KR101120469B1

KR101120469B1 - Ｒｆｉｄ 적층형 태그

Info

Publication number: KR101120469B1
Application number: KR1020100060927A
Authority: KR
Inventors: 손형도
Original assignee: 제이디엠 주식회사; (주)소노비젼
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2012-02-29
Also published as: KR20120000597A

Abstract

본 발명은 RFID 적층형 태그에 관한 것이다.
본 발명에 따른 RFID 태그는, RF신호를 수신하는 안테나와 상기 RF신호를 신호처리하기 위한 칩이 내장된 RFID(Radio Frequency Identification) 태그에 있어서, 상기 안테나는, 기판 상에 형성되어 공진주파수를 결정하고, 그 중앙부위에 형성된 제1 임피던스 정합홀에 상기 칩이 내장되는 루프 형상의 안테나 방사체 레이어; 상기 안테나 방사체 레이어의 하부에 형성되어 상기 안테나 방사체 레이어의 파손시 그 정보를 역추적하는 LC공진회로를 포함하는 보안회로 레이어; 및 상기 보안회로 레이어의 하부에 평행하게 형성되고, 그 양측에 제2 임피던스 정합홀이 형성된 접지레이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＲＦＩＤ 적층형 태그{RFID STACKED TAG}

본 발명은 RFID 적층형 태그에 관한 것이다.

RFID 태그는 RFID 리더(reader or interrogator)와 함께, 자재 관리, 보안 등의 다양한 분야에 사용된다. 일반적으로, RFID 태그를 부착한 물체가 RFID 리더의 인식 영역(read zone)에 놓이게 되면, RFID 리더는 특정한 반송 주파수(carrier frequency)를 가지는 RF 신호를 변조하여 태그에게 질문(interrogation) 신호를 보내고, RFID 태그는 리더의 질문에 응답한다. 즉, RFID 리더는 특정 주파수를 가지는 연속적인 전자파(continuous electromagnetic wave)를 변조하여 태그에게 질문 신호(interrogating signal)를 송출하고, RFID 태그는 내부 메모리에 저장된 자신의 정보를 리더에게 전달하기 위하여, 리더로부터 송출된 전자파를 후방 산란 변조(back-scattering modulation)시켜 리더에게 되돌려 보낸다. 후방 산란변조란 리더로부터 송출된 전자파를 RFID 태그가 산란시켜 리더에게 되돌려 보낼 때, 그 산란되는 전자파의 크기나 위상을 변조하여 태그의 정보를 보내는 방법이다.

수동형 RFID 태그는 자신의 동작 전력을 얻기 위하여 리더로부터 송출되는 전자파를 정류하여 자신의 전원으로 이용한다.

수동형 태그가 정상적으로 동작하기 위해서는 태그가 놓여진 위치에서 리더로부터 송출된 전자파의 세기가 특정 문턱값(threshold) 이상이 되어야 한다. 즉, 리더의 인식 영역은 리더로부터 송출되어 태그에 도달하는 전자파의 세기에 의해서 제한된다. 그러나 리더의 송출 전력은 미국의 FCC(Federal Communication Commission)를 비롯한 각 국의 지역 규정(local regulation)에 따른 규제를 받으므로 리더의 송출 전력을 무조건 높일 수는 없다. 따라서, 리더의 송출 전력을 높이지 않고 인식 영역을 넓히기 위해서는, RFID 태그가 리더로부터 송출되는 전자파를 효율적으로 수신하여야 한다.

