, 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 의하면, RFID 칩(150)에 형성된 패드(150a)와 안테나(110) 양단부에 형성된 은(Ag) 도금층(110a)은 전도성 와이어(120)를 통해 서로 도통된다.

상기 RFID 칩(150) 및 안테나(110)와 RFID 칩(150) 사이의 전기적 연결부는 내측 몰딩부(101)에 의해 밀봉되는데, 전기적 연결부는 전도성 와이어(120) 및 전도성 와이어(120) 양단이 각각 결합된 패드(150a)와 은 도금층(110a)을 포함한다. 이러한 내측 몰딩부(101)는 상대적으로 경성인 재질로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 연결부가 외력에 쉽게 변형되면, 안테나(110)와 RFID 칩(150) 사이에 접속불량이 발생할 수 있기 때문이다. 내측 몰딩부(110)를 형성하는 경성의 몰딩재로는, 예를 들어, 에폭시 컴파운드(Epoxy compound)가 있다.

상기 내측 몰딩부(101)의 외측으로는 안테나(110) 및 내측 몰딩부(101)를 둘러싸는 외측 몰딩부(102)가 형성된다. 상기 외측 몰딩부(102)는 안테나(110) 및 RFID 칩(150)을 외부환경으로부터 차단하여 보호하고, 외부압력이나 충격을 흡수하여 RFID 태그(100) 내부로 전달되는 응력을 감소시키는 완충층의 역할을 한다. 즉, RFID 태그(100)가 타이어에 장착되는 경우를 예로 들면, 차량운행 중에는 타이어에 상당한 압력이 가해지게 되고, 타이어의 제조공정에서도 최종형태를 갖추기 이전단계에서 타이어에 급격한 신장 및 압축이 행해진다. 상기 외측 몰딩부(102)는 이러한 타이어의 신장 및 압축에도 불구하고, RFID 태그(100) 내부가 안전하게 보호되도록 완충성을 제공한다. 이러한 외측 몰딩부(102)로서는 예를 들어, 실리콘 고무가 사용될 수 있다.

상기 외측 몰딩부(102)에는 적어도 하나 이상의 보강시트(181,182)가 함침되어 있는데, 보다 구체적으로 상기 RFID 칩(150)을 사이에 두고 상측 보강시트(181) 및 하측 보강시트(182)가 대칭되게 배치되어 있다. 이러한 보강시트(181,182)는 RFID 태그(100)에 작용하는 인장력, 압축력 및 휨 하중에 대한 저항성을 제공하며, 이로써, 내부의 RFID 칩(150) 및 안테나(110)를 보호하는 기능을 수행한다.

RFID 칩(150)의 상측 및 하측에 형성된 각각의 보강시트(181,182)는 RFID 태그(100)의 신장 및 압축 강성에 기여하고, 도면에 도시된 바와 같이, RFID 칩(150)의 상하로 대칭되게 형성되면, RFID 태그(100)의 휨 하중에 대해서도 효과적으로 저항할 수 있다.

상기 보강시트(181,182)는 시트 상으로 형성된 보강성 화이버로 이루어질 수 있다. 이러한 보강시트(181,182)는 서로 다른 방향으로 연장되는 보강성 화이버의 가닥(strand)을 바인더로 결합하여 시트 상으로 형성하거나, 또는 보강성 화이버의 가닥을 엮어서 직포 상으로 형성하여 제조될 수 있다. 여기서, 이러한 보강성 화이버로서는, 인장 강도, 가요성, 인성, 및 내구성 등이 우수한 예를 들어, 탄소 섬유 등의 무기질 섬유나 아라미드 섬유 등의 유기질 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 등이 사용될 수 있으며, 상기 보강시트(181,182)는 일 종 또는 2 종 이상의 보강성 화이버를 포함할 수 있다. 일반적으로 보강성 화이버는 길이 방향의 강도 특성이 우수하므로, 이러한 보강성 화이버를 서로 상이한 두 방향으로 연장하여, 보강시트(181,182)가 다양한 방향으로 작용하는 압축력이나 신장력에 대해 효율적으로 저항할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 보강시트(181,182)를 구성하는 화이버 사이의 간격은 요구되는 강성에 부합되게 조정될 수 있다.

