專利名稱：射頻識(shí)別標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu),方法,和使用該標(biāo)簽的通信的制作方法
在此將2000年7月17日提交的日本專利申請(qǐng)No.2000-215935；和2000年9月5日提交的日本專利申請(qǐng)No.2000-268241的整個(gè)公開，包括說(shuō)明書，權(quán)利要求書，附圖和公開的摘要作為整體引入，以便根據(jù)35U.S.C119要求優(yōu)先權(quán)。
RDIF標(biāo)簽具有天線線圈和控制部分，其中由天線線圈接收從讀/寫終端發(fā)送的信號(hào)，由控制部分將其轉(zhuǎn)換成電能，并存儲(chǔ)在電容器中，天線線圈利用這種電能將存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器部分的，諸如ID碼之類的信息發(fā)送回讀/寫終端。
有兩個(gè)有代表性的發(fā)送/接收系統(tǒng)，ASK系統(tǒng)和FSK系統(tǒng)；前者的讀/寫操作是基于幅移鍵控，而后者是基于頻移鍵控。
一般RFID標(biāo)簽的天線線圈可以按類型分為具有利用環(huán)形空心線圈的盤狀天線線圈，和具有利用鐵氧體磁心棒和繞該磁心上纏繞漆包線的柱狀天線線圈。這些標(biāo)簽的外形取決于每個(gè)天線線圈的形狀，前者表現(xiàn)為盤狀，而后者表現(xiàn)為棒狀。
具有盤狀天線線圈的RFID標(biāo)簽根據(jù)環(huán)形線圈平面方向上磁通的變化進(jìn)行通信，而具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽根據(jù)該標(biāo)簽軸向上磁通的變化進(jìn)行通信。
電磁波被看作是在彼此正交的平面上振蕩時(shí)同時(shí)傳播的交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)。當(dāng)磁場(chǎng)的變化產(chǎn)生的交變磁通與諸如由鐵、鋁或銅之類構(gòu)成的導(dǎo)體部件相交時(shí)，該導(dǎo)體部件內(nèi)部產(chǎn)生渦流，并且該渦流在抵消該交變磁通的方向產(chǎn)生反磁通。
因此，與導(dǎo)體部件盡可能地分開安裝RFID標(biāo)簽是一種通用的做法。
然而，無(wú)論如何，在RFID標(biāo)簽必須安裝在靠近導(dǎo)體部件的情況下，一種可能的辦法是放置一個(gè)具有前述的盤形天線線圈的RFID標(biāo)簽，使得它的線圈平面與導(dǎo)體部件的表面平行排列，當(dāng)置入非導(dǎo)體襯片時(shí)，標(biāo)簽?zāi)軌蚺c該導(dǎo)體部件分隔開，從而抑制渦流的產(chǎn)生；或者是在線圈平面和導(dǎo)體部件之間提供一種具有高磁導(dǎo)率的材料，如鐵氧體磁心或無(wú)定形磁性材料片，以便將該導(dǎo)體部件可能泄漏的磁通導(dǎo)入具有高磁導(dǎo)率的材料，從而抑制渦流的產(chǎn)生。
這些方法能夠成功地減小磁體的影響，并且這些方法中的任何一種都能夠在與線圈平面正交的方向上，即，從盤狀天線線圈的磁通分布方向上進(jìn)行通信。
另一方面，具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽的可縮小尺寸遠(yuǎn)比具有盤形天線線圈的RFID標(biāo)簽大，在多種應(yīng)用有極好的適應(yīng)性。
然而，在導(dǎo)體部件的表面安裝具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽在理論上被認(rèn)為是很難的，因此還沒(méi)有這種實(shí)踐。
如上所述，具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽沿著該天線線圈的軸向產(chǎn)生磁通，因此，就靈敏度而言，有利于從插入到該天線線圈磁心部件尖端與讀/寫終端進(jìn)行通信。
根據(jù)這種考慮，為了易于通信，在導(dǎo)體部件的表面上安裝該標(biāo)簽必須和與導(dǎo)體部件的表面正交的軸向?qū)R。這需要導(dǎo)體部件在表面部分具有垂直的安裝孔(安裝槽)，使RFID標(biāo)簽垂直安裝進(jìn)去。
然而，讀/寫終端和安裝在具有合適尺寸的該安裝孔中的RFID標(biāo)簽之間的通信因標(biāo)簽周圍的導(dǎo)體部件的不利影響而禁止。這就是為什么常規(guī)技術(shù)采用具有盤形天線線圈的RFID標(biāo)簽安裝在導(dǎo)體部件的表面的原因。
本發(fā)明人經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，如果RFID標(biāo)簽具有棒狀柱形天線線圈，并且被安裝成使天線線圈的縱向(軸向)與導(dǎo)體部件的安裝平面平行，并且與該安裝平面大致接觸，那么利用在其安裝平面上的空間中擴(kuò)展的磁通能夠與RFID標(biāo)簽通信，該發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致他們完成了本發(fā)明。
