KR101534283B1 - 강화된 무선주파수 인식장치 지지체 및 이의 제조방법 - Google Patents

강화된 무선주파수 인식장치 지지체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안테나 및 상기 안테나에 연결된 칩(12)를 포함하는 무선주파수 인식장치 제조방법과 관련된 것으로, 다음의 단계를 포함한다.
- 종이 또는 합성종이로 제조된 지지체(20) 위에 접점 (17 및 19)를 갖는 안테나(12)를 인쇄하는 단계,
- 상기 안테나의 상기 접점 사이는 접착성 유전물질로 채우는 단계,
- 통합된 회로 모듈 (10)을 상기 지지체 위에 위치하는 데, 상기 모듈은 칩(17, 18)의 그룹 및 모듈의 밀봉(14) 안에서 접점의 그룹과 연결된 칩(12)를 포함하며, 상기 모듈의 접점 그룹은 상기 안테나의 상기 접점과 반대편에 위치하는 단계,
- 열가소성수지층(22) 및 종이 또는 합성종이층(24)을 지지체 위에 놓는 데, 상기 두 개의 층(22 및 24)은 모듈의 밀봉(14) 위치에서 리세스(21, 23)와 함께 공급되는 단계,
- 세 개의 층인 안테나 지지체 층(20), 열가소성 수지층(22) 및 종이 또는 합성종이층(24)이 동시에 적층하는 단계로 상기 모듈에 상기 안테나가 연결되고 상기 층들(20, 22 및 24)이 동시에 집적된다.

Description

강화된 무선주파수 인식장치 지지체 및 이의 제조방법 {REINFORCED SUBSTRATE FOR RADIOFREQUENCY IDENTIFICATION DEVICE AND METHOD FOR MAKING SAME}
본 발명은 보안 문서(security documents)와 같은 물품을 만들기 위해 설계된 무선 주파수 인식장치에 관한 것이며 특히 강화된 무선 주파수 인식장치 지지대 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
비접촉 무선 주파수 인식장치(Radio Frequency Identification Device, RFID)는 접근이 통제된 지역에서 움직이거나 한 지역에서 다른 지역으로 이동하는 경우에 사람을 인식하는 것으로 사용이 점차적으로 증가하고 있다. 비접촉 RFID는 안테나 및 안테나의 터미널(terminals)에 연결된 칩으로 구성된 장치이다. 상기 칩은 보통 전력(power)이 없고 리더기의 안테나와 RFID의 안테나 사이에서 전기적으로 결합하여 에너지를 수용하며, 정보는 RFID와 리더기 사이에서 교환하는 데 특히 칩 안에 저장된 정보는 RFID이 위치한 물품에 대한 소유자의 인식 및 접근이 통제된 지역에 들어갈 수 있도록 허가하는 것과 관련이 있다.
이러한 방법으로, 여권은 여권 소유자를 인식하기 위해 RFID를 결합시킬 수 있다. 칩 메모리는 여권 소유자, 출신국, 국적, 다른 나라를 방문했던 비자, 입국 날자, 출입 제한, 생체인식 요소 등을 담고 있다. RFID 장치는 일반적으로 여권의 바닥 덮개판(cover board)에 결합된다. 안테나는 여권 덮개의 강화된 바닥 덮개판에 전도성 물질이 함유된 잉크를 이용하여 인쇄된다. 상기 칩은 상기 안테나의 연결 터미널(connection terminal)에 접착됨으로서 연결된다. 그 다음에 여권 페이지의 한첩(quire)의 여백면(flyleaf)은 강화된 상위 덮개판의 뒤쪽에 적층된다.
상기 RFID 장치는 또한 여권의 덮개 및 여백면(flyleaf) 사이를 접착하는 것으로 나중에 결합되게 하기 위해 여권과는 개별적으로 제조될 수 있다. 그 뒤에 안테나 및 칩에 동시에 연결되는 특징이 있는 상기 RFID 장치는 종이, 플라스틱 또는 다른 "인레이(inlay)"와 결합된다.
RFID 장치들은 또한 노출된 칩 대신에 덮어진 칩으로 개발되어, 주로 통합된 회로모듈로 대체되었다. 최근 이러한 모듈의 크기를 줄이고자하는 개발은 실제로 두께 또는 단단함의 증가없이 여권에 결합되었다.
