專利名稱：射頻天線和標簽以及用于制造射頻天線和射頻標簽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及射頻識別(RFID)天線和標簽，以及用于制造RFID天線和標簽的方法。更具體地說，本發(fā)明針對用于RFID標簽的真空鍍金屬天線和用于保護RFID標簽的集成電路的外殼。
背景技術(shù)：
RFID標簽?zāi)壳坝脕砀櫤捅O(jiān)控與產(chǎn)品、物質(zhì)或人有關(guān)的庫存位置和通信信息及數(shù)據(jù)，它們被附著到零件號、說明書、批次碼和與目前包含在標準通用產(chǎn)品(UPC)條形碼內(nèi)的信息類似的其他相關(guān)產(chǎn)品信息上。然而，UPC條形碼技術(shù)是光學技術(shù)并限制于直線對傳方向(line ofsite orientation)。該限制要求掃描條碼的條形碼閱讀器必須能可視地查看應(yīng)用到產(chǎn)品上的條形碼標簽以便掃描和讀取/記錄信息。RFID標簽優(yōu)于條形碼的原因在于RFID技術(shù)是基于射頻的技術(shù)，并且不要求在產(chǎn)品ID標簽和閱讀器或掃描儀間的任何可視地點直線對傳(line of site)。這允許RFID標簽和閱讀器自由地交換信息，與ID標簽的位置無關(guān)，只要標簽在閱讀器掃描范圍內(nèi)。能通過封裝、容器或通過其他產(chǎn)品讀取RFID標簽。另外，RFID閱讀器能立刻讀取和識別在其掃描范圍內(nèi)的任何RFID標簽，而不必如當前使用UPC條形碼所需要那樣掃描每一單個物品。例如，當在雜貨店中購物時，如果所有物品具有單個RFID標簽，理論上，購物者將能簡單地走過收款線中的掃描儀，他們的手推車中的所有物品將被掃描，由此顧客付款，而不必將單個物品移出他們的手推車。RFID標簽的另外的優(yōu)點將與庫存管理一起使用，當庫存量低于設(shè)定水平時，自動再訂購；或當沒有授權(quán)從特定位置移出物品時安全告警。
RFID基于使用射頻(RF)信號來在小(通常最大側(cè)較小25mm至300mm)RF接收機/發(fā)射機設(shè)備和用于“讀取”包含在小的電子設(shè)備(RFID標簽)的存儲器電路中的信息的其他電子設(shè)備間通信信息。RFID標簽用來跟蹤和監(jiān)控位于庫存中的物體的位置，以及傳送信息，諸如零件號、說明書、批次碼和與目前包含在標準通用產(chǎn)品(UPC)條形碼內(nèi)的信息相關(guān)的其他相關(guān)產(chǎn)品信息。使用另外的電子裝置(又名“閱讀器”)來從RFID標簽檢測和收集信息。典型地，閱讀器將通過發(fā)送包含要求RFID標簽響應(yīng)的短指令的RF信號來查詢RFID標簽。RFID標簽使用它自己的能量或包含在查詢RF信號中的能量來以所請求的信息響應(yīng)閱讀器。在當前實踐中，RFID設(shè)備放置在載體介質(zhì)上，該載體介質(zhì)隨后附著到待跟蹤的物體上。
雖然用于使用RFID標簽的可能性日益增加，但必須解決用于生成這些RFID標簽的制造成本。用于制造標簽的成本目前將RFID標簽的使用限制到產(chǎn)品貨盤或高價物品，諸如光盤、DVD，或常被盜物品，諸如Gillette剃刀刀片，其中，標簽的成本可調(diào)整。該特定發(fā)明關(guān)于用于制造適合于用在廉價日常物品上的低成本RFID標簽的各種方法和設(shè)備。
RFID標簽通常包括附在已經(jīng)通過金屬層屏蔽薄的聚合物襯底(與絲網(wǎng)遮蔽類似)上的小的無源集成電路芯片，該金屬層包括天線子組件。RFID標簽包括薄聚合物膜的覆蓋(或在一些情況下不設(shè)置任何東西)，作為提供最小保護免受環(huán)境之害的手段。如能意識到的，RFID標簽經(jīng)受機械損壞和/或篡改，并暴露于可能防礙RFID標簽的長期性能的環(huán)境狀況。
在如通過天線增益所測量的電性能方面，天線子組件的重要方面是金屬導電層的質(zhì)量。目前，可以使用許多不同的方法來在襯底上實現(xiàn)金屬化形狀。例如，能蝕刻鍍銅箔來顯示天線形狀。該過程要求首先完全金屬化薄膜材料，以預(yù)定形狀應(yīng)用掩膜(以沉積另一材料的形式)，隨后蝕刻以便去除不希望的材料。該過程具有顯而易見的成本缺點，然而，最終金屬層(通常幾微米銅)提供足夠的性能和對于薄膜的合理粘附，雖然是以相對高的成本。
薄膜材料可以使用導電墨水和導電漆來金屬化，然而，導電漆的缺點(容易裂紋、環(huán)境問題，需要相對高的導電顆粒填充來實現(xiàn)低電阻等等)阻礙其用于RFID標簽子組件。導電墨水能容易地應(yīng)用于薄膜材料來提供所需導電率和性能。雖然在載體母體中，仍然懸浮導電顆粒，整體性能足夠，以及主要成本驅(qū)動器是導電墨水。導電墨水層為約幾十微米厚，盡管更薄沉積也是可以的。
盡管制造RFID標簽的傳統(tǒng)方法已證明是足夠的，但隨著對于這些標簽的需要增加，存在金屬遮蔽工藝將在其成本降低潛能方面受限的問題。對于RFID標簽的當前估計需要為每年數(shù)億標簽，并且通過持續(xù)的成本降低，每年將增長到可能數(shù)萬億標簽。因此，所需要的是可以廉價地制造以及當需要時提供足以經(jīng)受住環(huán)境的堅固結(jié)構(gòu)的方法和RFID標簽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供天線和用于制造天線的方法。特別地，本發(fā)明提供RFID天線和RFID標簽以及制造RFID標簽的方法。