한편, 상기 보강시트(181,182)는 수지 조성물을 망상 구조로 일체 성형하여 형성될 수도 있으며, 이 때, 상기 수지 조성물로서는, 고강도 특성을 갖는, 예를 들어, 폴리에틸렌이나 폴리아미드 수지 조성물 등이 이용될 수 있다. 망상 구조로 형성된 보강시트(181,182)는 골격 사이에 다수의 공극이 형성되어서 유연성을 갖게 되고, 이러한 공극을 통하여 외측 몰딩부(102)에 용이하게 함침될 수 있다.

한편, 상기 보강시트(181,182)는 그 외표면에 거칠기 처리하여, 보강시트(181,182)와 외측 몰딩부(102) 사이의 부착력을 좋게 할 수 있다. 거칠기 처리는 예를 들어, 보강성 화이버에 대해 규사 등의 분말을 살포함으로써, 이루어질 수 있 다.

도 5에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 RFID 태그가 도시되어 있다. 상기 RFID 태그(200)는 RFID 칩(250)을 밀봉하는 내측 몰딩부(201) 및 상기 내측 몰딩부(201)의 외측에 배치되어 보강시트(281,282)를 고정하는 외측 몰딩부(202)를 포함한다. 여기서, 본 실시예의 RFID 태그(200)에 있어서는 상기 내측 몰딩부(201) 및 외측 몰딩부(202) 사이에 중간 몰딩부(203)가 추가로 구비된다. 상기 중간 몰딩부(203)는 유연성 내지 탄성을 제공함으로써, RFID 칩(250) 및 안테나(210)에 가해지는 응력을 완화하는 기능을 수행할 수 있고, 예를 들어, 실리콘 고무 등으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 외측 몰딩부(202)는 RFID 태그(200)가 장착되는 상품과 직접적으로 접하는데, 상품과의 밀착성을 높이고 상품으로부터의 이탈을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, RFID 태그(200)가 타이어에 장착되는 경우에는 타이어 재질과 밀착성이 우수한 고무재로 형성되는 것이 바람직하다. 외측 몰딩부(202)가 타이어와 밀착성을 유지하면서도, 연성을 갖는 몰딩재로 형성되면, 중간 몰딩부(203)와 함께 외력을 흡수하여 RFID 태그(200)의 내부가 안전하게 보호될 수 있다.

이하에서는 도 6a 내지 도 7g를 참조하여 RFID 태그 제조방법의 일례에 대해 설명하기로 한다.

우선, 박막의 리드 프레임(500)을 준비하고(도 6a), 준비된 리드 프레임(500)을 에칭하여, 안테나(310)를 형성한다(도 6b). 에칭된 리드 프레임(500)은 리드 프레임(500)의 외곽을 형성하고 리드 프레임(500)을 하나의 단위별로 구분하는 가이드 레일(501), 웨이브 형태의 안테나(310), RFID 칩이 배치되는 실장부(340), 및 상기 실장부(340)와 일체로 형성된 지지부(330)를 구비한다. 안테나(310)는 투폴타입의 웨이브 안테나로 형성될 수 있다. 도 8b에서 점선으로 표시된 부분(U)은 리드 프레임(500)의 일 단위를 나타내는 것으로, 리드 프레임(500)의 일 단위로부터 하나의 RFID 태그가 제조된다. 그러므로, 동시에 다수 개의 RFID 태그가 제조될 수 있도록, 다수 개 단위로 리드 프레임(500)을 준비한다.