모듈을 통합하는 RFID 장치 지지체의 제조상 문제점은 안테나에 상기 모듈을 연결하는 데에 있다. 실제로, 모듈을 구리 안테나에 연결하는 예로서 용접과 같은 전형적인 연결은 인쇄된 안테나에는 적합하지 않다. 안테나에 모듈을 연결하는 것은 안테나 지지체의 안테나 접점 및 모듈 접점 사이에서 이루어진다. 이러한 연결은 작은 면적으로 이루어지기 때문에, 확실해야 하고 단단해야 한다. 이러한 연결은 전도성 잉크로 이루어진 안테나인 경우에 전도성 접착제로 제조된다. 이러한 연결의 제조는 다음의 제조단계가 요구된다:
- 지지체 위에 접점이 특징인 안테나를 인쇄하는 단계,
- 안테나 패드에 전도성 접착제 지점을 두는 단계,
- 전도성 접착제 지점에 전기 모듈을 설치하는 단계,
- 오븐을 통해 전도성 접착제를 교차결합(cross-linking)하는 단계.
그 다음에, 여러층의 전형적 적층단계가 이루어져 카드는 상기 안테나 지지체의 어느 부위에서 하부 또는 상부 카드 몸체가 핫프레스 몰딩이 이루어진다.
이러한 연결은 결점을 갖고 있다. 전도성 접착제가 붙게되면, 모듈에 단락(short-circuit)이 발생할 수 있다. 더욱이, 교차결합되는 동안 단단해지는 전도성 접착제 지점은 적층단계 동안또는 그밖의 여권에서 인장 및 충격이 가해지는 동안 가해진 압력하에서 안테나의 접점이 갈라질 수 있다. 안테나 및 통합된 회로 모듈사이에서 전기적 접촉의 파손이 일어나는 궁극적인 위험이 무선 주파수 인식장치를 계속해서 손상시킨다.
본 발명의 목적은 이러한 통합된 회로 모듈 및 안테나 사이의 연결을 확실히 보장하기 위한 것으로 무선 주파수 인식장치의 제조방법을 제공함으로써 기술한 결점들을 완화하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 부클릿(booklet) 덮개 외부에 보이는 칩이 없도록 하는 무선 주파수 인식장치가 통합되는 여권과 같은 자기인식 부클릿을 위한 덮개를 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 의도는 RFID 장치의 제조방법에 관한 것이며, 안테나 및 안테나에 연결된 칩을 포함하는 상기 장치, 상기 방법은 다음의 단계를 포함한다.
- 종이 또는 합성종이 지지체 위에 접점을 포함하는 안테나를 인쇄하는 단계,
- 상기 안테나의 접점 사이는 접착성 유전물질로 채우는 단계,
- 상기 지지체 위에 통합된 회로 모듈을 위치시키는 데, 상기 모듈은 접점 그룹과 밀봉된 안쪽에 접점 그룹과 연결된 칩을 특징으로 하는 데, 모듈의 접점들은 안테나의 접점과 반대쪽에 위치하며,
- 열가소성수지층 및 종이 또는 합성종이층을 지지체 위에 놓는 데, 상기 두 개의 층은 모듈의 밀봉 위치에서 리세스와 함께 공급되는 단계,
- 세 개의 층인 안테나 지지체 층, 열가소성 수지층 및 종이 또는 합성종이층이 동시에 적층하는 단계로 상기 모듈에 상기 안테나가 연결되고 상기 층들이 동시에 집적(agglomerate)된다.
본 발명의 의도, 목적, 및 특징은 첨부되는 도면과 관련된 아래의 설명으로부터 보다 명백해질 것이며 첨부된 도면은 아래와 같은 사항을 나타낸다:
도 1은 전기적 모듈의 일부를 나타낸 것이고,
도 2는 적층하기 전에 RFID 장치 지지체를 이루는 여러개의 층을 나타낸 것이며,
도 3은 RFID 장치 지지체의 일부를 나타낸 것이다.
