發(fā)明背景

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器設(shè)備和通信設(shè)備領(lǐng)域。

相關(guān)領(lǐng)域描述

射頻識(shí)別(RFID)標(biāo)志(tag)和標(biāo)簽(label)(本文統(tǒng)稱(chēng)為“設(shè)備”)被廣泛用于關(guān)聯(lián)目標(biāo)與識(shí)別碼或其它信息。RFID設(shè)備通常結(jié)合天線與類(lèi)似物和/或數(shù)字電子學(xué)，數(shù)字電子學(xué)可以包括例如通信電子學(xué)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和控制邏輯。例如，RFID標(biāo)志與車(chē)內(nèi)安全鎖結(jié)合使用、用于控制進(jìn)入建筑物和用于追蹤存貨和包裹。

傳感器設(shè)備已被用于檢測(cè)很多種物理參數(shù)。在傳感器設(shè)備和通信設(shè)備兩個(gè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行改進(jìn)是可能的。

發(fā)明概述

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，混合傳感器/通信設(shè)備包括含至少一種有機(jī)或非晶半導(dǎo)體材料的傳感器設(shè)備和與該傳感器設(shè)備可操作地連接的射頻識(shí)別(RFID)設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，混合傳感器/通信設(shè)備包括：射頻識(shí)別(RFID)通信設(shè)備，其中所述RFID設(shè)備包括：天線；和與天線結(jié)合以便于與該混合設(shè)備外部的設(shè)備通信的晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體集成電路；以及與晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體集成電路可操作地連接的傳感器設(shè)備。所述傳感器設(shè)備包括有機(jī)半導(dǎo)體材料或非晶無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料中的至少一種。

依據(jù)本發(fā)明的又一方面，制造混合傳感器/通信設(shè)備的方法包括以下步驟：在金屬層上形成傳感器設(shè)備，其中所述傳感器設(shè)備包括有機(jī)半導(dǎo)體材料或非晶無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料中至少一種；去除部分金屬層，以分開(kāi)所述金屬層的天線與傳感器設(shè)備所處的金屬層的一個(gè)或多個(gè)金屬片；和連接晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體集成電路與所述天線，從而生產(chǎn)與所述傳感器設(shè)備可操作地連接的射頻識(shí)別(RFID)通信設(shè)備。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，傳感和通信的方法包括以下步驟：提供混合傳感器/通信設(shè)備，其包括具有晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體集成電路的射頻識(shí)別(RFID)通信設(shè)備和與所述半導(dǎo)體集成電路可操作地連接的傳感器設(shè)備，其中所述傳感器設(shè)備包括有機(jī)半導(dǎo)體材料或非晶無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料中的至少一種；使用所述傳感器設(shè)備傳感一種或多種物理參數(shù)；并將與所述一種或多種物理參數(shù)相關(guān)的信息從所述RFID設(shè)備傳送到與所述混合設(shè)備物理地分開(kāi)的外部設(shè)備。

為了實(shí)現(xiàn)前述的和相關(guān)的目的，本發(fā)明包括在下文充分描述的特征和在權(quán)利要求中特別指出的特征。以下描述和附圖詳細(xì)闡述了本發(fā)明的一些說(shuō)明性的實(shí)施方式。但是，這些實(shí)施方式僅表示少數(shù)幾種可以使用本發(fā)明原理的方式。從本發(fā)明的下述詳述并與附圖結(jié)合考慮時(shí)，本發(fā)明的其它目標(biāo)、優(yōu)勢(shì)和新的特征將變得顯而易見(jiàn)。

附圖簡(jiǎn)述

在附圖中，沒(méi)有必要按照比例：

圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的混合傳感器/通信設(shè)備的平面圖；

圖2A是圖1的設(shè)備的RFID芯片的示意圖；圖2B是顯示依據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的混合傳感器/通信設(shè)備的部件的框圖，其顯示所述設(shè)備的電源配置；

圖2C是顯示依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的混合傳感器/通信設(shè)備的部件的框圖，其顯示所述設(shè)備的另一種電源配置；

圖2D是顯示依據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的混合傳感器/通信設(shè)備的部件的框圖，其顯示所述設(shè)備的又一種電源配置；

