CN101097610A - 射频识别标签 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射频识别标签，该射频识别标签包括引入线，在该引入线中将通信用天线与使用所述天线进行无线电通信的电路芯片相互电连接。该射频识别标签还包括：围封所述引入线的蓄热部，所述蓄热部由非金属制成并防止热扩散到所述引入线中；和围封所述蓄热部的隔热部，所述隔热部防止热传导到所述蓄热部，并具有比所述蓄热部的热扩散系数更高的热扩散系数和比所述蓄热部的导热系数更低的导热系数。

Description

射频识别标签
技术领域
本发明涉及在不与外部设备相接触的情况下与该外部设备交换信息的RFID(射频识别)标签。对于本发明领域的技术人员，可以将在本发明中使用的RFID标签称为“无线IC标签”。
背景技术
近年来，提出了在不与以读取器和写入器为典型的外部设备相接触的情况下使用无线电波与该外部设备交换信息的各种RFID标签(例如，见日本专利公报：特开2000-311226号、特开2000-200322号以及特开2001-351082号)。一个这种RFID标签配备有无线电通信用天线图案(antenna pattern)和电路芯片，该天线图案和电路芯片均被安装在由塑料或纸制成的基片上。这种RFID标签的应用包括通过与外部装置交换粘贴有RFID标签的物品的信息来鉴别该物品。
安装在这种RFID标签中的电路芯片的耐温性保证在55℃的环境下最多10年的使用期。在超过这种保证温度的环境下，会产生可靠性劣化的问题。
典型的在高温环境中保护物体的RFID标签方法包括诸如真空隔热的隔热方法：将待保护物体围封在真空和中空的金属壳中以屏蔽热进入到该物体中，并使用隔热材料(例如，聚苯乙烯泡沫塑料(polystyrenefoam))覆盖该物体。
然而，在上述真空隔热中，将连接到电路芯片的天线图案与该电路芯片一起装入金属壳中，因而使得由该金属壳阻碍了与该天线图案的无线电通信。此外，由于作为通用隔热材料的聚苯乙烯泡沫塑料具有低的热容量，因此当将该金属壳长时间置于高温下时该金属壳内部的温度可能会超过保证温度。
鉴于以上情况提出了本发明，并且本发明提供了能够耐受高温环境的RFID标签。
发明内容
根据本发明的RFID标签包括引入线(inlet)，在该引入线中通信用天线与使用所述天线进行无线电通信的电路芯片相互电连接。所述RFID标签还包括：围封所述引入线的蓄热部，所述蓄热部由非金属制成并防止热扩散到所述引入线中；和围封所述蓄热部的隔热部，所述隔热部防止热传导到所述蓄热部，并具有比所述蓄热部的热扩散系数更高的热扩散系数和比所述蓄热部的导热系数更低的导热系数。
根据本发明，由蓄热部和隔热部对具有不耐高温环境的电路芯片的引入线进行双重保护。首先，由具有相对低的导热系数和相对高的隔热性的隔热部来隔离环境温度。因此，抑制了传导到围封了引入线的蓄热部的热。此外，由于蓄热部具有相对低的热扩散系数和相对大的蓄热能力，因此热被如此缓慢地传送到引入线，以至于可以很长时间地抑制引入线本身的温度升高。换句话说，根据本发明一个方面的RFID标签能够耐受高温环境。此外，在根据本发明的RFID标签中，由于隔热部和蓄热部均由非金属制成，因此不会干扰无线电波，使得通过引入线进行的无线电通信具有良好的性能。
根据本发明的RFID标签的一种优选形式包括：由非金属制成并容纳有围封所述引入线的所述蓄热部的壳，其中，所述隔热部覆盖所述壳的表面。
根据以上优选形式，还可以机械性地保护所述引入线。
如上所述，根据本发明，获得了能够耐受高温环境的RFID标签。
附图说明
图1是示出根据本发明的RFID标签的实施例的图；
图2是示出在仿真中使用的模型的轮廓尺寸的图；
图3是示出仿真结果的曲线图；以及
图4是示出图1所示的RFID标签100的制造过程的图。
具体实施方式
以下参照附图对示例性实施例进行描述。
图1是示出根据本发明的RFID标签的实施例的图。
在图1的部分(a)中示出了根据本发明实施例的RFID标签100的外部图。在图1的部分(b)中示出了当沿与RFID标签100的中心轴相垂直的平面剖切RFID标签100时该RFID标签100的剖视图。
图1所示的RFID标签100包括：引入线110，其中将形成了无线电通信用天线并形成在基底113上的天线图案112电连接到利用该天线执行无线电通信的电路芯片111；由耐温塑料制成的支承台120，使用粘合剂121将引入线110固定到该支承台120；呈圆筒形并由耐温塑料制成的壳130，将支承台120固定在壳130的一部分上；由蓄热材料围封的蓄热部140，稍后将对其进行详细描述，在壳130中使得蓄热材料围封引入线110；以及涂覆有隔热涂料的隔热部150，使得该隔热涂料覆盖壳的外表面，稍后要对该隔热涂料进行详细描述。引入线110、壳130、蓄热部140以及隔热部150分别对应于本发明的引入线、壳、蓄热部以及隔热部的示例。电路芯片111和天线图案112分别对应于根据本发明的电路芯片和天线的示例。