本發(fā)明的天線組件可以真空金屬化或者通過掩膜中的形成圖案的開口施加到襯底上，該掩膜諸如形成圖案的遮蔽鉛版或形成圖案的聚合物層。在一個實施例中，制作天線組件或其一部分的方法包括提供襯底以及將掩膜放置在該襯底的第一表面上。通過掩膜將導電材料沉積(例如真空金屬化)在襯底上以便在襯底上形成天線圖案。
本發(fā)明的RFID標簽包括由天線組件組成的襯底。射頻集成電路布置為與部分天線組件電氣通信。RFID標簽可以包括諸如蓋元件的結(jié)構(gòu)，其夾緊(clamp)和/或壓縮射頻集成電路與天線組件接觸。本發(fā)明的其他方面、目的和優(yōu)點從下述詳細描述將顯而易見。


圖1示意性地示例說明簡化的RFID系統(tǒng)。
圖2示例說明由本發(fā)明包含的RFID標簽的一個實施例。
圖3是圖2的RFID標簽的中心部分的擴展圖，表示射頻集成電路與天線組件的一部分電氣通信的布置，其中，在襯底中形成可選蓋結(jié)構(gòu)和槽結(jié)構(gòu)以便完全封裝射頻集成電路。
圖4是沿A-A的圖2和3的RFID標簽的剖面圖，說明在襯底中整體形成的可選蓋和糟結(jié)構(gòu)。
圖5是蓋結(jié)構(gòu)和槽結(jié)構(gòu)的可選擇實施例的剖面圖，其中，蓋結(jié)構(gòu)包括壓力產(chǎn)生部件。
圖6是圖2的RFID標簽的中心部分的擴展圖，表示射頻集成電路與天線組件的一部分處于電氣通信的布置，以及可選蓋結(jié)構(gòu)的可選擇實施例。
圖7是沿B-B的剖面圖，表示包括至少一個壓力產(chǎn)生部件和不完全封裝射頻集成電路的可選蓋結(jié)構(gòu)；圖8是沿圖2中的C-C的天線組件的剖面圖，其中，示例說明襯底的凸起部分和凹進部分。
圖9是襯底的加強結(jié)構(gòu)部件的剖面圖。
圖10A說明本發(fā)明所包含的簡化RFID標簽，其包括在襯底的第二表面上的屏蔽層。
圖10B說明本發(fā)明所包含的簡化RFID標簽，其包括耦合到襯底的第二表面的第二天線組件。
圖11說明本發(fā)明所包含的簡化RFID標簽，其包括襯底的第二表面上的第二天線，以及可選第二射頻集成電路。
圖12是說明制造RFID天線組件和RFID標簽的簡化方法的流程圖。
圖13表示可以用來在襯底上形成導電天線圖案的掩膜鉛版的一個例子。
圖14A示意性地說明在襯底的卷上形成天線組件的并行過程(inline process)。
圖14B是圖14A的并行過程的側(cè)視圖。
圖15表示附著有多個天線圖案和射頻集成電路的襯底卷的例子。
具體實施例方式
圖1示意性地示例說明本發(fā)明所包含的簡化RFID系統(tǒng)10。RFID系統(tǒng)10包括耦合到天線或線圈14的收發(fā)器12。收發(fā)器12和天線14可以耦合在一起來形成可以為手持或固定設(shè)備的雷達或詢問器17。天線14構(gòu)造成發(fā)射射頻信號16。當附著到本體19的RFID收發(fā)器(在下文中稱為“RFID標簽”18)通過存在射頻信號16的區(qū)域時，或當在RFID標簽18上掃描射頻信號16時，射頻信號16激活(以及激勵)RFID標簽18。RFID標簽18從閱讀器17讀取激活信號，此后，閱讀器17解碼在RFID標簽18上的集成電路中編碼的數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳送到收發(fā)器12，用于處理。
本發(fā)明的RFID標簽18可以以各種不同大小和形狀出現(xiàn)，以及可以在許多不同頻率范圍中操作。本發(fā)明的RFID標簽18實質(zhì)上可以是任何頻率，然而，由于與波長有關(guān)的實際原因，它們通常將處于幾十兆赫(例如13.56Mhz)到更高頻率(例如2.4GHz)。在一些實施例中，可以使RFID標簽18在不同頻率范圍中起作用。此外，RFID標簽18可以是無源(例如無板上電源/電池)或有源(例如具有板上電源)。本發(fā)明的RFID標簽18通常包括低成本收發(fā)器，其提供多讀取能力，允許讀取/寫入電氣存儲。RFID標簽18可以提供各種數(shù)據(jù)傳送率，其由所使用的特定設(shè)備和載波頻率而定。本發(fā)明所包含的RFID標簽18包括極接近標簽(電感系統(tǒng))和可從100英尺或更遠掃描的RFID標簽(輻射系統(tǒng))。根據(jù)收發(fā)器和詢問硬件的類型，本發(fā)明的RFID標簽18通常不需要用于詢問的瞄準線。
盡管余下論述集中在無源、充分“平的”RFID標簽18上，應(yīng)意識到本發(fā)明適用于各種RFID標簽，包括有源標簽。例如，可以在皮膚下植入RFID標簽(例如人和動物標簽)，以及可以是螺旋形、圓柱形、信用卡形狀、矩形、圓形、球形等等。本發(fā)明的一個優(yōu)點在于將天線纏繞成形狀(諸如采用初始的平的標簽以及將其纏繞成能放置在皮膚下的小圓柱形)，或在施加導電天線組件之前或之后形成以便形成替代結(jié)構(gòu)的能力(以便RFID標簽隨后形成或與另一面或物體共形)。
