KR20100111409A - 자성시트, 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 무선 식별 안테나 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인덕턴스 향상 및 신호 안정성을 위해 사용되는 자성시트에 직접 방사체 패턴을 형성함으로써 박막형이면서 인지거리가 향상된 무선 식별(RFID) 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 RFID 안테나는 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트 위에 방사체 패턴을 직접 형성함으로써 자성시트와 방사체 패턴을 일체화하여 두께를 줄임과 동시에 RF 신호의 인지거리 향상 및 신호의 안정성을 도모할 수 있어, 기존에 안테나와 자성시트를 각각 제조한 후 접착층을 이용하여 결합하는 구조보다 제조공정이 간단해지며 안테나의 전체 두께를 감소시켰다.

무선 식별(RFID) 안테나, 자성시트, 시트 두께, 제조공정, 인지거리

Description

자성시트, 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 무선 식별 안테나 및 그 제조방법{Magnetic Sheet, RF Identification Antenna Having Radiation Pattern Incorporated into Magnetic Sheet, and Method for Producing the Same}

본 발명은 자성시트, 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 무선 식별 안테나 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 인덕턴스 향상 및 신호 안정성을 위해 사용되는 자성시트에 직접 방사체 패턴을 형성함으로써 제조공정이 간단해지고 두께를 줄일 수 있으며 인지거리 향상을 도모할 수 있는 박막형 무선 식별 안테나 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, IC칩을 구비한 트랜스폰더(transponder)와 리더/라이터 사이 또는 트랜스폰더와 리더 사이에서 데이터를 교신하는 무선 식별 시스템(radio frequency identification system, 이하 "RFID 시스템"이라 함)이 보급되고 있다. 이 RFID 시스템은 트랜스폰더(transponder) 및 리더/라이터 각각에 구비된 안테나를 사용하여 무선으로 데이터를 교신하기 때문에, 이들을 접촉시키지 않고 트랜스폰더를 리더/라이터로부터 수 mm 내지 수 cm 떨어뜨려도 통신이 가능하고, 오염이나 정진기 등에 강하므로 공장의 생산관리, 물류 유통 및 재고 관리, 입퇴실 관리 등의 여러 분 야에서 이용되고 있다.

예컨대, 최근 RFID 시스템을 이용하는 기기로서 휴대전화가 있다. 휴대전화의 RFID 시스템은 핸드폰의 새로운 기능으로서 교통결제 및 신용결제를 할 수 있도록 해준다.

상기 휴대전화의 RFID 시스템은 데이터를 주고받는 안테나(antenna)와 안테나 신호의 안정성 및 주변 금속물질에 의해 신호가 감쇠되는 것을 보완하기 위한 자성 시트가 부착되어 있는 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 안테나는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 제조되며, 일반적으로 0.3∼0.8mm 두께로 구성되어 있다. 구체적으로, 리더 안테나에서는 135kHz 이하 혹은 13.56MHz의 주파수를 사용하며, 특히 인덕티브(inductive) 방식을 사용한 RFID 휴대전화는 13.56MHz 주파수를 주로 사용하여 무선 전자기파인 사인파가 만들어지며, 이에 의하여 리더 안테나는 태그, 즉 트랜스폰더 안테나 쪽으로 에너지를 전달하고 태그 쪽으로부터 데이터를 받게 된다.

자성시트는 투자율이 높은 페라이트 및 연자성 금속분말의 구형 혹은 편상의 형태로 제조하여 연성이 높은 플라스틱 혹은 고무와 혼합하여 제조하고 있다.

안테나에서 유도되는 전압은 패러데이 법칙(Faraday's law)과 렌쯔 법칙(Lenz's law)에 의하여 결정되므로, 높은 전압 신호를 얻기 위해서는 트랜스폰더 안테나 패턴과 쇄교하는 자속의 양이 많을수록 유리하다. 자속의 양은 트랜스폰더 안테나 코일에 포함된 연자성 재료의 양이 많을수록, 그리고 재료의 투자율이 높을수록 크게 된다. 특히, RFID 시스템은 본질적으로 비접촉에 의한 데이터 통신이기 때문에 리더 안테나에서 만들어지는 무선 전자기파를 태그 안테나로 집속시키기 위해서는 투자율이 높은 자성재료로 이루어진 자성시트가 필요하다.

자성시트는 일반적으로 0.1mm∼0.5mm 두께로 구성되어 있다. 이 때, 자성시트는 두께가 두꺼울수록 인덕턴스가 높아져 신호의 인지거리 향상 및 신호의 안정성에 도움을 준다. 그러나, 최근 휴대전화의 박형화 및 소형화는 이러한 자성시트 두께 증가를 제한하게 된다.

종래 기술에서 안테나와 자성시트를 접착층(최소 0.02mm)을 사용하여 물리적으로 결합하는 경우 RFID 시스템은 0.3∼0.8mm의 두께를 가진다. 이때, 핸드폰 두께 감소에 따라 RFID 시스템 두께를 낮추기 위해서는 자성시트 두께를 감소시켜야 하는데, 이는 인지거리 및 신호의 안정성에 영향을 주기 때문에 두께 감소가 쉽지 않다. 또한, 0.1mm 이하의 얇은 두께의 자성시트를 제조하기 위해서는 미세 분말화를 거쳐 분말의 편평화 공정 등의 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제가 있고 제조 시 두께가 불균일하여 인덕턴스의 편차가 심한 문제가 있었다.

기존 RFID 시스템은 특허 제523313호 및 제623518호에 본 출원인에 의해 제안된 바와 같이 인지거리 향상과 신호의 안정성을 향상시키기 위해 RFID 안테나로서 안테나에 자성시트를 붙여서 사용하고 있다. 그러나, 전자제품의 박형화 및 소형화에 따라 휴대전화 등에 사용되는 RFID 시스템의 두께도 감소할 필요가 있다.

상기 선행특허에서 RFID 시스템은 안테나와 접착층 및 자성시트로 구성되어 있다. RFID 시스템의 두께 감소를 위해서는 안테나 혹은 자성시트의 두께를 감소시켜야 한다. 그러나, 태그 안테나는 두께를 0.2mm 이하로 제작하는 경우, 작업성이 떨어지고 제조가 힘들다. 또한, 자성시트는 두께를 0.1mm 이하로 제조하는 경우, 인지거리 향상 특성이 떨어지고 작업성이 떨어진다. 따라서, 종래 기술로는 접착층의 두께를 고려할 때 0.3mm 이하로 제조하기 힘든 문제점이 있다.

본 발명자들은 안테나 코일, 즉 방사체 패턴과 자성시트를 일체화함으로써, 자성시트가 직접 안테나 성능을 구현하여 RFID 시스템의 두께를 0.3mm 이하로 제조할 수 있는 공정을 개발하였다. 페라이트 소결 시트 또는 연자성 분말을 혼합하여 형성한 자성시트 위에 실크 스크린 또는 프린팅 공법 등을 이용하여 직접 방사체 패턴을 형성함으로써 기존 자성시트와 안테나 코일을 따로 제작하여 결합하면서 생기는 두께 증가를 감소시킬 수 있었다.

일반적으로 페라이트 소결 시트를 이용하여 시트 위에 방사체 패턴을 직접 형성하는 경우 페라이트의 소결시에 시트가 깨지는 문제가 발생한다. 페라이트 소결 시트는 연자성 자성시트에 비하여 투자율이 높으나, 종래에는 이러한 페라이트 소결 시트를 안테나 기판으로 이용하여 방사체 패턴을 제조할 때 시트가 깨지는 문제로 인하여 RFID 안테나용 기판으로 사용할 수 없었다.

