KR20110015415A - 복합 자성체 안테나 및 ｒｆ 태그, 상기 복합 자성체 안테나 또는 ｒｆ 태그를 설치한 금속 부품 및 금속 공구 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자계 성분을 이용하여 정보를 통신하기 위한 복합 자성체 안테나 및 그것을 이용한 복합 RF 태그에 관한 것으로서, 종래의 RF 태그에서는 이용할 수 없었던 금속 매립에서의 이용을, 충분한 통신 감도를 유지한 채로 가능하게 하는 것이다. 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 RF 태그로서, 상기 복합 RF 태그는 IC를 실장한 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 복합 RF 태그이다.
Description
본 발명은 자계 성분을 이용하여 정보를 통신하기 위한 자성체 안테나 및 그것을 이용한 RF 태그(Radio Frequency Tag)에 관한 것으로서, 상기 자성체 안테나는 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위를 금속물 또는 도전물로 둘러싸도록 형성함으로써, 종래의 RF 태그에서는 이용할 수 없었던 금속 매립에서의 이용을 충분한 통신 감도를 유지한 채로 가능하게 한 것이다.
자성체를 사용하여 전자파를 송수신하는 안테나(이하, 「자성체 안테나」라 함)는 코어(자성체)에 도선을 권선(捲線)하여 코일을 만들고, 외부로부터 날아오는 자계 성분을 자성체에 관통시켜 코일에 유도시켜 전압(또는 전류)으로 변환하는 안테나로서, 소형 라디오나 TV에는 널리 이용되어 왔다. 또한, 최근 들어 보급되어 온 RF 태그라고 불리는 비접촉형의 물체 식별 장치에 이용되고 있다.
주파수가 보다 높아지면 RF 태그에 있어서는 자성체를 사용하지 않고 식별 대상물과 평면이 평행하게 되는 평면 루프 코일이 안테나로서 사용되고, 또한 주파수가 높아지면(UHF대나 마이크로파대), RF 태그를 포함해서 자계 성분을 검출하는 것보다도, 전계 성분을 검출하는 전계 안테나(다이폴 안테나나 유전체 안테나)가 널리 사용되고 있다.
이러한 평면 루프 안테나나 전계 안테나는 금속물이 접근하면, 금속물에 이미지(미러 효과)가 생겨서, 안테나와 역위상이 되기 때문에, 안테나의 감도를 잃게 된다는 문제가 생긴다.
한편, 자계 성분을 송수신하기 위한 자성체 안테나로서, 자성층을 중심으로하는 코어에 전극 재료를 코일상으로 형성하고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 절연층을 형성하고, 상기 절연층의 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 도전층을 설치한 자성체 안테나가 알려져 있다(특허문헌 1). 상기 자성체 안테나는 금속물에 접촉한 경우에도 안테나로서의 특성이 유지되는 것이다. 또한, 태그 또는 자성체 안테나의 설치 상태를 특정한 태그 또는 안테나가 알려져 있다(특허문헌 2 내지 4).
상기 특허문헌 1에 기재된 방법에서는, 특정 방향으로의 금속 첩부 용도에의 대책은 고려되고 있지만, 금속 부품이나 금속 공구 등에 매립한 경우, 충분한 감도를 유지할 수 없다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 방법에서는, 대상물의 표면에 설치하는 것을 목적으로 하고 있고, 대상물 중에 매립하여 사용하는 것은 고려되어 있지 않다.
또한, 상기 특허문헌 3 및 4에 기재된 방법에서는, 자성체 안테나의 주변을 자성체로 피복하는 것이 기재되어 있지만, 페라이트재를 피복함으로써 감도 향상시키는 것을 목적으로 한 것으로서, 외부 주변의 금속 또는 도체의 영향을 해결할 수 있는 것이 아니다.
따라서, 본 발명은 소형이고 금속에 형성한 소직경의 구멍에 매립한 상태에서도 특성을 유지할 수 있는 자성체 안테나를 포함하는 복합 RF 태그 또는 복합 자성체 안테나를 얻는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제는 다음과 같은 본 발명에 의해서 달성할 수 있다.
즉, 본 발명은 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 RF 태그로서, 상기 복합 RF 태그는 IC를 실장한 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 RF 태그이다(본 발명 1).
또한, 본 발명은 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 RF 태그로서, 상기 복합 RF 태그는 IC를 실장한 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 복합 RF 태그이다(본 발명 2).
