RFID태그의 부착 방법

포장재에 RFID태그(인렛트)를 부착하는 방법에 관한 일본·미국의 특허를 조사한 결과 다음과 같은 3종류의 방법이 특허로 출원되어 있다.

① 연포장 파우치, 지기, 골판지 상자 등의 내용제품이 들어있는 용기에 RFID태그·라벨을 부착한다.

② 내용품의 용기에 이용하는 봉함재 등의 부자재에 RFID태그를 묻어둔다.

③ 골판지의 골심지와 라이너의 사이에 RFID 태그·라벨을 소정 간격으로 라벨러로 부착한다.

위와 같은 방법은 고속으로 시트·필름으로서 공급되는 포장 재료에 온 머신(on machine)으로 RFID태그를 부착하는 방법으로서는 실제적이지 않다고 판단되기 때문에, RFID(인렛트)를 플라스틱 테이프에 일정한 간격으로 고정되게 부착한 「RFID태그 부착 테이프」를 온머신으로 일반적인 가공속도를 떨어뜨리지 않고 부착하는 방법을 제시한다.

1) 포장용 재료로써 RFID태그 테이프의 부착법

연속하여 고속으로 흐르는 포장용 재료에 RFID태그 테이프를 부착하는 때의 전제 조건은 다음과 같은 것이 있다.

- RFID태그(인렛트)는 한번 쓰기 타입 혹은 쓰기 자유의 타입으로 한다. 유저 업체 내에서나 혹은 업종 내에서 공통의 코드 체계를 구축한다.

- RFID태그는 고속 대응 타입(점합속도 400m/분으로 응답하는 것)을 선택하여 사용한다.

- RFID태그 부착 테이프는 전문 메이커에서 소정의 지관(RFID칩에 영향이 나오지 않도록 지관의 지름을 크게 한다)에 말아서 릴로 마무리해 둔다.
연신 PP 등의 플라스틱 테이프는 50~100마이크론 정도로 폭은 5mm~20mm정도로 하여, 테이프 기재에 점착제를 도포하고 그 면에 RFID태그를 소정 간격으로 고정한다. 따라서 RFID태그의 표면에는 점착제는 없는 상태이다(가능하면 인렛트의 주위에 점착제를 도포하는 것이 바람직하나, 사용하는 RFID태그 폭 보다 몇 mm 큰 테이프 폭이 되도록 테이프 양식을 결정한다).

- 컷트 오프를 위한 칼은 RFID칩(0.5mm각 이하)을 절단하여도 칼이 잘 드는 정도는 저하하지 않는다. 또한 그 파편은 테이프의 점착제에 부착한 상태로 유지되도록 하여, 인쇄기 등에 영향을 주지 않는다.

① RFID 부착 테이프의 구조

RFID태그를 라벨에 사용하여 주행 시트에 고착(固着)하는 것은 기술적으로는 꽤 곤란하다. 현행의 점합속도를 극단적으로 떨어뜨리지 않으면서 불량품의 발생을 수% 이하로 억제해야하는 것이어야 한다. 또한 부착하는 RFID태그의 위치 및 RFID태그 자체의 손상의 유무가 관계하는 시트의 양호·불량의 판별을 공정 내에서 조사할 수 있어야 한다.

콜게이터·온머신 가공을 예로 들면, 콜게이터의 점합속도가 급격히 저하하거나 접착 불량을 일으키는 일도 있기 때문에, 현행 가공방법에 적응할 수 있는 접착법이어야만 하며, 이에는 테이프에 RFID태그를 장착해 시트에 고착하는 방법이 실제적이다.

② RFID태그 장착 테이프의 부착법

RFID태그를 장착한 테이프를 포장용 필름/시트에 부착하는 것에는 대상물이 단층인 경우와 적층인 경우에 따라 하기(下記)에 표시한 방법에 의해 차이가 생긴다.

