CN101809596B

CN101809596B - Rfid应答器

Info

Publication number: CN101809596B
Application number: CN2008801090614A
Authority: CN
Inventors: A·乌尔曼; M·伯姆
Original assignee: PolylC GmbH and Co KG
Current assignee: PolylC GmbH and Co KG
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2008-09-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: DE102007046679A1; EP2193482B1; KR20100054841A; WO2009043511A1; US20100243742A1; ES2400615T3; US8056815B2; CN101809596A; EP2193482A1; DE102007046679B4

Abstract

本发明涉及RFID应答器(1)，该应答器由电子组件(20)和天线组件(10)组成。电子组件(20)的形式为多层薄膜体，具有一个或者多个导电功能层(21，28)以及一个或者多个半导电功能层(26)。天线组件(10)具有一个或者多个导电功能层(11)，其中之一至少区域性地成形为天线线圈(10)的形式。在RFID应答器(1)的第一区域(41)和第二区域(42)中，电子组件的一个或者多个导电功能层(21)中的相应一个分别成形为第一电容板(22)和第二电容板(23)的形式。此外，在RFID应答器(1)的第一区域(41)和第二区域(42)，天线组件(10)的一个或者多个导电功能层(11)中相应的一个成形为第三电容板(13)和第四电容板(14)的形式，从而电子组件(20)和天线组件(10)通过电容(54，55)的途径被电学耦合，所述电容(54，55)各自通过第一和第三以及通过第二和第四电容板(22，13；23，14)形成。

Description

RFID应答器

技术领域

本发明涉及RFID应答器(RFID＝射频识别)。

背景技术

RFID应答器越来越多地应用于识别和保护货物和文件。因此，常见的情况是：包括用于接收RFI信号的天线的天线组件，和包括电子评估系统的、通常用硅芯片形成的电子组件，被分开制造然后电学连接到一起，例如可以采用为此目的所能获得的大规模技术装置，例如通过焊接。

发明内容

现在本发明的目标是提供一种改进的RFID应答器。

该目标通过具有天线组件的RFID应答器来实现，该组件具有一个或者多个导电功能层，其中之一至少区域性地成形为天线线圈的形式，并且RFID应答器还具有电子组件，其形式为多层薄膜体，该薄膜体具有一个或者多个导电功能层和一个或者多个半导电功能层，这些功能层形成集成的电子线路，并且其中在RFID应答器的第一区域，电子组件的一个或者多个导电功能层中相应的一个，进一步地成形为第一电容板的形式，该板从而形成集成电子线路的一个集成组件部分，其中所述功能层中相应的一个是电子组件的电极层，并且在其中成形一个或者多个电极用于一个或者多个有机场效应晶体管或者有机二极管，并且，在RFID应答器的第二区域，电子组件的一个或者多个导电功能层中相应的一个，进一步地成形为第二电容板的形式，该板从而形成集成电子线路中的集成组件部分，其中所述功能层中相应的一个是电子组件的电极层，并且在其中成形额外的一个或者多个电极用于一个或者多个有机场效应晶体管或有机二极管，并且在RFID应答器的第一区域，天线组件的一个或者多个导电功能层中相应的一个，成形为第三电容板的形式，并且在RFID应答器的第二区域，天线组件的一个或者多个导电功能层中的相应的一个，成形为第四电容板的形式，其中电子组件和天线组件通过电容的方式被电学耦合，所述电容是由第一和第三电容板以及第二和第四电容板形成的。

