KR20130108548A - 포일 소자 - Google Patents

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KR20130108548A
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사샤 마리오 에프
욘 안쏘니 페터스
울리히 쉰들러
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오우브이디이 키네그램 악티엔개젤샤프트
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Abstract

본 발명은 포일 소자(1) 및 그러한 포일 소자를 생성하는 방법에 관한 것이다. 포일 소자(1)는, x-축(61), y-축(62) 및 z-축(63)을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면(E)에 걸쳐져 있는 유전체 캐리어 층(10)과, 캐리어 층(10) 상에 배치되며 도체 트랙(27)이 포일 소자(1)의 프레임-형상 구역(5)에 형성되는 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함한다. 프레임-형상 구역(5)은, x-축(61) 또는 y-축(62)에 각각 평행하게 진행하는 변(81, 82, 83 및 84)을 갖는 더 큰 외부의 직사각형(80)의 영역에 의해, 이 영역으로부터 외부 직사각형(80)과 동일한 배향을 갖는 더 작은 내부 직사각형(90)의 영역을 잘라냄으로써 형성된다. 프레임-형상 구역(5)은 x-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)과 y-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)으로 세분되며, 그러한 프레임 섹션들은 각 경우에 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)과, 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)에 바로 인접하며 그에 평행한 상기 내부 직사각형(90)의 변(91, 92, 93 및 94)에 의해 바운딩되며, 상기 도체 트랙을 도체 트랙 섹션들(71a 내지 71d, 72a 내지 72d 및 73d)로 세분한다. 상기 캐리어 층(10)의 기계적 속성은 x-축(61)과 y-축(62)을 따라 상이하다. z-축(63)에 평행하게 볼 때, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d 및 73d)의 길이의 50%를 초과한 부분이 x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행한다.

Description

포일 소자{FOIL ELEMENT}
본 발명은 유전체 캐리어 층 및 이 캐리어 층 상에 배치된 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하는 포일 소자와, 이러한 포일 소자를 생성하는 방법에 관한 것이다.
DE-B-102007030414는, PET(PolyEthylene Terephthalate) 포일과 같은 유전체 캐리어 기판 상에 전기 전도성 구조를 생성하는 방법을 기술한다. 이 경우, 먼저, 전도성 층, 소위 시드 층이, 예컨대 RFID(Radio Frequency IDentification) 안테나와 같은 도체 트랙의 형태로, 캐리어 기판의 표면 상에서 예컨대 분산제(dispersant)에 속박된 금속 입자와 같은 전도성 인쇄 물질의 패터닝된 인쇄에 의해 형성된다. 인쇄된 시드 층은, 용해된 코팅 금속을 포함하는 전해질에서의 전류 흐름의 인가에 의해 전도성 층 상에 퇴적된 금속 코팅에 의해 전기 전도성 구조를 형성하기 위해, 후속하여 도금에 의해 강화된다.
예컨대 적층 공정 동안 온도가 상승하게 되는 포일 소자는 웨이브가 생길 수 있고, 이점은 상당한 단점을 초래할 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, DE-A-102006029397은 보안 소자가 그 위에 배치된 플라스틱 캐리어 포일을 기술하며, 여기서 캐리어 포일은, 추가 플라스틱 포일이 캐리어 포일 위에 적층된 후 그리고 층 복합물을 냉각시킨 후, 보안 소자의 구역에서, 보안 요소가 그 전체 영역에 걸쳐서 웨이브가 나타나는 방식으로 귤피 효과(orange peel effect)를 보인다. 이러한 문제점은, 보안 소자가 적용되기 전 캐리어 포일의 열 처리에 의해 해결되며, 그 이유는 이것이 명백히 캐리어 포일에서의 내부 스트레스의 국부적인 감소를 야기하기 때문이다.
본 발명은, 그에 따라 개선된 포일 소자와, 이러한 포일 소자를 생성하는 방법을 명시하고자 하는 목적에 기반한다.
이러한 목적은 포일 소자로서, x-축, y-축 및 z-축을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면에 걸쳐져 있는 유전체 캐리어 층과, 이 캐리어 층 상에 배치되며 포일 소자의 프레임-형상 구역에서 도체 트랙이 형성되는 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하며, 상기 구역은 x-축 또는 y-축에 각각 평행하게 진행하는 변을 갖는 더 큰 외부 직사각형의 영역에 의해, 이 영역으로부터 외부 직사각형과 동일한 배향을 갖는 더 작은 내부 직사각형 영역을 잘라냄으로써 형성되며, 상기 프레임-형상 구역은 x-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션과 y-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션으로 세분되며, 그러한 프레임 섹션은 각 경우에, 외부 직사각형의 바운딩 변과, 외부 직사각형의 바운딩 변에 바로 인접하며 그에 평행한 내부 직사각형의 변에 의해 바운딩되며, 도체 트랙을 도체 트랙 섹션으로 세분하며, 캐리어 층의 기계적 속성은 x-축과 y-축을 따라 상이하고, z-축에 평행하게 볼 때, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션 길이의 50%를 초과한 부분이 x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 포일 소자에 의해 달성된다. 이 목적은 포일 소자를 생성하는 방법으로서, 다음의 단계들, 즉: x-축, y-축 및 z-축을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면에 걸쳐져 있는 유전체 캐리어 층을 제공하는 단계로서, 캐리어 층의 기계적 속성은 x-축과 y-축을 따라 상이한, 단계; 적어도 하나의 전기 전도성 층을 캐리어 층의 표면에 도포하는 단계; 및 포일 소자의 프레임-형상 구역의 적어도 하나의 전기 전도성 층에 도체 트랙을 형성하는 단계로서, 상기 구역은 x-축 또는 y-축에 각각 평행하게 진행하는 변을 갖는 더 큰 외부 직사각형의 영역에 의해, 이 영역으로부터 외부 직사각형과 동일한 배향을 갖는 더 작은 내부 직사각형 영역을 잘라냄으로써 형성되며, 상기 프레임-형상 구역은 x-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션과 y-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션으로 세분되며, 그러한 프레임 섹션은 각 경우에, 외부 직사각형의 바운딩 변과, 외부 직사각형의 바운딩 변에 바로 인접하며 그에 평행한 내부 직사각형의 변에 의해 바운딩되며, z-축에 평행하게 볼 때, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션 길이의 50%를 초과한 부분이 x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 방식으로 도체 트랙을 도체 트랙 섹션으로 세분하는, 단계를 포함하는 포일 소자 생성 방법에 의해서 달성된다.
도체 트랙 섹션은 단일 프레임 섹션으로 진행한다. 그러므로 도체 트랙 섹션은 특정 프레임 섹션에 할당된다. 하나 또는 복수의 도체 트랙 섹션이 특정 프레임 섹션에 할당될 수 있다.
본 발명의 일 양상은, 플라스틱 포일 형태의 산업적으로 생성된 캐리어 층이 일반적으로 소위 메인 이완 방향인, 캐리어 층이 걸쳐져 있는 평면에서의 두 개의 구별되는 방향을 가지며, 캐리어 층은 매우 상이한 기계적 속성을 갖는다는 알려진 사실에 기반한다. 이들 두 개의 구별되는 방향 중 하나는, 플라스틱 포일의 경우, 그 생성 동안 포일이 움직이는 생성 방향에 대응하는 진행 방향일 수 있다. 플라스틱 포일의 경우에 다른 구별되는 방향은 바람직하게는 진행 방향에 대해 횡방향으로 진행한다. 보통, 플라스틱 포일의 경우, 진행 방향은 종방향 또는 기계 가공 방향(줄여서, MD: Machine Direction)으로 지정되며, 바람직하게는 이에 수직으로 진행하는 방향은 횡방향으로 지정된다. 기계에 의해 제조되는 제지의 경우에 필적할만한 상황이 있다. 즉, 진행 방향은, 제지기의 진행 방향에 평행한 제지 섬유의 배향에 관한, 제지의 경우에서의 관례적인 표시이다.
플라스틱 포일의 이러한 이방성은 예컨대 양축 배향된 폴리프로필렌 포일, 줄여서 BOPP(Biaxially Oriented PolyPropylene) 포일로부터 알려져 있다. 메커니즘, 광학 및 배리어 효과와 같은 폴리프로필렌 포일의 수많은 속성은 포일을 신장시킴으로써 개선될 수 있다. 신장은 검출 가능한 방향성 분자 배향과 그에 따른 포일의 이방 특성을 초래한다.
