KR20230100599A - 고무에 내장하는 ｒｆｉｄ 태그 모듈 - Google Patents

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김상오
양승호
최예찬
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류길수
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Abstract

본 발명은 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈에 관한 것으로, IC 칩(120)과 안테나 패턴(130)을 포함하는 RFID 태그(100)와 상기 IC 칩(120) 근처에 적어도 하나 이상 형성되며 상기 IC 칩(120)에 가해지는 응력을 감소하는 요입슬롯(135)을 포함한다. 본 발명은 IC 칩 근처에 요입슬롯이 형성되므로 고속주행 등으로 인해 RFID 태그에 비틀림 응력이 가해지더라도 IC 칩에 응력이 집중되는 것을 방지하여 IC 칩의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

고무에 내장하는 ＲＦＩＤ 태그 모듈{RFID tag module mounted on rubber}
본 발명은 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 내부벽과 같은 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈에 관한 것이다.
자동차 타이어는 차체의 무게를 지탱하고 지면에 직접 닿으므로 주행 안정성과 직결된다. 자동차의 성능을 제대로 발휘하기 위해서는 계절별 적합한 타이어를 장착하는 것이 좋으며, 여름철에는 여름용 타이어를 겨울에는 겨울용 타이어를 장착하는 것이 좋다.
여름용 타이어는 마른 노면에서 접지력이 우수하여 봄, 여름, 가을에 주로 사용한다. 여름용 타이어는 노면에 효과적인 밀착을 위해 부드러운 고무 소재를 사용하여 승차감과 주행성능이 우수하다. 하지만 겨울에는 타이어 고무가 딱딱해지기 때문에 성능이 떨어진다.
겨울용 타이어는 수많은 커프(미세한 홈)을 삽입해 마찰력을 높이고 그루브(타이어 홈)의 배수 성능도 높여 눈이나 얼음이 녹아 타이어와 도로 사이에 형성되는 수막현상을 막는다. 이러한 겨울용 타이어는 차가운 아스팔트 노면과 눈길에서 안정적인 성능을 발휘한다.
유럽의 경우, 여름에는 여름용 타이어를 겨울에는 겨울용 타이어로 교환하여 장착하는 것이 필수이다.
여름용 타이어와 겨울용 타이어는 육안으로 구분하기 쉽지 않으므로 계절에 맞는 타이어를 정확하게 장착할 수 있도록, 타이어 내부벽에 점착제를 이용하여 RFID 태그를 부착하고 리더기로 RFID 태그를 센싱하여 여름용과 겨울용을 구분하고 있다.
또는, 타이어 생산 및 운송 공정에서 타이어가 이송벨트를 지나갈 때 리더기가 타이어에 부착된 RFID 태그를 센싱하여 여름용 타이어와 겨울용 타이어를 구분하여 포장하고 운송할 수 있도록 하고 있다.
그런데, 종래에는 타이어의 내부벽에 FPCB RFID 태그를 점착제를 이용하여 부착하는 테이프(Tape) 방식이므로, 점착제와 타이어의 부착력이 약해 잘 떨어지는 문제점이 있다.
이를 해결하기 위한 대안으로 FR4 재질의 PCB에 IC를 실장하고 양측에 스프링 와이어 안테나를 납땜한 구조의 RFID 태그를 제조하고, 제조한 RFID 태그를 BR 고무(합성 고무)로 감싸고, BR 고무로 감싼 RFID 태그를 타이어 두께의 중간 부분에 삽입하는 방식이 적용되고 있다.
그러나, 스프링 와이어 안테나를 적용한 RFID 태그의 경우 와이어 패턴과 와이어 패턴 사이의 공간에 틈이 많아 기포가 많이 발생되며, 고온상태가 되면 기포가 팽창되어 타이어가 손상될 수 있고, 와이어 안테나 재질이 금속(예, SUS)이기 때문에 BR 고무와 접착력이 약한 문제점이 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 공개된　종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
등록특허공보 제2190389호(2020.12.07 등록)
본 발명의 목적은 RFID 태그의 트위스트시(비틀림시) IC 칩에 가해지는 응력을 감소시켜 RFID 태그의 손상을 방지함으로써 RFID 태그의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있는 RFID 태그 모듈을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 타이어와 같은 고무 재질의 내부에 삽입시 고무와의 결합성이 우수하고, 고무 재질과 일체화가 가능하며, 고무 재질에 손상을 주지 않도록 한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈은 IC 칩과 안테나 패턴을 포함하는 RFID 태그와 IC 칩 근처에 적어도 하나 이상 형성되어 IC 칩에 가해지는 응력을 감소하는 요입슬롯을 포함한다.
RFID 태그는 유전체로 형성되며, IC 칩이 실장되는 태그 본체를 포함하고, 요입슬롯은 IC 칩의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에서 태그 본체의 일부가 요입되어 형성될 수 있다.
요입슬롯은 반원형, 사각형, 삼각형, 다각형 형상 중 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
요입슬롯은 IC 칩의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에 대칭되게 형성될 수 있다.
유전체는 FR-4 PCB 또는 FPCB로 이루어질 수 있다.
