KR20140060358A

KR20140060358A - Rfid 안테나

Info

Publication number: KR20140060358A
Application number: KR1020147009474A
Authority: KR
Inventors: 크리스또프 마띠유; 예안 웨이 옙
Original assignee: 랑셍 홀딩
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-05-19
Also published as: JP6095070B2; JP2016034151A; JP2014527375A; CN108695595A; MY166125A; EP2756547B1; WO2013037762A1; EP2756547A1; CN103947040A; JP6126188B2

Abstract

본 발명은, 자기 입자들 및 합성 수지를 포함하는 복합 재료로 이루어진 자기 시트를 제공하는 단계 - 상기 자기 시트는 제1 표면을 가짐 - ; 자기 시트의 제1 표면 상에 적어도 하나의 권선을 갖는 전기적 도전성 평면 트랙을 직접적으로 형성하는 단계를 포함하는 안테나 제작 방법에 관한 것이다.

Description

RFID 안테나{RFID ANTENNA}

본 발명은 안테나 제작 방법 및 이 방법에 의해 얻을 수 있는 안테나에 관한 것이다.

물체를 식별하고 모니터링하기 위한 RFID 안테나를 포함하는 태그의 사용은 이 분야에 공지되어 있다. 이러한 태그는 예를 들어, 메모리를 포함하는 집적 회로(IC)에 전기적으로 접속되어 있는 도전성 트랙들로 형성된 안테나 회로를 포함한다. 그것은 RFID 판독기에 의해 발생된 전자기장을 이용한다. 이러한 태그가 충분한 시간 동안 자기장에 들어간다면, RFID 안테나는 여자(energized)될 것이고, 전자 회로는 판독기 또는 별도의 수신 안테나로 신호를 전송할 수 있다.

IC 태그 및 판독기/기입기 간의 무접촉 통신을 위한 이러한 모드는 장래에 더 다양해질 것으로 예상된다. 예를 들면, 편리함의 수준을 더 높이기 위해, 모바일 전화기와 같은 휴대용 통신 단말기들은 태그 기능 및 판독기/기입기 기능을 구비할 것이다.

예를 들면, 모바일 전화기에 태그 기능을 제공함으로써, 모바일 전화기는 기차역 개찰구에 전화기를 대서 기차 요금을 지불하는데 이용될 수 있다.

13.56 MHz의 주파수에서 동작하는 최근의 RFID 시스템들(예컨대, NFC 표준)에서, 적절한 동작 환경이 요구된다. 예를 들면, 통신 특성들에 관련하여, 더 긴 통신 거리가 바람직하거나, 또는 판독기/기입기와 IC 태그가 서로 대향하여 있는 경우에, 넓은 평면 통신 범위가 바람직하다.

그러나, 이러한 태그가, 표면이 도전성 재료로 이루어지거나 또는 예컨대 전화기 케이스 내의 또는 배터리 위의 전자기장이 둘러싼 환경에 위치한 아티클(article) 상에 장착된 경우에, 안테나의 공진 주파수는 공칭 공명 주파수에 대해 쉬프팅(shifting)된다. 공진 주파수의 이러한 쉬프팅은 트랜스폰더(transponder)와 판독기/기입기 디바이스 사이의 정보 교환에 영향을 끼치고, 심지어는 전혀 통신이 안되게 된다(전체 RFID 시스템의 디튜닝(de-tuning)).

또한, 적용가능하도록, 이러한 안테나는 또한 공간 소비 요구사항을 만족해야하는데, 특히 안테나는 가능한 얇은 두께를 가져야 하고, 제조하기에 가능한 용이해야 하며, 대량 생산 사양에 호환되어야 한다. 안테나가 모바일 전화기, 특히, 공간이 상당히 제한적인 새로운 세대의 얇은 스마트폰에 케이싱(casing)되어야 하는 경우에, 두께 문제는 특히 중요하다.

본 발명의 목적은, 금속성 디바이스에 장착되고 및/또는 전자기장이 둘러싼 환경에 위치하는 경우에 동작하고, 두께 및 비용이 감소된 안테나를 제작하기 위한 방법을 제시하는 것이다.

