BR102019007499B1 - Método para fabricar uma antena rfid com acoplamento indutivo e antena rfid com acoplamento indutivo - Google Patents
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Abstract
método para fabricar uma antena rfid com acoplamento indutivo e antena rfid com acoplamento indutivo a presente invenção descreve um método para fabricar uma antena rfid, bem como uma antena rfid que será utilizada com uma etiqueta rfid, que apresenta um baixo custo e funciona por acoplamento indutivo através de uma geometria implementada por um processo de fotolitografia de alta resolução em substrato de vidro, apresentando boa qualidade em baixas, altas e ultra altas frequências.
Description
[001] A presente invenção se aplica no campo da tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID), mais especificamente em um conjunto composto por uma etiqueta RFID passiva e uma antena, onde a referida antena apresenta uma faixa de operação preferencialmente nas ultra altas frequências (UHF).
[002] A presente invenção descreve um método para fabricar uma antena RFID com acoplamento indutivo e uma antena RFID com acoplamento indutivo que será utilizada com uma etiqueta RFID através de um substrato de vidro que apresenta bom desempenho em baixas, altas e ultra altas frequências. Mais especificamente, é proposto um método para produção em alto volume de antenas RFID compactas com acoplamento indutivo, empregando as técnicas de manufatura dos circuitos integrados (microeletrônica) onde a topologia da antena pode ter dimensões da ordem micrométrica até milimétrica pois a definição da geometria é garantida tanto por um processo de fotolitografia de alta resolução como pelo processo de micro fabricação proposto, que possui grande flexibilidade geométrica para implementar um valor de indutância relativamente alto.
[003] Atualmente, quando se fala em processos de fabricação de circuitos integrados (chips) em material semicondutor, i.e. um circuito eletrônico miniaturizado que é implementado num substrato fino de material semicondutor, é importante destacar que os referidos processos necessitam ser aplicados em ambientes extremamente limpos, com fluxo de produção complexo, altamente controlado e com maquinário extremamente sofisticado. Dependendo da tecnologia alvo do chip, os custos de produção são altíssimos e se tornam rentáveis apenas para circuitos integrados de alto valor agregado e com volumes de vendas superiores a várias dezenas de milhões de unidades por ano. Os processos de fabricação mais maduros, com dimensões críticas maiores e resolução na casa de centenas de nanômetros, apresentam custos de fabricação menores.
[004] Dessa forma, visando obter um melhor desempenho, reprodutibilidade e fabricação em alto volume, a presente invenção propõe que as antenas RFID com acoplamento indutivo sejam fabricadas empregando algumas das técnicas utilizadas na manufatura dos circuitos integrados maduros, com nó tecnológico acima de 500 nm, e portanto, com custo de produção menor que os custos necessários para os nós tecnológicos de menor dimensão. A aplicação de um processo de fotolitografia de alta resolução na confecção da antena, possibilita que a mesma tenha estruturas bem pequenas com área total milimétrica (inferior à 50 mm2), resultando em um alto valor de indutância em uma única camada de metal (topologia planar). Além disso, a presente invenção propõe que as antenas RFID com acoplamento indutivo sejam fabricadas em uma lâmina de material isolante do tipo vidro ou quartzo, visto que o mesmo, quando utilizado como substrato em antenas RFID, promove uma perda de energia muito menor por ser um material isolante, mesmo quando aplicados em frequências altas ou ultra altas.
[005] O documento US6509217B1 descreve estruturas de processos e dispositivos para a construção de tags RFID e transceptores de circuito integrado de controlador de brinquedos que são construídos através da utilização de substratos de vidro.
[006] Neste documento, a antena e o circuito integrado são fabricados em conjunto, utilizando um processo de fabricação de painéis de tela plana, no qual o processo de fotolitografia é de baixa resolução, o que faz com que o circuito integrado ocupe uma área significativa e, portanto, tenha um custo alto.
[007] Dessa forma, este documento se distancia da presente invenção, onde apenas a antena é fabricada em substrato de vidro e o circuito integrado é fabricado numa tecnologia semicondutor de mais alta resolução, proporcionando um custo menor do conjunto antena - circuito integrado.
[008] O documento US7589685B2 descreve uma antena RFID que é utilizada sobre um substrato de vidro e apresenta um sistema de emissão de luz.