RFID 태그의 효율을 높이는 한 방법으로 별도의 정합 회로(matching circuit)를 사용하는 방법이 있다. 일반적으로 RFID 태그는 안테나, RF 프런트 엔드(front-end)와, 신호처리부를 포함하며, RF 프런트 엔드와 신호처리부는 1개의 칩(chip)으로 제작된다. 정합 회로를 사용하는 방법은 별도의 정합 회로를 통해 안테나와 RF 프런트 엔드를 공액 정합시켜 안테나에서 RF 프런트 엔드로 전달되는 신호의 세기를 극대화하는 방법이다. 그러나 커패시터와 인덕터의 조합으로 구성되는 정합회로는 칩에서 많은 면적을 요구하므로 소형화 및 비용 측면에서 곤란하다는 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 안테나 방사체 레이어의 칩과의 연결부위와 접지 레이어의 양측 부위에 각각 임피던스 정합홀을 형성하는 것에 의하여, 안테나와 칩의 임피던스를 효율적으로 정합시킬 수 있는 RFID 적층형 태그를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 안테나를 통해 저항 대비 용량성 리액턴스가 큰 칩에 효율적인 광대역 정합이 가능한 RFID 적층형 태그를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 안테나 방사체 레이어의 하부에 보안회로 레이어를 설치하는 것에 의하여, 태그의 파손시에 그 정보를 역추적할 수 있는 RFID 적층형 태그를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 RFID 태그는, RF신호를 수신하는 안테나와 상기 RF신호를 신호처리하기 위한 칩이 내장된 RFID(Radio Frequency Identification) 태그에 있어서, 상기 안테나는, 기판 상에 형성되어 공진주파수를 결정하고, 그 중앙부위에 형성된 제1 임피던스 정합홀에 상기 칩이 내장되는 루프 형상의 안테나 방사체 레이어; 상기 안테나 방사체 레이어의 하부에 형성되어 상기 안테나 방사체 레이어의 파손시 그 정보를 역추적하는 LC공진회로를 포함하는 보안회로 레이어; 및 상기 보안회로 레이어의 하부에 평행하게 형성되고, 그 양측에 제2 임피던스 정합홀이 형성된 접지레이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 임피던스 정합홀 및 상기 제2 임피던스 정합홀은 상기 안테나와 상기 칩의 임피던스를 정합시키는 것을 특징으로 한다.

상기 안테나 방사체 레이어와 상기 보안회로 레이어 사이와, 상기 보안회로 레이어와 상기 접지레이어 사이에는 유전체층이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 안테나 방사체 레이어는, 그 내부에 설치된 슬롯의 폭과 길이를 조절하여 상기 안테나 방사체 레이어의 공진주파수와 전류분포를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 칩 상에는 페이스트가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 안테나 방사체 레이어의 칩과의 연결부위와 접지 레이어의 양측 부위에 각각 임피던스 정합홀을 형성하고 있기 때문에, 안테나와 칩의 임피던스를 효율적으로 정합시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상기 안테나를 통해 저항 대비 용량성 리액턴스가 큰 칩에 효율적인 광대역 정합이 가능하다.

또한, 본 발명에 의하면, 안테나 방사체 레이어의 하부에 보안회로 레이어를 설치하는 것에 의하여, 태그의 파손시에 그 정보를 역추적할 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제 해결 수단, 효과 외의 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그가 적용되는 RFID 시스템을 간략하게 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 구조를 나타내는 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 안테나 방사체 레이어의 일 예를 나타내는 상면도.
도 5는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 보안회로 레이어 및 접지레이어의 구조를 나타내는 도면.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

현재 광범위한 응용분야를 가지고 연구되고 있는 RFID(Radio Frequency Identification) 기술이 가까운 미래에 우리생활 전반에서 큰 영향을 미치게 될 것이다. 그러나 각각의 응용분야에서 전파환경과 응용 어플리케이션에 따른 요구사항이 달라지기 때문에 각각의 응용분야에 맞는 하드웨어시스템과 응용프로그램의 개발이 요구된다. 특히, 하드웨어부분에서 전파환경에 매우 영향을 많이 미치는 부분이 태그 부분과 리더기 안테나 부분이다. 기존에 태그 기술은 인식거리와 인식률을 높이기 위해 기술 개발이 이루어졌고 점차적으로 각각의 전파환경과 응용분야에 따라 세분화된 기술이 요구되어지고 있다. RFID기반 기술 분야에서는 태그 안테나 기술과 칩리스(Chipless) 기술과 태그 소재와 패키징 기술이 요구되고, 자동차 교통 분야 및 유통물류분야에서는 충격이나 온도와 같은 열악한 환경에서 견디는 고온 다습 환경의 적응형 태그 기술이 요구되며, 전자산업분야 및 보안 분야에서는 소프트웨어 보안기술 이외에 별도의 하드웨어적으로 전환하는 보안 기술 등이 요구된다. 본 RFID 적층형 태그는 열악한 환경에서 견딜 수 있고 태그 파손 시, 별도의 보안 기능을 가지는 적층형 태그에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그가 적용되는 RFID 시스템(10)을 간략하게 나타내는 블록도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, RFID 시스템(10)은 고유정보를 저장하는 RFID 태그(12), 판독 및 해독 기능을 갖는 RFID 리더(11), RFID 리더(11)를 통해 RFID 태그(12)로부터 읽어들인 데이터를 처리하는 호스트 컴퓨터(미도시)로 이루어진다.

