KR101070908B1 - Ｒｆｉｄ 태그 및 그 제조방법 - Google Patents

Ｒｆｉｄ 태그 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 RFID 태그 및 그 제조방법을 개시한다. 본 발명의 RFID 태그는 절연소재로 이루어진 박막필름, 박막필름의 제1 면 상에 형성되고, 제1 작동주파수를 갖는 제1 안테나 패턴, 박막필름의 제2 면 상에 형성되고, 제2 작동주파수를 가지며, 연결패턴에 의해 상호 연결된 내측단부 및 외측단부를 구비한 제2 안테나 패턴, 및 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴 중 적어도 하나의 안테나 패턴과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 RFID 칩을 포함한다. 개시된 RFID 태그 및 그 제조방법에 의하면, 서로 다른 주파수 사이에 호환성이 확보되면서도 공간소모가 최소화되는 RFID 태그 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

ＲＦＩＤ 태그 및 그 제조방법{RFID tag and manufacturing methode the same}
도 1은 종래 기술에 의한 RFID 태그를 도시한 평면도,
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 취한 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 태그를 도시한 평면도,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 취한 단면도,
도 5는 도 3에 도시된 RFID 칩의 저면도,
도 6(a) 내지 도 6(e)는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 태그의 제조방법을 단계별로 도시한 단면도들.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 박막필름 111 : 제1 안테나 패턴
112 : 연결패턴 112a : 연결패턴의 내측단부
112b : 연결패턴의 외측단부 113 : 전도성 범프
114 : 이방성도전접착제 115 : RFID 칩
120 : 제2 안테나 패턴 120a : 제2 안테나 패턴의 내측단부
120b : 제2 안테나 패턴의 외측단부
본 발명은 RFID 태그(Radio Frequency IDentification tag) 및 이를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안테나와 RFID 칩이 연결되어, 외부로부터의 정보가 상기 안테나를 통하여 RFID 칩에 저장 및 갱신되고, RFID 칩에 저장된 정보가 외부로 송신되는 RFID 태그 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
근래에는 통신 기술뿐만 아니라 유통 분야를 포함한 전 산업 분야에서 무선 주파수(RF, radio frequency)를 이용한 기술이 폭 넓게 사용되고 있다. 레이더 장치뿐만 아니라 차량의 충돌 방지 시스템과 같은 안전 장치, 스마트 카드 및 무선 인식(RFID, Radio Frequency IDentification) 장치와 같은 기술 분야에서도 무선 주파수 기술이 사용되고 있다.
이러한 무선 주파수 기술을 실행하는 무선 주파수 시스템은 안테나 및 RFID 칩을 포함하는 RFID 태그(RFID tag) 및 상기 RFID 태그와 무선 통신하는 리더기(reader) 등의 구성 요소를 구비한다. 상기 RFID 태그는 전자기 유도원리에 의해, 리더기 주위에 형성된 전자기장에서 전력을 공급받아 작동되는 수동소자이다.
도 1에는 종래 기술에 의한 RFID 태그가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 취한 단면도가 도시되어 있다. 설명의 편의를 위해, 도 1에는 보호지 및 이형지가 부착되기 이전단계의 RFID 태그가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, RFID 태그는 고분자수지로 이루어진 박막필름(10) 상에 루프형태로 형성된 안테나 패턴(11) 및 안테나 패턴(11)에 실장된 RFID 칩(15)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 안테나 패턴(11)은 폐루프를 형성하도록 그 내측단부(11a)와 외측단부(11b)는 은(Ag) 도금층(19)에 의해 전기적으로 연결되고, 은(Ag) 도금층(19) 하측에는 솔더 레지스트층(18)이 도포되어 은(Ag) 도금층(19)과 안테나 패턴(11) 사이를 절연시킨다. 안테나 패턴(11)에는 RFID 칩(15)이 본딩되는데, 이방성도전접착제(14)를 이용하여 플립칩 본딩(flip-chip bonding)된다.