또한, 본 발명은 본 발명 1에 기재된 복합 RF 태그에 있어서, 상기 금속물 또는 도전물의 형상이 원형인 경우, 금속물 또는 도전물의 내경이 자성체 안테나 단면의 최장 길이의 1.0배 이상인 복합 RF 태그이다(본 발명 3).
또한, 본 발명은 본 발명 1에 기재된 복합 RF 태그에 있어서, 상기 금속물 또는 도전물의 깊이 방향의 길이가 자성체 안테나의 길이 방향의 길이의 1.0배 이상인 복합 RF 태그이다(본 발명 4).
또한, 본 발명은 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 자성체 안테나로서, 상기 복합 자성체 안테나는 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체 또는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 자성체 안테나이다(본 발명 5).
또한, 본 발명은 본 발명 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 복합 RF 태그 또는 본 발명 5에 기재된 복합 자성체 안테나를 설치한 금속 부품이다(본 발명 6).
또한, 본 발명은 본 발명 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 복합 RF 태그 또는 본 발명 5에 기재된 복합 자성체 안테나를 설치한 금속 공구이다(본 발명 7).
본 발명에 따른 복합 RF 태그 및 복합 자성체 안테나는 금속물의 작은 스페이스의 구멍 등에 매립한 상태에서도 통신 감도의 변동이 없어, 13.56 MHz의 RFID(Radio Frequency Identification) 용도로서 바람직하다.
본 발명에 따른 복합 RF 태그 및 복합 자성체 안테나는 소형이고, 또한 외부영향, 특히 외부의 금속 또는 도체의 영향을 무시할 수 있기 때문에, 휴대 기기, 용기, 금속 부품, 기판, 금속제 공구, 각종 금형, 인쇄판이나 인쇄 롤, 자전거나 자동차 등의 차량, 금속제 지그, 볼트, 압정 등의 마커 등의 각종 용도에 매립한 상태에서 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 복합 RF 태그의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 RF 태그의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 코일 부분의 적층 구성도이다.
[부호의 설명]
1: 관통 구멍
2: 전극층(코일 전극)
3: 코일 개방 단부면
4: 코일
5: 자성층
6: 절연층
7: 도전층
8: 비자성층
17: 자성체 안테나
20: 절연물
30: 금속물 또는 도전물
a: 자성체 안테나의 최장 직경
b: 금속물 또는 도전물의 내경
c: 자성체 안테나의 길이 방향의 길이
d: 금속물 또는 도전물의 깊이 방향의 길이
도 2는 본 발명에 따른 복합 RF 태그의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개념도이다.
도 6은 본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 코일 부분의 적층 구성도이다.
[부호의 설명]
1: 관통 구멍
2: 전극층(코일 전극)
3: 코일 개방 단부면
4: 코일
5: 자성층
6: 절연층
7: 도전층
8: 비자성층
17: 자성체 안테나
20: 절연물
30: 금속물 또는 도전물
a: 자성체 안테나의 최장 직경
b: 금속물 또는 도전물의 내경
c: 자성체 안테나의 길이 방향의 길이
d: 금속물 또는 도전물의 깊이 방향의 길이
우선, 본 발명에 따른 복합 RF 태그에 대해서 진술한다.
본 발명에 따른 복합 RF 태그는 IC를 실장한 자성체 안테나(RF 태그)의 코일 길이 방향(자속의 개방면)의 한쪽끝을 제외한 주위에 절연물이 형성되고, 또한 금속물 또는 도전물이 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 것이다. 자성체 안테나는 자성체 또는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되어 있고, 해당 자성체 안테나에 IC를 실장하여 RF 태그로 한다.
본 발명에 따른 복합 RF 태그의 개략도를 도 1의 (a) 내지 (d), 도 2에 도시하였다.
도면에 도시하는 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 RF 태그는 자성체 안테나 (17)의 주위에 코일 길이 방향의 한쪽끝 이외를 금속물 또는 도전물 (30)으로 둘러싸도록 배치하고, 또한 자성체 안테나와 상기 금속물 또는 도전물과의 사이를 절연 물질 (20)으로 충전한 구조로 되어있다.
본 발명에 있어서 금속물 또는 도전물의 단면 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각 형상, 별(星)형 등의 어느 형상이어도 된다. 공업적인 생산성을 고려하면 원형이 바람직하다.