RFID 태그는 유전체로 형성되며, IC 칩이 실장되고 안테나 패턴이 형성되는 태그 본체를 포함하고, 안테나 패턴은 태그 본체의 내부에 제1 방향을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 IC 칩의 일측에 연결되는 제1 안테나 패턴과 태그 본체의 내부에 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 IC 칩의 타측에 연결되는 제2 안테나 패턴을 포함할 수 있다.
안테나 패턴은 태그 본체의 상면에 형성된 복수의 상부 도체 패턴과 태그 본체의 하면에 형성된 복수의 하부 도체 패턴과 태그 본체에 관통 형성되며 상기 복수의 각 상부 도체 패턴과 상기 복수의 각 하부 도체 패턴을 연결하여 상기 태그 본체의 내부에 나선형의 입체형 헬리컬 안테나 패턴을 형성하는 복수의 비아홀을 포함할 수 있다.
RFID 태그에 부착되어 상기 RFID 태그 전체를 감싸는 고무 토핑을 더 포함할 수 있다.
RFID 태그 전체를 감싸는 고무 토핑은 가류공정에서 타이어의 사이드 웰(side wall)에 토핑될 수 있다.
RFID 태그는 안테나 패턴을 형성하는 패턴과 패턴의 사이에 관통 형성되는 하나 이상의 관통홀을 포함할 수 있다.
관통홀에는 토핑시 용융된 고무 토핑이 채워져 RFID 태그의 상부의 고무 토핑과 하부의 고무 토핑을 연결한다.
관통홀의 직경은 0.5mm보다 크고 3mm보다 작다.
고무 토핑의 크기는 RFID 태그에 비해 크기가 큰 것이 바람직하다.
고무 토핑은 천연고무, SBR, MBR, CR, EPDM 중 적어도 하나 또는 이들의 혼합물질로 이루어질 수 있다.
RFID 태그과 고무 토핑의 사이에 에폭시층이 배치될 수 있다.
RFID 태그와 고무 토핑 사이에 액상의 프라이머(Primer)가 도포되어 형성된 프라이머층이 배치될 수 있다.
RFID 태그와 고무 토핑 사이에 액상의 고무(Rubber)가 도포되어 형성된 고무층이 배치될 수 있다.
본 발명의 RFID 태그 모듈은 RFID 태그 전체를 고무 토핑이 감싼 구조로 되므로, 가류공정에서 타이어의 사이드 웰(side wall)에 결합성이 우수하고 사이드 웰을 구성하는 고무 재질과 일체화되어 타이어의 고무 재질에 손상을 주지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈은 RFID 태그와 고무 토핑의 사이에 에폭시층이 포함되므로, 가류공정에서 RFID 태그와 고무 토핑과의 결합력을 높여 RFID 태그가 타이어에 내장된 상태가 안정적으로 유지되게 하여 RFID 태그의 동작 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈은 유전체 상에 형성된 도체 패턴과 비아홀을 연결하여 입체형 헬리컬 형태의 안테나 패턴을 형성하므로 제한된 유전체 면적 상에 최대한의 안테나 길이를 확보할 수 있다. 따라서 본 발명은 초소형 구조로 제작 가능하고 이는 타이어의 외형 및 기능상에 영향을 미치지 않으며 특히, 고유전율의 특성을 가지는 타이어에 부착되어도 일정한 거리에서 안정적인 동작이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈은 IC 칩(120)의 양측 전후 방향에 해당하는 위치의 태그 본체에 요입슬롯이 형성되므로 RFID 태그의 트위스트시 IC 칩에 가해지는 응력을 감소시켜 RFID 태그의 손상을 방지함으로써 RFID 태그의 동작 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈은 안테나 패턴과 안테나 패턴의 사이에 해당하는 위치의 태그 본체에 관통홀이 형성되고, 관통홀에는 가류공정에서 고무 토핑이 채워져 RFID 태그의 상부의 고무 토핑과 하부의 고무 토핑을 연결하여 내구성을 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈은 RFID 태그와 고무 토핑 사이에 액상의 프라이머(Primer)가 도포되어 형성된 프라이머층 또는 액상의 고무(Rubber)가 도포되어 형성된 고무층을 배치하거나, 액상의 프라이머 및 액상의 고무가 순차적으로 도포되어 형성된 프라이머층 및 고무층을 적층 형성함으로써, RFID 태그와 고무 토핑 간의 결합력을 향상시킬 수 있으며, RFID 태그 모듈이 타이어 내부에 내장된 상태가 안정적으로 유지되게 하여 RFID 태그의 동작 신뢰성을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 RFID 태그를 보인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 RFID 태그의 안테나 패턴 형상을 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈의 제조방법을 보인 과정도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 보인 사시도이다.
도 6은 도 5의 제1 변형예를 보인 부분 사시도이다.
도 7은 도 5의 제2 변형예를 보인 부분 사시도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 타이어의 사이드 웰에 몰딩하는 과정을 보인 과정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 보인 사시도이다.
도 1에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈(이하, RFID 태그 모듈)(10)은 RFID 태그(100), 에폭시층(210) 및 고무 토핑(220)을 포함한다.
