KR20100051039A - Rfid 시스템용 칩 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료(4)를 구비한 RFID 시스템용 칩 모듈에 관한 것으로서, 그 상단면에는 커플링 안테나(2) 및 커플링 안테나(2)와 전기적으로, 특히 갈바니 전기적으로 결합된 RFID 칩(3)이 배치되며 그 하단면에는 접착재 층(9)이 제공된다. 커플링 안테나(2)는 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ - 12 ㎛ 두께의 알루미늄 층(7)을 포함한다.
Description
본 발명은 RFID 시스템용 칩 모듈, 칩 모듈을 포함하는 RFID 시스템 및 자가 접착 RFID 라벨 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
RFID 라벨의 제조에는 칩 모듈을 안테나와 연결하는 전기 연결 접점 및 RFID 마이크로칩을 포함하는 칩 모듈이 사용된다. 독일 특허 출원 DE 10 2006 052 517에는 시트 형태의 지지 재료에 RFID 칩 및 RFID 칩과 전기적으로, 특히 갈바니 전기적으로 연결된 커플링 안테나가 배치되어 있는 칩 모듈이 공개되어 있다. 칩 모듈이 사용되는 조건에서 RFID 라벨이 제조되는데, 이 라벨에서 지지 필름에 배치된 칩 모듈은 커플링 안테나 및 RFID 안테나가 유도적으로 연결되도록 플랫형 이차 안테나 위에 배치된 상태로 접착된다.
독일 특허 출원 DE 10 2007 026 720에는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ 두께, 특히 약 10 ㎛ 두께의 알루미늄 필름에서 펀칭되고 접착 재료의 정면에 접착되는 RFID 시스템용 자가 접착 안테나가 설명되어 있다.
본 발명의 목적은 알루미늄 및 종이와 같은 대부분 재활용이 가능한 재료의 친환경적 RFID 시스템의 제조를 가능하게 하는 칩 모듈을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1항의 특징을 통해 달성된다.
바람직하게도 청구항 2항에 따르면 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료는 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료이다.
청구항 3항에 청구된 바와 같이 커플링 안테나는 알루미늄 필름에서 저비용 및 친환경적으로 절단, 특히 펀칭된다. 대안적 방법으로서 알루미늄 함유성 안료를 통한 커플링 안테나의 임프린트도 가능하다.
청구항 5항 내지 9항은 커플링 안테나 및 시스템의 이차 안테나가 유도적으로 결합된 RFID 시스템의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 바람직하게도 이차 안테나도 재활용이 가능한 알루미늄으로 제조되며 이차 안테나용 안테나 필름은 마찬가지로 재활용이 가능한 종이 재질의 지지층을 갖는 지지 재료이다. 이는 시스템의 제조도 단순화시키는데, 그 이유는 사용된 재료의 수가 한정되기 때문이다.
바람직하게도 청구항 10항에 따른 자가 접착 RFID 라벨은 간단하게 제조가 가능한데, 그 이유는 인레이 재료 및 그 접착재 층에 대하여 라벨의 해당 접착재 층을 갖는 커버링 재료와 동일한 재료가 사용되기 때문이다.
특히 바람직하게도 RFID 라벨은 청구항 11항에 따라 제조되는데, 이 라벨에서는 모든 지지 재료에 대하여 친환경적으로 재활용이 가능한 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료가 사용된다.
청구항 12항 및 13항은 본 발명에 따른 칩 모듈의 특히 바람직한 제조 방법을 설명한다.
하기에서 본 발명은 실시예들을 통해 상세히 설명되며, 복수의 실시 형태에서 동일한 특징은 동일한 부호로 표시된다. 대안적 특징은 "a" 및 "b" 추가부호로 구분된다.
도 1은 지지 필름에 고정된 칩 모듈 및 이차 안테나에서의 그 위치 결정을 나타낸다.
도 2a는 칩 모듈용 커플링 안테나의 제조 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2b는 대안적 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 3a는 도 2a에 따른 방법에서 커플링 안테나의 개별 제조 단계에 대한 정면도를 나타낸다.
도 3b는 도 2b에 따른 대안적 방법의 제조 단계를 나타낸다.
도 4는 커플링 안테나 제조에 사용되는 알루미늄 접착 복합재의 구조를 나타낸다.
도 5는 커플링 안테나의 펀칭부를 나타낸다.
도 6은 칩 모듈의 단면도를 나타낸다.
도 7a는 제1 실시 형태에서 도 6의 C-C 라인을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 7b는 제2 실시 형태에서 도 6의 C-C 라인을 따라 절개한 단면도를 나타낸다.