이러한 종래 RFID 태그는 단일 안테나 패턴만을 구비함으로써, 설정된 작동주파수와 다른 대역의 주파수로는 무선통신이 불가능한 문제가 있다. 즉, 일반적으로 무선통신에 사용되는 주파수로는, 13.56MHz의 고주파수(High Frequency, HF), 및 최근에 많은 연구가 진행되고 있는 900MHz의 초고주파수(Ultra High Frequency, UHF) 등이 있으나, 종래 기술에 의한 RFID 태그는 작동주파수 사이의 호환성이 없고, 각각의 주파수 대역에 적합한 RFID 태그가 독립적으로 제조되고 있는 실정이다. 특히, 초고주파수와 고주파수는 그 전파 특성이 서로 상이하여, 예를 들어, 초고주파 시스템의 인식거리는 3~4m에 이르는 반면, 고주파수 시스템의 인식거리는 10~15cm 정도로, 초고주파수 시스템이 상대적으로 긴 인식거리를 제공한다. 그러나, 액상의 장애물을 통과할 필요가 있는 경우에는, 초고주파수 시스템보다는 고주파수 시스템이 더 적합하다. 그런데, 종래 기술에 의하면, 필요에 따라 작동주파수를 변화시키기 위해, 각각의 작동주파수에 적합한 RFID 태그를 별개로 장착해야 하는바, 재료 및 탈부착에 소요되는 작업공수가 낭비되고, 비용부담이 증가하는 문제점이 발생한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 주파수를 이용하여 정보교환이 가능한 RFID 태그 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 목적을 달성하면서도 공간소모가 최소화되고, 제조공정의 작업성이 향상되는 RFID 태그 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 이루기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 RFID 태그는,
절연소재로 이루어진 박막필름;
상기 박막필름의 제1 면 상에 형성되고, 제1 작동주파수를 갖는 제1 안테나 패턴;
상기 박막필름의 제2 면 상에 형성되고, 제2 작동주파수를 가지며, 연결패턴에 의해 상호 연결된 내측단부 및 외측단부를 구비한 제2 안테나 패턴; 및
상기 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴 중 적어도 하나의 안테나 패턴과 전기적으로 연결된 적어도 하나의 RFID 칩;을 포함한다.
상기 제1 안테나 패턴은 다이폴(dipole) 형태로 형성될 수 있고, 상기 제2 안테나 패턴은 내측단부로부터 권취되어 외측단부로 연장된 코일(coil) 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어 바람직하게, 상기 제1 안테나 패턴의 제1 작동주파수는 초고주파수(UHF)에 해당되고, 상기 제2 안테나 패턴의 제2 작동주파수는 고주파수(HF) 에 해당된다.
상기 연결패턴은 상기 박막필름의 제1 면상에 형성되고, 상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부와 각각 전기적으로 연결된 내측 연결단부 및 외측 연결단부를 구비한 것이 바람직하다. 여기서, 바람직하게, 상기 박막필름의 제2 면 상에 형성된 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부는 각각 박막필름의 제1 면 상에 형성된 연결패턴의 내측 연결단부 및 외측 연결단부와 박막필름을 관통하여 형성된 인터매탈릭 컴파운드에 의해 전기적으로 결합된다.
상기 RFID 칩은 상기 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴과 도통된 연결패턴에 본딩된 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 RFID 태그의 제조방법은,
(a) 절연소재로 이루어진 박막필름을 준비하는 단계;
(b) 상기 박막필름의 제1 면 및 제2 면 상에 각각 제1 안테나 원소재층 및 제2 안테나 원소재층을 형성하는 단계;
(c) 제1 안테나 원소재층을 패터닝하여 제1 안테나 패턴 및 연결패턴을 형성하는 단계;
(d) 제2 안테나 원소재층을 패터닝하여 제2 안테나 패턴을 형성하는 단계;
(e) 상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부를 각각 연결패턴의 내측 연결단부 및 외측 연결단부와 전기적으로 연결하는 단계; 및
(f) 상기 제1 안테나 패턴 및 연결패턴에 RFID 칩을 실장하는 단계;를 포함한다.
