WO2018155756A1 - 유연 nfc 센서 태그 및 유연 nfc 센서 태그 제조 방법 - Google Patents

유연 nfc 센서 태그 및 유연 nfc 센서 태그 제조 방법 Download PDF

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조규진
정연수
마스케이비젠드라
슈레스다키란
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순천대학교 산학협력단
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Definitions

  • the present invention relates to a flexible NFC sensor tag and a method of manufacturing the flexible NFC sensor tag.
  • These smart bands are basically equipped with a Bluetooth or gubi chip for wireless communication, two or three different sensors, an ADC (Analog Digital Converter) that converts analog data detected by the sensor into digital data, a memory for storing data, A simple display panel and an 8-bit microprocessor are controlled to display or send and receive the required data.
  • ADC Analog Digital Converter
  • the wireless sensor tag based on Bluetooth and direct communication having a communication distance of about 10 to 20 m in radius is vulnerable to security when transmitting detected data, and there is a problem that there is a possibility of collision with other tags.
  • the present invention attaches a flexible sensor to a flexible film-type substrate made using printed electronic techniques such as roll-to-roll gravure, offset, gravure-offset, reverse offset, and screen printing.
  • the addition of an additional chip provides a simple, low cost method for manufacturing flexible Near Field Communication (NFC) sensor tags.
  • NFC Near Field Communication
  • the present invention provides a flexible NFC sensor tag having a flexible sensor that can be easily attached to and detached from a flexible film-type substrate, and equipped with a silicon-based NFC chip, thereby freely modifying the shape and transmitting the sensed data safely.
  • a method of manufacturing a flexible NFC sensor tag may include forming a printed circuit area on a flexible substrate by one of roll-to-roll gravure, offset, gravure-offset, reverse offset, and screen printing. Manufacturing a substrate, bonding a silicon technology-based chip including a near field communication chip to the printed circuit area in a roll-to-roll continuous process, and attaching a sensor to the flexible printed circuit board via a conductive adhesive. .
  • bonding the printed circuit area with the roll-to-roll continuous achievement may include printing a conductive adhesive over an electrode to bond the silicon technology based chip.
  • the manufacturing of the printed circuit area may include printing an antenna that transmits an external wireless AC signal therein by inductive coupling, and printing a diode that rectifies a signal received through the antenna.
  • the method may include printing a capacitor that outputs a DC voltage by filtering the half-wave rectified voltage from the diode.
  • the silicon technology based chip may include a microprocessor chip that stores data received from the sensor, and may include connecting a secondary battery to the microprocessor chip.
  • a method of manufacturing a flexible NFC sensor tag comprising the steps of printing a cathode comprising LiMn 2 0 4 (LMO) and a cathode comprising Li 4 Ti 5 0 12 (LTO) in a conductive foil,
  • the method may further include preparing a secondary battery by filling an electrolyte in a gel form between the cathode and the anode.
  • the method of manufacturing a flexible NFC sensor tag, LMO and LTO may further comprise the step of preparing a roll-to-roll printing ink using a solvent NMP and a polymer resin PVDF.
  • the connecting of the secondary battery may include adhering and coating the secondary battery and the flexible printed circuit board to which the silicon technology based chip is attached.
  • a flexible printed circuit board including a printed circuit area formed by at least one printing method of roll-to-roll gravure, offset, gravure-offset, reverse offset, and screen printing, the A chip based on silicon technology bonded through a printed circuit area and a roll-to-roll continuous process, and a bonding part to which a sensor is attached to and detached from the flexible printed circuit board through a conductive adhesive.
  • the printed circuit area is a printed antenna for transmitting an external wireless AC signal therein by inductive coupling, a printed diode for rectifying a signal received through the printed antenna, a half-wave rectified voltage at the printed diode It may include a printed capacitor that filters the output to a DC voltage.
  • the chip based on the silicon technology the NFC chip is driven based on the DC voltage and communicates with an external reader in a short-range communication technology, and stores the sensed data of the detached sensor, the operation of the NFC chip It may include a microprocessor chip for controlling.
  • the flexible NFC sensor tag may further include a secondary battery connected to the microprocessor chip to supply power.
  • the secondary battery includes a conductive foil, a cathode including LiMn 2 O 4 (LMO) printed on the conductive foil, a cathode including Li 4 Ti 5 0 12 (LTO), and the cathode It may include a gel electrolyte filled between the anode.
  • LMO LiMn 2 O 4
  • LTO Li 4 Ti 5 0 12
  • the flexible NFC sensor tag, the negative electrode and the positive electrode may be printed by the roll-to-roll printing ink prepared by using LMO and LTO solvent NMP and polymer resin PVDF, respectively.
  • the flexible NFC sensor tag further includes the detachable sensor, wherein the sensor comprises at least one of a temperature sensor, a humidity sensor, a pH sensor, a gas sensor, and a dissolved chemical sensor made with printed electronic technology. It may include.
  • the microprocessor may control the sensor to generate the sensing data only when a predetermined criterion is satisfied.
  • a flexible NFC sensor tag having a storage function and a hybrid technology of a printed electronics and a silicon technology-based chip.
  • the senor while implementing most of the circuit using the printed electronic technology, the sensor can be attached and detached can be produced at a low cost and manufacture a flexible NFC sensor tag and a flexible NFC sensor tag that can be used in various fields It can provide a way to.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a process flowchart conceptually illustrating a process of manufacturing a printed circuit board and bonding a chip based on silicon technology according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a design of a flexible printed circuit board showing a printed circuit area according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a flexible NFC sensor tag produced by bonding a flexible printed circuit board and silicon technology-based chip manufactured by roll-to-roll printing.
  • FIG. 5 is a plan view, a conceptual cross-sectional view, a rectifier circuit diagram including a diode, and an operating characteristic waveform of the printed diode included in the flexible NFC sensor tag according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a process flow diagram conceptually illustrating a process of manufacturing a flexible NFC sensor tag by combining a secondary battery manufactured by a printed electronic method and a flexible printed circuit board bonded with a silicon technology-based chip.
  • FIG. 7 is a front view of a flexible NFC sensor tag having a microprocessor chip connected with a secondary battery.
  • FIG. 8 is a view showing a secondary battery bonded to the back of the flexible NFC sensor tag.
  • FIG. 9 is a graph showing charge and discharge characteristics of a secondary battery implemented by a printed electronic method.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating various types of sensors that may be attached to the flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example in which a flexible NFC sensor tag and a mobile terminal exchange sensing data monitored through a sensor through NFC communication according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a form in which a shape is modified by applying a physical force to the flexible NFC sensor tag according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention.
  • the flexible NFC sensor tag according to the present invention is basically manufactured according to a continuous roll-to-roll printing method.
  • the roll-to-roll printing method is a technology for constructing a circuit by electrically coupling various elements as a conductive ink is printed on a flexible rolled substrate using printed electronic technology.