就是說(shuō)，根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)是將具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，其中RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型，并且被安裝成使其軸向方向與所述導(dǎo)體部件的安裝平面平行，從而與該安裝平面大致接觸。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，一部分磁通從柱狀天線線圈的尖端流出并且沿著其軸向方向擴(kuò)展穿入導(dǎo)體部件。當(dāng)全部磁通根據(jù)該導(dǎo)體部件內(nèi)部產(chǎn)生的渦流略微減小時(shí)，部分殘留磁通穿透該RFID標(biāo)簽，并且進(jìn)入導(dǎo)體部件的安裝平面上的空間以形成閉合環(huán)路。當(dāng)由該磁通作為媒介時(shí)能夠與外部讀/寫終端進(jìn)行通信。
即使導(dǎo)體部件只能提供很小的空間來(lái)安裝RFID標(biāo)簽，尺寸可極大縮小的RFID標(biāo)簽仍可以輕易地安裝進(jìn)去。
由于利用穿透到RFID標(biāo)簽并在導(dǎo)體部件的安裝平面上擴(kuò)展的磁通作為來(lái)進(jìn)行通信，因此它還保證通信時(shí)良好的可操作性。
在這種安裝結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)體部件可以在表面部分有一個(gè)頂部開放的安裝槽，其中，可將RFID標(biāo)簽安裝成使其軸向方向與包含該槽底面的安裝平面平行。這種結(jié)構(gòu)使得RFID牢固地安裝在導(dǎo)體部件上，并且能夠通過(guò)穿透RFID標(biāo)簽并在導(dǎo)體部件的安裝平面上的空間中擴(kuò)展的磁通來(lái)進(jìn)行通信。
在前面任何一種安裝結(jié)構(gòu)中，可安裝RFID標(biāo)簽在與導(dǎo)體部件的安裝平面保持10μm到5mm的距離。這樣能夠成功地減小由導(dǎo)體產(chǎn)生的影響，從而提高通信的靈敏度。
將RFID部件和導(dǎo)體部件的安裝平面之間的距離限制在5mm或以下能夠成功地減少RFID標(biāo)簽從導(dǎo)體部件表面的伸出量，或者減少在導(dǎo)體部件中形成的安裝槽的深度。這樣能保證確保導(dǎo)體部件的特征和強(qiáng)度。
根據(jù)權(quán)利要求4所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)是將具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，其中導(dǎo)體部件在其表面部分具有安裝槽，RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型，并且該將標(biāo)簽安裝成使其軸向方向與安裝槽的底面傾斜。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，與權(quán)利要求1和2所達(dá)到的相比，導(dǎo)體部件上的伸出安裝區(qū)域可以進(jìn)一步縮短。磁通可以傳播到在安裝槽內(nèi)形成在標(biāo)簽旁邊的空間中，然后從安裝槽泄漏，從而可以成功地作為與讀/寫終端通信的媒介。
在前面的任何一種安裝結(jié)構(gòu)中，可以在側(cè)面和/或與其安裝面相對(duì)的面利用由導(dǎo)體材料制成的保護(hù)部件保護(hù)在安裝槽中處于安裝狀態(tài)的RFID標(biāo)簽。這樣能保證更可靠地保護(hù)RFID標(biāo)簽。
在前面的安裝結(jié)構(gòu)中，可以向保護(hù)部件提供在其表面部分中的上部開放的外殼部分，并且RFID標(biāo)簽可以容納在該外殼部分內(nèi)，從而保護(hù)該標(biāo)簽的側(cè)面和/或與安裝平面相對(duì)的面。這樣借助保護(hù)部件使RFID標(biāo)簽的定位和安裝更精確。
在前面的任何一種安裝結(jié)構(gòu)中，可以用由非導(dǎo)電材料制成的保護(hù)部件覆蓋安裝在導(dǎo)體部分的RFID標(biāo)簽的表面?zhèn)?。這樣能有效保護(hù)RFID標(biāo)簽不受外部壓力、碰撞或外界環(huán)境的影響。
在前面的任何一種安裝結(jié)構(gòu)中，RFID標(biāo)簽可以是例如基于幅移鍵控(ASK)系統(tǒng)進(jìn)行通信的。與基于FSK系統(tǒng)的標(biāo)簽不同，由于基于ASK系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽不會(huì)在受導(dǎo)體部件的影響產(chǎn)生頻率偏移時(shí)降低通信靈敏度，因此即使如本發(fā)明中與導(dǎo)體部件接觸安裝也能保證高靈敏度和穩(wěn)定性的通信。
根據(jù)權(quán)利要求9所述的RFID標(biāo)簽的安裝方法是將具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，它包括在由導(dǎo)體材料制成的保護(hù)部件的表面部分形成的頂部開放的外殼部分中容納RFID標(biāo)簽的步驟，其中RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型；以及在導(dǎo)體部件的表面部分形成的頂部開放的安裝槽中容納保護(hù)部件，以使該外殼部分的開放頂部指向該安裝槽的開放頂部，并且使該RFID標(biāo)簽的軸向方向指向與該安裝槽的底面平行或指向該安裝槽的底面傾斜。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，一旦將RFID標(biāo)簽容納在保護(hù)部件內(nèi)，并且然后將該保護(hù)部件容納在導(dǎo)體部件的表面部分中形成的頂部開放的安裝槽中，以致可將極小的RFID標(biāo)簽容易地安裝在具有合適的小尺寸的安裝槽中。