유전체 캐리어 층과, 그 위에 배치되며 도체 트랙이 포일 소자의 프레임-형상 구역에서 형성되는 적어도 하나의 전기 전도성 층을 포함하는 종래의 포일 소자에서, 예컨대 구리 안테나 코일을 형성하는 도체 트랙은 그 길이의 가장 큰 부분에 걸쳐서 메인 이완 방향을 따른다. 이들 종래의 포일 소자를 사용하여 적층 제품 또는 "미리 적층된 인레이(inlay)"(줄여서, "프리램(Prelam")) 또는 "전자 패스포트 커버"(RFID 인레이를 갖는 ID(IDentification) 문서용 커버)를 생성하는 동안, 웨이브가 제품 상에 재현될 수 있어서, 제품은 더 이상 사용될 수 없게 된다.
이러한 웨이브는 종래의 포일 소자 상에서 이미 식별할 수 있지만, 일반적으로 아직까지는 방해가 되지는 않는다. 예컨대 대략 100℃의 온도에서의 적층 동안에 종래의 포일 소자가 온도 상승을 겪은 후에만, 그러한 웨이브가 명백해질 수 있어서, 더 이상 허용되지 않을 수 있다. 이 경우, 웨이브는 적층의 외부 층까지 연장할 수 있으며, 거기서 방해가 되는 웨이브가 광학적으로 및/또는 촉감적으로 인지될 수 있다.
웨이브가 보이는 범위는 캐리어 층의 두께, 전도성 층의 두께 및 캐리어 층 상의 도체 트랙의 정확한 경로에 의존한다. 300㎛보다 두꺼운, 더 바람직하게는 500㎛보다 두꺼운 두께를 갖는 충분히 두꺼운 캐리어 포일인 경우, 포일의 안정성으로 인해 웨이브가 없거나 허용오차로 제공될 수 있는 매우 적게 두드러진 웨이브가 발생한다. 그러나 캐리어 층의 층 두께가 300㎛미만의 범위에 있다면, 웨이브는 방해하는 범위로 보여진다. 캐리어 층의 두께에 따라, 웨이브는 또한 캐리어 층 상에 도포된 전도성 층의 두께에 의해 영향을 받는다. 전도성 층의 두께가 캐리어 층과 비교하여 상대적으로 두껍다면, 결과적인 웨이브는 상대적으로 크다. 즉, 웨이브는 큰 범위로 보인다. 전도성 층의 두께가 캐리어 층과 비교하여 상대적으로 얇다면, 결과적인 웨이브는 상대적으로 작다. 즉, 웨이브는 작은 범위로 보인다. 이것은, 캐리어 층에 비해 두꺼운 전도성 층이 높은 기계적 안정성을 가지며, 따라서 캐리어 층과 전도성 층 사이에 원치 않는 기계적 스트레스를 생성하며, 이것은 적층 동안이나 그 이후 방해하는 범위까지 웨이브로서 보이게 된다는 점때문이다. 캐리어 층이 그 위에 도포된 전도성 층에 비해 더 두껍고 안정할수록, 적층 동안이나 그 이후 발생하는 웨이브는 더 작아질 수 있다. 예컨대, 대략 10㎛의 두께를 갖는 전도성 층이 도포될, 대략 300㎛의 두께를 갖는 캐리어 층의 웨이브는 작은 범위로만 명백하게 된다. 예컨대 그러나 대략 10㎛의 두께를 갖는 전도성 층이 도포될, 대략 50㎛의 두께를 갖는 캐리어 포일의 결과적인 웨이브는 더 큰 범위로 주목하여 볼 수 있다.
이러한 현상을 설명하면, 캐리어 층과 그 위에 배치된 적어도 하나의 전기 전도성 층, 특히 도체 트랙이나 도체 트랙들 사이의 스트레스 상태가 포일 소자에서 사실상 "프로즌(frozen)"되지만 온도 상승에 의해 해제되기 때문이다. 이 경우, 캐리어 층의 재료의 이완이 발생하며, 그러나 이러한 이완 다음에는 위에 있는 전기 전도성 캐리어의 재료가 올 수 없고, 이것은 관찰된 웨이브를 초래한다.
본 발명에 따른 포일 소자는 이제 종래의 포일 소자에 비해, 도체 트랙의 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 상당한 부분, 바람직하게는 그 길이의 50%를 초과하는 부분이 캐리어 층의 메인 이완 방향으로 진행하기보다는 그로부터 벗어난 방향으로 진행한다는 점, 즉 메인 이완 방향에 대해 경사지게 진행한다는 점에서 구별된다. 본 발명에 따른 포일 소자가 예컨대 추가로 포일 층을 포일 소자 상에 배치하기 위하거나 칩 모듈을 안테나로서 형성된 코일에 연결하는 적층 공정 동안에 대략 100℃ 이상의 범위의 온도에 노출된다면, 포일 소자에서 웨이브의 형성은 본 발명에 따른 도체 트랙의 경로에 의해 회피된다. 본 발명에 따른 포일 소자는 따라서, 유전체 캐리어 층과 그 위에 배치된 전기 전도성 구조를 포함하는 종래의 포일 소자로부터 알려져 있는 현상으로서, 포일 소자가, 캐리어 층의 두께에 따라, 추가 처리 동안 열 처리 과정에서 웨이브가 생길 수 있다는 현상을 회피한다. x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 도체 트랙의 부분들은 그러므로, 포일 소자에 존재하는 스트레스를 보상할 수 있는 스트레스 보상 소자를 형성한다.
본 발명의 추가적인 양상은, x-축 및 y-축에 대해 도체 트랙의 대부분 경사진 경로로 인한 도체 트랙 길이의 증가를 기초로 한다. 도체 트랙 길이에 따라 증가하는 도체 트랙의 전기 저항은, 도체 트랙이 예컨대 RFID 태그용 트랜스폰더 안테나와 같은 안테나로 설계된다면, 공진 회로 품질 또는 Q-팩터("Q-밸류")로도 불리는 성능 팩터(Quality factor)(Q)의 감소에 대응한다. Q>30 범위에서의 매우 큰 성능 팩터가, 매우 큰 데이터 전송율이 사용되는 특정한 응용에 대해 양면 안테나의 경우에 주로 존재할 수 있는 반면, 감소한 품질 팩터는 통신 안정성에 유리하다. 그러므로 성능 팩터의 변경, 특히 감소가 유리한 응용에서, 본 발명에 따른 포일 소자는 종래의 포일 소자보다 각 응용에 최적으로 적응된 안테나 레이아웃을 찾는데 있어서 더 높은 설계 자유를 제공한다. 이 경우, 방책으로서, 경사진, 예컨대 곡선의 본 발명에 따른 도체 트랙 라우팅은 도체 트랙의 인덕턴스에 상당한 변화를 야기하지 않는 것으로 평가된다.
본 발명에 따른 포일 소자는, 더 작은 공간 요건과 연계하여 비용-효율적인 제조를 필요로 하는 RFID 태그, 신용 카드, 스마트 카드, 패스포트 등과 같은 대량 생산 제품에 더욱 적절하다.
본 발명의 유리한 구성은 종속 청구항에 기재되어 있다.
본 발명의 바람직한 예시적인 일실시예에 따르면, 도체 트랙에 전기적으로 연결된 적어도 하나의 전극 영역이 적어도 하나의 전기 전도성 층에 형성된다. 이 적어도 하나의 전극 영역은 칩 모듈에 대한 접촉점 역할을 할 수 있고/거나 캐리어 층의 대향하는 표면 상에 배치된 전극 영역에 대한 관통-도금점 역할을 할 수 있다.
캐리어 층의 층 두께는 바람직하게는 12㎛와 250㎛ 사이이며, 더 바람직하게는 50㎛와 100㎛ 사이이다. 이 경우, 캐리어 층은 바람직하게는 합성지나 둘 이상의 그러한 층의 적층 복합체의 PET, PET-G(PET with glycol), PVC(polyvinyl chloride), PC(polycarbonate), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PEN(polyethylene naphthalate), ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer), 또는 BOPP 포일과 같은 플라스틱 포일로 되어 있다. 더 나아가, 또한 캐리어 층은 다층 방식으로 구현되고, 예컨대 플라스틱 포일과 하나 이상의 데코러티브(decorative) 층으로 되어 있을 수 있다.