단층의 소재에 RFID태그 부착 테이프를 고착하는 경우에는 반드시 RFID칩이 부착되어 있는 점착이 이루어지는 면이 아래쪽을 향하게 붙이도록 한다. 손끝으로 느낄 정도의 부풀어 오름을 만드는 두께의 RFID칩을 연신(延伸) PP테이프로 보호하는 것이 가능하다.

또한 점착제로 인한 시트 가공단계에서의 테이프가 빗나감을 방지할 수 있다. 접착되는 부분은 통상의 인쇄면(표면)이나 제품측(뒷면), 어느 쪽이라도 선택할 수 있다.

적층체는 표면, 뒷면은 물론 층간을 선택할 수도 있다. 하지만 층간에 같은 테이프를 삽입하면 테이프 폭 부분에 층간접착불량이 생기므로 테이프 폭에 대한 주의가 필요하다.

②-1 연속필름/시트·표면에 부착하는 방법

주행하는 필름·시트에 RFID태그 장착 테이프(커트 치수에 맞춘 간격으로 RFID태그를 부착하도록 한다.)를 릴로부터 반복해서 필름·시트에 부착하는 방법이 가장 검토하기 쉽다.

대표적인 예로써로 살펴보면 골판지의 싱글 쪽에 점착 PP테이프를 장치하는 커트 테이프 접착과 같은 방법이 있다. 미국에서 발매되고 있는 UHF용 RFID태그는 폭이 10mm(길이는 10Cm)의 것이 있으며, 이와 같은 것이 계속해서 개발되면 이를 통해 장래에 곧 약간 소형화될 수 있을 것으로 예상된다. 또한, 10mm이하의 「종이테이프」화도 가능할 것이다.

②-2 적층체의 층간에 고정하는 방법

또 한 가지 방법은 래미네이트 하는 장치(裝置)에 RFID태그 장착 테이프의 릴을 세트하여, 이 릴로부터 테이프를 끌어내어 2매의 재료 간에 삽입·고정하는 방법이 있다. 이 방법의 위치는 RFID태그가 표면재의 안쪽에 위치하게 되기 때문에, 필름·시트의 표면(또는 뒷면)에 고착되는 경우에 비해 RFID태그의 보호 정도가 높아진다.

이 방법에는 RFID태그 장착 테이프의 양면에 점착재의 도포가 없어서 끝나는 경우가 있다. 또한 단순히 테이프에 RFID태그가 장착되어 있어 끝나는 경우가 있다. 테이프 기재(基材)와 플라스틱 재료 사이로 접착할 수 있는 경우, 또 힛 씰 커트(heat seal cut)할 수 있을 때에는 테이프에 점착제의 도포가 필요조건은 아니다.

이에 대해서 골판지 층간(골심지와 라이너의 사이)에 약간 넓힌 테이프를 삽입하여 고정할 때에는 적층재의 층간 박리(剝離)를 방지하기 위하여 테이프의 양면에 핫멜트(hot melt) 접착제를 도포하는 일이 필요하게 되는 경우가 생긴다. (골판지의 경우, 5~6mm의 테이프 폭이라면 접착제를 도포하지 않아도 골판지상자의 압축 강도에는 영향을 주지 않는다고 예측된다.)

닷트 정보 : 골판지 적층체에 RFID태그 부착 테이프를 삽입하는 경우에는, 열반구(熱盤口)의 한쪽 단과 바깥 라이너 사이에 RFID태그 장착 테이프를 끼워 넣어야 한다.

이 방법은 일본에서 행해지고 있는 핫멜트(hot melt) 코팅을 한 폴리에스테르제의 보강 끈을 골심지와 라이너 사이에 삽입하는 방법과 동일하며, 같은 장치를 사용할 수 있다고 고려된다. 이 방법은 일본에서는 일부 공장에서밖에 사용되고 있지 않지만, 미국에서는 수공(水孔)의 보강 및 동체 팽창을 방지하기 위해 이 삽입방법이 일반적으로 사용된다.