在本实施例中，由蓄热部140和隔热部150保护具有不耐高温环境的电路芯片111的引入线110。在本实施例中，由硅树脂形成蓄热部140，由作为耐热涂料的示例的SISTACOAT(注册商标)形成隔热部150。SISTACOAT是含有微小中空陶瓷珠的树脂涂料，并具有导热系数约为0.03W/m·c的高隔热性。由SISTACOAT形成的隔热部150防止热从外部进入RFID标签100的内部。此外，形成蓄热部140的硅树脂具有热扩散系数约为5×10-8m2/s的大蓄热能力。结果，将蓄热部140处的导热速率抑制成如此之低，以至于阻止了热传导到位于RFID标签100的中心的引入线110。由此，在本实施例的RFID标签100中，利用隔热部150的隔热效应和蓄热部140的蓄热效应，防止位于RFID标签100的内部的引入线110附近的温度升高。
下面将通过使用以下模型的仿真对利用隔热效应和蓄热效应对内部温度升高的抑制进行详细描述。
图2是示出在仿真中使用的模型的轮廓尺寸的图。
在该仿真中使用了3种模型：直径约为10cm并且长度约为20cm的圆柱形隔热材料、圆柱形蓄热材料以及涂覆有约1mm厚度的隔热材料的圆柱形蓄热材料。图2是示出仅具有外部形状的模型M的概念例示。将该仿真中的温度设定为200℃。
下表1示出了在该仿真中使用的隔热材料和蓄热材料的物理性质。
表1
    填充材料     密度(kg/m3)     导热系数(W/m·c)     热扩散系数(m2/s)
    聚苯乙烯泡沫塑料     36     0.033     5×10-7
    硅树脂     2200     0.16     5×10-8
在以下假设下进行下述仿真：作为隔热材料，使用具有与上述SISTACOAT的导热率类似的导热率并在计算中容易处理的聚苯乙烯泡沫塑料来代替SISTACOAT。
通过对以下方程进行求解来执行仿真，以确定各模型的中心与其环境之间的温度差：
(δθ/δτ)＝k(δ2θ/δr2)
k＝λ/(Cp·ρ)
其中：“θ”是各模型的中心与其环境之间的温度差，“τ”是时间，“r”是沿从圆柱形表面到各模型的中心轴的方向的径向距离，“k”是热扩散系数，“λ”表示导热系数，“Cp”是比热，“ρ”是密度。基于由下式表示的初始条件来求解该方程：
当τ＝0时θ＝200℃-25℃＝175℃。
图3是示出仿真结果的曲线图。
在图3的部分(a)中示出了当将开始时被稳定为25℃的圆柱形隔热材料置于200℃的温度环境下时该材料内部的温度分布。在图3的部分(b)中示出了当将圆柱形蓄热材料置于200℃的温度环境下时的温度分布。在图3的部分(c)中示出了当将涂覆有隔热材料的圆柱形蓄热材料置于200℃的温度环境下时的内部温度分布。在各曲线图中，横轴示出了当将圆柱形的表面设定为“0”时沿向中心的方向的位置X，对数纵轴以对数方式示出了温度T。各曲线图中的三条线示出了分别在表示各自所经过时间的τ1(60秒)、τ2(300秒)、τ3(3600秒)时的热分布。
如表1所示，隔热材料(聚苯乙烯泡沫塑料)具有比蓄热材料(硅树脂)更高的热扩散系数5×10-7m2/s，并允许热更快地传导到其内部。结果，如图3的部分(a)所示，在仅由隔热材料形成的模型中，尽管在表面附近一度隔绝了环境温度，但是热向内部的传送如此之快，以至于提高了隔热材料本身的温度。如表示在τ3(3600秒)时的热分布的线所示，在3600秒之后，图1所示的RFID标签100中的布置有引入线110的中心部分的温度达到了195℃，远远超过了55℃(在该温度下保证通常的电路芯片工作10年)。在图3的部分(a)中，195℃和200℃看起来几乎在同一位置处，这是因为以对数方式表示温度的缘故。
此外，如图1所示，蓄热材料(硅树脂)具有比隔热材料(聚苯乙烯泡沫塑料)更低的热扩散系数5×10-8m2/s，因而使热慢慢地向其内部传导。结果，如图3的部分(b)所示，即使在3600秒之后，在仅由蓄热材料形成的模型中，与如图3的部分(a)中仅由隔热材料形成的模型相比，大大抑制了升温，使得如表示在τ3(3600秒)时的热分布的线所示：中心部分中的温度约为70℃。然而，如表1所示的蓄热材料具有比隔热材料的导热系数更大的导热系数0.16W/m·c，因而允许热从外部经由表面进入内部。结果，仅仅蓄热材料并不能将中心的温度升高抑制成不超过上述保证温度(55℃)。