圖2說明本發(fā)明所包含的一個示例性無源RFID標簽18。RFID標簽18包括布置在襯底22上的天線組件20。一個或多個射頻集成電路(RFIC)24的觸點(未示出)可以置于與天線組件20的被選觸點電氣通信。天線組件20和適當?shù)腞FIC24的結(jié)合將允許從閱讀器17接收射頻信號16。盡管當今的RFIC相對簡單以及僅提供用于數(shù)據(jù)存儲、保持和處理的適度能力，但未來的RFIC完全能擴展處理和數(shù)據(jù)存儲。例如，通過RFID標簽的適當網(wǎng)絡(luò)，能仿真或創(chuàng)建潛在的高級通信系統(tǒng)(例如WiFi)。本發(fā)明的RFIC24可以配置成通過解析一個或多個碰撞電磁信號之間的差異，來檢測高頻信息內(nèi)容(數(shù)據(jù))。這種RFIC24可以充當高頻濾波器來通過區(qū)分一個或多個載波信號來允許(通過適當?shù)闹С蛛娐?解析最高頻率內(nèi)容。為了參考，未示出RFID標簽18的其他元件，諸如與RFIC24和/或天線組件20通信的另外的集成電路，但應(yīng)意識到這些元件可以在本發(fā)明的RFID標簽18上。
本發(fā)明的襯底22可以由各種不同的介電材料組成，但通常由一層或多層聚合物(例如聚乙烯、聚碳酸脂、PVC、PET、PETG、ABS、PC/ABS等等)、厚樹脂材料，諸如硅、紙、橡膠、陶瓷等等制成。襯底22可以預(yù)切成所需形狀，或者襯底可以是在其上形成天線組件后可以處理的材料卷或片。襯底通?；旧鲜瞧矫嫫瑺睿ǔ＞哂屑s1/2密耳(mil)和約30密耳之間的厚度，以及最好在約2密耳和約5密耳之間。
然而，如上所述，襯底22可以采用各種不同的其他形狀。可以在應(yīng)用金屬天線形狀之前或之后形成襯底。例如，可以將初始平的RFID天線標簽“卷”成圓柱形，并放入移動通信設(shè)備中，以便允許減弱短程通信(例如小于幾米)或充當用于與處于充分遠(例如幾千米)的基站通信的主天線。RFID天線標簽適當起作用的能力由設(shè)計、功率和實際上可無限調(diào)整的軟件考慮而定。
對天線組件20確定尺寸和形狀，以便在特定頻率或頻率范圍上接收和傳送信息，以便與天線14(圖1)通信。天線組件20通常由導電材料制成，以及可以包括鋁、金、銀、銅、錫、鎳、它們的合金的任何組合等等，包括高導電納米導電材料。天線組件最好由100％的固體金屬典型地以互連線的圖案制成，配置這樣的互連線圖案以在特定射頻范圍上接收和傳送。天線組件的設(shè)計強烈影響閱讀器和RFID標簽電子設(shè)備的效率、范圍和功率需求。通常，天線組件的設(shè)計受天線涂覆材料的屬性和線圖的厚度和形狀影響。
天線靈敏度受用來形成天線圖案的導電材料的特性影響。從環(huán)境觀點看，天線材料的選擇也影響通過用于使用有害物質(zhì)的國際標準的最終天線組件的再利用率和能力。例如，電鍍銅提供相對致密的涂層，但產(chǎn)生環(huán)境問題。電鍍其他材料，諸如鎳、銀、鉻等等產(chǎn)生類似的問題，因為這些材料通常被視為重金屬(例如，它們與人體具有負或有害互作用)。
然而，通過鋁的真空金屬鍍法，使用對人體或環(huán)境如果具有也很少有毒或負作用的元件(鋁)，提供最終產(chǎn)品。同時，盡管鋁的相對導電率僅為銅的約60％，但通過各種汽相沉積技術(shù)能沉積它以便提供用作有效天線的適當厚度和導電率。
通過各種因素，包括可用功率(傳送到無源天線或來自電池源)、跡線寬度、跡線長度和跡線設(shè)計，驅(qū)動構(gòu)成適當?shù)奶炀€設(shè)計。設(shè)計者在嘗試中通常交替使用這些因素來實現(xiàn)最佳整體增益。提高增益反過來允許指定設(shè)計在更大范圍傳送/接收或以更少錯誤傳送更多數(shù)據(jù)。本發(fā)明的天線設(shè)計能簡化為相對大的實質(zhì)上方形或矩形區(qū)，其中，長寬比(在平面意義上)約為1的級別，或它們能是非常長和迂回，其中，長寬比非常大(假設(shè)在100以上)。每一形狀導致通常具有最大和最小強度的“波瓣”的不同能量輻射圖案。在一些情況下，在一些應(yīng)用中優(yōu)選具有顯著擴大的波瓣的天線設(shè)計將適合于在一些應(yīng)用中優(yōu)選的高定向的通信。對大多數(shù)全向情形(其中，輻射能量反而在離標簽的角位置中是相當均勻的)，通過適當?shù)奶炀€設(shè)計最小化波瓣的出現(xiàn)是有效的。本發(fā)明可以用來制造這種天線設(shè)計。
典型地，天線的線路圖案將具有幾微米的厚度，但其他圖案和線路厚度也是可能的。然而，在其他實施例中，包括RFIC的天線組件可以由導電聚合物(例如有機電子設(shè)備)或?qū)щ娞畛浣殡姴牧现瞥伞?br> 在一個預(yù)想結(jié)構(gòu)中，天線組件具有約0.5英寸的寬度W和約3.0英寸的長度。當然，隨著用于RFID標簽的各種需要的發(fā)展，以及隨著RFID標簽的小型化，天線組件可以更小(或甚至更大)。
本發(fā)明的天線組件20提供天線增益以允許RFID18從閱讀器17接收和傳送射頻信號16?？梢允褂酶鞣N不同的方法來在襯底22上創(chuàng)建天線圖案。例如，創(chuàng)建天線圖案的一種方法是通過使用能蝕刻以便創(chuàng)建天線圖案形狀的鍍銅箔。然而，該過程要求將銅膜材料首先沉積在襯底22上，以及蝕刻部分銅膜材料以便去除不希望的材料，同時留下所需天線圖案。這已知為減法過程以及通常認為更昂貴。在創(chuàng)建天線組件20的其他方法中，可以使用導電墨水或?qū)щ娖醽韯?chuàng)建線路圖案。然而，導電漆容易裂紋，具有對于相對高導電顆粒填充的需要，以及提供低電阻率。這些原因阻礙了這些材料在天線組件20中的使用。盡管導電墨水容易地可應(yīng)用于襯底材料，以及通常不具有與導電漆相同的缺陷，導電墨水的成本是限制因素。此外，對導電漆和導電墨水，銀材料的存在都越來越關(guān)注傾向合乎環(huán)境的私有和政府組織。