다음에, 도 6c에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(500)의 실장부(340)에 RFID 칩(350)을 배치시킨다. 도 6c에서는 설명의 편의를 위하여, 리드 프레임(500)의 일 단위만을 도시하였다. 다음에, 안테나(310)와 RFID 칩(350)을 전기적으로 연결한다. RFID 칩(350)은 와이어 본딩에 의해 전기적으로 연결될 수 있는데, 이에 의하면, 안테나(310)의 단부들에 은(Ag) 도금층(310a)을 형성한 후, RFID 칩(350)의 패드(350a)들과 은 도금층(310a)을 전도성 와이어(320)로 연결한다. 한편, 도면으로 도시되지는 않았으나, RFID 칩과 안테나는 이방성도전접착제에 의한 플립 칩 본딩(flip-chip bonding)으로 연결될 수도 있다.

다음에, 도 6d에서 볼 수 있듯이, 리드 프레임(500)에 내측 몰딩부(301)를 형성한다. 내측 몰딩부(301)는 RFID 칩(350), 및 RFID 칩(350)과 안테나(310)의 전기적 연결부를 봉입하도록 형성된다. 여기서, 상기 연결부는 전도성 와이어(320), 전도성 와이어(320)의 양단이 각각 결합된 RFID 칩(350)의 패드(350a)와 은 도금층(310a)을 포함한다. 연결부가 외력에 의해 용이하게 변형되면, RFID 칩(350)과 안테나(310)의 접속불량이 발생될 수 있다. 따라서, 내측 몰딩부(301)는 상대적으로 경성의 몰딩재로 형성되는 것이 바람직하며, 예를 들어, 에폭시 컴파운드로 형성될 수 있다. 전술한 공정들을 통하여, 도 6e에 도시된 바와 같이 RFID 칩이 내측 몰딩부(301)에 의해 밀봉된 형태의 리드 프레임(500)이 형성된다.

다음에, 도 7a에 도시된 바와 같이, 소정의 치수를 갖는 대략 장방향의 형틀(600)을 준비하고, 이어서, 도 7b에서 볼 수 있듯이, 형틀(600) 내에 하측 보강시트(382)를 배치한다. 이러한 하측 보강시트(382)는 전술한 바와 같이, 서로 교차하는 두 방향으로 연장된 보강성 화이버를 포함하여 이루어질 수 있고, 대안으로 수지재를 망상구조로 일체 형성한 형태의 하측 보강시트(382)가 사용될 수도 있다. 이러한 하측 보강시트(382)는 리드 프레임에 형성된 단위 RFID 태그의 수에 대응하여 복열로 배열한다.

다음으로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 하측 보강시트(382) 상에 도 6e에 도시된 바와 같은 리드 프레임(500)을 안착한다. 이 때, 도면에 도시되지는 않았으나, 하측 보강시트(382)와 리드 프레임(500) 사이에는 간격유지 구조물이 개재되어 하측 보강시트(382)와 리드 프레임(500) 사이에 소정의 높이 차이를 유지하도록 할 수 있다.

이어서, 도 7d에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(500) 상에 상측 보강시트(381)를 배치한다. 상측 보강시트(381)는 하측 보강시트(382)와 마찬가지로, 보강성 화이버의 시트 형태나 수지재가 망상 구조로 일체 성형된 형태를 가질 수 있다. 다만, 상측 보강시트(381)와 하측 보강시트(382)는 동일 구조나 재질로 형성되어야 하는 것은 아니므로, 예를 들어, 상측 보강시트(381)는 하측 보강시트(382)와는 다 른 이종의 보강성 화이버로 구성될 수도 있다. 한편, 이러한 상측 보강시트(381)도 하측 보강시트(382)와 마찬가지로, 리드 프레임에 형성된 단위 RFID 태그의 수에 대응하여 복열로 배열한다.

