KR20120092273A

KR20120092273A - 알에프아이디 안테나 구성물 및 이를 이용한 알에프아이디 안테나 제조방법

Info

Publication number: KR20120092273A
Application number: KR1020110012212A
Authority: KR
Inventors: 황건용; 박정훈; 서진원
Original assignee: (주)크리노
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-21
Also published as: KR101178836B1

Abstract

본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 안테나 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 얇은 두께의 알루미늄 박막을 이용하여 프레스공정을 통해 재료비 절감, 제작시간 단축 및 간단한 공정으로 기존 RFID 안테나의 성능보다 우수한 기능을 유지하면서 각 구성부품의 결합상태를 견고하고 안정적으로 유지할 수 있는 RFID 안테나를 제조함에 관한 것이다.

Description

알에프아이디 안테나 구성물 및 이를 이용한 알에프아이디 안테나 제조방법{RFID antenna structures and RFID antenna manufacturing method thereof}

물리적으로 이격된 대상을 무선 신호 등을 이용하여 인식하는 방법 중 무선 인식(Radio Frequency Identification, 이하 'RFID'라 지칭함) 시스템은 무선 신호를 통해 비접촉식으로 사물에 부착된 얇은 평면 형태의 태그를 식별하여 정보를 처리하는 시스템을 지칭한다.

이러한 RFID 시스템은 안테나, 태그(Tag), 그리고 리더기로 이루어진다. 여기서, 리더기는 태그를 활성화시키기 위한 신호를 전달하기 위해 무선주파수 전파를 사용하는데, 태그는 활성화되면 가지고 있던 데이터를 안테나를 통해 리더기로 전송한다. 즉, 태그는 물품의 내용이나 주변의 상황 등의 정보를 내부 메모리에 기억하고 있다가 그 정보를 외부의 판독/기록(R/W) 단말기에 의해 읽고 쓰는 동작을 수행한다. 이때, 이러한 정보의 내용을 확인하는 수단으로서의 라디오 주파수(RF: Radio Frequency)인 전자파를 이용하는 태그를 RFID태그라고 한다.

이 때, 상기 RFID태그는 단일 안테나 또는 적어도 하나의 단일 폐루프를 형성되어 있는 RFID 안테나와, 상기 RFID 안테나와 전기적으로 연결되도록 접합된 RFID 칩을 포함하여 구성된다.

상기와 같은 RFID 태그는 상기 RFID 칩의 기판과 RFID 안테나를 본딩하는 공정을 거쳐 제조된다.

종래에는 이런 RFID 태그를 제조하기 위하여, 박막 필름 상에 동박층이나 알루미늄 박층을 적층한 다음 이를 에칭함으로써 안테나를 형성하고, 상기 안테나(30)와 RFID 칩을 본딩하는 공정을 거친다.

특히 안테나(30)를 형성하기 위해서는, 박막 필름 상부에 전도성 잉크로 인쇄하거나 소정 형상을 가진 인쇄기로 이른바 그라비아 인쇄방식으로 안테나를 형성하거나, 박막 필름 박막 상에 전도성 금속 박막을 부착시키고 소정의 패턴을 노광현상하여 소정 패턴을 형성하거나 또는 잉크를 이용하여 소정 패턴을 형성한 다음 상기 금속 박막을 에칭하여 형성하거나, 금속 박판을 스템핑하여 안테나를 형성시켰다.

그런데 이러한 안테나 형성 공정의 경우 제조 공정이 복잡하고 안테나의 형태나 성능 및 구조 등에 따라 금형을 비롯한 다양한 제조설비가 상기 구조에 적합하도록 설계를 해야 하는 문제점이 있고 각각의 단계를 거치는 공정시간이 길게 형성이 되어 전체적인 제조비용이 상승하는 문제점을 가지고 있다.