圖2E是顯示依據(jù)本發(fā)明仍另一實(shí)施方式的混合傳感器/通信設(shè)備的部件的框圖；

圖3是圖解圖1的混合設(shè)備與外部設(shè)備之間的通信的示意圖；

圖4是圖解形成圖1的所述混合設(shè)備的方法的步驟的高級(jí)流程圖；

圖5是圖解圖4方法的一個(gè)步驟的圖表；

圖6是圖解圖4方法的另一步驟的圖表；和

圖7是圖解圖4方法的仍另一步驟的圖表。

發(fā)明詳述

混合傳感器/通信設(shè)備包括與含有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體材料的傳感器設(shè)備連接的射頻識(shí)別(RFID)通信設(shè)備。所述有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體材料可以被印制在所述設(shè)備基底的頂部上，所述基底與所述RFID設(shè)備的天線元件所處的基底是同一基底。所述有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體材料可以形成有機(jī)/非晶半導(dǎo)體材料處理器，所述處理器與所述傳感器設(shè)備的傳感器墊(pad)連接。RFID設(shè)備的集成電路與所述有機(jī)/非晶半導(dǎo)體材料處理器連接，而所述集成電路可以是插件或交連帶(strap)的一部分，并且其可使用無(wú)機(jī)晶態(tài)半導(dǎo)體材料如晶體硅。所述RFID設(shè)備給所述傳感器設(shè)備供電，并允放在所述傳感器設(shè)備和所述混合傳感器/通信設(shè)備外的外部設(shè)備之間通信。所述RFID設(shè)備可以被配置以提供不同電壓來(lái)運(yùn)行所述RFID設(shè)備的集成電路和所述傳感器的有機(jī)/非晶半導(dǎo)體材料處理器。用于運(yùn)行集成電路和傳感器處理器的電可以通過(guò)整流由RFID設(shè)備的天線元件接收到的能量提供。

圖1所示為混合傳感器/通信設(shè)備10，其包括RFID通信設(shè)備12和傳感器設(shè)備14。設(shè)備12和14結(jié)合在一起以供電給傳感器設(shè)備14，并允許設(shè)備12和14間的信息通信。RFID設(shè)備12包括集成電路或芯片20，以及與芯片20電連接的天線22。芯片20可以是插件或交連帶26的一部分，插件或交連帶26具有與天線22和芯片20電連接的導(dǎo)電引線28。導(dǎo)電引線28與芯片20的觸點(diǎn)電連接，并在芯片20和天線22之間提供電連接。芯片20和天線12之間的電連接可以是直接的歐姆導(dǎo)電路徑或可選地可以包括電容性的或其它間接類(lèi)型的電連接。交連帶26可以以面向上或面向下的配置被安裝在天線22上?？蛇x地，芯片20可以與天線22電連接，不需要任何導(dǎo)電引線或插件的其它部分。

天線22可以具有多種合適的配置中的任一種。在所示的實(shí)施方式中，天線22顯示為偶極天線，具有一對(duì)天線元件32和34。但是，可以理解的是，天線22可選地可以具有不同配置，例如縫隙天線、環(huán)形天線、切口天線或一些其它合適的類(lèi)型或天線類(lèi)型的結(jié)合。

傳感器設(shè)備14包括無(wú)機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體處理器40和傳感器墊41-46。有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體處理器40可以由印制的有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體材料層制成，如以下進(jìn)一步所述。有機(jī)和/或非晶半導(dǎo)體材料層可選地可以是真空沉積的。

本發(fā)明中使用的合適的有機(jī)半導(dǎo)體體材料包括具有半導(dǎo)體性質(zhì)的低聚物和聚合物。半導(dǎo)體低聚物的例子是并五苯和蒽(antracene)。半導(dǎo)體聚合物的例子是聚乙炔。其它可能的有機(jī)半導(dǎo)體材料包括：聚噻吩、酞菁、聚(3-己基噻吩)、聚(3-烷基噻吩)、α-ω-六噻吩、α-ω-二-己基-六噻吩、聚噻吩乙炔(polythienylenevinylene)、二(二噻吩并噻吩(dithienothiophene))、α-ω-二己基-四噻吩、二己基-雙噻吩蒽(anthradithiophene)、正十五氟庚基-甲基萘-1，4，5，8-四羧基二酰亞胺(n-decapentafluoroheptyl-methylnaphthalene-1，4，5，8-tetracarboxylic diimide)和α-ω-二己基-五噻吩。合適的非晶半導(dǎo)體材料是非晶硅。

有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40接收并且可能處理來(lái)自傳感器墊41-46的數(shù)據(jù)。有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40還與芯片20連接。處理器40和芯片20間的連結(jié)允許設(shè)備12和14間的通信。例如，由傳感器墊41-46檢測(cè)到的物理性質(zhì)的信息可以通過(guò)處理器40被發(fā)送到芯片20。另外，處理器40和芯片20之間的連結(jié)可以被用于給傳感器設(shè)備14供電。該電可以由整流通過(guò)天線22接收的輸入能量的RFID設(shè)備12產(chǎn)生。

