KR101237976B1

KR101237976B1 - 스트랩 및 플립칩 방식의 결합이 가능한 ｒｆｉｄ 태그용 패턴 부재

Info

Publication number: KR101237976B1
Application number: KR20100054825A
Authority: KR
Inventors: 양희출
Original assignee: 리드메디 (주)
Priority date: 2010-06-10
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2013-02-28
Also published as: KR20110135094A

Abstract

RFID 칩과 전기적으로 연결되어 RFID 태그를 형성하는 RFID 패턴 부재는, RFID 칩과 연결되는 단자부 및 단자부로부터 연장되는 안테나 패턴부를 포함하며, 상기 단자부는 복수의 접합 방식의 RFID 칩에 대응하는 형상으로 형성된다. 상기 단자부는 루프부의 마주하는 단부에 각각 형성된 스트립 패턴 및 스트립 패턴의 일측으로부터 내측으로 연장된 플립칩 연결 패턴을 포함할 수 있다.

Description

스트랩 및 플립칩 방식의 결합이 가능한 ＲＦＩＤ 태그용 패턴 부재{PATTEN MEMBER FOR RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION TAG CAPABLE OF STRAP ATTACH BONDING AND FLIP-CHIP ATTACH BONDING}

본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 태그에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 스트랩 접합(strap attach) 및 플립칩 접합(flip-chip attach) 등 다양한 방식의 RFID에 적용될 수 잇는 RFID 태그용 패턴 부재에 관한 것이다.

일반적으로 RFID 태그는 IC 칩, 안테나를 포함하여 이루어져 외부의 리더(Reader or Interrogator)와 소정의 데이터를 송수신하는 장치를 의미하며, 다르게는 트랜스폰더(transponder)라고도 한다.

RFID 태그는 무선 인식 또는 비접촉 방식으로 리더와 데이터를 송수신한다. 이용하는 주파수의 고저에 따라 유도성 결합(Inductive Coupling), 전자기 역산란 결합(Backscattering), 표면 음향파(SAW: Surface Acoustic Wave) 등을 이용할 수 있으며, 상기 전자파를 이용한 전이중 방식(FDX: Full Duplex), 반이중 방식(HDX: Half Duplex), 및 순차적 방식(SEQ: Sequential)으로 리더와 데이터를 송수신할 수가 있다.

일 예로, RFID 태그는 비접촉 방식이라는 특성상 물품의 관리 등에 사용되고 있으며, 통화 결제를 위한 IC 카드나 통행권 등의 용도로 다양하게 사용되고 있다. 주파수 대역으로 볼 때 종래에는 135KHz, 13.56MHz 등 저주파수 대역이 많이 활용되었으나, 최근의 물류 관리에 있어 860~960MHz 대의 UHF(Ultra High Frequency) 영역의 사용이 현저하게 증가하고 있다. 특히 큰 유통업체인 월마트(Walmart)나 미국 국방성 등에서 물류 관리용으로 RFID 태그를 사용하는데, 이때 역산란 결합(Back scattering)을 이용한 UHF 대 영역의 주파수가 주로 사용되고 있으며, 별도의 내장 배터리 없이 외부 변화에 수동으로 작동하여 필요한 전류를 생성하는 수동형(Passive) 태그가 일단 표준으로 인정되고 있다.

일반적으로 RFID 태그는 프로그램화된 칩 및 칩과 연결되어 안테나로서의 기능을 하는 패턴 부재를 포함하며, 칩과 패턴 부재는 본딩 과정을 통해 상호 접합된다. 초기에는 와이어 본딩을 통해 칩과 패턴 부재를 연결하기도 하였으나, 근래에는 플립칩 접합 방식이나 스트랩 접합 방식을 이용하여 칩과 패턴을 전기적으로 연결하고 있다.

플립칩 접합 방식의 RFID 칩은 저면에 접합 전극이 노출되며, 2~4개 정도의 접합 전극에 플립칩 본딩 방식으로 동시에 결합될 수 있다. 유사하게 스트랩 접합 방식의 RFID 칩은 초음파 융착 등을 통해서 플립칩 본딩 방식과는 달리 측면에 넓은 접합 전극면이 형성되며 기계적인 가압 및 초음파 본딩 등을 통해서 결합될 수가 있다.

플립칩 접합 방식 및 스트랩 접합 방식 모두 연결 방식이 다르기 때문에 안테나를 위한 패턴 부재와 연결되는 구조가 상이하며, 그러한 상이한 구조를 이유로 RFID 칩이 어떤 방식에 따르는 것이냐에 따라 안테나 패턴 부재도 달리 제작해야 하는 어려움이 있다.