이와 더불어, 실질적으로 RFID 태그에 있어서 안테나의 인식거리에 영향을 주는 안테나 재질의 균질성과 표면 형태가 각각 RFID 태그 유니트마다 달라지게 됨으로써, 각각의 RFID 태그 유니트간의 인식률의 편차가 발생하고 인식거리도 상대적으로 줄어든다.

또한, 다양한 안테나 패턴을 형성하기에 용이한 에칭방법의 경우 상기 박막 필름상에 도포된 전도성 금속 박막 중 상당 부분이 패턴닝되어 제거됨으로써, 제조 원가가 많이 든다는 문제점이 있다.

또한, RFID 태그를 완성함에 있어서 부가적으로 RFID 태그 외측에 접착제를 이물질로부터 보호하는 보호 커버를 형성시키게 되는바, 추가적인 공정을 통하여 완성을 하게 되는 문제가 있다.

또한, 종래의 다른 방법으로는 RFID 칩의 기판 상에 알루미늄(Al)으로 이루어진 박층을 먼저 적층한 다음 상기 알루미늄 박층과 상기 RFID 안테나의 하부에 형성된 은(Ag)재질의 브릿지층이 맞닿도록 하여 본딩한다.

여기에서 상기와 같이 이종의 금속끼리 결합을 이루게 되면, 상기 금속 사이의 이온화 경향 차이에 의해 이들 금속 간에 전위차가 발생하게 되고, 전위가 낮은 쪽의 금속에서 전위가 높은 쪽의 금속으로 전자의 이동이 일어나서 부식이 진행된다.

이러한 현상을 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion)이라 하며, 특히 기존 RFID태그의 접합부를 이루는 알루미늄-은사이와 같이 이온화 경향차가 큰 금속끼리 접촉하게 되는 경우 더욱 부식이 촉진되게 된다.

상기와 같은 현상으로 인해 발생한 기판과 RFID 안테나 사이의 국부적인 부식은 접촉면의 접촉 특성이 열하시켜 결합부위를 약하게 한다. 또한, 상기 부식은 상기 기판과 RFID 안테나 사이의 전기전도도에도 악영향을 미치게 되므로 RFID태그의 성능이 열하되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 이와 같은 문제점들을 포함한 여러 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 안테나 제조 공정 시간이 단축되고, 그 제조 공정이 복잡하지 않은 RFID 안테나의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 안테나의 형태나 성능 및 구조 등에 따라 금형을 비롯한 다양한 제조설비가 상기 구조에 적합하도록 설계를 하여 다양한 구조설계형태를 가진 안테나를 단시간에 대량생산을 할 수 있는 RFID 안테나의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 각각의 RFID 태그 유니트들마다, 안테나 재질이 균질하고 표면 형태가 일정한 RFID 안테나의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 RFID 안테나 제조방법은 하면에 베이스 필름과, 상면에 알루미늄 박막 및 상기 상면과 하면 사이에 양면접착층으로 구성되는 알루미늄 필름을 제공하는 단계와, 상기 알루미늄 필름의 알루미늄 박막 상부로 하면에 형성된 안테나 형상의 외주단에 칼날부가 형성되는 칼금형몸체를 형성하는 단계와,

상기 칼금형몸체 상부에 프레스로 압축하는 단계와,

상기 프레스 압축 후 칼금형몸체를 제거하고 알루미늄 필름 상면에 안테나부를 제외한 나머지 스크랩부를 제거하는 단계로 구성되는 RFID 안테나를 제조하는 방법을 제공한다.