  • the roll-to-roll printing method has a considerable advantage in improving the manufacturing speed because a large amount of circuits can be manufactured continuously.
  • the silicon-based chips manufactured based on silicon technology can be bonded to provide flexibility of both printed electronic technology and silicon technology. NFC sensor tags can be provided.
  • a flexible printed circuit board is manufactured by forming a printed circuit region on a flexible substrate by one of roll-to-roll gravure, offset, gravure-offset, reverse offset, and screen printing (step 110).
  • a chip based on silicon technology including a near field communication chip, is bonded with the printed circuit area in a roll-to-roll continuous process (step 120).
  • NFC chip and microprocessor chip included in the flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention has a complicated structure, it is difficult to implement with the current printed electronic technology. Therefore, in the present invention, the NFC chip and the microprocessor chip may be implemented as a silicon technology-based chip and may be bonded to the printed circuit area of the flexible printed circuit board.
  • the silicon technology based chip bonded to the flexible printed circuit board may further include an ADC and a memory, or the functions of the ADC and the memory may be implemented in the microprocessor chip.
  • the process of bonding a silicon technology based chip to a printed circuit area of a flexible substrate is performed by bonding the silicon technology based chips to a printed circuit area after a solder for roll-to-roll chip bonding or a conductive adhesive is printed on the electrode to be bonded in advance. It can be done according to the process.
  • the silicon technology-based chip may be bonded onto a flexible printed circuit board manufactured by a printed electronic method through a method other than a roll-to-roll method.
  • the senor may be attached to a predetermined portion of the printed circuit area printed on the flexible substrate through the conductive adhesive (step 140). Since the sensor is detachable through a conductive adhesive, the flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention may be utilized while various sensors are attached and detached according to a use.
  • a secondary battery may be connected to the flexible substrate to which the silicon technology based chip is bonded (step 130).
  • the secondary battery may be used to supply power required for continuously storing sensor-monitored sensing data in a memory.
  • the secondary battery may include a battery capable of charging and discharging to store the operation and sensor data of the sensor.
  • the secondary battery may be manufactured by printing electrodes on roll-to-roll printing on a conductive foil and filling an electrolyte.
  • the electrolyte is positive and negative
  • the completed secondary battery may be bonded to the flexible printed circuit board to manufacture the flexible NFC sensor tag.
  • FIG. 2 is a process flow diagram conceptually illustrating a process of fabricating a flexible printed circuit board and bonding a chip based on silicon technology according to an exemplary embodiment.
  • a first conductive pattern is sequentially formed (step 111), a second insulating pattern is formed thereon (step 112), and finally a third conductive pattern Can be formed (step 113).
  • Each pattern may be formed by printing a conductive ink or insulating ink on a flexible substrate in a roll-to-roll gravure manner.
  • the first conductive pattern, the second insulating pattern, and the third conductive patterns may be included in the printed circuit area.
  • the first conductive pattern may include an antenna pattern and the third conductive pattern may include a rectifier circuit.
  • the rectifier circuit may include a diode and a capacitor.
  • the flexible NFC sensor tag may receive a radio frequency signal from an external reader through an antenna and rectify to a DC voltage to receive short-range wireless communication. Antenna patterns and rectifier circuits are necessary for this operation. Additionally, the printed circuit area may include a junction pattern, which may be used to connect the printed circuit area and the silicon technology based chip or to connect the secondary battery and the silicon technology based chip. And an insulating pattern may be provided to prevent an electrical short between them as a plurality of patterns are printed.
  • a flexible printed circuit board FPCB
  • Si silicon technology based chip
  • the film to which the silicon technology based chip is attached is collected by another Reel holder, and a flexible printed circuit board (FPCB + Si) with the silicon technology based chip is manufactured. .
  • the flexible NFC sensor tag according to the present invention is manufactured by combining a printed circuit area implemented by a printed electronic method and a silicon technology-based chip, and the area (circuit functional unit area) and silicon technology implemented by a printed electronic method above.
  • the area to be implemented as a base chip has been described, circuits that perform a specific function must be manufactured only by a printed electronic technology or a silicon technology base, such that a circuit performing a near field communication function must be included in a silicon technology based chip. It doesn't work.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a design of a flexible printed circuit board showing a printed circuit area according to an exemplary embodiment of the present disclosure. Antennas, rectifiers, and other circuits may be printed in the printed circuit area.
  • the electrical conductivity must be very high.
  • the printed antenna must have a Q value of at least 20 to transmit the sensed data monitored through the sensor to the outside or to the outside. There is no problem with receiving power or data from the system.
  • the printed pattern may have a sheet thickness of 0.1 ohm / sq or less and have a thin thickness, which may be advantageous for bonding a silicon technology-based chip and bonding a sensor.
  • Rectifiers manufactured by printing methods such as roll-to-roll should convert the alternating voltage coupled from the NFC reader or the mobile terminal to a sufficient direct current voltage sufficient for the circuits of the flexible printed circuit board to operate.
  • the rectifier may be composed of a capacitor and a diode. If the voltage rectified through one capacitor and one diode does not provide enough voltage for operation in the flexible printed circuit board, three capacitors may be used instead of one capacitor. It is necessary to manufacture rectifiers in the form of a voltage tripler by printing four diodes and three capacitors.
  • the diode included in the flexible NFC sensor tag may include a Schottky diode.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment of a flexible NFC sensor tag produced by bonding a flexible printed circuit board manufactured by printing such as roll-to-roll and a silicon technology-based chip.
  • a microprocessor chip (MPU) and an NFC chip (NFC) that control the operation of the entire flexible NFC sensor tag are bonded to the flexible substrate FB as a silicon technology based chip, and other components are printed. It can be seen that the electronic substrate is printed on the flexible substrate FB.
  • antennas are printed on the flexible substrate by the printed electronic method, these include an antenna, a printed diode, a printed capacitor, a printed resistor printed by roll-to-roll gravure printing and roll-to-pi printing, respectively. can do.
  • the antenna AT may inductively couple a radio frequency signal generated by an external reader to an internal circuit, for example, an NFC chip (NFC).
  • NFC NFC chip
  • the frequency signal generated by the external reader may be 13.65 MHz.
  • the inductive coupling may be changed based on the number of turns of the antenna AT. For example, the voltage applied therein increases according to the number of turns of the antenna, and the inductance value may increase in proportion to the number of turns of the antenna. have.
  • FIG. 5 is a plan view, a conceptual cross-sectional view, a rectifier circuit diagram including a diode, and an operating characteristic waveform of the printed diode included in the flexible NFC sensor tag according to an exemplary embodiment.
  • a printed diode may be implemented with an indium gallium zinc oxide (IGZO) interposed between a printed silver electrode and an aluminum electrode. According to this configuration, current flows in only one direction through the printed diode.