已经令人惊奇地发现，一方面，RFID应答器的该种配置使得可以提高应答器的质量，另一方面，有可能针对机械环境影响提供更好的保护，以及更廉价的制作。为了制作电子组件，有可能使用例如印刷，用刮墨刀刮涂或者溅射等技术，其当然需要广泛的专业设备，但在批量生产的情况下可以提供成本优势。测试表明，用来接触以此种制作技术途径生产的电子组件的导电黏合剂，只会引起非常脆弱的电学连接，该连接在机械方面很纤弱和敏感，实际上，这可以被归因于如下事实：这种导电黏合剂在硬化的状态下不再是柔性的。本发明使得有可能在天线组件到电子组件的电学耦合中不需要使用那些导电粘结剂，这在一方面提供成本优势，在另一方面针对应答器的故障提高安全保护水平(温度台阶不再是必须的，没有脆弱的电学耦合)。另外，天线线圈到电子组件的耦合一方面是使用读取器件电感式耦合，另一方面是使用电子组件(完全的)电容式耦合。这在一方面增加了RFID应答器的输入阻抗。此外，键合电阻消失了，所以总体来讲，这在RFID应答器的质量方面提供一个显著的提升。这使得这样一个范围得到增加，在此范围之内RFID应答器可以与读取器件互动，由耦合进来的RFID信号的校正所产生的供应电压增加，并且调制被显著的提高(大约20％)。

天线组件和电子组件优选地完全电流地隔离，并且完全通过电容板的方式进行电耦合，即，通过第一和第三以及第二和第四电容板。天线组件和电子组件优选地完全通过电容电学耦合。在这方面，天线线圈的一端优选地被连接到第三电容板，并且天线线圈的另一端被连接到第四电容板。

此外，还优选地提供一个黏合层，将电子组件连接到天线组件。该黏合层优选地包含电介质材料，也即电学不导电的材料。在该情形下，黏合层优选地具有小于15μm的厚度，进一步优选地介于5到15μm之间。在这方面，黏合层还可能并不提供在位于多层膜体之间的整个表面上，而是仅仅区域性地提供，或者通过多个黏合点形成，所述多层膜体一方面提供电子组件，另一方面提供天线组件。优选地，在这种情形下，黏合层被提供在RFID应答器的第一和第二区域内，其形式为多个黏合点，使得以这种方式增加由电容板形成的电容器的电容。

根据本发明一个优选的实施方式，互相关联的电容板，即第一和第三电容板以及第二和第四电容板，彼此间隔小于15μm，优选地小于10μm。这样，就可能实现由电容板引起的表面面积消耗和RFID应答器的机械阻力之间的有利的关系。

互相关联的电容板之间的重合区域优选地选择为，使得提供处于100皮法拉第和200皮法拉第之间的相应电容。

根据本发明的一个优选的实施方式，第一电容板和第三电容板具有一个重合区域，面积大于25mm²，并且第二电容板和第四电容板具有一个重合区域，面积大于25mm²。

电子组件具有有机电子线路，该电子线路的材料和所使用的生产工艺与通常用作RFID应答器的硅芯片根本上不同。该线路的电学功能层是通过多层膜体的层形成，所述多层膜体是通过印刷、用刮墨刀刮涂、气相沉积或者溅射来施加。在这种情形下，与硅芯片相对比，有机电子线路的电学功能层是建立在一个柔性的载体基底上，该基底包括厚度为10μm到100μm之间的塑料薄膜。该塑料薄膜从而形成集成电子线路的载体基底，代替一个由硅芯片形成的集成电子线路中的二氧化硅晶片。该线路的半导电功能层通常是在溶液中施加，并从而通过印刷、喷雾、用刮墨刀刮涂或者泼洒来施加。在这方面，用于半导电功能层的材料优选地是半导电功能聚合物，例如聚噻吩、聚三联噻吩、聚芴、并五苯、并四苯、低聚噻吩、聚合物基质中嵌入的无机硅、纳米硅或者聚芳胺，还可以是能以溶液形式或通过溅射或气相沉积施加的无机材料，例如氧化锌、无定形硅等。第一和第二电容板形成该线路的集成组件部分，并成形在电子组件的电极层内，在该电子组件中，另有一个或者多个电极被成形用于一个或者多个有机场效应晶体管或者有机二极管。第一和第二电容板因此形成集成电子线路的集成部件部分，该电路是由多层膜体的电学功能层形成的。电子组件的电极层的连续导电区域的一个子区域从而形成有机场效应管或者有机二极管的电极，并且该导电区域的另一个子区域形成电容板，用于该电极的电容式耦合。该导电层的这样的区域从而一方面形成有源有机电组件的电极，进而例如与电子组件的半导电层相接触，而另一方面形成电容板，用于耦合天线组件。

