KR101054448B1 - 직접인쇄방식으로 에이치에프 알에프아이디 안테나를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직접인쇄방식으로 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법에 관한 것으로, 기판에 포름산 은, 옥살산 은 또는 시트르산 은을 포함한 은 페이스트를 사용하여 안테나층, 중간 절연층과 점퍼부를 3도 인쇄 방식으로 인쇄하고 열처리하여 10 이상의 Q 값을 갖는 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법을 제공한다.

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

인쇄, 페이스트, Rfid, HF

Description

직접인쇄방식으로 에이치에프 알에프아이디 안테나를 제조하는 방법{A preparing method via direct printing for HF Rfid tag antenna having high Q value}

본 발명은 직접인쇄방식으로 HF Rfid 안테나, 더 자세하게는, 도전성 페이스트를 사용하여 직접인쇄방법으로 10 이상의 Q 값 또는 조절된 Q 값을 갖는 HF Rfid 안테나를 제조 하기 위한 방법에 관한 것이다.

감지거리 1m 이하에 사용되는 HF Rfid 태그의 안테나는 공진 주파수와 Q 값에 의해 특성화된다. Q 값은 공진주파수로 동작하는 공진회로에서 증가하는 전압과 전류의 측정치이다. 높은 Q 값으로 인하여 안테나에 높은 전류가 흐르게 되고, 전력 전송이 향상된다.

현재 국내외 대부분의 업체의 경우 에칭공정을 사용한 소위 감법(substractive method)에 의하여 Rfid 태그의 안테나를 제조하고 있다. 에칭 공정으로 금속 박막을 사용하여 제조한 Rfid 태그 안테나의 경우에는 비교적 높은 Q 값을 가지지만, 제조 공정이 매우 복잡하고, 공정 중 다량의 에칭 폐수가 발생하며 이 폐수를 처리하는데 많은 비용이 사용되고 있다.

HF Rfid 태그의 안테나는 보안상 또는 사용목적상 인식 거리를 제한할 필요가 있고 따라서, HF Rfid 태그의 인식거리와 관계가 있고 민감도 지표인 Q 값을 조절할 필요가 있다. 그러나 에칭공정으로 제조되는 HF(high frequency) Rfid 안테나의 경우 Q 값 조절을 위해서는 금속 층의 두께를 조절하여야 함으로 동적층박판 재료의 선정에 제한이 있다.

종래 에칭공정의 경제성과 환경문제를 해결하기 위하여 도전성 페이스트를 사용한 직접 인쇄 방식에 의하여 Rfid 태그를 제조하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 그러나 직접 인쇄법으로 제조한 Rfid 태그의 안테나는 일반적으로 Q 값이 낮다는 문제점이 있다.

본 발명은 도전성 페이스트를 사용하여 직접인쇄방법으로 10 이상의 Q 값을 갖는 HF Rfid 태그의 안테나를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 도전성 페이스트를 사용한 직접인쇄방법에서 조절된 Q 값을 갖는 HF Rfid 태그의 안테나를 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의하여,

i) 기판에 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 은 전구체, 은 파우더와 바인더를 포함하는 은 페이스트를 사용하여 안테나 패턴을 인쇄하는 단계;

ii) 상기 인쇄된 안테나 패턴을 건조하는 단계;

iii) 상기 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 190℃ 이상의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 10 이상의 Q 값을 갖는 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 vi) 단계에서 220℃ 이상의 온도에서 열처리함으로써 20 이상의 Q 값을 갖는 HF Rfid 안테나를 제조할 수 있다.

또한 본 발명에 의하여, 상기 i)단계 내지 상기 v)단계는 동일하게 하고 상기 vi)단계에서 상기 기판을 150℃ 내지 내열 온도 범위에서 선택함으로써 Q 값을 조절하여 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법이 제공된다.

Rfid 태그의 인식거리와 Q 값은 선형적으로 비례하지 않지만 열처리 온도를 150℃ 에서 내열 온도 범위에서 선택함으로써 Q 값을 10 이하에서부터 50 이상까지 조절할 수 있다.

상기 은 페이스트에 사용되는 바인더는, 예를 들면, 아크릴 바인더, 에폭시 바인더, 폴리에스테르 바인더, 폴리 우레탄 바인더, 폴리 아믹산, 폴리 아믹산 유도체를 주성분으로 한다. 상기 은 페이스트에 대해서는 본 발명과 동일 출원인에 의하여 출원된 특허등록 제711505호에 자세히 기재되어 있다.