한편, 하면에 베이스 필름과, 상기 하면의 베이스 필름 상부에 비접착된 형태로 형성되며, 상부는 PET필름이 형성되고, 상기 PET필름 하면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층으로 구성되는 포일부재를 제공하는 단계와,

상기 포일부재 상부로 하면에 안테나 형상을 가지며, 내부에 열을 전도되도록 열전도성 재질의 열도장금형몸체를 형성하는 단계와,

상기 열도장금형몸체 상부에 프레스로 압축하는 단계와,

상기 프레스 압축 후 열도장금형몸체를 제거하고 베이스 필름 상면에 알루미늄층의 안테나부가 융착된 형태로 코팅되는 단계로 구성되는 RFID 안테나를 제조하는 방법을 제공한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명은, 안테나를 제조하기 위하여, 알루미늄 박막 또는 PET 필름에 알루미늄이 증착된 포일부재를 이용하여 칼금형몸체 또는 열도장금형몸체를 프레스 함으로서 안테나부가 베이스 필름 상면에 형성됨으로서 제조공정의 간소화와 제작비용이 저렴하는 동시에 대량생산을 가질 수 있는 RFID 안테나를 제공한다.

또한, 본 발명은 프레스 압축 또는 열압인 압축공정으로 이루어짐으로서 기존의 금속재의 상측 표면이 에칭 공정, 또는 프린트공정에 의하여 거칠어지거나, 측면에 에칭으로 인한 베벨 현상이 발생하지 않아서 에칭이나 프린팅 방법보다 균질하며, 각각 RFID 태그 유니트간의 성능 차이를 최소화할 수 있으며, 임피던스 성능이 좋아지게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 RFID 안테나의 프레스방식의 공정도.
도 2는 도 1의 본 발명에 따른 RFID 안테나의 프레스방식에 사용되는 칼금형몸체 저면도.
도 3은 본 발명에 따른 RFID 안테나의 열압인방식의 공정도.

상기한 목적을 달성하기 위해 하기와 같은 상세한 설명 및 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명의 구성에 있어 RFID 안테나 제조방법은 도 1과 도 2에 나타낸 바와 같이 하면에 베이스 필름(10)과, 상면에 알루미늄 박막(21) 및 상기 상면과 하면 사이에 양면 접착층(22)으로 구성되는 알루미늄 필름(20a)을 제공하는 단계와, 상기 알루미늄 필름(20a)의 알루미늄 박막(21) 상부로 하면에 형성된 안테나 형상부(31)의 외주단에 칼날부(32)가 형성되는 칼금형몸체(30a)를 형성하는 단계와, 상기 칼금형몸체(30a) 상부에 프레스(40)로 압축하는 단계와, 상기 프레스(40) 압축 후 칼금형몸체(30a)를 제거하고 알루미늄 필름(20a) 상면에 안테나부(50)를 제외한 나머지 스크랩부(60)를 제거하는 단계로 구성되는 RFID 안테나를 제조하는 방법을 제공한다.

HF 또는 UHF 태그로서 사용 가능한 안테나부는 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 특히 약 10 ㎛ 두께를 갖는 얇은 알루미늄 필름(20a)에서 펀칭된다. 도 1의 (a)에 나타낸 바와 같이 양면 접착층(22)을 통하여 안테나부(50)는 바람직하게도 양면 접착층(22)의 상면에 알루미늄 박막(21)과 양면 접착층(22) 하면에 베이스 필름(10)으로 구성되는 알루미늄 필름(20a)으로 이루어진 스트립 형태 또는 원호 형태로 제공된다. 상기 양면 접착층(22) 정/후면에서의 접착 재료는 접착력 증진층(adhesive layer)(23)을 갖는다. 접착력 증진층(23)은 박리가 가능하게 접착되어 있는 스트립 형태 또는 원호 형태의 양면 접착층(22) 정/후면에 덮혀져 있다.