에폭시층(210)은 RFID 태그(100)에 코팅되고, 고무 토핑(220)은 에폭시층(210)이 코팅된 RFID 태그(100)에 부착되어 에폭시층(210)이 코팅된 RFID 태그(200) 전체를 감싼다. 즉, RFID 태그 모듈(10)은 RFID 태그(100) 전체에 에폭시층(210)이 코팅되고, 에폭시층(210)이 코팅된 RFID 태그(200) 전체를 고무 토핑(220)이 감싼 형상으로 된다.
에폭시층(210)은 RFID 태그(100)에 에폭시를 코팅하여 형성한다. 에폭시층(210)은 RFID 태그(100)와 고무 토핑(220)과의 결합력을 높이기 위한 것이다. 에폭시층(210)을 형성하는 에폭시는 열경화성 에폭시 수지가 사용될 수 있다. 열경화성 에폭시 수지는 점착성이 있어 고무 토핑(220)과 RFID 태그(100)와의 결합력을 높이며, 열에 대한 내구성이 우수하여 고열작업에 사용이 용이하며, 내열성과 내화학성이 우수하다.
RFID 태그(100)와 고무 토핑(220)과의 결합력을 높이기 위한 또 다른 방안으로, RFID 태그(100)에 상기 에폭시층(210) 대신에 액상의 프라이머(Primer)를 도포(또는 코팅)한 프라이머층이 형성될 수 있다. 프라이머층은 접착증진제 성분을 포함할 수 있으며, RFID 태그(100) 표면에 접착층 도막을 형성하여 RFID 태그(100)와 고무 토핑(220) 간의 결합력을 증대시키고, RFID 태그(100) 표면을 부식이나 물리적인 충격으로부터 보호할 수 있다.
또는, RFID 태그(100)에 상기 에폭시층(210) 대신에 액상의 고무(Rubber)를 도포(또는 코팅)한 고무층이 형성될 수도 있다. 고무층은 고무 토핑(220)과 동일한 재질로 형성되기 때문에 고무 토핑(220)과 결합시 이질감이 없이 높은 결합력을 제공할 수 있다.
또는, RFID 태그(100)에 액상의 프라이머 및 액상의 고무가 순차적으로 도포된 프라이머층 및 고무층을 함께 적층 형성할 수도 있다. 이 경우 프라이머층은 RFID 태그(100)와 고무층 간의 결합력을 증대시켜, 결과적으로 RFID 태그(100)와 고무 토핑(220) 간의 결합력을 증대시킨다.
이와 같이, RFID 태그(100)와 고무 토핑(220) 사이에 프라이머층 및(또는) 고무층을 형성함으로써 RFID 태그(100) 표면을 부식이나 물리적인 충격으로부터 보호하고 RFID 태그(100)와 고무 토핑(220) 간의 결합력을 증대시켜 RFID 태그 모듈이 타이어 내부에 내장된 상태가 안정적으로 유지되도록 함으로써 RFID 태그의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
고무 토핑(220)은 RFID 태그(100)를 절연 및 보호하고, RFID 태그(100)를 타이어와 같은 고무에 내장시 고무와 결합성을 향상시키기 위한 것이다. 또한, 고무 토핑(220)은 RFID 태그(100)를 타이어와 같은 고무재질의 내부에 삽입하기 용이하도록 한다. 일 예로, RFID 태그(100) 전체를 감싸는 고무 토핑(220)은 가류공정에서 타이어의 사이드 웰(side wall)에 토핑된다. 토핑은 고무 토핑(220)이 가류공정에서 타이어의 사이드 웰을 형성하는 고무층과 일체로 몰딩됨을 의미한다. 타이어의 사이드 웰은 트레드(접지면)와 비드 사이의 타이어 옆 부분을 의미하며, 두꺼운 고무층으로 이루어져 있다.
타이어의 사이드 웰은 고무층으로 이루어져 있어 고무 토핑(220)의 몰딩이 용이하고 전파특성에 영향을 주지 않으므로 태그의 인식이 용이한 위치이다. 또한, 타이어의 사이드 웰은 RFID 태그가 장착된 타이어가 고속으로 주행시 RFID 태그로 인한 타이어의 변형이나 파손이 없는 위치이다.
고무 토핑(220)의 크기는 RFID 태그에 비해 크기가 큰 것이 바람직하다. 이는 고무 토핑(220)이 RFID 태그(100) 전체를 감싸 보호할 수 있고, 고무에 내장시 고무와 결합성을 향상시키기 위함이다.
고무 토핑(220)은 천연고무(NR), SBR, MBR, CR, EPDM 중 적어도 하나 또는 이들의 혼합물질로 이루어질 수 있다. 일 예로, 타이어는 천연고무(NR), SBR, MBR, CR, EPDM 등의 합성고무를 사용하기 때문에 고무 토핑(220)도 타이어의 주 원료인 천연고무(NR), SBR, MBR, CR, EPDM 등의 합성고무를 사용하여 타이어와의 결합성이 좋아지게 할 수 있다.
고무 토핑(220)을 대신하여 RFID 태그(100)를 다양한 비전도성 폴리머로 감쌀 수 있다. 일 예로 RFID 태그(100)를 점착제가 포함된 비전도성 폴리머로 감싼 후, 가류공정을 이용하여 비전도성 폴리머를 녹여 고무와 결합하게 함으로써, RFID 태그(100)를 고무에 내장할 수 있다. 그러나 실시예와 같이 RFID 태그(100)를 타이어에 내장하는 경우 타이어와 동일한 재질의 고무 토핑(220)으로 RFID 태그(100)를 감싸는 것이 결합력 향상에 효과적이다.