상기 (e) 단계는 크림핑(crimping) 방법에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계 및 (d) 단계는 상기 박막필름 상에 형성된 제1 안테나 원소재층 및 제2 안테나 원소재층을 함께 에칭함으로써, 동시에 진행되는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 RFID 태그에 대해 상세히 설명하기로 한다. 도 3 및 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 RFID 태그가 도시되어 있는데, 도 3은 RFID 태그의 평면도이고, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도이다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 도 3 및 도 4에는 보호지 및 이형지가 배치되기 이전상태의 RFID 태그가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 RFID 태그는 박막필름(110)의 제1 면(110a) 상에 형성된 제1 안테나 패턴(111), 및 박막필름(110)의 제2 면(110b) 상에 형성된 제2 안테나 패턴(120)을 포함한다. RFID 태그의 베이스를 이루는 박막필름(110)은 절연소재로 이루어진다. 박막필름(110)의 제1 면(110a) 상에 형성된 제1 안테나 패턴(111)은 박막필름(110)의 대략 중앙에 배치된 RFID 칩(115)으로부터 대각선 방향으로 연장된 다이폴(dipole) 타입으로 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 RFID 칩(115)의 저면도에서 볼 수 있듯이, RFID 칩(115)의 저면에는 제1 안테나 접속단자(115a) 및 제2 안테나 접속단자(115b)가 각각 형성되어 있다. 제1 안테나 접속단자 중 일 단부는 입력단부가 되고, 다른 단자는 출력단자가 된다. 마찬가지로, 제2 안테나 접속단자 중 일 단자는 입력단자, 다른 단자는 출력단자가 된다. 이들 접속단자(115a,115b)는 플립칩 본딩(flip-chip bonding)을 위해 접속단자 상에 형성된 전도성 범프에 의해 각각 제1 안테나 패턴 및 연결패턴과 전기적으로 연결된다.
즉, 도 4를 참조하면, 접속단자 상에 형성된 도전성 범프(113)와 제1 안테나 패턴(111)의 단부는 이방성도전접착제(114)에 의해 전기적으로 그리고 물리적으로 결합된다. 제1 안테나 패턴(111)은 제1 작동주파수를 사용하여 정보를 송신/수신하는데, 예를 들어, 900MHz의 초고주파(UHF)로 작동될 수 있다.
한편, 박막필름(110)의 제2 면(110) 상에는 제2 안테나 패턴(112)이 형성되는데, 도 3에서 볼 수 있듯이, 제2 안테나 패턴(112)은 내측단부(120a)로부터 권취되어 외측단부(120b)로 연장되는 대략 장방형의 코일(coil) 형상을 가진다. 제2 안테나 패턴(120)은 내측단부(120a) 및 외측단부(120b)가 서로 연결되어 전체적으로 폐루프를 이루는데, 도 4에서 볼 수 있듯이, 내측단부(120a)는 박막필름(110)의 제1 면(110a) 상에 형성된 연결패턴(112)의 내측 연결단자(112a)와 상하로 대응되게 형성되어 내측단부(120a)와 내측 연결단자(112a)는 크림핑(crimping)에 의해 상호 전기적으로 연결된다. 참고적으로, 크림핑(crimping)은 가압수단(미도시)에 초음파 진동을 부가함으로써, 상기 단자들(112a,120a) 사이에 박막필름(110)을 관통하는 인터메탈릭 컴파운드(inter-metallic compound)를 형성하여, 단자들(112a,120a)을 전기적으로 연결하는 공정이다.
마찬가지로, 제2 안테나(120)의 외측단부(120b)도 제1 면(110a) 상에 형성된 연결패턴(112)의 외측 연결단자(112b)와 상하로 대응되게 형성되고, 이들 단자들(112b,120b)은 박박필름(110)을 관통하여 형성된 인터메탈릭 컴파운드에 의해 상호 전기적으로 연결된다.
한편, 제2 안테나 패턴(120)과 도통된 연결패턴(112)에는 RFID 칩(115)이 플립칩 본딩(flip-chip bonding)되는데, 보다 상세히, RFID 칩(115) 저면의 제2 안테나 접속단자(115b, 도 5 참조)에는 도전성 범프(113)가 형성되고, 도전성 범프(113)와 연결패턴(112)의 단부는 이방성도전접착제(114)에 의해 전기적으로 그리고 물리적으로 결합된다. 제2 안테나 패턴(120)은 연결패턴(112)을 통하여 RFID 칩(115)에 저장된 정보를 송신하거나 또는 수신된 정보를 RFID 칩(115)에 저장한다. 제2 안테나 패턴(120)은 제2 작동주파수로 작동되는데, 예를 들어, 13.56MHz의 고주파수(HF)로 작동될 수 있다. 본 발명의 RFID 태그는 제1 작동주파수를 갖는 제1 안테나 패턴(111)과 제2 작동주파수를 갖는 제2 안테나 패턴(120)을 함께 구비함으로써, 서로 다른 작동주파수를 이용하여 정보교환이 가능한 주파수의 호환성을 제공한다. 한편, 도면으로 도시되지는 않았으나, 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴에 각각의 RFID 칩이 실장될 수도 있음은 물론이다.