본 발명은 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등 다양한 접합 방식에 범용으로 사용될 수 있는 RFID 태그용 패턴 부재를 제공한다.

본 발명은 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등의 RFID 칩을 사용하되, 각 칩의 임피던스 등 고유의 특성이 달라도 각 칩 특성에 적응하여 사용될 수 있는 RFID 태그용 패턴 부재를 제공한다.

본 발명은 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등에 적용될 수 있는 단일 안테나 패턴을 포함하되, 각 방식의 RFID 칩의 고유 특성에 따라 최적의 성능을 위해 안테나 패턴을 용이하게 조절할 수 있는 RFID 태그용 패턴 부재를 제공한다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, RFID 칩과 전기적으로 연결되어 RFID 태그를 형성하는 RFID 패턴 부재는, RFID 칩과 연결되는 단자부 및 단자부로부터 연장되는 안테나 패턴부를 포함하며, 상기 단자부는 복수의 접합 방식의 RFID 칩에 대응하는 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

종래에는 스트랩 방식 또는 플립칩 방식에 따라 각각의 안테나 패턴이 존재하였고, 각각의 접합 방식에 맞게 패턴 부재를 제작 및 사용하였다. 하지만, 본 실시예에 따른 단자부는 스트랩 방식 및 플립칩 방식은 물론 다른 단자 방식에서도 겸용이 가능한 범용의 단자 형상으로 제공함으로써 접합 방식에 따라 패턴 부재를 달리 생산해야 하는 번거로움을 줄일 수 있다.

게다가, 스트랩 접합 방식의 RFID 칩은 스트랩이나 칩(chip) 자체 고유의 임피던스 저항값을 가진다. 이러한 임피던스 저항값 역시 칩 공정이 완료된 후에 측정한 값과 스트랩 생산 공정 완료 후 측정한 값이 각각 틀릴 수도 있다. 그리고 각 칩의 제조사별로 고유의 임피던스 저항값을 가질 수가 있다.

또한, 스트랩 방식으로 만든 안테나(S)는 스트랩을 부착하기 위하여 특정 값(s+js)을 가지는 성능의 안테나로 만들어야한다. 그리고 플립칩 방식으로 만든 안테나(F)는 플립 칩을 부착하기 위하여 다른 특정 값(f+jf)을 가지는 성능의 안테나로 만들어져야 한다. 만약, 스트랩 방식의 안테나(S)에 플립칩을 부착하거나 플립칩용 안테나(F)에 스트랩을 부착하여 사용하는 경우, 고유의 임피던스 저항값의 차이로 각 RFID 태그는 최고의 성능을 나타낼 수 없다.

그 이유는 각 방식의 안테나에는 고유 임피던스 특성을 가져서, 다른 임피던스 특성을 가지는 방식의 칩 혹은 스트랩을 사용할 경우 임피던스 매칭이 미스 매칭되어 실제 매칭되었을때의 100% 효율보다 떨어져 인식거리가 현저히 떨어지기 때문이다.

이러한 미스 매칭되는 부분을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴 부재는 루프부(loop part) 및 안테나 패턴부(antenna pattern part)를 포함하며, 안테나 패턴부는 루프부로부터 연장된 중간 패턴(middle pattern), 중간 패턴의 단부에서 분기되어 상호 평행하게 연장되는 연장 패턴(extended pattern) 및 연장 패턴의 사이에서 그 사이로 연장되는 장하형 패턴을 포함할 수 있다. 장하형 패턴은 포함하는 경우, 스트랩과 플립칩의 임피던스의 차를 보상하여 유연한 활용이 가능할 수 있다.

본 발명의 RFID 태그용 패턴 부재는 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등 다양한 접합 방식에 범용으로 사용될 수 있으며, 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등의 RFID 칩을 사용하되, 각 칩의 임피던스 등 고유의 특성이 달라도 각 칩 특성에 적절하게 적응하여 사용될 수 있다.

종래의 패턴 부재에서는 플립칩 방식 혹은 스트랩 방식을 별도로 사용하여 단일 안테나 패턴을 구현하였지만, 본 발명에서는 플립칩 방식과 스트랩 방식을 하나의 패턴 부재에 구현하여 복합 안테나 패턴을 제공할 수 있다. 이러한 방법은 플립칩 방식이 가지는 장점과 스트랩 방식이 가지는 장점을 각각 활용가능함으로써 생산성 증가와 매번 필요에 의한 스트랩방식 혹은 플립칩방식의 안테나 설계에 따른 비용과 시간 및 기타 많은 부가적인 소비를 줄일 수 있다.