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • FIG. 5C the AC voltage AC received by the antenna AT of FIG. 4 is converted into half-wave rectification while passing through a diode, and is converted into DC voltage DC through a capacitor C.
  • a DC voltage of 3 V may be transferred to an internal circuit such as an NFC chip (NFC).
  • NFC NFC chip
  • the antenna pattern may have 4 to 5 rotations.
  • the microprocessor chip (MPU) of the flexible NFC sensor tag may be connected to a secondary battery separately attached through the second junction B2.
  • the microprocessor chip (MPU) may store the monitored sensing data through the sensor attached to the first junction B1 and control the operation of the sensor.
  • a microprocessor chip (MPU) may include a memory and / or an ADC. Accordingly, the microprocessor chip (MPU) may convert the analog signal received from the sensor into digital data and store it in the memory.
  • a microprocessor chip can contain an 8-bit ADC and 63Kbytes of memory.
  • the secondary battery for driving the microprocessor chip (MPU) is preferably designed to be used for more than a predetermined period of time with a single charge.
  • the operation of the secondary battery, the microprocessor, and the sensor may be optimized to use up to 40 days when the secondary battery is fully charged.
  • the operation of the microprocessor chip (MPU) can be programmed in C language.
  • a wire for supplying power through the second junction B2 is connected to the printed circuit area.
  • the secondary battery printed using the printed electronic technology may be connected to the microprocessor chip (MPU).
  • FIG. 6 is a process flow diagram conceptually illustrating a process of manufacturing a flexible NFC sensor tag by combining a secondary battery manufactured by a printed electronic method and a flexible printed circuit board bonded with a silicon technology-based chip.
  • a secondary battery may be manufactured by printing a cathode and an anode on a conductive foil and filling an electrolyte (step 125).
  • the negative electrode may include LiMn 2 0 4 (LMO)
  • the positive electrode may include Li 4 Ti 5 0 12 (LTO).
  • the electrolyte filled between them may have a gel form.
  • each of the positive electrode material and the negative electrode material may use a solvent NMP and a polymer resin PVDF to prepare a roll-to-roll printing ink, and the positive and negative electrodes may be made by printing the printing ink thus prepared on the conductive foil.
  • the microprocessor chip may be powered through the secondary battery.
  • FIG. 7 illustrates a front surface of the flexible NFC sensor tag including a microprocessor chip connected to a secondary battery
  • FIG. 8 illustrates a secondary battery bonded to the rear surface of the flexible NFC sensor tag.
  • the microprocessor chip (MPU) and the secondary battery are electrically connected through the front and rear surfaces.
  • the secondary battery may be manufactured by a roll-to-roll printing technique using a conductive foil as a substrate and using LiMn 2 0 4 (LMO) as the negative electrode material and Li 4 Ti 5 0 12 (LTO) as the positive electrode material.
  • the electrolyte may be filled in the form of a gel between these two electrodes.
  • the cathode and the anode may be formed by printing LMO and LTO on the foil as a roll-to-roll printing ink using a solvent NMP and a polymer resin PVDF, respectively.
  • FIG. 9 is a graph showing charge and discharge characteristics of a secondary battery implemented by a printed electronic method.
  • the operation control of the sensor according to the microprocessor chip (MPU) to operate the flexible NFC sensor tag for a certain period by observing the charge and discharge characteristics of the secondary battery, and the operating current or operating voltage of the entire flexible NFC sensor tag Can be adjusted.
  • the charge and discharge characteristics of the secondary battery may be different according to the electrode thickness of the negative electrode and the positive electrode, it is possible to further increase the period of use of the flexible NFC sensor tag by a single charge by adjusting the electrode thickness.
  • the flexible NFC sensor tag according to the present invention may be easily attached or detached with a conductive adhesive.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating various types of sensors that may be attached to the flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention.
  • Sensors manufactured by the printed electronic method may be manufactured by roll-to-roll printing in the form of a single electrode or two electrodes having a gap by inking a material suitable for the property to be measured.
  • Such printing sensors are preferably manufactured to have a resistance to simply attach and detach the sensor after use by simply adhering to the bonding portion of the flexible film with a conductive adhesive.
  • the sensors attached using the conductive adhesive should be sensors that work well even at high resistance values, so the printing sensors used in the present invention may include sensors having a predetermined resistance value or more.
  • the sensor attached to the flexible NFC sensor tag according to the present invention preferably has a sheet resistance of 10-500 ohm / sq.
  • FIG. 10 shows a printing humidity sensor
  • (c) shows a printing temperature sensor.
  • the printing humidity sensor and the printing pH sensor are separated from each other by two electrodes having different characteristics, and the temperature sensor may be formed in a resistance form.
  • NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention may be attached to a variety of printing sensors, such as a print temperature sensor, a print humidity sensor, a print illuminance sensor, a print pH sensor, a print melting chemical sensor, a print gas sensor.
  • the flexible NFC sensor tag according to the present invention can easily manage a value detected through various sensors through a microprocessor chip (MPU) by simply attaching a flexible sensor on a flexible film.
  • MPU microprocessor chip
  • the microprocessor chip may selectively receive the value from the sensor, store the value as data, and transmit the stored value to the external reader through the NFC chip (NFC).
  • NFC NFC chip
  • the microprocessor chip may convert the value into the sensed data and write it in the memory only when the value received from the sensor satisfies the preset criteria.
  • FIG. 12 illustrates an example of a flexible NFC sensor tag and a mobile terminal communicating sensing data monitored through a sensor through NFC communication according to an embodiment of the present invention.
  • the microprocessor chip (NFC) included in the flexible NFC sensor tag allows the temperature sensor to sense the temperature, but controls the temperature to be stored in the microprocessor (MPU) every two minutes only at temperatures above 25 ° C.
  • MPU microprocessor
  • the flexible NFC sensor tag according to an exemplary embodiment of the present invention can easily attach and detach a sensor, and thus may perform communication and control functions that are highly useful and difficult to implement with conventional printed electronic technology.
  • the method of manufacturing a flexible NFC sensor tag according to an embodiment of the present invention by connecting the silicon-based chip with the printed circuit area manufactured by the printed electronic method through a roll-to-roll continuous process the advantages of printed electronics and silicon-based technology chip It enables the manufacture of a flexible NFC sensor tag having all the advantages of.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a form in which a shape is modified by applying a physical force to the flexible NFC sensor tag according to an exemplary embodiment.
  • the shape of the entire flexible NFC sensor tag maintains a stable circuit shape despite the physical force.

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Abstract

본 발명에 의한 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법은, 유연 인쇄 기판에 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄 중 하나의 방식으로 인쇄 회로 영역을 형성하여 유연 인쇄 회로 기판을 제조하는 단계, 근거리 통신 칩을 포함한 실리콘 기술 기반의 칩을 롤투롤 연속 공정으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩하는 단계, 및 상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 센서를 부착하는 단계를 포함한다.