③ 실제 RFID태그 부착 위치의 검출

● 시트 가공에 관한 전용 RFID태그 장착 테이프와 공용 RFID태그 장착 테이프의 구분 : 주행하는 필름·시트에 RFID태그 장착 테이프를 붙이는 경우에는 대상 제품의 로트(lot)사이즈에 관계하여, 충분한 로트 사이즈가 있으면 그것에 맞는 RFID태그 간격으로 설정한 전용 RFID태그 장착 테이프를 작성하여 저장해 둔다. (후술의 A의 경우) 또한 로트사이즈가 작아서 다른 시트용 RFID태그 부착 테이프와의 공용화를 예측해야하면 공용 RFID태그 부착 테이프를 이용한다.

이 경우에는 RFID태그의 위치가 소정 시트의 일정한 위치에 고정할 수 없는 일도 있다. 즉, 지정 부착 시트 안에 RFID태그의 위치가 이동하는 것이다. 이 변화하는 RFID태그의 위치를 추적·검출하면서 허용되는 위치 범위에 RFID태그가 있는가를 컴퓨터가 연산하여 양품·불량품의 판별을 하고 고객과 설정한 가공※에 기초하여 생산하는 일이 가능하다. (후술의 B의 경우)

※ RFID태그가 최종 사용형태에서 한개 들어간 시트 끝을 양품으로 하는 경우와 두개 들어간 것도 양품으로 하는 경우가 있다.

● RFID태그 부착 테이프 내의 RFID태그의 위치와 양품·불량품의 판별 : 옮겨 감은 웹에서 RFID태그 부착 테이프를 연속하는 동시에 임의의 위치에 부착하는 일을 상정(想定)하여, 아래의 검토조건으로 RFID태그 위치의 양품·불량품을 판별하는 때의 RFID태그 위치와 테이프 상의 RFID태그 간격의 관계를 나타낸다.

이 RFID태그 장착 시트의 양품·불량품의 판별 시스템은 컷오프에 관한 절판 길이의 신호(골판지의 경우는 메이저 링 롤(major ring roll)의 끝부분은 비접촉의 레이저식 계측기로 절단 길이를 계측)와 리더·라이터가 그 아래를 통과하는 RFID의 응답하는 전파를 캐치한 때의 통과신호를 사용하여 생산관리장치(컴퓨터)가 절단 시트 내에 설정한 RFID태그의 위치범위(트림(trim)길이를 고려하는 경우와 불필요한 경우가 있다)에 RFID태그가 존재하고 있는지를 연산하여 판단하는 방법이 있다.

여기서 중요한 것은 생산관리장치(컴퓨터)가 절단 시트 내에 설정한 위치범위에 RFID태그가 들어가 있는 것을 확인할 수 있는 경우에 이 시트 내에 있는 RFID태그는 정상적으로 작동하고 있는지를 확인하는 것도 할 수 있는 것이다. 이 정보를 최종 제품의 RFID태그 검사에 유용하게 사용할 수 있다.

● 꺾어 구부리는 가공의 영향 : 시트·필름으로부터 케이스·파우치 등의 형태로 만들기 때문에 꺾어 구부리는 가공을 하는 경우에는, 당연히 그 꺾어 구부리는 위치·괘선위치에 RFID태그가 들어가는 것은 현 상황에서는 불량품이 된다. (현재 시판되고 있는 UFH대 RFID태그안테나와 RFID칩이 땜납 부착되어지고 있다. 이 때문에 땜납 부착 부분은 딱딱하고 부러지기 쉬워서, RFID태그의 중심부를 구부리는 것이 불가능하다.)

따라서 꺾어 구부리는 것이 생기지 않는 주행방향으로 RFID태그 부착 테이프를 통과하는 검토가 가장 중요하다. 이것이 불가능한 경우에는 괘선위치에 기인하는 불량품의 발생을 피하기위해서 그 괘선에 관한 조건을 생산관리장치에 입력해두면, 이론상으로는 그 데이터에 근거하여 양품·불량품의 판별이 가능하다.

