CN101176109B - 用于金属或其它导电物体上的射频识别标签 - Google Patents

用于金属或其它导电物体上的射频识别标签 Download PDF

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Abstract

一种用于金属或其它导电表面上的射频识别RFID标签对以及其制造方法。在一个实施例中，所述射频识别标签包括：基板，包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面；贴附到基板第一主表面的射频识别天线；贴附到天线的集成电路，和第一复合层，其中所述第一复合层包括结合剂和分散在所述结合剂中的多个多层薄片，所述多层薄片包括两个至约100个层对，每个层对都包括与一个电介质层邻接的一个结晶铁磁金属层，其中所述层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层。

Description

用于金属或其它导电物体上的射频识别标签
技术领域
本发明涉及用在金属或其它导电物体上的射频识别(“RFID”)标签及其制造方法。本发明更具体地涉及一种射频识别标签，包括：包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的基板；贴附到该基板第一主表面的射频识别天线；贴附到天线的集成电路；和第一复合层。
发明背景
已经开发了各种方法来帮助减少或排除当射频识别(“RFID”)标签接近或邻近导电物体例如金属物体时的干扰问题。利用这些方法中的一些方法，RFID阅读器能够正确地读取RFID标签，即使标签的位置靠近导电物体。这些方法的实例在下面的公布和专利中公开了：PCT公布WO 03/030093(Gschwindt)，“Transponder Label and Method forthe Production Thereof；”PCT公布WO 03/067512(Surkau)，“TransponderLabel；”和美国专利No.6,371,380(Tanimura)，“Non-Contacing-TypeInformation Storing Device”。另外，有商业上可获得的用于RFID标签中来帮助减少或消除干扰问题的间隔物材料。例如，一种商业可获得的材料是在商标ECCOSORB下可从基于Rabdolph，MA的Emerson&Cuming获得的宽带吸收体。
发明内容
本发明的一个实施例提供一种射频识别RFID标签。在本实施例中，RFID标签包括：包含第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的基板；贴附到基板第一主表面上的射频识别天线；贴附到该天线的集成电路；和包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的第一复合层，其中第一复合层贴附到基板的第二主表面，其中第一复合层包括：结合剂；和分散在结合剂中的多个多层薄片，多层薄片包括两个到大约100个层对，每个层对包括：与一个电介质层邻近的一个晶体铁磁金属层，其中层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层。
本发明的另一个实施例提供一种制造射频识别(“RFID”)标签的方法。在该实施例中，该方法包括步骤：提供基板，在基板的至少一个表面上包含天线；将集成电路贴附到该天线上；提供包括第一主表面和与第一主表面相对的第二主表面的第一复合层，其中第一复合层贴附到基板的第二主表面，其中第一复合层包括：结合剂；和分散在结合剂中的多个多层薄片，多层薄片包括两个到大约100个层对，每个层对包括：与一个电介质层相邻近的一个晶体铁磁金属层，其中层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层；和将第一复合层贴附到与天线和集成电路相对的基板上。
附图说明
参考附图，将进一步说明本发明，贯穿这几个图，其中相同的结构用相同的附图标记表示，并且其中：
图1是本领域已知的典型的射频识别(“RFID”)标签的顶视图；
图2是图1的RFID标签和RFID阅读器之间相互作用的示意图；
图3示出了图1的RFID标签和导电物体之间的相互作用；
图4示出了现有技术间隔物与图3中的RFID标签和导电物体之间的相互作用；
图5是本发明的RFID标签的一个实施例的侧视图；
图6是本发明的RFID标签的另一个实施例的侧视图；
图7是沿着图5中线7-7的视图，示出了本发明的RFID标签的再一个实施例；
图8是与图7的视图相似的视图，示出了本发明的RFID标签的另一个实施例；和
图9是与图7的视图相似的视图，示出了本发明的RFID标签的再一个实施例。
具体实施方式
I.RFID标签和阅读器
本部分描述了典型的射频识别(“RFID”)标签和阅读器，这些是本领域熟知的。图1示出了典型的射频识别(“RFID”)标签10。RFID标签10包括具有第一主表面14和与第一主表面14相对的第二主表面16的基板12。优选基板12为柔性基板，以便其能够用于可缠绕物体的标签。柔性基板12可以具有足够的柔韧度，以符合各种表面并很容易围绕物体。例如，基板12优选厚度在25-100微米的范围内，并且由柔性材料制成，例如聚酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthanate)、聚酰亚胺、聚丙烯、纸、或其它对本领域的技术人员来说显而易见的柔性材料。
