KR101135524B1 - 전파 흡수체, 전파 흡수체를 구비한 ｒｆｉｄ 태그용 안테나, ｒｆｉｄ 태그 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비접촉식으로 외부 기기와의 사이에서 정보 교환을 수행하도록 기능하는 전파 흡수체, 이를 구비한 RFID 태그용 안테나 및 이를 구비한 RFID 태그 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 제1 양태에 따른 RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체는, 상기 전파 흡수체는 센더스트 분말 또는 퍼멀로이 분말로 이루어진 고투자율의 분말; 우레탄 바인더; 및 실리콘계 분산제의 혼합물로 이루어진다.

흡수체, 센더스트, 퍼멀로이, 고투자율 분말, 분산제, RFID 태그, 안테나

Description

전파 흡수체, 전파 흡수체를 구비한 ＲＦＩＤ 태그용 안테나, ＲＦＩＤ 태그 및 그 제조 방법{AN ELECTROMAGNETIC ABSORBER SHEET, AN RFID ANTENNA AND TAG WITH THE ABSORBER AND A METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 비접촉식으로 외부 기기와의 사이에서 정보 교환을 수행하도록 기능하는 전파 흡수체, 이를 구비한 RFID 태그용 안테나 및 이를 구비한 RFID 태그 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 전파 흡수체를 구비하여 부착되는 대상물에 관계없이 안정되게 동작하며, UHF 주파수 대역에서 적용가능한 RFID 태그용 안테나, 이를 구비한 RFID 태그 및 그들의 제조방법에 관한 것이다.

최근 리더 라이터로 대표되는 외부 기기와의 사이에서, 전파에 의해 비접촉식으로 정보를 교환하는 여러 가지의 RFID 태그가 알려져 있으며, 이런 RFID 태그는 유비쿼터스 환경을 구축하는데 필요한 각종 기술 중에 무선 신호를 이용하여 사물을 식별하기 위한 가장 핵심적인 기술 중 하나이다.

RFID 시스템은 마이크로 칩을 내장한 태그에 저장된 데이터를 RF 신호를 이용하여 리더에 자동 인식 처리하는 시스템이다. 비접촉식으로 여러 개의 태그를 동시에 인식할 수 있고, 인식 시간이 짧으며, 태그에 대용량의 데이터를 저장할 수 있는 장점이 있다.

태그의 종류로서, 플라스틱이나 종이로 이루어진 베이스 시트 상에 전파통신용의 안테나 패턴과 IC 칩이 탑재된 구성이 제안되어 있으며, 이러한 타입의 RFID 태그(라벨 태그라고 불리기도 함)들은 물품 등에 접착되어, 그 물품에 대한 정보를 외부 기기와 교환하는 것으로 해당 물품의 식별 등을 행하고 있다.

하지만 기존의 RFID 태그는 주변 환경과 부착 매질에 따라 태그의 동작 특성 변화가 크게 발생하게 된다. 특히, 이러한 RFID 태그는 근처에 금속 스트립이 존재한다던지, 부착 대상물이 금속인 경우에, 부착 대상물이 갖고 있는 물질 특성-유전율, 투자율, 도전율 등에 따라 인식할 수 있는 거리 감소, 동작 주파수 변화 등을 겪게 되어 통신 성능이 크게 열화되는 단점이 있다.

반면, 범용으로 이용되는 라벨 태그의 단점을 보완하기 위한 일환으로, 메탈 등에 부착이 되어 인식되는 특수 태그(또는 금속 태그라고 불리기도 함)가 알려져 있다. 이 금속 태그는 안테나로서 작용하는 금속 패턴을 기판으로 둘러싸는 구조를 갖고 있기 때문에, 다른 금속 스트립 등이 접근하거나, 금속 부착 대상물에 부착되 더라도, 이들 금속에 의해 가려지는 부분을 제외하고는 통신 성능이 유지되지만, 그 용도는 한정되어 있다.

따라서 일반 라벨 태그를 부착물의 종류에 관계없이 둔감하게 동작하도록 설계 및 제작할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.