또한, 금속물 또는 도전물에 있어서, 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 단면 형상은 도 1의 (a)에 도시된 원통 형태 이외에도 도 1의 (b) 내지 (d)에 도시한 바와 같은 바닥이 없는 것이나 원추형, 바닥이 반구일 수도 있다.
또한, 금속물 또는 도전물은 절연물의 외측 전체면에 형성될 필요는 없고, 절연물의 외측 전체면에 형성한 상태 및 간극이 형성된 상태이어도 된다. 예를 들면, 두 개 이상의 만곡한 금속물 또는 도전물을 서로의 금속물 또는 도전물이 접촉하지 않도록 간극을 두고 형성한 상태, 2개 이상의 판형의 금속물 또는 도전물을 서로의 금속물 또는 도전물이 접촉하지 않도록 절연물 상에 형성한 상태, 부분적으로 간극을 형성한 상태, 절연물의 단면을 원형으로 한 경우에 금속물 또는 도전물을 C 자형으로 형성한 상태, 절연물의 단면을 사각형 등의 다각 형상으로 한 경우에 각 각부에 금속물 또는 도전물을 형성한 상태 등의 어느 상태이어도 된다. 또한, 상기 간극이 형성된 상태에서도, 복합 RF 태그의 적어도 어느 한쪽의 단부만 금속물 또는 도전물이 전체면에 형성된 상태가 될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 금속물 또는 도전물의 형상이 원형인 경우, 금속물 또는 도전물의 내경(도 2의 c)은 자성체 안테나 단면의 최장 길이(도 2의 a)에 대한 비(c/a)가 1.0배 이상일 필요가 있는데, 1.1배 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.3배 이상이다.
또한, 금속물 또는 도전물의 깊이 방향의 길이(도 2의 d)는, 코어의 길이 방향의 길이(도 2의 b)에 대한 비(d/b)가 1.0배 이상인 것이 바람직하다. 상기 d/b가 1.0 미만인 경우에는 충분한 감도를 갖는 것이 곤란해진다. 보다 바람직하게는 1.2배 이상이다.
또한, 금속물 또는 도전물의 두께는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 0.5 내지 2.0 mm 정도가 바람직하다.
본 발명에 있어서의 금속물로서는, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 일반적인 금속제의 파이프 재료인, 스테인리스, 철, 알루미늄, 구리, 놋쇠 등을 들 수 있다. 도전물로서는, 카본 등이 일반적인 도전성 재료나 폴리아세틸렌 등의 도전성고분자 재료 또는 이들의 복합체를 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서의 절연물로서는 수지, 유리 세라믹, 비자성 페라이트 등을 이용하면 된다. 수지로서는, 폴리이미드, 에폭시 수지, 페놀 수지 등의 내열성을 갖는 것이 바람직하다. 유리 세라믹으로서는, 붕규산계 유리, 아연계 유리 또는 납계 유리 등이 바람직하다. 비자성 페라이트로서는, Zn계 페라이트 등이 바람직하다. 또한, 수지, 유리 세라믹 및 비자성 페라이트의 2종 이상을 혼합하여 이용할 수도 있다.
본 발명에 있어서는 자성체 안테나에 IC를 실장하여 RF 태그로서 이용한다. 한편, IC를 실장하지 않은 경우에도 안테나로서 이용하는 것이 가능하다. 또한, 복합 자성 안테나에 대하여, 자성체 안테나의 코일 리드 단자에 접속하는 배선을 복합 자성체 안테나의 외측까지 연장하여, 복합 자성체 안테나의 외부에 설치한 IC칩과 접속할 수도 있다.
다음으로, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나에 대해서 진술한다.
본 발명에 있어서의 자성체 안테나의 개략도를 도 3 내지 도 5에 도시하였다.
도 3에 도시하는 자성체 안테나는 자성층(코어)을 중심으로 하여 전극 재료가 코일상(권선상)이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 절연층을 형성한 것을 기본 구조로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 도 3에 도시하는 자성체 안테나는 도 6에 도시된 바와 같이 자성 분말을 결합제와 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층 (5)를 형성하고, 상기 자성층 (5)에 관통 구멍 (1)을 형성한다. 상기 관통 구멍 (1)의 각각에 전극 재료를 유입시키고, 또한 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에, 관통 구멍 (1)과 접속하여 코일상(권선상)이 되도록 전극층 (2)를 형성하고, 자성층 (5)가 각형 또는 직사각형의 코어가 되도록 코일을 형성한다. 이 때, 코일 (4)를 형성하는 자성층 (5)의 양끝이 자성 회로상 개방되는 구성이 된다.