RFID元件贴附到基板12的第一主表面14。RFID元件典型地包括两个主要部件：集成电路20和天线18。集成电路20提供主要识别功能。其包括软件和电路，以永久存储标签识别和其它想要的信息，解释和处理由询问硬件接收的命令，通过询问器响应信息的请求，和帮助硬件解决由多个标签同时响应询问导致的冲突。任选地，相对于仅将信息读出(只读)，该集成电路可以更新存储在其存储器中的信息(读/写)。除了别的以外，适合用于RFID标签10的集成电路包括从TexasInstruments(其商标TIRIS或TAGIT下的产品线)、Philips(其商标名I-CODE、MIFARE和HITAG下的产品线)可获得的集成电路。
天线18的几何形状和性质根据RFID标签20的所希望的工作频率确定。例如，915MHz或2.45GHz的RFID标签10一般将包括双极天线例如线性双极天线或折叠双极天线。13.56MHz(或类似)的RFID标签10一般将使用螺旋或线圈天线18，如图1所示。然而，其它的天线设计对于本领域的技术人员来说是熟知的。不论哪一种情况，天线18截取由询问源辐射的射频能量，如图2示意性示出的RFID阅读器60。(附图标记62指示由RFID阅读器60辐射的射频能量)。该信号能量62将能量和命令载送至标签10。该天线能使RF-响应元件吸收足够激励集成电路20的能量，并由此提供要被检测的响应。由此，天线的特性必须与一体化的系统匹配。在标签工作在高MHz至GHz范围的情况下，最重要的特性是天线长度。典型地，选择双极天线的有效长度，以便其接近询问信号的一个半波长或多个半波长。在标签工作在低到中MHz区域(13.56MHz)的情况下，其中由于尺寸的限制，半波长天线是不切实际的，重要的特性是天线电感和天线线圈上的匝数。典型地，可使用金属例如铜或铝，但是包括印刷油墨的其它导体也是可接受的。为了最大能量传递，选择的集成电路的输入阻抗匹配天线的阻抗也很重要。关于天线的附加信息对于本领域内的普通金属人员是熟知的，例如，在参考文本中，如K.Finkenzeller的RFID Handbook，Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications(1999 John Wiley&SonsLtd，Chichester，West Sussex，England)。
通常包括电容器22来增加RFID标签10的性能。当存在电容器22时，电容器22将标签的工作频率调整到特定值。这希望用于获得最大的工作范围和确保适应调整需求。该电容器可以是分立元件，或集成到天线18中。
在图2中示意性示出了RFID阅读器或询问器60。RFID阅读器60包括RFID阅读天线64。RFID阅读器60在本领域是熟知的。例如，商业可获得的RFID阅读器可从基于St.Paul的3M公司获得，3MTM数字库助手型号为702、703、802和803。商业可获得的RFID阅读器的另一实例是可从Intermec Technologies Corporation，Everett，WA获得的安装于IntermecTM系列移动计算机的型号IP3便携式RFID(UHF)阅读器。
RFID阅读器60和RFID标签10形成RFID系统。感应耦合RFID系统是根据K.Finkenzeller的RFID Handbook，Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications(1999 John Wiley&Sons Ltd，Chichester，West Sussex，England)第21页，基于RFID阅读器的天线回路和RFID应答器(transponder)的天线线圈之间的近场磁性耦合。依照几种通信和系统性能标准中的一种，可获得许多RFID系统。以下论述主要是基于以13.56MHz工作的RFID系统，但该论述还可延伸至在其它工作频率的感应耦合RFID系统。
II.RFID标签接近导电物体附近时的干扰问题
这一部分描述了RFID标签和RFID阅读器之间的典型相互作用，以及在RFID标签接近导电物体附近时一般遇到的干扰问题。图2示出了RFID阅读器60询问不接近导电物体定位的RFID标签10。图3示出了接近导电物体24附近的RFID标签10的询问。导电物体24的实例包括含有金属、非金属物质(例如碳纤维基的复合物)或液体(例如瓶子中的含水离子溶液)的物体。例如，导电物体可包括金属飞机部分或工具。图4示出了在位于RFID标签10和导电物体24之间具有现有技术的间隔物层66的情况下，接近导电物体24的附近的RFID标签10的询问。
如图2所示，RFID阅读器60询问RFID标签10，进而，RFID阅读器60在RFID阅读器天线18中产生了时变电流。电流中的变化可以是平滑变化的正弦载波频率，或该变化可以是表示编码数字数据的正弦载波频率的幅度、频率或相位中的非周期性和非重复性的变化。时变电流产生电磁场，其贯穿空间至RFID天线18。根据法拉第感应定律，通过RFID天线18的时变磁通量在RFID天线18中感应电动势，详见Electromagnetism John C.Slater and Nathaniel H.Frank(1969DoverPublications，New York)第78-80页。感应的EMF表现为跨越RFID天线18的两个终端的有效感应电压，因此给出了本领域中已知的分类“感应耦合RFID系统”。感应电压驱动时变电流通过RFID集成电路20，由此完成了从RFID阅读器60到RFID标签10的RFID通信链路。