這樣節(jié)省了安裝所需的時(shí)間，并且能夠在用精確方法預(yù)先定位時(shí)安裝RFID標(biāo)簽。
根據(jù)權(quán)利要求10所述的RFID標(biāo)簽的安裝方法是將具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，它包括步驟安裝具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽，從而整體為棒型，以使該標(biāo)簽的軸向方向與該導(dǎo)體部件的安裝平面平行，并且與該安裝平面大致接觸；以及由導(dǎo)體部件的安裝平面上的空間中形成的磁通作為媒介利用該RFID標(biāo)簽進(jìn)行通信。
根據(jù)這種方法，在RFID標(biāo)簽與導(dǎo)體部件接觸安裝的狀態(tài)，可以用穿透RFID標(biāo)簽并在導(dǎo)體部件的安裝平面上的空間中擴(kuò)展的磁通作為媒介來(lái)實(shí)現(xiàn)通信。
利用權(quán)利要求11所述的RFID標(biāo)簽的通信方法是利用安裝到導(dǎo)體部件的具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽，它包括步驟在導(dǎo)體部件的表面部分形成安裝槽；安裝具有柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽，從而整體為棒型，以使該標(biāo)簽的軸的方向與該安裝槽的底面平行并且與其大致接觸，或與該底面傾斜；以及利用該RFID標(biāo)簽，由導(dǎo)體部件的安裝平面上的空間中形成的磁通作為媒介進(jìn)行通信。
根據(jù)這種方法，由于具有尺寸可大大縮小的柱狀天線線圈的RFID標(biāo)簽可以安裝在這種小槽中，因此即使當(dāng)導(dǎo)體部件只提供小尺寸安裝槽時(shí)也易于進(jìn)行通信。
在導(dǎo)體部件的表面安裝RFID標(biāo)簽便于該標(biāo)簽的附著，并且在安裝槽內(nèi)安裝RFID標(biāo)簽確保了該標(biāo)簽的安全保持。
如上所述，將具有柱狀天線線圈的桿形RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，使其縱向(軸向方向)與安裝平面平行，并且與該安裝平面大致接觸允許用穿透該RFID標(biāo)簽并且在安裝平面上的空間中擴(kuò)展的磁通作為媒介進(jìn)行通信。
圖2是表示構(gòu)成RFID標(biāo)簽的正視圖；圖3是表示RFID標(biāo)簽的控制部分結(jié)構(gòu)的方框圖；圖4是表示在RFID標(biāo)簽周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)輪廓的示意圖；圖5A到5C是表示從外部讀/寫終端的天線產(chǎn)生的磁場(chǎng)和它到達(dá)在導(dǎo)體部件的安裝平面形成的頂部開放的安裝槽的示意圖；圖6A和6B是表示從安裝在導(dǎo)體部件的安裝平面產(chǎn)生的頂部開放的安裝槽中的RFID標(biāo)簽產(chǎn)生的磁場(chǎng)，以及向外傳播的示意圖；圖7A和7B分別是表示本發(fā)明另一個(gè)RFID標(biāo)簽典型的安裝結(jié)構(gòu)的透視圖和剖面圖，其中在導(dǎo)體部件的安裝平面形成頂部開放、拱形底部的安裝槽，由玻璃容器構(gòu)成的非導(dǎo)電保護(hù)部件覆蓋的RFID標(biāo)簽安裝在安裝槽中，并且標(biāo)簽的表面也用非導(dǎo)電樹脂構(gòu)成的保護(hù)部件覆蓋；圖8A還是表示本發(fā)明另一個(gè)RFID標(biāo)簽典型的安裝結(jié)構(gòu)的示意圖，其中在導(dǎo)體部件的安裝平面形成頂部開放的安裝槽，并且安裝在安裝槽的RFID標(biāo)簽的表面用由非導(dǎo)電樹脂構(gòu)成的保護(hù)部件覆蓋；圖8B是表示替代圖8A中所示的具有方形輪廓的安裝槽的平面圖；以及圖8C是表示替代圖8A中所示的具有圓形輪廓的安裝槽的平面圖；圖9是表示安裝在安裝槽上指向與安裝槽的底面傾斜的軸向方向的RFID標(biāo)簽的剖面圖；

圖10A和10B分別是表示安裝結(jié)構(gòu)的透視圖和剖面圖，其中由非導(dǎo)電樹脂構(gòu)成的保護(hù)部件覆蓋的RFID標(biāo)簽安裝在導(dǎo)體部件的安裝平面上；
圖11是表示利用導(dǎo)體部件構(gòu)成的保護(hù)部件保護(hù)RFID標(biāo)簽的側(cè)面和安裝平面的安裝結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖12是表示安裝槽和替換圖11所示的具有圓形輪廓的保護(hù)部件的分解透視圖；圖13是表示安裝槽和替換圖11所示的具有方形輪廓的保護(hù)部件的分解透視圖；圖14是表示利用由導(dǎo)電材料構(gòu)成的保護(hù)部件在側(cè)面和/或與安裝平面相對(duì)的平面上保護(hù)RFID標(biāo)簽和在其中心具有直的安裝槽的分解透視圖；圖15是表示通過(guò)改變具有圓形輪廓的安裝槽的深度所測(cè)量到的通信距離的結(jié)果示意圖；以及圖16是表示通過(guò)改變具有圓形輪廓的安裝槽的直徑所測(cè)量到的通信距離的結(jié)果示意圖。
