CN101019137A - 射频天线和标签以及用于制造射频天线和射频标签的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供改进的RFID天线和标签，以及制造该RFID天线的方法。本发明的RFID标签包括具有天线组件的衬底。射频集成电路与部分天线组件电气通信。RFID标签可以包括结构，诸如盖元件，夹紧和/或压住射频集成电路使之与天线组件接触，而不需要导电粘合剂。在一些实施例中，天线组件被真空金属化或者另外通过掩膜诸如形成图案的掩蔽铅版或形成图案的聚合物层中的形成图案的开口，铅版，施加到衬底上。

Description

射频天线和标签以及用于制造射频天线和射频标签的方法

相关申请的交叉引用

本发明要求2004年5月14日提交的名为“Method and Devices forManufacturing RFID Tag antennas”的U.S.临时申请序列号No.60/571,018，以及2004年6月12日提交的名为“AntennaSub-assemblies for Radio Frequency Identifications RFID”的U.S.临时申请序列号No.60/578,979以及2004年7月16日提交的名为“Environmentally Protected RFID Tags”的U.S.临时申请序列号No.60/588,927的优先权，其全部内容在此引入以供参考。

技术领域

本发明通常涉及射频识别(RFID)天线和标签，以及用于制造RFID天线和标签的方法。更具体地说，本发明针对用于RFID标签的真空镀金属天线和用于保护RFID标签的集成电路的外壳。

背景技术

RFID标签目前用来跟踪和监控与产品、物质或人有关的库存位置和通信信息及数据，它们被附着到零件号、说明书、批次码和与目前包含在标准通用产品(UPC)条形码内的信息类似的其他相关产品信息上。然而，UPC条形码技术是光学技术并限制于直线对传方向(line ofsite orientation)。该限制要求扫描条码的条形码阅读器必须能可视地查看应用到产品上的条形码标签以便扫描和读取/记录信息。RFID标签优于条形码的原因在于RFID技术是基于射频的技术，并且不要求在产品ID标签和阅读器或扫描仪间的任何可视地点直线对传(line of site)。这允许RFID标签和阅读器自由地交换信息，与ID标签的位置无关，只要标签在阅读器扫描范围内。能通过封装、容器或通过其他产品读取RFID标签。另外，RFID阅读器能立刻读取和识别在其扫描范围内的任何RFID标签，而不必如当前使用UPC条形码所需要那样扫描每一单个物品。例如，当在杂货店中购物时，如果所有物品具有单个RFID标签，理论上，购物者将能简单地走过收款线中的扫描仪，他们的手推车中的所有物品将被扫描，由此顾客付款，而不必将单个物品移出他们的手推车。RFID标签的另外的优点将与库存管理一起使用，当库存量低于设定水平时，自动再订购；或当没有授权从特定位置移出物品时安全告警。

RFID基于使用射频(RF)信号来在小(通常最大侧较小25mm至300mm)RF接收机/发射机设备和用于“读取”包含在小的电子设备(RFID标签)的存储器电路中的信息的其他电子设备间通信信息。RFID标签用来跟踪和监控位于库存中的物体的位置，以及传送信息，诸如零件号、说明书、批次码和与目前包含在标准通用产品(UPC)条形码内的信息相关的其他相关产品信息。使用另外的电子装置(又名“阅读器”)来从RFID标签检测和收集信息。典型地，阅读器将通过发送包含要求RFID标签响应的短指令的RF信号来查询RFID标签。RFID标签使用它自己的能量或包含在查询RF信号中的能量来以所请求的信息响应阅读器。在当前实践中，RFID设备放置在载体介质上，该载体介质随后附着到待跟踪的物体上。

虽然用于使用RFID标签的可能性日益增加，但必须解决用于生成这些RFID标签的制造成本。用于制造标签的成本目前将RFID标签的使用限制到产品货盘或高价物品，诸如光盘、DVD，或常被盗物品，诸如Gillette剃刀刀片，其中，标签的成本可调整。该特定发明关于用于制造适合于用在廉价日常物品上的低成本RFID标签的各种方法和设备。

RFID标签通常包括附在已经通过金属层屏蔽薄的聚合物衬底(与丝网遮蔽类似)上的小的无源集成电路芯片，该金属层包括天线子组件。RFID标签包括薄聚合物膜的覆盖(或在一些情况下不设置任何东西)，作为提供最小保护免受环境之害的手段。如能意识到的，RFID标签经受机械损坏和/或篡改，并暴露于可能防碍RFID标签的长期性能的环境状况。

在如通过天线增益所测量的电性能方面，天线子组件的重要方面是金属导电层的质量。目前，可以使用许多不同的方法来在衬底上实现金属化形状。例如，能蚀刻镀铜箔来显示天线形状。该过程要求首先完全金属化薄膜材料，以预定形状应用掩膜(以沉积另一材料的形式)，随后蚀刻以便去除不希望的材料。该过程具有显而易见的成本缺点，然而，最终金属层(通常几微米铜)提供足够的性能和对于薄膜的合理粘附，虽然是以相对高的成本。