바람직하게도, 본 발명에 따른 포일 소자는 실질적으로 직사각형 형상을 가지며, y-방향은 캐리어 층의 더 긴 차원의 방향에 대응한다.
전기 전도성 층의 층 두께는 바람직하게는 1㎛와 30㎛ 사이이며, 더욱 바람직하게는 8㎛와 20㎛ 사이이다. 이 경우, 전기 전도성 층의 층 두께는 일정할 수 있거나 일정하지 않을 수 있다. 적어도 하나의 전기 전도성 층은 바람직하게는 예컨대 알루미늄, 구리, 은, 크롬, 금 또는 금속 합금과 같은 금속성, 전기 전도성 재료로 구성되거나 이를 함유하는 층을 수반한다. 더 나아가, 적어도 하나의 전기 전도성 층은 예컨대 전기 전도성 폴리머, 그라핀과 같은 어떤 다른 전기 전도성 재료나 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명한 전기 전도성 재료로 구성되거나 이를 함유할 수 도 있다.
본 발명의 바람직한 다른 예시적인 실시예에 따르면, 내부 직사각형의 대각선의 교차점은 외부 직사각형의 교차점과 일치하여, 각각의 대향하는 프레임 섹션은 동일한 폭을 갖는다. 이 경우, 프레임의 모든 프레임 섹션은 동일한 폭을 가질 수 도 있다. 프레임-형상 구역은 원주 방향으로 연장하는 자립적인 코리더(corridor)를 형성하며, 이러한 코리더는 바람직하게는 포일 소자로부터 형성되며 예컨대 스마트 카드와 같은 직사각형 형상을 갖는 제품의 대각선의 교차점 주위를 원주 방향으로 바람직하게는 연장한다.
적어도 하나의 도체 트랙 섹션 길이의 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%가 x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 것이 유리하다. 포일 소자의 원치 않는 웨이브는, 도체 트랙이 메인 이완 방향을 따라 진행하지 않는 도체 트랙의 부분과 네거티브하게 상관하며; 다시 말해, 도체 트랙이 x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 부분 세그먼트 합의 도체 트랙의 전체 길이에 대한 비율이 클수록, 포일 소자 상에서 형성하는 웨이브는 작아진다.
적어도 하나의 도체 트랙 섹션이 그 경사지게 진행하는 부분에서 예컨대 삼각형이나 톱니 형상 방식과 같이 웨이브나 지그재그 방식으로 진행할 수 있다. 웨이브나 지그제그 도체 트랙은, 도체 트랙이 메인 이완 방향을 따라 진행하는 트랙 부분을 미미하게만 조금 갖거나 그러한 부분이 없다. 그러므로 웨이브 방식으로 진행하는 도체 트랙이나 지그재그 방식으로 진행하는 도체 트랙은 포일 소자의 원치 않는 웨이브를 회피하는데 유리하다. 적어도 하나의 도체 트랙 섹션이, 동일한 타입이며 서로 연결되는 복수의 개별 소자로 구성된 트랙 패턴을 형성할 수 있다.
y-방향이 캐리어 층의 기계 가공 방향을 명시하며, x-축이 이에 대해 횡방향으로 진행하는 캐리어 층의 횡방향을 명시하는 것이 유리하다. 캐리어 층에서 구별되는 이들 두 방향은 캐리어 층의 재료의 바람직한 분자 배향에 의해 특징지어지며, 이러한 배향은, 예컨대 분광기에 의해서나 복굴절 또는 2색성과 같은 광학 속성에 의해 결정될 수 있다. 기계 가공 방향 및 이에 대해 횡방향으로 진행하는 캐리어 층의 횡방향을 따라, 탄성 계수(줄여서, E 계수), 인장 강도, 신장율(elongation at break), 신장율 또는 충격 강도뿐만 아니라 열적 불안정성 또는 수축율과 같은 기계적 속성은, 평균적으로 서로로부터 상당히 벗어난 측정된 값을 갖는다.
기계적 속성은 압축 또는 인장 강도, 캐리어 층의 재료의 고유 스트레스와 같은 변형 거동이나, 예컨대 스트레스 이완, 특히 예컨대 대략 100℃의 온도에서 적층 공정 동안과 같이 상승 온도에서 열 처리 과정 중에 발생하는 캐리어 층 소재의 이완과 같은 이완 거동이 될 수 있다.
도체 스트립이 코일, 특히 예컨대 안테나와 같은 전자기 결합 소자 역할을 하는 코일을 형성하는 것이 바람직하며, 코일의 적어도 1회 턴은 내부 직사각형 주위를 원주 방향으로 연장한다. 코일은 바람직하게는 1 내지 10회의 턴을 가지며 더 바람직하게는 1 내지 4회의 턴을 갖는다. 이 경우, 코일의 턴은 각 경우에 프레임 섹션의 각각의 섹션에 걸쳐서 연장하는 네 개의 도체 트랙 섹션으로 세분된다.
본 발명의 바람직한 예시적인 일 실시예에 따르면, 내부 직사각형의 제1 변의 길이는 그에 평행한 외부 직사각형의 변의 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%이며, 내부 직사각형의 제1 변에 수직으로 진행하는 내부 직사각형의 변의 길이는 그에 평행한 외부 직사각형의 변의 길이의 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 75%이다. 이 경우, 프레임-형상 구역은 좁고 원주 방향으로 연장하는 영역 스트립을 형성하며, 이 스트립에는 도체 트랙이 배치된다.
내부 직사각형의 제1 변의 길이가 30mm 내지 40mm의 범위에 있고, 이에 평행한 외부 직사각형의 변의 길이가 45mm 내지 55mm의 범위에 있는 것이 바람직하다. 내부 직사각형의 제1 변에 수직으로 연장하는 내부 직사각형의 변의 길이가 60mm 내지 70mm의 범위에 있고, 이에 평행한 외부 직사각형의 변의 길이가 75mm 내지 85mm의 범위에 있는 것이 또한 바람직하다. 프레임-형상 구역에 의해 형성되는 원주 방향으로 연장하는 영역 스트립이 5mm 내지 10mm의 범위에 있는 폭을 갖는 것이 또한 바람직하다.
또한, 포일 소자는, 제1 도체 트랙이 포일 소자의 프레임-형상 구역에 형성되는 제1 전기 전도성 층을 포함할 수 있고, 제2 도체 트랙이 프레임-형상 구역에 형성되는 제2 전기 전도성 층을 포함할 수 있다. 이 경우, 캐리어 층은 제1 전기 전도성 층과 제2 전기 전도성 층 사이에 배치된다. 게다가, 이 경우, 제1 및 제2 도체 트랙은, 바람직하게는 캐리어 층을 관통하는 도금-관통 구멍에 의해, 안테나 구조를 형성하도록 서로 결합된다. 이 경우 제1 및 제2 도체 트랙의 적어도 하나의 도체 트랙 섹션은 전술한 경사진 프로파일을 갖는다. 결합된 제1 및 제2 도체 트랙은 바람직하게는 코일, 특히 예컨대 RFID 트랜스폰더의 안테나와 같은 안테나 역할을 하는 코일을 형성한다.
본 발명의 바람직한 예시적인 일 실시예에 따르면, 제1 및/또는 제2 도체 트랙에 각각 전기적으로 연결되는 제1 및 제2 전극 영역이 제1 및/또는 제2 전기 전도성 층에 형성된다. 바람직하게도, 제1 및 제2 도체 트랙은 이 경우에 서로 연결되고/거나 캐리어 층을 관통하는 적어도 하나의 전기 전도성 도금-관통 구멍을 통해 서로 용량적으로 또는 유도적으로 결합된다.
예컨대 제 1 도체 트랙의 제2 도체 트랙에 대한 오프셋에 의해서나 하나 또는 두 도체 트랙의 폭의 변화에 의해서와 같이, 상호 겹침의 변형에 의해, 안테나의 전기 커패시턴스(C)나 공진 주파수(f)와 같은 전기 속성은 변할 수 있고, 특정 응용에 적응될 수 있다. 제1 및 제2 도체 트랙이 소위 "전체 폭 겹침"(FWO: Full Width Overlap)에 대응되게 완전히 겹칠 수 있다. 또한, 제1 및 제2 도체 트랙은 소위 "부분 폭 겹침"(PWO: Partial Width Overlap)에 대응되게 구역들에서만 겹칠 수 있다. 예컨대, 제1의 코일 형상 도체 트랙은 2회 턴을 포함할 수 있고, 제2의 코일 형상 도체 트랙은 1회 턴을 포함할 수 있으며, 제2 도체 트랙의 턴은, z-축에 평행하게 보았을 때, 제1 도체 트랙의 2회 턴 사이에서 진행하며, 양측으로부터 후자와 겹친다.