본 발명자들은 페라이트 소결 시트의 경우 소결시에 깨지는 문제를 해결하기 위하여 하프컷 구조와 지지층을 도입하였고, 이때, 지지층의 열팽창계수가 안테나 패턴의 열팽창 계수와 유사해야한다는 것을 밝혀내었다. 그리고, 자성시트의 경우도 안테나 패턴을 소성하는 공정에서 늘어나기 때문에 안테나 패턴의 안정성을 위 해 가능한 낮은 온도에서 소성하는 것이 필요하다는 것을 밝혀 내였다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트 위에 방사체 패턴을 직접 형성함으로써 제조공정이 간단해지며 두께가 얇은 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 무선 식별 안테나 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 인덕턴스 향상 및 신호 안정성을 위해 사용되는 자성시트에 직접 방사체 패턴을 형성함으로써 두께를 줄임과 동시에 인지거리 향상을 도모할 수 있는 박막형 무선 식별 안테나 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 다수의 하프 컷을 구비하여 소결 후에도 유연성을 확보할 수 있는 페라이트 소결시트로 이루어지며, RFID 안테나의 기판 또는 EMI 시트로 사용 가능한 자성시트 및 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1특징에 따르면, 본 발명은 페라이트 소결시트로 이루어지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프컷이 형성된 자성시트와; 상기 자성시트의 표면에 형성되어 하프컷이 이루어진 소결시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과; 상기 제1패턴과 제2패턴 사이에 배치되어 상기 제1패턴과 제2패턴을 분리시키기 위한 제2절연층과; 상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나를 제공한다.

본 발명의 제2특징에 따르면, 본 발명은 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트와; 상기 자성시트의 표면에 형성되어 시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1절연층과; 상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과; 상기 제1패턴과 제2패턴 사이에 배치되어 상기 제1패턴과 제2패턴을 분리시키기 위한 제2절연층과; 상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나를 제공한다.

본 발명의 제3특징에 따르면, 본 발명은 자성시트와; 상기 자성시트의 상부면 및 하부면에 형성되어 시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1 및 제2 절연층과; 상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과, 상기 제1패턴의 선단부로부터 자성시트를 관통하여 하부면으로 연장된 도전성 연결부와, 상기 제2절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 상기 연결부의 타단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과; 상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나를 제공한다.

상기 제1절연층은 방사체 패턴을 형성하는 데 사용되는 전도성 페이스트와 자성시트 사이의 열팽창 계수 차이에 따라 패턴의 끊어짐을 완충할 수 있는 지지층으로 사용된다.

상기 무선식별(RFID) 안테나는, 상기 자성시트의 일측면에 방사체 패턴의 양 단자와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 페라이트 자성시트는 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 페라이트 분말을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 페라이트 자성시트는 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 페라이트 분말과 바인더용 수지가 혼합된 다수의 혼합시트를 압착 성형한 후 소결하여 얻어진 것을 사용할 수 있다.

더욱이, 상기 자성시트는 Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 비정질 합금 분말과 바인더용 수지가 중량비로 5:1 내지 9:1 범위로 혼합된 압착시트로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.

또한, 상기 자성시트는 비정질인 합금 또는 Fe, Ni, Co 중 적어도 2종 포함하는 합금 분말로 제조된 것을 사용할 수 있다.

상기 제1절연층은 에폭시, 멜라민, 패럴린(Parylene), 물유리, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 및 PI(Polyamide) 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 방사체 패턴은 금속분말과 유기바인더로 이루어지는 전도성 페이스트, 전도성 폴리머, 및 도전성 금속 박막 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 제1절연층의 두께는 1 내지 50um 범위로 설정되고, 상기 RFID 안테나의 총 두께는 0.15 내지 0.3mm 범위로 설정된다.

본 발명의 제1 및 제3 특징에 따른 자성시트는 페라이트 소결시트로 이루어 지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프컷이 형성된 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트로 이루어진다.

본 발명의 제4특징에 따르면, 본 발명은 페라이트 소결시트로 이루어지거나 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 준비하는 단계와; 상기 자성시트의 일면에 제1절연층을 형성하는 단계와; 상기 제1절연층 위에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴을 형성하는 단계와; 상기 제1패턴의 적어도 일부를 선택적으로 절연시키기 위한 제2절연층과; 도전성 재료로 형성되며 상기 제1패턴의 선단부로부터 제2절연층의 상부면을 통하여 외측으로 연장된 제2패턴을 형성하는 단계와; 상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 제5특징에 따르면, 본 발명은 페라이트 소결시트로 이루어지거나 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 준비하는 단계와; 상기 자성시트의 양면에 제1 및 제2 절연층을 각각 형성하는 단계와; 상기 제1절연층 위에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 자성시트를 관통하여 하부면으로 연장된 도전성 연결부를 함께 형성하는 단계와; 상기 제2절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 상기 연결부의 타단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴을 형성하는 단계와; 상기 노출된 제1 및 제2 패턴을 보호하기 위한 제1 및 제2 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나의 제조방법을 제공한다.

이 경우, 상기 페라이트 소결시트로 이루어진 자성시트를 준비하는 단계는 페라이트 분말과 바인더를 용매를 사용하여 다수의 후막 혼합시트를 성형하는 단계와; 상기한 다수의 후막 혼합시트를 적층하고 압축하여 그린 시트를 준비하는 단계와; 소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 그린 시트를 컷팅하는 하프 컷 단계와; 상기 하프 컷이 이루어진 그린 시트를 소결하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 하프 컷이 된 그린 시트의 소결은 700∼1100℃ 범위에서 2시간에서 24시간 동안 열처리하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 RFID 안테나의 제조방법은 상기 자성시트의 일측면에 제1 및 제2 패턴의 양 단자와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 RFID 안테나는 바람직하게는 상기 자성시트의 표면에 태그가 성형되며 이 태그는 은이나 구리 등과 같은 전도성 분말을 실크스크린, 잉크젯 프린트 등의 공정 또는 전도성 물질을 직접 코팅하는 플라즈마 공정을 이용하여 패터닝한 후 소성을 통하여 제조한다.

이 경우, 자성시트에 태그를 성형하기 위해서 절연특성을 지니고 패턴소성 시 자성시트 및 태그의 열팽창 계수를 맞추기 위한 지지층을 형성하며, 상기 지지층은 자성시트의 열팽창 계수가 태그를 형성하기 위해 사용되는 전도성 페이스트의 열팽창계수가 유사한 경우 및 자성시트가 태그를 형성하기 위해 충분한 절연특성을 지니고 있을 경우 사용하지 않을 수도 있다. 즉, 상기 방사체 패턴을 형성할 때, 자성시트의 절연 특성에 따라 단면 또는 양면에 절연층을 형성하는 단계를 생략할 수 있다.

본 발명의 제6특징에 따르면, 본 발명은 페라이트 소결시트로 이루어지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프 컷이 형성된 것을 특징으로 하는 자성시트를 제공한다.

본 발명의 제7특징에 따르면, 본 발명은 페라이트 분말과 바인더를 용매를 사용하여 다수의 후막 혼합시트를 성형하는 단계와; 상기한 다수의 후막 혼합시트를 적층하고 압축하여 그린 시트를 준비하는 단계와; 소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 상기 그린 시트를 컷팅하는 하프 컷 단계와; 상기 하프 컷이 이루어진 그린 시트를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성시트의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 자성시트와 일체화 된 RFID 안테나는 기존 FPCB로 제조된 안테나와 자성시트를 붙여서 사용하는 RFID 안테나보다 얇게 제조할 수 있다. 자성시트와 일체화 된 RFID 안테나 시스템은 자성시트에 직접 방사체 패턴을 형성함으로써 기존에 최소 0.25mm 두께의 FPCB 안테나를 0.07mm 이하의 두께로 제조할 수 있다. 또한, 종래에는 수작업으로 자성시트와 안테나를 접착하던 것을 본 발명에서는 자동화 할 수 있기 때문에 생산성이 향상되면서 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 방사체 패턴과 자성시트 사이의 간격을 좁힘으로써 안테나 인지거리를 크게 향상되었다.