도 1에 따르면, 통합된 회로 모듈은 칩 12, 적어도 두 그룹인 접점 17 및 18을 포함한다. 상기 칩과 상기 그룹 17 및 18의 연결은 매우 작은 전도성 와이어 또는 연결 케이블로 만들어지는데, 이는 "와이어 본딩"이라 칭한다. 칩 12 및 상기 와이어는 전기가 전도되지 않는 저항물질에 근거한 보호수지 14에 밀봉된다. 밀봉 14는 칩 및 칩의 와이어를 포함하는 단단한 외형인데, 약하지 않으면서 다루기 쉽게 만들어질 수 있다. 상기 밀봉은 두께가 200 내지 240 ㎛을 갖는다. 따라서, 상기 모듈은 평평한 면적의 위쪽 표면은 밀봉 14의 위쪽 부분에 일치히고 접점 17 및 18 그룹의 아래 표면은 회로와 연결되도록 설계되었다. 그룹 17 및 18은 알루미늄과 같은 전도성 물질로 제조되며, 이들의 두께는 70 내지 100 ㎛이다.
제1 단계의 제조방법에 따라, 안테나는 지지체층 20 위에서 제조된다. 안테나는 1 또는 그 이상의 턴(turn)을 포함한다. 상기 턴은 은 또는 금과 같은 전도성 물질 또는 전도성 폴리머가 함유된 에폭시 타입의 전도성 잉크와 함께 스크린 인쇄, 플렉소인쇄(flexography), 로토그라비어(rotogravure), 옵셋 인쇄(offset printing) 또는 잉크젯 인쇄로 제조될 수 있다. 상기 지지체 20은 종이 또는 합성종이와 같은 용융되지 않는 물질이다. 상기 종이는 펄프로 된 식물성 섬유로 만들어져 결과적으로 섬유질 구조를 갖는다. 종이의 중심부는 전단응력을 받을 때 적층이 갈라지는 경향이 있는 반면에, 비 섬유성의 합성종이는 미세다공성 구조를 가져 작은 밀도를 갖는다. 종이와 같이 합성종이는 160℃ 정도의 온도에서 적층 작업을 수행하기에 용이한데, 상기 온도에서 안정적이다; PVC 또는 PETG와 같은 열가소성 물질과는 다르게 변형되지 않는다. 사용된 합성종이는 40 내지 80%의 무기물(mineral)이 함유된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌과 같은 폴리머의 단일층 경향으로 이루어지지 않았다. 상기의 조성물은 미세다공성 조직의 수단으로 0.57 g/cm3의 낮은 밀도를 제공한다. 상기 지지체 층의 두께는 바람직하게는 140 내지 180 ㎛이다.
도 2에서 보여지는 상기 모듈 10은 접점에서 안테나를 연결하는 것으로 설계되었다. 본 발명의 일부로써, 두 개의 접점 31 및 32는 모듈을 연결하기에 충분하다. 상기 접점 31 및 32는 안테나의 연속적인 상태이다; 결과적으로 안테나에 있는 턴의 확장에 존재하며, 일반적으로 안테나의 물질과 동일하게 제조된다. 따라서, 또한 상기 접점은 은 또는 금과 같은 전도성 물질 또는 전도성 폴리머가 함유된 에폭시 타입의 전도성 잉크와 함께 스크린 인쇄, 플렉소인쇄(flexography), 로토그라비어(rotogravure), 옵셋 인쇄(offset printing) 또는 잉크젯 인쇄로 제조될 수 있다. 접점의 두께는 5 내지 10 ㎛이다. 접점의 제조에 사용된 잉크는 유연하며 비탄성적이다. 따라서, 안테나 접점을 위해 사용된 잉크는 안테나의 나머지를 제조하기 위해 사용된 잉크와 다르게 하는 것이 가능하다.
도 2에서 보여진 모듈은 접착성 물질 34에 의해 안테나 지지체 20의 층에 접착될 수 있는 데, 모듈의 접점 17 및 18의 그룹은 안테나의 접점 31 및 32의 반대편에 위치한다. 접점을 구성하는 잉크가 건조되고 접착성 물질이 붙으면 상기 모듈은 안테나 지지체층 위에 위치하게 된다. 안테나 지지체층 위에 모듈의 접착은 전체 제조과정 동안 모듈이 제 위치에 유지되고 고정되는 것이 필요하다. 사용되는 접착성 물질은 지지체층 20을 안정화하는 접착제일 수 있다. 시아노아크릴레이트 타입 접착제가 사용될 수 있다. 또한 카드에 사용되는 필름 타입의 "핫-멜트" 접착제가 사용될 수 있으며 카드에 삽입 이전에 모듈 아래에 위치한다. 이러한 접착제는 지지체 및 안테나 사이의 전기적 연결로서 사용되지 않는다.