薄膜材料可以使用导电墨水和导电漆来金属化，然而，导电漆的缺点(容易裂纹、环境问题，需要相对高的导电颗粒填充来实现低电阻等等)阻碍其用于RFID标签子组件。导电墨水能容易地应用于薄膜材料来提供所需导电率和性能。虽然在载体母体中，仍然悬浮导电颗粒，整体性能足够，以及主要成本驱动器是导电墨水。导电墨水层为约几十微米厚，尽管更薄沉积也是可以的。

尽管制造RFID标签的传统方法已证明是足够的，但随着对于这些标签的需要增加，存在金属遮蔽工艺将在其成本降低潜能方面受限的问题。对于RFID标签的当前估计需要为每年数亿标签，并且通过持续的成本降低，每年将增长到可能数万亿标签。因此，所需要的是可以廉价地制造以及当需要时提供足以经受住环境的坚固结构的方法和RFID标签。

发明内容

本发明提供天线和用于制造天线的方法。特别地，本发明提供RFID天线和RFID标签以及制造RFID标签的方法。

本发明的天线组件可以真空金属化或者通过掩膜中的形成图案的开口施加到衬底上，该掩膜诸如形成图案的遮蔽铅版或形成图案的聚合物层。在一个实施例中，制作天线组件或其一部分的方法包括提供衬底以及将掩膜放置在该衬底的第一表面上。通过掩膜将导电材料沉积(例如真空金属化)在衬底上以便在衬底上形成天线图案。

本发明的RFID标签包括由天线组件组成的衬底。射频集成电路布置为与部分天线组件电气通信。RFID标签可以包括诸如盖元件的结构，其夹紧(clamp)和/或压缩射频集成电路与天线组件接触。本发明的其他方面、目的和优点从下述详细描述将显而易见。

附图说明

图1示意性地示例说明简化的RFID系统。

图2示例说明由本发明包含的RFID标签的一个实施例。

图3是图2的RFID标签的中心部分的扩展图，表示射频集成电路与天线组件的一部分电气通信的布置，其中，在衬底中形成可选盖结构和槽结构以便完全封装射频集成电路。

图4是沿A-A的图2和3的RFID标签的剖面图，说明在衬底中整体形成的可选盖和糟结构。

图5是盖结构和槽结构的可选择实施例的剖面图，其中，盖结构包括压力产生部件。

图6是图2的RFID标签的中心部分的扩展图，表示射频集成电路与天线组件的一部分处于电气通信的布置，以及可选盖结构的可选择实施例。

图7是沿B-B的剖面图，表示包括至少一个压力产生部件和不完全封装射频集成电路的可选盖结构；

图8是沿图2中的C-C的天线组件的剖面图，其中，示例说明衬底的凸起部分和凹进部分。

图9是衬底的加强结构部件的剖面图。

图10A说明本发明所包含的简化RFID标签，其包括在衬底的第二表面上的屏蔽层。

图10B说明本发明所包含的简化RFID标签，其包括耦合到衬底的第二表面的第二天线组件。

图11说明本发明所包含的简化RFID标签，其包括衬底的第二表面上的第二天线，以及可选第二射频集成电路。

图12是说明制造RFID天线组件和RFID标签的简化方法的流程图。

图13表示可以用来在衬底上形成导电天线图案的掩膜铅版的一个例子。

图14A示意性地说明在衬底的卷上形成天线组件的并行过程(inline process)。

图14B是图14A的并行过程的侧视图。

图15表示附着有多个天线图案和射频集成电路的衬底卷的例子。

具体实施方式

图1示意性地示例说明本发明所包含的简化RFID系统10。RFID系统10包括耦合到天线或线圈14的收发器12。收发器12和天线14可以耦合在一起来形成可以为手持或固定设备的雷达或询问器17。天线14构造成发射射频信号16。当附着到本体19的RFID收发器(在下文中称为“RFID标签”18)通过存在射频信号16的区域时，或当在RFID标签18上扫描射频信号16时，射频信号16激活(以及激励)RFID标签18。RFID标签18从阅读器17读取激活信号，此后，阅读器17解码在RFID标签18上的集成电路中编码的数据，并将该数据传送到收发器12，用于处理。

本发明的RFID标签18可以以各种不同大小和形状出现，以及可以在许多不同频率范围中操作。本发明的RFID标签18实质上可以是任何频率，然而，由于与波长有关的实际原因，它们通常将处于几十兆赫(例如13.56Mhz)到更高频率(例如2.4GHz)。在一些实施例中，可以使RFID标签18在不同频率范围中起作用。此外，RFID标签18可以是无源(例如无板上电源/电池)或有源(例如具有板上电源)。本发明的RFID标签18通常包括低成本收发器，其提供多读取能力，允许读取/写入电气存储。RFID标签18可以提供各种数据传送率，其由所使用的特定设备和载波频率而定。本发明所包含的RFID标签18包括极接近标签(电感系统)和可从100英尺或更远扫描的RFID标签(辐射系统)。根据收发器和询问硬件的类型，本发明的RFID标签18通常不需要用于询问的瞄准线。