首先，參見圖1A、1B到6解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁感應(yīng)標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其安裝方法和利用該標(biāo)簽的通信方法。這里應(yīng)指出的是，雖然下面的具體描述是針對(duì)電磁感應(yīng)型的RFID標(biāo)簽，但是應(yīng)用在下面所描述的實(shí)施例中的RFID標(biāo)簽最好涉及電磁耦合型和電磁感應(yīng)型二者。
圖1A、1B和2所示的RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈2和作為控制部分的半導(dǎo)體IC芯片4，兩者不用諸如印刷電路板等做接口而直接彼此相連，成功地縮小了RFID標(biāo)簽1的尺寸。
單線纏繞的柱狀天線線圈2具有由鐵、鐵氧體等制成的沿著它的軸線方向(在圖1B中為橫向)插入其中的柱狀磁心部件3，其中該天線線圈2、磁心部件3、半導(dǎo)體IC芯片4等以集成的方式形成一個(gè)完整的棒狀。
半導(dǎo)體IC芯片4包括IC(集成電路)芯片或以集成方式封裝的LSI(大規(guī)模集成電路)芯片，并且如圖3所示，該半導(dǎo)體IC芯片4由作為控制部分的CPU(中央處理單元)4a，作為存儲(chǔ)器部分的存儲(chǔ)器4b，發(fā)送器/接收器4c和作為電能存儲(chǔ)裝置的電容器4d組成。
如圖5所示，由發(fā)送器/接收器4c接收從外部讀/寫終端的天線9發(fā)送的信號(hào)，發(fā)射到CPU 4a并且轉(zhuǎn)換成電能存儲(chǔ)在電容器4d中?，F(xiàn)在還可以省略作為電能存儲(chǔ)裝置的電容器4d，取而代之的是從外部讀/寫終端連續(xù)向半導(dǎo)體IC芯片4提供電能。
CPU 4a負(fù)責(zé)讀取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器4b中的程序或各種數(shù)據(jù)，執(zhí)行必要的操作和決定，從而啟動(dòng)各種控制。
存儲(chǔ)器4b含有各種允許CPU 4a操作的程序，以及具有設(shè)置的RFID標(biāo)簽1的導(dǎo)體部件5的產(chǎn)品或零件的諸如歷史數(shù)據(jù)和一批管理數(shù)據(jù)的各種信息。
本實(shí)施例采用的RFID標(biāo)簽1基于單波長(zhǎng)幅移鍵控(ASK)，具有較寬的諧振頻率范圍，其導(dǎo)線直徑只有幾十微米并且?guī)Щ虿粠Т判牟考?的天線線圈2，以及其中包含特定讀/寫電路的電能消耗極小的CMOS-IC。
本發(fā)明人獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果揭示了由于該RFID標(biāo)簽1具有與基于FSK系統(tǒng)的標(biāo)簽相比更寬的諧振頻率范圍，因此利用基于ASK系統(tǒng)的RFID標(biāo)簽的通信幾乎不受放置在它附近的導(dǎo)體部件的影響，并且不會(huì)引起所接收電能的降低，這樣能夠降低對(duì)頻率位移的靈敏度。
從靈敏度(通信距離)方面看，用于ASK無(wú)線通信系統(tǒng)的頻率優(yōu)選在50kHz到500kHz的范圍內(nèi)，在100kHz到400kHz范圍之間更好。在本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例中，ASK通信系統(tǒng)使用的是125kHz。
本發(fā)明人獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還揭示了磁場(chǎng)H可以通過(guò)衍射傳播，即使它是從窄縫傳出的，并且僅當(dāng)提供細(xì)小的物理縫隙時(shí)，RFID標(biāo)簽1能夠向外部讀/寫終端發(fā)送或從外部讀/寫終端接收作為電源或信息通信媒介的磁場(chǎng)。
存在一些能夠響應(yīng)在利用該RFID標(biāo)簽1通信或電能發(fā)送期間產(chǎn)生的磁場(chǎng)H來(lái)產(chǎn)生渦流，從而生成使初始化磁通衰減的反磁通的材料；這些導(dǎo)電材料中最典型的例子包括不銹鋼片、銅片和鋁片，還包括鐵磁金屬，如鐵、鈷、鎳、它們的合金以及鐵氧體；順磁金屬，如鋁、銅和鉻；以及導(dǎo)電塑料。
導(dǎo)電材料的電阻越低，由磁場(chǎng)H變化產(chǎn)生的渦流變得越大。因此，從靈敏度(通信距離)方面看，對(duì)于本發(fā)明，利用鐵類合金導(dǎo)體部件，例如電阻相對(duì)高的鐵或不銹鋼，有利于本發(fā)明。
如圖2所示，在徑向具有外層直徑D2的RFID標(biāo)簽1封裝在不導(dǎo)電保護(hù)部件的玻璃容器6中，該不導(dǎo)電保護(hù)部件具有可以調(diào)節(jié)為D2的外層直徑D1，它使得包含其上表面的標(biāo)簽的整個(gè)外圍都被保護(hù)部件包圍起來(lái)。
在本實(shí)施例中使用的玻璃容器6在軸向方向的長(zhǎng)度L1大約為7到15.7mm，并且外層直徑D1大約為2.12到4.12mm。設(shè)置給導(dǎo)體部件5的安裝槽7形成的尺寸足夠適應(yīng)RFID標(biāo)簽1的長(zhǎng)度L1和外層直徑D1。RFID標(biāo)簽1的重量大約為55到400mg。
表1列出了RFID標(biāo)簽1的軸向方向長(zhǎng)度L1和外層直徑D1的典型值；以及天線線圈2的軸向方向長(zhǎng)度L2和外層直徑D2的值。
表1
在典型的天線線圈2中，直徑大約30μm的單銅絲沿徑向按層疊形式纏繞，沿軸向按柱狀形式纏繞；其中中心插有磁心部件的天線線圈2的電感大約為9.5mH(在125kHz時(shí))，并且與天線線圈2連接用于諧振的電容器的靜電電容大約為170pF(在125kHz時(shí))。
