KR101826423B1 - 내열 및 내충격성 듀얼 ｒｆｉｄ 태그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1 무선 주파수 신호를 송수신하는 제1 안테나, 제2 무선 주파수 신호를 송수신하는 제2 안테나, 및 상기 제1 및 제2 안테나와 연결된 집적회로(IC) 칩이 형성되어 있는 기판; 상기 기판 수용하며 상부 덮개와 하부 받침으로 이루어진 하우징; 및 상기 하우징 내에 수용되며 상기 기판의 상부와 하부에 위치하여 상기 기판에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하는 충격 흡수 패드를 포함하고, 알루미늄판 또는 구리판을 사용하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 상호 간섭을 막거나, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이를 이격하여 상호 간섭을 막는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 무선 주파수 신호는 단파(HF)이고 상기 제2 무선 주파수 신호는 극초단파(UHF)인 것을 특징으로 하는, 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그에 관한 것이다.

Description

내열 및 내충격성 듀얼 ＲＦＩＤ 태그{Heat-Resisting and Impact-Resisting Dual RFID Tag}
본 발명은 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 제1 무선 주파수 신호를 송수신하는 제1 안테나, 제2 무선 주파수 신호를 송수신하는 제2 안테나, 및 상기 제1 및 제2 안테나와 연결된 집적회로(IC) 칩이 형성되어 있는 기판; 상기 기판 수용하며 상부 덮개와 하부 받침으로 이루어진 하우징; 및 상기 하우징 내에 수용되며 상기 기판의 상부와 하부에 위치하여 상기 기판에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하는 충격 흡수 패드를 포함하고, 알루미늄판 또는 구리판을 사용하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 상호 간섭을 막거나, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이를 이격하여 상호 간섭을 막는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 무선 주파수 신호는 단파(HF)이고 상기 제2 무선 주파수 신호는 극초단파(UHF)인 것을 특징으로 하는, 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그에 관한 것이다.
최근, 단말기에 근거리 무선 통신이 가능한 블루투스 통신과 같은 근거리 무선 통신이 장착되고 있는 추세이다. 근거리 무선 통신이란, 전파(신호)를 이용하여 근거리의 기기들 간에 데이터를 무선으로 교환하게 는 통신을 말하며, 이동과 설치 등의 장점으로 인해 무선으로 대체되고 있는 추세이다.
근거리 무선 통신 방식 중 무선 주파수 식별(Radio Frequency Identification, 이하 'RFID' 라 칭함) 방식은 식료품부터 농축산물 관리, 폐기물 관리, 환경 관리, 물류ㆍ유통, 보안 등 생활의 다양한 분야에 널리 적용되고 있다.
RFID란 전자 태그(Tag)를 특정 사물에 부착한 후 무선 통신 기술을 이용하여 RFID 리더가 전자 태그를 인식함으로써, 전자 태그가 부착된 특정 사물의 정보 및 주변 상황정보를 실시간으로 감지 및 처리할 수 있는 기술을 말한다. 즉, RFID 리더는 동일한 무선 주파수 인식영역 내에 존재하는 전자 태그로부터 각 태그의 식별 정보를 수신하여 실시간으로 감지 및 처리하는 것이다.
이러한 RFID 시스템은 RFID 리더기(Reader), 호스트 컴퓨터(Host Computer) 및 트랜스폰더(Transponder), 즉, RFID 태그를 구비한다. RFID 리더기는 RFID 태그에 전파를 송출하고, RFID 태그는 전파를 수신하여 이에 대응하는 데이터를 RFID 리더기로 전송한다. RFID 태그는 RFID 리더기로부터 전파를 송수신하는 안테나 및 각 RFID 태그를 식별하기 위한 식별 정보와 같은 데이터를 내장하는 구동칩을 구비한다. RFID 태그는 RFID 리더기로부터 전파를 수신하면, 이에 대응하여 식별 정보를 포함하는 데이터를 전송한다.
RFID 태그의 다양한 용도 중에서도, 고압가스 용기, 예를 들면, LPG 용기의 검사를 위해 RFID 태그를 이용한다. 즉, 검사를 받기 위하여 용기 재검사장에 입고된 용기는 부착된 RFID 태그를 리더기로 인식하여 검사장에 입고된 것을 확인하고, 부착된 밸브를 제거한 후 수압 시험(RFID 태그의 방수 성능 요구) 등을 거쳐 합격된 용기의 RFID 태그를 인식하여 압력검사 합격으로 서버로 전송한다.