실시예에서 RFID 태그(100)는 폭 3mm까지 좁게 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 RFID 태그를 보인 사시도이다.
도 2에 도시된 바에 의하면, RFID 태그(100)는 태그 본체(110), IC 칩(120), 안테나 패턴(130)을 포함한다. RFID 태그(100)는 비접촉형 IC 카드와 같은 주파수 대역을 사용하고, 무전원을 전재한 전자 유도형으로 통신하며 통신거리는 수십 cm일 수 있다. RFID(Radio Frequency Identification) 태그(100)는 무선 주파수 인식 태그이다.
태그 본체(110)는 유전체로 형성된다. 유전체는 FR-4 PCB 또는 FPCB로 이루어질 수 있다. FR-4 PCB 또는 FPCB는 공기 대비 고유전체이다. FR4 PCB 또는 FPCB의 유전율(Dk)을 2~4.4이다.
태그 본체(110)는 폭에 비해 길이가 긴 형상 띠 형상으로 형성된다. 태그 본체(110)의 두께는 0.2T~0.8T(mm)일 수 있으며, 바람직하게는 0.4T일 수 있다. 태그 본체(110)의 폭은 3mm 이하일 수 있다. 즉, RFID 태그(100)는 타이어의 고무를 손상시키지 않는 최소한의 폭, 두께 및 길이로 형성한다. 또한, 타이어의 고무에 RFID 태그(100)가 내장되어도 타이어의 외형 및 기능상에 영향을 미치지 않도록 초소형으로 구조로 형성한다.
IC 칩(120)은 태그 본체(110)의 상면 중앙에 실장된다. IC 칩(120)은 태그 본체(110)에 플립칩(flip chip) 형태로 실장될 수 있다. IC 칩(120)은 태그 본체(110)에 플립칩 형태로 실장되면 와이어 본딩이 생략되어 납땜이 필요없게 되므로 제조 공정이 간편해지고, IC 칩(120)과 안테나 패턴(130)의 연결부위를 도체 패턴으로 연결하여 IC 칩(120)과 안테나 패턴의 연결부위의 접속 신뢰성을 높일 수 있다.
안테나 패턴(130)은 제한된 태그 본체(110) 상에 최대한의 안테나 길이를 확보하기 위해 좌우 대칭의 입체형 헬리컬 형태(Helical Type) 안테나로 제조한다.
안테나 패턴(130)은 제1 안테나 패턴(130a)과 제2 안테나 패턴(130b)을 포함한다. 제1 안테나 패턴(130a)은 태그 본체(110)의 내부에 제1 방향(도면상 좌측 방향)을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 IC 칩(120)의 일측에 연결된다. 제2 안테나 패턴(130b)은 태그 본체(110)의 내부에 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향(도면상 우측 방향)을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 IC 칩(120)의 타측에 연결된다.
제1 안테나 패턴(130a)은 복수의 상부 도체 패턴(131)과 복수의 하부 도체 패턴(132)과 비아홀(133)을 포함한다. 제1 안테나 패턴(130a)의 상부 도체 패턴(131)은 태그 본체(110)의 상면에 형성되고, 하부 도체 패턴(132)은 태그 본체(110)의 하면에 형성된다. 제1 안테나 패턴(130a)의 비아홀(133)은 태그 본체(110)에 관통 형성되며, 복수의 각 상부 도체 패턴(131)과 복수의 각 하부 도체 패턴(132)을 연결하여 태그 본체(110)의 내부에 나선형의 헬리컬 안테나 패턴을 형성한다.
제2 안테나 패턴(130b)은 복수의 상부 도체 패턴(131)과 복수의 하부 도체 패턴(132)과 비아홀(133)을 포함한다. 제2 안테나 패턴(130b)의 상부 도체 패턴(131)은 태그 본체(110)의 상면에 형성되고, 하부 도체 패턴(132)은 태그 본체(110)의 하면에 형성된다. 제2 안테나 패턴(130b)의 비아홀(133)은 태그 본체(110)에 관통 형성되며, 복수의 각 상부 도체 패턴(131)과 복수의 각 하부 도체 패턴(132)을 연결하여 태그 본체(110)의 내부에 입체형 나선형의 헬리컬 안테나 패턴을 형성한다.
태그 본체(110)의 내부에 입체형 헬리컬 안테나 패턴을 형성하면, 평면에 지그재그 형태의 패턴을 형성하는 경우 대비 태그 본체(110)의 폭을 줄일 수 있는 이점이 있다. 평면에 지그재그 형태의 패턴을 형성하는 경우 제한된 면적에 안테나 길이를 확보하기 위해 태그 본체(110)의 폭이 실시예에 비해 더 커져야 한다. 실험 결과, 태그 본체(110)에 입체형 헬리컬 안테나 패턴을 형성하는 경우 태그 본체(110)의 폭을 3mm로 형성 가능하나, 칩이 실장되는 면에 지그재그 형태의 패턴을 형성하면 태그 본체의 폭을 5mm~10mm 정도 확보해야 한다.