따라서, 본 발명에 따른 RFID 안테나는 자성시트에 직접 방사체 패턴을 직접 형성함에 따라, RFID 시스템의 두께를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 인지거리 향상과 제조비용을 감소를 도모할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 RFID 안테나의 구성 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.

첨부된 도 1 내지 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 RFID 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 공정 사시도, 도 10 내지 도 15는 제1실시예에 따른 RFID 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

본 발명의 무선식별(RFID) 안테나는 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 사용하여 제조될 수 있다.

이하에서는 우선 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트(즉, 페라이트 소결시트)를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 페라이트 자성시트는 목적하는 특성을 이루기 위한 조성의 페라이트 분말을 바인더와 절연특성을 가지기 위한 세라믹 재료 및 성형을 위한 용매를 혼합한 후 테이프 캐스팅 공정 등을 이용하여 시트 형태로 제조할 수 있다. 그러나, 페라이트 자성시트의 제조 방법이 이에만 한정되는 것은 아니고 페라이트 분말을 소결하기 위해 핸들링이 가능한 방법이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서 페라이트 분말은 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 또는 Ba 등의 조성으로 제조 되는 것이 바람직하다. 페라이트 분말에는 특성 향상을 위해 미량의 탄 산칼슘, 산화실리콘, 바나듐, 비스무스 등의 원소가 0.01∼5% 이내로 첨가될 수도 있다.

본 발명에 따른 페라이트 자성시트는 다음과 같이 제조된다. 먼저, Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 또는 Ba 조성의 분말을 바인더 수지와 혼합하는데, 이에 필요한 경우 점도를 조절하기 위해 예를 들어, 톨루엔, 알콜 혹은 MEK(methyl ethyl ketone) 등과 같은 휘발성 용매를 첨가하여 배합할 수 있다.

본 발명에서 사용될 수 있는 바인더의 예로는 물유리, 폴리이미드, 폴리아미드, 실리콘, 페놀 수지, 아크릴 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 절연특성을 위해 첨가하는 세라믹 분말은 카올린, 활석 등을 사용하며 전기 절연 특성이 있을 경우, 위 조성에만 한정되지 않고 사용할 수 있다. 페라이트 분말과 바인더 수지의 혼합비는 4:1-9:1 부피비 사이에서 선정하는 것이 바람직하다. 혼합비가 4:1 미만인 경우 RFID 통신에서 필요한 인덕턴스를 얻기 어렵고, 9:1을 초과하는 혼합비에서는 시트를 제조하기 어렵다. 배합된 페라이트 분말과 바인더용 수지를 용매를 사용하여 0.5mm 이하 두께의 후막 상으로 도포하고 건조하여 혼합시트를 성형한다.

건조된 페라이트 혼합시트는 다수의 혼합시트를 적층하고 압축하는 공정을 통하여 도 1에 도시된 그린 시트(green sheet)(10)를 얻을 수 있으며, 상기 다수의 혼합시트의 적층 및 압축을 통하여 제조하고자 하는 시트의 높이와 밀도를 제어할 수 있다. 이 경우, 최종 소결공정을 거친 자성시트의 두께를 0.15mm로 제조하기 위하여 예를 들어, 20um 두께의 혼합시트를 10장 적층하여 압축 성형할 수 있다.

상기 다수의 혼합시트를 압착 성형하는 방법은 예를 들어, 온간 프레스, 온간 롤링, 냉간 정수압 및 온간 정수압 중 하나의 방법으로 실시할 수 있다. 온간 정수압시의 온도는 예를 들어, 70℃에서 실시할 수 있다.

상기와 같이 제조된 압축된 성형시트인 그린 시트(10)는 소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 하프 컷 공정을 실시한다. 하프 컷 공정은 도 2와 같이 그린 시트(10)에 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 컷팅을 실시한다. 상기 하프 컷(11)은 매트릭스 패턴 형태로 이루어지는 것이 바람직하며, 다른 패턴 형태로 변형될 수 있다.

하프 컷(11)이 된 그린 시트(10)는 소결을 위해 700∼1100℃ 범위에서 2시간에서 24시간 동안 열처리를 거치면 도 3에 도시된 자성시트(12)가 얻어진다. 이때, 열처리 분위기는 대기 분위기, 수소, 질소 분위기 등을 사용할 수 있으며, 시트 편평도를 위해 가압 소결을 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 있어서 자성시트(12)는 연자성 분말과 바인더용 수지를 혼합하여 제조된 복합시트를 사용하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 연자성 분말은 순수금속 분말과 금속합금분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 조건 중 금속합금분말은 일반적으로 강자성체인 Fe, Ni, Co 원소를 일정 비율로 혼합하여 사용하며, 대표적으로 퍼멀로이와 같이 Ni와 Fe 원소를 원자비로 80:20 또는 50:50 비율로 혼합하거나 Fe와 Co 원소를 50:50으로 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 금속합금분말은 비정질 또는 나노 결정질로 제조될 수 있는데, 조성은 Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B, Co-Fe-Si-B 등을 이용할 수 있다.

상기 비정질 구조로 제조가 가능한 조성에 대해 자세히 살펴보면, Fe-Si-B 합금인 경우 주원소인 Fe를 비롯한 금속의 함유량이 높을수록 포화자속밀도가 높아지지만 Fe 원소의 함유량이 과다할 경우 비정질을 형성하기 어려우므로, 본 발명에서는 Fe의 함량이 70-90 atomic%인 것이 바람직하다. 또한, Si 및 B의 합이 10-30 atomic%의 범위일 때 합금의 비정질 형성능이 가장 우수하다. 이러한 기본 조성에 부식을 방지시키기 위해 Cr 등 내부식성 원소를 수 atomic% 이내로 첨가할 수도 있다.

또한, 본 발명에 있어서 Fe-Si-B-Cu-Nb 합금은 Fe가 73-80 atomic%, Si 및 B의 합이 1-5 atomic%인 것이 바람직하다. 이러한 조성 범위가 리본 형태로 제작된 비정질 합금을 후술하는 열처리할 때 나노상의 결정립으로 쉽게 석출될 수 있다.

본 발명에 있어서, Fe-Zr-B 합금인 경우는 Fe가 85-93 atomic%, Zr이 5-10 atomic%, B가 2-5 atomic%인 것이 바람직하다. 이러한 조성 영역에서 상기 합금은 후술하는 열처리에 의해 나노 상의 결정립으로 쉽게 석출될 수 있다.

본 발명에 있어서, Co-Fe-Si-B 합금인 경우 Co가 71-85 atomic%, Si 및 B의 합이 12-21 atomic%인 것이 바람직하며, 필요시 Mo, Cr, Ni 등을 수 atomic% 이내에서 첨가하는 것이 가능하다. 이 때 Cr과 Ni의 함량의 합은 2-7 atomic% 이내인 것이 바람직하다. Co의 함유량이 낮을수록 최대 자속밀도는 낮으나 투자율이 매우 높으므로 높은 인덕턴스를 얻기에는 낮은 Co 함유량이 유리하지만, Co 함유량에 따 라 직류 전류에 의한 바이어스 특성이 크게 달라지므로 시스템과 연계하여 고려해야 한다.