導(dǎo)體部件5在其表面5a側(cè)有一個(gè)頂部開放的正方形安裝槽7，其中RFID標(biāo)簽1直接放置在底面7a上，它是安裝槽7的安裝平面，以使其軸向(圖1B中的橫向)與底面7a平行排列，以便不用插入間隔物之類的東西就與底面大致接觸。
封裝RFID標(biāo)簽1的玻璃容器6周圍安裝槽7中的剩余空間用諸如如樹脂8或粘合劑之類的非導(dǎo)電保護(hù)部件填充，以便覆蓋玻璃容器6的上表面。還可以用樹脂壓模或用塑料蓋或塑料帽蓋住RFID標(biāo)簽1的方法來(lái)替代將它封裝在玻璃容器6和用樹脂8固定的方法。
將與作為形成到導(dǎo)體部件5的安裝槽7中的安裝平面的底面7a相對(duì)的天線線圈2的導(dǎo)體外表面和該底面7a之間的距離G1設(shè)定在不小于10μm，它等于天線線圈2的繞線的絕緣薄膜的厚度，但等于或低于5mm。
當(dāng)天線線圈2可以從導(dǎo)體部件5的表面5a伸出時(shí)，為了確保RFID標(biāo)簽1的安全保持，最好不要從表層5a伸出。
圖4示出了從處在自由狀態(tài)的RFID標(biāo)簽1產(chǎn)生的磁場(chǎng)H的輪廓，圖5A到5C示出了從外部讀/寫終端的天線9產(chǎn)生的磁場(chǎng)H以及到達(dá)提供給導(dǎo)體部件5的安裝槽7的輪廓。
天線9的軸向(磁通的方向)和RFID標(biāo)簽1的天線線圈2的軸向(磁通的方向)彼此一致。圖5A是從軸向的角度看，圖5B是從與軸向垂直的方向看，圖5C是圖5B中所示的安裝槽7周圍的放大圖。
圖6A和6B示出了從嵌入到圖1A和1B所示的導(dǎo)體部件的安裝槽7中的RFID標(biāo)簽1產(chǎn)生的磁場(chǎng)H的輪廓，其中前者是從軸向的角度看，而后者是從與軸向垂直的角度看。
如圖2所示，RFID標(biāo)簽1的天線線圈2的端部和玻璃容器6的軸向的端部按上面表1中列出的L1和L2之間的尺寸差定義的位置關(guān)系設(shè)置，安裝槽7的側(cè)面7b和天線線圈2的軸向的端部之間形成的，如圖1B所示得到預(yù)定縫隙易于形成穿透該天線線圈2的磁通環(huán)路，影響磁場(chǎng)H形成。
當(dāng)RFID標(biāo)簽1直接安裝在頂部開放的安裝槽7的底面7a，以便與底面大致接觸時(shí)，如圖6A和6B所示，泄漏磁通在導(dǎo)體部件5的表面上形成磁場(chǎng)H。
當(dāng)安裝槽7的開口被設(shè)置為確保天線線圈2的軸向的適當(dāng)長(zhǎng)度L2的窄縫隙時(shí)，磁場(chǎng)H僅通過(guò)衍射傳播，并且這樣允許RFID標(biāo)簽1向未示出的外部讀/寫終端發(fā)送或從未示出的外部讀/寫終端接收AC磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)作為電能發(fā)送和信息通信的媒介。
根據(jù)這種構(gòu)造，一部分磁通從柱狀天線線圈2的端部發(fā)出并沿軸向擴(kuò)散，穿透到導(dǎo)體部件5內(nèi)，并因該導(dǎo)體部件5感應(yīng)的渦流造成總強(qiáng)度的輕微衰減，但一部分剩余磁通能夠通過(guò)RFID標(biāo)簽1和導(dǎo)體部件5的安裝平面上的空間形成環(huán)路，這部分磁通作為與外部讀/寫終端通信的媒介。
當(dāng)可用的安裝空間極其有限時(shí)，由于該標(biāo)簽1能夠方便地安裝，因此具有尺寸可以大大縮小的柱狀天線線圈2的RFID標(biāo)簽1是很有利的。
由于通信采用穿透RFID標(biāo)簽1并且沿導(dǎo)體部件5的安裝平面上的空間擴(kuò)散的磁通作為媒介，因此另一個(gè)有利的方面是良好的可操作性。
圖7A和7B示出了用更簡(jiǎn)單的過(guò)程在導(dǎo)體部件5上形成安裝槽7的另一個(gè)實(shí)例。在前面圖1A和1B所示的安裝中，形成大致為長(zhǎng)方形的平行管槽，導(dǎo)體部件5的制作需要預(yù)先考慮所提供的槽形狀，或者可能通過(guò)鉆多個(gè)并排對(duì)齊的孔來(lái)形成安裝槽7。
然而，如圖1A和1B所示的安裝槽7的制作過(guò)程很費(fèi)人力，特別是在將RFID標(biāo)簽1安裝到已制作完成的導(dǎo)體部件5的情況下。相反，圖7A和7B所示的安裝槽7具有利用銑床或車床通過(guò)切割導(dǎo)體部件5而形成的拱形底。RFID標(biāo)簽1可以直接容納并安裝在其中，以便與該安裝槽7的底面7a大致接觸，并且RFID標(biāo)簽1中安裝槽7周圍的剩余空間可以由諸如樹脂8或黏合劑之類的非導(dǎo)電保護(hù)部件填充，以便覆蓋包括標(biāo)簽頂表面的外圍。
這樣有利于使安裝槽7的形成過(guò)程簡(jiǎn)單化，特別是在將RFID標(biāo)簽1安裝在已完成制作的導(dǎo)體部件5的情況下。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，只要很淺的安裝槽7就足夠了，因此導(dǎo)體部件5的特征和強(qiáng)度可以保留下來(lái)。當(dāng)RFID部件1必須安裝在薄的導(dǎo)體部件5時(shí)，這一點(diǎn)特別有利。
因此，根據(jù)本發(fā)明，與常規(guī)安裝不同，它不再需要確保RFID標(biāo)簽1和導(dǎo)體部件5之間的空間，或置入由非導(dǎo)體部件制成的隔離物等，因此在導(dǎo)體部件5上的安裝槽7可以很淺而且安裝結(jié)果也更簡(jiǎn)單。