如图3所示，当RFID天线18不处于自由空间、但邻接于有限电导率的部件例如导电物体24时，在RFID应答器天线中感应的EMF通常降低到标签不能响应的程度。这会在例如由图3所示的情形出现时、也就是当RFID天线18的平面与导电物体24基本平行且接近时出现。如果RFID标签10例如贴附到导电物体24以作为识别物体的标签时，也可能是这种情况。根据法拉第感应定律，将会在导电物体中感应涡电流，详见Electromagnetism John C.Slater and Nathaniel H.Frank(1969 DoverPublications，New York)第78-80页。根据楞次定律(Lenz’Law)，涡电流的净效应是减少导电物体附近的磁通量，详见K.Finkenzeller的 RFID Handbook，Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications(1999 John Wiley&Sons Ltd，Chichester，West Sussex，England)第64页。相比图2所示的第一种情形，其中RFID天线18处于自由空间，在导电物体附近减少的净磁通量在RFID应答器天线中会导致减少的EMF。
如果RFID阅读器60发射时变电磁场，则RFID标签10将截取该时变电磁场。由于RFID标签10邻接导电物体24，在RFID天线18中感应EMF并且感应的电流在RFID集成电路20流通，如上所述。在RFID标签10中流通的电流将在导电物体24的基板中感应涡电流。感应涡电流的幅度部分取决于到达导电基板的电磁能的量。如果降低了这个量的电磁能，导电物体中感应涡电流的幅度则成比例地降低。
如果RFID标签10的天线18是直线型天线，如图4所示，则包括天线18的导体基本上是长而直的导体，每一端连接到邻接的导体而形成松散的卷曲天线形式。在RFID天线18中每个导体的每个长的直线部分中的电流I分别在远离每个部分的距离r处产生了磁场H，其中μ0是根据以下公式的自由空间的磁导率：
H＝μ0I/(2πr)
如果RFID标签10是接近或邻接导电物体24，则由每个导体部分产生的磁场将在导电物体24中感应反流通涡电流，如由顺时针方向箭头所示的。感应涡电流的强度取决于耦合在导电基板中的磁场能的量。如果RFID标签10例如通过薄层粘接剂贴附到导电物体10，从RFID标签10到导电物体24耦合的能量将很大且感应的涡电流因此很大。如果涡电流的幅度与RFID标签10电流相似，但方向相对，则应答器电流和涡电流之和基本上为零且RFID标签10将不会被RFID阅读器60检测到。当RFID标签接近导电物体例如金属物体附近时，该物理现象被本领域技术人员一般称为“干扰问题”。
本领域技术人员知道各种方法来帮助减少或消除在RFID标签接近或邻接导电物体时的上述干扰问题。利用这些方法中的一些，RFID阅读器能够正确地读取RFID标签，尽管它的位置接近导电物体。现有技术文献中描述的各种方法可用于从导电表面对RFID应答器进行电磁去耦。这些方法的实例公开在以下公布和专利中：PCT公布WO03/030093(Gschwindt)，“Transponder Label and Method for theProduction Thereof，”；PCT公布WO 03/067512(Surkau)，“TransponderLabel”；和美国专利No.6,371,380(Tanimura)，“Non-Contacing-TypeInformation Storing Device”。WO 03/030093描述了一种具有铁氧体(ferrite)颗粒嵌入在其中的屏蔽层。WO 03/067512也描述了一种具有铁氧体颗粒嵌入在其中的屏蔽层。铁氧体颗粒是含有铁的无机化合物，其中铁以自然氧化态(Fe3+)之一与氧和其它化合元素化学键合。典型地，铁氧体颗粒在全部颗粒的复合物中是均匀的，和同质的，例如，铁氧体化合物在颗粒的全深中相同。美国专利No.6,371,380描述了利用由铝硅铁粉(Sendust)形成的吸磁板。尽管未在No.6,371,380专利中叙述，但本工业中公知铝硅铁粉由铁合金粉末制成。基底材料约为85％铁、6％铝和9％硅。(例如参见由Arnold Magnetic Technologies Corporation，Rochester，NY，p30-1，2003年2月Rev.B.出版的Soft Magnetics Application Guide。)
图4示出了这些现有技术方法的实例。如图4所示，RFID标签10从导电物体24的表面电磁去耦。铁氧体屏蔽板66放置在RFID天线18和导电物体表面24之间。RFID标签10可贴附到电磁铁氧体屏蔽板66，该电磁铁氧体屏蔽板66依次也可贴附到导电物体24的表面。铁氧体屏蔽板66将会最小化在导电物体24中的感应涡电流的发生以及随之减少RFID天线18中感应的EMF，如图4中所图示。换句话说，电磁铁氧体屏蔽板66不是电性导电的，因此在存在时变磁场中不支持涡电流。还注意到，铁氧体材料的附近可加载天线18并且增加它的电感至RFID标签10的共振频率需要调节的这种程度。(Klaus Finkenzeller，RFID Handbook，John Wiley&Son，Ltd，Chichester(1999)，第101-102页。)相比1×10-5至1×10-4Ω-m范围内的金属电阻率，铁氧体的另一优点是大约1×106Ω-m级的高电阻率。由于铁氧体材料的本征高电阻率，涡电流不是一个要素且因此涡电流的能量损耗也很低。其它的现有技术方法教导了：将RFID应答器缠绕在铁氧体核芯上并且以塑料封装，以标记工具和金属气体瓶。(Klaus Finkenzeller，RFID Handbook，John Wiley&Son，Ltd，Chichester(1999)，第16-17页。)