바람직하게도 접착력 증진층(23)은 양면 접착층(22)에서보다 접착 재료에서 더욱 강하게 접착되므로 양면 접착층(22)의 박리 후에 상기 양면 접착층(22)의 정/후면에 남는다. 접착력 증진층(23)에 접착된 안테나부(50)는 이 접착력 증진층(23)을 통하여 예를 들어 인레이 재료와 같은 재료에서 견고한 접착이 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이 상기 제조방법에서는 안테나부 재료로서 바람직하게는 약 10 ㎛의 두께를 갖는 스트립 형태의 알루미늄 필름(20a)이 롤에서부터 벗겨진다. 그 다음 벗겨진 알루미늄 필름(20a)이 롤에서 풀려지면서 프레스기기에 위치하여 저면에 안테나 형상부(31)가 새겨지며 그 안테나 형상부 외주단에 칼날부(32)가 형성된 칼금형몸체(30a)가 알루미늄 필름(20a) 상부에서 프레스(40)에 의해 압축되면서 상기 알루미늄 필름(20a)을 압축하게 된다.

이때, 상기 칼금형몸체(30a)의 칼날부가 알루미늄 필름(20a)의 알루미늄 박막(21)과 양면 접착층(22)을 절단하게 되며, 상기 절단된 내측에 칼금형몸체(30a)의 안테나 형상부(31)가 알루미늄 필름(20a)상에 형성되게 된다.

이에, 상기 알루미늄 필름(20a) 상면에 안테나부(50)가 형성되게 되며, 상기 안테나부(50)를 제외한 알루미늄 필름(20a)상의 스크랩부(60)를 제거하여 베이스 알루미늄 필름(20a)상에 안테나부(50)만 남게 된다.

얇은 알루미늄 필름(20a)이 후면에 접착된 양면 접착층(22)으로 보강되어 있으므로, 알루미늄 필름(20a)의 파열 없이 개별의 안테나부(50) 및 스크랩부(60)가 베이스 필름(10)으로부터 박리가 가능하다. 이로써 안테나 재료로서 매우 얇고 저렴한 알루미늄 필름(20a)을 사용할 수 있다. 또한 원재료로서 롤 형태의 안테나 재료를 사용하는 것이 가능하며 회전 툴을 구비한 스트립 형태 재료의 가공을 위한 이미 알려진 기계에서 사용하는 것이 가능하다. 알루미늄은 안테나 재료로서 식품 및 의약품에 대해 안정성을 가지고 있으며 HF 또는 UHF 안테나로서 사용을 위한 우수한 전기 전도성을 갖는다.

그리고, 상기 베이스 필름(10)상에 남겨진 안테나부(50)를 박리하고자 할 때 양면 접착층(22)의 접착 재료의 특성과 베이스 필름(10)의 이형특성에 따라 상기 안테나부(50)를 구성하는 알루미늄 박막(21)층만 박리되거나 양면 접착층(22)이 접착된 알루미늄 박막(21)층이 박리되어 제공될 수 있다.

한편, 상기 서술한 RFID 안테나의 제조방법과는 달리 또다른 실시예를 다음과 같이 서술한다.

도 3에 나타낸 바와 같이 하면에 베이스 필름(10)과, 상기 하면의 베이스 필름(10) 상부에 비접착된 형태로 형성되며, 상부는 PET필름(24)이 형성되고, 상기 PET필름(24) 하면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층(25)으로 구성되는 포일부재(20b)를 제공하는 단계와, 상기 포일부재(20b) 상부로 하면에 안테나 형상부을 가지며, 내부에 열을 전도되도록 열전도성 재질의 열도장금형몸체(30b)를 형성하는 단계와, 상기 열도장금형몸체(30b) 상부에 프레스(40)로 압축하는 단계와, 상기 프레스(40) 압축 후 열도장금형몸체(30b)를 제거하고 베이스 필름(10) 상면에 알루미늄층(25)의 안테나부(50)가 융착된 형태로 코팅되는 단계로 구성되는 RFID 안테나를 제조하는 방법을 제공한다.

상기 PET필름(24) 일면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층(25)으로 구성되는 포일부재(20b)에 있어서, 상기 알루미늄층(25)은 통상적으로 알루미늄막을 사용한다. 상기 알루미늄층(25)을 이루는 알루미늄 증착막은 일예로 통상의 진공증착법을 사용하여 증착하는데, 10^-2 내지 10^-6토르(torr)의 진공에서 300 내지 1800℃의 온도에서 진공증착을 실시하여 5 내지 300nm 두께의 증착층을 형성한다.