바람직한 제1 도체 트랙은 바람직하게도 0.5mm 내지 5mm의 도체 트랙 폭을 가지며, 더 바람직하게는 1mm 내지 2mm의 도체 트랙 폭을 갖는다. 제1 도체 트랙의 폭은 제2 도체 트랙의 폭보다 크거나 같거나 미만일 수 있다. 예컨대, 제1 도체 트랙과 제2 도체 트랙 사이의 겹친 영역의 감소는 제2 도체 트랙의 도체 트랙 폭을 감소시킴으로써 얻을 수 있다. 이런 식으로, 안테나의 커패시턴스(C)나 공진 주파수(f)와 같은 전기 속성은 변경될 수 있고 특정 응용으로 적응될 수 있다.
적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 경로는, 바람직하게는 주기적인 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)에 의해 정의된 {x; y} 좌표 쌍에 의해 기술될 수 있다. 이러한 {x; y} 좌표 쌍은, 그 xy 평면으로 캐리어 층이 연장하는 직교 좌표계에 관련된다. x-축에 평행하게 연장하는 프레임 섹션에서, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 경로는 구조화 함수 y=F(x)에 의해 정의된 {x; y} 좌표 쌍에 의해 기술된다. y-축에 평행하게 연장하는 프레임 섹션에서, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 경로는 구조화 함수 x=F(y)에 의해 정의된 {x; y} 좌표 쌍에 의해 기술된다.
주기적인 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)의 경우, 구조화 함수의 주기는 바람직하게는 각 프레임 섹션의 길이의 두 배 미만, 특히 프레임 섹션의 단일 길이 미만이 되도록 선택된다. 그 결과, 프레임 섹션은 구조화 함수의 주기, 특히 구조화 함수의 전체 주기의 절반을 갖는다. 프레임 섹션은 바람직하게는 20mm와 120mm 사이, 특히 바람직하게는 35mm와 80mm 사이의 길이를 갖는다.
주기적인 구조화 함수의 주기는, 캐리어 층의 기계적 속성의 이방성이 커질수록, 더 작게 되도록 선택되는 것이 바람직하다. 이런 식으로, 적어도 하나의 주기적으로 구조화된 도체 트랙 섹션은, 캐리어 층의 기계적 속성의 이방성이 커질수록 더욱 많은 주기를 포함한다.
구조화 함수 F(각각 x 또는 y)는, 도체 트랙 섹션이 x-축 및 y-축에 대해 경사지게 진행하는 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 전체 길이의 합의 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 전체 길이에 대한 비율이 최대가 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
구조화 함수 F(각각 x 또는 y)는 식(y=F(x)=A*sin(2*π*f*x+φ) 또는 x=F(y)=A*sin(2*π*f*y+φ))인 사인 함수인 것이 바람직하며, A는 진폭, f는 주파수 및 φ는 위상각이다. 사인 곡선으로 구현된 도체 트랙 섹션은 사인 곡선의 최대치 및 최소치에서만, 즉 주기당 두 개의 개별 점에서만 x-축 또는 y-축에 평행하게 진행한다. 이 구성에서, 도체 트랙 섹션이 메인 이완 방향을 따라 진행하는 적어도 하나의 도체 트랙 섹션의 부분은 그러므로 작아서, 캐리어 층의 웨이브는 특히 최소가 된다. 그러므로, 사인 곡선은 도체 트랙의 바람직한 경로를 형성한다.
적어도 두 개의 도체 트랙 섹션이 전술한 경사진 경로를 가질 수 있으며, 적어도 두 개의 도체 트랙 섹션에서 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)를 정의하는 적어도 하나의 파라미터는 각 경우에 상이한 값을 갖는다. 하위 구조화 함수를 정의하는 파라미터는 구조화 함수 F의 진폭, 주파수, 위상 및 형상일 수 있다. 동일한 프레임 섹션에서 진행하며, 도체 트랙이 각 경우에 x-축 및 y-축에 대해 주로 경사지게 연장하는 두 개의 도체 트랙 섹션의 경우에, 각 도체 트랙 섹션에 할당된 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)의 주파수나 진폭은, 두 개의 도체 트랙 섹션 사이의 거리가 특정한 임계치 미만이라면, 서로 조정되어야 한다. 그 이유는, 그렇지 않으면 단락 회로를 형성하는 접촉이 도체 트랙 섹션 사이에 발생할 수 있기 때문이다. 그러므로 바람직하게는 동일한 프레임 섹션에서 웨이브나 지그재그 방식으로 진행하는 도체 트랙 섹션이 서로로부터 일정한 거리에 있도록, 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)의 주파수나 형상이 연속적으로 변화하는 구성이 제공될 수 있다.
x-축에 평행하게 진행하는 모든 도체 트랙 섹션이나 y-축에 평행하게 진행하는 모든 도체 트랙 섹션은 x-축 및 y-축에 대해 주로 경사지게 진행할 수 있다. 또한, 모든 도체 트랙 섹션은 전술한 경사진 경로를 보일 수 있다.
두 상이한 평행 프레임 섹션에서 진행하는 두 도체 트랙 섹션이 두 평행 프레임 섹션에 평행하게 진행하는 축방향 대칭 축이나 점 대칭점에 대해 대칭이 되도록 설계될 수 있다. 또한, 두 상이한 평행 프레임 섹션에서 진행하는 두 개의 도체 트랙 섹션이 특히 동일한 주파수, 동일한 진폭 및 동일한 위상을 갖는 그 구조화 함수에 대해 대체로 동일하게 구현될 수 있다.
적어도 하나의 도체 트랙 섹션이, 특히 x-축 또는 y-축에 평행하게 진행하는 도체 트랙 섹션의, 경사지게 진행하지 않는 대응하는 도체 트랙 섹션의 길이보다 대략 0.5 내지 30% 더 클 수 있다. 도체 트랙이, z-축에 평행하게 봤을 때, 예컨대 웨이브 형상으로, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션에서 x-축 및 y-축에 대해 주로 경사지게 진행함으로써, 도체 트랙 길이는, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션에서 x-축 또는 y-축에 주로 평행하게 진행하는 종래 형성된 도체 트랙에 비해 증가한다. 도체 트랙의 전기 저항(R)은 그에 따라 증가한다. 각각의 도체 트랙, 즉 제1 및 제2 도체 트랙이 두 개의 대향하는 면, 즉 전방 측 및 후방 측 상에 배치된다면, 상기 도체 트랙은 서로 상호 간에 겹쳐서, 두 도체 트랙의 절대적인 겹친 영역은 또한 도체 트랙의 경사진 경로의 결과로서 증가한다. 결과적으로, 도체 트랙의 전기 커패시턴스(C)는 증가한다. 제1 또는 제2 도체 트랙이 안테나를 형성하거나 제1 및 제2 도체 트랙이 서로 결합되어 안테나를 형성한다면, 안테나의 주파수(f)는 도체 트랙(들)의 경사진 경로로 인해 감소한다.
안테나로서 구현된 도체 트랙의 전기 속성은 본 발명에 따른 도체 트랙 구조와 도체 트랙의 층 두께의 선택에 의해 영향을 받을 수 있다. 도체 트랙의 주로 경사진 경로로 인한 도체 트랙 길이의 증가는 결국 더 큰 안테나 커패시턴스를 야기할 수 있고, 안테나 인덕턴스는 실제로 동일하게 남는다. 특히 도체 트랙 중 하나의 도체 트랙 폭의 감소에 의해, 캐리어 층의 두 상이한 표면 상에 바람직하게 배치되는 두 도체 트랙 사이의 겹침 영역을 선택함으로써 안테나의 커패시턴스를 조정 특히 감소시킬 수 있다. 도체 트랙의 주로 경사진 경로로 인한 도체 트랙 길이의 증가의 결과로서 발생하는 전기 안테나 저항의 증가는 예컨대 더 두꺼운 Cu 층의 생성에 의한 것과 같은 도체 트랙의 층 두께의 증가에 의해 다시 감소할 수 있다.