상기 기판의 재료는 바람직하게는, 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌나프탈레이트, 종이 또는 폴리비닐카보네이트, 가장 바람직하게는, 폴리이미드이다. 상기 iii) 단계에서 상기 광경화성 절연층은, 바람직하게는, uv경화성 아크릴계 바인더로 인쇄하고, 상기 iv) 단계에서 uv로 광조사하여 형성한다.

본 발명에서 원하는 Q 값에 따라 열처리 온도를 150℃ 이상에서 선정할 수 있다. 열처리 온도가 높아지면 Q 값도 높아지므로 은의 융점 이하이면 유리하나 기판과 바인더의 내열 온도에 의하여 상한 온도가 제한된다. 폴리아믹산 바인더의 내열온도는 400℃ 이상이지만 아크릴계 바인더는 300℃ 중반 이상에서는 분해에 의하여 열화 되므로 300℃ 이상의 열처리는 적용되기 어렵다. 일반적으로 Q 값은 10 이상 특히 바람직하게는 20 이상이 추천되지만 사용목적에 따라 10 이하의 Q 값이 선 택될 수도 있다. 금속 전구체에 따라 금속화 온도가 차이가 있으나 포름산 은, 옥살산 은과 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 Rfid 안테나의 점퍼부에 이방성전도페이스트를 이방성전도페이스트를 피복한 후 Rfid 칩을 장착하고 융착 또는 열 압착시켜 얻어지는 10 이상의 Q 값을 갖는 Rfid 태그가 제공된다.

본 발명에 의하여, 인쇄법을 이용하여 상용화 가능한 Rfid 태그를 제조하면 제조공정을 단순화하여 공정비용 및 제조시간을 절감할 수 있으며, 폐수발생을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명은 Rfid 안테나 제조공정에서 마지막 열처리 온도를 선택함으로써 Q 값의 범위를 조절할 수 있는 이점이 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

실시예 1

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. 상기 은 페이스트를 사용하여 폴리이미드 필름에 스크린인쇄기를 이용하여 도 1의 타입으로 인쇄를 한다. 인쇄물은 기재와 함께 70℃에서 5분간 건조한다. 건조한 인쇄물에 다시 아크릴레이트 계 UV 잉크(대한 잉크사 제조)를 사용하여 도 1 의 점퍼부에 인쇄(녹색부분)를 실시한 후 기재와 함께 노광을 한 후 UV ink가 인쇄된 부분에 은 페이스트를 사용하여 도 1의 점퍼부를 인쇄한다. 인쇄물은 기재와 함께 150℃에서 5분간 열처리를 실시하여 페이스트 내부의 유기물을 제거하여 HF Rfid 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.

제조한 HF Rfid 안테나는 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 (Anisotropic Conductive Paste, ACP)와 Rfid 칩 (ISO-15693)을 사용하여 HF Rfid 태그를 제작하였다(도2). 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 경우에는 표 2와 표 6에 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 Network analyzer (Agilent 사, E5071C)를 사용하여 측정하였다.

실시예 2

실시예 1 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나 3도 인쇄 후 190℃에서 5분간 열처리를 실시하여 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 실시예 1과 동일하게 하여 HF Rfid 태그를 제작하였다. 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 7에 나타내었다.

실시예 3

실시예 1 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나 3도 인쇄 후 220℃에서 5분간 열처리를 실시하여 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 8에 나타내었다.

실시예 4

실시예 1 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나 3도 인쇄 후 250℃에서 5분간 열처리를 실시하여 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일 하며, 그 결과를 표 2와 표 9에 나타내었다.

실시예 5

실시예 1 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나 3도 인쇄 후 280℃에서 5분간 열처리를 실시하여 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 10에 나타내었다.

실시예 6

실시예 1 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 대신에 금 파우더가 함유된 이방성전도페이스트를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 11에 나타내었다.

실시예 7

실시예 2 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 대신에 금 파우더가 함유된 이방성전도페이스트를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 12에 나타내었다.

실시예 8

실시예 3 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 대신에 금 파우더가 함유된 이방성전도페이스트를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 13에 나타내었다.