이어서, 전극층을 형성한 코일 (4)의 상하면에 절연층 (6)을 형성한다.
얻어진 시트를 원하는 형상이 되도록 관통 구멍 (1)과 코일 개방 단부면 (3)에서 절단하여 일체 소성하거나, 또는 일체 소성 후에 관통 구멍 (1)과 코일 개방 단부면 (3)에서 절단함으로써 제조할 수 있다(LTCC 기술).
도 4에 도시하는 자성체 안테나는 자성층(코어)를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상(권선상)이 되도록 형성되고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 절연물을 형성하고, 상기 절연물의 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 도전층을 설치한 것을 기본 구조로 하는 것이다.
본 발명에 있어서, 도 4에 도시하는 자성체 안테나는 도 6에 도시된 바와 같이 자성 분말을 결합제와 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층 (5)를 형성하고, 상기 자성층 (5)에 관통 구멍 (1)을 형성한다. 상기 관통 구멍 (1)의 각각에 전극 재료를 유입시키고, 또한 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 관통 구멍 (1)과 접속하여 코일상(권선상)이 되도록 전극층 (2)를 형성하고, 자성층 (5)가 각형 또는 직사각형의 코어가 되도록 코일을 형성한다. 이 때, 코일 (4)를 형성하는 자성층 (5)의 양끝이 자성 회로상 개방되는 구성이 된다.
이어서, 전극층을 형성한 코일 (4)의 상하면에 절연층 (6)을 형성한다.
또한, 상기 절연층 (6)의 한쪽 또는 양쪽의 상면(외측면)에 도전층 (7)을 형성한다.
얻어진 시트를, 원하는 형상이 되도록 관통 구멍 (1)과 코일 개방 단부면 (3)에서 절단하여 일체 소성하거나, 또는 일체 소성 후에 관통 구멍 (1)과 코일 개방 단부면 (3)에서 절단함으로써 제조할 수 있다(LTCC 기술).
도 5에 도시하는 자성체 안테나는, 본 발명에 따른 자성체 안테나는 자성체 (5)와 비자성체 (8)로 이루어지는 코어를 중심으로 하여, 코어의 외측에 전극 재료를 코일상(권선상)이 되도록 형성하고, 코일상의 전극 재료를 형성한 한쪽 또는 양쪽의 외측면에 절연층을 형성하는 것을 기본 구조로 한다. 상기 코어는 자성체가 비자성체로 분할된 구조로 되어있다.
또한, 도 5에 도시하는 자성체 안테나에 있어서, 상기 코어의 단면에 있어서, 전체 자성체와 전체 비자성체와의 면적의 비(전체 자성체/전체 비자성체)가 1.0 이하가 바람직하다. 비자성층이 상기 범위를 넘어 큰 경우에는, 코어 내의 자성체의 비율이 저하되기 때문에, 자성체 안테나의 소형화에는 불리하다. 보다 바람직한 범위는 0.5 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 이하이다.
또한, 도 5에 도시하는 자성체 안테나에 있어서, 도 5에 도시하는 자성체 안테나의 코어를 형성하는 자성층의 하나의 단면적(S)과 자성체 안테나의 길이(L)의 비(S/L)는 0.3 이하가 바람직하다. 상기 면적비(S/L)가 0.3을 초과하는 경우, 반자계의 영향을 감소시키는 것이 곤란해진다.
본 발명에 있어서, 도 5에 도시하는 코어를 갖는 자성체 안테나는 예를 들면 이하의 방법에 의해서 제조할 수 있다.
우선, 자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 자성층을 형성한다.
별도로, 비자성 분말 및 결합제를 혼합한 혼합물을 시트상으로 한 단층 또는 복수의 층을 적층한 비자성층을 형성한다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 자성층 (5)와 비자성층 (8)을 교대로, 전체의 두께가 원하는 두께가 되도록 적층한다.
이어서, 적층한 자성층 및 비자성층에 원하는 수의 관통 구멍 (1)을 형성한다. 상기 관통 구멍의 각각에 전극 재료를 유입시킨다. 또한, 관통 구멍과 직각이 되는 양면에 관통 구멍과 접속하여 코일상(권선상)이 되도록 전극층 (2)를 형성한다. 관통 구멍에 유입시킨 전극 재료와 전극층에 의해서, 자성층이 직사각형의 코어가 되도록 코일을 형성한다. 이 때, 코일을 형성하는 자성층의 양끝이 자성 회로상 개방되는 구성이 된다(도 6의 3).