그리고 각 방식이 가지는 장점을 생산자가 활용함으로써 탄력적인 생산량과 고가의 장비를 구비하지 않아도 되는 유연성을 가질 수 있다. 이는 자금 규모가 작은 중소기업이 가지는 단점을 극복함에 있어서 큰 영향을 줄 수도 있다.

본 발명의 RFID 태그용 패턴 부재는 스트랩 접합 방식 또는 플립칩 접합 방식 등에 적용될 수 있는 단일 안테나 패턴을 포함하되, 각 방식의 RFID 칩의 고유 특성에 따라 최적의 성능을 위해 안테나 패턴을 용이하게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 태그용 패턴 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 패턴 부재의 단자부를 설명하기 위한 확대도이다.
도 3은 도 1의 패턴 부재의 안테나 패턴부를 설명하기 위한 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 RFID 태크용 패턴 부재의 성능을 표현하기 위한 그래프이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 태그용 패턴 부재를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 도 1의 패턴 부재의 단자부를 설명하기 위한 확대도이고, 도 3은 도 1의 패턴 부재의 안테나 패턴부를 설명하기 위한 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 RFID 태그(100)는 RFID 칩(110) 및 패턴 부재(120)를 포함한다. RFID 칩(110)은 플립칩 방식의 칩(112)이거나 스트랩 방식의 칩(114)이 될 수 있으며, 선택에 따라서 요구되는 칩을 선택할 수 있다.

상기 RFID 칩(110)에 대응하여 패턴 부재(120)는 베이스 시트(125), 베이스 시트(125) 상에 형성된 단자부(130) 및 단자부(130)로부터 일측 또는 양측으로 연장되는 안테나 패턴부(140)를 포함한다. 본 실시예에 따른 안테나 패턴부(140)는 루프부(145) 및 안테나부(150)를 포함한다. 하지만, 본 발명은 스트랩 방식의 칩 또는 플립칩 방식의 칩 모두에 대응 가능한 단자부를 제공하는 것으로서, 경우에 따라서는 안테나 패턴부(140)는 루프(loop) 없이 단순한 형태로 제공될 수 있으며, 일반적인 싱글 폴(single pole) 또는 다이 폴(di-pole) 형태의 안테나가 제공될 수도 있다.

본 실시예에 따르면, 루프부(145)의 일측에 단자부(130)가 형성되며, 루프부(145)의 양측으로 좌우 대칭을 형성하는 안테나부(150)가 제공된다. 안테나부(150)는 루프부(145)로부터 좌우로 연장된 중간 패턴(152), 중간 패턴(152)의 단부에서 분기되어 상호 평행하게 연장되는 연장 패턴(154) 및 연장 패턴(154)의 사이에서 연장 패턴(154) 사이로 연장되는 장하형 패턴(156)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 단자부(130)는 플립칩 방식의 칩 및 스트랩 방식의 칩 모두에 대응할 수 있는 형태로 제공된다. 이를 위해 단자부(130)는 루프부(145)의 마주하는 단부에 각각 형성되며, 초음파 융착을 위해 상대적으로 넓은 영역을 형성하는 스트랩 패턴(132)을 포함한다. 스트랩 패턴(132)는 도 1의 스트랩 방식의 칩(114)에 대응되는 것으로서 스트랩과 초음파 융착으로 접합될 수 있다.

스트랩 패턴(132)의 내측으로 플립칩 연결 패턴(134)이 제공된다. 플립칩 연결 패턴(134)은 상대적으로 작은 사이즈의 플립칩 방식의 칩(112)과 연결되기 위한 것으로서, 칩 저면의 전극 단자와 플립칩 본딩으로 접합하기 위해서 내측으로 연장된 형상으로 제공된다. 플립칩 방식의 칩(112)은 저면에 4개의 전극 단자를 포함할 수 있으며, 이를 위해 베이스 시트(125) 상에는 플립칩 연결 패턴(134)에 인접한 플립칩 더미 패턴(136)이 형성될 수가 있다. 플립칩 더미 패턴(136)은 베이스 시트(125)와 RFID 칩(110) 간의 결속을 위해 형성될 수도 있으며, 별도의 기능 확장을 위해 제공될 수도 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 패턴 부재(120)는 장하형 패턴(156)을 포함하며, 장하형 패턴(156)을 이용하여 스트랩과 플립칩의 임피던스의 차를 보상할 수가 있다.