尽管余下论述集中在无源、充分“平的”RFID标签18上，应意识到本发明适用于各种RFID标签，包括有源标签。例如，可以在皮肤下植入RFID标签(例如人和动物标签)，以及可以是螺旋形、圆柱形、信用卡形状、矩形、圆形、球形等等。本发明的一个优点在于将天线缠绕成形状(诸如采用初始的平的标签以及将其缠绕成能放置在皮肤下的小圆柱形)，或在施加导电天线组件之前或之后形成以便形成替代结构的能力(以便RFID标签随后形成或与另一面或物体共形)。

图2说明本发明所包含的一个示例性无源RFID标签18。RFID标签18包括布置在衬底22上的天线组件20。一个或多个射频集成电路(RFIC)24的触点(未示出)可以置于与天线组件20的被选触点电气通信。天线组件20和适当的RFIC24的结合将允许从阅读器17接收射频信号16。尽管当今的RFIC相对简单以及仅提供用于数据存储、保持和处理的适度能力，但未来的RFIC完全能扩展处理和数据存储。例如，通过RFID标签的适当网络，能仿真或创建潜在的高级通信系统(例如WiFi)。本发明的RFIC24可以配置成通过解析一个或多个碰撞电磁信号之间的差异，来检测高频信息内容(数据)。这种RFIC24可以充当高频滤波器来通过区分一个或多个载波信号来允许(通过适当的支持电路)解析最高频率内容。为了参考，未示出RFID标签18的其他元件，诸如与RFIC24和/或天线组件20通信的另外的集成电路，但应意识到这些元件可以在本发明的RFID标签18上。

本发明的衬底22可以由各种不同的介电材料组成，但通常由一层或多层聚合物(例如聚乙烯、聚碳酸脂、PVC、PET、PETG、ABS、PC/ABS等等)、厚树脂材料，诸如硅、纸、橡胶、陶瓷等等制成。衬底22可以预切成所需形状，或者衬底可以是在其上形成天线组件后可以处理的材料卷或片。衬底通常基本上是平面片状，通常具有约1/2密耳(mil)和约30密耳之间的厚度，以及最好在约2密耳和约5密耳之间。

然而，如上所述，衬底22可以采用各种不同的其他形状。可以在应用金属天线形状之前或之后形成衬底。例如，可以将初始平的RFID天线标签“卷”成圆柱形，并放入移动通信设备中，以便允许减弱短程通信(例如小于几米)或充当用于与处于充分远(例如几千米)的基站通信的主天线。RFID天线标签适当起作用的能力由设计、功率和实际上可无限调整的软件考虑而定。

对天线组件20确定尺寸和形状，以便在特定频率或频率范围上接收和传送信息，以便与天线14(图1)通信。天线组件20通常由导电材料制成，以及可以包括铝、金、银、铜、锡、镍、它们的合金的任何组合等等，包括高导电纳米导电材料。天线组件最好由100％的固体金属典型地以互连线的图案制成，配置这样的互连线图案以在特定射频范围上接收和传送。天线组件的设计强烈影响阅读器和RFID标签电子设备的效率、范围和功率需求。通常，天线组件的设计受天线涂覆材料的属性和线图的厚度和形状影响。

天线灵敏度受用来形成天线图案的导电材料的特性影响。从环境观点看，天线材料的选择也影响通过用于使用有害物质的国际标准的最终天线组件的再利用率和能力。例如，电镀铜提供相对致密的涂层，但产生环境问题。电镀其他材料，诸如镍、银、铬等等产生类似的问题，因为这些材料通常被视为重金属(例如，它们与人体具有负或有害互作用)。

然而，通过铝的真空金属镀法，使用对人体或环境如果具有也很少有毒或负作用的元件(铝)，提供最终产品。同时，尽管铝的相对导电率仅为铜的约60％，但通过各种汽相沉积技术能沉积它以便提供用作有效天线的适当厚度和导电率。

通过各种因素，包括可用功率(传送到无源天线或来自电池源)、迹线宽度、迹线长度和迹线设计，驱动构成适当的天线设计。设计者在尝试中通常交替使用这些因素来实现最佳整体增益。提高增益反过来允许指定设计在更大范围传送/接收或以更少错误传送更多数据。本发明的天线设计能简化为相对大的实质上方形或矩形区，其中，长宽比(在平面意义上)约为1的级别，或它们能是非常长和迂回，其中，长宽比非常大(假设在100以上)。每一形状导致通常具有最大和最小强度的“波瓣”的不同能量辐射图案。在一些情况下，在一些应用中优选具有显著扩大的波瓣的天线设计将适合于在一些应用中优选的高定向的通信。对大多数全向情形(其中，辐射能量反而在离标签的角位置中是相当均匀的)，通过适当的天线设计最小化波瓣的出现是有效的。本发明可以用来制造这种天线设计。

典型地，天线的线路图案将具有几微米的厚度，但其他图案和线路厚度也是可能的。然而，在其他实施例中，包括RFIC的天线组件可以由导电聚合物(例如有机电子设备)或导电填充介电材料制成。

在一个预想结构中，天线组件具有约0.5英寸的宽度W和约3.0英寸的长度。当然，随着用于RFID标签的各种需要的发展，以及随着RFID标签的小型化，天线组件可以更小(或甚至更大)。