도 8은 칩이 커플링 안테나에 고정되기 전에 커플링 안테나의 스트립 형태의 배치를 나타낸다.
도 1에는 각각 하나의 커플링 안테나(2) 및 커플링 안테나(2)에 배치된 하나의 RFID 칩(3)을 포함하는 두 개의 칩 모듈(1)이 도시되어 있다. RFID 칩(3)은 커플링 안테나와 전기적으로, 특히 갈바니 전기적으로 연결되어 있다. RFID 칩(3)을 구비한 커플링 안테나(2)는 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료(4)의 상단면에 배치되어 있다. 지지 재료(4)는 그 하단면에서 바람직하게도 실리콘 종이 재질인 박리 가능한 웨브 형태 또는 시트 형태의 분리 재료(6)에 의해 덮혀있는 접착재 층(10)을 갖는다.
커플링 안테나(2)는 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ - 12 ㎛ 두께의 알루미늄 층을 포함한다. 실시예에서 알루미늄 층의 두께는 약 10 ㎛에 달한다. 바람직하게도 커플링 안테나(2)는 알루미늄 필름(7)의 두께에 상응하게 절단된다. 예시에서 도시된 바와 같이 이는 펀칭을 통해 이루어지거나 또는 레이저 빔을 이용한 절단을 통해 이루어진다. 대안적 방법으로서 커플링 안테나(2)를 알루미늄 함유성 안료를 이용하여 지지 재료(4)에 임프린트하는 것도 가능하다.
지지 재료(4)는 바람직하게도 종이로 제조되는 지지층을 포함한다. 마찬가지로 지지 재료(4)는 PP 또는 PE와 같은 합성수지로 제조될 수 있다. 바람직하게도 칩 모듈의 제조를 위한 원재료로서 웨브 형태 또는 시트 형태의 알루미늄 접착 복합재가 사용되며, 그 구조는 도 4에 도시되어 있다.
종이 재질의 웨브 형태 또는 시트 형태 지지 재료(4)의 상단면에는 접착층(9)을 통해 알루미늄 필름(7)이 견고하게 접착되어있다. 종이층(4)의 하단면에는 접착층(10)을 통해 실리콘 종이(6) 재질의 분리 필름이 박리가능한 형태로 접착되어 있다. 이 알루미늄 접착 복합재에서 먼저 커플링 안테나(2)가 하기에 설명되는 방식으로 펀칭된다.
알루미늄 접착 복합재는 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ 내지 12 ㎛, 예시에서 약 10 ㎛ 두께의 알루미늄 필름(7), 예시에서 70 ㎛ 두께이며 50 g/m2 - 90 g/m2 평량을 갖는 종이 재질의 지지 재료 및 50 ㎛ - 60 ㎛ 두께의 실리콘 종이 재질의 분리 필름을 포함한다. 알루미늄 필름(7) 아래의 접착재 층(9)은 3 ㎛ - 7 ㎛ 두께, 예시에서 약 5 ㎛ 두께를 가지며 종이 재질의 지지 필름(4) 하단면의 접착층(10)은 15 ㎛ 내지 25 ㎛ 두께, 예시에서는 20 ㎛ 두께를 갖는다.
도 2a에 도시된 바와 같이 알루미늄 접착 복합재는 당김 롤러(12)를 통해 롤(11)에서부터 당겨지고 후단의 펀칭 프레스(13)로 공급된다. 펀칭 프레스(13)를 통하여 커플링 안테나(2)의 내측 컨투어(14)는 알루미늄 접착 복합재의 모든 층을 관통하는 커팅부로 펀칭된다. 도 3a의 좌측에 도시된 바와 같이 스트립의 중앙에는 내측 컨투어(14)에 의해 한정된 구멍이 복합재에 존재한다. 펀칭 시 형성되는 절단 스크랩은 제거되는데, 예시에서는 흡입을 통해 제거된다. 그 다음 후단에 배치된 다른 펀칭 장치(15)에서 RFID 칩을 위한 접촉부(16a)가 펀칭된다. 이 펀칭 과정에서 커팅부는 적어도 알루미늄 필름(7) 및 그 아래에 존재하는 접착층(9)을 관통하며 지지 재료(4)는 완전히 절단되지 않는다. 이 펀칭 단계의 목적은 사전에 밀폐된 커플링 안테나(2)를 분리 절단을 통해 분리하여 전기적 단락이 발생하지 않도록 하 는 것이다. 이와 동시에 알루미늄 필름(7) 재질의 비전도성 구역이 펀칭되며 칩(3)의 지지 펌프에 배치될 수 있다. 이 펀칭 과정을 통해 알루미늄 필름(7)에서 노출된 영역은 도 7a에 도시되어 있다.