하지만, 단순히 장하형 안테나만을 삽입한다고 하여 임피던스 차를 보상할 수 없으며, 최적의 값을 얻기 위해 중간 패턴(152), 연장 패턴(154) 및 장하형 패턴(156)의 치수를 조절할 수가 있다. 실제로 장하형 패턴(156)을 삽입함에 있어서 너무 작거나 혹은 너무 클 경우 임피던스 매칭이 틀어지게 될 수 있으며, 오히려 전체적인 RFID 태그(100)의 안테나의 성능을 저해할 수도 있다.

구체적으로, 장하형 패턴(156)은 연장 패턴(154)의 길이(L1)를 기준으로 85~23% 길이(L2)로 형성되는 것이 바람직하다.

도 4에서 알 수 있듯이, 연장 패턴(154)의 길이가 100이라고 할 때, 장하형 패턴(156)의 길이가 86% 보다 커지면 인덕턴스 성분이 증가하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수가 낮아지는 단점이 있고, 길이가 23%보다 작으면 인덕턴스 성분이 감소하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수가 낮아지는 단점이 있다. 따라서 연장 패턴(154)의 길이를 기준으로 장하형 패턴(156)은 85% ~ 23% 로 결정되면 더 최적의 값을 얻을 수 있다.

또한, 장하형 패턴(156)의 폭도 적절히 조절되는 것이 좋으며, 구체적으로 장하형 패턴(156)은 연장 패턴(154)의 폭(w1)를 기준으로 200~350% 폭(w2)으로 형성되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 연장 패턴(154)의 폭(w1)을 100이라고 할 때, 장하형 패턴(156)의 폭이 200보다 작으면 인덕턴스 성분이 증가하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수가 낮아지는 단점이 있고, 그 폭이 350보다 커지면 인덕스 성분이 감소하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수 낮아지는 단점이 있다. 더욱 바람직하게는 200% ~ 350% 로 결정되면 더 최적의 값을 얻을 수 있다.

또한, 중간 패턴(152)도 연장 패턴(154)의 두께(t1)를 기준으로 50~130% 두께(t2)로 형성되는 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면, 연장 패턴(154)의 두께가 100이라고 할 때, 중간 패턴(152)의 두께가 50보다 작으면 선로 임피던스가 증가하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수가 낮아지는 단점이 있고, 그 두께가 130% 보다 커지면 선로 임피던스가 감소하여 임피던스 매칭이 틀어지며, 그로 인하여 중심주파수가 높아지는 단점이 있다. 더욱 바람직하게는 50~130%로 결정되면 더 최적의 값을 얻을 수 있다. 이때 중간 패턴(152)의 두께는 50%로 유지되는 것이 좋으며, 연장 패턴(154)는 100%로 하는 것이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100：RFID 태그 110：RFID 칩
120：패턴 부재 125：베이스 시트
130：단자부 140：안테나 패턴부

Claims

RFID 칩과 전기적으로 연결되어 RFID 태그를 형성하는 RFID 패턴 부재에 있어서,
상기 RFID 칩과 연결되는 단자부 및 상기 단자부로부터 연장되는 안테나 패턴부를 포함하며, 상기 단자부는 복수의 접합 방식의 RFID 칩에 대응하는 형상으로 형성되며,
상기 안테나 패턴부는 루프부 및 상기 루프부의 양측으로 연장되는 안테나부를 포함하며,
상기 단자부는 상기 루프부의 일측에 형성되고, 상기 루프부의 마주하는 단부에 각각 형성된 스트립 패턴 및 상기 스트립 패턴의 일측으로부터 내측으로 연장된 플립칩 연결 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 단자부는 상기 플립칩 연결 패턴과 인접하게 형성된 플립칩 더미 패턴을 포함하며, 상기 플립칩 연결 패턴과 상기 플립칩 더미 패턴은 플립칩의 저면 전극 단자에 형상에 대응하여 4개의 접점을 제공하는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.
제1항에 있어서,
상기 안테나 패턴부의 상기 안테나부는 상기 루프부로부터 연장된 중간 패턴, 상기 중간 패턴의 단부에서 분기되어 상호 평행하게 연장되는 연장 패턴 및 상기 연장 패턴의 사이에서 상기 연장 패턴 사이로 연장되는 장하형 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.
제5항에 있어서,
상기 장하형 패턴은 상기 연장 패턴의 길이(L1)에 대해 85 ~ 23%의 길이(L2)로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.
제5항에 있어서,
상기 장하형 패턴은 상기 연장 패턴의 폭(w1)에 대해 200 ~ 350%의 폭(w2)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.
제5항에 있어서,
상기 중간 패턴은 상기 연장 패턴의 두께(t1)에 대해 50~130% 두께(t2)로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 패턴부재.