도체 트랙(들)의 경사진 경로의 설계에 의해, 본 발명은 그러므로 도체 트랙(들) 특히 그에 의해 형성된 안테나의 전기 속성을 적응시킬 다양한 가능성을 제공한다.
서로 동기화되는 방법이 바람직하게는 제1 및 제2 전기 전도성 층을 캐리어 층 상에 도포하고/하거나 구조화하는데 사용된다. 이 경우, 제1 단계에서, 구조화된 전기 전도성 베이스 층이 각 경우에 캐리어 층의 제1 및 제2 표면에 도포되고, 그 후 도금된 강화 층이 도금조(plating bath)에서 베이스 층 각각에 도포되는 것이 특히 유리하다. 이 경우, 도금조는 복수의 부분 조(partial bath)를 가질 수 있고, 무전해성(electroless)일 수 있거나 전류를 수반할 수 있으며, 개별 부분 조는 무전해성일 수 있고, 다른 부분 조는 전류를 수반할 수 있다. 이 경우, 전기 전도성 베이스 층은 바람직하게는 인쇄 방법에 의해 구조화된다. 따라서, 예컨대 전도성 잉크나 페이스트와 같은 전도성 재료가, 제1 도체 트랙 및 제2 도체 트랙이 각각 제1 및 제2 전기 전도성 층에서 후에 형성되고자 하는 구역에서 캐리어 기판의 제1 및 제2 표면 상에 인쇄될 수 있다. 더 나아가, 또한, 베이스 층이, 제1 단계에서, 예컨대 증기 퇴적이나 적층에 의해 얇은 금속 층으로서 전체 영역에 걸쳐서 캐리어 층의 제1 및 제2 표면에 도포될 수 있고, 내에칭제(etching resistant)가 제1 또는 제2 도체 트랙이 제1 및 제2 전기 전도성 층에 형성되고자 하는 구역에 인쇄될 수 있다. 그 후, 베이스 층은 예컨대 알칼라인 용액과 같은 에칭제에 의해 내에칭제로 덮이지 않은 구역에서 제거되며, 내에칭제는 그 후 같은 방식으로 제거된다. 더 나아가, 또한, 에칭제를 전체 영역의 베이스 층에 인쇄하거나 전체 영역의 베이스 층을 도포하기 전 세척 마스크를 인쇄하거나, 전기 전도성 구역이 제1 및 제2 전도성 층에 형성되지 않게 될 구역에서 전기 전도성 베이스 층 상에 유전체 배리어 층을 인쇄하여, 베이스 층을 구조화할 수 있고, 그러한 유전체 배리어 층은 도금된 강화 층이 그러한 구역에서의 도금에 의해 부착되는 것을 방지한다. 구조화된 베이스 층은 또한 예컨대 직접 적층되거나 핫-엠보싱되거나 콜드-엠보싱될 수 있다(hot-embossed or cold-embossed).
이 경우, 전도성 인쇄 물질, 내에칭제 층, 에칭제 및 유전체 배리어 층은 바람직하게는 서로 동기화된 두 개의 인쇄 장치에 의해 도포되며, 하나의 인쇄 장치는 캐리어 층의 제1 표면을 인쇄하며, 제2 인쇄 장치는 캐리어 층의 대향하는 제2 표면을 인쇄한다. 이 경우, 인쇄 장치는 바람직하게는 캐리어 층의 상이한 측면 상에서 서로 대향하여 놓이는 방식으로 배치되며, 기계적 또는 전기적 수단을 통해 또는 캐리어 층 상의 레지스터 마크를 통해 서로 결합되고, 이러한 레지스터 마크는 인쇄 장치 상의 센서에 의해 검출되어, 레지스터 정밀도 좋게, 즉 서로에 대해 정확한 위치로 동작한다. 이 경우, 사용된 인쇄 방법은 바람직하게는 오목 인쇄(intaglio printing), 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 패드 인쇄 또는 잉크젯 인쇄이다.
이러한 절차의 결과로, 먼저, 제1 및 제2 전기 전도성 층은 비용-효율적으로 레지스터되는, 즉 상호 정확한 위치로 구조화된다. 더 나아가, 그에 따라, 공통 도금 공정에서 동시에 제1 및 제2 전기 전도성 층의 도금 강화 층을 생성할 수 있으며, 그 결과 먼저, 생성 비용과 생성 시간이 감소할 수 있고, 둘째, 캐리어 층을 통해 전도성 층을 연결하기 위한 도금-관통 구멍이 추가 비용 없이 부수적으로 생성될 수 있어서, 그에 필요한 공정 단계가 생략될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 이용해 복수의 예시적인 실시예를 기초하여 후술될 것이다.
도 1은, 종래 포일 소자에서의 제1 도체 트랙, 제2 도체 트랙 및 제1 및 제2 도체 트랙의 중첩에 대한 평면도를 도시한다.
도 2 내지 도 4는, 다층 포일 소자를 생성하는 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 포일 본체의, 실제 축적은 아닌, 개략적 단면도를 도시한다.
도 5는, 본 발명에 따른 포일 소자의 제1 예시적인 실시예에 따른 도체 트랙의 평면도를 도시한다.
도 6은, 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따른 도 5에 도시된 도체 트랙, 제2 도체 트랙, 및 제1 및 제2 도체 트랙의 중첩의 평면도를 도시한다.
도 7 내지 도 12는, 본 발명의 예시적인 추가 실시예에 따른 도체 트랙, 제2 도체 트랙과 제1 및 제2 도체 트랙의 중첩의 평면도를 도시한다.
도 1은 종래의 포일 소자의 도체 트랙을 도시한다. 부분 a)는 종래의 포일 소자의 제1 도체 트랙(27)의 평면도를 예시하고, 부분 b)는 종래의 포일 소자의 제2 도체 트랙(37)의 평면도를 예시하며, 부분 c)는 종래의 포일 소자에 따른 제1 및 제2 도체 트랙의 중첩의 평면도를 예시한다. 제1 도체 트랙(27)은 캐리어 층(미도시)의 제1 표면 상에 배치되며, 이러한 층은 x-축(61), y-축(62) 및 z-축(63)을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면(E)을 따라 연장한다. 제2 도체 트랙(37)은, 제1 표면에 대향하는 캐리어 층의 제2 표면 상에 배치된다. 이 경우, 제1 및 제2 도체 트랙(27 및 37)은, 도체 트랙(27 및 37)이, 부분 c)에서 도시된 대로, PWO 안테나 설계에 따라 겹치도록 배치된다.
제1 도체 트랙(27)에 전기적으로 연결된 제1 접촉 영역(28)이 캐리어 층의 제1 표면 상에 배치된다. 제2 도체 트랙(37)에 전기적으로 연결된 제2 접촉 영역(38)이 캐리어 층의 제2 표면 상에 배치된다. 제1 및/또는 제2 접촉 영역(28 및 38)은, 제1 도체 트랙(27)과 제2 도체 트랙(37) 사이에 전기 연결을 제공하기 위해 캐리어 층을 관통하는 도금-관통 구멍의 단부면 역할을 하거나, 칩 모듈과 제1 도체 트랙(27) 및/또는 제2 도체 트랙(37) 사이의 전기 연결을 제공하기 위해 칩 모듈과 접촉하기 위한 접촉점 역할을 한다.
도 4는, 캐리어 층(10), 캐리어 층(10)의 제1 표면 상에 배치된 제1 전기 전도성 층(20), 제1 전기 전도성 층(20)을 덮는 제1 데코러티브 층(41), 제1 데코러티브 층(41)에 도포된 제1 보호 층(43), 캐리어 층(10)의 제2 표면 상에 배치된 제2 전기 전도성 층(30), 제2 전기 전도성 층(30)을 덮는 제2 데코러티브 층(42), 및 제2 데코러티브 층(42) 상에 도포된 제2 보호 층(44)을 포함하는 다층 포일 소자(1)를 도시한다.
캐리어 층(10)은 플라스틱 포일, 바람직하게는 12㎛와 250㎛ 사이, 바람직하게는 50㎛와 100㎛ 사이의 두께를 갖는 PET, PET-G, PVC, ABS, 폴리카보네이트 또는 BOPP 포일, 합성지나 둘 이상의 그러한 층의 적층 보합체로 바람직하게는 형성된다. 이 경우, 캐리어 층(10)은 바람직하게는 투명 플라스틱 포일로 구성된다.