본 발명에 있어서, 금속합금분말은 가스분무 또는 수분사공정으로 제조되며, 비정질 분말의 경우는 상기 공정으로 제조될 수 있지만, 분말의 입도를 균일하기 위해 RSP(Rapid Solidification Process)공정으로 제조할 수 있다. RSP 공정으로 비정질 분말을 제조하는 방법은 먼저 RSP 공정으로 리본형태로 제조한 다음, 분쇄공정을 통하여 분말로 제조한다.

본 발명에 따른 연자성 분말과 바인더용 수지가 복합된 자성시트는 다음과 같이 제조된다.

먼저, 연자성 분말은 순수 금속 또는 금속합금분말 중에서 선택되는 조성을 가지며, 형태는 분말, 과립, 침상 등 형태에 제한을 받지 않는다.

이어서, 상기 분말을 볼밀 등 당 기술분야에 알려져 있는 분쇄방법을 이용하여 분말로 가공한다. 가공된 합금 분말은 박막 형태의 얇은 두께의 평판형 모양이며, 평판형은 원형, 사각형 혹은 침상이어도 좋으며, 본 발명은 합금 분말의 형태에 의하여 한정되지 않는다.

상기와 같이 제조된 분말은 열처리함으로써 가공공정에서 발생할 수 있는 응력을 제거하여 자기적 성질이 우수하도록 만들 수 있으며, 이와 같이 제작된 합금 분말을 이용하여 본 발명의 RFID 안테나용 자성시트를 제조할 경우 자성시트의 고주파 특성을 향상시킬 수 있다. 본 발명에서는 열처리 온도를 300℃ 내지 900℃, 열처리 시간은 최대 10시간 이내에서 수행하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 합금 분말을 바인더용 수지와 혼합하는데, 이에 필요한 경우 점도를 조절하기 위해 폴리비닐알코올, 알코올 혹은 톨루엔과 같은 기타의 휘발성 용매를 첨가하여 배합할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 바인더용 수지의 예로는 고무, 폴리이미드, 폴리아미드, 우레탄, 실리콘, 페놀 수지, 아크릴 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.

상기 합금 분말과 바인더용 수지의 혼합비는 중량비로 5:1-9:1 사이에서 선정하는 것이 바람직하다. 혼합비가 5:1 미만인 경우 RFID 통신에서 필요한 인덕턴스를 얻기 어렵고, 9:1을 초과하는 혼합비에서는 시트를 제조하기 어렵다. 배합된 합금 분말과 바인더용 수지를 0.5mm 이하 두께의 후막 상으로 도포하고 건조한다.

후막 성형된 혼합시트는 밀도를 높이기 위해 예를 들어, 한쌍의 상부롤과 하부롤로 이루어진 압착성형롤을 연속적으로 통과시키는 방식으로 1차 압착된 자성시트(12)를 제조한다.

상기 혼합시트를 압착성형하는 방법은 예를 들어, 온간 롤링, 온간 프레싱 또는 냉간 롤링, 냉간 프레싱 중 하나의 방법으로 실시할 수 있다. 온간 롤링시의 온도는 예를 들어, 70℃에서 실시할 수 있다.

상기와 같이 연자성 분말과 바인더용 수지를 복합하여 연자성 자성시트(12)를 제조하는 경우 깨지는 문제가 발생하지 않으므로 페라이트로 이루어진 페라이트 자성시트(12)와 같은 하프컷 공정은 거치지 않는다.

후속된 제1실시예의 설명에서는 설명의 편의상 상기 페라이트 자성시트(12)를 사용하는 것을 예를 들어 설명하며, 도면은 페라이트 자성시트(12)를 사용하여 제조 공정도를 나타내었다.

본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 안테나(1)는 도 9 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1절연층(13)이 형성된 자성시트(12)의 상부면에 다수의 턴으로 와선형 형상으로 이루는 방사체 패턴(20)이 배치되어 있다.

제1실시예에서는 상기 제1절연층(13) 상부의 2차원 평면상에서 RFID 시스템, 즉 트랜스폰더의 내부회로와 연결을 위해 방사체 패턴(20)의 양 단부가 자성시트(12)의 일측면에 배치된 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)로 인출되어 연결된다.

이 경우, 와선형 형상의 방사체 패턴(20)은 와선형 형상 패턴의 내부로부터 외부로 인출될 때 패턴이 겹치는 것을 피할 수 있도록, 제1터미널 패드(18a)로부터 와선형 형상의 내부로 들어가는 제1패턴(14)과, 상기 제1패턴(14)의 내측으로부터 제2터미널 패드(18b)와 연결을 위한 직선 형태의 제2패턴(16)이 제2절연층(15)에 의해 분리되는 구조를 가지고 있다.

이하에 도 9 및 도 15에 도시된 바와 같은 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 안테나(1)를 제조하는 제조공정을 도 4 내지 도 15를 참고하여 설명한다.

먼저, 도 4 및 도 11과 같이 상기 페라이트 자성시트 또는 연자성 자성시트(12)의 일면에 RFID 시스템을 위한 방사체 패턴을 형성하기 위해 절연층(13)을 형성한다.

상기 공정에서 제1절연층(13)은 전기절연특성 및 후속 공정에서 형성되는 방사체 패턴을 보호하기 위한 것으로 패턴 소성공정을 위한 어닐링 공정 중 시트의 팽창과 방사체 패턴의 수축 시 발생할 수 있는 패턴의 끊어짐을 완충할 수 있어야 한다. 특히, 페라이트 소결시트를 자성시트로 사용하는 경우 제1절연층(13)은 하프컷이 이루어진 소결시트를 지지해주는 지지층 역할을 한다.

상기 제1절연층(13)은 에폭시, 멜라민, 패럴린(Parylene), 물유리, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 또는 PI(Polyamide) 등의 조성으로 형성될 수 있으며 전기절연특성을 지닌 재료의 경우 제한받지 않고 사용할 수 있다. 제1절연층(13)을 형성하는 방법은 일반적인 코팅 방법인 스프레이 코팅, 딥 코팅, 스핀 코팅법 등을 사용할 수 있으며, 예를 들어 CVD 및 플라즈마와 같은 증착방법도 적용할 수 있다.

상기 제1절연층(13)의 두께는 얇을수록 좋으며, 자성시트(12)의 변형에도 후속된 안테나 패턴을 보호할 수 있는 두께이어야 한다. 일반적으로 제1절연층(13)의 두께는 100um 이하, 바람직하게는 1 내지 50um 범위, 예를 들어 20um로 형성한다.

상기 제1절연층(13)이 형성된 페라이트 또는 연자성 자성시트(12)는 패턴 형성을 위해 세척을 실시한 후, 전도성 페이스트를 이용한 패턴형성공정으로 방사체 패턴(20)을 형성한다.

상기한 구조의 방사체 패턴(20)을 형성하기 위하여 우선, 도 5 및 도 12와 같이, 제1절연층(13)의 상부면에 전도성 페이스트를 사용한 패턴형성공정을 수행하여 제1패턴(14)을 형성한다.

상기 전도성 페이스트는 금속분말과 유기바인더로 이루어져 있으며, 상기 금속분말은 은(Ag) 또는 구리(Cu) 등과 같은 전기전도도가 높은 금속이다. 이 경우 제1패턴(14)의 소결온도는 금속분말의 크기가 작을수록 낮게 된다. 예를 들어, 금 속분말의 크기가 수십 나노 이하로 작아지면 130℃에서도 소결할 수 있다. 연자성 자성시트(12)는 자성 분말과 바인더용 수지로 구성되어 있어 150℃ 이상에서는 바인더용 수지가 녹거나 탄화되어 그 형태를 유지하기 힘들게 된다. 따라서, 연자성 자성시트(12)를 사용하는 경우 그의 단면에 전도성 페이스트를 사용하여 도전성 제1패턴(14)을 형성할 때, 저온에서 소결이 가능한 나노 분말로 제조된 페이스트를 이용해야만 한다.