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 전극층을 형성한 코일의 상하면에 절연층 (6)을 형성한다.
얻어진 시트를, 원하는 형상이 되도록 관통 구멍과 코일 개방 단부면에서 절단하여 일체 소성하거나, 또는 일체 소성 후에 관통 구멍과 코일 개방 단부면에서 절단함으로써 제조할 수 있다(LTCC 기술).
본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 코어의 자성체에 Ni-Zn계 페라이트 등을 사용할 수 있다. Ni-Zn계 페라이트를 사용하는 경우에는, Fe2O3 45 내지 49.5몰％, NiO 9.0 내지 45.0몰％, ZnO 0.5 내지 35.0몰％, CuO 4.5 내지 15.0몰％인 조성이 바람직하고, 사용하는 주파수대에서 재료로서의 투자율(透磁率)이 높고, 자성 손실이 낮아지는 페라이트 조성을 선택하면 좋다. 필요 이상으로 높은 투자율의 재료로 하면 자성 손실이 증가하기 때문에 안테나에 적합하지 않게 된다.
예를 들면, RFID 태그 용도로서는 13.56 MHz에서의 투자율이 70 내지 120, 민생 FM 방송 수신 용도로서는 100 MHz에서의 투자율이 10 내지 30이 되는 페라이트 조성을 선택하면 자성 손실이 적기 때문에 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 절연층의 외측면에 전극 재료로 코일 리드 단자와 IC칩 접속 단자를 형성하여 IC를 접속한다.
상기 IC칩 접속 단자를 형성한 자성체 안테나는 전극층을 형성한 코일 (4)의 적어도 한쪽면의 절연층 (6)에 관통 구멍 (1)을 형성하고, 이 관통 구멍 (1)에 전극 재료를 유입시켜, 코일 (4)의 양끝과 접속하고, 상기 절연층의 표면에 전극 재료로 코일 리드 단자와 IC칩 접속 단자를 형성하여 일체 소성하여 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 절연층의 외측면에 컨덴서 전극을 배치하고, 컨덴서 전극을 배치한 외측면에 추가로 절연층을 설치할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 절연층의 외측면에 평행 전극 또는 빗형 전극을 인쇄하여 컨덴서를 형성하고, 코일 리드 단자와 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 컨덴서 전극을 배치한 외측면에 절연층을 더 설치하고, 상기 절연층의 외측면에 IC칩 접속 단자를 겸하는 전극을 형성하고 상기 절연층을 협지하도록 컨덴서를 형성하고, IC칩 접속 단자와 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 절연층의 외측면에 IC칩을 접속할 수 있는 단자 구조를 갖고, IC칩 접속 단자와 코일 리드 단자를 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
또한, 본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 절연층의 외측면에 가변 컨덴서를 설치하는 단자를 형성하고, 코일 리드 단자와 코일 리드 단자를 병렬 또는 직렬로 접속할 수도 있다.
본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 코어의 자성체에 Ni-Zn계 페라이트 등을 사용할 수 있다. Ni-Zn계 페라이트를 사용하는 경우, Fe2O3 45 내지 49.5몰％, NiO 9.0 내지 45.0몰％, ZnO 0.5 내지 35.0몰％, CuO 4.5 내지 15.0몰％인 조성이 바람직하고, 사용하는 주파수대에서 재료로서의 투자율이 높고, 자성 손실이 낮아지는 페라이트 조성을 선택하면 좋다. 재료로서의 투자율이 너무 높으면 자성 손실이 증가하기 때문에 안테나에 적합하지 않게 된다.
예를 들면, RFID 태그 용도로서는 13.56 MHz에서의 투자율이 70 내지 120, 민생 FM 방송 수신 용도로서는 100 MHz에서의 투자율이 10 내지 30이 되는 페라이트 조성을 선택하면 자성 손실이 적기 때문에 바람직하다.
본 발명에 있어서의 자성체 안테나는 코어의 비자성체에 Zn계 페라이트 등의 비자성 페라이트, 붕규산계 유리, 아연계 유리 또는 납계 유리 등의 유리계 세라믹, 또는 비자성 페라이트와 유리계 세라믹을 적량 혼합한 것 등을 사용할 수 있다.