[009] Neste documento, o referido substrato é utilizado como guia da onda luminosa, se distanciando assim, da presente invenção que faz uso do substrato de vidro para implementar uma tag RFID através de um processo de baixo custo.
[0010] Portanto, pode-se concluir que a presente invenção se distancia dos documentos do estado da técnica aqui apresentados, visto que nenhum deles propõe o processo produtivo aqui proposto utilizando como demonstrador uma antena RFID com acoplamento indutivo, com dimensões milimétricas, projetada para uso em módulos RFID, ou seja, um indutor planar que seja utilizado em uma antena RFID, onde a mesma funciona através de acoplamento indutivo e é fabricada em substrato de vidro e apresenta baixo custo.
[0011] A presente invenção descreve um método de fabricação de antena RFID, por meio de uma geometria implementada por um processo de fotolitografia de alta resolução em substrato de vidro, bem como uma antena RFID que será utilizada com uma etiqueta RFID, que funciona através de acoplamento indutivo e apresenta um baixo custo e de boa qualidade em baixas, altas e ultra altas frequências. O processo de fotolitografia proporciona melhor definição das estruturas gravadas e oferece maior flexibilidade para implementar diferentes geometrias de antenas em pequenas dimensões com alto padrão de reprodutibilidade, quando comparado com outras técnicas de gravação por máscara mecânica, serigrafia, ou técnicas aplicadas em manufatura de placas de circuito impressos.
[0012] A invenção poderá ser mais bem compreendida através da breve descrição das figuras a seguir:
[0013] A Figura 1 apresenta um fluxograma das etapas do método para fabricar uma antena RFID com acoplamento indutivo;
[0014] A Figura 2 apresenta uma vista em perspectiva da antena RFID com acoplamento indutivo;
[0015] A Figura 3 apresenta uma vista do conjunto formado pela antena RFID com acoplamento indutivo juntamente com o circuito integrado.
[0016] A presente invenção descreve um método de fabricação de antena RFID, por meio de uma geometria implementada por um processo de fotolitografia de alta resolução em lâminas de vidro, bem como uma antena RFID utilizada como etiqueta RFID, onde a mesma funciona através de acoplamento indutivo.
[0017] Conforme evidenciado na Figura 1, o método para fabricar uma antena RFID ora pleiteado, que se dá através da fotolitografia, é composto pelas seguintes etapas: a) depositar, por pulverização catódica (sputtering), o nitreto de titânio - TiN (101) no lado posterior da lâmina de vidro (100), para tornar a mesma opaca em sua superfície inferior, etapa destinada a tornar opaca a lâmina de vidro (100) para o reconhecimento automático nas etapas de processamento; b) depositar, por pulverização catódica (sputtering), o alumínio -Al (102) no lado frontal da lâmina (100); c) depositar o material fotossensível (103) sobre a camada de alumínio (102); d) expor o material fotossensível (103) à luz UV através da máscara (104) com a geometria da antena indutiva. O retículo com a máscara (104) é replicado sobre todo o substrato, gravando múltiplas cópias da antena RFID de acoplamento indutivo sobre a lâmina (100); e) revelar e endurecer o material fotossensível (103) exposto; f) corroer, de forma úmida, as partes desprotegidas do alumínio (102); g) remover o material fotossensível (103), mantendo o desenho da antena apenas em alumínio (102).
[0018] A referida antena RFID, conforme evidenciado na Figura 2, é para uso em módulos RFID (composto pela antena e um circuito integrado) de acoplamento indutivo preferencialmente na faixa da ultra alta frequência (UHF). A antena é implementada em substrato de vidro (100) do tipo quartzo e possui flexibilidade de geometria entre as seguintes dimensões: - comprimento de 2.5 mm a 10 mm; - largura de 0.5 mm a 3 mm; - espessura do substrato de 0.1 mm a 1 mm.
[0019] O substrato de vidro da lâmina (100) é utilizado devido ao fato de ser um material isolante elétrico que apresenta boa qualidade (baixas perdas dielétricas) na faixa de operação das baixas frequências (LF), altas frequências (HF) e ultra altas frequências (UHF), bem como permite aplicações e processamento em mais altas temperaturas.