이하에서는, 도 6(a) 내지 도 6(e)를 참고하여 RFID 태그의 제조방법을 일례를 들어, 설명하기로 한다. 도 6(a) 내지 도 6(e)는 각 공정단계에서의 RFID 태그를 도 3의 Ⅳ-Ⅳ에 대응되는 선을 따라 취한 단면도들이다. 박막필름 준비단계에서는 절연소재의 박막필름(110)이 제공되는데, 상기 박막필름(110)은, 예를 들어, PET(Polyethylene Terephthalate), PVC(Polyvinyl chloride), PE(Polyethylene)등의 고분자 소재로 형성될 수 있다.
다음에, 박막필름(110)의 양면(110a,110b)에 안테나 원소재층(111`,120`)을 형성한다(도 6(a)). 즉, 박막필름(110)의 제1 면 상(110a)에는 제1 원소재층(111`)을 적층하고, 제2 면 상(110b)에는 제2 원소재층(120`)을 적층한다. 이러한 안테나 원소재층들(111`,120`)은 전기전도도가 우수한 구리나 알루미늄 등의 박판으로 이루어진다.
다음에, 제1 원소재층(111`)을 에칭하여 박막필름(110)의 대각선 방향으로 연장되는 제1 안테나 패턴(111)을 형성하는데(도 6(b)), 제1 안테나 패턴(111)의 길이, 두께 등 구체적인 설계는 작동주파수 및 안테나의 성능 등 요구사항에 적합하게 설정될 수 있다. 이러한 제1 원소재층(111`)의 패터닝 단계에서는 제1 안테나 패턴(111)과 함께, 연결패턴(112)이 동시에 형성될 수 있다.
다음에, 제2 원소재층(120`)을 에칭하여 대략 장방형 코일 형태의 제2 안테나 패턴(120)을 형성한다. 이 때, 제2 안테나 패턴(120)의 내측단부(120a) 및 외측단부(120b)는 박막필름(110)의 제1 면(110a) 상에 형성된 연결패턴(112)의 내측 연결단부(112a) 및 외측 연결단부(112b)와 각각 상하로 대응되도록 형성한다.
제2 안테나 패턴(120)의 내측단부(120a) 및 외측단부(120b)는 상대적으로 넓은 폭으로 형성되어 연결패턴(112)과 안정적인 결합을 이루도록 하는 것이 바람직하다(도 3 참조). 제2 안테나 패턴(120)의 권취수 및 두께 등의 구체적인 설계는 작동주파수 및 요구되는 성능 등의 설정치에 따라 정해진다.
본 발명에 있어서, 제1 안테나 패턴(111) 및/또는 제2 안테나 패턴(120)은 안테나 원소재층(110`,120`)을 식각하는 에칭방법에 의해 형성될 수 있으나, 이외에도 예를 들어, 도전성 재료를 프린팅하는 인쇄방법에 의해서도 형성될 수 있다. 또한, 제1 안테나 패턴(111) 및 제2 안테나 패턴(120)은 동시에 형성될 수도 있다. 즉, 제1 원소재층(111`)에 제1 안테나 패턴(111)과 동일한 패턴이 형성된 부식방지막(미도시)을 도포하고, 제2 원소재층(120`)에 제2 안테나 패턴(120)과 동일한 패턴이 형성된 부식방지막을 도포한 후, 동시에 에칭을 진행한다.
박막필름(110)의 제1 면(110a) 및 제2 면(110b) 상에 소정의 패턴을 형성한 후, 연결패턴(112)의 내측 연결단부(112a) 및 제2 안테나 패턴(120)의 내측단부(120a)를 가압수단(미도시)으로 가압한 후, 초음파 진동을 가한다. 초음파 진동에 의한 접촉저항에 의해, 박막필름(110)을 관통하는 인터메탈릭 컴파운드가 형성된다(도 6(c)). 마찬가지로, 연결패턴(112)의 외측 연결단부(112b) 및 제2 안테나 패턴(120)의 외측단부(120b)도 가압수단으로 가압한 후, 초음파 진동을 가하여 상호 전기적으로 연결한다.