사용 가능하다고 판정된 상기 가스 용기의 정보를 저장한 RFID 태그(제조일, 유통기한 등)가 설치된 가스용기는 표면의 도색을 제거하기 위하여 쇼트 브라스트(shot blast; 금속 구슬로 강하게 타격하여 피막을 제거) 공정을 거치게 된다. 이 과정에서 RFID 태그가 견딜 수 있는 내구성이 필요하다. 이후, 도막을 제거한 LPG용기는 재도색을 위하여 페인트를 칠하고(통상, 분체도장), 건조 및 견고한 피막 형성을 위하여 230℃ 열풍 건조로를 약 20 ~ 30분 정도 통과하게 되는 데, 이 과정에서 RFID 태그의 내열성이 요구된다.
이 밖에도, RFID 태그에 대한 내열성 및 내충격성을 요하는 응용 분야는 다양하게 존재하며, 그 적용 범위도 점차 확대되는 추세이다.
본 발명자들은 이렇게 가혹한 환경(고온, 충격 등)에서 사용될 수 있는 RFID 태그를 제공하고자 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 고온 환경 및/또는 충격이 많이 발생하는 공정에 적용 가능하고 두 가지 주파수 대역에서 작동할 수 있는 듀얼 RFID 태그를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 듀얼 RFID 태그는, 특히 LPG 용기와 같은 고압 가스용기에 부착하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 듀얼 RFID 태그는자동차 플랫폼에 적용함으로써 도장 공정과 같은 가혹한 조건에서도 원활히 작동할 수 있고, 반도체 조립 공정에서도 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 듀얼 RFID 태그는 두 가지 주파수 대역에 작동하는 안테나를 갖추고 있기 때문에, 근거리 및 원거리 통신을 가능하게 한다.
전술한 본 발명의 목적은 제1 무선 주파수 신호를 송수신하는 제1 안테나, 제2 무선 주파수 신호를 송수신하는 제2 안테나, 및 상기 제1 및 제2 안테나와 연결된 집적회로(IC) 칩이 형성되어 있는 기판; 상기 기판 수용하며 상부 덮개와 하부 받침으로 이루어진 하우징; 및 상기 하우징 내에 수용되며 상기 기판의 상부와 하부에 위치하여 상기 기판에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하는 충격 흡수 패드를 포함하고, 알루미늄판 또는 구리판을 사용하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 상호 간섭을 막거나, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이를 이격하여 상호 간섭을 막는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 무선 주파수 신호는 단파(HF)이고 상기 제2 무선 주파수 신호는 극초단파(UHF)인 것을 특징으로 하는, 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그를 제공함으로써 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 RFID 태그는 고온 및 충격에 강하기 때문에, 이러한 환경에 노출되는 곳에 적용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 RFID 태그는 HF 대역과 UHF 대역에서 작동하는 두 개의 안테나를 갖추고 있기 때문에, 약 1 m 내외의 근거리는 물론, 약 10 m 정도의 비교적 원거리에서도 작동될 수 있다.
특히, 리벳 또는 나사 체결이 가능하도록 제작된 본 발명에 따른 듀얼 RFID 태그는 금속 제품에 결속하기에 적합하다. 이렇게 리벳 또는 나사 체결을 통해 RFID의 탈락, 도난 등을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 듀얼 RFID 태그의 분해도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 듀얼 RFID 태그의 두 개의 안테나를 보여준다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 듀얼 RFID 태그의 IC 칩의 본딩 방법을 보여준다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 태양에 따라 LPG 용기에 리벳 체결된 듀얼 RFID를 보여준다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 태양에 따라 듀얼 RFID 태그를 보호캡으로 덮는 과정을 보여준다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시 태양에 따라 듀얼 RFID 태그를 LPG 용기에 체결하기 위한 풀림방지 나사를 보여준다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 듀얼 RFID 태그의 분해도로서, 사각형 제작된 제1 안테나 및 원형으로 제작된 제2 안테나가 나타나 있다.