RFID 장치 지지체를 구성하는 여러 개의 층은 적층단계에서 안테나 지지체 위에 형성된다. 열가소성 22의 제1층은 안테나 지지체층 20 위에 직접적으로 위치한다. 상기 층 22를 위해 사용된 열가소성 물질은 바람직하게는 폴리비닐클로라이드(PVC)이나, 폴리에스테르 (PET, PETG), 폴리프로필렌 (PP), 폴리카보네이트 (PC), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 (ABS) 또는 폴리우레탄 (PU) 필름 또한 사용될 수 있다. 열가소성수지층 22의 두께는 100 내지 160 ㎛이다. 상기 층 22는 리세스 21을 포함하는 데, 상기 리세스 21의 크기는 모듈의 밀봉 부분의 위쪽 평평한 면적의 크기와 흡사하다. 이러한 방법으로, 상기 리세스의 끝은 모듈의 밀봉된 부분의 끝과 일치한다. 이러한 방식으로, 상기 층 22가 안테나 지지체 20의 층에 놓여질 때, 상기 모듈 10은 리세스 21 안에 위치하게 된다. 제2층 24는 제1층 22 위에 위치한다. 상기 층 24는 안테나 지지체 20의 층에서 언급된 바와 같은 합성 종이 또는 종이로 제조될 수 있다. 또한 상기 층 24는 바람직하게는 상기 리세스 21과 동일한 크기의 리세스 23을 포함한다. 모든 층이 적층단계 동안 형성될 때, 리세스 21 및 23은 포개진다.
RFID 장치 지지체의 최종 제조단계는 안테나 지지체층 20, 열가소성수지층 22 및 종이 및 합성종이층 24인 3개의 층이 동시에 적층되는 것으로 이루어진다. 상기 적층단계는 150℃ 까지의 온도로 증가하고 20 bar까지 압력이 증가되어 온도 및 압력을 감소시키면서 모든 층들이 종속되도록 모두가 제한된 과정에서 한 사이클에 따라 구성된다. 임의적으로 온도를 낮추면서 바람직하게는 계속적인 압력을 가하고, 다음에 압력을 줄인다. 적층하는 동안, 층 22의 PVC는 액화되고 안테나 및 모듈을 포획(trap)한다. 적층되는 동안 가해지는 압력은 상기 층에 수직으로 가해져서, 따라서 접점의 그룹과 수직으로 직접적으로 가해진다.
도 3은 적층단계 후에 모듈 및 모듈 주변의 3개의 층에 대한 단면도를 보여준다. 적층단계 동안, RFID 장치 지지체를 구성하는 3개의 층은 두께가 감소한다. 이러한 방법으로, 상기 종이 또는 합성 종이층 20 및 24는 두께의 약 22%가 감소한다. 예로서, 최초 두께가 180 ㎛인 층 20 또는 24는 적층 후에 140 ㎛의 두께를 갖는다. 상기 열가소성수지층 22는 두께가 약 55% 줄어든다.
적층하는 동안, 압력은 전체 모듈에 가해진다. 모듈의 접점 그룹은 안테나의 접점 위에서 압력이 가해지는 데, 이는 접점 및 지지체층 20의 변형의 원인이 된다. 이러한 변형은 압착의 형식으로 이루어진 것이며 압착 내부 표면은 접점 그룹의 외부 표면과 정확하게 일치한다. 이러한 방법으로, 모듈의 접점 그룹과 접점 18의 전도성 잉크 사이에 긴밀한 접촉으로 최대 접촉 면적이 존재한다. 지지체 층 20 뿐만 아니라 접점 18의 전도성 잉크를 구성하는 물질은 변형가능하고 비탄성적인데, 이러한 2개의 물질은 가해진 압력이 없어졌을 때 원래의 형상으로 되돌아오려는 경향이 없다.