在襯底22上創(chuàng)建天線組件20的一個優(yōu)選方法是通過稱為熱蒸發(fā)的物理沉積過程(例如真空金屬化)。真空金屬化方法能創(chuàng)建高質(zhì)量導電材料的亞微米沉積。沉積的質(zhì)量是各個參數(shù)(真空壓力、材料、過程中控制等等)的函數(shù)，然而，使用真空金屬化的目的是提供改進天線性能的適當致密的金屬層。例如，盡管目前使用幾微米的電鍍銅來實現(xiàn)RFID標簽的期望電性能，然而，可以以更厚和/或更密地使用鋁。鋁超出任何其他材料包括銅的優(yōu)點是鋁對人體和環(huán)境的無毒性。許多金屬(尤其是特征為重金屬的那些)能發(fā)現(xiàn)它們本身處于人類也居住的如在例如氣源和水源的環(huán)境中。當重金屬進入人體時，它們變得難以或不可能移出并導致嚴重疾病。鉛是好的例子，但其他金屬，諸如鎳、銀、鉻均是問題，通常被更高度地控制或很快將被高度管制。關(guān)于鋁，相對于銅的降低的導電率意味著天線性能將更低，除非使用補償系數(shù)。例如，鋁沉積厚度將不同于用于提供相同體導電率水平的銅的厚度。調(diào)整汽相沉積過程以便提供足夠的沉積密度。電鍍鋁不常見，因為工藝局限或廢物處理的結(jié)果。
除熱蒸發(fā)或真空金屬化外，可以使用許多其他的鍍金屬方法來將天線組件20沉積在襯底22上。例如，可以使用濺射、絲網(wǎng)涂覆、非電解鍍層或其他附加方法來將導電圖案施加到襯底22上。在下文中，將更詳細地描述將天線組件20施加到襯底22上的方法的另外的方面。
盡管未示出，但天線組件20可以包括響應(yīng)一些外部因素改變的形變元件。例如，形變元件可以包括形狀存儲器元件或壓電元件。形狀存儲器元件可以改變/響應(yīng)溫度差異，同時，壓電元件將不同地響應(yīng)不同電信號。這些形變元件能提供天線元件的至少一部分的形狀的改變，以便在不良情況下補償性能，或提供用于特定應(yīng)用的獨特性能或特定溫度范圍或電信號。例如，在空間意義上，改變天線表面的形狀會影響天線的靈敏度，例如，在相對于入射RF信號的不同角度的天線的靈敏度或增益有些由天線的定位而定。因此，天線的形狀和方向的改進可以用在某些情況中來提供增強的性能。
RFID標簽18可以可選地包括至少部分覆蓋RFIC24的天線26。元件26可以用來至少部分地防止RFIC26受環(huán)境因素諸如機械磨損、灰塵、濕氣、電磁輻射(如果元件26至少部分導電)和/或物理安全性(例如防篡改)的影響。在一些結(jié)構(gòu)中，元件26將部分覆蓋RFIC24，以及在其他結(jié)構(gòu)中，元件將完全密封RFIC24。
現(xiàn)在參考圖3，在一個實施例中，元件26將為與襯底22整體形成并連接到襯底22的蓋的形式。在圖3中，沿其外圍沖切蓋元件26以便符合尺寸規(guī)定為至少部分密封RFIC24的形狀。在這些實施例中，襯底22和天線組件20的一部分可以包括耦合組件28，用來繞RFIC24將蓋元件耦合到襯底22。
盡管耦合組件可以采用許多形狀，但在一個示例性實施例中，耦合組件28是以在圍繞RFIC24的覆蓋區(qū)的區(qū)域中由襯底22形成的槽的形式，這樣可以將所形成的蓋元件26放置在槽耦合組件28上，以及經(jīng)受閉合力以便繞RFIC24的外圍完成緊密密封?？梢酝ㄟ^熱成型的通常的標準和完全接受的原理在施加金屬天線之前或之后形成槽。圖4是沿圖3中的線A-A’的槽耦合組件28和蓋元件26的剖面圖。如所看到的，可以由不是導電天線組件20的部分的襯底22的成型部分整體形成蓋元件26。為至少部分覆蓋或密封RFIC24，可以在箭頭30的方向上折疊蓋以便與耦合組件28相互作用。在優(yōu)選實施例中，蓋元件26沿RFIC24的外圍形成緊密密封以便完全密封RFIC24。
現(xiàn)在參考圖5，在一些實施例中，蓋元件26可以不整體耦合到襯底。圖5的蓋元件26可以由襯底22形成，或可以包括不同的材料，諸如為金屬罐、紙、陶瓷、橡膠、硅等等的形式。在一個結(jié)構(gòu)中，蓋元件26的自由端32可以與耦合組件28相互作用以便將蓋元件26附著到襯底22。將端32壓入配合到槽，通過粘合劑等等連接到襯底，以便至少部分密封RFIC24。
可選地，本發(fā)明的蓋元件26可以包括一個或多個結(jié)構(gòu)部件34，其配置成接觸RFIC24的一部分以便導致將RFIC24的引線(未示出)壓住緊靠天線組件20的引線(未示出)。蓋元件26材料的適當選擇(例如在鋼性或彈性模數(shù)、熱成型參數(shù)等等)通過結(jié)構(gòu)元件34在RFIC24上實現(xiàn)壓縮力。由蓋元件26和蓋元件上的結(jié)構(gòu)元件34提供的壓縮力使得RFID標簽18設(shè)計不需要導電粘合劑，盡管如果需要，仍然能使用這些導電粘合劑。通過適當設(shè)計，結(jié)合蓋元件26可以使用廉價的非導電粘合劑，以產(chǎn)生整個有效機械和電氣設(shè)計。例如，這能通過在RFIC/天線接觸點的周圍使用非導電粘合劑來實現(xiàn)。此外，這些設(shè)計將允許使用非導電粘合劑，其能容易地在相對于天線引線的適當?shù)奈恢锰幹С諶FIC24。
