KR20240019988A - 무선주파수 인식률을 높이기 위한 박막형 rfid 태그 - Google Patents

무선주파수 인식률을 높이기 위한 박막형 rfid 태그 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형 RFID 전자태그를 제조함으로써 금속 등의 도체에 부착되어 비접촉식 식별 기능을 효과적으로 수행할 수 있도록 한다. 박막형 RFID 태그는 절연 시트, 절연 시트 상에 형성된 제1 안테나 패턴, 제1 안테나 패턴과 전기적으로 연결되는 RFID 칩, 절연 시트에서 RFID 칩에 인접하게 통과하도록 형성되며 RFID 칩과는 전기적으로 분리된 제2 안테나 패턴을 포함한다. RFID 칩과 전기적으로 분리된 도전성 패턴을 RFID 칩에 인접하게 배치함으로써 매칭 효율을 높일 수 있으며, RFID 태그의 인식가능 거리의 증가를 기대할 수가 있다.

Description

무선주파수 인식률을 높이기 위한 박막형 RFID 태그 {Thin-film RFID tag to increase radio frequency recognition rate}
본 발명은 RFID(Radio Frequency IDentification) 기술을 이용한 태그에 관한 것으로서, 안테나의 매칭 효율을 개선하고 사용 가능 거리를 증가시킬 수 있는 박막형 RFID 태그에 관한 것이다.
RFID 태그는 일반적으로 IC 칩, 안테나 및 접착물(Adhesive Materials)로 이루어져 외부의 리더(Reader or Interrogator)와 소정의 데이터를 송수신하는 장치를 의미하며, 다르게는 트랜스폰더(transponder)라고도 한다.
RFID 태그는 비접촉 방식으로 리더와 데이터를 송수신할 수 있다. 사용하는 주파수의 고저에 따라 유도성 결합(Inductive Coupling), 전자기 역산란 결합(Backscattering), 표면 음향파(SAW: Surface Acoustic Wave) 등을 이용할 수 있으며, 상기 전자파를 이용한 전이중 방식(FDX: Full Duplex), 반이중 방식(HDX: Half Duplex), 및 순차적 방식(SEQ: Sequential)으로 리더와 데이터를 송수신할 수가 있다.
일 예로 RFID 태그는 비접촉 방식이라는 특성상 물품의 관리 등에 사용되고 있으며, 통화 결제를 위한 IC 카드나 통행권 등의 용도로 다양하게 사용되고 있다. 주파수 대역으로 볼 때 종래에는 135KHz, 13.56MHz 등 저주파수 대역이 많이 활용되었으나, 최근의 물류 관리에 있어 900MHz 대의 UHF(Ultra High Frequency) 영역의 사용이 현저하게 증가하고 있다. 특히 큰 유통업체인 Walmart나 미국 국방성 등에서 물류 관리용으로 RFID를 사용하는데, 이때 역산란 결합(Backscattering)을 이용한 UHF 대 영역의 주파수가 주로 사용되고 있으며, 별도의 내장 배터리 없이 외부 변화에 수동으로 작동하여 필요한 전류를 생성하는 Passive Tag가 일단 표준으로 인정되고 있다.
박막 형태의 RFID 태그는 일반적으로 스티커 등으로 사용되는 이형 시트, 이형 시트 상에 형성된 안테나 패턴 및 안테나 패턴과 전기적으로 연결된 RFID 칩을 포함한다. RFID 칩은 외부와 연결되는 2~3개의 단자를 포함하며, 이들 단자들은 각각 연결된 안테나 패턴을 이용하여 리더기와의 송수신을 할 수가 있다. 일반적으로 RFID 칩은 양쪽으로 분리된 안테나 패턴에 각각 연결되며, 양쪽의 안테나 패턴에 각각 송신 및 수신 기능을 분리하여 필요한 정보를 주고 받을 수 있다. 경우에 따라서는, 분리된 안테나 패턴이 상호 연결된 루프(loop) 구조를 형성함으로써 위상 차에 의한 단자 간의 간섭을 최소화시킬 수도 있다.
주파수 대역에 따라 RFID 태그의 사용 조건이 변경될 수 있으며, 일반적으로 RFID 태그를 정상적으로 작동시키기 위해서 안테나 매칭을 하여야 한다. 종래에는 안테나 매칭을 위해서 안테나 패턴의 면적 또는 길이를 조절하는데, 이러한 안테나 매칭에 과도한 노동력이나 과도한 시간이 소비되는 경우가 많으며, 경우에 따라서는 면적 또는 길이 조절 만으로는 매칭이 안 되는 경우도 있다.