그 외의 증착법으로는 스퍼터링(sputtering), 이온 도금(ion plating), 화학적 기상 증착법(chemical vapor deposition) 등의 방법을 이용하여 PET필름(24) 일면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층(25)을 이루는 포일부재(20b)를 제공하게 된다.

알루미늄층(25)인 증착층의 두께는 5 내지 300nm인 것이 바람직하며, 5nm 미만이면, 균일한 증착층을 얻는 것이 곤란하게 되어, 충분한 증착층을 얻을 수 없는 경향이 있다. 한편, 300nm를 초과하면, 충분한 유연성을 얻기 곤란하게 되어, 굽힘, 인장 등의 외적 요인에 대한 강도가 불충분하게 되는 경향이 있으며, 박리 강도가 저하되게 된다.

그리고, 상기 열도장금형몸체(30b)는 롤러형 금형으로 열전도성이 높은 재질의 금형몸체로서, 상기 롤러형 금형 몸체 일면에 소정의 간격으로 동일한 안테나 형상부가 형성되어 상기 130~150℃를 유지하는 열도장금형몸체(30b)가 소정의 압력으로 베이스 필름(10)상에 포일부재(20b)를 압착하면서 회전하게 되며, 동시에 베이스 필름(10)과 포일부재(20b)도 점진적으로 밀려가면서 진행되게 된다.

이때 상기 베이스 필름(10)상에 열도장금형몸체(30b)에 형성된 안테나 형상부와 면접되어 압착되는 포일부재(20b)의 알루미늄층(25)이 상기 베이스 필름(10)상에 안테나부(50)를 형성하게 된다.

또한, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 상기 알루미늄층(25)의 표면이 엠보싱형태의 엠보싱층(26)를 가지며, 그 전면에 광택층(27)을 가지며, 그 성분은 방향족 카르복실산으로 금속층 표면과 화학적으로 반응하여 자연적으로 일종의 보호막을 형성함으로써 금속층의 부식을 효과적으로 억제하는 것으로 생각된다. 이러한 부식 억제 효과는 이중 결합과 공역된 카르복실 기의 존재를 요하며, 방향족 카르복실산의 경우, 카르복실 기와 벤젠 고리가 공역된다.

상기 이론에 구속되는 것은 아니며, 방향족 카르복실산은 금속 표면에 흡수되어 접착제 조성물과의 접착 계면에 안정한 분자 막을 형성하는 것으로 생각된다. 이러한 계면 분자 막이 안정한 상태로 존재할 경우, 물이 금속층의 표면에 작용하는 것을 효과적으로 방지할 수 있어서 부식을 억제하는 것이 가능하게 된다. 즉, 알루미늄층(25)으로부터 열이 전달되어 상기 광택층(27)의 방향족 카르복실산에 대해 높은 친화력을 지닌 중합체가 조성물이 존재하여 상기 베이스 필름(10)에 접착력을 발휘하며, 동시에 알루미늄층(25)과도 접착력을 증대하게 된다. 분자 내에 실질적으로 카르복실 기가 없는 중합체(어떠한 카르복실 기도 함유하지 않는 소위 "탄소가 없는" 중합체를 포함함)는 방향족 카르복실산에 대해 친화력을 나타내는데, 이 친화력은 분자 내에 카르복실기를 함유하는 중합체의 친화력보다 더 낮기 때문에, 계면 분자 막을 안정화시키는 효과가 높아 소정의 온도에서 이온화 경향으로 쉽게 금속층과 친화력을 발휘한다.