더욱이, 적층하는 동안, 연한 열가소성수지층 22는 모듈의 외형에 완전하게 일치하고 층 20 및 24의 내부 표면은 층 22의 각 면에 위치한다. 열가소성수지는 층 20 및 24 사이에 접착제로 작용하여 단단해지게 되면, 두개의 층이 모듈에 완전하게 붙는다. 열가소성수지층의 각기 다른 측면 위에 두 개의 층 20 및 24는 적층하는 동안 압력하에서 압박되고 상기 압박으로 붙게 된 것은 모듈의 접점의 그룹에서 유지되어 모듈 및 안테나 사이에서 전기적 접촉이 이뤄지고 열가소성수지층 24가 단단해지면 영속적이고 확실해진다. 따라서, 적층하는 단계는 모듈에 안테나가 전기적으로 연결될 수 있으며, 층 20, 22 및 24가 함께 집적(agglomerate)된다. 이러한 방법으로, 안테나 접점사이에서 설치하자마자 칩이 안테나와 전기적으로 연결되는 "플립-칩"으로 알려진 방법으로 그대로의 칩을 설치하는 거과 비교하였을 때, 모듈을 위치하는 단계는 접점 사이에서 자동적으로 유지될 수 있다. 상기 모듈은 사용한 상기 물질들을 결합할 때 사용한 방법으로 안테나가 전기적으로 연결될 수 있다. 결과적으로, 종이 또는 합성종이층 20 및 22는 접점 그룹 및 안테나 접점 위치에서 모듈에 끼워지고, 상기 끼워지는 효과는 열가소성수지층 22가 냉각으로 단단해짐으로써 유지될 수 있다.
모듈의 밀봉되고 단단한 부분에서 가해진 압력은 지지체층 20의 부분을 더 수축시키려는 경향이 있어서, 밑으로 위치하게 된다. 이러한 결과는 전체 면적보다 두꺼운 두께의 RFID 장치 지지체를 제조된다. 이러한 방법으로, 여권 덮개에 삽인되면 모듈의 위치는 보이지 않게 된다.
본 발명에 따른 제조방법은 신뢰할 수 있고 저항력있는 무선주파수 인식장치를 제공한다. 본 발명의 장점은 여권과 같은 보안 문서에서 장치를 사용하는 데 의미가 있다. 결과적으로 여권 페이지 및 RFID 장치를 지지하는 덮개는 도장을 찍거나 서명을 하는 경우에, 파손의 상당한 위험에 전기적 칩이 노출되는 데, 이러한 충격에서 부터 보호될 것이다. 또한, 모듈 및 안테나 사이의 전기적 연결은 용융 또는 전도성 접착제와 같은 것으로 안테나에 관하여 모듈을 고정시키는 단단한 요소를 갖고 있지 않아서 결과적으로 더 단단해지고 확실해진다.

Claims (7)

  1. 안테나 및 상기 안테나에 연결된 칩(12)를 포함하는 무선주파수 인식장치 제조방법으로, 다음의 단계를 포함하는 제조방법:
    - 종이 또는 합성종이로 제조된 지지체(20) 위에 접점 (17 및 19)를 갖는 안테나(12)를 인쇄하는 단계,
    - 상기 안테나의 상기 접점 사이는 접착성 유전물질로 채우는 단계,
    - 통합된 회로 모듈 (10)을 상기 지지체 위에 위치하는 데, 상기 모듈은 칩(17, 18)의 그룹 및 모듈의 밀봉(14) 안에서 접점의 그룹과 연결된 칩(12)를 포함하며, 상기 모듈의 접점 그룹은 상기 안테나의 상기 접점과 반대편에 위치하는 단계,
    - 열가소성수지층(22) 및 종이 또는 합성종이층(24)을 지지체 위에 놓는 데, 상기 두 개의 층(22 및 24)은 모듈의 밀봉(14) 위치에서 리세스(21, 23)와 함께 공급되는 단계,
    - 세 개의 층인 안테나 지지체 층(20), 열가소성 수지층(22) 및 종이 또는 합성종이층(24)이 동시에 적층하는 단계로 상기 모듈에 상기 안테나가 연결되고 상기 층들(20, 22 및 24)이 동시에 집적됨(agglomerate).
  2. 제1항에 있어서,
    리세스(21, 23)의 형상은 밀봉의 형태와 일치하는 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리세스(21, 23)는 동일한 크기인 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    접착성 유전 물질은(34) 칩이 위치하기 전에 상기 안테나의 연결(31, 32) 사이인 상기 지지체(20) 위에 놓여져 지지체에 고정된 위치로 상기 모듈(10)을 유지하는 제조방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    안테나 지지체 층(20)을 붙이는 상기 접착성 물질(34)은 시아노아크릴레이트 접착제인 제조방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    안테나 접점을 제조하기 위해 사용된 잉크는 유연한(flexible) 것인 제조방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적층단계가 진행되는 동안, 냉각은 압력이 가해지는 하에서 이루어지는 제조방법.
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