비자성 페라이트에 사용하는 페라이트 분말에는, 소결체의 부피 고유 저항이 108 Ωcm 이상으로 되는 Zn계 페라이트 조성을 선택하면 좋다. Fe2O3 45 내지 49.5몰％, ZnO 17.0 내지 22.0몰％, CuO 4.5 내지 15.0몰％인 조성이 바람직하다.
유리계 세라믹의 경우, 사용하는 유리계 세라믹 분말에는 선팽창 계수가 사용하는 자성체의 선팽창 계수와 크게 다르지 않은 조성을 선택하면 좋다. 구체적으로는 자성체로서 이용하는 연자성 페라이트의 선팽창 계수와의 차가 ±5 ppm/℃ 이내의 조성이다.
다음으로, 본 발명에 따른 복합 RF 태그의 제조 방법에 대해서 진술한다.
본 발명에 따른 복합 RF 태그는 상술한 방법에 의해서 제작한 IC를 실장한 자성체 안테나에 대하여, 길이 방향의 한쪽끝 이외를 도전물 또는 금속물로 둘러싸도록 배치하고, 공극을 수지로 매립하여 형성할 수 있다. 또한, 자성체 안테나를 침지법 등으로 수지 코팅하고, 건조시킨 수지 코팅 표면에 금속 또는 도체를 페이스트 등을 이용하여 도포할 수도 있다.
본 발명에 따른 복합 RF 태그는 금속 부품, 금속 공구 등의 소정의 형상의 오목부에 매립할 수 있다. 미리, 금속 부품, 금속 공구 등의 안테나 또는 태그를 설치하고자 하는 대상물에 소정의 형상의 오목부를 형성해두면 좋다.
또한, 본 발명에 따른 복합 RF 태그는 판독기에 대하여 코일의 길이 방향(자속의 개방면)이 수직으로 되도록 설치하는 것이 바람직하다.
<작용>
본 발명에 따른 자성체 안테나는 외주를 금속물 또는 도전물로 둘러싸도록 형성함으로써 금속물에 매립할 때에 공진 주파수 등의 특성 어긋남이 없고 사용 환경의 변화에 따른 통신 감도의 영향을 최소한으로 억제할 수 있다.
[실시예]
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 발명의 실시 형태에 기초하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[RF 태그 1]
자성층용으로서, 900℃ 소결 후에 13.56 MHz에서의 재료로서의 투자율이 100이 되는 Ni-Zn-Cu 페라이트 가소분(假燒粉)(Fe2O3 48.5몰％, NiO 25몰％, ZnO 16몰％, CuO 10.5몰％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터블레이드로 PET 필름 상에 각변이 150 mm이고, 소결 시의 두께가 0.1 mm가 되도록 시트 성형하였다.
비자성층용으로서, 붕규산 유리(SiO2 86 내지 89 중량％, B2O3 7 내지 10 중량％, K2O 0.5 내지 7 중량％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터블레이드로 PET 필름 상에 각변이 150 mm이고, 소결 시의 두께가 각각 0.05 mm가 되도록 시트 성형하였다.
또한, 절연층용으로서 마찬가지로 Zn-Cu 페라이트 가소분(Fe2O3 48.5몰％, ZnO 41몰％, CuO 10.5몰％) 100 중량부, 부티랄 수지 8 중량부, 가소제 5 중량부, 용제 80 중량부를 볼밀로 혼합하여 슬러리를 제조하였다. 생성된 슬러리를 닥터블레이드로 PET 필름 상에 자성층과 동일한 크기와 두께로 시트 성형하였다.
다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 자성층용 그린 시트에 관통 구멍 (1)을 형성하고 그 중에 Ag 페이스트를 충전하고, 또한 관통 구멍 (1)과 직각이 되는 양면에 Ag 페이스트를 인쇄하고 10매 적층하여 코일을 형성하였다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 절연층 (6)용 그린 시트를 코일 (4)의 상하면에 적층한다.
적층한 그린 시트를 합쳐서 가압 접착시키고, 관통 구멍과 코일 개방 단부면 (3)에서 절단하고, 900℃에서 2시간 일체 소성하여, 가로 10 mm×세로 3 mm 크기의 코일 권취수 23턴의 자성체 안테나 (1)을 제작하였다. (도면에서는 코일 권취수를 간략화하고 있으며, 또한 자성층의 적층 매수는 도면의 간략화를 위해 3층으로 나타내고 있으며, 이하의 다른 도면에 대해서도 동일함)
또한, 상기 자성체 안테나의 코일 양끝에 RF 태그용 IC를 접속하고, IC와 병렬로 컨덴서를 접속하여 금속물 또는 도전물에 둘러싸인 상태에서 공진 주파수를 13.56 MHz가 되도록 조정하여 RF 태그로 하였다.