본 발명의 일 목적은 안테나 매칭을 용이하게 할 수 있는 박막형 RFID 태그를 제공하는 것이다.
RFID 칩과 연결되는 박막형 안테나 패턴을 효과적으로 설계함으로써, 주파수 인식률 향상을 제공하는 것이다.
본 발명 RFID 태그는 서로 다른 연결관계를 갖는 안테나 패턴을 포함하며, 이들 안테나 패턴의 상호 작용을 통해서 안정된 매칭을 얻을 수가 있다.
또한, 그라운드 기능을 하는 안테나 패턴을 추가함으로써 매칭을 조절할 수 있는 파라미터를 더 다양하게 선택할 수 있으며, 종래에서는 매우 어려웠던 매칭을 더욱 쉽게 조절하는 가능하게 되었다.
또한, 안정된 매칭을 형성할 수 있기 때문에 리더기로부터 RFID 태그를 사용할 수 있는 거리를 증가시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그의 정면도이다.
도 2는 도 1에서 RFID 칩이 장착된 부분을 확대한 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에서 RFID 칩이 장착된 부분을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그의 정면도이다.
상술한 본 발명의 목적들과 관련하여, 본 발명의 RFID 태그는 RFID 칩과 전기적으로 연결된 안테나 패턴 및 RFID 칩과 전기적으로 분리된 안테나 패턴을 포함한다. 구체적으로 RFID 태그는 절연 시트 상에 형성된 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴을 포함하며, 제1 안테나 패턴에는 RFID 칩의 단자가 연결되지만, 제2 안테나 패턴에는 RFID 칩의 단자가 연결되지 않는다. 다만, 제2 안테나 패턴의 일부가 RFID 칩의 상부 또는 하부를 통과하도록 하여 안테나의 수신 효율을 증가시킬 수가 있다.
제2 안테나 패턴을 이용함으로써 기대될 수 있는 효과로는, 제1 안테나 패턴이 리더기로부터 신호를 수신하면서 제2 안테나 패턴도 함께 신호를 수신할 수 있으며, 제1 안테나 패턴 및 제2 안테나 패턴 간의 상호작용에 의해서 단자 간의 위상 차를 감소시켜 RFID 칩의 수신 효율을 증가시킬 수가 있다. 또한, RFID 칩으로부터 리더기로 송신할 때에도 제1 및 제2 안테나 패턴에 의해서 단자 간의 위상 차를 감소시킬 수 있으며, 그 결과 RFID 칩으로부터의 송신 효율도 증가시킬 수가 있다.
제1 안테나 패턴은 종래의 RFID 태그에서 사용될 수 있는 안테나 패턴으로서, 여러 가지 형상 및 크기로 제작될 수가 있다. 예를 들어, 제1 안테나 패턴은 RFID 칩이 본딩되는 단자부를 중심으로 양측으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있으며, 추가적으로 단자부 주위를 전기적으로 연결하여 루프(loop)를 형성할 수도 있다. 또한, RFID 칩을 중심으로 연장되는 안테나 패턴도 물결 형상, 지그재그 형상, 나뭇가지 형상, 뿌리 형상 등 현재 개발되고 있는 다양한 안테나 형태를 적용할 수가 있다.
종래의 RFID 태그는 제1 안테나 패턴만 사용하며, 제1 안테나 패턴의 면적 및 길이를 조절하여 안테나 매칭을 수행할 수가 있다. 반면에, 본 발명에 따른 박막형 RFID 태그는 제1 안테나 패턴 외에 제2 안테나 패턴을 더 포함하며, 제2 안테나 패턴의 조절을 통해서 안테나 매칭을 수행할 수 있다. 제2 안테나 패턴이 모든 매칭을 가능하게 하는 것이라고 단정할 수는 없지만, 안테나 매칭을 조절하는 또 하나의 파라미터(parameter)가 될 수 있으며, 제2 안테나 패턴을 통해서 안테나 매칭을 용이하게 할 수 있도록 도와줄 수 있을 것이다. 실제로 제1 안테나 패턴만으로는 불가능하였던 매칭이 제2 안테나 패턴을 추가하고 제2 안테나 패턴을 조절하여 매칭을 이루는 경우가 있었다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면 본 발명에 따른 실시예들을 설명하지만, 하기의 실시예들에 의해서 본 발명의 권리범위가 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그의 정면도이며, 도 2는 도 1에서 RFID 칩이 장착된 부분을 확대하여 도시한 부분 확대도이고, 도 3은 도 1에서 RFID 칩이 장착된 부분을 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, RFID 태그(100)는 절연 시트(110), 안테나 패턴(120), 그라운드 패턴(130) 및 RFID 칩(140)을 포함한다.