优选地，天线组件还具有载体薄膜，包含塑料材料。然而还可能电子组件的载体薄膜为天线组件提供载体基底的功能，并且从而电子组件的电学功能层被施加到载体薄膜的一个表面，而天线组件的电学功能层被施加到载体薄膜的另一个表面。如果天线组件和电子组件都具有载体薄膜，那么这些载体薄膜相对于彼此的取向关系优选地是使得天线组件的载体薄膜被布置在天线组件一侧，即背向电子组件，并且电子组件的载体薄膜被布置在电子组件一侧，即背向天线组件。天线组件和电子组件的载体薄膜从而能够被进一步用于封装RFID应答器，以在这种方式下，保护电子组件和天线组件的电学功能层不受环境影响。然而，另外也可能天线组件和电子组件的载体薄膜互相的取向关系为不同的方式，也就是说，可能载体薄膜形成例如电子组件和天线组件的互相面对的表面，或者电子组件的载体薄膜被布置在电子组件一侧，即位于天线组件的背面，而且天线组件的载体薄膜被布置在天线组件一侧，即朝向电子组件，或者反之亦然。

在本发明的另一优选的实施方式中，在RFID应答器的第三和第四区域中，天线组件的一个或多个导电功能层中相应的一个，其形状分别为第五和第六电容板的形式。此外，RFID应答器还具有这样一个导电功能层，在RFID应答器的第三和第五区域，其分别成形为第七和第八电容板的形式，并且其形状使得第七和第八电容板被电连接在一起。第五和第七电容板以及第六和第八电容板因此形成两个电容，这两个电容相串联，并被连接到天线线圈，以提供一个振荡电路。那样，就可能省掉使用导线的穿通接触，以提供振荡电路电容，该电容提供一个配置，该配置的生产是不昂贵的，并且机械上非常有抵抗力。在该情形中具有第七和第八电容板的导电功能层优选地包含金属薄膜，该薄膜的形状具有条带形式，并且被层压在天线组件上。

在第五到第八电容板的宽度和长度方面使用一个合适的选择，也就是说，参照金属薄膜条带的宽度以选择第五和第六电容板的宽度，有可能将振荡电路特别有利地随后调谐到共振频率：如果第五和/或第六电容板的宽度对应于金属薄膜条带的宽度，那么通过条带相对于电容板的移动(宽度移动)，可以精确调节振荡电路的共振频率。从而有可能随后精确地调谐到例如13.56MHz到0.2MHz。特别是有可能精微地敏感的调节共振频率，如果电容板的宽度近似地对应于两个串联电容中的一个，而与另一个电容则不同——优选地相差大于50％。因此，例如，第五电容板的宽度近似的对应于薄膜条带的宽度(偏差小于10％)，并且第六电容板比薄膜条带宽度宽或者窄超过50％。

附图说明

下文中，参照附图通过若干个实施方式以示例方式描述本发明。

图1示出根据本发明的RFID应答器的一个示意性平面图，

图2示出图1的RFID应答器的切面图，以及

图3示出一个电路图，以阐明图1的RFID应答器的操作模式。

具体实施方式

图1和2示出一个RFID应答器1，该应答器由天线组件10和电子组件20组成。

电子组件20的形式是多层薄膜体，并包含载体层25、导电功能层21、半导电功能层26、不导电功能层27和导电功能层28。载体层25优选地是塑料薄膜，特别是选自：聚脂，聚乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯，聚醚酮醚酮，聚醚酮醚，聚酰胺，聚邻苯二甲酰胺，间同聚苯乙烯，二氟化聚偏二乙烯以及聚四氟乙烯，其层厚度处于10到50μm之间。

导电层21和28优选地涉及薄的金属层，厚度范围在大约5到100nm之间，包括例如铜、铝、银、金或金属合金。此外，导电功能层21和28还可能包含透明的导电材料例如ITO或TiO_x或有机导电材料例如PEDOT-PSS.