제1 안테나 패턴(130a)과 제2 안테나 패턴(130b)을 형성하는 상부 도체 패턴(131)과 하부 도체 패턴(132)은 태그 본체(110)의 상면과 하면에 동박을 부착하고 에칭하여 형성할 수도 있고, 태그 본체(110)의 상면과 하면에 시드층과 도금층을 형성한 다음 에칭하여 형성할 수도 있다. 태그 본체(110)의 상면과 하면에 스퍼터링에 의해 시드층을 형성하고 시드층 상에 동도금하여 도금층을 형성한 다음 에칭하여 상부 도체 패턴(131)과 하부 도체 패턴(132)을 형성하면 태그 본체(110)에 대한 상부 도체 패턴(131)과 하부 도체 패턴(132)의 접합성이 더 좋아진다. 제1 안테나 패턴(130a)과 제2 안테나 패턴(130b)의 비아홀(133)에는 연결도금층이 형성되어 상부 도체 패턴(131)과 하부 도체 패턴(132)을 연결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 RFID 태그의 안테나 패턴 형상을 보인 사시도이다.
도 3에 도시된 바에 의하면, 안테나 패턴(130)은 IC 칩(120)을 중심으로 좌측에 제1 안테나 패턴(130a)이 형성되고 우측에 제2 안테나 패턴(130b)이 형성된다. 제1 안테나 패턴(130a)과 제2 안테나 패턴(130b)은 입체형 헬리컬 형태 안테나를 형성하여 제한된 크기 내에서 최대한의 안테나 길이를 확보한다. 이는 제한된 크기 내에서 필요로 하는 최대 주파수 특성을 얻을 수 있도록 한다. IC 칩(120)과 제1 안테나 패턴(130a)의 연결부위 및 IC 칩(120)과 제2 안테나 패턴(130b)의 연결부위는 좌우 대칭형이고 도체 패턴으로 연결된다. RFID 태그(100)의 안테나의 길이 확보는 고유전율의 특성을 가지는 타이어에 부착되어도 일정한 거리에서 동작이 가능하도록 하기 위함이다.
상기한 본 발명의 안테나 패턴(130)은 스프링 와이어 안테나를 포함하지 않으므로, 타이어의 사이드 웰에 내장되었을 때 타이어의 구조에 결함이나 문제를 일으키지 않으며, 고속주행시에도 안테나 패턴이 끊어지거나 IC 칩(120)과 안테나 패턴의 연결부위가 끊어지는 문제가 발생하지 않는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈의 제조방법을 보인 과정도이다.
도 4에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 실시예에 의한 RFID 태그 모듈의 제조방법은 RFID 태그(100)를 제조하는 단계(S1)와, RFID 태그(100)의 외면에 에폭시층(210)을 형성하는 단계(S2)와, 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(100)의 상부와 하부에 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 배치하는 단계(S3)와, 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 부착하여 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(100) 전체를 고무 토핑(220)으로 감싸는 단계(S4)를 포함한다.
RFID 태그(100)를 제조하는 단계(S1)는 FR-4 PCB 또는 FPCB로 이루어지는 태그 본체(110)에 IC 칩(120)을 실장하고, 태그 본체(110)에 형성한 복수의 상부 도체 패턴(131)과 복수의 하부 도체 패턴(132)을 비아홀(133)로 연결한 헬리컬 안테나 패턴을 구현한 RFID 태그(100)로 제조한다.
태그 본체(110)는 폭에 비해 길이가 긴 형상으로 형성된 것을 준비하고, RFID 태그(100)는 폭이 약 3mm가 되도록 제조할 수 있다. 비아홀(133)의 직경은 0.1mm로 형성할 수 있다. 상부 도체 패턴(131)과 하부 도체 패턴(132)의 폭은 비아홀(133)의 직경과 같거나 상대적으로 클 수 있다.
RFID 태그(100)의 외면에 에폭시층(210)을 형성하는 단계(S2)는 RFID 태그(100)의 외면 전체에 에폭시를 코팅하여 에폭시층(210)을 형성한다. 에폭시층(210)은 RFID 태그(100)의 전체면에 열경화성 에폭시 수지를 도포하여 형성될 수 있다.
여기서, 상기 RFID 태그(100)의 외면에 에폭시층(210)을 형성하는 단계(S2)는 상기 에폭시층(210) 대신에 RFID 태그(100)의 외면에 액상의 프라이머(Primer)를 도포(또는 코팅)하여 프라이머층을 형성하거나, RFID 태그(100)의 외면에 액상의 고무(Rubber)를 도포(또는 코팅)하여 고무층을 형성하는 단계로 대체될 수 있다. 또는, RFID 태그(100) 외면에 액상의 프라이머와 액상의 고무를 순차적으로 도포하여 프라이머층 및 고무층을 순차적으로 적층 형성하는 단계로 대체될 수도 있다.
일예로, RFID 태그(100) 외면에 액상의 프라이머와 액상의 고무를 순차적으로 도포하여 프라이머층 및 고무층을 적층 형성하는 경우,
먼저, 액상의 프라이머가 도포될 RFID 태그(100) 외면을 세척기를 이용하여 세척한 후 건조기를 이용하여 일정시간 동안 건조시킨다. 이때, 세척용액으로는 MEK, ACETONE 용액이 사용될 수 있으며, 세척완료 후 건조기에서 60℃ 이상의 온도로 3분 동안 건조시킬 수 있다.