本发明的天线组件20提供天线增益以允许RFID18从阅读器17接收和传送射频信号16。可以使用各种不同的方法来在衬底22上创建天线图案。例如，创建天线图案的一种方法是通过使用能蚀刻以便创建天线图案形状的镀铜箔。然而，该过程要求将铜膜材料首先沉积在衬底22上，以及蚀刻部分铜膜材料以便去除不希望的材料，同时留下所需天线图案。这已知为减法过程以及通常认为更昂贵。在创建天线组件20的其他方法中，可以使用导电墨水或导电漆来创建线路图案。然而，导电漆容易裂纹，具有对于相对高导电颗粒填充的需要，以及提供低电阻率。这些原因阻碍了这些材料在天线组件20中的使用。尽管导电墨水容易地可应用于衬底材料，以及通常不具有与导电漆相同的缺陷，导电墨水的成本是限制因素。此外，对导电漆和导电墨水，银材料的存在都越来越关注倾向合乎环境的私有和政府组织。

在衬底22上创建天线组件20的一个优选方法是通过称为热蒸发的物理沉积过程(例如真空金属化)。真空金属化方法能创建高质量导电材料的亚微米沉积。沉积的质量是各个参数(真空压力、材料、过程中控制等等)的函数，然而，使用真空金属化的目的是提供改进天线性能的适当致密的金属层。例如，尽管目前使用几微米的电镀铜来实现RFID标签的期望电性能，然而，可以以更厚和/或更密地使用铝。铝超出任何其他材料包括铜的优点是铝对人体和环境的无毒性。许多金属(尤其是特征为重金属的那些)能发现它们本身处于人类也居住的如在例如气源和水源的环境中。当重金属进入人体时，它们变得难以或不可能移出并导致严重疾病。铅是好的例子，但其他金属，诸如镍、银、铬均是问题，通常被更高度地控制或很快将被高度管制。关于铝，相对于铜的降低的导电率意味着天线性能将更低，除非使用补偿系数。例如，铝沉积厚度将不同于用于提供相同体导电率水平的铜的厚度。调整汽相沉积过程以便提供足够的沉积密度。电镀铝不常见，因为工艺局限或废物处理的结果。

除热蒸发或真空金属化外，可以使用许多其他的镀金属方法来将天线组件20沉积在衬底22上。例如，可以使用溅射、丝网涂覆、非电解镀层或其他附加方法来将导电图案施加到衬底22上。在下文中，将更详细地描述将天线组件20施加到衬底22上的方法的另外的方面。

尽管未示出，但天线组件20可以包括响应一些外部因素改变的形变元件。例如，形变元件可以包括形状存储器元件或压电元件。形状存储器元件可以改变/响应温度差异，同时，压电元件将不同地响应不同电信号。这些形变元件能提供天线元件的至少一部分的形状的改变，以便在不良情况下补偿性能，或提供用于特定应用的独特性能或特定温度范围或电信号。例如，在空间意义上，改变天线表面的形状会影响天线的灵敏度，例如，在相对于入射RF信号的不同角度的天线的灵敏度或增益有些由天线的定位而定。因此，天线的形状和方向的改进可以用在某些情况中来提供增强的性能。

RFID标签18可以可选地包括至少部分覆盖RFIC24的天线26。元件26可以用来至少部分地防止RFIC26受环境因素诸如机械磨损、灰尘、湿气、电磁辐射(如果元件26至少部分导电)和/或物理安全性(例如防篡改)的影响。在一些结构中，元件26将部分覆盖RFIC24，以及在其他结构中，元件将完全密封RFIC24。

现在参考图3，在一个实施例中，元件26将为与衬底22整体形成并连接到衬底22的盖的形式。在图3中，沿其外围冲切盖元件26以便符合尺寸规定为至少部分密封RFIC24的形状。在这些实施例中，衬底22和天线组件20的一部分可以包括耦合组件28，用来绕RFIC24将盖元件耦合到衬底22。

尽管耦合组件可以采用许多形状，但在一个示例性实施例中，耦合组件28是以在围绕RFIC24的覆盖区的区域中由衬底22形成的槽的形式，这样可以将所形成的盖元件26放置在槽耦合组件28上，以及经受闭合力以便绕RFIC24的外围完成紧密密封。可以通过热成型的通常的标准和完全接受的原理在施加金属天线之前或之后形成槽。图4是沿图3中的线A-A’的槽耦合组件28和盖元件26的剖面图。如所看到的，可以由不是导电天线组件20的部分的衬底22的成型部分整体形成盖元件26。为至少部分覆盖或密封RFIC24，可以在箭头30的方向上折叠盖以便与耦合组件28相互作用。在优选实施例中，盖元件26沿RFIC24的外围形成紧密密封以便完全密封RFIC24。

现在参考图5，在一些实施例中，盖元件26可以不整体耦合到衬底。图5的盖元件26可以由衬底22形成，或可以包括不同的材料，诸如为金属罐、纸、陶瓷、橡胶、硅等等的形式。在一个结构中，盖元件26的自由端32可以与耦合组件28相互作用以便将盖元件26附着到衬底22。将端32压入配合到槽，通过粘合剂等等连接到衬底，以便至少部分密封RFIC24。