使用具有嵌入在这些屏蔽板中的铁氧体颗粒或其它铁基磁性微粒来帮助减少或消除上述干扰问题的屏蔽板的方式的一个缺点是，通常这些屏蔽板对于整个RFID标签将占用大量的质量或重量。铁氧体典型地是重的、体积大的且刚性的。另外，这些屏蔽板典型地具有相对高的面密度(即，每单位面积的质量)并倾向于比一般在RFID标签中存在的其它材料厚得多。在特定的应用中，加到RFID标签上的该另外的重量或另外的厚度倾向于是不利的。例如，如果在飞机中的特定部分具有贴附到它们上的铁氧体屏蔽板的RFID标签，则加到飞机上的最终增加的重量会影响飞机最终如何运转。
Boeing和Airbus提议使用RFID标签跟踪它们的飞机部件以改进维护和替换服务。已有提议将无源RFID标签贴附到新式喷气机的可移动部件上。RFID标签可包含存储在集成芯片上的、与所贴附部件的有关的信息，例如，部件和序号、厂商代码、原产地、安装和维护日期、和检查信息。该信息在维护飞机时特别有用，因为该部件随着其寿命周期的不同阶段，其服务历史被记录存储在RFID标签上。然而，大部分的飞机部件倾向于包括金属，且一般RFID标签或标记将贴附到引起上述干扰问题的部件上。如上所述，当RFID标签或标记接近导电物体、例如金属飞机部件时，如上所述，易于存在干扰问题，RFID阅读器不能成功地读取RFID标签。因此，需要提供一种帮助减小或消除在RFID标签或标记贴附到飞机部件时的这些干扰问题的RFID标签或标记，但具有相对低的面质量密度并因此给整个RFID标记增加相对少的质量。另外，因为飞机部件倾向于密切配合在一起以帮助使飞机的设计成流线型，也需要提供一种相对薄的RFID标签或标记。所述实例示出了现有技术屏蔽板的一个实例的典型的质量和面积浓度密度；屏蔽板在聚合物结合剂中包含铁微粒，例如可从Emerson&Cuming、Randolph、Ma获得的EccosorbTM材料，其需要用RFID阅读器成功地读取RFID标签。
在现有技术中帮助减小干扰问题所教导的另一解决方案是物理地增加RFID标签10和导电物体24的附近之间的距离。这可通过在导电物体24和RFID标签10之间插入非导电性的、非磁性电介质物理间隔物来完成，例如聚合物膜、发泡胶粘带(foam tape)或类似材料。该物理间隔物增加了包括RFID天线18的导体和导电物体24的基板之间的距离。根据以下参考的等式：
H＝μ0I(2πr)，
当RFID天线18和导电物体24的基板之间的距离r增加时，在导电物体的表面同量地减小了磁场密度H。在该条件下，相比RFID标签直接邻接导电物体24的情形，减小了耦合导电物体的磁场能。然而，再次，该方式的缺点是由聚合物膜、发泡胶粘带或其它类似材料需要的另外厚度以在RFID标签和导电物体之间设置合适的距离，从而帮助减小或消除干扰问题。所述实例示出了非导电性的、非磁性的、电介质物理间隔物例如发泡芯材、纸或聚合物膜的厚度，其需要用RFID阅读器成功地读取邻接导电表面的RFID标签。
III.本发明的RFID标签
研究了本发明的RFID标签来克服第II部分中以上所述的一些缺点。本发明的RFID标签包括复合层，其减少从RFID标签耦合到导电物体的磁场能。本发明的复合层相比具有等效的RFID性能增强的现有物理间隔物层比较薄。复合层相比本领域中公知的铁氧体间隔物重量也很轻。
本发明的RFID标签30的一个实施例示于图5中。示出了RFID标签30贴附到具有有限电导率的部件例如导电物体24上。导电物体24可以是金属、非金属(例如，碳纤维基的复合物)、或液体(例如瓶中的含水离子溶液)、或它们的任何组合。在一个实施例中，RFID标签30通过第一层粘接剂38贴附到导电物体24。然而，RFID标签30可通过本领域中将部件贴附到物体的公知方式贴附到导电物体24上。第一层的粘接剂38可用于将RFID标签30贴附到物体例如飞机部件、工具、金属箱架、和其它空中、陆地和海洋运输交通工具部件上。在图5中，第二层的粘接剂40与集成电路20和天线18关于基板12的第一主表面14相对。然而，在另一实施例中，集成电路18和天线20可以位于基板12的第二主表面16上并且与第二层粘接剂接触。任选地RFID标签30还可包括第一层粘接剂38上的衬垫(未示出)。合适的衬垫材料包括聚乙烯和硅涂布的纸。RFID标签30包括RFID标签10，其参考图1更详细地描述。RFID标签10优选通过第二层粘接剂40贴附到第一间隔物层32。然而，RFID标签10可通过本领域中将部件贴附到物体的任何公知的方式贴附到第一间隔物层32。第一间隔物层32具有第一主表面34和与第一主表面34相对的第二主表面36。第二层粘接剂40与RFID标签10的基板12的第二主表面16和第一间隔物层32的第一主表面34接触。第一层的粘接剂38与第一间隔物层32的第二主表面36和导电物体24的表面接触。
第一间隔物层32是复合层，其包括分散在粘结剂中的微结构颗粒。优选地，该粘结剂是非磁性的、非导电性粘结剂且微结构颗粒是多层薄片(flakes)。然而，微结构颗粒可以是任一形状或形式。
优选地，复合层32包括0.5和5.0mm之间的厚度。更优选地，复合层32包括0.5和2之间的厚度。然而，复合层32可以是适合于其专用目的的任何厚度。优选，复合层32的面密度在0.0001和0.1gm/mm2之间。更优选，面密度在0.0005和0.05gm/mm2之间。然而，复合层可以是适合于其专用目的的任何面密度。