다음으로, 세척 및 건조 완료된 RFID 태그(100) 외면에 액상의 프라이머를 도포한 후 건조기로 건조시켜 RFID 태그(100) 외면에 프라이머층을 형성시킨다. 이 경우 액상의 프라이머를 스프레이 또는 디핑(dipping) 설비를 사용하여 RFID 태그(100) 표면에 12~25㎛의 두께로 도포한 후, 프라이머가 도포된 RFID 태그(100)를 60~80℃ 온도에서 10분 이상 건조시킬 수 있다.
이어서, 프라이머가 도포된 RFID 태그(100) 외면에 액상의 고무용액(Rubber Solution)을 스프레이 또는 디핑(dipping) 설비를 사용하여 12~25㎛의 두께로 도포한 후, 고무용액이 도포된 RFID 태그(100)를 80~100℃ 온도에서 24시간 건조시킨다.
다음으로, 액상의 프라이머 및 고무용액이 순차적으로 도포된 후 건조 과정을 마친 RFID 태그를 커팅기(예를 들어, 레이저 커팅기)를 사용하여 커팅(cutting)함으로써, 표면에 프라이머층 및 고무층이 순차적으로 적층 형성된 RFID 태그(100)를 제조할 수 있다.
한편, 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(200)의 상부와 하부에 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 배치하는 단계(S3)는, RFID 태그(100)에 비해 크기가 커 RFID 태그(100) 전체를 덮을 수 있는 크기의 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 배치한다. 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)은 크기가 동일한 평판 형상이다.
상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 부착하여 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(100) 전체를 고무 토핑(220)으로 감싸는 단계(S4)는 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(200)의 상면과 하면에 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)을 부착하고 소정의 압력과 열로 가압하여 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(100) 전체를 고무 토핑(220)이 감싸도록 할 수 있다.
이때, 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)의 대응되는 면에는 점착제가 포함되어 상부 고무 토핑(221)과 하부 고무 토핑(222)이 에폭시층(210)이 형성된 RFID 태그(100) 전체를 감싼 상태가 안정적으로 유지되게 할 수 있다.
또한, 상, 하부 고무 토핑(221,222)과 RFID 태그(100)의 사이에 배치된 에폭시층(210)이 고무 토핑(220)과 RFID 태그(100)의 접착력을 높여 RFID 태그(100) 전체를 감싼 상태가 안정적으로 유지되게 하고, 후술할 가류공정에서도 에폭시층(210)이 열에 의해 경화되면서 고무 토핑(220)과 RFID 태그(100)의 접착력을 더욱 높이는 역할을 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 보인 사시도이다.
도 5에 도시된 바에 의하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 RFID 태그 모듈(10-1)은 적어도 하나 이상의 요입슬롯(135)과 복수의 관통홀(137)을 더 포함하는 점에서 실시예와 차이가 있다.
요입슬롯(135)은 태그 본체(110)에 형성된다. 요입슬롯(135)은 태그 본체(110)에서 IC 칩(120)의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에 형성되어 IC 칩(120)에 응력이 집중되는 것을 방지한다. 요입슬롯(135)은 고속주행시 RFID 태그(100)의 비틀림 힘에 의해 IC 칩(120)에 가해지는 응력을 감소시켜 IC 칩(120)의 손상을 방지함으로써 RFID 태그(100)의 동작 신뢰성을 향상시킨다. 태그 본체(110)가 FR-4 재질로 형성되는 경우 FR-4 재질이 비틀림 응력을 견디지 못해 IC 칩(120)이 깨질 우려가 있다. 이를 방지하기 위해 IC 칩(120)의 근처에 해당하는 태그 본체(110)에 적어도 하나 이상의 요입슬롯(135)을 형성하여 IC 칩(120)에 가해지는 응력이 감소하도록 한다. 요입슬롯(135)은 IC칩(120)의 근처에 형성되어야 IC 칩(120)에 가해지는 응력을 감소시키고 IC 칩(120)의 손상을 방지할 수 있다.
일 예로, 요입슬롯(135)은 태그 본체(110)에서 IC 칩(120)의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에 최소 2개 이상이 형성될 수 있다. 요입슬롯(135)은 외부에서 내부로 함몰된 형상이고 반원형, 사각형, 삼각형, 다각형 형상 중 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 도 5의 다른 실시예의 요입슬롯(135)은 반원형 형상으로 형성된 것을 일 예로 한다.
또한, 요입슬롯(135)은 IC 칩(120)의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에 대칭되게 형성되어 IC 칩(120)에 가해지는 응력을 최소로 할 수 있다.
한편, 복수의 관통홀(137)은 태그 본체(110)에 형성된다. 복수의 각 관통홀(137)은 안테나 패턴과 안테나 패턴의 사이에 해당하는 위치의 태그 본체(110)에 관통 형성된다. 복수의 각 관통홀(137)에는 고무 토핑(220)이 채워져 RFID 태그(100)의 상부의 고무 토핑(220)과 하부의 고무 토핑(220)을 연결한다. 각 관통홀(137)에 채워지는 고무 토핑(220)은 가류공정에서 용융되고 각 관통홀(137)에 채워져 RFID 태그(100)의 상부의 고무 토핑(220)과 하부의 고무 토핑(220)을 연결하여 내구성을 개선한다.