圖8A到8C示出了嵌入在安裝槽7、都處于未封裝在玻璃容器中的裸露狀態(tài)的天線線圈2和半導(dǎo)體IC芯片4的安裝結(jié)構(gòu)。如果天線線圈2的電絕緣薄膜和半導(dǎo)體IC芯片4的封裝確保適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電絕緣，那么省略玻璃容器不會(huì)引起任何問(wèn)題。這樣促進(jìn)了安裝槽7的空間進(jìn)一步縮小，而且仍然保留導(dǎo)體部件5的特征和強(qiáng)度。
導(dǎo)體部件5上形成的頂部開放的安裝槽7可以是圖8B所示的方形截面，或者是圖8C所示的圓形截面。因?yàn)閳A形槽7更容易鉆成，因此圓形截面的安裝槽7更有利。
圖15示出了通信距離的變化和如圖8A中所示的具有圓形輪廓的安裝槽7的深度之間關(guān)系的測(cè)量結(jié)果。
在這個(gè)例子中使用的RFID標(biāo)簽是由瑞士Sokymat公司制造的只讀類型(型號(hào)UNIQUE)。該RFID標(biāo)簽是銅導(dǎo)線纏繞在棒形磁心的柱狀天線線圈并且密封在玻璃容器中，其中磁心長(zhǎng)度為7.92mm，磁心的直徑為1.42mm，玻璃容器的直徑為2.12mm。該實(shí)驗(yàn)是在切開玻璃容器，以露出磁心的尖端部的狀態(tài)下進(jìn)行的。
測(cè)量方法是通過(guò)在鐵塊上形成直徑為12.45mmφ的孔以形成安裝槽7，將RFID標(biāo)簽水平地排列在孔內(nèi)，并且在孔的上方排列讀取設(shè)備進(jìn)行的。
使用I.D.System Inc.制造的袖珍讀取器(型號(hào)rdr 100)作為讀取設(shè)備，其中測(cè)量天線的發(fā)送/接收表面和孔之間的距離作為通信距離。
通過(guò)在孔底放置一片切割成圓形的薄鐵片以及改變鐵片的數(shù)量來(lái)調(diào)整深度。
如圖15中所示，當(dāng)深度為8mm時(shí)，通信距離為0mm(換句話說(shuō)，發(fā)送/接收表面與孔接觸的狀態(tài))，而當(dāng)所形成的孔的深度不小于該深度時(shí)，不能執(zhí)行通信。另外，所形成的孔越淺，通信距離變得越長(zhǎng)。
然而，如果安裝槽7形成得太淺，RFID標(biāo)簽會(huì)從槽向外伸出并且不會(huì)受到保護(hù)。因此，孔的最大深度最好應(yīng)該由用來(lái)獲得理想的通信距離的距離來(lái)確定，而它的最小深度最好應(yīng)該由RFID標(biāo)簽的直徑來(lái)確定。建議的孔的深度范圍大約為RFID標(biāo)簽直徑的1.1倍到3倍。
接下來(lái)，圖16是有關(guān)通信距離和深度為3mm的孔的直徑之間的關(guān)系的測(cè)量結(jié)果。RFID標(biāo)簽、讀取設(shè)備、方法和用于測(cè)量的其它方面都與圖15中的相同。
如圖16所示，雖然當(dāng)孔的直徑擴(kuò)展時(shí)通信距離也趨于擴(kuò)展，但這種擴(kuò)展帶來(lái)的變化相對(duì)較小。因此，當(dāng)安裝槽部分7為圓形輪廓時(shí)，它的直徑比RFID標(biāo)簽的長(zhǎng)度長(zhǎng)一點(diǎn)就足夠了，并且從實(shí)踐方面看，孔的直徑大約為RFID標(biāo)簽長(zhǎng)度的1.1倍到1.5倍。
圖9示出了一種安裝實(shí)例，其中安裝RFID標(biāo)簽1使其軸向與安裝槽7的底面7a傾斜。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體部件5上用于安裝的伸出區(qū)域與上面實(shí)施例中的情況相比可以進(jìn)一步縮小。另外，磁通可以從這種傾斜安裝產(chǎn)生的空間泄漏到安裝槽7的外部，該泄露磁通能夠作為與外部讀/寫終端通信的媒介。
圖10A和10B示出了一種安裝實(shí)例，其中包括含有天線線圈2、磁心部件3和半導(dǎo)體IC芯片4的RFID標(biāo)簽1的頂表面的外圍用樹脂8作為非導(dǎo)電保護(hù)部件壓模，并且該標(biāo)簽1通過(guò)利用機(jī)械螺絲10固定，與導(dǎo)體部件5的表面接觸，從而其軸向與作為安裝平面的該表面5a平行的對(duì)齊。
還可以使用粘合等方法代替機(jī)械螺絲來(lái)固定，為了固定，甚至還可以將天線線圈2和半導(dǎo)體IC芯片4以裸露的狀態(tài)固定在導(dǎo)體部件5的表面5a。
還是在該實(shí)施例中，與導(dǎo)體部件5相對(duì)的天線線圈2的導(dǎo)體外部平面和作為安裝平面的該導(dǎo)體部件5的表面5a之間的距離G1不小于10μm，它等于天線線圈2的纏繞導(dǎo)線的絕緣薄膜的厚度，并且等于或小于5mm。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，不用再象前面實(shí)施例那樣在導(dǎo)體部件5上形成安裝槽7，這樣有利于保持導(dǎo)體部件5的特征和強(qiáng)度。加強(qiáng)覆蓋天線線圈2和半導(dǎo)體IC芯片的外罩的強(qiáng)度將確保RFID標(biāo)簽1的安全保持。
圖11到14示出了側(cè)面和與RFID標(biāo)簽1的安裝平面相對(duì)的平面受到保護(hù)部件11保護(hù)的安裝實(shí)例。圖12中所示的保護(hù)部件11由包含柱狀側(cè)板11a和盤形底板11b的金屬保護(hù)部件組成，兩者具有適合RFID標(biāo)簽1的尺寸，并且導(dǎo)體部件5上形成的頂部開放的安裝槽7由尺寸適合該保護(hù)部件11的圓形部分組成。