이를 위해, 청구항 1에 따르는 방법이 제시된다.

청구된 특징들을 포함하여 실제로, 안테나 도전성 트랙은 지지 기판 및 주 기능인 차폐 부재로서 역할을 하는 페라이트 시트(ferrite sheet) 상에 직접적으로 형성되기 때문에, 두께가 감소된 (150㎛만큼 얇은) 안테나를 제작하는 것이 가능하다.

따라서, 안테나를 위한 임의의 부가적 중간 지지 기판을 사용할 필요가 없고, 그에 따라 이것은 또한 제작 공차 스택(tolerance stack)을 감소하는데 도움을 준다.

본 발명의 이러한 양태들 및 다른 양태들은 예에 의해 및 첨부 도면들을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나의 제1 실시예를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 안테나의 제2 실시예를 도시한다.
도 3은 도 2의 화살표를 따라 안테나의 단면도를 도시한다.
도면들은 비율에 맞게 도시되어 있지 않다. 일반적으로, 동일한 컴포넌트는 도면에서 동일한 참조 번호로 지시된다.

도 1은 전기적 도전성 트랙(4)이 형성된 지지 기판(2)을 포함하는 평면 RFID 안테나의 제1 실시예를 도시한다. 본 발명의 문맥에서, 기판(2)은 수지 바인더에 분산된 (자기 페라이트의 분말 또는 조각과 같은) 자기 입자를 포함하는 자기 연성 시트로 이루어진다. 이러한 페라이트 시트의 일례는 Alps Electric Co., LTD.에 의해 판매되는 Liqualloy⁽ ^TM ⁾ 연성 필름이다. 이러한 타입의 페라이트 시트는 또한 예를 들면, 일본 페라이트 재료 공급자들과 같은 페라이트 재료 공급자들에 의해 용이하게 구할 수 있다.

도전성 트랙은 페라이트 시트의 제1 주표면 상에 직접적으로 형성되어, 도전성 트랙이 제1 주표면에 평행한 평면에서 연장된다. 도전성 트랙은 예를 들어 구리로 이루어져 있다. 도 1에서 볼 수 있듯, 안테나 트랙은 나선형의 형태로 복수의 권선(여기서는 4개의 권선이 있음)을 포함한다. 외부 권선은 전기 브릿지를 통해 내부 권선의 접속단에 접속되는 접속단을 포함한다.

본 발명의 문맥에서, "형성한다"는 동사 및 동사의 활용은 아래 리스트된 포괄적이지 않은(non-exhaustive) 방법들을 포함한다:

ㆍ예컨대, 포토 레지스트 수지로 도전성 박막(foil)의 선택적 마스킹 후에 도전성 박막의 적층(lamination) 및 도전성 박막의 선택적 화학 에칭;

ㆍ기계적 스탬핑에 의해 이미 패터닝된 도전성 박막의 적층;

ㆍ전기적 도전성 잉크의 스크린 또는 그라비어(gravure) 또는 잉크젯 또는 오프셋 프린팅;

ㆍ자기 시트의 제1 표면 상에 도전성 와이어를 배치;

ㆍ전기적 도전성 입자들의 화학 기상 증착(vapour deposition).

제작 관점으로부터, 이 방법은, 높은 생산율을 가능하게 하는 릴-투-릴(reel-to-reel) 프로세스를 통해 수행될 수 있도록 유리하게 선택될 수 있다. 릴-투-릴 구현에 특히 적응된 방법들은 상기 언급된 처음 세 개의 방법들이다.

안테나 트랙은 그의 공진 주파수가 예를 들어 NFC 사양을 만족시키도록 13.56 MHz의 범위에 있게 설계될 수 있다. 인덕턴스를 튜닝하기 위해, 두 인접 권선들 사이의 간격차 및/또는 각각의 권선의 폭 및/또는 권선들의 수를 변경할 수 있다.

도 2는 안테나의 제2 실시예를 나타내고, 안테나의 도전성 트랙의 두 접속단이 브릿지되지 않았다는 점에서 제1 실시예와 상이하다.