Description

유연 NFC 센서 태그 및 유연 NFC 센서 태그 제조 방법
본 발명은 유연한 NFC 센서 태그 및 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법에 관한 것이다.
다양한 환경적 변화(온도, 조명, 습도, pH, 가스 등)와 신체의 변동 상황(체온, 맥박, 혈압, 글루코스 레벨 등)을 감지하고 이러한 특성 정보들을 블루투스(Bluetooth) 또는 직비(Zigbee) 통신 방식으로 이동 단말 또는 무선센서 네트워크(Wireless Sensor Network) 노드에 연동하는 기술들은 현재 스마트 밴드 형태로 그 기술들이 상용화되고 있다.
이들 스마트 밴드에는 기본적으로 무선 통신용 블루투스 또는 직비 칩과, 두 세개의 서로 다른 센서가 내장되어 있으며, 센서로부터 감지된 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 바꾸어 주는 ADC(Analog Digital Converter), 데이터를 저장하는 메모리, 간단한 디스플레이 패널, 그리고 8 비트(bit) 정도의 마이크로 프로세서가 내장되어 필요한 데이터를 디스플레이하거나 또는 송수신할 수 있도록 제어된다.
그러나 기존의 스마트밴드의 제조 가격이 높기 때문에 일회용으로 활용되기에는 어려움이 있다. 이러한 가격의 문제로 스마트밴드가 다양한 분야에 활용되기에는 아직 어려움이 많다.
통신거리가 반경 10 내지 20m 정도인 블루투스와 직비에 기반을 둔 무선 센서 태그는, 감지된 데이터를 송신할 때에 보안에 취약하며, 다른 태그들과의 충돌 우려가 있다는 문제도 있다.
본 발명은 롤투롤(Roll-to-Roll) 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄와 같은 인쇄전자 기술을 이용하여 제조한 유연한 필름 형태의 기판에 유연한 센서를 부착하며, 또한 실리콘 기반의 칩을 추가로 장착함으로써 간단하면서도 적은 비용으로 유연 NFC(Near Field Communication) 센서 태그를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 유연한 필름 형태의 기판에 탈부착이 용이한 유연 센서를 구비하고, 실리콘 기반의 NFC 칩을 장착함으로써, 자유롭게 형태 변형이 가능하면서도 감지한 데이터를 안전하게 전송할 수 있는 유연 NFC 센서 태그를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법은, 유연 기판에 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄 중 하나의 방식으로 인쇄 회로 영역을 형성하여 유연 인쇄 회로 기판을 제조하는 단계, 근거리 통신 칩을 포함한 실리콘 기술 기반의 칩을 롤투롤 연속 공정으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩하는 단계, 및 상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 센서를 부착하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 롤투롤 연속 공적으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩하는 단계는, 전도성 접착제를 상기 실리콘 기술 기반의 칩을 본딩할 전극 위에 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 인쇄 회로 영역을 제조하는 단계는, 외부의 무선 교류 신호를 유도 결합에 의해 내부에 전달하는 안테나를 인쇄하는 단계, 상기 안테나를 통해 수신된 신호를 정류하는 다이오드를 인쇄하는 단계, 상기 다이오드에서 반파 정류된 전압을 필터링하여 직류 전압으로 출력하는 캐패시터를 인쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실리콘 기술 기반의 칩은 상기 센서로부터 수신된 데이터를 저장하는 마이크로프로세서 칩을 포함하며, 2차 배터리를 상기 마이크로프로세서 칩에 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법은, 도전성 박(foil)에 LiMn204(LMO)를 포함하는 음극과 Li4Ti5012(LTO)를 포함하는 양극을 인쇄하는 단계, 상기 음극과 양극 사이에 젤 형태의 전해액을 채워 상기 2차 배터리를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법은, LMO와 LTO를 용매 NMP 및 고분자 수지 PVDF를 이용하여 롤투롤 인쇄용 잉크를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차 배터리를 연결하는 단계는, 상기 2차 배터리와, 상기 실리콘 기술 기반 칩이 부착된 유연 인쇄 회로 기판을 접착하고 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 NFC 센서 태그는, 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄 중 적어도 하나의 인쇄 방식으로 형성된 인쇄 회로 영역을 포함하는 유연 인쇄 회로 기판, 상기 인쇄 회로 영역과 롤투롤 연속 공정을 통해 본딩된 실리콘 기술 기반의 칩, 상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 센서가 탈부착되는 접합부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 인쇄 회로 영역은, 외부의 무선 교류 신호를 유도 결합에 의해 내부에 전달하는 인쇄 안테나, 상기 인쇄 안테나를 통해 수신된 신호를 정류하는 인쇄 다이오드, 상기 인쇄 다이오드에서 반파 정류된 전압을 필터링하여 직류 전압으로 출력하는 인쇄 캐패시터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 실리콘 기술 기반의 칩은, 상기 직류 전압에 기초하여 구동되며 근거리 통신 기술로 외부 리더기와 통신하는 NFC 칩, 상기 탈부착되는 센서의 감지 데이터를 저장하며, 상기 NFC 칩의 동작을 제어하는 마이크로프로세서 칩을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유연 NFC 센서 태그는, 상기 마이크로프로세서 칩과 연결되어 전원을 공급하는 2차 배터리를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 2차 배터리는, 도전성 박, 상기 도전성 박에 인쇄된 LiMn204(LMO)를 포함하는 음극과 Li4Ti5012(LTO)를 포함하는 양극, 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 채워진 젤 형태의 전해액을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 유연 NFC 센서 태그는, 상기 음극과 양극은 각각 LMO와 LTO를 용매 NMP 및 고분자 수지 PVDF를 이용하여 제조된 롤투롤 인쇄용 잉크에 의해 인쇄될 수 있다.
일 실시예에서, 유연 NFC 센서 태그는, 상기 탈부착되는 센서를 더 포함하며, 상기 센서는 인쇄전자 기술로 제조된 온도 센서, 습도 센서, pH 센서, 가스 센서, 및 용해된 화학물질 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 마이크로프로세서는, 기 설정된 기준을 만족하는 경우에만 상기 감지 데이터를 생성하도록 상기 센서를 제어할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인쇄전자 기술로 다양한 형태로 변형이 가능한 유연한 인쇄 필름 기판 상에, NFC 통신 기능과 센싱 기능을 수행하는 구성요소들을 부착함으로써 인쇄전자나 실리콘 기반 칩 기술만으로는 구현이 어려웠던 유연하면서도 통신 및 저장 기능을 가지는 유연 NFC 센서 태그를, 인쇄전자와 실리콘 기술 기반 칩의 하이브리드 기술로 구현한 유연 NFC 센서 태그를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 인쇄전자 기술을 활용하여 대부분의 회로를 구현하는 한편, 센서의 탈부착이 가능하기 때문에 적은 비용으로 생산이 가능하며 다양한 분야에서 활용이 가능한 유연 NFC 센서 태그와 유연한 NFC 센서 태그를 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄 회로 기판의 제조 및 실리콘 기술 기반의 칩이 본딩되는 과정을 개념적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄 회로 영역을 나타내는 유연 인쇄 회로 기판의 디자인을 나타내는 도면이다.