傳感器墊41-46可以是用于傳感任何多種物理?xiàng)l件和/或事件的傳感器。實(shí)例是：用于傳感生物材料中一種或多種酶、特定蛋白或其它生物材料或基因序列的存在或不存在的傳感器墊；化學(xué)傳感器，如用于檢測(cè)化學(xué)分解的副產(chǎn)物；磁場(chǎng)傳感器；電場(chǎng)傳感器；和集成溫度/時(shí)間監(jiān)測(cè)器。其它可能的傳感器墊41-46包括光學(xué)傳感器、熱傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器和聲傳感器。關(guān)于這類(lèi)傳感器進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明可在很多出版物中找到，例如：″Choosing a Humidity Sensor：A Review of Three Technologies，″Denes K.Roveti，在http：//www.sensorsmag.com/sensors/Technology+Tutorials％2FSensors％2FHumidit y％2FMoisture/Choosing-a-Humidity-Sensor-A-ReView-of-Three-Techn/ArticleStandard/Article/detail/322590可得到，和″Review of Chemical Sensors for In-Situ Modeling of Volatile Contaminants，Clifford K.Ho等。廣泛而言，傳感器設(shè)備14能夠被描述以檢測(cè)一種或多種物理參數(shù)或性質(zhì)，如上述所列的那些，或檢測(cè)特定材料的存在與否。

天線22、有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40和傳感器墊41-46被置于設(shè)備10的基底56上?；?6可以是一片任何多種合適的材料，如合適的聚合物材料和紙。天線22可以是粘結(jié)或者以其它方式固定在基底56上的鋁箔。有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40和傳感器墊41-46可以直接沉積在基底56上，或者可選地可以沉積在合適的中間材料上，如在基底56上的一個(gè)或多個(gè)金屬片58。金屬片58可以是鋁箔層——與用于制備天線22的層是同一層——的一部分，如以下進(jìn)一步所述。有機(jī)/非晶半導(dǎo)體可以以期望的構(gòu)造被印制或沉積。可以理解的是，多種合適的印制操作可以被用于沉積處理器40和/或傳感器墊41-46。沉積可以包括真空涂覆、噴涂、旋涂或沉積控制層的其它合適的方法，其可與一些形式的掩模結(jié)合使用。

處理器40和傳感器墊41-46之間的連接以及傳感器處理器40和RFID芯片20之間的連接可以是多種合適的導(dǎo)電連接中的任一種。合適的導(dǎo)電材料可以被沉積和/或配置為制備設(shè)備10的過(guò)程的一部分。

另外，參考圖2A，芯片20具有電源60，其被配置以整流由天線22接收的能量以供電給芯片20和有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40。電源60被配置以產(chǎn)生兩種電壓電平的電，適合用于使用不同材料的不同類(lèi)型的處理器。較高電壓的電被用于有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40的供電。較低電壓的電用于晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體芯片20的供電。使用不同的電壓，原因在于芯片20和處理器40的不同材料需要不同電壓來(lái)運(yùn)行，這是由于它們的材料不同。電源60包含合適的組件，如整流器和電荷泵，以提供芯片20和處理器40所需要的電壓。

芯片20還可以具有內(nèi)部時(shí)鐘62，其可用于提供從傳感器墊41-46接收的以及由有機(jī)半導(dǎo)體處理器40組合或另外處理的數(shù)據(jù)的精確定時(shí)。定時(shí)數(shù)據(jù)可選地可以由與RFID設(shè)備12通信的外部設(shè)備提供。

芯片20還可以包括溫度測(cè)量設(shè)備64。溫度測(cè)量設(shè)備64可以與芯片20一體形成、構(gòu)建入芯片20的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料內(nèi)?；镜亩O管溫度測(cè)量可由Shockley二極管方程確定。二極管正向電壓部分地依賴(lài)于在限定電流下的絕對(duì)溫度。這一正向電壓構(gòu)成非常簡(jiǎn)單的溫度傳感器。更加復(fù)雜的溫度測(cè)量也可得，如在″Silicon Sensors for Temperature Measurements″中所述的那些，在http：//www.nxp.com/acrobat_download/various/SC 17_GENERAL_TEMP_4.pdf可得到。溫度測(cè)量設(shè)備64可用于提供準(zhǔn)確的溫度測(cè)量以補(bǔ)償傳感器墊41-46的輸出中的溫度相關(guān)的變化。補(bǔ)償可以在芯片20或有機(jī)半導(dǎo)體處理器40中進(jìn)行?？梢岳斫獾氖?，溫度測(cè)量設(shè)備64可以可選地與芯片20分開(kāi)。