RFID 리더(11)는 RF 송신부(11a), RF 수신부(11b) 및 리더 안테나(11c)를 포함하며, 리더 안테나(11c)는 RF 송신부(11a)와 RF 수신부(11b)에 전기적으로 연결되어 있다. RFID 리더(11)는 RF 송신부(11a) 및 리더 안테나(11c)를 통해 RF 신호를 RFID 태그(12)에 전송한다. 또한, RFID 리더(11)는 리더 안테나(11c) 및 RF 수신부(11b)를 통해 RF 신호를 RFID 태그(12)로부터 수신한다. 여기서, RFID 리더(11)의 구성은 당업계에 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

RFID 태그(12)는 RF 프런트 엔드(front end)(12a)와 신호처리부(12b)로 이루어진 칩과 태그 안테나부(12c)를 포함한다. 여기서, 수동형 RFID 태그인 경우, 침에 포함된 RF 프런트 엔드(12a)는 수신된 RF 신호를 직류전압으로 변환하여 신호처리부(12b)가 동작하는 데 필요한 전력을 공급한다. 또한, RF 프런트 엔드(12a)는 수신된 RF신호로부터 기저대역 신호를 추출한다. RF 프런트 엔드(12a) 및 신호처리부(12b)를 포함하는 칩의 구성은 당업계에 잘 알려져 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

RFID 시스템(10)의 동작을 살펴보면, RFID 리더(11)는 특정한 반송 주파수(carrier frequency)를 가지는 RF신호를 변조하여 RFID 태그(12)로 질문(interrogation)을 보낸다. RFID 리더(11)의 RF 송신부(11a)에서 발생한 RF 신호는 리더안테나(11c)를 통하여 전자파의 형태로 외부에 송출된다. 외부로 송출된 전자파는 태그 안테나(12c)에 전달되며, 태그 안테나(12c)는 수신된 전자파를 RF 프런트 엔드(12a)에 전달한다. RF 프런트 엔드(12a)에 전달된 RF 신호의 크기가 RFID 태그(12)가 동작하기 위한 최소 요구 전력 이상이면, RFID 태그(12)는 RFID 리더(11)로부터 송출되는 전자파를 후방 산란 변조하여 RFID 리더(11)의 질문에 응답한다.

여기서, RFID 리더(11)의 인식 영역(read zone)을 넓히기 위해서는 RFID 리더(11)로부터 송출되는 전자파의 세기가 RFID 태그(12)가 요구하는 동작 전력을 제공할 수 있도록 충분히 커야 한다. 또한, 고효율의 태그 안테나(12c)를 이용하여 상기 리더로부터 송출된 전자파를 손실이 거의 없이 RF 프런트 엔드(12a)에 전달할 수 있어야 한다. 결국, 태그 안테나(12c)가 높은 효율을 가지기 위해서는 RFID 리더(11)의 반송 주파수에서 공진 특성을 가져야 하며, RF 프런트엔드(12a)와 공액 정합(conjugate matching)이 되어야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 안테나 방사체 레이어의 일 예를 나타내는 상면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그의 보안회로 레이어 및 접지레이어의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 RFID 적층형 태그(10)는, RF신호를 수신하는 안테나(100)와 상기 RF신호를 신호처리하기 위한 칩(C)이 내장된 RFID(Radio Frequency Identification) 태그이다. 이때, 본 RFID 적층형 태그(10)는, 고효율 및 광대역을 구현할 수 있는 루프형(Loop Type) 안테나를 사용하고, 그 내부의 슬롯(Slot)의 폭과 길이로 안테나의 공진주파수와 전류분포를 조절할 수 있다. 또한, 부분적으로 전류의 흐름을 튜닝할 수 있게 튜닝 포인트를 추가하여 설계상의 오류와 공정상의 오차를 줄일 수 있다. 즉, 1차적으로 기판의 두께와 유전율로 최대한 효율이 나오도록 두께를 조절하여 최적의 성능이 나오도록 할 수 있고, 2차적으로 칩의 위치와 단락 핀의 위치를 조절하면서 안테나의 성능이 최대가 되도록 할 수 있도록 설계되어 있다. 또한, 칩은 글로벌 대역과 사용처에 따라 주파수대역과 프로토콜(Protocol)을 확인하고, 인식거리와 인식률에 대한 임피던스와 최소동작전력을 확인하며, 동작온도와 정 전계(Electrostatic Discharge Voltage) 등과 기판의 종류 및 접착제의 성분을 분석하여 설계에 용이한 재질을 선정하는 것이 바람직하다.