본 발명의 한 측면에서, 제1 무선 주파수 신호를 송수신하는 제1 안테나, 제2 무선 주파수 신호를 송수신하는 제2 안테나, 및 상기 제1 및 제2 안테나와 연결된 집적회로(IC) 칩이 형성되어 있는 기판; 상기 기판 수용하며 상부 덮개와 하부 받침으로 이루어진 하우징; 및 상기 하우징 내에 수용되며 상기 기판의 상부와 하부에 위치하여 상기 기판에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하는 충격 흡수 패드를 포함하고, 알루미늄판 또는 구리판을 사용하여 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이의 상호 간섭을 막거나, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이를 이격하여 상호 간섭을 막는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 무선 주파수 신호는 단파(HF)이고 상기 제2 무선 주파수 신호는 극초단파(UHF)인 것을 특징으로 하는, 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그가 제공된다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 제1 무선 주파수 신호는 단파(high frequency (HF))일 수 있고, 상기 제2 무선 주파수 신호는 극초단파(ultra-high frequency (UHF))일 수 있다. 바람직하게는, 상기 HF의 주파수는 13.56 MHz이고, 상기 UHF의 주파수는 900 MHz일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 900 MHz의 주파수를 적용하는데, 2 m 내지 10 m 정도의 원거리에서 RFID 태그를 인식할 수 있도록 한다. 예를 들면, LPG 용기에 상기 듀얼 RFID 태그를 부착하면, LPG 충전소 또는 판매소에서 RFID 리더기를 이용하여 LPG 용기의 이력 업무를 처리하기가 용이하다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 태양에서 13.56 MHz 주파수를 적용하는데, 이는 1 m 내외의 근거리에서 휴대용 단말기(예를 들면, 스마트폰)를 통해 RFID 태그를 인식할 수 있도록 한다. 예를 들면, LPG 용기에 본 발명의 듀얼 RFID 태그를 부착한 경우에, 소비자가 스마트폰으로 LPG 용기의 충전 이력 및 안전 정보를 용이하게 얻을 수 있다. 최근, 스마트폰 등 다양한 단말기에 NFC (near field communication) 기능을 갖춘 경우가 대부분인 점을 활용할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 제1 안테나 및 제2 안테나 중에서 UHF 신호를 송수신하는 안테나는 실버 페이스트 또는 세라믹(파인 세라믹을 포함함)으로 제조될 수 있고, HF 신호를 송수신하는 안테나는 구리 또는 FCCL(flexible copper clad laminate)로 제조될 수 있다. 상기 세라믹으로는 바륨 타이타네이트(barium titanate), 페라이트(ferrite), 알루미나, 레드 지르코네이트 타이타네이트(lead zirconate titanate), 포스테라이트(forsterite), 지르코니아, 지르콘(zircon), 뮬라이트(mullite), 스테아타이트(steatite)가 사용될 수 있다. 이때, 인식거리가 먼 UHF 안테나에, HF 안테나의 경우보다 유전율이 더 높은 재료를 사용할 수 있다.
상기 제1 안테나 및 제2 안테나 사이의 상호 간섭으로 인한 오류를 방지하기 위해, 상기 제1 및 제2 안테나 사이에 알루미늄판 또는 구리판(차폐재 역할을 함)을 설치할 수 있고, 상기 제1 및 제2 안테나 사이를 이격, 즉 차폐재 없이 빈 공간을 둘 수도 있다. 차폐재 없이 빈 공간을 둘 경우에는, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나를 3 mm 이상, 바람직하게는 3 mm 내지 20 mm의 간격으로 이격시켜 놓을 수 있다.
IC 칩과 제1/제2 안테나가 설치되어 있는 기판, 즉 태그는 내열 불소수지(PTFE)로 코팅될 수 있다. 이와 달리, 상기 태그(기판)에서 UHF 부분은 폴리이미드로 코팅되고, 상기 HF 부분은 에폭시 수지로 코팅될 수도 있다. 상기 폴리이미드 코팅 및 에폭시 수지 코팅은 열 및 충격(진동)으로부터 상기 제1 및 제2 안테나를 보호한다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 하우징은 열 및 충격에 강한 유리섬유강화 폴리프탈아미드(glass fiber-reinforced polyphthalamide (PPA))(바람직하게는, PPA와 유리섬유의 비율은 약 4:6), 또는 액정고분자(LCP)와 나일론의 혼합물(바람직하게는, LCP:나일론은 약 7:3)으로 제작될 수 있다. 또한, 상기 하우징을 에폭시 수지로 코팅하여 내열성 및 내충격성을 더 높일 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 충격 흡수 패드는 불소 고무(PTFE)일 수 있다. 상기 충격 흡수 패드는 외부 충격으로부터 상기 RFID 태그의 IC 칩, 안테나, 기판 등을 보호할 수 있다.