전술한 바와 같이, 기존의 RFID 태그는 부착되는 사물에 따라 라벨 태그와 특수 태그로 나뉘어 사용되는데, 이는 이들 중 어느 하나의 태그로는 부착되는 사물의 매질에 상관없이 태그의 특성을 나타내기가 어렵기 때문이다.

따라서 전자파 흡수 특성을 가진 흡수체를 라벨 태그에 적용하면 부착되는 사물에 둔감한 범용의 RFID 태그의 특성을 나타낼 수 있는데, 이와 관련해서, 페라이트 분말 등을 이용한 흡수체를 제작하여 13.56MHz RFID 태그에 적용한 것이 알려져 있다. 그러나, 이는 유비쿼터스 환경을 구축하기 위한 900MHz의 UHF 주파수 대역에서의 적용에는 한계가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 부착물의 종류에 관계없이 둔감하게 동작하도록 설계될 뿐만 아니라, 900MHz의 UHF 대역에서 동작가능하며, 충분히 얇은 두께를 갖는 라벨 태그를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은, RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체로서, 상기 전파 흡수체는 센더스트 분말 또는 퍼멀로이 분말로 이루어진 고투자율의 분말; 우레탄 바인더; 및 실리콘계 분산제의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체를 제공한다.

상기 전파 흡수체의 혼합물은 70~95중량%의 고투자율 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인터로 형성되며, 상기 전파 흡수체의 혼합물은 미량의 용제를 더 포함할 수도 있다.

본 발명에서 상기 혼합물을 볼-밀(Ball Mill) 분산기를 이용하여 분산하여 슬러리를 만든 후, 이 혼합물 슬러리를 테이프 캐스팅(Tape Casting)을 통해 0.07mm의 두께를 갖는 박막 시트로서 형성되고, 상기 전파 흡수체는 상기 형성된 박막 시트를 0.1mm 내지 0.8mm의 두께를 갖도록 적층하여 형성된다.

또한, 본 발명은 상기 전파 흡수체 상부에 형성된 유전체층, 상기 유전체층 상부에 형성된 금속층을 포함하고, 상기 전파 흡수체는, 센더스트 분말 또는 퍼멀로이 분말로 이루어진 고투자율의 분말; 우레탄 바인더; 및 실리콘계 분산제의 혼합물로 형성되는 RFID 태그용 안테나를 제공한다.

바람직하게, 상기 전파 흡수체의 혼합물은 70~95중량%의 고투자율 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인터로 형성되며, 미량의 용제를 더 포함할 수도 있다.

상기 금속층은, Cu 또는 Ag로 이루어지며, Cu 에칭 Ag 스크린 인쇄를 통해 절곡-쌍극자 루프(Folded-dipole Loop) 안테나 패턴으로 형성되며, 안테나 패턴은 내부 임피던스 매칭부를 포함한다.

전술한 본 발명의 특징적 구성에 따르면, 본 발명에 따른 전파 흡수층을 채용함에 따라 RFID 태그가 금속 등의 부착물에 부착되더라도 안정되게 900MHz의 UHF 대역에서 동작가능한 라벨 태그를 제공할 수 있다는 작용효과가 얻어질 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 전파 흡수체(100)를 구비한 RFID 태그용 안테나의 단 면도를 도시한 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 RFID 태그용 안테나(10)는 베이스로서 사용되는 유전체층(120a) 하부에 형성된 전파 흡수체(100)와, 상기 유전체층(120a) 상부에 접착제를 통해 형성되는 추가적인 유전체층(120b)를 포함한다. 또한, 상기 유전체층(120b) 상부에는 금속층(130)이 형성되고, 금속층(130)은 이어진 패터닝 공정을 통해 안테나로 형성된다.

유전체층(120)과 상기 전파 흡수체(100)은 접착층(110a,110b)을 통해 서로 본딩되어 결합된다. 도시하지는 않았지만, 상기 금속층(130)과 유전체층(120b) 역시 접착제를 통해 본딩될 수도 있다.