圖13所示的保護(hù)部件11由方形側(cè)板11a和方形底板11b組成，兩者的尺寸都適合RFID標(biāo)簽1，并且導(dǎo)體部件5上形成的頂部開放的安裝槽7由尺寸適合該保護(hù)部件11的方形部分組成。保護(hù)部件11可以由各種金屬構(gòu)成，如鐵、黃銅和不銹鋼。
RFID標(biāo)簽1容納在保護(hù)部件11的頂部開放的外殼部分中，并且通過(guò)利用由諸如樹脂8或黏合劑之類的非導(dǎo)電材料組成的保護(hù)部件覆蓋包括頂層表面的外圍來(lái)固定。
還是在該實(shí)施例中，設(shè)定與導(dǎo)體部件5相對(duì)的天線線圈2的導(dǎo)體外表面和作為安裝平面的該保護(hù)部件11的底板11b之間的距離G1不小于10λm，它等于天線線圈2的纏繞導(dǎo)線的絕緣薄膜的厚度，并且等于或小于5mm。
粘合劑12施加到保護(hù)材料11的側(cè)面和底面，或者導(dǎo)體部件5的安裝槽7的內(nèi)壁面；保護(hù)部件11插入安裝槽7，以使該外殼部分的開放頂部指向該安裝槽7的開放頂部，然后由粘合劑12固定，從而完成安裝。如圖9所示，這種情況下安裝RFID標(biāo)簽1使其軸向與安裝槽7的底板7a平行或傾斜。
現(xiàn)在可以初步將粘合劑12施加在導(dǎo)體部件5的保護(hù)部件11或安裝槽7中的至少任何一個(gè)。
雖然該實(shí)施例示意性地顯示了保護(hù)部件11的側(cè)壁11a的頂盤11a1，樹脂8的頂表面和導(dǎo)體材料5的表面5a都大致與同一平面對(duì)齊的典型安裝實(shí)例，可以固定保護(hù)部件11的側(cè)板11a的頂部表面11a1，以使它從導(dǎo)體部件5的表面5a向上伸起。
在插入RFID部件1的天線線圈2的磁心部件3的端部和保護(hù)部件11的側(cè)板11a內(nèi)壁的11a2之間形成預(yù)定縫隙，該縫隙便于形成穿透天線線圈2的磁通并因此形成了磁場(chǎng)H。
磁場(chǎng)H可以從保護(hù)部件11的開放頂部傳播，它允許AC磁場(chǎng)的發(fā)送/接收操作，該磁場(chǎng)作為RFID標(biāo)簽1和未示出的外部讀/寫終端之間進(jìn)行電能傳送和信息通信的媒介。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，RFID標(biāo)簽1容納在保護(hù)部件11內(nèi)，并且覆蓋側(cè)面和與RFID標(biāo)簽1的安裝平面相對(duì)的平面的該保護(hù)部件11固定在導(dǎo)體部件5的安裝槽7內(nèi)，從而確保了RFID標(biāo)簽1的安全保持。
由于RFID標(biāo)簽1安裝在導(dǎo)體部件5的安裝槽7中同時(shí)容納在頂部開放的保護(hù)部件11內(nèi)，作為電能傳送和信息通信媒介的磁場(chǎng)H可以利用導(dǎo)體部件5的安裝平面上的空間中的磁通以高靈敏度向外部讀/寫終端發(fā)送或從外部讀/寫終端接收磁場(chǎng)H。
以具有側(cè)板11a和底板11b的容器形式構(gòu)成保護(hù)部件11允許通過(guò)側(cè)板11a保護(hù)RFID標(biāo)簽1的側(cè)面，利用該底盤11b保護(hù)和加固與安裝平面相對(duì)的RFID標(biāo)簽1的側(cè)面。預(yù)先在由側(cè)板11a和底板11b組成的該容器中填充樹脂8可便于將RFID標(biāo)簽1固定在保護(hù)部件11上。
在容納RFID標(biāo)簽1的保護(hù)部件11的外殼部分中提供吸振材料能夠有效地吸收外力的作用，以保證RFID標(biāo)簽1的安全保持，另一方面，提供隔熱材料能夠穩(wěn)定RFID標(biāo)簽1的溫度，以防止諧振頻率偏移，還能夠穩(wěn)定電能和信號(hào)的發(fā)送/接收操作。
在保護(hù)部件11的外殼部分預(yù)先容納和固定RFID標(biāo)簽1便于附加該保護(hù)部件11和相對(duì)于導(dǎo)體部件5定位該RFID標(biāo)簽。
圖14示出由導(dǎo)電材料作成的柱狀保護(hù)部件11在表面上具有直槽作為容納部分的安裝實(shí)例，RFID標(biāo)簽1容納在該槽11c中以使其軸向與該槽11c的安裝平面平行，并且與該安裝平面保持10μm到5mm的距離，從而利用該保護(hù)部件11保護(hù)RFID標(biāo)簽1的側(cè)面和與RFID標(biāo)簽1的安裝平面相對(duì)的面。
粘合劑12施加在保護(hù)材料11的側(cè)面和底面，或?qū)w部件5的安裝槽7的內(nèi)壁；保護(hù)部件11插入到安裝槽7，以使該容納部分開放的頂部指向上方，然后用粘合劑12固定，從而完成安裝。
雖然圖中沒(méi)有示出，RFID標(biāo)簽1可以安裝在具有合適尺寸但形狀各異的安裝槽7中，或者可將具有合適于RFID標(biāo)簽1的尺寸但形狀各異的保護(hù)部件11插入并固定在適合形狀的安裝槽7中。
還可以在安裝槽7內(nèi)的剩余空間或圍繞容納在其中的RFID標(biāo)簽1的保護(hù)部件11中封裝非導(dǎo)電吸震材料或隔熱材料，如海面或玻璃棉，并且還用樹脂8等覆蓋其表面。