可选地，本发明的盖元件26可以包括一个或多个结构部件34，其配置成接触RFIC24的一部分以便导致将RFIC24的引线(未示出)压住紧靠天线组件20的引线(未示出)。盖元件26材料的适当选择(例如在钢性或弹性模数、热成型参数等等)通过结构元件34在RFIC24上实现压缩力。由盖元件26和盖元件上的结构元件34提供的压缩力使得RFID标签18设计不需要导电粘合剂，尽管如果需要，仍然能使用这些导电粘合剂。通过适当设计，结合盖元件26可以使用廉价的非导电粘合剂，以产生整个有效机械和电气设计。例如，这能通过在RFIC/天线接触点的周围使用非导电粘合剂来实现。此外，这些设计将允许使用非导电粘合剂，其能容易地在相对于天线引线的适当的位置处支持RFIC24。

图6和7表示由衬底22形成并仅在RFIC24的部分上弯曲的盖元件26，以仅部分覆盖RFIC24。可以成形所描述的盖元件26以便偏向衬底22，这样部件34将RFIC24引线压靠在天线引线(未示出)上。在此所述的任一实施例中，盖元件26可以在一个或多个表面上镀金属化，或者制成导电的，以便为RFIC提供EMI屏蔽。可以通过各种方法创建金属化，但最好通过真空金属化来实现。已经发现真空金属化在所需部分(盖元件的平的部分和盖元件中的折痕)提供基本上均匀的金属涂层，以便向RFIC24提供EMI屏蔽。通过RFIC上的适当触点或经外部引线和电源(未示出)，能实现金属层的接地。能在普通拥有的美国专利No.5,811,050中找到可以用来真空金属化衬底的方法和设备的更全面描述，其全部公开内容在此引入以供参考。

现在参考图8，可以修改衬底22以便产生提高天线组件20的形成的图形。例如，如图8所示，可以凸起36和/或凹进(未示出)部分衬底22。在图8的实施例中，衬底22的凸起部分36可以在对应于天线组件20的期望形状的图案中。在制造期间，可以金属化衬底22的整个所需部分，或可以仅金属化凸起/凹进部分的一个。如果在制造期间凸起和凹进部分都金属化，凹进部分可以使用适当方法机械“摩擦”或曝露于溶剂来处理以去除金属层，以便在凸起部分上仅留下金属层，以及提供天线组件20的最终形状。如能意识到的，在可选择的实施例中，可以期望改为从凸起部分移除金属层以及仅在凹进部分中留下金属层。

天线组件20可以使用在此所述的任何一种方法形成在衬底22上，以及通过冲切或其他等效的工艺，可以移出不用来形成天线组件20和/或盖元件26的一些或全部衬底22以便去除多余的衬底材料22。例如，如图2所示，如果需要，可以绕天线组件20和/或盖元件26的周围，遗留部分衬底22。

如图9所示，通过在衬底22上形成天线组件20之前或之后，通过在衬底22中产生结构特征38，可以任意地机械加强RFID标签18。例如，如图9中所示，可以处理衬底22(沿边显示)使之具有正弦或波状形状，从而在整体结构上提供加强效果。对于衬底22所示的“波”仅是示例性的，平面外(out-of-plane)形状不必是矩形(例如平)以及能使用衬底膜的固有柔性和可成型性来提供共形(在它们附着到另一物体的意义上)或加强(在某些几何结构可以增加天线增益的意义上)的天线标签。

图10A示例说明本发明所包含的另一RFID标签18。RFID标签18包括衬底22，其由第一侧面和第二侧面组成，在此所述的天线组件20的任何一个将被耦合或以不同方式形成在衬底22的第一侧面上。RFID标签18可以包括至少部分封装、压住和/或EMI屏蔽RFIC24的盖元件26(虚线所示)。在其他实施例中，RFID标签18将不具有盖元件26并且RFIC24的引线可以通过传统的装置(例如导电粘合剂、焊料等等)耦合到天线组件20的引线。衬底22的第二侧面可以具有以接地导电层的形式的EMI屏蔽罩40。可以使用在此所述的任何一种方法(例如真空金属化、化学沉积、溅射等等)，在衬底上形成EMI屏蔽罩40。EMI屏蔽罩40通常将具有在约1微米和约5微米之间的厚度，以及将由在此所述的金属材料的任何一种制成，以便足以防止RFIC24免受EMI。接地可以经由到RFIC的连接或通过其他外部装置，该外部装置包括但不限于设计成处理电能的电导的外部电路。

图10B说明本发明包含的RFID标签的另一实施例，其中，第一和第二天线组件20、20’耦合到天线22的第一侧面和第二侧面。第一和第二天线组件20、20’将与RFIC24的引线电气连接。第二天线组件20’可以是与第一天线组件不同的形状或相同形状。在RFID标签的高级版本中，各种信道或频率的传送/接收的能力可以用于单纯通信目的或区分诸如可以用在传感器的两种信号。