다음에, RFID 칩(115)을 본딩한다(도 6(d)). RFID 칩(115)의 본딩은 공지의 플립칩 본딩(flip-chip bonding)에 의해 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 이방성도전접착제(114)를 이용하여 RFID 칩(115)에 형성된 도전성 범프(113)가 제1 안테나 패턴(111) 및 연결패턴(112)의 단부에 본딩되도록 한다. 이 때, 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴과 도통된 연결패턴은 각각 RFID 칩 저면에 형성된 제1 안테나 접속단자 및 제2 안테나 접속단자와 전기적으로 연결되도록 한다. 한편, RFID 칩 (115)의 본딩은 공지의 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 이루어질 수도 있다.
마지막으로, 상기 제1 안테나 패턴(111)의 상부에 보호지(117)를 배치하고, 제2 안테나 패턴(120)의 하부에 이형지(127)를 배치한다(도 6(e)). 각각의 보호지(117) 및 이형지(127)는 접착층(116,126)에 의해 접착될 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 태그에 의하면, 서로 다른 작동주파수를 갖는 안테나 패턴이 단일 RFID 태그에 함께 형성됨으로써, 작동주파수 사이에 호환성이 제공되고, 서로 다른 주파수를 사용하는 리더기들과의 정보교환이 가능하다. 또한, 박막필름의 상하면에 서로 다른 안테나 패턴을 형성함으로써, 공간소모가 최소화되어 경박단소화가 가능하고, 폐루프를 형성하는 안테나 단부들의 연결도 용이하게 이루어질 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 (9)

  1. 절연소재로 이루어진 박막필름;
    상기 박막필름의 제1 면 상에 형성되고, 제1 작동주파수를 갖는 제1 안테나 패턴;
    상기 박막필름의 제2 면 상에 형성되고, 제2 작동주파수를 가지며, 내측단부 및 외측단부를 구비한 제2 안테나 패턴;
    상기 박막필름의 제1 면 상에 형성되고, 상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부와 각각 전기적으로 연결된 내측 연결단자 및 외측 연결단자를 구비한 연결패턴; 및
    상기 제1 안테나 패턴 및 상기 연결패턴에 본딩돼 전기적으로 연결된 RFID 칩;을 포함하며,
    상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부는 상기 연결패턴에 의해 상호 연결된 RFID 태그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴은 다이폴(dipole) 형태로 형성되고, 상기 제2 안테나 패턴은 내측단부로부터 권취되어 외측단부로 연장된 코일(coil) 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴의 제1 작동주파수는 초고주파수(UHF)에 해당되고, 상기 제2 안테나 패턴의 제2 작동주파수는 고주파수(HF)에 해당되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부는 상기 박막필름을 관통하여 형성된 인터매탈릭 컴파운드에 의해 상기 연결패턴의 내측 연결단자 및 외측 연결단자와 각각 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
  6. 삭제
  7. (a) 절연소재로 이루어진 박막필름을 준비하는 단계;
    (b) 상기 박막필름의 제1 면 및 제2 면 상에 각각 제1 안테나 원소재층 및 제2 안테나 원소재층을 형성하는 단계;
    (c) 제1 안테나 원소재층을 패터닝하여 제1 안테나 패턴 및 내측 연결단부와 외측 연결단부를 포함한 연결패턴을 형성하는 단계;
    (d) 제2 안테나 원소재층을 패터닝하여 내측단부와 외측단부를 포함한 제2 안테나 패턴을 형성하는 단계;
    (e) 상기 제2 안테나 패턴의 내측단부 및 외측단부를 각각 연결패턴의 내측 연결단부 및 외측 연결단부와 전기적으로 연결하는 단계; 및
    (f) 상기 제1 안테나 패턴 및 연결패턴에 RFID 칩을 실장하는 단계;를 포함하는 RFID 태그의 제조방법.
  8. 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제7항에 있어서, 상기 (e) 단계는 크림핑(crimping) 방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 태그의 제조방법.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제7항에 있어서, 상기 (c) 단계 및 (d) 단계는 상기 박막필름 상에 형성된 제1 안테나 원소재층 및 제2 안테나 원소재층을 함께 에칭함으로써, 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그의 제조방법.
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