圖6和7表示由襯底22形成并僅在RFIC24的部分上彎曲的蓋元件26，以僅部分覆蓋RFIC24?？梢猿尚嗡枋龅纳w元件26以便偏向襯底22，這樣部件34將RFIC24引線壓靠在天線引線(未示出)上。在此所述的任一實施例中，蓋元件26可以在一個或多個表面上鍍金屬化，或者制成導電的，以便為RFIC提供EMI屏蔽?？梢酝ㄟ^各種方法創(chuàng)建金屬化，但最好通過真空金屬化來實現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)真空金屬化在所需部分(蓋元件的平的部分和蓋元件中的折痕)提供基本上均勻的金屬涂層，以便向RFIC24提供EMI屏蔽。通過RFIC上的適當觸點或經(jīng)外部引線和電源(未示出)，能實現(xiàn)金屬層的接地。能在普通擁有的美國專利No.5,811,050中找到可以用來真空金屬化襯底的方法和設(shè)備的更全面描述，其全部公開內(nèi)容在此引入以供參考。
現(xiàn)在參考圖8，可以修改襯底22以便產(chǎn)生提高天線組件20的形成的圖形。例如，如圖8所示，可以凸起36和/或凹進(未示出)部分襯底22。在圖8的實施例中，襯底22的凸起部分36可以在對應(yīng)于天線組件20的期望形狀的圖案中。在制造期間，可以金屬化襯底22的整個所需部分，或可以僅金屬化凸起/凹進部分的一個。如果在制造期間凸起和凹進部分都金屬化，凹進部分可以使用適當方法機械“摩擦”或曝露于溶劑來處理以去除金屬層，以便在凸起部分上僅留下金屬層，以及提供天線組件20的最終形狀。如能意識到的，在可選擇的實施例中，可以期望改為從凸起部分移除金屬層以及僅在凹進部分中留下金屬層。
天線組件20可以使用在此所述的任何一種方法形成在襯底22上，以及通過沖切或其他等效的工藝，可以移出不用來形成天線組件20和/或蓋元件26的一些或全部襯底22以便去除多余的襯底材料22。例如，如圖2所示，如果需要，可以繞天線組件20和/或蓋元件26的周圍，遺留部分襯底22。
如圖9所示，通過在襯底22上形成天線組件20之前或之后，通過在襯底22中產(chǎn)生結(jié)構(gòu)特征38，可以任意地機械加強RFID標簽18。例如，如圖9中所示，可以處理襯底22(沿邊顯示)使之具有正弦或波狀形狀，從而在整體結(jié)構(gòu)上提供加強效果。對于襯底22所示的“波”僅是示例性的，平面外(out-of-plane)形狀不必是矩形(例如平)以及能使用襯底膜的固有柔性和可成型性來提供共形(在它們附著到另一物體的意義上)或加強(在某些幾何結(jié)構(gòu)可以增加天線增益的意義上)的天線標簽。
圖10A示例說明本發(fā)明所包含的另一RFID標簽18。RFID標簽18包括襯底22，其由第一側(cè)面和第二側(cè)面組成，在此所述的天線組件20的任何一個將被耦合或以不同方式形成在襯底22的第一側(cè)面上。RFID標簽18可以包括至少部分封裝、壓住和/或EMI屏蔽RFIC24的蓋元件26(虛線所示)。在其他實施例中，RFID標簽18將不具有蓋元件26并且RFIC24的引線可以通過傳統(tǒng)的裝置(例如導電粘合劑、焊料等等)耦合到天線組件20的引線。襯底22的第二側(cè)面可以具有以接地導電層的形式的EMI屏蔽罩40?？梢允褂迷诖怂龅娜魏我环N方法(例如真空金屬化、化學沉積、濺射等等)，在襯底上形成EMI屏蔽罩40。EMI屏蔽罩40通常將具有在約1微米和約5微米之間的厚度，以及將由在此所述的金屬材料的任何一種制成，以便足以防止RFIC24免受EMI。接地可以經(jīng)由到RFIC的連接或通過其他外部裝置，該外部裝置包括但不限于設(shè)計成處理電能的電導的外部電路。
圖10B說明本發(fā)明包含的RFID標簽的另一實施例，其中，第一和第二天線組件20、20’耦合到天線22的第一側(cè)面和第二側(cè)面。第一和第二天線組件20、20’將與RFIC24的引線電氣連接。第二天線組件20’可以是與第一天線組件不同的形狀或相同形狀。在RFID標簽的高級版本中，各種信道或頻率的傳送/接收的能力可以用于單純通信目的或區(qū)分諸如可以用在傳感器的兩種信號。
圖11示例說明本發(fā)明包含的RFID標簽18的另一實施例。RFID標簽18包括具有第一側(cè)而和第二側(cè)面的襯底。第一側(cè)面將具有與第一RFIC24的引線電氣通信的第一天線組件20?？蛇x地，在此所述的蓋元件26的任何一個可以用來至少部分封裝、壓住和/或EMI屏蔽RFIC24。第二側(cè)面將具有與第二RFIC24’的引線電氣連接的第二天線組件20’?？梢允褂迷诖怂龅纳w元件26’的任何一個來至少部分封裝、壓住和/或EMI屏蔽RFIC24’。與上文類似，蓋元件26、26’可以金屬化或者制成導電的，以便對RFIC24、24’提供局部或完全EMI屏蔽。實質(zhì)上，可以在單一襯底上提供兩個獨立的RFID標簽。然而，如果需要，在兩個RFIC24之間可以存在通信。用這種方式，獨立的系統(tǒng)可以提供具有增加的魯棒性的元件(在導通元件變得不可操作的情況下)。
盡管圖11中未示出，但可以將RFIC24’安裝在襯底22的第二側(cè)面上，以及不具有第二天線組件20’。在這些實施例中，RFIC24’的引線可以通過襯底中的通孔(未示出)耦合到第一天線組件20。也可以通過使用金屬化的通孔，使每一側(cè)面互連，以便在天線組件20、20’間提供導電通路。兩個RFID天線標簽的互連將允許用于處理信息的更復(fù)雜方案。
此外，盡管本發(fā)明的襯底22示出單層襯底，應(yīng)意識到本發(fā)明的襯底22可以由多層組成。同樣地，可以將導電層或金屬層放在第一襯底層和第二襯底層之間以便向RFIC24提供EMI屏蔽。因此，對圖11的實施例，可以在第一RFIC24和第二RFIC24’之間提供EMI屏蔽。