另一方面，对于在蓄热材料的表面上涂覆有1mm厚的隔热材料的模型，与环境温度直接相接触的表面的导热系数低达0.033W/m·c，并且内部的热扩散系数低达5×10-8m2/s。因此，通过隔热材料防止了热经由表面从外部进入，而且通过蓄热材料还防止了进入内部的热推进到壳内。结果，如图3的部分(c)的示出了在τ3(3600秒)时的温度分布的线所示，即使在3600秒之后，也将中心的温度抑制到不超过保证温度(55℃)。
根据上述仿真，在图1所示的RFID标签100中，通过隔热部150的隔热效应和蓄热部140的蓄热效应对引入线110附近的温度升高进行了抑制。
此外，在蓄热材料的表面涂覆有隔热材料的模型中，当针对隔热材料和蓄热材料使用各种导热系数和热扩散系数执行仿真时，获得了如下的用于获得与如上所述地抑制中心的温度有关的良好效果的期望条件。
换句话说，如果隔热材料的导热系数和热扩散系数分别是λ1和k1，蓄热材料的导热系数和热扩散系数分别是λ2和k2，则期望满足如下条件：λ1＜＜λ2并且k1＞k2。具体地，期望满足如下条件：λ1＜0.01W/mc，λ1＜＜λ2＜0.01W/mc，k1＜5×10-7m2/s，k2＜5×10-8m2/s。
接下来，对RFID标签100的制造过程进行描述。
图4是示出图1所示的RFID标签100的制造过程的图。
首先制备引入线110(也被示于图1中)，在该引入线110中将基底113上的形成通信用天线的天线图案112电连接到与该天线执行无线电通信的电路芯片111(步骤S1)。在图4中示出了引入线110的俯视图。
接着，使用粘合剂121将引入线110固定到支承台120(步骤S2)，该支承台120固定于圆筒形壳主体131，从该圆筒形壳主体131部分地去除了其圆周表面。在图4中示出了当沿平行于中心轴的平面剖切所述圆筒形时和当沿垂直于中心轴的平面剖切所述圆筒形时观察到的粘合到支承台120的引入线110的剖视图。类似于步骤S2，将在两个剖面上示出各随后步骤的状态。
在粘合了引入线110之后，从自壳主体131部分地去除了圆周的开口充填硅树脂，以形成蓄热部140(步骤S3)。
接着，将盖132固定到从壳主体131去除了部分圆周的开口。当固定了盖132时，在盖132的下方的内部是空的。但是，由于形成了用于使用硅树脂来填充盖132的开口132a，因此在步骤S4中使用硅树脂从该开口132a对在盖132的下方的空的空间进行填充。当完成了步骤S4时，完成了壳130和蓄热部140。
最后，在壳130的外表面上涂覆1mm厚度的隔热材料SISTACOAT，以形成隔热部150，然后完成了RFID标签100(步骤S5)。
通过所述多个步骤制成了RFID标签100，在该RFID标签100中将引入线110围封在蓄热部140中，并且RFID标签100的表面涂覆有隔热部150，从而该RFID标签100能够耐受高温环境。
在以上说明中，将具有由耐温塑料制成的壳130的RFID标签100例示为根据本发明的RFID标签的实施例。然而，本发明并不受此限制，根据本发明的RFID标签例如可以具有这样的引入线：由蓄热材料来对该引入线进行建模，并且使用隔热材料来涂覆该蓄热材料的外表面。
此外，在以上说明中，作为根据本发明的隔热部的示例，例示了由隔热涂料SISTACOAT形成的隔热部150。然而，本发明并不限于此，根据本发明的隔热部例如可以由不同的材料制成，只要该材料比蓄热部的隔热性能具有更好的隔热性能即可。
此外，在以上说明中，作为根据本发明的蓄热部的示例，例示了由硅树脂形成的蓄热部140。然而，本发明并不限于此，根据本发明的蓄热部例如可以由热扩散系数为5×10-8m2/s的纸或热扩散系数为5×10-8m2/s的天然橡胶等来形成。
此外，在以上说明中，作为根据本发明的壳的示例，例示了由耐热塑料制成的壳130。作为耐热塑料，更具体来说，例示了聚苯硫醚(PPS)、聚醚砜(PES)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚醚酮(PEEK)等。

Claims (2)

1、一种射频识别标签，该射频识别标签包括：
引入线，在该引入线中将通信用天线与使用所述天线进行无线电通信的电路芯片相互电连接；
围封所述引入线的蓄热部，所述蓄热部由非金属制成并防止热扩散到所述引入线中；以及
围封所述蓄热部的隔热部，所述隔热部防止热传导到所述蓄热部，并具有比所述蓄热部的热扩散系数更高的热扩散系数和比所述蓄热部的导热系数更低的导热系数。
2、根据权利要求1所述的射频识别标签，该射频识别标签还包括：
壳，所述壳由非金属制成并容纳有围封所述引入线的所述蓄热部，
其中，所述隔热部覆盖所述壳的表面。
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