또한, 본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 하우징에는 RFID 태그를 부착할 대상과의 리벳 결합 또는 나사 체결을 위한 구멍(또는 나사홈)이 형성될 수 있다. 예를 들면, LPG 용기의 손잡이 부분, 자동차의 차대 등에 리벳 또는 나사를 이용하여 금속으로 이루어진 대상에 본 발명의 듀얼 RFID 태그를 부착할 수 있다. 특히, 나사 결합시에는 풀림 방지 나사(도 6 참조)를 사용할 수도 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 듀얼 RFID 태그를 LPG 용기에 적용할 수 있다. LPG 용기의 경우에, 재검사시 270℃ 이상의 고온 공정이 적용되고, 용기 표면의 도장을 제거하기 위해 쇼트 블라스트 공정을 거친다. 즉, LPG 용기에 고온과, 쇼트 블라스트에 의한 충격이 RFID 태그로 전달된다. 따라서, 본 발명의 RFID 태그는 모두 내열성 및 내충격성이 큰 재료로 제작되고, 강력한 리벳 체결 또는 나사 체결에 의해 쇼트 블라스트 공정은 물론, LPG 용기의 취급 과정에서 탈락되지 않는다.
본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 듀얼 RFID 태그는 보호케이스를 사용하여 보호될 수 있다. 이러한 보호케이스를 사용함으로써, 상기 듀얼 RFID 태그의 내열성 및 내충격성을 추가로 향상시킬 수도 있다. 상기 보호케이스는 실리콘(silicone) 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)로 제조될 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 태양을 다음의 도면을 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 범위는 하기 도면에 대한 설명에 제한되지 아니한다.
본 발명의 하나의 실시 태양에 따른 듀얼 RFID 태그의 분해도가 도 1에 나타나 있다. 듀얼 RFID 태그는 제1 안테나, 제2 안테나, IC 칩이 형성되어 있는 기판(11)과, 상기 기판(11)을 상부와 하부에서 덮는 충격 흡수 패드(13a 및 13b), 그리고 이들을 수용하는 하우징(12a 및 12b)으로 이루어져 있다. 상부 하우징(12a)은 상기 기판(11), 상기 충격 흡수 패드(13a 및 13b) 및 하부 하우징(12b) 보다 더 커서, 이들을 수용하고 리벳 체결용 구멍(14a 및 14b)을 형성할 수 있다.
도 2에는 상기 기판(11)에 형성된 두 개의 안테나가 나타나 있다. 본 발명의 하나의 실시 태양에서, 상기 기판(11)에는 900 MHz용 안테나(21)와 13.56 MHz용 안테나(22)가 형성되어 있다.
본 발명의 듀얼 RFID 태그는 고온 환경에서 사용하기 위한 것이므로, IC 칩의 본딩이 고온에 견딜 수 있어야 한다. 도 3은 이러한 고온 환경에서도 IC 칩의 본딩이 잘 유지되도록 하는 본딩 방법이 나타나 있다. 본 발명의 하나의 실시 태양에 따르면, 2단계에 걸쳐서 상기 IC 칩을 기판에 본딩한다. 1차로 와이어 본딩(wire bonding)을 한 후, 2차로 볼 본딩(ball bonding)을 시행함으로써 고온에서 본딩이 유지될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 안테나와 집적회로(IC) 칩은 1차로 와이어 본딩(wire bonding)되고, 2차로 상기 와이어 본딩 부분이 에폭시 등으로 볼 본딩될 수 있다. 이와 달리, 상기 IC 칩은 표면실장소자(surface mount device (SMD))를 사용하여 기판 위에 실장될 수도 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에 따라, LPG 용기의 손잡이 부분에 리벳으로 체결된 듀얼 RFID 태그(41)가 도 4에 나타나 있다. 이러한 리벳 체결에 의해 RFID 태그가 취급 도중에 용기로부터 탈락하거나, 도난당하지 않을 뿐만 아니라, 임의로 제거하기 어렵게 된다. 또한, 상기 리벳 체결 대신에 나사, 예를 들면, 도 6에 나타나 있는 풀림방지 나사를 이용하는 나사 체결 방식이 이용될 수도 있다.