특히, 전파 흡수체(100)는, 본 발명에 따른 RFID 태그가 금속 등의 부착 대상물에 부착될 때, 부착된 금속으로부터 난반사되는 전자파를 흡수 및 차단한다. 또한, RFID 태그와 부착물과의 캐패시턴스로 인한 공진 주파수의 변화로 인해 발생되는 수신 전력의 감소 문제를 방지하며, 태그의 인식 거리가 짧아지는 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 전파 흡수체(100)에 대해 보다 구체적으로 이하에 설명한다. 전파 흡수체(100)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 센더스트(Sendust) 분말이나 퍼멀 로이(Permalloy) 분말과 같은 고투자율의 분말과, 우레탄 바인더, 및 미량의 분산제를 혼합하여 0.07mm 이하의 얇은 시트로 제작하고 이를 적층시켜서 다양한 두께를 갖는 전파 흡수체로서 제조될 수 있다.

전파 흡수체(100)의 두께는 0.1mm 내지 0.8mm 이하인 것이 바람직하며, 0.4mm 내지 0.6mm 사이의 두께는 갖는 것이 더 바람직하다.

전파 흡수체(100)의 두께가 늘어날수록 대기 상태에서의 태그 안테나 임피던스와 메탈에 부착할 때의 태그 안테나 임피던스의 차이는 줄어들 수 있지만, 실제 응용에서는 태그의 두께가 두꺼울수록 적용에 한계가 있기 때문에 적절한 절충점이 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 전파 흡수체의 두께를 0.4mm와 0.6mm로 제작하였다.

그러나, 상기 실시예에서의 전파 흡수체의 두께를 0.4mm와 0.6mm의 것으로 한정하였지만, 이는 본 발명을 설명하기 위한 일례에 지나지 않으며, 0.1mm 내지 0.8mm 사이에서 적절하게 선택될 수 있다.

구체적으로 전파 흡수체(100)의 제작은, 70~95중량%의 센더스트 분말이나 퍼멀로이 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인더를 주로 사용하였고, 미량의 실리콘계 분산제를 사용하였다.

센더스트 또는 퍼멀로이 분말과, 이를 지지하고 취급이 용이하도록 하기 위한 우레탄 바인더에 실리콘계 분산제와 용제 등을 혼합하여 혼합물을 조성하고, 이 혼합물을 볼-밀(Ball Mill) 등의 분산기를 이용하여 분산하여 슬러리를 만든 후, 이 혼합물 슬러리를 테이프 캐스팅(Tape Casting)을 통해 박막화 하였다.

이때, 시트 1장당 두께는 약 0.07mm 정도의 초박형이으로 제조되지만, 0.5mm 정도의 두꺼운 시트도 이와 같은 방식으로 제작 가능하다.

제작된 전파 흡수체(100)의 투자율 및 유전율은 HP사의 RF Impedance/Material Analyzer를 이용해 측정하였다. 도 3 및 도 4은 흡수체 두께에 따른 유전율 및 투자율 특성과, 흡수능을 도시한 도면이다.

도 3에서 확인할 수 있듯이, 0.4mm와 0.6mm에 대해 측정을 한 결과 900MHz에서 투자율은 약 8.3정도이고 유전율은 각각 20.5와 23를 나타내었다. 또한, 전파 흡수체(100)의 실제 전파 흡수능을 확인하기 위해 네트워크 어날라이저(Network Analyzer)를 이용하여 반사손실을 측정하였는데, 도 4에 도시한 바와 같이, 두께가 두꺼워질수록 900MHz 대역에서의 흡수능이 증가함을 알 수 있다.

다시 도 1에 도시한 바와 같이, 전파 흡수체(100)를 적용한 안테나의 각 층 별 구조는 전파 흡수체(100)-접착층(110a)-유전체층(120)-접착층(110b)-안테나 패턴층(130)이 차례로 적층된 구조이다.