优选结合剂的一个实例是聚乙烯和它的共聚物。可选地，各种聚合物或聚合物混合物例如热塑性聚合物、热塑性弹性体、和热激发或加速硫化聚合物可用作结合剂材料。结合剂还可以是聚合的或非聚合粘接剂。在一些实施例中，RFID标签30不需要额外层的粘接剂38和40。代替地，RFID标签30可仅包括参考图1描述的RFID标签10和一层具有微结构颗粒的粘接剂或分散在该层粘接剂中的多层薄片。
多层薄片每个都包括至少一个层对，每层对都包括与一个薄膜电介质层邻接的一个薄膜结晶铁磁金属层。在具有两个或多个层对的薄片的情况下，所述层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层。典型地，电介质层包括叠层的两个最外层。薄片随机地分散在结合剂中，但是优选地，将薄层定向为以使得薄膜层的面基本平行于材料的平面。
薄片在薄膜层的平面具有最大的主尺度，其优选在从约25到约6000μm的范围内。多个薄片的薄片尺寸通常出现在从最大的主尺度延伸到基本为零的分布范围中。薄片的尺寸分布可通过将它们分散在结合剂中所使用的工艺改变。可选择薄片的厚度、也就是垂直于薄膜层平面的尺度，以适合特定的应用。薄片厚度与最大的主尺度的比典型地从1∶6到1∶1000，表示为具有相对板状形状的薄片。这个比率能使被以薄片平面定向的磁场容易以最小去极化穿透铁磁金属层。
在每个薄片中层对数目优选为至少2个，更优选从2到约100的范围内。更优选具有从10到75个层对的薄片。
铁磁金属层包括具有本征直流(DC)磁导率相对于自由空间至少为100的结晶铁磁金属合金。非晶体合金可用于本发明但这不是所希望的，因为它们获得和处理需要较大成本。该合金优选包括含有至多80％重量Fe的NiFe。该合金还可包括其它的磁性或非磁性元素，例如Cr、Mo、Cu和Co，只要合金保持磁性。在同一薄片中的不同铁磁金属层可包括不同的合金。
电介质层18可由任何公知的相对非导电的电介质材料制成。这样的材料包括SiO、SiO2、MgF2和其它难熔材料，并且还可包括聚合物材料例如聚酰亚胺。每个电介质层18的厚度在从约5到约100nm的范围内。
多层薄片是两种不同材料的层。在一个优选实施例中，多层薄片层是SiO2和Ni(80):Fe(20)(坡莫合金)。另外，多层薄片贯穿它们的深度是非均匀的，是绝缘体(SiO2)和磁性金属(坡莫合金)的交替薄膜。坡莫合金的金属是金属性的，即，处于未氧化态(0价)。金属没有化学键合到SiO2非磁性间隔物层。相比之下，现有技术的铁氧体颗粒在颗粒的整个内部是化学均质的和物理均匀的。
利用已知的薄膜淀积技术，例如电子束蒸发、热蒸发、溅射或电镀，通过在基板上首先淀积交替的铁磁材料和所希望材料的电介质层的叠层，可制成该薄片。优选的方法是，在常规设计的结合有真空兼容网络驱动组件(vacuum compatible web drive assembly)的真空系统中，利用电子束蒸发，如在美国专利No.5,083,112(栏4-5)中所描述的。该基板例如可以是聚酰亚胺、聚酯或聚烯烃，并且优选处于柔性网的形式。相信，在淀积期间，通过将磁场对准于在交叉网方向上的生长膜来在淀积期间磁性地定向所述铁磁金属层，可有益于某些应用。
在制造了具有所希望数目层的叠层之后，该叠层可从基板上移除。移除的有效方法包括，在使该叠层背离于杆(bar)的情况下使所述衬底围绕该杆，所述杆具有足够小的半径以便该叠层从基板分层。随着该叠层被分层，该叠层可散开成具有合适尺寸的薄片。另外，通过如在装配有合适尺寸屏幕的锤式粉碎机中打磨的方法，该叠层则被分解成具有所希望的最大尺寸的薄片。在制造薄片的另一个方法中，交替层的叠层可淀积在基板上，所述基板是与要使用的结合剂相同的或与兼容的，进而使得整个叠层(包括基板)被分解成薄片。
为了制造最终的复合物，利用合适的方法例如混和，将该薄片分散在结合剂中。其后，通过例如挤压、压制或模压的方法，该混合物形成为如带(tape)、套(sleeve)、薄板(sheet)、绳(rope)、小球(pellet)或特定的构造部分。可选择该构造，以适合具体的应用。
分散在该复合物中的薄片数量优选大约为体积的0.1至10％，更优选大约为体积的0.3至5％。
当多层薄片的铁磁层组分的厚度小于耦合到该层的电磁场的透入深度时，实现了磁场能量与复合物层32的多层薄片的有效耦合。每个铁磁层组分的整个厚度有助于与磁场的交互作用。该磁场集中在该复合层中，并由此减少了磁场与导电物体的交互作用。
如果颗粒或薄片是随机分散的，则结合于结合剂的相对导磁率μb，间隔物层32的相对导磁率μs的宏观平均是微结构颗粒的微观相对导磁率张量的几个组分的空间和方向平均μijk。如果微结构颗粒或多层薄片在该结合剂中是定向的或对准的，那么利用考虑到复合层32中的次序度的权重因数，复合层32的相对导磁率可以由加权平均值更好的表达。为了下面的论述，采取随机分散以便通过标量数字表达微结构颗粒的相对导磁率μ，并且这与结合剂导磁率μb相关联，将组合给出间隔物层的宏观相对导磁率(μs)。在这种情况下，在存在复合层的情况下磁场中的能量可以表示为H·B乘积的卷积积分：
磁场能量ε＝1/2∫H·B dV＝1/2∫μsH2dV
同相似维度的非磁性间隔物、如本实例中包括的Fome-CorTM材料中的磁能量相比，在复合层32中磁场能量ε增加了一个等于平均相对导磁率μs的因数。可透磁复合层的净效应限制了磁场能量，并且减少了与导电基板耦合的能量。这导致减弱了导电表面中的涡电流感应，进而导致更高的信号返回到RFID阅读器。