보호 층(43 및 44)은 1㎛ 내지 5㎛의 두께를 갖는 보호 래커(lacquer) 층이다. 그러나 보호 층(43 및 44)은, 12㎛와 100㎛ 사이, 바람직하게는 대략 50㎛의 두께를 갖는, 플라스틱 포일, 합성지 또는 이들 둘의 적층 복합체일 수 도 있다.
가장 간단한 경우, 적어도 부분 구역에, 데코러티브 층(41 및 42)은 패터닝된 방식으로 형성된 컬러 래커 층이다. 그러나 데코러티브 층(41 및 42)은 보안 특성 역할을 하는 하나 이상의 광학적으로 가변적인 효과를 보일 수 도 있다. 따라서, 예컨대 데코러티브 층(41 및 42)은, 광학적으로 활성인 안료, 특히 금속 안료 및/또는 박막 층 안료 및/또는 액정 안료, 또는 UV(Ultraviolet)- 또는 IR(Infrared)-활성 가능한 발광 안료와 같은 이펙트 안료(effect pigment)가 혼합되는 결합제로 구성될 수 있다. 이 경우, 또한, 데코러티브 층(41 및 42)은 바람직하게는 패터닝된 방식으로 구성되며, 이 경우 바람직하게는 또한 상이한 프리젠테이션을 보인다.
전기 전도성 층(20 및 30)은 바람직하게는 예컨대 알루미늄, 구리, 은, 크롬, 금 또는 금속 합금과 같은 금속, 전기 전도성 재료로 구성되거나 이를 함유하는 층들 또는 층 번들(bundle)이다. 더 나아가, 또한, 전기 전도성 층(20 및 30)은 예컨대 전기 전도성 폴리머나 ITO와 같은 투명 전기 전도성 재료와 같은 일부 다른 전기 전도성 재료로 구성되거나 이를 함유할 수 있다.
전기 전도성 층(20 및 30)의 생성 및 그 구성은 도 1 내지 도 4의 도면들을 참조하여 후술될 것이다.
전기 전도성 층을 생성하기 위해, 제1 단계로, 전기 전도성 베이스 층이 xy 평면(E)으로 연장하는 캐리어 층(10)에 도포된다. 따라서, 도 2는, 한 표면 상에는 베이스 층(21)이 도포되고, 반대편 다른 표면 상에는 베이스 층(31)이 도포되는 캐리어 층(10)을 도시한다.
이 경우, 베이스 층(21 및 31)은 바람직하게는, 예컨대 특히 은 입자나 철 입자와 같은 금속 입자를 함유하는 전기 전도성 잉크나 페이스트로 구성되는 전기 전도성 인쇄 물질로 구성된다. 이 경우, 베이스 층(21 및 31)은 인쇄 방법에 의해 캐리어 층(10) 상에 인쇄되며, 바람직하게는 0.5㎛와 5㎛ 사이의 도포 두께를 갖는 오목 인쇄 방법에 의해 인쇄되며, 그 후 건조된다. 바람직하게도, 베이스 층(21 및 31)은 이 경우 두 개의 동기화된 인쇄 장치에 의해 인쇄되며, 제1 인쇄 장치는 캐리어 층(10)의 한 측면 상에 배치되며, 제2 인쇄 장치는 캐리어 층(10)의 다른 측면 상에 제1 인쇄 장치와 반대편에 놓이는 방식으로 배치된다. 두 개의 인쇄 장치의 동기화는 인쇄 장치의 기계적인 결합에 의해서나 대응하는 전기적인 결합에 의해서, 다시 말해 대응하는 동기화 데이터의 교환에 의해 실현된다. 이러한 절차의 결과로, 첫째, 높은 레지스터 정확도, 다시 말해 위치 정확도가, 베이스 층(21 및 31)을 인쇄할 때 달성되며, 둘째, 높은 생성 속도가 달성된다. 건조 이후 베이스 층(21 및 31)의 두께는 바람직하게는 0.3㎛ 내지 3㎛이다.
제2 단계에서, 캐리어 층(10)과 베이스 층(21 및 31)을 포함하는 포일 본체는 도금 스테이션에 공급되며, 전기 전도성 베이스 층(21 및 31)이 제공되는 구역에서, 도금된 강화 층이 전기 도금 공정에 의해 퇴적된다. 이를 위해, 전극은 전기 전도성 베이스 층(21 및 31)과 접촉하여, 전압 전위가 거기에 인가되며, 도금조의 전해질로부터, 도금 강화 층(22 및 32)이 각각 도 3에 예시한 대로 베이스 층(21 및 31) 상에 퇴적된다. 이 경우, 도금 강화 층(22 및 32)의 퇴적은 바람직하게는 하나의 동일한 도금조에서 동시에 실현되며, 그 결과로, 이미 전술한 바와 같은 추가적인 장점들이 달성된다.
바람직하게, 도금 강화 층(22 및 32)은 이 경우 금속 재료로 구성되며, 이러한 재료는 베이스 층(21 및 31)의 전기 전도성 재료와는 상이하다. 도금 강화 층(22 및 32)의 층 두께는 바람직하게는 0.7㎛와 25㎛ 사이여서, 전기 전도성 층(20 및 30)의 총 두께는 1㎛와 30㎛ 사이가 된다.
세척 공정 및 건조 이후, 데코러티브 층(41 및 42)과 보호 래커 층(43 및 44)이 이때 도포되고, 포일 소자가 이때 절단 또는 스탬핑 공정에 의해 당장 싱귤레이트되거나 보안 문서의 다른 부분과 통합된다.
그러나 층(41, 42, 44 및 44) 중 하나 이상을 도포하지 않을 수 도 있다.
이 경우, 전기 전도성 층(20 및 30)의 형성은 도 2를 참조하여 기술한 인쇄 공정에 의해 제어된다. 이 경우, 도 1의 a)는 전기 전도성 층(20)의 결과적인 형상을 원칙적으로 명확히 하며, 도 1의 b)는 전기 전도성 층(30)의 결과적인 형상을 명확히 한다. 도 1의 c)의 PWO 안테나 설계와 대조적으로, 도 2 내지 도 4의 섹션은, FWO 안테나 설계에 따른 도체 트랙(20 및 30)의 상호 배치를 도시하며, 도체 트랙(30)의 폭은 도체 트랙(20)의 폭 미만이다.
도 5는, x-축(61), y-축(62) 및 z-축(63)을 갖는 직교 좌표계의 z-축(63)을 따라서 본 발명에 따른 포일 소자(1)의 평면도를 도시한다. 포일 소자(1)는, 이 좌표계의 xy 평면(E)에 평행하게 진행하는 캐리어 층(10)을 포함한다. 캐리어 층(10)은, 캐리어 층(10)의 탄성 계수와 같은 기계적인 속성이 x-축(61)과 y-축(62)을 따라 상이하도록 배향된다.
포일 소자(1)는 추가로, 캐리어 층(10)의 예컨대 전면 측과 같은 제1 표면 상에 배치된 도체 트랙(27)을 포함한다. 도체 트랙(27)은 포일 소자(1)의 프레임-형상 구역(5)에 형성되며, 이 구역은, x-축(61)에 평행하게 진행하는 두 개의 변(81 및 83)과 y-축(62)에 평행하게 진행하는 두 개의 변(82 및 84)을 가지는, 점선의 경계선에 의해 표시된 더 큰 외부 직사각형(80)의 영역에 의해, 이 영역으로부터, 외부 직사각형(80)과 동일한 배향을 갖는, 일점쇄선인 경계선에 의해 표시된 더 작은 내부 직사각형(90)의 영역을 잘라냄으로써 형성된다.
포일 소자(1)는 더 나아가 예컨대 도체 트랙(27)에 전기적으로 연결되는 칩 모듈과 같은 전기 소자를 배치하기 위한 관통-도금 영역 또는 소위 본딩 패드의 형태로 되어 있는 것과 같이, 캐리어 층(10)의 제1 표면 상에 배치된 접촉 영역(38a, 38b 및 38c)을 포함한다. 접촉 영역(38a, 38b 및 38c)은 도금에 의해 도체 트랙(27)에 연결된다.
프레임-형상 구역(5)은 x-축(61)에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51 및 53)과, y-축(62)에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(52 및 54)으로 세분되며, 상기 프레임 섹션은 각 경우에 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)과, 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)에 바로 인접하며 이에 평행한 내부 직사각형(90)의 변(91, 92, 93 및 94)에 의해 바운딩된다.