上面已經(jīng)為解釋和說(shuō)明的目的描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是這些實(shí)施例并非窮盡或?qū)⒈景l(fā)明局限在所揭示的具體形式。所選擇的描述能最好地解釋本發(fā)明的原理和它們的實(shí)際應(yīng)用，以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠以各種實(shí)施例最好地利用本發(fā)明，考慮到具體應(yīng)用，可以對(duì)其進(jìn)行各種修改。本發(fā)明涉及的范圍不受說(shuō)明書的限制，而是由下面的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1.一種RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其中具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，所述RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型，并且被安裝成使其軸向方向與所述導(dǎo)體部件的安裝平面平行，從而與該安裝平面大致接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)體部件在其表面部分具有一個(gè)頂部開放的安裝槽，并且所述RFID標(biāo)簽安裝在所述槽內(nèi)，從而使其軸向方向與包含所述槽底盤的安裝平面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于安裝所述RFID標(biāo)簽以使其與所述導(dǎo)體部件的安裝平面保持10μm到5mm的距離。
4.一種RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其中具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件，所述導(dǎo)體部件在其表面部分具有安裝槽，所述RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型，并且被安裝成使其軸向方向與所述導(dǎo)體部件的底面傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于利用導(dǎo)電材料制作的保護(hù)部件保護(hù)處在所述安裝槽內(nèi)的安裝狀態(tài)的所述RFID標(biāo)簽的側(cè)面和/或與其安裝平面相對(duì)的平面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述保護(hù)部件在其表面部分具有頂部開放的外殼部分，所述RFID標(biāo)簽容納在所述外殼部分內(nèi)，從而保護(hù)所述標(biāo)簽的側(cè)面和/或與安裝平面相對(duì)的平面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任何一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于安裝到所述導(dǎo)體部件的所述RFID標(biāo)簽的表面?zhèn)扔糜煞菍?dǎo)電材料制作的保護(hù)部件覆蓋。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7中的任何一項(xiàng)所述的RFID標(biāo)簽的安裝結(jié)構(gòu)，其特征在于所述RFID標(biāo)簽基于幅移鍵控進(jìn)行通信。
9.一種將具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件的方法，包括步驟將所述RFID標(biāo)簽容納在由導(dǎo)體材料組成的保護(hù)部件的表面部分形成的頂部開放的外殼部分中，所述RFID標(biāo)簽具有柱狀天線線圈，從而整體為棒型；以及將所述保護(hù)部件容納在所述導(dǎo)體部件的表面部分形成的頂部開放的安裝槽中，從而將該外殼部分的開放頂部指向該安裝槽的開放頂部，并且使RFID標(biāo)簽的軸向方向與安裝槽的底面傾斜。
10.一種利用安裝在導(dǎo)體部件的具有天線線圈和控制部分RFID標(biāo)簽的通信方法，包括步驟安裝具有柱狀天線線圈的所述RFID標(biāo)簽，所述RFID標(biāo)簽整體為棒型，使該標(biāo)簽的軸向方向與該導(dǎo)體部件的安裝平面平行，并且與所述安裝平面大致接觸；和利用RFID標(biāo)簽以在所述導(dǎo)體部件的安裝表面上的空間中形成的磁通作為媒介進(jìn)行通信。
11.一種利用安裝到導(dǎo)體部件的具有天線線圈和控制部分的RFID標(biāo)簽的通信方法，包括步驟在所述導(dǎo)體部件的表面部分形成安裝槽；安裝具有柱狀天線線圈的所述RFID標(biāo)簽，所述RFID標(biāo)簽整體為棒型，使該標(biāo)簽的軸向方向與該安裝槽的底面平行，并且與所述底面大致接觸，或與底面傾斜；和利用RFID標(biāo)簽以在所述導(dǎo)體部件的安裝表面上的空間中形成的磁通作為媒介進(jìn)行通信。
全文摘要
公開一種將具有柱狀天線線圈的超小型化RFID標(biāo)簽安裝到導(dǎo)體部件的RFID標(biāo)簽安裝結(jié)構(gòu)，RFID標(biāo)簽安裝方法，和通信方法。RFID標(biāo)簽(1)具有柱狀天線線圈(2)并成型為棒狀，其特征在于RFID標(biāo)簽(1)的軸向與由導(dǎo)體部件(5)內(nèi)制成的安裝槽(7)的底面組成的安裝表面平行，并與安裝表面接觸。
文檔編號(hào)G06K19/04GK1443341SQ01812971
公開日2003年9月17日 申請(qǐng)日期2001年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月17日
發(fā)明者仙波不二夫, 兵頭仲麻呂, 藤井潤(rùn), 內(nèi)山知樹, 木田茂 申請(qǐng)人:株式會(huì)社哈尼克斯