이어서, 도 7e에 도시된 바와 같이, 형틀(600) 내에 몰딩 수지(302)를 주입하고 소정 시간 동안 경화(curing)하는 단계가 수행된다. 여기서, 상기 몰딩 수지(302)로서는, 다양한 수지재가 이용될 수 있는데, 일례로서 피부착 상품과의 밀착성을 고려하여 선정될 수 있으며, 예를 들어, 타이어에 부착되는 RFID 태그의 경우에는 타이어와의 밀착성 및 유연성이 우수한 고무재가 사용될 수 있다. 몰딩 수지(302)가 주입되면서 상측 보강시트(381)가 부유될 수 있는데, 이 경우에는 로울러 등으로 가압하여, 상측 보강시트(381)가 몰딩 수지(302)에 충분히 함침되도록 하는 것이 바람직하다.

주입된 몰딩 수지(302)가 경화 처리된 후, 형틀(600)을 분리하는 탈형 단계를 거치는데, 탈형 단계를 거쳐서 도 7f에 도시된 바와 같이, 태그 모판(650)이 형성된다. 동 도면에서 U로 표시된 것은 RFID 태그가 형성되는 태그 모판(650)의 일 단위를 나타낸 것이다. 마지막으로, 도 7g에 도시된 바와 같이, RFID 태그를 태그 모판으로부터 일 단위별로 분리하는 싱귤레이션(singulation) 공정이 수행된다. 도면에서는 설명의 편의를 위하여 RFID 태그의 일 단위만을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 싱귤레이션에서는, 가이드 레일(501)의 내측을 따라 절단이 수행되고, RFID 태그(300)가 가이드 레일(501)에서 분리된다. 다만, 동 도면에서는 편의상 태그 모판의 일 단위만을 도시한 것이므로, 다수의 절단 툴이 종횡으로 배열된 다이를 도 7f에 도시된 태그 모판에 대하여 가압하는 방식으로 싱귤레이션이 이루어질 수 있다.

본 발명의 RFID 태그에 구비되는 안테나는 전술한 제조방법이외에도, 박막필름 상에 적층된 동박층 또는 알루미늄 박층을 에칭하거나, 박막필름 상에 전도성 잉크를 프린팅하여 형성될 수도 있다.

본 명세서에 첨부된 도면들에서는, 안테나가 투폴 타입의 웨이브 형태로 형성되어 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 실질적인 특징들은 이러한 안테나의 형상에 한정되지 않고, 예를 들어, 모노폴(monoploe) 타입의 안테나 등의 경우에도 사실상 동일하게 적용이 가능하다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 태그에 의하면, RFID 태그가 적어도 두 층이상의 몰딩부를 구비함으로써, 외력이 가해지는 상품에 장착되는 경우에도 RFID 태그의 원활한 작동이 가능하며, RFID 태그의 손상 내지 리더기의 인식불능이 방지된다. 특히, 본 발명의 RFID 태그에 있어서는, 상기 몰딩부에 의해 고정되는 적어도 하나 이상의 보강시트가 형성되므로, RFID 태그에 작용되는 인장력, 압축력이나 휨 하중에 대해 효과적으로 저항할 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 소정의 작동 주파수를 갖는 안테나;

   상기 안테나와 전기적으로 연결된 RFID 칩;

   상기 RFID 칩, 및 RFID 칩과 안테나의 연결부를 밀봉하는 내측 몰딩부;

   상기 내측 몰딩부를 둘러싸도록 형성되고, 적어도 하나 이상의 망상 구조를 가지는 보강시트를 포함하는 외측 몰딩부;를 구비한 RFID 태그.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내측 몰딩부 및 외측 몰딩부 사이에는 중간 몰딩부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보강시트는 보강성 화이버를 포함하되, 상기 보강성 화이버는 서로 교차하는 적어도 두 방향을 따라서 배열된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
4. 제3항에 있어서,

   상기 보강성 화이버는 탄소섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아크릴 섬유, 나일론 섬유 중에서 선택된 적어도 하나 이상의 섬유인 것을 특징으로 하는 RFID 태그.

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