또한, 상기 전도성 페이스트는 일반적인 금속분말과 바인더가 혼합된 경우 이외에 전도성 폴리머도 사용될 수 있다. 전도성 폴리머는 액상으로 이루어져 있으며, 저온에서 경화가 가능하며, 일반적으로 구리(Cu)나 은(Ag)과 같은 금속 조성에 비해 전기전도도는 떨어지지만, 안테나 역할이 가능하다.

상기 패턴형성공정은 도전성 제1패턴(14)을 10um 이상으로 형성할 수 있는 것으로, 도전성 박막, 예를 들어 동박을 사용하는 경우 제1절연층(13)의 상부면에 동박을 접착한 후 일반적으로 반도체 공정에서 이용하는 에칭공정을 실시하거나, 전도성 페이스트를 이용하는 경우 실크스크린 공정, 잉크젯 공정 등을 이용하거나 또는 전도성 물질을 직접 코팅하는 플라즈마 공정을 이용하여 와선형 형상의 제1패턴(14)을 형성하고, 패턴 형성된 전도성 페이스트를 저온 열처리하여 전도성 페이스트를 도전성 막으로 변환시킨다. 상기 패턴형성공정은 도전성 패턴을 형성할 수 있는 공정이라면 제한받지 않고 사용할 수 있다.

상기 도전성 제1패턴(14)의 와선형 형태는 원형 또는 사각형 등을 사용할 수 있으며, 안테나로서 사용하기 위한 방사 패턴의 형태는 다른 형태로 변형될 수 있 다.

이어서, 도 6 및 도 13과 같이 제1패턴(14)의 내측 단부로부터 제2터미널 패드(18b)와 연결을 위한 제2패턴(16)이 형성될 위치에 제1패턴(14)과 절연을 위하여 제2절연층(15)을 형성한다. 이 경우 상기 제2절연층(15)은 제2패턴(16)이 형성될 위치에만 형성하거나 또는 상부면에 전면적으로 형성할 수 있다. 상기 제2절연층(15)은 제1절연층(13)과 동일한 재료 및 방법을 사용하여 형성하며, 단지 그 두께는 예를 들어, 5um로 형성할 수 있다.

그 후, 도 7 및 도 14와 같이, 상기 제1패턴(14)의 내측 단부로부터 제2절연층(15)의 상부면을 통과하여 제2터미널 패드(18b)와 연결시키기 위한 제2패턴(16)을 제1패턴(14)과 동일한 재료, 방법 및 두께로 형성한다. 상기 제1패턴(14)과 제2패턴(16)은 방사체 패턴(20)을 형성한다.

이어서, 상기한 노출된 제1 및 제2 패턴(14,16)은 외부의 물리적 힘에 의해 훼손될 수 있기 때문에 보호를 위하여 상기 제1 및 제2 절연층(13,15)과 동일한 재료와 방법으로 상부면 전체를 코팅하여 도 8 및 도 15에 도시된 보호층(17)을 형성한다. 상기 보호층(17)은 제1절연층(13)과 같이 지지층 용도로 사용되는 것이 아니므로 그 두께는 10um 이하, 예를 들어, 5um로 형성할 수 있다.

끝으로, 도 9와 같이, 제1패턴(14)과 제2패턴(16)의 양 단부와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)를 자성시트(12)의 일측면에 간격을 두고 형성한다. 상기 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)는 제1패턴(14)과 제2패턴(16)과 동일한 재료 및 방법으로 형성하거나, 또는 주지된 다른 금속 패턴 형성방법으로 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따라 자성시트(12)와 방사체 패턴(20)이 일체화된 RFID 안테나(1)를 제작하는 경우 기존에 최소 0.25mm 두께로 제작되던 FPCB 안테나를 0.07mm 이하의 두께로 제조할 수 있게 되어, RFID 안테나(1)의 전체 두께도 0.3mm 미만, 바람직하게는 0.15mm까지 슬림한 박막으로 제작하는 것이 가능하다.

또한, 이 경우 자성시트(12)와 방사체 패턴(20)을 일체화시킴으로써 자성시트(12)와 방사체 패턴(20) 사이의 간격을 더욱 감소시켜 안테나 성능, 즉 인지거리를 55mm까지 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 RFID 안테나(1)는 슬림형 휴대전화 뿐 아니라 이에 적용되는 것과 유사한 방법으로 PDA, 노트북 컴퓨터, 교통카드, 신용카드, 출입카드 등의 다양한 기기에 적용될 수 있다.

또한 상기한 자성시트(12)는 RFID 안테나용 기판으로 사용되는 것 이외에 불요 전자기파를 차단하는 EMI 시트로 사용되는 것도 가능하다.

이하에 도 16 내지 도 25를 참고하여 본 발명의 제2실시예에 따른 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 RFID 안테나의 제조방법을 설명한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 안테나(3)는 도 25에 도시된 바와 같이, 제1절연층(13)이 형성된 자성시트(12)의 상부면에 와선형 형태의 제1패턴(14)이 형성되고, 제2절연층(13a)이 형성된 자성시트(12)의 하부면에 직선 형태의 제2패턴(16b)이 형성되며, 제1패턴(14)과 제2패턴(16a)은 스루홀(12a)에 충진된 도전성 연결부(16a)에 의해 상호 연결되고, 제1패턴(14)과 제2패턴(16a)의 양 단부에는 제1실시예(도 9 참조)와 동일하게 자성시트(12)의 일측면에 RFID 시스템, 즉 트랜스폰더의 내부회로와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)와 연결되어 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 안테나(3)의 설명에 있어서 제1실시예의 RFID 안테나(1)와 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 부재번호를 부여하며 이에 대하여는 자세한 설명을 생략한다.

먼저, 도 16을 참고하면 제1실시예와 동일하게 다수의 페라이트 혼합시트를 적층하여 압착 성형한 그린 시트(10)를 준비하고 이어서, 도 17과 같이 양면에 패턴을 형성하기 위해 펀치를 이용하여 상기 그린시트(10)를 관통하는 스루홀(12a)을 형성한다.

그 후, 제1실시예와 동일하게 소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 하프 컷 공정을 실시하고, 그 후 소결공정을 실시하면 도 18에 도시된 자성시트(12)가 얻어진다.

본 발명의 제2실시예에 따른 무선식별(RFID) 안테나(3)는 제1실시예와 동일하게 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 사용할 수 있다. 그러나, 설명의 편의상 페라이트를 소결하여 얻어진 자성시트만을 예를 들어 도시하고 설명한다.

그 후, 도 18에 도시된 소결한 페라이트 자성시트(12)는 양면에 패턴을 형성하기 위하여 도 19와 같이, 자성시트(12)의 상부면에 제1절연층(13)을 형성한 후, 도 20과 같이 자성시트(12)의 하부면에 제2절연층(13a)을 형성한다.

상기 제1 및 제2 절연층(13,13a)은 전기절연특성 및 후속 공정에서 형성되는 방사체 패턴을 보호하기 위한 것으로, 패턴 소성공정을 위한 어닐링 공정 중 시트의 팽창과 방사체 패턴의 수축 시 발생할 수 있는 패턴의 끊어짐을 완충할 수 있도록 제1실시예와 동일한 방법 및 재료를 사용하여 동일한 두께로 형성한다.