在美国专利5,925,455，“Electromagnetic-Power-AbsorbingComposite Comprising a Crystalline Ferromagnetic Layer and a DielectricLayer，Each Having a Specified Thickness，”(Bruzzone等)中教导了合适复合层32的一个实例，通过引用将其并入于此。虽然Bruzzone等的参考文献教导了这样的应用：它们的复合层是吸收能量的，并且通过利用电磁能加热复合物和通过熔化、熔融或粘合固化的方式将两个物体粘接在一起，可用于粘接两个物体，但是本发明的发明人已经发现了与参考文献中公开的复合材料相关的新的意想不到的性质。具体地，本发明人发现，对于为射频识别保留的一些频率，如125kHz和13.56MHz，该复合层不能作为吸收能量材料。换言之，在RFID标签位于例如金属物体的导电物体上的情况下，该复合材料作为用于RFID应用的磁屏蔽材料，进而允许RFID标签被RFID阅读器成功地读取。另外，本发明人发现该磁场优选集中在复合层中。随着导电基板中的磁场降低，涡电流不包括在导电基板中，并且RFID阅读器检测到来自RFID标签的更高的返回信号，通过该RFID阅读器能够成功地读取RFID标签。
如图6所示，RFID标签30任选地可包括覆盖层50。该覆盖层50可以直接贴附到基板12和/或天线18，例如，通过层叠。可选地，该覆盖层50可以通过第三层的粘合剂48贴附到基板12和/或天线18，如图6所示。该覆盖层50和第三层粘合剂48可以用来将RFID标签30贴附到导电物体24。该覆盖层50可以延伸超过基板12，例如，其可以是用来使RFID标签30附于物体的胶带。用于覆盖层50的合适材料包括聚酯薄膜或纸。可选地，该覆盖层50和粘合剂48的层可以是基于St.Paul由3M公司销售的商业上可获得的胶带。该覆盖层50可以印刷或图案化有如公司标识、广告的信息或关于标签30要贴附的物体24的信息。该印刷信息可以具体包括用于允许信息的视觉或光学确认为RFID标签30所固有的、条形码或其它符号表示。该覆盖层可以被订装或以别的方式贴附到任何部件。例如，该覆盖层可以围绕着行李的把手缠绕，并然后贴附自身以将RFID标签贴附到行李上。
在另一个可选实施例中，RFID 30可以包括多个复合层。如图6所示，除了第一复合层32之外，RFID标签可以包括第二复合层42。然而，该RFID标签30可以包括任何数目的复合层。第二复合层42可以与如上所述的第一复合层32相同或不同。例如，第二复合层42可以包括不同分布或数量的多层薄片，或不同结合剂材料。第二复合层42包括第一主表面44和与第一主表面相对的第二主表面46。第一复合层32通过第一层粘接剂38贴附到第二复合层42。第一层粘接剂接触于第一间隔物层32的第二主表面与第二复合层42的第一主表面44。第二复合层42通过第四层粘接剂52贴附到导电物体24。第二复合层42的第二主表面46接触于第四层粘接剂52。
用于粘接剂层38、40、48、52的合适的粘接剂包括对于本领域的技术人员熟知的宽范围的粘接剂，例如，包括，基于天然橡胶、丙烯酸聚合物、嵌段共聚物、聚烯烃和聚烯烃聚合物的粘接剂。在某些应用中可以选用压敏粘接剂。
图7、8和9示出了本发明的RFID标签30的可选实施例。具体地，图7、8和9示出了复合间隔物层32的不同结构。在图7中，间隔物层32包括拥有多层薄片82的第一部分70。该间隔物层32还包括孔径或孔72。布置第一部分70和穴72，以便间隔物层32中的多层薄片82基本对应于天线18的形状。
在图8中，间隔物层32包括第一部分74和第二部分76。在第一部分中，结合剂包括多层薄片82。在第二部分76中，结合剂不包括多层薄片82。与图7中示出的实施例类似，多层薄片82的位置基本对应于天线18的形状。
在图9中，间隔物层32包括第一部分78和第二部分80。第一和第二部分78、80都包括多层薄片82。布置第一部分78和第二部分80，以基本对应于天线18的形状的仅一部分。在本实施例中，第一部分78和第二部分80是贴附到基板12的第二主表面16的两个单独条。
提供复合间隔物层32，在其上，平均地将多层薄片82的平面对准于RFID天线18的平面，以最小化退磁效应，这是有利的。此外，在这些实施例中，需要很少的复合材料或多层薄片，使RFID成本更低。图7、8和9正好示出了复合间隔物层32的三个可能结构。然而，可以考虑任何数目的结构或设计，以便提供这样的间隔物层32，其中，所述间隔物层的一些部分具有多层颗粒82，并且这些部分至少与RFID天线18的一部分对准。
关于下面的详细实例，将进一步描述本发明的操作。提供这些实例来进一步示出各种细节以及优选的实施例和技术。然而，应该理解，在本发明的范围内可以进行许多变化和修改。
对于下面的所有实例，使用的RFID应答器是Texas Instruments(TI)公司、射频识别标签-ItTM HF-I ISO-15693(国际标准组织)的柔性应答器，插入有可从Texas Instruments，Inc，Dallas，TX获得的48毫米×48毫米天线。在所有的实例中用于读取RFID应答器的RFID阅读器是来自TEK Industries，Inc，Vernon，CT的TEK Protégé-TungstenTM手持阅读器适配器。根据TEK Industries的设计选择，来自TEK Industries，Inc的TEKProtégé-TungstenTM手持阅读器适配器被贴附到可从PalmOneTM，Milpits，CA获得的PalmOneTM Tungsten C个人数字助理(PDA)。