도 4는 롤투롤 인쇄로 제조된 유연 인쇄 회로 기판과 실리콘 기술 기반 칩과 본딩되어 생성된 유연 NFC 센서 태그의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 포함되는 인쇄 다이오드의 평면도, 개념 단면도, 그리고 다이오드를 포함하는 정류기 회로도 및 동작 특성 파형을 나타내는 도면들이다.
도 6은 인쇄전자 방식으로 제조된 2차 배터리와 실리콘 기술 기반 칩이 본딩된 유연 인쇄 회로 기판이 결합되어 유연 NFC 센서 태그가 제조되는 과정을 개념적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 7은 2차 배터리와 연결된 마이크로프로세서 칩을 구비하는 유연 NFC 센서 태그의 전면을 나타낸 도면이다.
도 8은 유연 NFC 센서 태그의 후면에 2차 배터리가 접합된 형태를 나타낸 도면이다.
도 9는 인쇄전자 방식으로 구현된 2차 배터리의 충방전 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 부착될 수 있는 다양한 종류의 센서들을 나타낸 도면들이다.
도 11은 인쇄 온도 센서를 제1 접합부에 접합한 형태를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그와 이동단말이 NFC 통신을 통하여 센서를 통해 모니터링한 감지 데이터를 주고 받은 예를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 물리적인 힘을 가하여 형태를 변형시킨 모습을 나타내는 도면이다.
이하에서 본 발명의 기술적 사상을 명확하게 하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그를 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 발명에 따른 유연 NFC 센서 태그는 기본적으로 연속적인 롤투롤 인쇄 방식에 따라 제조된다. 롤투롤 인쇄 방식은 인쇄전자 기술을 이용하여 유연하게 말아지는(rolling) 기판에 전도성 잉크를 인쇄함에 따라서 다양한 소자들을 전기적으로 결합하여 회로를 구성하는 기술이다. 롤투롤 인쇄방식은 대량의 회로들을 연속적으로 제조할 수 있기 때문에 제조 속도의 향상에도 상당한 이점이 있다. 다만, 롤투롤 인쇄 방식으로 제조가 가능한 회로 패턴이나 회로 복잡도의 한계를 보완하기 위하여 실리콘 기술을 기반으로 제조된 실리콘 기술 기반의 칩을 본딩하여 인쇄전자 기술과 실리콘 기술의 장점을 모두 가질 수 있는 유연 NFC 센서 태그를 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 유연 기판에 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄 중 하나의 방식으로 인쇄 회로 영역을 형성하여 유연 인쇄 회로 기판을 제조한다(단계 110). 근거리 통신 칩을 포함한 실리콘 기술 기반의 칩을 롤투롤 연속 공정으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩한다(단계 120). 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 포함되는 NFC 칩, 마이크로프로세서 칩은 복잡한 구조를 가지기 때문에 현재의 인쇄전자 기술로는 구현이 어렵다. 따라서 본 발명에서는 NFC 칩과 마이크로프로세서 칩은 실리콘 기술 기반 칩으로 구현되어 유연 인쇄 회로 기판의 인쇄 회로 영역과 본딩될 수 있다. 실시 예에 따라 본 발명에서 유연한 인쇄 기판에 본딩되는 실리콘 기술 기반 칩은 ADC 및 메모리를 더 포함하거나 ADC 및 메모리의 기능은 마이크로프로세서 칩 내에 구현될 수 있다.
실리콘 기술 기반 칩이 유연 기판의 인쇄 회로 영역에 본딩되는 과정은 유연 기판 위에 롤투롤 칩 본딩용 솔더 또는 도전성 접착제가 미리 칩이 본딩될 전극 위에 인쇄된 이후에 실리콘 기술 기반 칩들이 인쇄 회로 영역에 접합되는 과정에 따라 이루어질 수 있다.
다른 실시 예에 있어서 실리콘 기술 기반 칩은, 롤투롤 방식이 아닌 다른 방식을 통하여 인쇄전자 방식으로 제조된 유연 인쇄 회로 기판 상에 각각 본딩될 수 있다.
이와 같이 유연 기판에 인쇄된 인쇄 회로 영역의 소정의 부분에 도전성 점착제를 통하여 센서가 접착될 수 있다(단계 140). 센서는 도전성 점착제를 통하여 탈부착이 가능하기 때문에 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그는 용도에 따라 다양한 센서들이 탈부착되면서 활용될 수 있다.
실시 예에 따라, 실리콘 기술 기반 칩이 본딩된 유연 기판에는 2차 배터리가 연결될 수 있다(단계 130). 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에서 2차 배터리는 센서가 모니터링한 감지 데이터를 메모리에 지속적으로 저장하기 위해 필요한 전원을 공급하는 데 이용될 수 있다. 2차 배터리는 센서의 동작 및 감지 데이터의 저장을 위하여 충전과 방전이 가능한 전지를 포함할 수 있으며, 도전성 박(foil)에 롤투롤 인쇄를 통하여 전극을 인쇄하고 전해액을 채워 넣어 제조될 수 있다.
실시 예에 따라, LiMn204(LMO)와 Li4Ti5O12(LTO)를 각각 음극과 양극 물질로 사용하여 알루미늄 호일과 같은 도전성 박에 롤투롤 인쇄를 한 이후에 전해액을 양극과 음극 사이에 주입하여 2차 배터리를 완성한 이후에, 완성된 2차 배터리를 유연 인쇄 회로 기판에 접합하여 유연 NFC 센서 태그를 제조할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 인쇄 회로 기판의 제조 및 실리콘 기술 기반의 칩이 본딩되는 과정을 개념적으로 나타낸 공정 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 롤투롤 방식으로 유연 기판이 제공되면, 순차적으로 제1 도전 패턴이 형성되고(단계 111), 제2 절연 패턴이 그 위에 형성되며(단계 112), 마지막으로 제3 도전 패턴이 형성될 수 있다(단계 113). 각 패턴들은 도전성 잉크 또는 절연 잉크가 유연 기판 상에 롤투롤 그라비아 방식으로 인쇄되어 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴, 제2 절연 패턴, 제3 도전 패턴들은 인쇄 회로 영역에 포함될 수 있다.
실시 예에 따라 제1 도전 패턴은 안테나 패턴을 포함하며, 제3 도전 패턴은 정류 회로를 포함할 수 있다. 정류 회로에는 다이오드와 캐패시터가 포함될 수 있다.