안테나 패턴과 안테나 패턴의 사이에 형성되는 관통홀(137)의 직경은 0.5mm보다 크고 3mm보다 작은 한 개 이상으로 형성될 수 있다. 관통홀(137)의 직경은 0.5mm보다 작으면 고무 토핑(220)이 채워지기 어렵고, 3mm보다 크면 안테나 패턴 형상에 영향을 주므로 바람직하지 않다. 관통홀(137)의 형상은 반원형, 사각형, 삼각형, 다각형 형상 중 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 도 5의 다른 실시예의 관통홀(137)은 원형 형상으로 형성으로 형성된 것을 일 예로 한다.
도 6은 도 5의 제1 변형예를 보인 부분 사시도이고, 도 7은 도 5의 제2 변형예를 보인 부분 사시도이다.
도 6에 도시된 바에 의하면, 제1 변형예의 요입슬롯(135')은 삼각형 형상으로 형성으로 형성된 것을 일 예로 하고, 관통홀(137)은 원형 형상으로 형성으로 형성된 것을 일 예로 한다.
도 7에 도시된 바에 의하면, 제2 변형예의 요입슬롯(135")은 사각형 형상으로 형성된 것을 일 예로 하고, 관통홀(137')은 사각형 형상으로 형성된 것을 일 예로 한다. 사각형 형상의 관통홀(137')은 고무 토핑(220)과의 접촉면적을 넓혀 고무 토핑(220)과 RFID 태그(100)의 결합성을 높이고 내구성을 높인다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 의한 고무에 내장하는 RFID 태그 모듈을 타이어의 사이드 웰에 토핑하는 과정을 보인 과정도이다.
도 8 내지 도 10에 도시된 바에 의하면, RFID 태그 모듈(10)에서 에폭시층(210)이 코팅된 RFID 태그(200)를 감싸는 고무 토핑(220)은 가류공정에서 타이어의 사이드 웰(side wall)(w)에 토핑되고 일체화된다.
타이어(T)는 크게 정련-반제품(압출, 압연, 비드)-성형, 가류, 네 가지의 공정을 거쳐 완성된다. 성형 공정에서 타이어처럼 원통형으로 만들고, 열과 압력을 가하는 가류(Curing Process)공정을 통해 트레드가 생기고 타이어(T)가 완성된다.
도 8을 참조하면, 가류공정은 성형을 거친 유연한 타이어(T)를 상부몰드(1)와 하부몰드(3)의 사이에 넣고 열과 압력을 가하게 되며, 이 과정에서 사이드 웰(w)의 고무층에 RFID 태그(100)를 감싼 고무 토핑(220)이 용융되어 결합됨으로써, 고무층과 일체화된 몰딩 상태가 되고 견고한 결합이 가능해진다.
가류공정의 온도는 150~170도이고 가류시간은 20~30분일 수 있다.
도 9를 참조하면, 가류공정에서 타이어(T)의 사이드 웰(w)에 RFID 태그 모듈(10)을 안착시키고, 상부몰드(1)와 하부몰드(3)로 타이어(T)를 가압하면서 상부몰드(1)와 하부몰드(3)의 사이에 150~170도의 가열증기를 공급하여 20~30분 정도 가열한다. 그러면 RFID 태그 모듈(10)의 고무 토핑(220)이 용융되면서 타이어(T)의 사이드 웰(w)의 고무층과 일체화된다. 이 과정에서 RFID 태그 모듈(10)의 고무 토핑(220)의 재질과 타이어(T)의 사이드 웰(w)의 고무층의 재질이 동일한 재질로 형성되므로 결합력이 우수하고 일체화가 보다 용이하다.
도 10을 참조하면, RFID 태그 모듈(10)을 타이어(T)에 내장하면, 상부몰드(1)와 하부몰드(3)를 서로 이격시켜 상부몰드(1)와 하부몰드(3)에서 타이어(T)를 분리한다. 이와 같이 제조한 타이어(T)는 사이드 웰(w)에 RFID 태그(100)가 내장되어 일체화된 형상이 되므로 타이어(T)의 고무 재질에 손상을 주지 않으며, RFID 태그(100)와 고무 토핑(220)이 에폭시층(210)으로도 견고하게 결합되어 있어 고속주행시에도 손상이 방지되고 RFID 태그(100)의 동작 신뢰성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 RFID 태그 모듈(10)은 도체 패턴과 비아홀을 연결하여 안테나 패턴을 형성한 RFID 태그(100)를 적용하므로 종래의 스프링 안테나에 비해 생산이 용이하고 대량 생산이 가능하며 더 견고하며 일정한 품질 유지가 가능하다.
상술한 본 발명의 RFID 태그 모듈(10)은 타이어의 사이드 웰(side wall)에 토핑되어, 타이어의 사이드 웰(side wall)에 내장되며, RFID 리더기를 이용하여 접촉식 또는 비접촉식으로 이를 판독, 인식할 수 있다. 이는 여름용 타이어와 겨울용 타이어에 대한 이력관리와 유통관리 등에 적용될 수 있다.