도체 트랙(27)은 코일 형상 방식으로 구현되며, 코일은 제1 턴(71), 제2 턴(72) 및 접촉 보조 구조(73d)를 포함한다. 접촉 보조 구조(73d)("보조 라인")는, 접촉 보조 구조(73d)에 연결된 접촉 영역(38c)이 도금에 의해 강화될 수 있음을 보장하는 역할을 할 수 있다.
프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)은 도체 트랙(27)을 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d 및 73d)으로 세분한다. 따라서, 도체 트랙 섹션(71a 및 72a)은 제1 프레임 섹션(51)에 할당되며, 도체 트랙 섹션(71b 및 72b)은 제2 프레임 섹션(52)에 할당되고, 도체 트랙 섹션(71c 및 72c)은 제3 프레임 섹션(53)에 할당되며, 도체 트랙 섹션(71d, 72d 및 73d)은 제4 프레임 섹션(54)에 할당된다.
도체 트랙 섹션(71b, 72b, 71d, 72d 및 73d)의 길이의 50%를 초과하는 부분이, z-축(63)에 평행하게 볼 때, x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행한다. 도체 트랙 섹션(71b 및 72b)은 서로에 대해 동일한 그리고 일정한 주기로, 동일한 그리고 일정한 진폭으로, 동일한 위상으로 그리고 일정한 거리로 웨이브 방식으로 진행한다. 이 경우, 웨이브 형상은 웨이브 피크와 그 다음의 웨이브 밸리 사이에서 변화한다. 도체 트랙 섹션(71b 및 72b)은 서로에 대해 동일한 주기와 일정한 거리로 웨이브 방식으로 진행한다. 웨이브 형상은 대략 6개의 주기를 갖는다. 이 경우, 웨이브의 형상은 웨이브 피크와 그 다음의 웨이브 밸리 사이에서 변화한다.
도체 트랙 섹션(71d 및 72d)은, y-축(62)에 평행하게 진행하는 미러 축에 대한 마주보는 배향을 제외하고는, 반대편의 도체 트랙 섹션(71b 및 72b)과 실질적으로 동일한 방식으로 진행한다. 도체 트랙 섹션(73d)은 마찬가지로 일정한 진폭으로, 도체 트랙 섹션(71b, 72b, 71d 및 72d)과 동일한 주기와 동일한 위상으로 그러나 상이한 웨이브 형상으로 웨이브 방식으로 진행한다.
도 6은, z-축(63) 방향에 반대로 보았을 때, 도 5에 따른 제1 도체 트랙(27)의 평면도를 부분 a)에서 도시한다. 도 6은, 부분 a)에서와 동일한 관찰 방향에서, 캐리어 포일(10)의 예컨대 후방 측면과 같은 제2 표면 상에 배치된 제2 도체 트랙(37)의 평면도를 부분 b)에서 도시한다. 제2 도체 트랙(37)은 프레임 섹션(51 내지 54)에 의해 도체 트랙 섹션(74a 내지 74d)으로 세분된다. 제2 도체 트랙(37)은 각 경우에 도체 트랙 섹션(74b 내지 74d)에서 웨이브 형상의 대략 6개의 주기를 갖는다. 제2 도체 트랙(37)과 나란히, 접촉 영역(39a, 39b 및 39c)이 또한 캐리어 포일(10)의 제2 표면 상에 배치되며, 그 중 접촉 영역(39b 및 39c)만이 제2 도체 트랙(37)에 전기적으로 연결된다.
도 6은, 제1 도체 트랙(27)과 제2 도체 트랙(37)의 중첩의 평면도를, 부분 a)과 부분 b)에서와 동일한 관찰 방향에서, 이들 트랙이 캐리어 포일(10) 상에 배치되는 방식으로 부분 c)에서 도시한다. 프레임 섹션(51 내지 54)에서 도체 트랙(27 및 37)의 유사한 경로로 인해, 도체 트랙(27 및 37)은 레지스터 정확도로 겹치지만, 부분적으로만, 도체 트랙(37)의 영역은 각 경우에 두 인접한 도체 트랙(27)의 영역 및 그 사이의 공간과 겹친다(부분 폭 겹침: PWO).
도 7은, 도 6에 따른 예시 방식으로 도체 트랙(27 및 37)의 예시적인 추가 실시예를 도시한다. 이들 예시적인 실시예의 차이점은 표 1에 요약되어 있으며, 이러한 표 1은 또한 도 1에 따른 종래의 포일 소자의 비교 값을 포함한다. 이 경우, 이 표에 기재된 측정된 값은 도 1 및 7 내지 12의 부분 c)에 따른 제1 도체 트랙(27)과 제2 도체 트랙(37)의 중첩에 대한 것이다. 안테나에 대한 측정된 값은 제1 및 제2 도체 트랙의 결합에 의해 형성된 안테나에 대한 것이다.
도 1 도 7 도 8 도 9 도 10 도 11 도 12
1 두께 10 10 10 10 10 10 10
2 대칭 S AS AS S S AS S
3 주파수 17.4 16.58 16.99 16.81 17.86 18.28 17.19
4 저항 1 1.47 1.53 1.73 1.13 1.07 1.40
5 Q-팩터 56 34 28 28 51 57 36
6 인덕턴스 2.426 2.411 2.356 2.396 2.367 2.337 2.385
7 진폭 0 100 100 100 100 100 100
8 웨이브,
상부		 0 3 3.5 3 0.75 0.75 2
9 웨이브,
하부		 0 4 4 4 1 1 3
10 웨이브,
좌측		 0 6 8 8 2 2 6
11 웨이브,
우측		 0 8 7.5 8 2 1.5 6
12 순위,
웨이브		 7 2 3 1 5 6 4
13 순위,
주파수		 5 1 3 2 6 7 4
14 순위,
저항		 7 3 2 1 5 6 4
15 순위,
Q-팩터		 5 2 1 1 4 6 3
16 길이 100 112.95 115.16 115.20 101.02 100.85 108.60
17 순위,
길이		 7 3 2 1 5 6 4
표 1의 설명은 후술한다.
행 1에 기재한 두께는 ㎛ 단위인 도금된 구리 도체 트랙의 두께를 나타낸다.
행 2에 기재한 대칭은 반대편 프레임 섹션의 도체 트랙 섹션이 서로 대칭(S)인지 비대칭(AS)인지를 나타낸다.
행 3에 기재한 주파수는 MHz 단위인 안테나의 공진 주파수(f)를 나타낸다.
행 4에 기재한 저항은 Ω 단위인 안테나의 전기 저항을 나타낸다.
행 5에 기재한 Q-팩터는 안테나의 성능 팩터를 나타낸다.
행 6에 기재한 인덕턴스는 μH 단위인 안테나의 인덕턴스를 나타낸다.
행 7에 기재한 진폭은 % 단위인 웨이브의 진폭을 나타낸다.
행 8에 기재한 변수 "웨이브, 상부"는 상부 프레임 섹션에서의 웨이브의 수(주기의 수)를 나타낸다.
행 9에 기재한 변수 "웨이브, 하부"는 하부 프레임 섹션에서의 웨이브의 수(주기의 수)를 나타낸다.
행 10에 기재한 변수 "웨이브, 좌측"은 좌측 프레임 섹션에서의 웨이브의 수(주기의 수)를 나타낸다.
행 11에 기재한 변수 "웨이브, 우측"은 우측 프레임 섹션에서의 웨이브의 수(주기의 수)를 나타낸다.
행 12에 기재한 변수 "순위, 웨이브"는 기재한 안테나의 웨이브 수에 대한 순위를 나타내며, 가장 많은 웨이브 수를 갖는 안테나가 가장 높은 수치를 얻는다.
행 13에 기재한 변수 "순위, 주파수"는 MHz 단위인 안테나의 공진 주파수(f)에 대한 순위를 나타내며, 가장 큰 주파수를 갖는 안테나가 가장 높은 수치를 얻는다.
행 14에 기재한 변수 "순위, 저항"은 기재한 안테나의 전기 저항에 대한 순위를 나타내며, 가장 큰 저항을 갖는 안테나가 가장 높은 수치를 얻는다.
행 15에 기재한 변수 "순위, Q-팩터"는 기재한 안테나의 품질 팩터에 대한 순위를 나타내며, 가장 큰 품질 팩터를 갖는 안테나가 가장 높은 수치를 얻는다.