실시예 9

실시예 4 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 대신에 금 파우더가 함유된 이방성전도페이스트를 사용하여 실시예 1과 동일하게 하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 14에 나타내었다.

실시예 10

실시예 5 에서와 동일하게 HF Rfid 안테나를 제작한다. 제작한 HF Rfid 안테나의 전기저항, 접착력, 경도, 등의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 1 에 나타내었다. HF Rfid 안테나 칩 본딩의 경우에도 니켈 파우더가 함유된 이방성전도페이스트 대신에 금 파우더가 함유된 이방성전도페이스트를 사용하여 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 제작한 HF Rfid 태그의 인석거리, 공진주파수, Q 값의 측정 방법 또한 실시예 1과 동일하며, 그 결과를 표 2와 표 15에 나타내었다.

<표 1>

	열처리 온도(℃)	두께(㎛)	전기저항(Ω)	접착력	경도
실시 예 1	150	12.3	64.9	5B	5H
실시 예 2	190	13.4	49.9	5B	5H
실시 예 3	220	13.3	40.2	5B	5H
실시 예 4	250	11.5	22.5	5B	5H
실시 예 5	280	9.6	16.6	5B	5H
실시 예 6	150	13.6	63.9	5B	5H
실시 예 7	190	12.9	49.7	5B	5H
실시 예 8	220	12.8	39.5	5B	5H
실시 예 9	250	10.7	21.6	5B	5H
실시 예 10	280	10.0	15.9	5B	5H

<표 2>

	열처리 온도(℃)	인식거리(㎝)	공진 주파수(MHz)	Q 값
실시 예 1	150	21.4	14.1	6.4
실시 예 2	190	25.0	14.1	13.2
실시 예 3	220	26.8	14.3	19.3
실시 예 4	250	30.4	14.2	28.5
실시 예 5	280	34.2	13.9	41.6
실시 예 6	150	22.4	13.9	7.7
실시 예 7	190	25.8	14.3	14.5
실시 예 8	220	27.5	13.8	22.8
실시 예 9	250	33.5	13.7	31.2
실시 예 10	280	36.2	14.0	46.2

<표 3> 열처리 온도에 따른 전기저항 변화 - (end to end 측정)

<표 4> 열처리 온도에 따른 인식거리 변화

<표 5> 열처리 온도에 따른 Q 값 변화

<표 6>

<표 7>

<표 8>

<표 9>

<표 10>

<표 11>

<표 12>

<표 13>

<표 14>

<표 15>

도 1은 본 발명의 실시예 1에서 인쇄한 HF Rfid 태그사진이고

도 2는 본 발명의 실시예 1에서 칩 본딩 한 HF Rfid 태그이고

도 3은 인쇄된 HF Rfid 안테나의 전지저항 측정 (end to end) 사진이다.

Claims (6)

1. ⅰ) 기판에 포름산 은, 옥살산 은, 시트르산 은과 이들의 혼합물로 이루어지는 군에서 선택된 은 전구체, 은 파우더와 바인더를 포함하는 은 페이스트를 사용하여 안테나 패턴을 인쇄하는 단계; ii) 상기 인쇄된 안테나 패턴을 건조하는 단계; iii) 상기 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 190℃ 이상, 400℃ 이하의 온도에서 열처리하는 단계를 포함하는 10 이상 50 이하의 Q 값을 갖는 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법
2. 제1항에 있어서, 상기 기판의 재료는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리에틸렌나프탈레이트, 종이 또는 폴리비닐카보네이트이고 상기 iii) 단계에서 상기 광경화성 절연층을 uv경화성 아크릴계 바인더로 인쇄하고, 상기 iv) 단계에서 uv로 광조사하고, 상기 vi) 단계에서 220℃ 이상의 온도에서 열처리하는 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법
3. 제1항에 있어서, 상기 기판은 폴리이미드 연성기판이고 상기 은 전구체는 포름산 은인 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 vi) 단계의 열처리 온도를 190℃ 에서 300℃ 범위에서 선택함으로써 Q 값을 10 에서 50 범위에서 조절하여 HF Rfid 안테나를 제조하는 방법
6. 제1항에 의하여 제조된 HF Rfid 안테나의 점퍼부에 이방성전도페이스트를 게재한 후 칩을 융착시킨 HF Rfid 태그

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