펀칭 장치(15) 옆에는 다른 펀칭 장치(18a)가 배치되어 있으며 그를 통해 커플링 안테나(2)의 외측 컨투어(19)가 절단된다. 이 펀칭 과정에서 커팅부는 분리 필름(6)에까지 도달한다. 도 2a에는 접촉부 및 외측 컨투어를 위한 펀칭 과정이 두 개의 단계로 도시되어 있다. 하지만 도 5에 도시된 바와 같이 양측 펀칭 과정은 단 하나의 회전 툴을 통해 실시하는 것도 가능하다. 이런 경우 펀칭 툴(20)은 다양한 깊이를 절단하는 두 개의 펀칭 나이프(21, 22)를 포함하며, 펀칭 나이프(21)는 지지 재료로서 사용된 종이(4)에까지 도달하는 커팅부를 통해 접촉부(16)를 절단하고 펀칭 나이프(22)는 분리 필름(6)에까지 도달하는 커팅부를 통해 외측 컨투어를 절단한다.
펀칭 후에 펀칭 장치(18a)에서 펀칭 스크랩이 제거되고 롤(23)에 감긴다. 분리 필름(6)은 그 위에 존재하는 커플링 안테나(2)와 함께 롤(24)에 감긴다. 도 8에 도시된 바와 같이 커플링 안테나(2)는 일정한 간격을 가지면서 분리 필름(6) 위에 배치되어 있다. 그는 스트립 형태의 구조를 가지므로 커플링 안테나(2)는 복수의 경로에서 각각 연속적으로 후속 공정에 공급될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 후속 공정 단계에서는 각각의 커플링 안테나(2)에서 하나의 RFID 칩(3)이 고정된다.
도 2b에는 커플링 안테나(2)의 내측 컨투어(14) 및 외측 컨투어(19)가 분리 필름(6)에까지 도달하는 커팅부를 통해 펀칭되는 대안적 방법이 도시되어 있다. 이 과정에서 내측 컨투어(14)는 펀칭 실린더(18b)에 의해 운반되고 흡입된 후에 폐기될 수 있다. 이어서 펀칭 장치(15)에서 RFID 칩(3)을 위한 접촉부(16)가 펀칭되며 이 실시예에서 칩은 도 3b 및 도 7b에 도시된 바와 같이 직선 커팅부(16b)로서 직선 결합부를 형성한다.
도 6, 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이 알루미늄 필름(7)은 최상단 층에서 커플링 안테나(2)를 위한 스트립 도체를 형성한다. 칩(3)의 탑재 시 "범프"(17)로 표시된 칩 다리가 알루미늄 필름(7) 및 경우에 따라서는 그 아래에 존재하는 접착층(9)에 압입된다. 이러한 방식으로 범프(17)의 갈바니 전기적 접점을 위한 어느 정도의 형상 결합이 형성된다. 커플링 안테나(2)의 접촉부를 통해 탑재 전에 칩(3)을 해당 위치에 고정하는 접착제(25)가 도포된다. 일반적으로 이 접착제(25)는 전도성 물질로서 은 입자를 포함하는 고가의 전도성 접착제이다.
도 7a에는 접촉부(16a)가 알루미늄 필름(7)에서 펀칭된 거의 반구형인 홈을 포함하는 실시 형태를 나타낸다. RFID 칩과 알루미늄 필름(7)과의 접촉은 하단 범프(17a)를 통해 이루어지며, 이 범프는 전기적 단락의 방지를 위하여 다른 웨브 컷(web cut)(16a)을 통해 알루미늄 필름(7)에서 전기적으로 서로 분리되어 있다.
도 7b에는 알루미늄 필름(7)에서 펀칭된 커플링 안테나(2)와 RFID 칩(3) 사이에 접촉부(16)를 형성하는 바람직한 대안적 가능성이 도시되어 있다. 이 실시 형태에서는 양측 상단 범프(17)가 단지 하나의 칩(3)만 지지하는 기능을 가지며, 이 범프는 칩(3)과 전기 전도성으로 결합되어 있지 않다. 전기적 접촉은 양측 하단 범 프(17a)를 통해 이루어진다. 양측 접촉 범프(17a)는 직선 커팅부(16b)를 통해 전기적으로 서로 분리된다. 직선 커팅부(16b)의 펀칭 시 필름(7)의 양측 가장자리는 서로 멀어지게 벤딩되므로 안정적으로 접촉을 방지하는 결합부가 형성된다. 절연효과를 위하여 필요한 경우에는 응고 후에 필름(7)의 양측 가장자리를 안정적으로 일정 간격으로 유지하는 절연성 접착제를 결합부(16b)에 추가적으로 주입할 수 있다. 또한 바람직하게도 이 접착제는 범프(17) 및 이로써 RFID 칩(3)을 안정적으로 필름(7)에 고정하는 용도로도 사용할 수 있다.