도 2의 A-A 라인에서의 단면도인 도 3을 참조하면, 두 개의 블라인드 홀을 포함하고 두 개의 안테나 접속단들의 레벨에 위치한 구리 페라이트 적층체가 제공되어 있다는 것을 관찰할 수 있다. 이들 블라인드 홀은 안테나를 디바이스에 전기적으로 접속시키기 위한 용이한 액세스를 제공한다. 안테나 접속단들은 디바이스와 신뢰성있는 전기 접속을 얻기 위해 기계적으로 엠보싱(embossing)될 수 있다.

이제 제2 실시예에 따른 안테나를 제작하기 위한 바람직한 프로세스가 기술될 것이다.

프로세스는

a) 페라이트 시트를 제공하는 단계;

b) 페라이트 시트의 제1 표면 상에 접착층을 도포하는 단계;

c) 페라이트 시트에 두 개의 쓰루홀들을 펀칭(punching)하는 단계;

d) 구리 박막을 접착층에 적층하는 단계;

e) 안테나 패턴을 정의하기 위해 마스킹 재료로 구리층을 마스킹하는 단계;

f) 구리 박막의 마스킹되지 않은 영역을 제거하는 단계;

g) 구리 트랙을 노출하기 위해 마스킹 재료를 제거하는 단계

를 포함한다.

선택적으로, 단계 g) 후에, 노출된 구리 트랙 및 블라인드 홀의 하부면 상에 추가 플레이팅, 예를 들어, 니켈 및 금 코팅 단계로 진행할 수 있고; 대안적으로, 부식 방지를 위해 안테나 트랙의 패시베이션 단계를 수행할 수 있다.

대안적으로, 단계 b) 및 d) 내지 g)는 예컨대, 참조로서 포함된 미국 특허 7,060,418에 기술된 바와 같이 프린팅 기법들로 대체될 수 있다.

이후에 출원인은 도 4에 개략적으로 도시된 바와 같이 계층 구조를 갖는 150 내지 200㎛ 사이 범위의 두께를 갖는 안테나를 얻는데 성공했다.

블라인드 홀을 갖는 소위 단면형(single-sided) 계층 구조는 페라이트 시트, 페라이트 시트의 제1 표면 상부의 접착층, 및 최종적으로 적층된 구리층을 포함한다. 일반적으로, 페라이트 시트, 접착층, 및 도전성 트랙의 두께는 각각 약 100㎛, 20㎛, 및 35㎛이다.

선택적으로, 자기 재료의 제2 시트는 상술된 복합 자기 시트의 제2 표면, 즉, 도전성 트랙이 형성되어 있거나 또는 형성될 표면에 대한 제1 자기 시트의 반대 표면에 위치한다.

본 발명의 이러한 실시예에서, 제1 시트 및 제2 시트를 위해 두 가지 타입의 페라이트 재료가 사용된다.

제1 시트는 5 H/m보다 낮은 투자율(permeability)의 허수 부분(μ'')의 값으로 바람직하게 선택된다. "낮은"은 "이하"로서 이해될 것이다. 일반적으로 고분자 기반인 이러한 복합 페라이트 재료의 낮은 값의 μ''로 인해, 이 제1 자기 시트는 낮은 투자율의 실수 부분(μ')의 값, 즉, 40과 50 H/m 사이인 값을 일반적으로 가질 것이다.

이러한 낮은 값의 μ''는 최종적으로 구현된 안테나의 저항 손실을 최소화할 수 있다.

페라이트 재료의 제2 시트는 높은 값의 μ', 즉, 100 H/m보다 더 높은 값으로 선택된다. "더 높은"은 "이상"으로서 이해될 것이다. μ''의 값의 선택은 중요하지 않다.

이러한 높은 값의 μ'을 갖는 페라이트 재료의 제2 시트는 개선된 품질 팩터(Q)를 갖는 안테나를 얻을 수 있게 한다.

이러한 제2 자기 시트는 자기 입자들 및 합성 수지를 포함하는 복합 재료, 소결(sintered) 타입의 자기 재료로 이루어질 수 있거나, 또는 평면의 페라이트 시트가 될 수 있다.