하지만 가까운 미래, RFID칩이 인쇄RFID로 대체되거나 전체가 플렉시블(flexible)하게 되면, 골판지의 경우에는 바깥 라이너 쪽에 RFID태그를 배치해두어 괘입(罫入)하는 가공방법을 고안한다면, 이러한 꺾어 구부리도록 하는 RFID태그의 대미지(damage)없이 하는 것이 가능할 것이다.
(※ 여기에 관해서는 다음의 신중한 검토가 필요하다.)

ⓐ 전용 RFID태그 장착 테이프의 경우

「절단 길이에 맞는 RFID태그 간격의 테이프를 사용하여, RFID태그가 절단 시트의 소정 위치에 들어가도록 커터(cutter)가 잘라나가도록 조정한다」

조건 : 절단 길이=RFID태그 간격

※ RFID태그 간격의 정의 : 인접하는 RFID태그의 간격으로, RFID부와 안테나부로부터 되는 「RFID태그」의 전체길이의 중심간 거리 (통상은 RFID칩 간의 거리가 된다.)

《운전방법》 고속주행 하에 위치결정 없이 테이프를 부착하여, 커터가 절단 길이를 조정하면서 정규 커트 위치가 되는 데까지 불량 시트를 조금씩 잘라 배출한다.

ⓑ 공용 RFID태그 장착 테이프의 경우

「1매의 시트에 들어간 RFID태그 위치를 판정하면서 생산」

이 경우의 RFID태그 장착 테이프는 절단 길이보다 RFID간격이 작게 되는 경우와 절단 길이보다 RFID태그 간격이 크게 되는 경우가 있다. 전자는 시트에 따라 RFID태그가 존재하는 개수에 차이가 생긴다. 후자는 RFID태그가 존재하지 않는 시트가 발생한다.

통상은 RFID태그 부착 테이프가 시트 절단 길이보다 RFID 간격이 크게 되는 RFID부착 테이프의 사용은 상정 외에 있다. 이것은 일정 비율로 RFID태그가 존재하지 않는 시트가 발생하면, 그 시트가 로스(loss)로 카운트되기 때문이다. (이 배제된 시트에 오프라인으로 태그를 직접 부착하는 것은 방법론으로서는 가능하지만, 여기에는 검토대상에서 제외한다.)

시트 절단 길이보다 RFID태그 간격이 작은 경우에는, 절단 시트에 들어간 RFID태그의 개수에 불규칙한 분포가 생긴다. 간단히 표시하면 다음과 같다.

시트 절단 길이보다 RFID태그 간격이 극히 작은 경우 ⇒ 2개의 시트와 3개의 시트

시트 절단 길이와 RFID태그 간격의 차가 근소하게 있는 경우 ⇒ 1개의 시트와 2개의 시트

따라서 여기에서는 일반적인 생산 비용에 대한 판단을 하여, 후자의 RFID태그가 1개의 시트와 2개의 시트가 생기는 경우에 관해서 검토한다. RFID태그가 2개 들어간 절단 시트에 초점을 맞추어, 절단 길이(트림이 있는 경우)와 RFID태그 간격의 관계에 있어서 어떤 RFID태그의 위치불량이 생기는가를 살펴본다. (물론, RFID태그가 1개 들어간 절단 시트에서도 위치불량이 생긴다.)

이 절단 시트에 RFID태그가 1개의 시트와 2개의 시트가 생기는 경우에 절단 길이보다 RFID태그 간격이 짧게 되어있는 RFID태그 장착 테이프를 사용한 경우, RFID태그 간격이 짧게 되는 정도와 RFID태그 위치의 변화의 정도를 비교할 수 있도록 한다.

즉, RFID태그 간격이 절단 길이보다 점점 짧게 되고 있다면, 절단 시트에 RFID태그 2개가 들어있는 확률이 커지는 것이 감각적으로 알게 된다. 즉, RFID태그 장착 테이프의 공용화의 범위를 넓히면, 절단 시트에 RFID태그가 2개 들어가는 확률이 커진다는 것을 보여준다.