본 발명은 접착제(25)를 저가의 비전도성 접착제로 대체하는 것을 가능하게 한다. 주목할 점은 커플링 안테나(2)의 접촉부에서 경우에 따라 발생하는 알루미늄 산화층이 전기적 접촉을 방해하지 않는다는 것이다. 장애성 산화층의 발생을 방지하기 위하여, 알루미늄 필름(7)을 통하여 산화방지층으로서 보호 라커 재질의 박막 층이 도포될 수 있다. 보호 라커는, 그 점도 및 알루미늄에 대한 그 접착성을 고려하여 그가 접촉 시, 즉 커플링 안테나(2)의 접촉부에 칩(3)을 부착할 때 벗겨지고 갈바니 결합을 위한 비산화 접촉면을 노출시키도록 선택되어 있다.
칩(3)을 구비한 칩 모듈(1)은 매우 인접한 근접 구역에서 RFID 시스템으로서 사용이 가능한데, 그 이유는 커플링 안테나(2)가 UHF 안테나로서 작용하기 때문이다. 더 넓은 범위를 위하여 커플링 안테나(2) 및 이차 안테나(26)가 유도적으로 연결되도록 칩 모듈(1)은 그 지지 재료(4)와 함께 플랫 타입 이차 안테나(26)에 접착된다. 이차 안테나(26)는 지지 재료의 상단면에 배치되며, 바람직하게도 종이 재질의 지지층을 구비한 접착 재료가 지지 재료로서 사용된다. 대안적 방법으로서 지지 층으로서 PE 또는 PP와 같은 합성수지의 사용이 가능하다. 도 1에 도시된 바와 같이 바람직하게도 지지 재료의 접착재 층이 웨브 형태 또는 시트 형태의 분리 재료(27)에 의해 덮혀 있다. 이차 안테나(26)는 분리 재료(27)의 상단면에 배치된다. 바람직하게도 이차 안테나(26)도 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ - 12 ㎛ 두께, 예시에서는 약 10 ㎛ 두께의 알루미늄 층으로 제조된다. 커플링 안테나(2)와 유사하게 바람직하게도 이차 안테나(26)는 상응하는 두께의 알루미늄 필름에서 절단, 특히 펀칭된다. 사용된 재료의 수를 적게 유지하고 필요 시 동일한 재료를 사용하기 위하여, 바람직하게도 이차 안테나(26) 및 커플링 안테나(2)용 지지 재료로서 종이 재질의 지지층을 포함하는 접착 재료가 사용된다.
칩 모듈 및 이차 안테나로 구성되는 RFID 시스템은 바람직하게도 자가 접착 RFID 라벨의 제조에 사용된다. 이 경우 RFID 시스템은 하단면에서 접착재 층을 갖는 웨브 형태 또는 시트 형태의 커버링 재료와 접착제 층에서 박리 가능한 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료 사이에서 RFID 인레이로서 배치된다. 바람직하게도 그 접착재 층 및 RFID 인레이용 지지 재료로서 라벨의 접착재 층을 포함하는 커버링 재료와 동일한 재료가 사용된다. 특히 바람직하게도 모든 지지 재료에 대해 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료가 사용된다. 이로써 RFID 라벨의 제조에 종이 및 알루미늄만 사용되며 후자는 안테나용으로 사용된다.
본 발명은 RFID 시스템용 칩 모듈에 이용될 수 있다.
Claims (16)
- 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료(4)를 구비한 RFID 시스템용 칩 모듈로서, 그 상단면에는 커플링 안테나(2) 및 커플링 안테나(2)와 전기적으로, 특히 갈바니 전기적으로 결합된 RFID 칩(3)이 배치되며 그 하단면에는 접착재 층(9)이 제공되는 칩 모듈에 있어서,커플링 안테나(2)가 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ - 12 ㎛ 두께의 알루미늄 층(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는 칩 모듈.