圖12示意性地示例說明制造本發(fā)明的RFID標簽18的一個簡化方法。如能意識到，圖12所示的方法僅是示例性的，以及可以使用其他方法來制造本發(fā)明的RFID標簽18。本發(fā)明的方法通常首先包括在襯底上形成天線組件42。一旦在襯底上形成天線組件，在天線組件的一個或多個部件兩端施加無源(或有源)RFIC24并與其接觸以便形成RFID標簽18。如果需要，此后，可以應(yīng)用EMI屏蔽罩來屏蔽RFIC24(步驟46)。
如圖12所示，提供單層或多層襯底(步驟48)以及可以將掩膜放在襯底的第一表面上(步驟50)。通過掩膜，將導電材料沉積在襯底的第一表面上，以便在襯底的第一表面上形成天線組件(步驟52)。
一旦形成天線組件，RFIC的引線置于與天線組件的引線部分電氣連接(步驟54)。使用任何已知方法(例如導電粘合劑、非導電粘合劑等等)，可以將RFIC耦合到天線組件的引線。然而，為了提高RFID標簽18的功能性和降低由于之前對于導電粘合劑的成本，可以將保護蓋元件放在至少部分RFIC上以便部分包圍RFIC以及通過壓縮力將RFIC夾緊在天線組件上(步驟56和58)。壓縮力維持RFIC的引線和天線組件20的引線之間的接觸，而不要求需要昂貴的導電粘合劑。如果需要，可以繞RFIC24的外圍使用非導電粘合劑，以將RFIC24耦合到襯底22和/或天線組件20。
可選地，可以期望在襯底的第二側(cè)面上形成EMI屏蔽罩(見圖10)。盡管在圖12中未示出，使用圖12中所述的相同步驟，也可以在襯底的第二側(cè)面上形成第二天線組件，以及布置第二RFIC使之與天線組件電氣通信。另外，也可以期望將EMI屏蔽罩放在襯底的第二側(cè)面上(見圖10A)。
圖13示例說明可以與本發(fā)明的方法一起使用來在襯底22上形成天線組件20的一個掩膜60。在一些方法中，掩膜是以掩蔽鉛版的形式，與用于絲網(wǎng)遮蔽、移印或焊料過去應(yīng)用的鉛版類似。在這些方法中，可以將一卷或片聚合物襯底22加在掩蔽鉛版60的外表面上。在這些方法中，以通過掩蔽鉛版中的形成圖案的開口將各種不同導電材料(例如鋁、銅、鎳、錫、銀、金和其他類似金屬或合金)施加在聚合物襯底22上的方式，可以將聚合物襯底22和鉛版放在真空金屬化室中。一旦金屬化，可以從鉛版去除聚合物襯底22以便展示在聚合物襯底22上形成的所需形狀和厚度的天線圖案。
如上所述，本發(fā)明不限于真空金屬化，其他方法諸如濺射、化學鍍等等可以用來將金屬層施加在聚合物襯底22上。當過程包含蒸氣的直接撞擊時(諸如通過濺射或真空金屬化)時，掩蔽鉛版是有用的。化學鍍(以及電鍍)是提供涂層的通用大面積手段，并且不太受使用掩膜影響，盡管仍然能開發(fā)它們。
除用于天線的圖案外，在掩蔽鉛版中也可以具有用于蓋元件26的金屬化的圖形。盡管在掩膜設(shè)計方面，這種雙金屬化更復(fù)雜，但在以允許使薄膜以各種角度(諸如用于熱汽化)暴露于碰撞蒸氣涂層的內(nèi)部移動工具為特性的金屬化系統(tǒng)中，這種圖案仍然是可能的。因此，可以在單金屬化步驟中形成EMI屏蔽罩和天線圖案。此外，也可以具有用來在聚合物襯底的第二/相對側(cè)面上形成EMI屏蔽層的第二掩蔽鉛版。通過適當?shù)墓ぞ吆脱b置設(shè)計，如由在大(圓)批處理真空室中使用旋轉(zhuǎn)組件所示例的，金屬化襯底的兩個側(cè)面是可能的。
可以制作掩蔽60鉛版來充當掩膜以及在聚合物襯底的卷上，在單個金屬化周期中產(chǎn)生幾百至幾千天線圖案。盡管優(yōu)選掩蔽鉛版60由薄板金屬，諸如錫、不銹鋼、鋁銅或它們的合金形成，也可以使用其他材料(導電或介電)來形成掩蔽鉛版60。在掩蔽鉛版60中形成的天線圖案可以采用任何所需形狀。在一個特定的有用圖案中，天線圖案具有0.5英寸的寬度和3.0英寸的長度。然而，隨著RFID標簽18的各種需要的發(fā)展，天線圖案的尺寸和細節(jié)可以更大或更小。
在另一實施例中，掩膜60可以以可連接到聚合物襯底的一個表面的可移除聚合物掩蔽層的形式。在這些實施例中，通過去除以所需天線圖案的形狀的材料，掩蔽層將具有在該層中形成的一個或多個天線圖案，以便暴露待金屬化的下層聚合物襯底。然后，使用在此所述的金屬化方法的任何一個，可以金屬化掩蔽聚合物層和下層聚合物襯底。一旦金屬化，可以去除掩蔽層，從而只留下所需的金屬化天線圖案。掩蔽層60可以由任何適當?shù)木酆衔锊牧闲纬桑ǔ０ň垡蚁?、聚碳酸脂、PVC、PET、PETG、ABS、PC/ABS或類似材料。這種方法的一個優(yōu)點在于通過卷繞過程中的工藝天線掩膜可以與襯底共存。因此，一旦形成，掩膜(薄聚合物預(yù)制薄膜)布置為與襯底密切接觸并由其支撐以便形成用于處理的表面上單一單元。在金屬化后，去除預(yù)制掩膜以便暴露襯底上的金屬天線圖案?，F(xiàn)在覆蓋有金屬涂層的預(yù)制薄膜可以再利用和再擠壓以便產(chǎn)生要求導電特性的其他有用產(chǎn)品。
在圖14A和14B所示的一個具體實施例中，本發(fā)明的方法表示改進的工藝，因為在兩個卷軸(一個卷軸用于襯底62以及一個卷軸用于掩膜60)上包含過程的輸入。最初，切割掩膜60以便使天線組件形狀變?yōu)樵诒∧ど峡梢?。隨后，一起移動兩個膜(襯底和眼膜)(在箭頭61的方向中，以及在壓力下支撐(通過一系列壓緊輥64))，同時通過金屬沉積源66產(chǎn)生金屬化過程。此后，在表示該過程的最終結(jié)果的獨立鼓狀物/輥/卷軸68、68’上收集兩個薄膜帶60、62。通過配置用于薄膜帶(可以小于4英寸寬)的并行裝置，可以自動化整個過程用于高速生產(chǎn)。