그러나, 미량의 카르복실 기를 함유하는 접착성 중합체 역시 본 발명의 효과에 불리하게 작용하지 않는 한 사용할 수 있으며, 카르복실 기가 분자 내에 포함될 경우, 카르복실 단위(카르복실 기를 함유하는 단량체 단위) 대 전체 중합체의 중량비는 일반적으로 10 중량% 미만으로, 바람직하게는 5 중량% 이하로, 더욱 바람직하게는 2 중량% 이하가 되도록 조정되어야 한다.

그리고, 상기 알루미늄층(25)의 전면(全面)이 미세한 엠보싱형태의 엠보싱층(26)을 가짐으로서 포일부재(20b)의 PET필름(24) 상부에 열압인 방식으로 열도장금형몸체(30b)가 압착되면서 상기 미세한 엠보싱 형태의 엠보싱층(26)을 가진 알루미늄층(25)을 압착하여 안테나부(50)의 치수와 동일한 형상으로 정확성이 있도록 유도하며, 그 안테나부(50)의 형상에서도 더욱 미려한 형태를 가지도록 제공된다.

베이스 필름 : 10, 알루미늄 필름 : 20a, 포일부재 : 20b, 알루미늄 박막 : 21, 양면 접착층 : 22, 접착력 증진층 : 23, PET 필름 : 24, 알루미늄층 : 25, 엠보싱층 : 26, 광택층 : 27, 칼금형몸체 : 30a, 열도장금형몸체 : 30b, 안테나 형상부 : 31, 칼날부 : 32, 프레스 : 40, 안테나부 : 50, 스크랩부 : 60

Claims

하면에 베이스 필름과, 상면에 알루미늄 박막 및 상기 상면과 하면 사이에 양면 접착층으로 구성되는 알루미늄 필름으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알에프아이디 안테나 구성물.
제1항에 있어서, 상기 양면 접착층 정/후면에 접착력 증진층(adhesive layer)이 포함되는 것을 특징으로 하는 알에프아이디 안테나 구성물.
제1항에 있어서, 상기 알루미늄 필름 대신에 하면에 베이스 필름과, 상기 하면의 베이스 필름 상부에 비접착된 형태로 형성되며, 상부는 PET필름이 형성되고, 상기 PET필름 하면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층으로 구성되는 포일부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 알에프아이디 안테나 구성물.
제3항에 있어서, 상기 알루미늄층의 표면이 엠보싱형태의 엠보싱층를 가지며, 그 전면(全面)에 광택층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알에프아이디 안테나 구성물.
하면에 베이스 필름과, 상면에 알루미늄 박막 및 상기 상면과 하면 사이에 양면 접착층으로 구성되는 알루미늄 필름을 제공하는 단계와, 상기 알루미늄 필름의 알루미늄 박막 상부로 하면에 형성된 안테나 형상부의 외주단에 칼날부가 형성되는 칼금형몸체를 형성하는 단계와, 상기 칼금형몸체 상부에 프레스로 압축하는 단계와, 상기 프레스 압축 후 칼금형몸체를 제거하고 알루미늄 필름 상면에 안테나부를 제외한 나머지 스크랩부를 제거하는 단계로 구성되는 알에프아이디 안테나를 제조하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 알루미늄 필름과 칼금형몸체를 이용하여 RFID 안테나를 제조하는 방법 대신에 하면에 베이스 필름과, 상기 하면의 베이스 필름 상부에 비접착된 형태로 형성되며, 상부는 PET필름이 형성되고, 상기 PET필름 하면에 알루미늄이 증착된 알루미늄층으로 구성되는 포일부재를 제공하는 단계와, 상기 포일부재 상부로 하면에 안테나 형상부을 가지며, 내부에 열을 전도되도록 열전도성 재질의 열도장금형몸체를 형성하는 단계와, 상기 열도장금형몸체 상부에 프레스로 압축하는 단계와, 상기 프레스 압축 후 열도장금형몸체를 제거하고 베이스 필름 상면에 알루미늄층의 안테나부가 융착된 형태로 코팅되는 단계로 구성되는 알에프아이디 안테나를 제조하는 방법.