행 16에 기재한 길이는 % 단위의 안테나의 길이를 나타낸다.
행 17에 기재한 변수 "순위, 길이"는 기재한 안테나의 길이에 대한 순위를 나타내며, 가장 작은 길이를 갖는 안테나가 가장 높은 수치를 얻는다.
1: 포일 소자 5: 프레임-형상 구역
10: 캐리어 층 20: 제1 전기 전도성 층
21: 베이스 층 22: 강화 층
27: 도체 트랙 28: 접촉 영역
30: 제2 전기 전도성 층 31: 베이스 층
32: 강화 층 37: 도체 트랙
38, 39: 접촉 영역 41, 42: 데코러티브 층
43, 44: 보호 래커 층
51 내지 54: (제1 내지 제4) 프레임 섹션
61: x-축 62: y-축
63: z-축 70: 코일
71a 내지 d: 도체 트랙 섹션 72a 내지 d: 도체 트랙 섹션
73d: 도체 트랙 섹션, 보조 구조 74a 내지 d: 도체 트랙 섹션
80: 외부 직사각형 81 내지 84: (제1 내지 제4) 변
90: 내부 직사각형 91 내지 94: (제1 내지 제4) 변
E: xy 평면

Claims (17)

  1. 포일 소자(1)로서,
    x-축(61), y-축(62) 및 z-축(63)을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면(E)에 걸쳐져 있는 유전체 캐리어 층(10)과, 상기 캐리어 층(10) 상에 배치되며 상기 포일 소자(1)의 프레임-형상 구역(5)에서 도체 트랙(27 및 37)이 형성되는 적어도 하나의 전기 전도성 층(20 및 30)을 포함하며, 상기 구역은, x-축(61) 또는 y-축(62)에 각각 평행하게 진행하는 변들(81, 82, 83 및 84)을 갖는 더 큰 외부 직사각형(80)의 영역에 의해, 상기 영역으로부터 상기 외부 직사각형(80)과 동일한 배향을 갖는 더 작은 내부 직사각형(90)의 영역을 잘라냄으로써, 형성되며, 상기 프레임-형상 구역(5)은 x-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)과 y-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)으로 세분되며, 상기 프레임 섹션들은 각 경우에, 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(bounding side)(81, 82, 83 및 84)과, 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)에 바로 인접하며 그에 평행한 상기 내부 직사각형(90)의 변(91, 92, 93 및 94)에 의해 바운딩되며, 상기 도체 트랙을 도체 트랙 섹션들(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)로 세분하며,
    상기 캐리어 층(10)의 기계적 속성은 x-축(61)과 y-축(62)을 따라 상이하고,
    z-축(63)에 평행하게 볼 때, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 길이의 50%를 초과한 부분이 x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행하는, 포일 소자(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d) 길이의 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%가 x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행하는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)은 그 경사지게 진행하는 부분에서 웨이브 또는 지그재그 방식으로 진행하는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    y-방향(62)이 상기 캐리어 층(10)의 기계 가공 방향을 규정하며, x-축(61)이 그에 대해 횡방향으로 진행하는 상기 캐리어 층(10)의 횡방향을 규정하는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 속성이 변형 거동, 고유 스트레스 또는 이완 거동인 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 직사각형(90)의 제1 변(91, 92, 93 및 94)의 길이가 그에 평행한 상기 외부 직사각형(80)의 변(81, 82, 83 및 84)의 길이의 적어도 50%, 바람직하게는 적어도 60%이며, 상기 내부 직사각형(90)의 제1 변(91, 92, 93 및 94)에 수직으로 진행하는 상기 내부 직사각형(90)의 변(91, 92, 93 및 94)의 길이가 그에 평행한 상기 외부 직사각형(80)의 변(81, 82, 83 및 84)의 길이의 적어도 70%, 바람직하게는 적어도 75%인 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포일 소자(1)가, 제1 도체 트랙(27)이 상기 포일 소자(1)의 프레임-형상 구역(5)에 형성되어 있는 제1 전기 전도성 층(20)과, 제2 도체 트랙(37)이 상기 프레임-형상 구역(5)에 형성되어 있는 제2 전기 전도성 층(30)을 포함하며, 상기 캐리어 층(10)이 상기 제1 전기 전도성 층(20)과 상기 제2 전기 전도성 층(30) 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 도체 트랙(27 및 37)이 서로 결합되어 안테나 구조를 형성하며, 상기 제1 및 제2 도체 트랙(27 및 37)의 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)이 앞서 기재된 경사진 경로를 보이는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 경로가 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)에 의해 정의되는 {x; y} 좌표 쌍에 의해 기술되는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)가, 상기 도체 트랙 섹션이 x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행하는 상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 부분 길이들의 합의, 상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 총 길이에 대한 비율이 최소가 되도록, 설계되는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)가 식(y=F(x)=A*sin(2*π*f*x+φ) 또는 x=F(y)=A*sin(2*π*f*y+φ))인 사인 함수이며, A는 진폭, f는 주파수 및 φ는 위상각인 것을 특징으로 하는 포일 소자(1).
  11. 청구항 8 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)이 앞서 기재된 경사진 경로를 가지며, 상기 적어도 두 개의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)에서의 상기 구조화 함수 F(각각 x 또는 y)를 정의하는 적어도 하나의 파라미터가 각 경우에 상이한 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 구조화 함수를 정의하는 파라미터는 진폭, 주파수, 위상, 형상인 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    x-축(61)에 평행하게 진행하는 모든 도체 트랙 섹션들(71a, 71c, 72a, 72c, 74a 및 74c) 또는 y-축(62)에 평행하게 진행하는 모든 도체 트랙 섹션들(71b, 71d, 72b, 72d, 73d, 74b 및 74d)이 앞서 기재된 경사진 경로를 보이는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 도체 트랙 섹션들(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)이 앞서 기재된 경사진 경로를 보이는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
    두 개의 평행한 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)에서 진행하는 두 개의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)이, 상기 두 개의 평행한 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)에 평행하게 진행하는 축방향 대칭축에 대해서 또는 점 대칭점(point symmetry point)에 대해 대칭이 되도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 길이가 경사지게 진행하지 않는 대응하는 도체 트랙 섹션의 길이보다 대략 0.5% 내지 30% 더 긴 것을 특징으로 하는, 포일 소자(1).
  17. 포일 소자(1)를 생성하는 방법으로서,
    다음의 단계들:
    x-축(61), y-축(62) 및 z-축(63)을 갖는 직교 좌표계의 xy 평면(E)에 걸쳐져 있는 유전체 캐리어 층(10)을 제공하는 단계로서, 상기 캐리어 층(10)의 기계적 속성은 x-축(61)과 y-축(62)을 따라 상이한, 단계;
    적어도 하나의 전기 전도성 층(20 및 30)을 상기 캐리어 층(10)의 표면에 도포하는 단계; 및
    상기 포일 소자(1)의 프레임-형상 구역(5)의 상기 적어도 하나의 전기 전도성 층(20 및 30)에 도체 트랙(27 및 37)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 구역은, x-축(61) 또는 y-축(62)에 각각 평행하게 진행하는 변들(81, 82, 83 및 84)을 갖는 더 큰 외부 직사각형(80)의 영역에 의해, 상기 영역으로부터 상기 외부 직사각형(80)과 동일한 배향을 갖는 더 작은 내부 직사각형(90)의 영역을 잘라냄으로써 형성되며, 상기 프레임-형상 구역(5)은 x-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)과 y-축에 평행하게 진행하는 두 개의 프레임 섹션(51, 52, 53 및 54)으로 세분되며, 상기 프레임 섹션들은 각 경우에 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)과, 상기 외부 직사각형(80)의 바운딩 변(81, 82, 83 및 84)에 바로 인접하며 그에 평행한 상기 내부 직사각형(90)의 변(91, 92, 93 및 94)에 의해 바운딩되며, z-축(63)에 평행하게 볼 때, 적어도 하나의 도체 트랙 섹션(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)의 길이의 50%를 초과한 부분이 x-축(61) 및 y-축(62)에 대해 경사지게 진행하는 방식으로 상기 도체 트랙을 도체 트랙 섹션들(71a 내지 71d, 72a 내지 72d, 73d 및 74a 내지 74d)로 세분하는, 포일 소자(1) 생성 방법.
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