圖15表示具有在其上形成的多個天線組件20和耦合到天線組件的RFIC24的一卷聚合物襯底62的一個實施例。在形成天線組件20并傳送到處理臺(在相同場所或不同場所)以便施加RFIC24后，可以卷起該卷襯底62，形成安裝蓋元件26，以及切掉每個天線組件20以便產(chǎn)生單個RFID標簽18等等。因為天線組件20在卷上，在并行過程中，可以貼上RFIC24，形成蓋元件，切割蓋元件等等。
應(yīng)理解到在此所述的例子和實施例僅是為了示例目的，以及向本領(lǐng)域的技術(shù)人員建議鑒于它的各種改進或改變將包括在本申請的精神和范圍以及附加權(quán)利要求的范圍內(nèi)。例如，盡管在此未示出，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將意識到本發(fā)明的方法同樣地適合于有源RFID標簽。在這些實施例中，可以使用本發(fā)明的相同天線組件20，以及芯片中的主要區(qū)別將是包括電源(例如電池)和相關(guān)電路。
在本發(fā)明的RFID標簽的另外的用途中，RFID標簽可以經(jīng)由直接沉積或通過使用另一薄襯底，耦合到集成電路或印刷電路板的表面上。這種方法可以允許跟蹤集成電路/印刷電路板，但也可以提供用于與集成電路的內(nèi)部電路通信的另外的功能性。實際上，可以機械地附著RFID標簽并且現(xiàn)有的半導體制造工藝用來產(chǎn)生從板到標簽的導電引線。
盡管上述描述集中在制造用于RFID標簽的天線組件的方法上，應(yīng)意識到本發(fā)明的方法和設(shè)備不限于用于RFID標簽的天線組件以及可以使用這些方法來在襯底上形成各種不同的導電結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明的方法可以用來制造用于其他基于RF的設(shè)備的天線組件，諸如用于WiFi、蜂窩等等的RF天線。
權(quán)利要求
1.一種射頻識別(RFID)標簽，包括襯底；耦合到該襯底的第一表面的導電天線；耦合到該導電天線的一部分的射頻集成電路；以及位于該射頻集成電路上的結(jié)構(gòu)，其配置成利用部分導電天線夾緊該射頻集成電路。
2.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該結(jié)構(gòu)封狀該射頻集成電路。
3.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該結(jié)構(gòu)與襯底上的鎖定組件相互作用。
4.如權(quán)利要求3所述的RFID標簽，其中，該鎖定組件包括環(huán)繞該射頻集成電路的外圍的該襯底中的槽，其配置成容納和充分保持該結(jié)構(gòu)的至少一部分的位置。
5.如權(quán)利要求3所述的RFID標簽，其中，該鎖定組件和結(jié)構(gòu)至少部分導電。
6.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該結(jié)構(gòu)由襯底形成。
7.如權(quán)利要求6所述的RFID標簽，其中，該結(jié)構(gòu)整體附著到該襯底。
8.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該結(jié)構(gòu)包括一個或多個壓力部件，該壓力部件與該射頻集成電路接觸，以便使該射頻集成電路的觸點壓向天線觸點，從而完成電路。
9.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該襯底包括凸起和凹進部分，其中，該天線形成在該襯底的一個或多個凸起和凹進部分上。
10.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該襯底包括加強結(jié)構(gòu)部件。
11.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，進一步包括耦合到該襯底的第二表面的電磁干擾屏蔽層。
12.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，包括布置在該導電天線上的介電層。
13.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，包括耦合到該襯底的第二表面的第二導電天線。
14.如權(quán)利要求13所述的RFID標簽，其中，該第二導電天線與該射頻集成電路電接觸，或該第二導電天線與布置在該襯底的第二表面上的第二射頻集成電路電氣接觸。
15.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該襯底基本上是平面的。
16.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該襯底基本上是圓柱的。
17.如權(quán)利要求1所述的RFID標簽，其中，該導電天線耦合到包括形狀存儲器元件或壓電元件的形變元件。