이어서, 도 21과 같이, 자성시트(12)의 상부면에 형성된 제1절연층(13)의 상부에 제1실시예와 동일하게 전도성 페이스트를 사용하여 와선형 형상의 도전성 제1패턴(14)을 형성함과 동시에 스루홀(12a)에도 제1패턴(14)의 내측 단부(14a)와 연결되는 도전성 연결부(16a)를 형성한다.

상기 도전성 연결부(16a)는 예를 들어, 전도성 페이스트를 사용하여 실크스크린 공정에 의해 제1패턴(14)을 형성하고 스루홀(12a)에 전도성 페이스트를 충진한 상태에서 소결공정을 진행하면 충진된 전도성 페이스트가 용융되어 제1패턴(14)과 연결된 도전성 연결부(16a)가 형성된다.

그 후, 제1패턴(14)이 형성된 상부면 전체에 도 22와 같이 상기 제1절연층(13)과 동일한 방법 및 재료를 사용하며 두께만을 얇게, 예를 들어 5um 두께로 코팅하여 제1보호층(17)을 형성한다.

이어서, 도 23과 같이 자성시트(12)의 하부면에 형성된 제2절연층(13a)의 상부에 전도성 페이스트를 사용하여 도전성 연결부(16a)와 제2 터미널 패드(18b)를 상호 연결하는 직선 형상의 도전성 제2패턴(16b)을 상기 제1패턴(14)과 동일한 방법 및 재료를 사용하여 형성한다.

그 후, 도 24와 같이 노출된 도전성 제2패턴(16b)을 보호하도록 자성시 트(12)의 하부면에 상기 제1보호층(17)과 동일한 방법 및 재료를 사용하여 제2보호층(17a)을 형성한다.

도시된 도 23 및 도 24는 이해를 돕기 위하여 자성시트(12)를 반전하여 나타낸 것이다.

끝으로, 도 25에는 도시되지 않았으나, 도 9에 도시된 제1실시예와 같이 제1패턴(14)과 제2패턴(16b)의 양 단부와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)를 자성시트(12)의 일측면에 간격을 두고 형성한다. 상기 제1 및 제2 터미널 패드(18a,18b)는 제1패턴(14)과 제2패턴(16)과 동일한 재료 및 방법으로 형성하거나, 또는 주지된 다른 금속 패턴 형성방법으로 형성할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따라 자성시트(12)와 방사체 패턴(20)이 일체화된 RFID 안테나(3)를 제작하는 경우 제1실시예와 유사하게 슬림한 박막으로 제작하는 것이 가능하고, 또한 자성시트(12)와 방사체 패턴(20) 사이의 간격을 감소시켜 안테나의 인지거리를 크게 향상시킬 수 있다.

이하에, 상기한 본 발명의 RFID 안테나에 대한 성능을 구체적으로 알아보기 위하여 샘플을 제작하여 방사체 패턴의 두께와 인지거리를 측정하였다.

<실시예>

실시예 1

실시예 1에서는 우선 페라이트 소결시트를 제조하기 위해 Fe-Mn 분말을 이용하여 성형시트를 제조하였다. 구체적으로, Fe-Mn 분말과 바인더 역할을 하는 물유리를 조성비에 맞도록 배합하고, 절연특성을 향상시키기 위해 카올린을 0.15%첨가 하였다. 이어서, Fe-Mn 분말과 바인더와 첨가제를 고르게 혼합하기 위해 용매제인 MEK를 혼합하여 볼밀장비를 이용하여 혼합하였다. Fe-Mn 분말, 바인더, 첨가제, 용매를 혼합하여 제조한 슬러리는 테이프 캐스팅 공정을 이용하여 두께 20um 두께로 성형하였다. 성형 시트는 최종 소결시트의 두께를 0.15mm로 제조하기 위해 10장을 적층하여 온간정수압기를 이용하여 압축하였다.

상기와 같이 제조된 페라이트 성형시트는 도 1 내지 도 3의 공정으로 자성시트를 제조하였다. 즉, 소결 후 시트의 유연성을 위해 하프 컷 공정을 실시하였다. 하프 컷 공정은 성형시트에 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 컷팅을 실시한다. 하프 컷이 된 성형시트는 소결을 위하여 900℃ 소결로에서 24동안 실시하였다.

상기 소결공정으로 얻어진 페라이트 소결시트를 자성시트로 사용하여 RFID 안테나의 안테나 패턴을 도 9에 도시된 제1실시예와 동일한 구조로 형성하기 위해 도 4 내지 도 9에 도시된 제조공정을 실시하였다.

즉, 페라이트 자성시트의 한쪽면에 절연층으로서 패럴린을 이용하여 CVD 공정을 이용하여 20um 두께로 지지층을 형성하였다.

상기 공정에서 지지층을 형성한 면에 실크스크린 공정을 이용하여 안테나 패턴을 10um 두께로 형성하였다. 안테나 패턴은 사각형으로 3턴을 형성하였으며, 내부의 도선과 외부 도선의 겹침을 막기 위하여 5um의 절연층을 사용하여 다층구조로 형성하였다.

안테나 패턴 형성용 전도성 페이스트는 나노 크기의 은 분말이 들어간 것을 사용하였으며, 패턴 형성 후 130℃에서 30분간 열처리를 실시하였다.

마지막으로, 안테나 패턴을 보호하기 위해 패럴린을 이용하여 CVD 공정으로 5um 두께의 보호막을 형성하였다.

실시예 2

실시예 2는 페라이트 소결시트 및 안테나 제조공정을 실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 그 페라이트 소결시트의 두께를 0.1mm로 제조하였다.

실시예 3

실시예 3은 페라이트 소결시트 제조를 실시예 2와 동일하게 하였다. 상기공정에서 제조된 소결된 페라이트 소결시트는 단면에 패턴을 형성하기 위해 지지층으로 실리콘 코팅을 사용하였다. 이때, 코팅 두께는 50um로 하였다. 상기 공정 후 안테나 패턴을 형성하기 위해 실시예 1과 동일한 공정을 적용하였고, 단지 전도성 페이스트로서 은 나노 페이스트를 사용하였다.

실시예 4

실시예 4는 페라이트 소결시트 제조를 실시예 2와 동일하게 하였다. 상기 공정에서 제조된 페라이트 시트는 단면에 패턴을 형성하기 위해 지지층으로 폴리아미드 필름을 이용하였다. 이 때, 폴리아미트 필름의 두께는 25um로 하였다. 상기 공정 후 안테나 패턴을 형성하기 위해 실시예 1과 동일한 공정을 적용하였고, 단지 전도성 페이스트로서 은 나노 페이스트를 사용하였다.

실시예 5

실시예 5는 페라이트 소결시트 제조 및 지지층 형성을 실시예 4와 동일하게 실시하였다. 상기 공정 후 안테나 패턴을 형성하기 위해 25um 두께의 동박을 접착 한 후 에칭공정을 이용하여 안테나 패턴을 형성하였다.

실시예 6

실시예 6은 RFID 안테나 패턴을 도 25에 도시된 제2실시예의 구조를 갖도록 도 16 내지 도 25의 공정을 진행하였다.

실시예 6은 우선 페라이트 성형시트를 실시예 1과 동일하게 제조한 후, 양면에 패턴을 형성하기 위해 펀치를 이용하여 펀칭홀을 형성하였다.

상기 공정에서 제조된 성형 시트는 실시예 1과 동일하게 하프 컷 공정과 소결공정을 실시하였다. 소결된 페라이트 소결시트는 0.15mm 두께를 나타냈고, 양면에 안테나 패턴을 형성하기 위하여 양면에 실시예 1과 같이 패럴린 코팅을 20um 두께로 형성하였다.