图11示例说明本发明包含的RFID标签18的另一实施例。RFID标签18包括具有第一侧而和第二侧面的衬底。第一侧面将具有与第一RFIC24的引线电气通信的第一天线组件20。可选地，在此所述的盖元件26的任何一个可以用来至少部分封装、压住和/或EMI屏蔽RFIC24。第二侧面将具有与第二RFIC24’的引线电气连接的第二天线组件20’。可以使用在此所述的盖元件26’的任何一个来至少部分封装、压住和/或EMI屏蔽RFIC24’。与上文类似，盖元件26、26’可以金属化或者制成导电的，以便对RFIC24、24’提供局部或完全EMI屏蔽。实质上，可以在单一衬底上提供两个独立的RFID标签。然而，如果需要，在两个RFIC24之间可以存在通信。用这种方式，独立的系统可以提供具有增加的鲁棒性的元件(在导通元件变得不可操作的情况下)。

尽管图11中未示出，但可以将RFIC24’安装在衬底22的第二侧面上，以及不具有第二天线组件20’。在这些实施例中，RFIC24’的引线可以通过衬底中的通孔(未示出)耦合到第一天线组件20。也可以通过使用金属化的通孔，使每一侧面互连，以便在天线组件20、20’间提供导电通路。两个RFID天线标签的互连将允许用于处理信息的更复杂方案。

此外，尽管本发明的衬底22示出单层衬底，应意识到本发明的衬底22可以由多层组成。同样地，可以将导电层或金属层放在第一衬底层和第二衬底层之间以便向RFIC24提供EMI屏蔽。因此，对图11的实施例，可以在第一RFIC24和第二RFIC24’之间提供EMI屏蔽。

图12示意性地示例说明制造本发明的RFID标签18的一个简化方法。如能意识到，图12所示的方法仅是示例性的，以及可以使用其他方法来制造本发明的RFID标签18。本发明的方法通常首先包括在衬底上形成天线组件42。一旦在衬底上形成天线组件，在天线组件的一个或多个部件两端施加无源(或有源)RFIC24并与其接触以便形成RFID标签18。如果需要，此后，可以应用EMI屏蔽罩来屏蔽RFIC24(步骤46)。

如图12所示，提供单层或多层衬底(步骤48)以及可以将掩膜放在衬底的第一表面上(步骤50)。通过掩膜，将导电材料沉积在衬底的第一表面上，以便在衬底的第一表面上形成天线组件(步骤52)。

一旦形成天线组件，RFIC的引线置于与天线组件的引线部分电气连接(步骤54)。使用任何已知方法(例如导电粘合剂、非导电粘合剂等等)，可以将RFIC耦合到天线组件的引线。然而，为了提高RFID标签18的功能性和降低由于之前对于导电粘合剂的成本，可以将保护盖元件放在至少部分RFIC上以便部分包围RFIC以及通过压缩力将RFIC夹紧在天线组件上(步骤56和58)。压缩力维持RFIC的引线和天线组件20的引线之间的接触，而不要求需要昂贵的导电粘合剂。如果需要，可以绕RFIC24的外围使用非导电粘合剂，以将RFIC24耦合到衬底22和/或天线组件20。

可选地，可以期望在衬底的第二侧面上形成EMI屏蔽罩(见图10)。尽管在图12中未示出，使用图12中所述的相同步骤，也可以在衬底的第二侧面上形成第二天线组件，以及布置第二RFIC使之与天线组件电气通信。另外，也可以期望将EMI屏蔽罩放在衬底的第二侧面上(见图10A)。

图13示例说明可以与本发明的方法一起使用来在衬底22上形成天线组件20的一个掩膜60。在一些方法中，掩膜是以掩蔽铅版的形式，与用于丝网遮蔽、移印或焊料过去应用的铅版类似。在这些方法中，可以将一卷或片聚合物衬底22加在掩蔽铅版60的外表面上。在这些方法中，以通过掩蔽铅版中的形成图案的开口将各种不同导电材料(例如铝、铜、镍、锡、银、金和其他类似金属或合金)施加在聚合物衬底22上的方式，可以将聚合物衬底22和铅版放在真空金属化室中。一旦金属化，可以从铅版去除聚合物衬底22以便展示在聚合物衬底22上形成的所需形状和厚度的天线图案。

如上所述，本发明不限于真空金属化，其他方法诸如溅射、化学镀等等可以用来将金属层施加在聚合物衬底22上。当过程包含蒸气的直接撞击时(诸如通过溅射或真空金属化)时，掩蔽铅版是有用的。化学镀(以及电镀)是提供涂层的通用大面积手段，并且不太受使用掩膜影响，尽管仍然能开发它们。

除用于天线的图案外，在掩蔽铅版中也可以具有用于盖元件26的金属化的图形。尽管在掩膜设计方面，这种双金属化更复杂，但在以允许使薄膜以各种角度(诸如用于热汽化)暴露于碰撞蒸气涂层的内部移动工具为特性的金属化系统中，这种图案仍然是可能的。因此，可以在单金属化步骤中形成EMI屏蔽罩和天线图案。此外，也可以具有用来在聚合物衬底的第二/相对侧面上形成EMI屏蔽层的第二掩蔽铅版。通过适当的工具和装置设计，如由在大(圆)批处理真空室中使用旋转组件所示例的，金属化衬底的两个侧面是可能的。