후술할 것이나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그는 안테나를 통하여 외부 리더기로부터 무선 주파수 신호를 수신하여 직류 전압으로 정류함에 따라서 전원을 공급받아 근거리 무선 통신을 수행할 수 있다. 안테나 패턴과 정류 회로는 이러한 동작을 위해 필요하다. 추가적으로 인쇄 회로 영역은 접합 패턴을 포함할 수 있는데 접합 패턴은 인쇄 회로 영역과 실리콘 기술 기반 칩을 연결하거나 2차 배터리와 실리콘 기술 기반 칩을 연결하는 데 사용될 수 있다. 그리고 절연 패턴은 다수의 패턴들이 인쇄됨에 따라 이들 사이의 전기적 단락이 일어나는 것을 방지하기 위하여 구비될 수 있다.
유연 기판에 인쇄 회로 영역이 형성됨에 따라 유연 인쇄 회로 기판(FPCB)이 제조되고, 이러한 유연 인쇄 회로 기판과 실리콘 기술 기반 칩(Si)이 부착된 필름이 접합되면서 실리콘 기술 기반 칩이 인쇄 회로 영역에 본딩된다(단계 120).
인쇄 회로 영역에 실리콘 기술 기반 칩이 본딩된 이후, 실리콘 기술 기반 칩이 부착되어 있던 필름은 다른 Reel holder에 의해 수거되고, 실리콘 기술 기반 칩이 부착된 유연 인쇄 회로 기판(FPCB+Si)이 제조된다.
본 발명에 따른 유연 NFC 센서 태그는 인쇄전자 방식으로 구현된 인쇄 회로 영역과 실리콘 기술 기반 칩이 결합하여 제조되는 것을 특징으로 하며 위에서는 인쇄전자 방식으로 구현되는 영역(회로 기능 단위 영역)과 실리콘 기술 기반 칩으로 구현되는 영역에 대하여 설명하였으나 반드시 근거리 통신 기능을 수행하는 회로가 실리콘 기술 기반 칩에 포함되어야 하는 것과 같이 특정한 기능을 수행하는 회로들이 인쇄전자 기술이나 실리콘 기술 기반에 의해서만 제조되어야 하는 것으로 한정되지는 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인쇄 회로 영역을 나타내는 유연 인쇄 회로 기판의 디자인을 나타내는 도면이다. 인쇄 회로 영역에는 안테나, 정류기, 및 그 외의 다른 회로들이 인쇄될 수 있다.
안테나와 회로는 롤투롤 등의 인쇄 이후에 다른 요소들과 접합되기 때문에 전기 전도성이 매우 높아야 하며, 특히 인쇄 안테나는 Q 값이 최소 20 이상이 되어야 센서를 통하여 모니터링한 감지 데이터를 외부로 전달하거나 외부로부터 전력이나 데이터를 수신하는 데에 문제가 없다. 또한, 회로를 롤투롤 인쇄하기 위해서는 인쇄한 패턴들의 면저항이 0.1 ohm/sq 이하가 되면서도 얇은 두께를 가져야만 실리콘 기술 기반 칩을 본딩하고 센서를 접합하는 데 유리할 수 있다.
롤투롤 등의 인쇄방식으로 제조된 정류기는 NFC 리더기 또는 이동 단말로부터 커플링된 교류 전압을, 유연 인쇄 회로 기판의 회로들이 동작할 수 있을 정도의 충분한 직류 전압으로 바꿔 주어야만 한다. 실시 예에 따라 정류기는 캐패시터와 다이오드로 구성될 수 있는데, 하나의 캐패시터와 하나의 다이오드를 통해서 정류된 전압으로 유연 인쇄 회로 기판 내의 동작을 위한 전압 제공이 충분하지 않은 경우에는 한 개의 캐패시터 대신에 세 개의 다이오드와 세 개의 캐패시터를 인쇄하여 3배 전압기(voltage tripler)의 형태로 정류기를 제조할 필요가 있다.
실시 예에 따라, 유연 NFC 센서 태그에 포함되는 다이오드는 쇼트키 다이오드를 포함할 수 있다.
도 4는 롤투롤 등의 인쇄로 제조된 유연 인쇄 회로 기판과 실리콘 기술 기반 칩이 본딩되어 생성된 유연 NFC 센서 태그의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 유연 NFC 센서 태그 전체의 동작을 제어하는 마이크로프로세서 칩(MPU)과 NFC 칩(NFC)은 실리콘 기술 기반 칩으로 유연 기판(FB)에 본딩되었으며, 이외의 다른 구성요소들은 인쇄전자 방식으로 유연 기판(FB)에 인쇄된 것을 알 수 있다.
구체적으로 안테나(AT), 다이오드, 캐패시터, 저항 등은 인쇄전자 방식으로 유연 기판에 인쇄되는데, 이들은 롤투롤 그라비아 인쇄와 롤투피 인쇄에 의해 인쇄된 안테나, 인쇄 다이오드, 인쇄 캐패시터, 인쇄 저항을 각각 포함할 수 있다.
안테나(AT)는 외부의 리더기에서 발생한 무선 주파수 신호를 유도 결합(inductive coupling)하여 내부의 회로, 예를 들어 NFC 칩(NFC)에 전달할 수 있다. 실시 예에 따라 외부의 리더기에서 발생하는 주파수 신호는 13.65MHz일 수 있다. 안테나(AT)의 회전 수(turn)에 기초하여 유도결합이 달라질 수 있는데, 예를 들어 안테나의 회전수에 따라 내부에 인가되는 전압이 증가하며 인덕턴스 값도 안테나의 회전수에 비례하여 증가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 포함되는 인쇄 다이오드의 평면도, 개념 단면도, 그리고 다이오드를 포함하는 정류기 회로도 및 동작 특성 파형을 나타내는 도면들이다.
도 5의 (a) 및 (b)를 참조하면, 인쇄 다이오드는 인쇄 실버 전극과 알루미늄 전극 사이에 IGZO(Indium gallium zinc oxide)가 개재되어 구현될 수 있다. 이러한 구성에 따라서 인쇄 다이오드에는 한 방향으로만 전류가 흐르게 된다. 도 5의 (c)를 참조하면, 도 4의 안테나(AT)에 의하여 수신된 교류전압(AC)이 다이오드를 거치면서 반파 정류로 변환되고, 캐패시터(C)를 거쳐 직류전압(DC)으로 변환되는 것을 확인할 수 있다. 실시 예에 따라 안테나(AT)를 통하여 13.65MHz의 교류 전압을 인가받는 경우에 3V의 직류전압이 NFC 칩(NFC)과 같은 내부 회로로 전달될 수 있다. 이와 같이 NFC 칩(NFC)에 3V의 전압을 인가하기 위해서는 안테나 패턴이 4~5번의 회전수를 가질 수 있다.