또한, RFID 태그(100)는 0.2T~0.8T(mm) 정도, 폭 3mm까지 좁게 초소형 구조로 제작되므로 타이어의 외형 및 기능상이 영향을 미치지 않는다.
상술한 본 발명의 RFID 태그 모듈(10)은 가류공정에서 타이어(T)의 사이드 웰(side wall)에 일체화되고 내장되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 열과 압력을 가하여 용융되면서 몰딩에 의해 일체화되는 구조인 경우 다양한 고무재질 제품에 적용 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: RFID 태그 모듈 100: RFID 태그
110: 태그 본체 120: IC 칩
130: 안테나 패턴 130a: 제1 안테나 패턴
130b: 제2 안테나 패턴 131: 상부 도체 패턴
132: 하부 도체 패턴 133: 비아홀
135: 요입슬롯 137: 관통홀
200: 에폭시층이 코팅된 RFID 태그
210: 에폭시층 220: 고무 토핑
221: 상부 고무 토핑 222: 하부 고무 토핑

Claims (17)

  1. IC 칩과 안테나 패턴을 포함하는 RFID 태그; 및
    상기 IC 칩 근처에 적어도 하나 이상 형성되어 상기 IC 칩에 가해지는 응력을 감소하는 요입슬롯;
    을 포함하는 RFID 태그 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 RFID 태그는
    유전체로 형성되며, 상기 IC 칩이 실장되는 태그 본체를 포함하고,
    상기 요입슬롯은
    상기 IC 칩의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에서 상기 태그 본체의 일부가 요입되어 형성되는 RFID 태그 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 요입슬롯은 반원형, 사각형, 삼각형, 다각형 형상 중 하나의 형상으로 형성되는 RFID 태그 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 요입슬롯은
    상기 IC 칩의 양측 전후 방향에 해당하는 위치에 대칭되게 형성된 RFID 태그 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 유전체는 FR-4 PCB 또는 FPCB로 이루어지는 RFID 태그 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 RFID 태그는
    유전체로 형성되며, 상기 IC 칩이 실장되고 안테나 패턴이 형성되는 태그 본체를 포함하고,
    상기 안테나 패턴은
    상기 태그 본체의 내부에 제1 방향을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 상기 IC 칩의 일측에 연결되는 제1 안테나 패턴; 및
    상기 태그 본체의 내부에 상기 제1 방향의 반대 방향인 제2 방향을 따라 나선형으로 형성되고 일단이 상기 IC 칩의 타측에 연결되는 제2 안테나 패턴;
    을 포함하는 RFID 태그 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나 패턴은
    상기 태그 본체의 상면에 형성된 복수의 상부 도체 패턴;
    상기 태그 본체의 하면에 형성된 복수의 하부 도체 패턴;
    상기 태그 본체에 관통 형성되며 상기 복수의 각 상부 도체 패턴과 상기 복수의 각 하부 도체 패턴을 연결하여 상기 태그 본체의 내부에 나선형의 입체형 헬리컬 안테나 패턴을 형성하는 복수의 비아홀;
    를 포함하는 RFID 태그 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 RFID 태그에 부착되어 상기 RFID 태그 전체를 감싸는 고무 토핑을 더 포함하는 RFID 태그 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RFID 태그 전체를 감싸는 고무 토핑은 가류공정에서 타이어의 사이드 웰(side wall)에 토핑되는 RFID 태그 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 RFID 태그는
    상기 안테나 패턴을 형성하는 패턴과 패턴의 사이에 관통 형성되는 하나 이상의 관통홀을 포함하는 RFID 태그 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 관통홀에는 토핑시 용융된 상기 고무 토핑이 채워져 상기 RFID 태그의 상부의 고무 토핑과 하부의 고무 토핑을 연결하는 RFID 태그 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 관통홀의 직경은 0.5mm보다 크고 3mm보다 작은 RFID 태그 모듈.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 고무 토핑의 크기는 상기 RFID 태그에 비해 크기가 큰 RFID 태그 모듈.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 고무 토핑은
    천연고무, SBR, MBR, CR, EPDM 중 적어도 하나 또는 이들의 혼합물질로 이루어진 RFID 태그 모듈.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 RFID 태그과 상기 고무 토핑의 사이에 에폭시층이 배치되는 RFID 태그 모듈.
  16. 제8항에 있어서, 상기 RFID 태그와 상기 고무 토핑 사이에 액상의 프라이머(Primer)가 도포되어 형성된 프라이머층이 배치되는 RFID 태그 모듈.
  17. 제8항에 있어서, 상기 RFID 태그와 상기 고무 토핑 사이에 액상의 고무(Rubber)가 도포되어 형성된 고무층이 배치되는 RFID 태그 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102636477B1 (ko) * 2023-05-24 2024-02-14 주식회사 윌켐코리아 내구성 및 접착력이 향상된 타이어 부착용 무선인식태그의 제조방법

Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102190389B1 (ko) 2019-02-26 2020-12-11 주식회사 이그잭스 타이어용 rfid 태그

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