可以制作掩蔽60铅版来充当掩膜以及在聚合物衬底的卷上，在单个金属化周期中产生几百至几千天线图案。尽管优选掩蔽铅版60由薄板金属，诸如锡、不锈钢、铝铜或它们的合金形成，也可以使用其他材料(导电或介电)来形成掩蔽铅版60。在掩蔽铅版60中形成的天线图案可以采用任何所需形状。在一个特定的有用图案中，天线图案具有0.5英寸的宽度和3.0英寸的长度。然而，随着RFID标签18的各种需要的发展，天线图案的尺寸和细节可以更大或更小。

在另一实施例中，掩膜60可以以可连接到聚合物衬底的一个表面的可移除聚合物掩蔽层的形式。在这些实施例中，通过去除以所需天线图案的形状的材料，掩蔽层将具有在该层中形成的一个或多个天线图案，以便暴露待金属化的下层聚合物衬底。然后，使用在此所述的金属化方法的任何一个，可以金属化掩蔽聚合物层和下层聚合物衬底。一旦金属化，可以去除掩蔽层，从而只留下所需的金属化天线图案。掩蔽层60可以由任何适当的聚合物材料形成，但通常包括聚乙烯、聚碳酸脂、PVC、PET、PETG、ABS、PC/ABS或类似材料。这种方法的一个优点在于通过卷绕过程中的工艺天线掩膜可以与衬底共存。因此，一旦形成，掩膜(薄聚合物预制薄膜)布置为与衬底密切接触并由其支撑以便形成用于处理的表面上单一单元。在金属化后，去除预制掩膜以便暴露衬底上的金属天线图案。现在覆盖有金属涂层的预制薄膜可以再利用和再挤压以便产生要求导电特性的其他有用产品。

在图14A和14B所示的一个具体实施例中，本发明的方法表示改进的工艺，因为在两个卷轴(一个卷轴用于衬底62以及一个卷轴用于掩膜60)上包含过程的输入。最初，切割掩膜60以便使天线组件形状变为在薄膜上可见。随后，一起移动两个膜(衬底和眼膜)(在箭头61的方向中，以及在压力下支撑(通过一系列压紧辊64))，同时通过金属沉积源66产生金属化过程。此后，在表示该过程的最终结果的独立鼓状物/辊/卷轴68、68’上收集两个薄膜带60、62。通过配置用于薄膜带(可以小于4英寸宽)的并行装置，可以自动化整个过程用于高速生产。

图15表示具有在其上形成的多个天线组件20和耦合到天线组件的RFIC24的一卷聚合物衬底62的一个实施例。在形成天线组件20并传送到处理台(在相同场所或不同场所)以便施加RFIC24后，可以卷起该卷衬底62，形成安装盖元件26，以及切掉每个天线组件20以便产生单个RFID标签18等等。因为天线组件20在卷上，在并行过程中，可以贴上RFIC24，形成盖元件，切割盖元件等等。

应理解到在此所述的例子和实施例仅是为了示例目的，以及向本领域的技术人员建议鉴于它的各种改进或改变将包括在本申请的精神和范围以及附加权利要求的范围内。例如，尽管在此未示出，但本领域的普通技术人员将意识到本发明的方法同样地适合于有源RFID标签。在这些实施例中，可以使用本发明的相同天线组件20，以及芯片中的主要区别将是包括电源(例如电池)和相关电路。

在本发明的RFID标签的另外的用途中，RFID标签可以经由直接沉积或通过使用另一薄衬底，耦合到集成电路或印刷电路板的表面上。这种方法可以允许跟踪集成电路/印刷电路板，但也可以提供用于与集成电路的内部电路通信的另外的功能性。实际上，可以机械地附着RFID标签并且现有的半导体制造工艺用来产生从板到标签的导电引线。

尽管上述描述集中在制造用于RFID标签的天线组件的方法上，应意识到本发明的方法和设备不限于用于RFID标签的天线组件以及可以使用这些方法来在衬底上形成各种不同的导电结构。例如，本发明的方法可以用来制造用于其他基于RF的设备的天线组件，诸如用于WiFi、蜂窝等等的RF天线。

Claims (47)

1.一种射频识别(RFID)标签，包括：

衬底；

耦合到该衬底的第一表面的导电天线；

耦合到该导电天线的一部分的射频集成电路；以及

位于该射频集成电路上的结构，其配置成利用部分导电天线夹紧该射频集成电路。

2.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该结构封状该射频集成电路。

3.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该结构与衬底上的锁定组件相互作用。

4.如权利要求3所述的RFID标签，其中，该锁定组件包括环绕该射频集成电路的外围的该衬底中的槽，其配置成容纳和充分保持该结构的至少一部分的位置。

5.如权利要求3所述的RFID标签，其中，该锁定组件和结构至少部分导电。

6.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该结构由衬底形成。

7.如权利要求6所述的RFID标签，其中，该结构整体附着到该衬底。

8.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该结构包括一个或多个压力部件，该压力部件与该射频集成电路接触，以便使该射频集成电路的触点压向天线触点，从而完成电路。