半导电功能层26优选地包含有机半导体，例如聚噻吩、聚三联噻吩、聚芴、并五苯、并四苯、低聚噻吩，聚合物基质中嵌入的无机硅、纳米硅或者聚芳胺。有机半导体层的层厚度优选的在5nm到1μm之间。半导体层从溶液，例如水溶液利用印刷的手段施加，例如凹版印刷工艺或者移印工艺，或者也可以通过旋涂、喷雾或者泼洒的手段施加。

此外，半导电功能层26还能由这样的层制成，该层包含从溶液中施加的基本上无机的物质。因此，该层可以包含一个从溶液中施加的无机半导体的层，例如无机半导体(例如硅)的纳米粒子，这些纳米粒子是从溶液中通过以上列举的工艺之一所施加，其层厚度在5nm到1μm之间(或者通过溅射或气相沉积)。

不导电功能层27优选的是一个包含聚合物材料的层，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，PVP，PHS，PS，聚苯乙烯共聚物，尿素树脂或者PMMA共聚物，其层厚度为5nm到1μm之间。该层优选地也是从溶液中通过前述工艺之一的手段所施加，特别是通过凹版印刷的手段。

导电功能层21和28以及优选地还有半导电功能层27以及不导电功能层27，都以结构化的形式出现，通过那些层形成的多层体在区域24中形成一个有机电子线路。所述有机电子线路优选地具有由一个或者更多有机二极管或者场效应晶体管组成的整流器、由一个或者多个有机场效应晶体管组成的调制器用于对载体信号进行负载调制，以及包括多个有机场效应晶体管的有机逻辑电路。然而，取决于对于RFID应答器的相应需求，在区域24中提供的有机电子线路可能执行其他功能组，或者执行以上描述的功能层组中的仅一个。在这方面，RFID应答器这个名词将被解释为一种功能元素，它通过例如调制应答信号来影响RF信号，或者它响应于这样的信号执行给定的功能。

优选地，导电功能层21直接形成有机电子线路的电极层，并且因此在区域24中成形为电极的形式，用于一个或者多个有机场效应晶体管或者有机二极管。通过导电层21和28的结构化，并且优选地还通过半导电功能层26和不导电功能层27的结构化，以上描述的电子线路在区域24中被执行。取决于线路的相应的功能限度，进一步地在区域24中也可以提供具有类似层26、27和28的设计的电学功能层。此外，还可能有更多的层(特别是不提供电学功能的层，例如键合先导层)被提供在形成电子组件20的多层体中。

如进一步在图1和图2中指示的，导电功能层21在区域41和42中的形状分别具有电容板22和23的形式。这些电容板使用连接轨道被连接到有机电子线路的组件，例如导电功能层22的区域，那些区域代表了有机二极管的电极。

在这种情形下，电容板22宽度优选地在5mm到10mm之间，长度在5mm和25mm之间，而且电容板23宽度优选地在5mm到10mm之间，长度在5mm到25mm之间。

天线组件10包含多层薄膜体，其包括载体层16和导电功能层11。

载体层16优选地涉及塑料薄膜，特别是包含：聚脂，聚乙烯，聚碳酸酯，聚丙烯，聚醚酮醚酮，聚醚酮醚，聚酰胺，聚邻苯二甲酰胺，间同聚苯乙烯，二氟化聚偏二乙烯以及聚四氟乙烯，其层厚度在12到50nm之间。

因此，载体层16还可能包含一个或者多个进一步的层，或者它还涉及纸基底，例如货物标签或者包装或者类似物。

导电功能层11优选地包含金属层，优选地具有厚度为1μm到100μm之间的层。如图1所示，导电功能层11其形状区域性地具有天线线圈12的形式。在这种情况下，天线线圈12可以包含0到10圈(取决于所需的共振频率-＞UHF不再具有任何圈，并且不应该被排除在外)，其中形成线圈的导体轨道的宽度优选地处于100μm到5mm之间。如图1所示，在天线线圈12的一端的区域内，导电功能层11的形状为电容板13的形式，而在天线线圈12的另一端的区域内，成形了电容板14，并且其邻近电容板15，使得天线线圈12的两端分别被电导地连接到电容板13，14和15。电容板13宽度优选地在5mm到25mm之间，长度在5mm到50mm之间。电容板15，如图1所示，被布置在电容板14的垂直方向，而电容板14宽度优选地在5mm到25mm之间，长度在5mm到80mm之间，并且电容板15的宽度在5mm到25mm之间，长度在5mm到50mm之间。