为了通过贴附到PalmOneTM Tungsten C PDA的TEKProtégé-TungstenTM手持阅读器适配器来形成TI应答器的易读性，在自由空间中读取TI应答器，即，应答器不贴附到金属，也不贴附到任何其它的RF吸收体。利用贴附到PalmOneTM Tungsten C PDA的TEKProtégé-TungstenTM手持阅读器适配器，在下文称为TEK RFID阅读器，在从RFID阅读器测量的高达112毫米的距离读取了TI应答器。
然后，TI应答器直接安装在铝板上，即，在TI应答器和铝板之间没有分开距离，也没有任何其它的RF吸收体放置在TI应答器和铝板之间，并且TI应答器不能用TEK RFID阅读器读取。
比较实例1
对于该比较实例，聚苯乙烯显示板用作TI应答器和铝板之间的分开间隔物层，以提供在TI应答器和铝板之间的距离，但是还提供了TI应答器贴附到铝板的构造。将该应答器贴附到显示板，并且随后按顺序将该显示板贴附到铝板上。由3M Company，St.Paul，MN可获得的3MTM双边粘接胶带被层压到TI应答器侧，该侧与RFID集成电路贴附侧相对。具有双边粘接胶带的TI应答器然后通过该胶带贴附到由AlcanComposities USA Inc.，St.Louis，MO可获得的55毫米×55毫米、5.08毫米厚的Fome-
Figure G200680016539XD00171
聚苯乙烯显示板的片。该片显示板的质量为1.79克。利用层压到与已经贴附应答器侧相对的、显示板侧的3MTM双边粘接胶带，具有贴附的应答器的显示板然后贴附到铝板。利用TEK RFID阅读器，在离RFID阅读器测量的直到53毫米的距离上读取应答器。
比较实例2
在本比较实例中，除了用作间隔物层的聚苯乙烯显示板是2.413毫米厚之外，所有的元件与比较实例1中的相同，并由此具有0.86克的质量。利用TEK RFID阅读器，在离RFID阅读器测量的直到39毫米的距离上读取应答器。
比较实例3
在本比较实例中，间隔物层是0.991毫米厚的铁粉填料硅酮聚合物(iron filled silicone polymer)磁性吸收体层，该磁性吸收体可从商标名为EccosorbTM的、来自Emerson&Cuming，Randolph，Ma的GDS材料获得。该磁性吸收体层的长度和宽度是51毫米乘51毫米，并且具有6.89克的质量。应答器以及应答器至磁性吸收体和然后至铝板的贴附方法与比较实例1中描述的相同。利用TEK RFID阅读器，在离RFID阅读器测量的直到39毫米的距离上读取应答器。
实例4
在该实例中，本发明的复合层用作间隔物层。在本实例中用作间隔物层的微结构颗粒复合层是由用3MTM Post-ITTM双边粘接胶带层压在一起的两片薄片形成的。该合成间隔物层为55毫米×55毫米，具有0.813毫米的总厚度(两个膜层和层间条层)，以及2.49克的质量。应答器贴附到复合膜间隔物层，并且如比较实例1中所述，复合膜间隔物层和应答器的结合体按顺序贴附到铝板。利用TEK RFID阅读器，在离RFID阅读器测量的直到40毫米的距离上读取应答器。
比较实例5
在本比较实例中，除了间隔物层是由8片普通的白色的20磅纸构成的之外，所有元件与比较实例1中的相同。该由8片纸构成的普通纸间隔物层，具有0.813毫米的厚度，且长度和宽度尺寸被切成55毫米×55毫米。该合成的纸间隔物层具有1.98克的质量。利用TEK RFID阅读器，在离RFID阅读器测量的直到20毫米的距离上读取应答器。
在每个上面的实例中，相对用在金属表面上的间隔物层的类型，应答器读取范围的结果在下面的表中列出。
  实例号   间隔物层构造   长度宽度尺寸(mm)   厚度(mm)   质量(克)   面密度(gm/mm<sup>2</sup>)   金属上的读取范围(mm)
  C1   Fome-Cor<sup>TM</sup>材料   55×55   5.080   1.79   0.59×10<sup>-3</sup>   53
  C2   Fome-Cor<sup>TM</sup>材料   55×55   2.413   0.86   0.28×10<sup>-3</sup>   39
  C3   Eccosorb<sup>TM</sup>GDS材料   51×51   0.991   6.89   2.65×10<sup>-3</sup>   39
  4   本发明的复合层   55×55   0.813   2.49   0.82×10<sup>-3</sup>   40
  C5   纸   55×55   0.813   1.98   0.65×10<sup>-3</sup>   20
如在上表中存在的结果所指示的，对于安装到贴附于导电表面的如EccosorbTM材料的现有技术屏蔽层材料上的RFID应答器，在可比的读取范围上，安装在本发明的复合层上并贴附到导电表面的RFID应答器是可读的。与EccosorbTM材料相比较，本发明的复合层包括可比的厚度，但是仅具有约为大约三分之一的质量。此外，对于安装在贴附于导电表面的如Fome-CorTM材料的间隔物层材料上的RFID应答器，安装在本发明的复合层上并贴附到导电表面的RFID应答器提供可比的读取范围。与Fome-CorTM材料相比较，本发明的合成层包括略高一点的质量，但是非常低的厚度。
上面描述的实验和实验结果完全是示意性的，而不是预测性的，并且实验程序的变化可以产生不同的结果。