[0020] Tal substrato, quando apresentado sob a forma de lâminas (wafers), torna-se compatível com as máquinas utilizadas na fabricação dos circuitos integrados, por exemplo, em tecnologia CMOS, viabilizando assim, a realização sobre o vidro, em escala de produção, dos processos de fotolitografia de alta resolução, deposição e corrosão de uma camada metálica. Desta forma, viabilizando a construção de uma antena indutiva planar com alto valor de indutância («100 nH) em uma única camada de metal e, oferecendo grande flexibilidade de geometria para antenas de pequenas dimensões (área inferior à 50 mm2).
[0021] Contudo, é necessário no caso do substrato de vidro, cuja superfície tem alto grau de transparência, a deposição de uma camada na superfície inferior da lâmina para a tornar opaca. Para certos maquinários do processo de fabricação proposto, essa opacidade é necessária para efetuar o alinhamento da lâmina com as máscaras de fotolitografia, por exemplo.
[0022] As antenas RFID por acoplamento indutivo se aplicam tanto para ultra alta frequência (915 MHz e 2.4 GHz) como para alta frequência (13.56 MHz) e baixa frequência (134.2 kHz e 125 kHz). Em todos os casos um circuito integrado (200) é conectado por fios metálicos de ouro (202) aos terminais ajustáveis (203) de indutância (L) da referida antena, conforme evidenciado na Figura 3.
[0023] Para as ultra -altas frequências (UHF), a antena RFID com acoplamento indutivo se acopla, em campo próximo, a uma antena maior ou a um objeto metálico; para as altas e baixas frequências, a antena RFID se acopla, em campo próximo, à antena do leitor, ou eventualmente a um circuito “booster’ de antena, que por sua vez se acopla à antena do leitor.
[0024] Isso permite disponibilizar ao mercado, módulos RFID compactos que podem ser afixadas em objetos de pequeno tamanho ou que podem ser lidos quando afixadas em objetos metálicos, ou ainda, de mais baixo custo, graças a um processo de montagem mais simples, onde não é preciso conectar eletricamente via fio ou solda a antena de longo alcance ao módulo.
[0025] A presente invenção foi revelada neste relatório descritivo em termos de sua modalidade preferida. Entretanto, outras modificações e variações são possíveis a partir da presente descrição, estando ainda inseridas no escopo da invenção aqui revelada.
Claims (6)
1. MÉTODO PARA FABRICAR UMA ANTENA RFID COM ACOPLAMENTO INDUTIVO, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas: a) separar uma lâmina de vidro (100) e depositar, por pulverização catódica, o nitreto de titânio-TiN (101) no lado posterior da lâmina (100); c) depositar, por pulverização catódica, o alumínio-Al (102) no lado frontal da lâmina (100); d) depositar o material fotossensível (103); e) expor o material fotossensível (103) à luz UV através da máscara (104) com a geometria da antena; f) revelar e endurecer o material fotossensível (103) exposto; g) corroer, de forma úmida, as partes desprotegidas do alumínio (102); h) remover o material fotossensível (103), mantendo o desenho da antena apenas em alumínio (102).
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lâmina (100) é composta por substrato de vidro do tipo quartzo.
3. MÉTODO PARA FABRICAR UMA ANTENA RFID COM ACOPLAMENTO INDUTIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que à pulverização catódica do nitreto de titânio-TiN (101) torna a lâmina de vidro (100) opaca em sua superfície inferior, possibilitando o processamento posterior nos equipamentos de fotolitografia.
4. MÉTODO PARA FABRICAR UMA ANTENA RFID COM ACOPLAMENTO INDUTIVO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de fotolitografia de alta resolução ocorre pela exposição do material fotossensível (103) à luz UV ocorre através de uma máscara (104) com a geometria da antena, e o retículo com a máscara (104) é replicado sobre todo o substrato, gravando múltiplas cópias da antena indutiva sobre a lâmina de vidro (100).
5. ANTENA RFID COM ACOPLAMENTO INDUTIVO, dita antena sendo fabricada conforme o método definido por qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes dimensões milimétricas: comprimento de 2.5 mm a 10 mm; largura de 0.5 mm a 3 mm e espessura do substrato de 0.1 mm a 1 mm, e com diversos formatos geométricos, através do emprego de substrato de vidro do tipo quartzo.
6. ANTENA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de ser aplicada para ultra alta frequência, onde um circuito integrado (200) deve ser conectado por fios metálicos (201) aos terminais ajustáveis (203) de indutância (L) da referida antena.
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