此外，RFID应答器具有一个导电薄膜条带30。该薄膜条带优选地包含薄金属薄膜，厚度在50mm到50μm之间。然而，薄膜条带30可能包含多层体，该多层体包含载体基底，例如薄塑料基底，和薄金属层。此外，薄膜条带30还可能由转移薄膜的转移层部分形成，例如热压花薄膜，该薄膜包括一个薄导电层和更多的层，例如用来将条带固定在天线组件10上的黏合层，和/或保护层。此外，作为对薄膜条带的代替，导电功能层还可能通过印刷工艺的手段施加。因此，例如导电印刷材料有可能被印刷到天线组件上，例如通过丝网印刷的手段。在这方面，有可能导电功能层或者薄膜条带30被施加到天线组件一侧，即朝向电子组件。然而，还可能导电功能层或者薄膜条带30被施加到天线组件10一侧，即背对电子组件20。

形成电子组件20的多层薄膜体可以基本上使用以上所描述的工艺，例如印刷、使用刮墨刀刮涂、气相沉积和溅射，在卷对卷(roll-to-roll)工艺中生产，并且被单独地隔离。进一步地，在平行生产工艺中，天线组件10也在卷对卷工艺中进行生产。然后薄膜条带30被施加到天线组件10，然后电子组件20被施加到天线组件10，并且利用黏合层40机械地与它结合。黏合层40是电介质的、不导电的黏合剂，优选地是冷黏合剂，或者是可以利用紫外线(UV)被活化的黏合剂。优选地，在那种情形下，电子组件20的载体层25还伸出超过薄膜条带30，并且优选地伸出超过提供了天线组件10的导电功能层的区域，从而薄膜条带30被层压在天线组件10和电子组件20之间，并且载体层25和16同时执行RFID应答器1的保护层的功能。

在那种情形下，天线组件10和电子组件20被施加到对方，其方式(如图1所示)使得电子组件的电容板22和23分别在区域41和42中被布置在与天线组件10的相关联的电容板13和14相重叠的位置关系。在那种情形下，电容板13和22形成电容54，而电容板14和23形成电容54。此外，薄膜条带30以定位的位置关系被施加到天线组件，其方式使得薄膜条带30至少部分地一方面与电容板13相重合，另一方面与天线组件10的电容板15相重合。从而布置为与电容板13和15相重叠的位置关系的薄膜条带13的区域形成相应的电容板，该电容板与天线组件10的相关联的电容板13和15一起形成两个串连的电容52和53。如图1所示，薄膜条带的位置的移动使得可能轻易地影响随后对RFID应答器的共振频率的调谐。通过改变薄膜条带30的位置，薄膜条带与电容板15形成重叠关系的重叠区域发生改变，但是与电容板13之间的重叠区域则不改变。这导致电容52的电容改变，但电容53的电容不变。这使得可能对RFID应答器1的振荡电路的共振频率提供精确的调谐。

图3示出一个电路图，阐明了RFID应答器1的天线组件10和电子组件20之间的电学耦合。具有天线线圈51的天线组件10利用电容54和55的方式完全电容式地耦合到电子组件20。通过电容板13和14以及薄膜条带30所实现的电容52和53形成调谐电容，利用这种手段，振荡电路的共振频率可以得到调节。天线线圈从而一方面被电感式地耦合到读取器件的天线，而另一方面被电容式地耦合到电子组件。