상기 공정에서 코팅된 페라이트 소결 시트는 한쪽 면에 도 21에 도시된 제1패턴을 은 나노 페이스트를 사용하여 10um 두께로, 다른 한쪽 면에는 도 23에 도시된 제2패턴을 제1패턴과 동일하게 패터닝하여 실시예 1과 동일한 조건으로 소성하였다. 이 때, 각 패턴을 연결하기 위해 펀칭홀에 은 나노 페이스트를 채워 놓고 소성하였다.

마지막으로, 안테나 패턴을 보호하기 위해 양측면에 각각 패럴린을 이용하여 CVD 공정으로 5um 두께의 보호막을 형성하였다.

실시예 7

실시예 7은 자성시트의 원재료를 제조하기 위하여 비정질 합금 Fe-Si-B를 제조하였다. 구체적으로, 출발물질로서 Fe-B를 모합금으로 하고, 여기에 조성비에 맞 도록 전해철(Fe)과 Si을 배합하여, 용융로에서 함께 녹인 후 Fe₇₉(Si,B)₂₁ 조성의 잉곳을 제작하였다. 이어서, 고주파 유도로에 상기 잉곳을 장입한 후 고주파 유도로에 전원을 인가하여 고주파 에너지를 잉곳에 부가함으로써 잉곳을 완전히 녹였다. 이어서, 노즐을 통해 고속으로 회전하는 냉각 롤에 고온의 용융된 상기 조성의 금속을 분사하여 평균 두께가 0.02mm의 두께를 갖는 비정질 합금 리본을 제작하였다. 제작된 비정질 리본을 해머밀을 통하여 분말로 제조하였다. 제조된 분말은 320℃에서 7시간 동안 열처리하였다.

상기와 같이 제조된 합금 분말을 우레탄 수지와 부피비로 7:1의 비율로 혼합하고, 이를 기판에 코팅한 후 건조하고 기재를 분리함으로써 혼합시트를 제조하였다. 이 혼합시트를 70℃에서 온간 롤링을 실시함으로써 두께 0.2mm 압착성형한 자성시트를 제조하였다.

상기 조건으로 제조된 연자성 자성시트는 RFID 안테나 패턴을 제1실시예와 동일한 구조로 형성하기 위해 실시예 1과 동일한 공정을 실시하였다. 이 때, 자성시트의 바인더인 우레탄 수지는 120℃ 이상에서 녹기 때문에 120℃ 이하에서 패턴을 소성할 수 있는 나노 분말로 이루어진 페이스트를 이용하였다.

비교예 1

비교예 1은 자성시트로서 실시예 1과 동일한 페라이트 소결시트를 자성시트로 이용하였고, 실시예 3과 같은 공정으로 제조하였다. 자성시트의 두께는 실시예 3과 동일하게 0.1mm로 제조하였다. RFID 안테나 패턴은 FPCB 공정으로 0.25mm 두께 로 제조하였으며, 안테나 패턴의 모양은 실시예 3과 동일하게 제조하였다. 안테나 패턴과 자성시트를 부착하기 위하여 양면 테이프(9461P, 3M 사, USA)를 이용하였으며, 테이프의 두께는 0.025mm 이였다.

비교예 2

비교예 2는 자성시트의 원재료로 Fe₇₉(Si, B)₂₁ 조성의 비정질 분말을 이용하였고, 실시예 7과 같은 공정으로 제조하였다. 자성시트의 두께는 0.15mm로 제조하였다. RFID 안테나 패턴은 FPCB 공정으로 0.25mm 두께로 제조하였으며, 안테나 패턴의 모양은 실시예 3과 동일하게 제조하였다. 안테나 패턴과 자성시트를 부착하기 위하여 양면 테이프(9461P, 3M 사, USA)를 이용하였으며, 테이프의 두께는 0.025mm 이였다.

[실험결과]

두께 및 RFID 인지거리 측정

본 발명은 페라이트 자성시트 또는 연자성 자성시트와 방사체 패턴을 일체화시킴으로써 RFID 안테나의 두께 감소와 인지거리 향상을 주된 목적으로 한다. 따라서, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2의 두께와 안테나의 인지거리를 측정한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

안테나의 인지거리 측정은 RFID 리더기인 SK TELECOM 사의 모네타를 리더부와 같이 설치하고, 실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 2에서 제작된 RFID 안테나를 배터리 팩에 설치하여 RFID 칩이 포함된 휴대폰을 사용하여 인지거리를 측정하였 다.

	구조 특징	시트두께	안테나 두께	총 두께	인지거리
실시예 1	페라이트 자성시트 + 패럴린 지지층 + 은 나노 패턴	0.15mm	0.05mm	0.2mm	55mm
실시예 2	페라이트 자성시트 + 패럴린 지지층 + 은 나노 패턴	0.1mm	0.05mm	0.15mm	47mm
실시예 3	페라이트 자성시트 + 실리콘 지지층 + 은 나노 패턴	0.1mm	0.07mm	0.17mm	43mm
실시예 4	페라이트 자성시트 + 폴리아미드 지지층 + 은 나노 패턴	0.1mm	0.07um	0.17mm	44mm
실시예 5	페라이트 자성시트 + 폴리아미드 지지층 + 동박패턴	0.1mm	0.07um	0.17mm	48mm
실시예 6	페라이트 자성시트 + 패럴린 지지층 + 은 나노 패턴(양면)	0.15mm	0.07mm	0.22mm	47mm
실시예 7	연자성 자성시트 + 패럴린 지지층 + 은 나노 패턴	0.15mm	0.05mm	0.2mm	32mm
비교예 1	페라이트 자성시트 + FPCB 안테나	0.1mm	0.275mm	0.375mm	41mm
비교예 2	연자성 자성시트 + FPCB 안테나	0.15mm	0.275mm	0.425mm	30mm

상기한 표 1을 참고하면 실시예 1 내지 6의 페라이트 소결시트를 자성시트로 사용하는 것이 연자성 자성시트를 사용하는 실시예 7보다 인지거리가 월등하게 길게 나타나는 것을 알 수 있다. 또한, 패럴린을 지지층으로 사용하는 것이 다른 절연재를 사용하는 것보다 인지거리가 더 길게 나타나는 것을 알 수 있다.

또한, 비교예 1과 같이 종래에는 페라이트 소결시트를 사용할지라도 FPCB 안테나를 양면 테이프를 사용하여 부착하는 경우 총 두께가 0.375mm, 인지거리가 41mm로 얻어지며, 이는 본 발명 실시예 3 및 4의 총 두께가 0.17mm인 경우 보다 도 인지거리가 더 짧게 나타났다.

본 발명의 RFID 안테나에서는 실시예 1 내지 6은 총 두께가 얇은 경우에도 인지거리는 비교예 1 및 2 보다 더 길게 나타났고, 총 두께가 0.2mm인 실시예 1은 인지거리가 55mm로 매우 우수한 것으로 나타났으며, 실시예 2는 인지거리가 47mm로 우수함에도 불구하고 총 두께는 0.15mm의 박막으로 실현될 수 있음을 알 수 있다.

일반적으로 페라이트 소결시트가 연자성 자성시트 보다 특성이 우수함에도 불구하고 종래에는 페라이트 시트의 소결시에 깨지는 문제점으로 인하여 페라이트 소결시트에 방사체 패턴을 직접 형성하지 못하였으나, 본 발명에서는 하프컷 공정의 채용과 지지층을 사용하여 이러한 문제를 해결하였으며, 그 결과 안테나의 두께를 박막화함과 동시에 인지거리를 크게 향상시킨 RFID 안테나를 구현할 수 있게 되었다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

본 발명은 안테나의 두께를 박막화함과 동시에 인지거리를 크게 향상시킨 RFID 안테나에 관한 것으로, RFID 시스템용 트랜스폰더 안테나로서 슬림형 휴대전화, PDA, 노트북 컴퓨터, 교통카드, 신용카드, 출입카드 등의 다양한 기기에 적용될 수 있다.