안테나 패턴층(130)은 PET 또는 종이와 같은 유전체층(120) 위에 Cu를 에칭하거나 Ag를 스크린 인쇄하여 형성될 수 있다.

전파 흡수체(100)의 두께를 높일수록 메탈 부착물에 대한 영향은 둔감해 지며 유전체층(120)의 두께 혹은 추가적인 유전체층을 삽입함으로써 안테나와 메탈과의 거리를 띄우는 효과로 인해 안테나 방사 특성이 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명에서 사용된 안테나 패턴(130)을 도시한 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 사용된 안테나 패턴(130)은 절곡-쌍극자 루프(Folded-dipole Loop) 형태를 가진다.

한편, 안테나에서는 급전선 및 금속 도체부 사이의 임피던스를 조절하는 것이 필요한데, 본 발명에 따른 안테나 패턴(130)은 임피던스 매칭부로서 내부 매칭 패턴부(matching pattern)(131)을 이용하여 안테나 임피턴스를 미세 튜닝하도록 제작되어, 매칭-패턴부(131)를 조절함으로써 RFID 태그 칩 임피던스에 맞추도록 설계되었다.

일반적으로, UHF 대역은 300 내지 3000MHz를 범위를 의미하는데, 본 발명에 따른 안테나는 국내 UHF 대역인 900MHz의 주파수 대역에 맞도록 설계되었다.

보다 구체적으로, 본 발명에 사용된 안테나 패턴(130)은 전체적으로 직사각형의 형상을 가지는데, 도 5를 기준하여 직사각형의 상변에 연장된 제1 패치부(134)와, 제1 패치부(134)의 양단으로부터 상기 제1 패치부에 수직한 방향으로 내측을 향해 폴딩되어 형성되는 제2 패치부(132) 및 상기 제1 패치부의 하부 중앙에서 상기 제2 패치부와 연결되도록 형성된 매칭 패턴부(131)로 이루어진다.

도시하지는 않았지만, RFID 태그용 칩은 실장되어 상기 안테나 패턴에 전기적으로 연결된다.

도 6은 0.4mm와 0.6mm의 전파 흡수체(100)를 적용한 안테나를 메탈에 부착했을 때와 그렇지 않았을 때의 반사손실 변화를 나타내고 있다. 0.4mm인 경우 공진 주파수가 약 120MHz 정도 쉬프트되고, 0.6mm인 경우 약 100MHz 정도 변화되는 것을 확인할 수 있다.

메탈이 부착되지 않는 경우 태그의 인식거리는 약 4m이상이며, 메탈에 부착 한 경우 60cm 이상에서 인식이 됨을 확인하였다. 일반적인 라벨 태그의 경우 메탈에 부착 한 경우 거의 인식이 되지 않는 것과 비교한다면 본 발명에 따른 흡수체에 대한 효과를 확인할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 부착물의 종류에 관계없이 안정되게 동작되고 900MHz의 UHF 대역에서 동작가능하며, 충분히 얇은 두께를 갖는 라벨 태그를 제공할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 태그용 안테나의 적층 구조를 도시한 도면.

도 2는 전파 흡수체의 테이프 캐스팅을 도시한 사진.

도 3은 전파 흡수체 두께에 따른 유전율 및 투자율 특성을 도시한 도면.

도 4는 전파 흡수체 두께에 따른 흡수능 특성을 도시한 도면.

도 5는 본 발명에 따른 절곡 쌍극자 루프 안테나를 개략적으로 도시한 도면.

도 6은 흡수체 두께에 따른 S11 특성 변화를 도시한 그래프.