이러한 제1 및 제2 자기 시트들의 조합을 사용함으로써, 얻어진 안테나는 감소된 저항 손실 및 품질 팩터(Q)에 대해 특히 우수한 습성을 갖는다.

이러한 제1 및 제2 자기 시트들은 예를 들면, 일본 페라이트 재료 공급자들과 같은 페라이트 재료 공급자들에 의해 특히 용이하게 구할 수 있다.

공지된 안테나 구조에서, 계층 구조는 일반적으로

ㆍ유전체 기판(예컨대, 에폭시 유리 또는 PET 또는 폴리이미드(polyimide));

ㆍ유전체 기판의 제1 표면에 형성된 전기적 도전성 트랙들;

ㆍ유전성 기판의 반대측 제2 표면 상에 적층된 페라이트 시트

를 포함한다.

공지된 안테나 구조의 주요 제약들은 총 두께가 크고 안테나의 도전성 트랙들과 페라이트 시트 사이의 거리가 멀다는 것이다.

기술된 실시예들이 단면형 안테나에 관한 것이지만, 통상의 기술자는 상술된 방법에 따라 도전성 홀을 포함하는 양면형(double-sided) 안테나를 생산하는 것도 또한 가능하다는 것을 상정할 수 있다.

Claims

안테나를 제작하는 방법으로서,
자기 입자들 및 합성 수지를 포함하는 복합 재료로 이루어진 자기 시트를 제공하는 단계 - 상기 자기 시트는 제1 표면을 가짐 - ;
상기 자기 시트의 제1 표면 상에 적어도 하나의 권선을 갖는 전기적 도전성 안테나 트랙을 직접적으로 형성하는 단계
를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 도전성 안테나 트랙을 형성하는 단계는
상기 도전층을 상기 제1 표면에 접착하기 위해 상기 제1 표면 상에 전기적 도전층을 도포하는 단계;
상기 도전층을 선택적으로 보호하기 위해 상기 전기적 도전층 상에 마스킹 패턴을 도포하는 단계;
비보호된 도전층을 제거하기 위해 상기 전기적 도전층을 화학적으로 에칭하는 단계; 및
상기 도전성 트랙을 노출시키기 위해 상기 마스킹 패턴을 제거하는 단계
를 포함하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 노출된 도전성 트랙을 플레이팅(plating)하거나 또는 패시베이팅(passivating)하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 안테나 트랙을 형성하는 단계는
상기 패터닝된 도전층을 상기 제1 표면에 접착하기 위해 상기 제1 표면 상에 전기적으로 도전성인 패터닝된 층을 도포하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기적 도전층은 구리, 은, 알루미늄, 팔라듐, 및 그라파이트(graphite)로부터 선택되는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도전층의 도포는 상기 페라이트 시트의 제1 표면 상에 상기 도전층을 적층함으로써 수행되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 도전성 안테나 트랙을 형성하는 단계는
상기 도전성 안테나 트랙을 제공하기 위해 전기적 도전성 잉크를 도포하는 단계를 포함하는 방법.
제7항에 있어서,
회로 트랙 패턴을 전기적 도전성 코팅으로 플레이팅하는 단계를 더 포함하는 방법.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 도전성 잉크는 스크린 또는 그라비어(gravure) 또는 잉크젯 또는 오프셋 프린팅에 의해 도포되는 방법.
제1항에 있어서,
상기 도전성 안테나 트랙을 형성하는 단계는 상기 자기 시트의 제1 표면 상에 금속성 와이어를 장착하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
자기 입자들 및 합성 수지를 포함하는 복합 재료로 이루어진 상기 자기 시트의 제2 표면 상에 제2 자기 시트를 배치하는 단계를 포함하고, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대향하고, 자기 입자들 및 합성 수지를 포함하는 복합 재료로 이루어진 상기 자기 시트는 5 H/m보다 낮은 허수 부분(μ'')의 값을 갖는 투자율(permeability)을 갖고, 상기 제2 자기 시트는 100 H/m보다 높은 실수 부분(μ')을 갖는 투자율을 갖는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항을 따르는 프로세스에 의해 얻을 수 있는 안테나.