유연 NFC 센서 태그의 마이크로프로세서 칩(MPU)은 제2 접합부(B2)를 통하여 별도로 부착된 2차 배터리와 연결될 수 있다. 마이크로프로세서 칩(MPU)은 제1 접합부(B1)에 부착되는 센서를 통하여 모니터링된 감지 데이터를 저장하고 센서의 동작을 제어할 수 있다. 실시 예에 따라 마이크로프로세서 칩(MPU)에는 메모리 및/또는 ADC가 내장될 수 있다. 이에 따라 마이크로프로세서 칩(MPU)은 센서에서 수신한 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하여 메모리에 저장할 수 있다.
예를 들어, 마이크로프로세서 칩(MPU)에는 8 비트 ADC와 63Kbyte의 메모리가 내장될 수 있다.
마이크로프로세서 칩(MPU)를 구동하기 위한 2차 배터리는 한번의 충전으로 기 설정된 기간 이상 사용될 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 본 발명에서는 2차 배터리를 한번 완충전하는 경우에 최대 40일을 사용할 수 있도록 2차 배터리와 마이크로프로세서, 그리고 센서의 동작을 최적화할 수 있다. 예를 들어 센서에서 모니터링하는 값을 선택적으로 설정하고 또한 마이크로프로세서 칩(MPU)에서 저장하는 데이터도 선택적으로 지정할 수 있다. 예를 들어 마이크로프로세서 칩(MPU)의 동작은 C 언어로 프로그래밍될 수 있다.
도 4에서는 제2 접합부(B2)를 통하여 전원을 공급하는 와이어가 연결되어 인쇄 회로 영역과 연결되어 있으나, 인쇄전자 기술을 이용하여 인쇄된 2차 배터리가 마이크로프로세서 칩(MPU)과 연결될 수 있다.
도 6은 인쇄전자 방식으로 제조된 2차 배터리와 실리콘 기술 기반 칩이 본딩된 유연 인쇄 회로 기판이 결합되어 유연 NFC 센서 태그가 제조되는 과정을 개념적으로 도시한 공정 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 도전성 박에 음극과 양극을 인쇄하고 전해액을 채워 넣어 2차 배터리를 제조할 수 있다(단계 125). 구체적으로 음극은 LiMn204(LMO)를 포함하고, 양극은 Li4Ti5012(LTO)를 포함할 수 있다. 그리고 이들 사이에 채워지는 전해액은 젤 형태를 가질 수 있다.
실시 예에 따라 양극 물질과 음극 물질 각각은 용매 NMP 및 고분자 수지 PVDF를 이용하여 롤투롤 인쇄용 잉크를 제조하고 이렇게 제조된 인쇄용 잉크를 도전성 박에 인쇄함에 따라서 양극과 음극이 만들어질 수 있다.
2차 배터리와, 상기 실리콘 기술 기반 칩이 부착된 유연 인쇄 회로 기판을 접착하고 코팅하여(단계 130'), 2차 배터리를 통하여 마이크로프로세서 칩이 전원을 공급받을 수 있다.
도 7은 2차 배터리와 연결된 마이크로프로세서 칩을 구비하는 유연 NFC 센서 태그의 전면을 나타낸 것이고, 도 8은 유연 NFC 센서 태그의 후면에 2차 배터리가 접합된 형태를 나타낸 것이다.
도 7의 NFC 센서 태그에서는 마이크로프로세서 칩(MPU)과 2차 배터리가 전면과 후면을 관통하여 전기적으로 연결된다. 2차 배터리는 도전성 박을 기판으로 이용하여 음극 물질은 LiMn204(LMO)를 사용하고 양극물질은 Li4Ti5012(LTO)를 사용하여 롤투롤 인쇄기술로 제조될 수 있다. 그리고 이들 두 전극 사이에 전해액이 젤 형태로 채워질 수 있다. 여기서 음극과 양극은 각각 LMO와 LTO를 용매 NMP와 고분자 수지 PVDF를 이용하여 롤투롤 인쇄용 잉크를 제조함에 따라 호일에 인쇄하여 형성될 수 있다.
2차 배터리 역시 인쇄전자 방식으로 제조되는 경우에는 유연 NFC 센서 태그가 모두 형태가 고정적이지 않으면서도 크기가 작아지기 때문에 휴대성이 훨씬 증대될 수 있다.
도 9는 인쇄전자 방식으로 구현된 2차 배터리의 충방전 특성을 나타내는 그래프이다. 본 발명에서는 2차 배터리의 충방전 특성을 관찰하여 일정한 기간 동안에 유연 NFC 센서 태그가 동작할 수 있도록 마이크로프로세서 칩(MPU)에 따른 센서의 동작 제어, 그리고 유연 NFC 센서 태그 전체의 동작 전류나 동작 전압을 조정할 수 있다. 또한 2차 배터리의 충방전 특성은 음극 및 양극의 전극 두께에 따라 상이해질 수 있으므로 전극 두께를 조절함으로써 한번의 충전으로 유연 NFC 센서 태그를 사용할 수 있는 기간을 보다 증가시킬 수 있다.
도 4의 제1 접합부(B1)에는 다양한 기능의 센서들이 부착될 수 있는데 특히 본 발명에 따른 유연 NFC 센서 태그에는 인쇄전자 방식에 따라 제조된 센서들이 전도성 점착제로 손쉽게 탈부착이 가능하다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 부착될 수 있는 다양한 종류의 센서들을 나타낸 도면들이다. 인쇄전자 방식으로 제조된 센서들은 측정하고자 하는 물성에 적합한 물질을 잉크로 만들어 한 개의 저항 형태 또는 간극을 지닌 두 개의 전극 형태로 롤투롤 인쇄함에 따라 제조될 수 있다. 이러한 인쇄 센서들은 전도성 점착제로 유연 필름의 접합부에 간단하여 접착하여 사용한 후에 다시 센서만 탈착하여 버릴 수 있도록 하는 저항을 가지도록 제조되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 전도성 점착제를 사용하여 부착되는 센서는 높은 저항 값에서도 잘 동작하는 센서들이어야 하므로 본 발명에서 사용되는 인쇄 센서들은 기 설정된 저항 값 이상을 갖는 센서들을 포함할 수 있다. 실시 예에 따라, 본 발명에 따른 유연 NFC 센서 태그에 부착되는 센서는 10-500 ohm/sq의 면저항을 가지는 것이 바람직하다.
도 10의 (a)는 인쇄 습도 센서, (b)는 인쇄 pH 센서, 그리고 (c)는 인쇄 온도 센서를 나타낸 것이다. 인쇄 습도 센서와 인쇄 pH 센서는 이격되면서 상이한 특성을 가지는 두 개의 전극으로 구성되며, 온도 센서는 저항 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 NFC 센서 태그에는 인쇄 온도 센서, 인쇄 습도 센서, 인쇄 조도 센서, 인쇄 pH 센서, 인쇄 용해 화학물질 센서, 인쇄 가스 센서 등 다양한 인쇄 센서들이 탈부착될 수 있다.