圖2B-2E顯示電源60的幾種配置。圖2B顯示具有與天線22結(jié)合的整流器70的電源60。來(lái)自整流器70的輸出在兩個(gè)分開(kāi)的電荷泵71和72之間分開(kāi)。來(lái)自第一電荷泵71的輸出V1用于驅(qū)動(dòng)晶體硅的RFID設(shè)備的邏輯74。邏輯74與存儲(chǔ)器76連接。來(lái)自第二電荷泵72的輸出V2用于非晶/有機(jī)設(shè)備，例如包括非晶/有機(jī)處理器77和傳感器78。第二電荷泵72由RFID芯片邏輯74控制。RFID邏輯74還與非晶/有機(jī)處理器77和傳感器78連接。

圖2C顯示了變型，其中第二電荷泵72用于從第一電荷泵71泵出輸出電壓V1。來(lái)自第二電荷泵72的輸出V2被用于供電給非晶/有機(jī)處理器77和傳感器78。

圖2D顯示具有與開(kāi)關(guān)82連接的附加電池80的電源。電池80可以是在相同基底上形成的薄膜設(shè)備或是潛在使用天線導(dǎo)體作為其電極之一的薄膜設(shè)備。開(kāi)關(guān)82允許從電池80供電給邏輯74。如果從天線22可得到足夠電力，或者如果電池80被放電，則電力來(lái)自整流器70，并且電力可以可控制地供給非晶/有機(jī)處理器77和傳感器78。RFID芯片20可以是“關(guān)”，或在非常低功率備用狀態(tài)，而由電池80供電給非晶/有機(jī)處理器77和傳感器78。當(dāng)發(fā)生事件時(shí)，如其傳感器輸入上的電壓超過(guò)閾值，RFID芯片20可以從其備用狀態(tài)被啟動(dòng)。通常當(dāng)定義事件發(fā)生，如溫度超標(biāo)時(shí)，這將使芯片啟動(dòng)。關(guān)于此的事件或信息以及從低功率時(shí)鐘中獲得的時(shí)間信號(hào)可以被記錄在存儲(chǔ)器76中。

圖2E顯示另一種設(shè)置，其中傳感器/處理器90具有可能是模擬和數(shù)字的有機(jī)/非晶電路92，以及傳感器。當(dāng)定義事件發(fā)生時(shí)，傳感器邏輯92從電池94供電到RFID設(shè)備12。該電力可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信端口或者通過(guò)仿真在閱讀器和芯片20之間的常規(guī)通信來(lái)提供。該電力使RFID設(shè)備12將數(shù)據(jù)寫(xiě)入RFID芯片20的存儲(chǔ)器中，這些數(shù)據(jù)可被閱讀器遠(yuǎn)程讀取。其可選形式具有由電池94供電的RFID芯片20以使設(shè)備半無(wú)源用于擴(kuò)展的范圍。

現(xiàn)在參考圖3，混合傳感器/通信設(shè)備10可以與同混合設(shè)備10通信的外部設(shè)備100相互作用。外部設(shè)備100可以是閱讀器、檢測(cè)器或詢(xún)問(wèn)器，其與混合設(shè)備物理地分開(kāi)。外部設(shè)備100可以發(fā)送由混合設(shè)備10的RFID設(shè)備12采集的RF信號(hào)102。引入的RF信號(hào)102可以用于向RFID設(shè)備12和/或傳感器設(shè)備14供以動(dòng)力。另外，引入的RF信號(hào)102可以用于與混合設(shè)備10通信，例如通過(guò)提供信息給混合設(shè)備10。RFID設(shè)備12可以發(fā)回輸出信號(hào)104。輸出信號(hào)104可以傳播自RFID設(shè)備12，或可選地可以包括由外部設(shè)備100發(fā)送的調(diào)制信號(hào)。這類(lèi)調(diào)制可以被外部設(shè)備100檢測(cè)，使得信息從混合設(shè)備10傳送。關(guān)于傳感器墊41-46已檢測(cè)到的信息，混合設(shè)備10所傳送的信息可以包括由傳感器墊41-46接收的信息?？梢岳斫獾氖牵芏喾N其它信息也可以從混合設(shè)備10傳送到外部設(shè)備100。