본 발명의 하나의 실시 태양에 따라, 듀얼 RFID 태그(51)를 보호케이스(52a, 52b)로 덮는 과정이 도 5에 나타나 있다. 도 5를 보면, 보호케이스를 이루는 두 개의 부품(52a, 52b)을 듀얼 RFID 태그(51)의 양 측면으로부터 밀어올려 두 부품(52a, 52b)을 끼워맞춤으로써 상기 듀얼 RFID 태그(51)를 추가로 보호할 수 있게된다. 이렇게 보호케이스(52a, 52b)를 사용하면 상기 듀얼 RFID 태그(51)를 열 및 충격으로부터 훨씬 더 안전하게 보호할 수 있다.
도 7을 보면, 본 발명의 듀얼 RFID 태그에 대한 다른 실시 태양이 나타나 있다. 도 7에는 상부 하우징(71), 하부 하우징(72), 상부 하우징(71)에 대한 두 개의 단면도와, 상기 상부 및 하부 하우징 내에 수용되는 충격 흡수 패드(73a, 73b, 73a', 73b'), 제1 안테나 및 제2 안테나 및 IC 칩을 포함하는 기판(74, 74')이 나타나 있다. 상기 충격 흡수 패드(73a, 73b, 73a', 73b') 및 기판(74, 74')은 도 7의 단면도에 나타나 있는 상부 하우징(71)과 하부 하우징(72) 사이의 공간에 내장된다. 도 7에서, 제1 안테나가 설치된 기판과 제2 안테나가 설치된 기판(74, 74')의 형상을 달리하였고, 이들 기판(74, 74')은 각각 상부 및 하부 충격 흡수 패드(73a, 73b, 73a', 73b')의 크기보다 작게 제작된다. 이로써, 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이에 빈 공간이 형성되어 이들 안테나 사이의 상호 간섭을 방지한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 구현예를 예로 들어 상세하게 설명하였으나, 이러한 설명은 단순히 본 발명의 예시적인 실시예를 설명 및 개시하는 것이다. 당업자는 본 발명의 범위 및 요지로부터 벗어남이 없이 상기 설명 및 첨부 도면으로부터 다양한 변경, 수정 및 변형예가 가능함을 용이하게 인식할 것이다.

Claims (4)

  1. 단파(HF) 신호를 송수신하는 제 1 안테나, 극초단파(UHF) 신호를 송수신하는 제 2 안테나, 및 상기 제1 및 제2 안테나와 연결된 집적회로(IC) 칩이 형성되어 있는 기판;
    상기 기판을 수용하며 상부 덮개와 하부 받침으로 이루어진 하우징; 및
    상기 하우징 내에 수용되며 상기 기판의 상부와 하부에 위치하여 상기 기판에 가해지는 충격 및 진동을 흡수하는 충격 흡수 패드를 포함하되,
    전자파의 상호 간섭을 방지하도록 상기 제1 안테나와 상기 제2 안테나 사이가 3mm~20mm 사이로 이격되고,
    상기 충격 흡수 패드는 불소고무(PTFE)로 형성되고,
    상기 하우징은 유리섬유강화 폴리프탈아미드(glass fiber-reinforced polyphthalamide)로 형성되고,
    상기 제1 및 제2 안테나와 상기 집적회로(IC) 칩은 1차로 와이어 본딩(wire bonding)되고, 2차로 상기 와이어 본딩 부분이 볼 본딩되는 것을 특징으로 하는 LPG용기에 부착되는 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 하우징에는 RFID 태그를 부착할 대상과의 리벳 체결용 구멍 또는 나사 체결용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 LPG용기에 부착되는 내열 및 내충격성 듀얼 RFID 태그.
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