상기 안테나(100)는, 안테나 방사체 레이어(130), 보안회로 레이어(120), 접지레이어(110)로 구성된 3개의 레이어로 이루어진다.

안테나 방사체 레이어(130)는, 기판 상에 형성되어 공진주파수를 결정하고, 그 중앙부위에 형성된 제1 임피던스 정합홀(Impedance Matching Hole)(131)에 상기 칩(C)이 내장되어 있다. 한편, 안테나 방사체 레이어(130)의 방사체의 길이는 동작 주파수에서 방사체가 공진 특성을 가질 수 있도록 결정된다. 당업자라면 상기 안테나 방사체 레이어(130)와 접지레이어(110) 사이에 단락판(shorting plate) 또는 일련의 단락핀들(shorting pins)을 설치하여, 공진 주파수를 동일하게 유지하면서 방사체의 길이를 대략 1/2 정도로 줄일 수 있음을 알 것이다.

또한, 보안회로 레이어(120)는, 상기 안테나 방사체 레이어(130)의 하부에 형성되어 상기 안테나 방사체 레이어(130)의 파손시 그 정보를 역추적하는 LC공진회로(121)를 포함한다. 한편, RFID에서 보안을 만드는 부분은 리더기와 호스트(Host)에 데이터를 보호하는 방법과 리더기에서 태그로 인코딩할 때 태그의 저장된 데이터를 불법적으로 읽고 쓰지 못하도록 하는 방법 등이 있다. 그러나, 태그 칩 자체의 파손이 있을 경우, 근원적인 정보가 전달되지 않기 때문에 아무런 의미가 없다. 따라서, 본 RFID 적층형 태그에서는, 태그 내부, 즉 보안회로 레이어(120)에 태그자체의 파손 시 태그 정보를 보호하는 LC공진회로(121)를 구현하여 태그 파손 시 태그의 정보를 역 추적할 수 있도록 하였다.

또한, 접지레이어(110)는 상기 보안회로 레이어(120)의 하부에 평행하게 형성되고, 그 양측에 제2 임피던스 정합홀(Impedance Matching Hole) (111)이 형성되어 있다.

상기 제1 임피던스 정합홀(131) 및 상기 제2 임피던스 정합홀(111)은 상기 안테나(100)와 상기 칩(C)의 임피던스를 정합시키기 위하여 형성되어 있다. 여기서, 상기 제1 임피던스 정합홀(131) 및 상기 제2 임피던스 정합홀(111)은, PCB기판 내부에 공간을 만들고 그 공간내부에 칩(C)을 실장하도록 설계되어, 그 내부에 온도변화로 인해 안테나와 칩이 분리되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 칩(C)의 자체 임피던스(Z _L =22-j404Ω)의 리액턴스 성분이 매우 높은 특성을 가진다. 여기서, 수동형 및 반수동형 RFID 태그의 칩(C) 내부의 RF 프런트 엔드는 다이오드를 이용한 정류 및 검파 회로로 구성되며, 칩(C)의 면적을 줄이기 위하여 별도의 정합 회로를 포함하지 않는다. 따라서, RF 프런트 엔드의 임피던스는 통상의 50Ω과는 다른 복소 임피던스를 가지며, 정류 및 검파 회로의 특성상 UHF(Ultra High Frequency) 대역에서 작은 저항 성분과 큰 용량성(capacitive) 리액턴스 성분를 가진다. 따라서, 공액 정합을 위한 안테나(100) 임피던스는 작은 저항성분과 큰 유도성(inductive) 리액턴스 성분을 가져야 하며, 동시에 리더에서 송출되는 전자파의 주파수에 공진하여야 한다. 이러한 칩(C)의 자체 임피던스의 리액턴스 성분이 매우 높은 특징을 가지고 있기 때문에, 안테나(100)와 임피던스 정합을 하기가 매우 어렵다. 따라서, 본 RFID 적층형 태그에서는 칩(C)과 안테나(100)의 임피던스 정합을 위하여 접지레이어(110)와 칩(C) 본딩이 된 부분(A)(즉, 칩이 실장되는 부분)에 부분적으로 상기 제1 임피던스 정합홀(131) 및 상기 제2 임피던스 정합홀(111)을 형성하여 칩(C)과 안테나(100)의 연결시 임피던스 정합이 어긋나는 것을 해결할 수 있다.