절연 시트(110)는 종이, 합성수지 시트 등을 사용할 수 있으며, 안테나 패턴(120) 및 그라운드 패턴(130)은 절연 시트를 기판으로 이용하여 그 위에 형성된다. 절연 시트(110)는 변형이 자유로운 시트 재질을 이용하여 형성될 수도 있지만, 상대적으로 높은 경도를 갖는 재질을 이용하여 형성될 수도 있다.
절연 시트(110) 상에 안테나 패턴(120) 및 그라운드 패턴(130)을 형성하기 위해서는 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로는 절연 시트(110) 상에 형성된 구리 박막을 에칭(etching)을 통해 부분적으로 제거하는 방법이 사용될 수 있으며, 스크린을 이용하여 도전성 잉크를 인쇄하는 방법이 사용될 수도 있고, 톰슨(Thomson) 금형을 이용하여 원하는 패턴을 얻는 방법이 사용될 수가 있다. 이외에도 도전성 재질의 패턴을 얻는 다양한 방법이 사용될 수 있을 것이다.
안테나 패턴(120)은 절연 시트(110) 상에 형성되며, 우측 안테나 패턴(122)와 좌측 안테나 패턴(124)을 포함한다. 우측 안테나 패턴(122) 및 좌측 안테나 패턴(124)은 각각 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)를 포함하며, 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)는 대략 절연 시트(110)의 중앙에서 소정의 간격만큼 떨어져 있다. 우측 안테나 패턴(122) 및 좌측 안테나 패턴(124)은 서로 대칭을 이루며 좌우로 형성되어 있으며, 일정 간격을 주기로 각진 물결 모양으로 형성되어 있다. 물론, 단자부로부터 연장되는 안테나 패턴은 비대칭을 이루면 형성될 수가 있으며, RFID 칩이 장착되는 위치도 중앙이 아닌 한 쪽으로 치우친 위치에서 장착될 수가 있다.
그라운드 패턴(130)은 절연 시트(110) 상에서 안테나 패턴(120)과 동일한 면에 형성된다. 그라운드 패턴(130)은 대략 Ｘ-자 형상으로 형성되며, 그라운드 패턴(130)의 연결 부위는 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125) 사이를 통과한다. 그라운드 패턴(130)의 형상, 길이 및 대칭 여부 등은 안테나 매칭에 의해서 조절될 수 있다.
RFID 칩(140)은 중앙처리회로 및 메모리 회로를 포함하며, 외부의 리더기로부터 요청 데이터를 수신한 후, 연산 및 저장 등의 과정을 거친 후 외부의 리더기로 응답 데이터를 송신할 수가 있다. RFID 칩(140)의 양 단자는 각각 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)에 본딩되어 안테나 패턴(120)과 전기적으로 연결되지만, 그라운드 패턴(130)과는 전기적으로 연결되지 않는다. RFID 칩(140)과 그라운드 패턴(130)을 전기적으로 분리시키기 위해서 RFID 칩(140) 및 그라운드 패턴(130)의 중앙 연결부위(132) 사이에는 에폭시 등으로 구성된 접착층(150)이 개재된다. 접착층(150)은 RFID 칩(140)을 그라운드 패턴(130) 상에 고정하기 위한 용도로 사용될 수 있으며, 부가적으로 RFID 칩(140)과 그라운드 패턴(130)을 전기적으로 분리시킬 수도 있다. 또한, RFID 칩을 단자에 연결하는 방법으로는 여러 가지 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서 설명된 직접 본딩(direct bonding)이 사용될 수 있으며, 그 외에도 COB(Chip on board) 또는 패키지 칩(packaged chip) 등을 이용하는 방법 등이 사용될 수가 있다.
도 3을 참조하면, 절연 시트(110) 상에서 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)가 좌우로 배치되어 있으며, 그 사이로 그라운드 패턴(130)의 중앙 연결부위(132)가 통과한다. 안테나 패턴(120) 및 그라운드 패턴(130)은 전기적으로 분리되어 있다.