9.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该衬底包括凸起和凹进部分，其中，该天线形成在该衬底的一个或多个凸起和凹进部分上。

10.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该衬底包括加强结构部件。

11.如权利要求1所述的RFID标签，进一步包括耦合到该衬底的第二表面的电磁干扰屏蔽层。

12.如权利要求1所述的RFID标签，包括布置在该导电天线上的介电层。

13.如权利要求1所述的RFID标签，包括耦合到该衬底的第二表面的第二导电天线。

14.如权利要求13所述的RFID标签，其中，该第二导电天线与该射频集成电路电接触，或该第二导电天线与布置在该衬底的第二表面上的第二射频集成电路电气接触。

15.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该衬底基本上是平面的。

16.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该衬底基本上是圆柱的。

17.如权利要求1所述的RFID标签，其中，该导电天线耦合到包括形状存储器元件或压电元件的形变元件。

18.一种制造射频识别标签(RFID)或其一部分的方法，该方法包括：

将导电天线施加在衬底上；

将射频集成电路布置到该导电天线的一部分上；以及

将保持元件放置在该射频集成电路上以便至少部分包围该射频集成电路，

其中，将该保持元件放置为将该射频集成电路夹紧到导电天线。

19.如权利要求18所述的方法，其中，不使用导电粘合剂将该射频集成电路耦合到该导电天线。

20.如权利要求18所述的方法，其中，该保护元件封装该射频集成电路。

21.如权利要求18所述的方法，其中，将该保护元件放在该射频集成电路上包括使该保护元件与该衬底上的锁定组件相互作用。

22.如权利要求21所述的方法，其中，该锁定组件包括环绕该射频集成电路的外围的该衬底中的槽，其配置成容纳和充分保持该保护元件的至少一部分的位置。

23.如权利要求21所述的方法，其中，该锁定组件和保护元件至少部分导电。

24.如权利要求18所述的方法，包括由衬底形成该保护元件。

25.如权利要求24所述的方法，其中，该保护元件整体附着到该衬底。

26.如权利要求18所述的方法，其中，该保护元件包括一个或多个压力部件，该压力部件与该射频集成电路接触，以便将该射频集成电路压靠在天线上。

27.如权利要求18所述的方法，包括在该衬底上形成凸起和凹进部分，其中，该天线形成在该衬底的一个或多个凸起和凹进部分上。

28.如权利要求18所述的方法，包括在该衬底上提供加强结构部件。

29.如权利要求18所述的方法，包括提供耦合到该衬底的第二表面的电磁干扰屏蔽层。

30.如权利要求18所述的方法，包括将介电层施加到该导电天线上。

31.如权利要求18所述的方法，包括在该衬底的第二表面上形成第二导电天线。

32.如权利要求31所述的方法，其中，该第二导电天线与该射频集成电路电气接触，或该第二导电天线与布置在该衬底的第二表面上的第二射频集成电路电气接触。

33.如权利要求18所述的方法，其中，该衬底基本上是平面的。

34.如权利要求18所述的方法，其中，该衬底基本上是圆柱的。

35.如权利要求18所述的方法，包括将该导电天线耦合到包括形状存储器元件或压电元件的形变元件。

36.一种制作天线组件或其部分的方法，该方法包括：

提供衬底；

将掩膜放置在该衬底的第一表面上；

通过该掩膜，将导电材料沉积在衬底上，以在该衬底上形成天线图案。

37.如权利要求36所述的方法，其中，该掩膜包括形成图案的掩蔽铅版。

38.如权利要求36所述的方法，其中，该掩膜包括可去除掩蔽层，该掩蔽层包括从该掩蔽材料移除的一个或多个天线图案，以暴露该衬底的所需部分。

39.如权利要求36所述的方法，其中，沉积该导电材料通过真空金属化执行。

40.如权利要求36所述的方法，其中，沉积导电材料通过溅射、丝网涂覆、化学镀层或热蒸气沉积来执行。

41.如权利要求36所述的方法，包括在该衬底上形成凸起和凹进部分，其中，沉积该导电材料通过将该导电材料沉积在凸起和凹进部分的仅一个上来执行。

42.如权利要求36所述的方法，包括向该衬底提供加强结构。

43.如权利要求36所述的方法，包括将电磁干扰屏蔽罩耦合到该衬底的第二表面。

44.如权利要求36所述的方法，包括将介电层沉积在不构造成接触射频集成电路的天线组件的部分上。

45.如权利要求36所述的方法，包括：

将掩膜放在该衬底的第二表面上；以及

通过掩膜，将导电材料沉积在衬底的第二表面上，以在该衬底的第二表面上形成第二天线图案。

46.如权利要求36所述的方法，包括使射频集成电路置于与该天线组件电气通信。

47.如权利要求46所述的方法，包括通过在该集成电路的至少一部分上放置的结构，将该射频集成电路夹紧在该天线组件上。

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