도 11은 인쇄 온도 센서를 제1 접합부에 접합한 형태를 나타낸 것이다. 본 발명에 따른 유연 NFC 센서 태그는 유연한 필름 상에 유연한 센서를 간단하게 부착함에 따라서 다양한 센서를 통하여 감지된 값을 마이크로프로세서 칩(MPU)을 통하여 관리할 수 있다.
상술한 바와 같이 마이크로프로세서 칩(MPU)은 센서로부터 선택적으로 값을 수신하여 데이터로 저장해두고 저장된 값을 NFC 칩(NFC)을 통하여 외부 리더기로 전송할 수 있다.
예를 들어, 마이크로프로세서 칩(MPU)은 센서로부터 수신한 값이 기 설정된 기준을 만족하는 경우에만 해당 값을 감지 데이터로 변환하여 메모리에 기록할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그와 이동단말이 NFC 통신을 통하여 센서를 통해 모니터링한 감지 데이터를 주고 받은 예를 나타낸 것이다.
예를 들어, 유연 NFC 센서 태그에 포함된 마이크로프로세서 칩(NFC)은 온도 센서를 통하여 온도를 감지하도록 하되, 25°C 이상의 온도에서만 2분 간격으로 마이크로프로세서(MPU)에 온도를 저장하도록 제어하고, 이동단말을 유연 NFC 센서 태그에 가까이 가져가 그 감지 데이터 값을 수신한 것이다.
이상에서 살펴본 것과 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그는 간단하게 센서를 탈부착할 수 있어 그 활용도가 높고 기존의 인쇄전자 기술로 구현하기 어려운 통신 및 제어 기능을 수행할 수 있다. 또한 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법은 실리콘 기반의 칩을 롤투롤 연속 공정을 통하여 인쇄전자 방식으로 제조된 인쇄 회로 영역과 연결함에 따라서 인쇄전자의 장점과 실리콘 기반 기술 칩의 장점을 모두 갖는 유연 NFC 센서 태그의 제조를 가능하게 한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유연 NFC 센서 태그에 물리적인 힘을 가하여 형태를 변형시킨 모습을 나타내는 도면이다.
도 13에서 확인할 수 있듯이 실리콘 기술 기반의 칩이 유연 기판에 본딩된 경우라고 하더라도 전체 유연 NFC 센서 태그의 형상은 물리적 힘에도 불구하고 안정적인 회로 형태를 유지한다.
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 발명의 각 단계는 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없으며, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 본질적인 기술사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 형태 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 발명된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 유연 기판에 롤투롤 그라비아, 옵셋, 그라비아-옵셋, 리버스 옵셋, 및 스크린 인쇄 중 하나의 방식으로 인쇄 회로 영역을 형성하여 유연 인쇄 회로 기판을 제조하는 단계;
    근거리 통신 칩을 포함한 실리콘 기술 기반의 칩을 롤투롤 연속 공정으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩하는 단계; 및
    상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 센서를 부착하는 단계를 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 롤투롤 연속 공적으로 상기 인쇄 회로 영역과 본딩하는 단계는,
    전도성 접착제를 상기 실리콘 기술 기반의 칩을 본딩할 전극 위에 인쇄하는 단계를 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 영역을 제조하는 단계는,
    외부의 무선 교류 신호를 유도 결합에 의해 내부에 전달하는 안테나를 인쇄하는 단계;
    상기 안테나를 통해 수신된 신호를 정류하는 다이오드를 인쇄하는 단계; 및
    상기 다이오드에서 반파 정류된 전압을 필터링하여 직류 전압으로 출력하는 캐패시터를 인쇄하는 단계를 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 실리콘 기술 기반의 칩은 상기 센서로부터 수신된 데이터를 저장하는 마이크로프로세서 칩을 포함하며,
    2차 배터리를 상기 마이크로프로세서 칩에 연결하는 단계를 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    도전성 박(foil)에 LiMn204(LMO)를 포함하는 음극과 Li4Ti5012(LTO)를 포함하는 양극을 인쇄하는 단계; 및
    상기 음극과 양극 사이에 젤 형태의 전해액을 채워 상기 2차 배터리를 제조하는 단계를 더 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    LMO와 LTO를 용매 NMP 및 고분자 수지 PVDF를 이용하여 롤투롤 인쇄용 잉크를 제조하는 단계를 더 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 2차 배터리를 연결하는 단계는,
    상기 2차 배터리와, 상기 실리콘 기술 기반 칩이 부착된 유연 인쇄 회로 기판을 접착하고 코팅하는 단계를 포함하는 유연 NFC 센서 태그의 제조 방법.
  8. 롤투롤 인쇄 방식으로 형성된 인쇄 회로 영역을 포함하는 유연 인쇄 회로 기판;
    상기 인쇄 회로 영역과 롤투롤 연속 공정을 통해 본딩된 실리콘 기술 기반의 칩; 및
    상기 유연 인쇄 회로 기판에 도전성 점착제를 통해 센서가 탈부착되는 접합부를 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 영역은,
    외부의 무선 교류 신호를 유도 결합에 의해 내부에 전달하는 인쇄 안테나;
    상기 인쇄 안테나를 통해 수신된 신호를 정류하는 인쇄 다이오드; 및
    상기 인쇄 다이오드에서 반파 정류된 전압을 필터링하여 직류 전압으로 출력하는 인쇄 캐패시터를 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 실리콘 기술 기반의 칩은,
    상기 직류 전압에 기초하여 구동되며 근거리 통신 기술로 외부 리더기와 통신하는 NFC 칩; 및
    상기 탈부착되는 센서의 감지 데이터를 저장하며, 상기 NFC 칩의 동작을 제어하는 마이크로프로세서 칩을 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서 칩과 연결되어 전원을 공급하는 2차 배터리를 더 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 2차 배터리는,
    도전성 박, 상기 도전성 박에 인쇄된 LiMn204(LMO)를 포함하는 음극과 Li4Ti5012(LTO)를 포함하는 양극, 및 상기 음극과 상기 양극 사이에 채워진 젤 형태의 전해액을 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 음극과 양극은 각각 LMO와 LTO를 용매 NMP 및 고분자 수지 PVDF를 이용하여 제조된 롤투롤 인쇄용 잉크에 의해 인쇄된 유연 NFC 센서 태그.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 탈부착 되는 센서를 더 포함하며, 상기 센서는 인쇄전자 기술로 제조된 온도 센서, 습도 센서, pH 센서, 가스 센서, 및 용해된 화학물질 센서 중 적어도 하나를 포함하는 유연 NFC 센서 태그.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 기 설정된 기준을 만족하는 경우에만 상기 감지 데이터를 생성하도록 상기 센서를 제어하는 유연 NFC 센서 태그.
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