混合傳感器/通信設(shè)備10提供許多超過(guò)單一功能的RFID設(shè)備和傳感器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。RFID設(shè)備12提供給傳感器設(shè)備14快速和可靠的與外部設(shè)備通信的能力。相比與單獨(dú)的有機(jī)/非晶設(shè)備通信的可能情況，在芯片22中使用硅或其它無(wú)機(jī)晶體半導(dǎo)體允許更高的數(shù)據(jù)通信。

設(shè)備10還有利地允許保持來(lái)自傳感器設(shè)備14的數(shù)據(jù)精確定時(shí)。如上所述，定時(shí)可以從RFID芯片20或者從來(lái)自外部設(shè)備100的信號(hào)來(lái)提供。有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40提供的內(nèi)部定時(shí)沒(méi)有由晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體芯片20或從外部設(shè)備提供的定時(shí)精確。

基于來(lái)自RFID芯片20中(或在RFID設(shè)備12中別處)的晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體溫度測(cè)量設(shè)備64的輸入，混合設(shè)備10可以有利地校正來(lái)自一些或全部傳感器墊41-46的關(guān)于環(huán)境溫度的結(jié)果。晶態(tài)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體設(shè)備可以比有機(jī)/非晶設(shè)備更加準(zhǔn)確地測(cè)量溫度。這使得混合設(shè)備10潛在地比只有有機(jī)/非晶半導(dǎo)體的設(shè)備更加準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)傳感器的結(jié)果。

混合設(shè)備10可以使用現(xiàn)成的芯片20或者交連帶或插件26來(lái)配置。這可以與傳感器設(shè)備14的容易定制的配置相結(jié)合?？梢岳斫獾氖?，通過(guò)將現(xiàn)成的RFID設(shè)備(或組件)與定制的傳感器設(shè)備配置相結(jié)合，混合設(shè)備10可以以低成本具有可定制的配置。傳感器設(shè)備14由于包括印制層，因此可以以低成本進(jìn)行定制配置。另外，非晶/有機(jī)半導(dǎo)體材料可能不適合與芯片結(jié)合。有機(jī)/非晶半導(dǎo)體材料可能不與直接芯片連接的分辨率和溫度要求相容。使用分離的天線22有利于連接芯片20或交連帶或插件26。

圖4顯示了制造混合設(shè)備10的方法106中的步驟的高級(jí)流程圖。在步驟108中，圖5所示，金屬層110被布置在基底56上。金屬層110可以是鋁箔層。金屬層110可以被粘合連接到基底56上。

在步驟112中，如圖6所示，傳感器設(shè)備14在金屬層110如鋁或其它金屬箔層上形成。如上所述，有機(jī)/非晶半導(dǎo)體處理器40和傳感器墊41-46可以被印制在金屬層110上。在形成后，有機(jī)/非晶半導(dǎo)體材料在步驟114進(jìn)一步處理，如通過(guò)干燥或加熱。

其后在步驟116中，金屬層110被模切或以其它方式切割以去除除金屬片58和天線元件32和34以外的材料。得到的結(jié)構(gòu)如圖7所示。最后，在步驟118中，交連帶或插件26被連接到天線元件32和34，制成如圖1所示的混合設(shè)備。

盡管已經(jīng)關(guān)于一些優(yōu)選的實(shí)施方式或多個(gè)實(shí)施方式顯示和描述了本發(fā)明，但是顯而易見(jiàn)的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)和附圖時(shí)將想到等價(jià)的變更和改進(jìn)。特別是關(guān)于上述元件(組件、裝配、設(shè)備、組合物等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這些元件的術(shù)語(yǔ)(包括提及″機(jī)構(gòu)″)意欲相當(dāng)于——除非另外指出——執(zhí)行所述元件的規(guī)定功能的任何元件(即，功能上等價(jià)的)，即使在結(jié)構(gòu)上不等同于在本文圖解說(shuō)明的本發(fā)明的示例性實(shí)施方式或多個(gè)實(shí)施方式中執(zhí)行所述功能的所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)。此外，盡管本發(fā)明的特定特征可能僅關(guān)于幾個(gè)所闡述的實(shí)施方式中的一個(gè)或多個(gè)在上面進(jìn)行描述，但是該特征可以與其它實(shí)施方式的一個(gè)或多個(gè)其它特征相結(jié)合，這對(duì)于任何給定的或具體的應(yīng)用可能是期望的和有利的。