얻어진 RF 태그를 외경 6 mm, 내경 5 mm, 길이 15 mm의 금속관(스테인리스)에 넣고 자성체 안테나의 한쪽끝을 금속관의 깊은 곳에 맞추어서 중심이 중첩되도록 배치하고 공극을 에폭시 수지로 충전하고, 다른쪽을 금속판(스테인리스)으로 뚜껑을 덮어서 형성하였다.
이 때의 금속관의 내경(도 2의 c)의 자성체 안테나 단면의 최장 길이(도 2의 a)에 대한 비(c/a)는 1.4배이고, 금속관의 깊이 방향의 길이(도 2의 d)의 자성체 안테나의 길이 방향의 길이(도 2의 b)에 대한 비(d/b)가 1.5배였다.
높이가 5 cm이고, 각 변이 5 cm인 SUS 블록에 형성된 내경 6 mm, 깊이 15 mm의 오목부에, 상기 복합 RF 태그를 설치하기 전후에서 이하의 측정을 행하였다.
[공진 주파수의 측정과 조정 방법]
공진 주파수는 애질런트 테크놀로지 가부시끼가이샤 제조의 임피던스 분석기4291A로 측정되는 임피던스의 피크 주파수를 갖고 공진 주파수로 하였다.
[통신 거리의 측정 방법]
통신 거리는 외부 금속물의 영향이 적은 펜형의 판독기/기록기(가부시끼가이샤 다카야 제조, 제품명 TR3-PA001/TR3-M001B)의 안테나의 펜끝을, 제작된 RF 태그의 금속물 또는 도전물에 덮어져 있지 않은 한쪽끝을 향하게 하고, 13.56 MHz에서 통신이 가능한 한 떨어진 위치에서의 안테나와 RF 태그의 거리를 통신 거리로 하였다.
[RF 태그 2 비교예]
실시예 1과 동일하게 제조한 자성체 안테나에 그대로 IC를 실장하고, 그 상태에서 공진 주파수를 13.56 MHz로 조정하여 RF 태그로 하였다. 얻어진 RF 태그를 상기 SUS 블록에 RF 태그 1과 마찬가지로 설치할 수 있도록, 에폭시 수지로 피복하여 평가하였다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 금속물로 피복하지 않은 복합 RF 태그에서는, 금속물에 매립한 경우에 통신할 수 없었다.
Claims (7)
- 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 RF 태그(Radio Frequency Tag)로서, 상기 복합 RF 태그는 IC(Integrated Circuit)를 실장한 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 RF 태그.
- 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 RF 태그로서, 상기 복합 RF 태그는 IC를 실장한 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 복합 RF 태그.
- 제1항에 있어서, 상기 금속물 또는 도전물의 형상이 원형인 경우, 금속물 또는 도전물의 내경이 자성체 안테나 단면의 최장 길이의 1.0배 이상인 복합 RF 태그.
- 제1항에 있어서, 상기 금속물 또는 도전물의 깊이 방향의 길이가 자성체 안테나의 길이 방향의 길이의 1.0배 이상인 복합 RF 태그.
- 전자 유도 방식을 이용하여 정보를 송수신하기 위한 복합 자성체 안테나로서, 상기 복합 자성체 안테나는 자성체 안테나와 상기 자성체 안테나의 주위에 형성된 절연물과 금속물 또는 도전물로 이루어지고, 상기 자성체 안테나는 자성체 또는 자성체와 비자성체로 이루어지는 코어를 중심으로 하여 전극 재료가 코일상이 되도록 형성되고, 상기 절연물은 자성체 안테나의 코일 길이 방향의 한쪽끝을 제외한 주위에 형성되고, 상기 금속물 또는 도전물은 상기 절연물의 외측에 형성되어 있는 복합 자성체 안테나.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 복합 RF 태그 또는 제5항에 기재된 복합 자성체 안테나를 설치한 금속 부품.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 복합 RF 태그 또는 제5항에 기재된 복합 자성체 안테나를 설치한 금속 공구.
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