Claims

1.一种RFID应答器(1)，其特征为：

该RFID应答器(1)具有天线组件(10)，该组件具有一个或者多个第一导电功能层(11)，其中之一的形状至少区域性地具有天线线圈(12)形式，并且

该RFID应答器(1)具有电子组件(20)，其形式为多层薄膜体，该薄膜体具有一个或多个第二导电功能层(21，28)和一个或者多个半导电功能层(26)，以形成集成的电子线路，其中，在RFID应答器(1)的第一区域(41)，电子组件的一个或者多个第二导电功能层中相应的一个(21)，进一步成形为第一电容板(22)的形式，从而形成集成电子线路的集成部件部分，所述一个或多个第二导电功能层中相应的一个是电子组件的电极层，并且在其中成形一个或者多个电极用于一个或者多个有机场效应晶体管或者有机二极管；而在RFID应答器(1)的第二区域(42)，电子组件的一个或者多个第二导电功能层中的一个(21)，进一步地成形为第二电容板(23)的形式，从而形成集成电子线路的集成部件部分，所述一个或多个第二导电功能层中的一个是电子组件的电极层，并且其中成形一个或者多个电极用于一个或者多个有机场效应晶体管或者有机二极管，并且在RFID应答器(1)的第一区域(41)中，天线组件(10)的一个或者多个导电功能层(11)中相应的一个成形为第三电容板(13)的形式，并且在RFID应答器(1)的第二区域(42)中，天线组件(10)的一个或者多个导电功能层(11)中相应的一个成形为第四电容板(14)的形式，其中电子组件(20)和天线组件(10)通过电容(54，55)的方式进行电学耦合，所述的电容由第一和第三以及由第二和第四电容板(22，13；23，14)形成。

2.权利要求1中所述的RFID应答器(1)，其特征为，天线组件(10)和电子组件(20)被电流地分离而且通过第一电容板(22)和第二电容板(23)完全以电容式地进行电学耦合。

3.权利要求1所述的RFID应答器(1)，其特征为，电子组件(20)和天线组件(10)通过黏合层(40)连接在一起。

4.权利要求3所述的RFID应答器(1)，其特征为，所述黏合层是电介质。

5.权利要求3所述的RFID应答器(1)，其特征为，所述黏合层的厚度介于5到15μm之间。

6.权利要求3所述的RFID应答器(1)，其特征为，所述黏合层是通过第一和第二区域(41，42)中的多个黏合点形成的。

7.权利要求1所述的RFID应答器(1)，其特征为，第一和第三电容板(22，13)以及第二和第四电容板(23，14)之间的间距小于15μm。

8.权利要求1所述的RFID应答器(1)，其特征为，第一电容板(22)和第三电容板(13)各自具有面积大于10mm²的重叠区域，并且第二电容板(23)和第三电容板(14)具有面积大于10mm²的重叠区域。

9.权利要求1-8之一中所述的RFID应答器(1)，其特征为，天线组件(10)具有载体薄膜(16)，其包含厚度为5μm到100μm之间的塑料材料，该材料被布置在天线组件(10)一侧，即位于电子组件(20)的背面。

10.权利要求1-8之一中所述的RFID应答器(1)，其特征为，电子组件(20)具有载体薄膜(16)，其包含厚度为5μm到100μm之间的塑料材料，该材料被布置在电子组件(20)一侧，即位于天线组件(10)的背面。

11.权利要求1-8之一中所述的RFID应答器(1)，其特征为，电子组件具有载体薄膜，该薄膜包含厚度5μm到100μm之间的塑料材料，该材料被布置在电子组件一侧，即朝向天线组件，并且，成形为天线线圈形式的、天线组件的导电功能层，被布置在载体薄膜的表面，即位于电子组件的背面。

12.权利要求1-8之一中所述的RFID应答器(1)，其特征为，在RFID应答器(1)的第三区域(43)和第四区域(44)中，天线组件(10)的一个或者多个导电功能层(11)的相应的一个分别成形为第五(13)和第六(15)电容板的形式，并且RFID应答器(1)具有第三导电功能层(30)，其在RFID应答器(1)的第三和第四区域(43，44)中分别成形为第七和第八电容板的形式，并且其形状使得第七和第八电容板电流地相连在一起，其中第五和第七电容板以及第六和第八电容板形成电容(52，53)，所述电容(52，53)被连接到天线线圈(12)，以提供振荡电路。

13.权利要求12中所述的RFID应答器(1)，其特征为，具有第七和第八电容板的导电功能层(30)由连接到天线组件(10)的金属薄膜通过黏合层(40)的方式形成。

14.权利要求13中所述的RFID应答器(1)，其特征为，所述金属薄膜具有条带状配置，并被布置在天线组件(10)和电子组件(20)之间。