18.一種制造射頻識別標簽(RFID)或其一部分的方法，該方法包括將導電天線施加在襯底上；將射頻集成電路布置到該導電天線的一部分上；以及將保持元件放置在該射頻集成電路上以便至少部分包圍該射頻集成電路，其中，將該保持元件放置為將該射頻集成電路夾緊到導電天線。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，不使用導電粘合劑將該射頻集成電路耦合到該導電天線。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，該保護元件封裝該射頻集成電路。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，將該保護元件放在該射頻集成電路上包括使該保護元件與該襯底上的鎖定組件相互作用。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，該鎖定組件包括環(huán)繞該射頻集成電路的外圍的該襯底中的槽，其配置成容納和充分保持該保護元件的至少一部分的位置。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，該鎖定組件和保護元件至少部分導電。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，包括由襯底形成該保護元件。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其中，該保護元件整體附著到該襯底。
26.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，該保護元件包括一個或多個壓力部件，該壓力部件與該射頻集成電路接觸，以便將該射頻集成電路壓靠在天線上。
27.如權(quán)利要求18所述的方法，包括在該襯底上形成凸起和凹進部分，其中，該天線形成在該襯底的一個或多個凸起和凹進部分上。
28.如權(quán)利要求18所述的方法，包括在該襯底上提供加強結(jié)構(gòu)部件。
29.如權(quán)利要求18所述的方法，包括提供耦合到該襯底的第二表面的電磁干擾屏蔽層。
30.如權(quán)利要求18所述的方法，包括將介電層施加到該導電天線上。
31.如權(quán)利要求18所述的方法，包括在該襯底的第二表面上形成第二導電天線。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，該第二導電天線與該射頻集成電路電氣接觸，或該第二導電天線與布置在該襯底的第二表面上的第二射頻集成電路電氣接觸。
33.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，該襯底基本上是平面的。
34.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，該襯底基本上是圓柱的。
35.如權(quán)利要求18所述的方法，包括將該導電天線耦合到包括形狀存儲器元件或壓電元件的形變元件。
36.一種制作天線組件或其部分的方法，該方法包括提供襯底；將掩膜放置在該襯底的第一表面上；通過該掩膜，將導電材料沉積在襯底上，以在該襯底上形成天線圖案。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，該掩膜包括形成圖案的掩蔽鉛版。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，該掩膜包括可去除掩蔽層，該掩蔽層包括從該掩蔽材料移除的一個或多個天線圖案，以暴露該襯底的所需部分。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，沉積該導電材料通過真空金屬化執(zhí)行。
40.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，沉積導電材料通過濺射、絲網(wǎng)涂覆、化學鍍層或熱蒸氣沉積來執(zhí)行。
41.如權(quán)利要求36所述的方法，包括在該襯底上形成凸起和凹進部分，其中，沉積該導電材料通過將該導電材料沉積在凸起和凹進部分的僅一個上來執(zhí)行。
42.如權(quán)利要求36所述的方法，包括向該襯底提供加強結(jié)構(gòu)。
43.如權(quán)利要求36所述的方法，包括將電磁干擾屏蔽罩耦合到該襯底的第二表面。
44.如權(quán)利要求36所述的方法，包括將介電層沉積在不構(gòu)造成接觸射頻集成電路的天線組件的部分上。
45.如權(quán)利要求36所述的方法，包括將掩膜放在該襯底的第二表面上；以及通過掩膜，將導電材料沉積在襯底的第二表面上，以在該襯底的第二表面上形成第二天線圖案。
46.如權(quán)利要求36所述的方法，包括使射頻集成電路置于與該天線組件電氣通信。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，包括通過在該集成電路的至少一部分上放置的結(jié)構(gòu)，將該射頻集成電路夾緊在該天線組件上。
全文摘要
本發(fā)明提供改進的RFID天線和標簽，以及制造該RFID天線的方法。本發(fā)明的RFID標簽包括具有天線組件的襯底。射頻集成電路與部分天線組件電氣通信。RFID標簽可以包括結(jié)構(gòu)，諸如蓋元件，夾緊和/或壓住射頻集成電路使之與天線組件接觸，而不需要導電粘合劑。在一些實施例中，天線組件被真空金屬化或者另外通過掩膜諸如形成圖案的掩蔽鉛版或形成圖案的聚合物層中的形成圖案的開口，鉛版，施加到襯底上。
文檔編號G06K19/06GK101019137SQ200580015341
公開日2007年8月15日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者羅基·R·阿諾德, 法布里齊奧·蒙陶蒂, 約翰·C·扎爾加尼斯, 格雷格·比克 申請人:波零公司