도 1 내지 도 9는 본 발명에 따른 자성시트와 일체화된 방사체 패턴을 구비한 RFID 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 공정 사시도,

도 10 내지 도 15는 제1실시예에 따른 RFID 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도,

도 16 내지 도 25는 본 발명의 제2실시예에 따른 RFID 안테나의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

10: 그린 시트 11: 하프컷

12: 자성시트 12a: 스루홀

13,13a,15: 절연층 14: 제1패턴

14a: 내측단부 16: 제2패턴

16a: 연결부 17,17a: 보호층

18a,18b: 터미널 패드

Claims (29)

1. 페라이트 소결시트로 이루어지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프컷이 형성된 자성시트와;

   상기 자성시트의 표면에 형성되어 하프컷이 이루어진 소결시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1절연층과;

   상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과;

   상기 제1패턴과 제2패턴 사이에 배치되어 상기 제1패턴과 제2패턴을 분리시키기 위한 제2절연층과;

   상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나.
2. 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트와;

   상기 자성시트의 표면에 형성되어 시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1절연층과;

   상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과;

   상기 제1패턴과 제2패턴 사이에 배치되어 상기 제1패턴과 제2패턴을 분리시키기 위한 제2절연층과;

   상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1절연층은 방사체 패턴을 형성하는 데 사용되는 전도성 페이스트와 자성시트 사이의 열팽창 계수 차이에 따라 패턴의 끊어짐을 완충할 수 있는 지지층으로 사용되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 자성시트의 일측면에 방사체 패턴의 양 단자와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
5. 제1항에 있어서, 상기 페라이트 자성시트는 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 페라이트 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
6. 제1항에 있어서, 상기 페라이트 자성시트는 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 페라이트 분말과 바인더용 수지가 혼합된 다수의 혼합시트를 압착 성형한 후 소결하여 얻어진 것을 특징으로 하는 RFID 안테 나.
7. 제2항에 있어서, 상기 자성시트는 Fe-Si-B, Fe-Si-B-Cu-Nb, Fe-Zr-B 및 Co-Fe-Si-B로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 비정질 합금 분말과 바인더용 수지가 중량비로 5:1 내지 9:1 범위로 혼합된 압착시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
8. 제2항에 있어서, 상기 자성시트는 비정질인 합금, 또는 Fe, Ni, Co 중 적어도 2종 포함하는 합금 분말로 제조된 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1절연층은 에폭시, 멜라민, 패럴린(Parylene), 물유리, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 및 PI(Polyamide) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사체 패턴은 금속분말과 유기바인더로 이루어지는 전도성 페이스트, 전도성 폴리머, 및 도전성 금속 박막 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1절연층의 두께는 1 내지 50um 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 RFID 안테나의 총 두께는 0.15 내지 0.3mm 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
13. 자성시트와;

    상기 자성시트의 상부면 및 하부면에 형성되어 시트를 지지함과 동시에 절연 특성을 갖는 제1 및 제2 절연층과;

    상기 제1절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과, 상기 제1패턴의 선단부로부터 자성시트를 관통하여 하부면으로 연장된 도전성 연결부와, 상기 제2절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 상기 연결부의 타단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴으로 이루어진 방사체 패턴과;

    상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
14. 제13항에 있어서, 상기 자성시트는 페라이트 소결시트로 이루어지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프컷이 형성된 자성시트 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
15. 제13항에 있어서, 상기 방사체 패턴은 금속분말과 유기바인더로 이루어지는 전도성 페이스트 또는 전도성 폴리머로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나.
16. 페라이트 소결시트로 이루어지거나 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 준비하는 단계와;

    상기 자성시트의 일면에 제1절연층을 형성하는 단계와;

    상기 제1절연층 위에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴을 형성하는 단계와;

    상기 제1패턴의 적어도 일부를 선택적으로 절연시키기 위한 제2절연층과;

    도전성 재료로 형성되며 상기 제1패턴의 선단부로부터 제2절연층의 상부면을 통하여 외측으로 연장된 제2패턴을 형성하는 단계와;

    상기 노출된 방사체 패턴을 보호하기 위한 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나의 제조방법.
17. 페라이트 소결시트로 이루어지거나 또는 연자성 분말과 바인더를 혼합 성형한 자성시트를 준비하는 단계와;

    상기 자성시트의 양면에 제1 및 제2 절연층을 각각 형성하는 단계와;

    상기 제1절연층 위에 도전성 재료로 형성되며 와선형 패턴의 제1패턴과 상기 제1패턴의 선단부로부터 자성시트를 관통하여 하부면으로 연장된 도전성 연결부를 함께 형성하는 단계와;

    상기 제2절연층의 표면에 도전성 재료로 형성되며 상기 연결부의 타단부로부터 외측으로 연장된 제2패턴을 형성하는 단계와;

    상기 노출된 제1 및 제2 패턴을 보호하기 위한 제1 및 제2 보호층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선식별(RFID) 안테나의 제조방법.
18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 페라이트 소결시트로 이루어진 자성시트를 준비하는 단계는

    페라이트 분말과 바인더를 용매를 사용하여 다수의 후막 혼합시트를 성형하는 단계와;

    상기한 다수의 후막 혼합시트를 적층하고 압축하여 그린 시트를 준비하는 단계와;

    소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 그린 시트를 컷팅하는 하프 컷 단계와;

    상기 하프 컷이 이루어진 그린 시트를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 하프 컷이 된 그린 시트의 소결은 700∼1100℃ 범위에서 2시간에서 24시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
20. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연층은 에폭시, 멜라민, 패럴린(Parylene), 물유리, PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 및 PI(Polyamide) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
21. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1 및 제2 패턴은 금속분말과 유기바인더로 이루어지는 전도성 페이스트, 전도성 폴리머 및 도전성 금속 박막 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
22. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 자성시트의 일측면에 제1 및 제2 패턴의 양 단자와 연결되는 제1 및 제2 터미널 패드를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
23. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 제1절연층의 두께는 1 내지 50um 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
24. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 RFID 안테나의 총 두께는 0.15 내지 0.3mm 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 RFID 안테나의 제조방법.
25. 페라이트 소결시트로 이루어지며, 소결 후에 유연성을 확보하기 위해 다수의 하프 컷이 형성된 것을 특징으로 하는 자성시트.
26. 제25항에 있어서, 상기 자성시트는 Mn-Zn, Ni-Zn, Fe-Mn 및 Ba로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 페라이트 분말과 바인더용 수지가 혼합된 다수의 혼합시트를 압착 성형 및 하프 컷한 후 소결하여 얻어진 것을 특징으로 하는 자성시트.
27. 제25항에 있어서, 상기 자성시트는 RFID 안테나의 기판으로 이용되는 것을 특징으로 하는 자성시트.
28. 페라이트 분말과 바인더를 용매를 사용하여 다수의 후막 혼합시트를 성형하는 단계와;

    상기한 다수의 후막 혼합시트를 적층하고 압축하여 그린 시트를 준비하는 단계와;

    소결 후 자성시트의 유연성을 확보하기 위해 시트 두께의 1/2 이하 깊이로 상기 그린 시트를 컷팅하는 하프 컷 단계와;

    상기 하프 컷이 이루어진 그린 시트를 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성시트의 제조방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 하프 컷이 된 그린 시트의 소결은 700∼1100℃ 범위에서 2시간에서 24시간 동안 열처리하는 것을 특징으로 하는 자성시트의 제조방법.

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