나아가, 상기와 같이 안테나(100) 임피던스와 칩(C)의 임피던스를 공액 정합시키면, 안테나(100)로부터 칩(C)에 최대 전력이 전달되게 된다. 이때, 공액 정합이란 두 복소(complex) 임피던스에 대해, 임피던스의 절대값의 크기가 같고, 위상이 서로 반대 부호를 가지도록 하는 것이다. 즉, 안테나(100)의 임피던스 또는 칩(C)의 임피던스를 조정하면 안테나(100)로부터 칩(C)에 최대 전력이 전달될 수 있게 되는 것이다.

상기 안테나 방사체 레이어(130)와 상기 보안회로 레이어(120) 사이와, 상기 보안회로 레이어(120)와 상기 접지레이어(110) 사이에는 유전체층(160, 150)이 형성된다. 즉, 안테나 방사체 레이어(130)와 일정한 간격으로 두고 배치된 상기 보안회로 레이어(120) 및 상기 접지 레이어(110)의 사이의 전부 또는 일부분은 공기를 포함한 임의의 유전체층(160, 150)으로 채워지게 된다.

또한, 상기 보안회로 레이어(120)는, 마이크로스트립라인 형태로 제작된 LC 공진회로(LC Resonant Circuit)(121)를 포함하는 바, 이러한 LC공진회로는 마이크로 스트립 라인의 폭과 길이를 조절하여 각각의 주파수별 공진주파수를 만들고, 공진주파수에 있는 부분의 임피던스의 실수 값과 허수 값의 범위를 확인하여 구현된 회로이다.

상기와 같이 구성된 본 RFID 적층형 태그가 공진하게 되면, 안테나(100)를 통해 저항 대비 용량성 리액턴스가 큰 칩에 효율적인 광대역 정합이 가능하다 할 것이다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

RF신호를 수신하는 안테나와 상기 RF신호를 신호처리하기 위한 칩이 내장된 RFID(Radio Frequency Identification) 태그에 있어서,
상기 안테나는,
기판 상에 형성되어 공진주파수를 결정하고, 그 중앙부위에 형성된 제1 임피던스 정합홀에 상기 칩이 내장되는 루프 형상의 안테나 방사체 레이어;
상기 안테나 방사체 레이어의 하부에 형성되어 상기 안테나 방사체 레이어의 파손시 그 정보를 보호하고 역 추적이 가능한 LC공진회로를 포함하는 보안회로 레이어; 및
상기 보안회로 레이어의 하부에 평행하게 형성되고, 그 양측에 제2 임피던스 정합홀이 형성된 접지레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 적층형 태그.
제1항에 있어서,
상기 제1 임피던스 정합홀 및 상기 제2 임피던스 정합홀은 상기 안테나와 상기 칩의 임피던스를 정합시키는 것을 특징으로 하는 RFID 적층형 태그.
제2항에 있어서,
상기 안테나 방사체 레이어와 상기 보안회로 레이어 사이와, 상기 보안회로 레이어와 상기 접지레이어 사이에는 유전체층이 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 적층형 태그.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나 방사체 레이어는, 그 내부에 설치된 슬롯의 폭과 길이를 조절하여 상기 안테나 방사체 레이어의 공진주파수와 전류분포를 조절하는 것을 특징으로 하는 RFID 적층형 태그.
제1항에 있어서,
상기 칩 상에는 페이스트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 RFID 적층형 태그.