Claims (12)

1. RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체로서,

   상기 전파 흡수체는

   센더스트 분말 또는 퍼멀로이 분말로 이루어진 고투자율의 분말;

   우레탄 바인더; 및

   실리콘계 분산제의 혼합물로 형성되고,

   상기 전파 흡수체의 혼합물은 70~95중량%의 고투자율 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인더로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 전파 흡수체의 혼합물은 용제를 더 포함하고,

   상기 혼합물을 볼-밀(Ball Mill) 분산기를 이용하여 분산하여 슬러리를 만든 후, 혼합물 슬러리를 테이프 캐스팅(Tape Casting)을 통해 0.07mm의 두께를 갖는 박막 시트로서 형성되고,

   상기 전파 흡수체는 상기 형성된 박막 시트를 0.1mm 내지 0.8mm의 두께를 갖도록 적층하여 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체.
4. 전파 흡수체,

   상기 전파 흡수체 상부에 형성된 유전체층,

   상기 유전체층 상부에 형성된 금속층을 포함하고,

   상기 전파 흡수체는,

   센더스트 분말 또는 퍼멀로이 분말로 이루어진 고투자율의 분말;

   우레탄 바인더; 및

   실리콘계 분산제의 혼합물로 형성되며,

   상기 전파 흡수체의 혼합물은 70~95중량%의 고투자율 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인더로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,

   상기 전파 흡수체의 두께는 0.1mm 내지 0.8mm인 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나.
7. 제4항에 있어서,

   상기 금속층은 Cu이고, 에칭을 통해 절곡-쌍극자 루프(Folded-dipole Loop) 안테나 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나.
8. 제4항에 있어서,

   상기 금속층은 Ag이고, 스크린 인쇄를 통해 절곡-쌍극자 루프(Folded-dipole Loop) 안테나 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 안테나 패턴은 내부 임피던스 매칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그용 안테나.
10. 전파 흡수체,

    상기 전파 흡수체 상부에 형성된 유전체층,

    상기 유전체층 상부에 형성된 금속층; 및

    상기 금속층에 도전접속된 RFID 칩을 포함하고,

    상기 전파 흡수체는,

    70~95중량%의 고투자율 분말과, 30~5중량%의 우레탄 바인더를 포함하는 혼합물로 이루어지고,

    상기 전파 흡수체의 혼합물은 실리콘계 분산제를 선택적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 태그.
11. RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체의 제조 방법으로서,

    70~95중량%의 고투자율 물질, 30~5중량%의 우레탄 바인더를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계 - 여기서 상기 혼합물은 실리콘계 분산제를 선택적으로 더 포함할 수 있음 - ;

    상기 혼합물에 용제를 혼합하는 단계;

    상기 혼합물을 분산기를 통해 분산하고, 슬러리 상태로 혼합물로 형성하는 단계;

    상기 슬러리 상태의 혼합물을 테이프 캐스팅을 통해 박막의 시트를 제조하는 단계;

    상기 박막 시트를 미리 결정된 두께가 되도록 적층하는 단계를 포함하는 RFID 태그용 안테나에 부착하기 위한 전파 흡수체의 제조 방법.
12. 전파 흡수체를 형성하는 단계;

    상기 전파 흡수체 상부에 유전체층을 형성하는 단계,

    상기 유전체층 상부에 형성된 Cu 또는 Ag의 금속층을 형성하는 단계를 포함하고,

    상기 전파 흡수체를 형성하는 단계는,

    70~95중량%의 고투자율 물질, 30~5중량%의 우레탄 바인더를 혼합한 혼합물을 준비하는 단계 - 여기서 상기 혼합물은 실리콘계 분산제를 선택적으로 더 포함할 수 있음 - ;

    상기 혼합물에 용제를 혼합하는 단계;

    상기 혼합물을 분산기를 통해 분산하고, 슬러리 상태로 혼합물로 형성하는 단계;

    상기 슬러리 상태의 혼합물을 테이프 캐스팅을 통해 박막의 시트를 제조하는 단계;

    상기 박막 시트를 미리 결정된 두께가 되도록 적층하는 단계를 포함하며,

    상기 금속층을 형성하는 단계는, Cu를 에칭하거나 또는 Ag를 스크린 인쇄하여 임피던스 매칭부를 포함하는 절곡-쌍극자 루프(Folded-dipole Loop) 형태의 안테나 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전파 흡수체를 구비한 RFID 태그용 안테나를 제조하는 방법.

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