하지만 리더·라이터가 관계하는 RFID태그의 데이터를 관리하는 운용 소프트를 변경하여 2개의 RFID태그 이하에 대해서는 어긋남의 한쪽에만 대응하도록 한다면, RFID태그의 위치에 기인하는 불량발생은 없어지게 된다. 이것은 RFID태그의 가격이 5엔 저하시킨 때에 유효하게 되는 방법이다.

2) 골판지에 공용 RFID태그 부착 테이프를 설치하는 경우의 검토

이 경우, 절단 시트 내의 RFID태그의 위치는 커터용 신호와 전파를 송수신하는 리더·라이터의 신호를 기본으로 생산관리장치가 연산하여 판단하지만, 제함(製函)시 들어간 괘선의 위치에 RFID태그가 오는 시트를 계산하여 식별할 수 있다. 생산관리장치가 몇 매 선에 이 상태로 빠지는 시트가 발생하는가를 계산한다. 이 상태를 절단하여 로스로 하는 길이를 최소화하는 연산의 시작, RFID태그의 위치를 보정하는 것도 고려될 수 있다.

시트 내의 RFID태그의 위치는 서서히 이동하기 때문에, 절단 길이와 RFID태그 간격의 관계로 몇 매에 1매의 비율로 발생하는가를 연산하는 것을 구할 수 있다. 어떤 비율로 발생하는 불량률 및 로스의 손실액(시트 비용과 RFID태그 비용의 합계)과 시트 단가와 RFID태그의 단가를 생산관리장치의 데이터에 입력하여 경제적인 생산방법을 구하는 것이 가능하다.

2006년 태그 가격문제 해결 기대

미국의 RFID태그 관련 규격은 정보처리 기기의 규격을 비롯하여 점점 개정되고 있다. 전반적으로 채택한 세미·팩시브형의 보조전원 부착 RFID태그의 개발이 급속히 진행되는 것도 이러한 개정에 영향을 주고 있다. 이 타입의 대표적 RFID태그에 해당되는 파워 ID는 영국의 PIRA(포장연구기관)의 인터넷 정보(2004년 6월 9일)에 의하면, 통상의 팩시브형 RFID태그와 그다지 차이가 없는 가격으로 2006년 중에 판매될 계획이며, 미국에서는 5센트 또는 그 이하로 판매될 예정이라고 한다. (※ 그 후, 여기에 관한 인터넷 정보는 발견되지 않고 있다.)

월마트 스토어社는 통상의 팩시브형 RFID태그를 5센트로 하는 것을 주요 목표로 하고 있지만, 계획대로라면 미국에서는 이보다 고성능의 세미·팩시브형 RFID태그로 이 목표를 2006년 중에는 달성한다고 한다.

파워 ID가 이 가격으로 판매가 가능한 이유는, 현시점에서는 RFID태그의 집적회로에 실리콘 칩을 사용하는 것이 성공하기 전이지만, Paper Power社가 이 칩을 인쇄로 완성하는 기술개발(모토로라社의 BiStatix 기술을 도입)을 하고 있어서 이것이 성공하면 RFID태그(파워ID)의 안테나, IC 및 배터리를 인쇄공정으로 전부 형성할 수 있기 때문이다. (일본, 미국 등에도 이 인쇄식 IC의 연구가 진행되고 있다.)

세계의 포장기업·인쇄기업에서는 플렉시블(flexible)한 두께 차이가 없는 염가 인쇄 RFID태그의 판매가 시작되는 것을 전제로 한 개발을 진행하고 있다. 특히, 생산대응이 가능하고 품질보정을 할 수 있는 포장재의 설치방법 및 골판지, 파우치용 필름 이외의 포장재료의 가공방법을 연구하는 것도 가능할 것이다. 끝.