现在参考本发明的几个实施例已经描述了本发明。但是仅为了清楚的理解，给出了上文中详细的描述和实例。应当理解为其中不具有多余的限制。这里引用的所有专利和专利应用通过引用被并入于此。对于本领域技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，描述的实施例可以进行许多改变。由此，本发明的范围将不限制于这里描述的准确的细节和结构，而是由权利要求的语言描述的结构和那些结构的等效物限制。

Claims (19)

1.一种射频识别RFID标签，包括：
基板，包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面；
贴附到所述基板的所述第一主表面的射频识别天线；
贴附到所述天线的集成电路；和
第一复合层，包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述第一复合层贴附到所述基板的所述第二主表面，其中所述第一复合层包括：
结合剂；以及
分散在所述结合剂中的多个多层薄片，所述多层薄片包括两个至100个层对，每个层对都包括：
与一个电介质层邻接的一个结晶铁磁金属层，其中所述层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层。
2.根据权利要求1的射频识别RFID标签，用于金属或其它导电表面上，其中进一步：
所述射频识别标签贴附到所述金属或其它导电表面；以及
询问器可在离所述射频识别标签至少40mm的读取范围内读取所述射频识别标签。
3.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述铁磁金属层比它的透入深度薄。
4.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述电介质层具有5到100nm的厚度。
5.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述第一复合层包括在0.5和5.0mm之间的厚度。
6.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述复合层包括在0.0001和0.1gm/mm2之间的面密度。
7.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述复合层包括贴附到所述基板的所述第二主表面的至少两个复合层带。
8.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述复合层包括孔径，其中所述孔径对应于所述天线的形状。
9.根据权利要求1或2的RFID标签，其中所述复合层包括第一部分和第二部分，其中所述第二部分对应于所述天线的形状，以及其中所述第一部分包括结合剂和分散在所述结合剂中的多个多层薄片，其中所述第二部分仅包括结合剂。
10.根据权利要求1或2的RFID标签，进一步包括第一层粘接剂，其贴附到所述复合层的所述第二主表面。
11.根据权利要求10的RFID标签，其中所述第一层粘接剂将所述射频识别标签贴附到金属或其它导电表面。
12.根据权利要求10的RFID标签，进一步包括第二层粘接剂，其将所述基板的所述第二主表面贴附到所述复合层的所述第一主表面。
13.根据权利要求1或2的RFID标签，进一步包括贴附到所述基板和所述复合层的覆盖层。
14.根据权利要求13的RFID标签，进一步包括在所述覆盖层和所述基板之间的第三层粘接剂。
15.根据权利要求1或2的RFID标签，进一步包括第二复合层，所述第二复合层包括第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述第二复合层贴附到所述第一复合层的所述第二主表面，其中所述第二复合层包括：
结合剂；以及
分散在所述结合剂中的多个多层薄片，所述多层薄片包括两个到100个层对，每个层对都包括：
与一个电介质层邻接的一个结晶铁磁金属层，其中所述层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层。
16.根据权利要求15的RFID标签，进一步包括第四层粘接剂，其将所述第一复合层的所述第二主表面贴附到所述第二复合层的所述第一主表面。
17.根据权利要求16的RFID标签，其中所述第四层粘接剂将所述RFID标签贴附到金属或其它导电表面。
18.如权利要求1所述的RFID标签在金属飞机部件或工具中的应用，其中所述RFID标签贴附到该飞机部件或工具，以及其中询问器可在至少40mm读取范围内读取所述RFID标签。
19.一种射频识别RFID标签的制造方法，包括如下步骤：
提供基板，在所述基板的至少一个表面上含有天线；
将集成电路贴附到所述天线；
提供第一复合层，该第一复合层包括第一主表面和与该第一主表面相对的第二主表面，其中所述第一复合层贴附到所述基板的第二主表面，其中该第一复合层包括：
结合剂；以及
分散在所述结合剂中的多个多层薄片，所述多层薄片包括两个至100个层对，每个层对都包括：
一个结晶铁磁金属层，其中该铁磁金属层比它的透入深度更薄，其邻接于一个电介质层，其中该电介质层具有5到100nm的厚度；以及其中所述层对形成交替的铁磁金属层和电介质层的叠层；以及
将所述第一复合层贴附到与所述天线和集成电路相对的所述基板。
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