또한, 그라운드 패턴(130)의 중앙 연결부위(132) 상에는 에폭시 등을이용한 접착층(150)이 형성되며, 접착층(150) 위에는 RFID 칩(140)이 제공된다. RFID 칩(140)의 단자는 각각 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)에 본딩되어 전기적으로 연결된다. 따라서 RFID 칩(140)과 그라운드 패턴(130)은 전기적으로 분리될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다.
도 4를 참조하면, 도 3에서 설명된 RFID 태그(100)의 상면 및 하면에 전체적으로 접착제 층(160)이 형성된다. 접착제 층(160)은 열을 이용한 압착공정에서 상하면으로 코팅층을 접착하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그를 설명하기 위한 부분 확대 단면도이다
도 5를 참조하면, 절연 시트(110) 상에서 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)가 좌우로 배치되어 있으며, 양 단자부의 사이로 RFID 칩(140)이 배치된다. RFID 칩(140)의 단자는 각각 제1 단자부(123) 및 제2 단자부(125)에 본딩되어 전기적으로 연결된다.
RFID 칩(140) 상에는 에폭시와 같은 절연 물질을 이용한 접착층(150)이 형성된다. 접착층(150)은 외부의 전기적 접촉으로부터 RFID 칩(140)를 보호할 수 있으며, RFID 칩(140)이 본딩된 상태를 보호할 수 있다.
도 3과는 다르게, 절연 시트(110)의 저면에 그라운드 패턴(130)이 형성된다. 그라운드 패턴(130)이 절연시트(110)의 저면에 형성되기 때문에, RFID 칩(140)과 그라운드 패턴(130)은 전기적으로 분리될 수 있으며, 그라운드 패턴(130)의 중앙 연결부위(132)가 RFID 칩(140)의 하부를 통과하기 때문에 이전 실시예에서 언급한 효과를 얻을 수가 있다.
안테나 패턴(120)을 절연 시트(110)의 상면에 형성하고 그라운드 패턴(130)을 절연 시트(110)의 저면에 형성하기 위해서, 절연 시트(110)의 양면에 구리 박막을 형성하고 양면을 동시에 에칭하여 형성할 수 있으며, 그 외에도 스크린을 이용한 인쇄방법, 톰슨 금형을 이용한 방법 등이 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 RFID 태그의 정면도이다.
도 6을 참조하면, RFID 태그(200)는 절연 시트(210), 안테나 패턴(220), 그라운드 패턴(230) 및 RFID 칩(240)을 포함한다.
절연 시트(210)는 종이, 합성수지 시트 등을 사용할 수 있으며, 안테나 패턴(220) 및 그라운드 패턴(230)은 절연 시트를 기판으로 이용하여 그 위에 형성된다. 절연 시트(210)는 변형이 자유로운 시트 재질을 이용하여 형성될 수도 있지만, 상대적으로 높은 경도를 갖는 재질을 이용하여 형성될 수도 있다.
안테나 패턴(220)는 절연 시트(210) 상에 형성되며, 우측 안테나 패턴(222)와 좌측 안테나 패턴(224)을 포함한다. 우측 안테나 패턴(222) 및 좌측 안테나 패턴(224)은 각각 제1 단자부(223) 및 제2 단자부(225)를 포함하며, 제1 단자부(223) 및 제2 단자부(225)는 대략 절연 시트(210)의 중앙에서 소정의 간격만큼 떨어져 있다. 우측 안테나 패턴(222) 및 좌측 안테나 패턴(224)은 서로 대칭 또는 비대칭을 이루며 좌우로 형성되어 있으며, 균일한 또는 불균일한 간격을 주기로 각진 물결 모양 또는 기타 모양으로 형성되어 있다.
그라운드 패턴(230)은 절연 시트(210) 상에서 안테나 패턴(220)과 동일한 면에 형성된다. 그라운드 패턴(230)은 대략 Ｖ-자 형상으로 형성되며, 그라운드 패턴(230)의 꺾인 연결 부위는 제1 단자부(223) 및 제2 단자부(225) 사이에 위치하여 그라운드 패턴(230)의 일부가 RFID 칩(240) 하부를 통과하도록 한다. 그라운드 패턴(230)의 형상 및 길이는 안테나 매칭에 의해서 조절될 수 있다.