- 제1항에 있어서, 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료가 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료(4)로서 사용되는 것을 특징으로 하는 칩 모듈.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 커플링 안테나(2)가 알루미늄 필름(7)에서 절단되고, 특히 펀칭되거나 또는 알루미늄 함유성 안료로 임프린트되는 것을 특징으로 하는 칩 모듈.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 재료(4)의 접착재 층(10)이 박리 가능한 웨브 형태 또는 시트 형태의 분리 재료(6)에 의해 덮히는 것을 특징으로 하는 칩 모듈.
- 특히 RFID 라벨용 RFID 인레이로서 사용되는 RFID 시스템에 있어서,커플링 안테나(2) 및 이차 안테나(26)가 유도적으로 연결되도록 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 칩 모듈(1)이 그 지지 재료(4)와 함께 플랫 타입 이차 안테나(26)에 배치된 상태로 접착되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
- 제5항에 있어서, 이차 안테나(26)가 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ - 12 ㎛ 두께의 알루미늄 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
- 제6항에 있어서, 이차 안테나(26)가 알루미늄 필름에서 절단되고, 특히 펀칭되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
- 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료가 이차 안테나(26)용으로 사용되는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
- 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 이차 안테나(26)용 지지 재료의 접착재 층이 웨브 형태 또는 시트 형태의 분리 재료(27)에 의해 덮히는 것을 특징으로 하는 RFID 시스템.
- 자가 접착 RFID 라벨에 있어서,제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 RFID 시스템이, 하단면에서 접착재 층을 구비한 웨브 형태 또는 시트 형태의 커버링 재료와 접착재 층에서 박리 가능한 웨브 형태 또는 시트 형태의 지지 재료 사이에 배치되며, 라벨의 커버링 재료와 동일한 재료가 사용되는 RFID 인레이 및 그 접착재 층을 위한 지지 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 RFID 라벨.
- 제10항에 있어서, 모든 지지 재료에 대해 종이 재질의 지지층을 갖는 접착 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 RFID 라벨.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 칩 모듈의 제조 방법에 있어서,지지 재료(4)에서 상단면에 접착된 알루미늄 필름(7) 및 하단면에 접착된 특히 실리콘 종이 재질의 분리 필름(6)을 포함하는 웨브 형태 또는 시트 형태의 알루미늄 접착 복합재에서 출발하여, 먼저- 접착 복합재의 모든 층을 관통하는 커팅을 통해 커플링 안테나(2)의 내측 컨투어(14)가 절단되고, 특히 펀칭되고 절단 스크랩이 제거되며,- 이어서 RFID 칩(3)용 접촉부(16)가 알루미늄 필름(7) 및 그 아래에 존재하는 접착층(9)에까지 도달하는 커팅부를 통해 그리고 커플링 안테나(2)의 외측 컨투어(19)가 분리 필름(6)의 관통 절단 없이 절단하는 커팅부를 통해 제거되며,- 그 후에 절단 스크랩이 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 칩 모듈의 제조 방법에 있어서,지지 재료(4)에서 상단면에 접착된 알루미늄 필름(7) 및 하단면에 접착된 특히 실리콘 종이 재질의 분리 필름(6)을 포함하는 웨브 형태 또는 시트 형태의 알루미늄 접착 복합재에서 출발하여,- 커플링 안테나의 외측 컨투어(19) 및 내측 컨투어(14)가 분리 필름(6)에까지 도달하는 커팅부를 통해 관통 절단되고,- 이어서 내측 컨투어(14)의 스크랩이 제거되고, 바람직하게는 흡입되고,- 그 후에 RFID 칩(3)의 접촉부(16)에 절연 커팅부(16a, 16b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항 또는 제13항에 있어서, 커플링 안테나(2)의 외측 컨투어(19) 및 내측 컨투어(14) 그리고 RFID 칩(3)용 접촉부(16)가 펀칭되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉부(16)에서 절연 커팅부가 직선 커팅부(16b)로서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 1 ㎛ - 20 ㎛, 특히 3 ㎛ 내지 12 ㎛ 두께의 알루미늄 필름(7), 50 g/m2 - 90 g/m2 평량을 갖는 종이 재질의 지지 재료(4) 및 50 ㎛ - 60 ㎛ 두께의 실리콘 종이 재질의 분리 필름(6)을 포함하는 알루미늄 접착 복합재가 사용되며, 알루미늄 필름(7)이 지지 재료(4) 위에서 3 ㎛ - 7 ㎛ 두께의 접착재 층(9)을 통해 그리고 지지 재료(4)의 하단면에서 실리콘 지지 필름(6)이 15 ㎛와 25 ㎛ 사이의 접착재 층(10)을 통해 접착되는 것을 특징으로 하는 방법.
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