RFID 칩(240)은 중앙처리회로 및 메모리 회로를 포함하며, 외부의 리더기로부터 요청 데이터를 수신한 후, 연산 및 저장 등의 과정을 거친 후 외부의 리더기로 응답 데이터를 송신할 수가 있다. RFID 칩(240)의 양 단자는 각각 제1 단자부(223) 및 제2 단자부(225)에 본딩되어 안테나 패턴(220)과 전기적으로 연결되지만, 그라운드 패턴(230)과는 전기적으로 연결되지 않는다. RFID 칩(240)과 그라운드 패턴(230)을 전기적으로 분리시키기 위해서 RFID 칩(240) 및 그라운드 패턴(230)의 중앙 연결부위 사이에는 접착층이 개재된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 그라운드 패턴(230)은 안테나 패턴(220)과 동일한 평면에 형성되어 있기 때문에 한번의 에칭 또는 기타 제조 공정에 의해서 형성될 수 있으며, 그라운드 패턴(230)의 중앙 연결부위 및 RFID 칩(240) 사이에는 접착층이 개재되어 그라운드 패턴(230) 및 RFID 칩(240)을 서로 결속시킬 수 있으며, 부가적으로 양 부품을 확실하게 절연시킬 수도 있다. 물론, 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 패턴 및 그라운드 패턴이 절연 시트에서 각각 다른 면에 될 수도 있다.
다시 도 5을 참조하면, 파선으로 도시된 바와 같이 종래의 안테나 패턴과 같이 우측 안테나 패턴(222)과 좌측 안테나 패턴(224)를 연결하는 연결부(226)가 형성될 수도 있다.
이전 실시예들에서는 그라운드 패턴이 Ｖ-자 또는 Ｘ-자 형상과 같이 대칭을 이루면 형성되어 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 그라운드 패턴은 I, S, Z 등의 형상으로 형성될 수 있으며, 대칭 또는 비대칭 등 다양하게 형성될 수 있을 것이다.
100, 200：RFID 태그 110, 210：절연 시트
120, 220：안테나 패턴 130, 230：그라운드 패턴
140, 240：RFID 칩 150：접착층

Claims (8)

  1. 절연 시트;
    상기 절연 시트 상에 형성된 제1 안테나 패턴;
    상기 절연 시트 상에 형성되며, 상기 제1 안테나 패턴과 전기적으로 연결되는 RFID 칩;
    상기 절연 시트에서 상기 RFID 칩에 인접하게 통과하도록 형성되며, 상기 RFID 칩과는 전기적으로 분리된 제2 안테나 패턴;
    을 구비하는 박막형 RFID 태그
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴은 상기 RFID 칩과 전기적으로 연결되며 상호 소정의 간격을 두고 이격된 제1 단자부 및 제2 단자부를 포함하며, 상기 제2 안테나 패턴에서 상기 RFID 칩에 인접한 부분은 상기 제1 및 제2 단자부 사이를 Ｖ-자 형상으로 통과하는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴은 상기 RFID 칩과 전기적으로 연결되며 상호 소정의 간격을 두고 이격된 제1 단자부 및 제2 단자부를 포함하며, 상기 제2 안테나 패턴에서 상기 RFID 칩에 인접한 부분은 상기 제1 및 제2 단자부 사이를 Ｘ-자 형상으로 통과하는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 상기 절연 시트에서 동일한 평면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패턴 및 상기 제2 안테나 패턴은 상기 절연 시트에서 다른 평면 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
  6. 절연 기판;
    상기 절연 기판 상에 형성되며, 소정의 간격을 두고 이격된 제1 단자부 및 제2 단자부를 포함하는 안테나 패턴;
    상기 절연 기판 상에 형성되며, 상기 안테나 패턴의 상기 제1 및 제2 단자부 사이를 통과하고 상기 안테나 패턴과는 전기적으로 분리된 그라운드 패턴; 및
    상기 절연 시트 상에 형성되며, 상기 제1 및 제2 단자부와 전기적으로 연결되며, 상기 그라운드 패턴과는 전기적으로 분리된 RFID 칩;
    을 구비하는 박막형 RFID 태그.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그라운드 패턴은 상기 제1 및 제2 단자부 사이를 Ｖ-자 형상 또는 Ｘ-자 형상으로 통과하는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 RFID 칩은 상기 제1 및 제2 단자부 사이에서 상기 그라운드 패턴 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 RFID 태그.
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