CN101895001A - 电磁带隙图形及其制造方法及利用电磁带隙图形的安保产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)图形及其制造方法及利用电磁带隙图形的的安保产品。本发明公开的EBG图形包括绝缘基板；及图形部，其由导电性物质形成于所述基板上，并由多个闭环图形及多个开环图形组合规整排列而成。本发明公开的EBG图形的频率特性可作为新的安保因素应用于有价证券或者ID部门。或者根据调整EBG图形的变量可以生成不同的密码，因此可以作为防伪的安保技术广泛应用。

Description

电磁带隙图形及其制造方法及利用电磁带隙图形的安保产品
技术领域
本发明涉及一种电磁带隙(Electromagnetic Band Gap，EBG)图形，特别涉及一种电磁带隙图形及其制造方法及利用电磁带隙图形的安保产品 
背景技术
一般的微波带隙(Microwave Bandgap；MBG)结构或者电磁带隙(Electromagnetic Bandgap；EBG)结构体现在微带线(Microstrip)上，用于改善天线的性能、提高增幅机的电力效率、实现共振器的高Q及抑制高频率成分、新类型双工器的设计等作为多种目的使用。应用于电磁波带隙结构上的微带线，通过穿孔有源体基板的方法、刻蚀接地面为周期性形状的方法；变形微带线本身的方法等制造。 
发明内容
(一)要解决的技术问题 
本发明是为了解决上述问题，其目的在于，提供一种可以生成多种密码的电磁带隙图形及其制造方法。 
(二)技术方案 
本发明的EBG图形包括： 
绝缘基板； 
图形部，其由导电性物质形成于基板上，并由多个闭环图形及多个开环图形组合规整排列而成。 
图形部还包括多个条状(bar)图形，条状图形由导电性物质形成于基板上，并与多个闭环图形或者多个开环图形组合规整排列。 
导电性物质优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上。 
基板优选为包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycolmodified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified PolyethyleneTerephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸及形成有金属薄膜的基板中的一个。 
图形部在一定频带中共振，共振时的共振频率值优选为根据基板的介电常数、多个闭环图形及多个开环图形的线条的宽度和长度、组合而成的多个闭环图形及多个开环图形之间的间隙或者开口的大小而变化。 
多个闭环图形及多个开环图形为四边形，各个四边形开环图形的开口形成于上下左右方向中任一一个方向上，图形部在一定频率带中共振，且优先为沿着形成于各个四边形开环图形上的开口方向发生一次以上的共振。 
图形部在一定频带中共振，共振时的共振频率值是优选为根据基板的介电常数、多个闭环图形及多个开环图形的线条的宽长、组合的多个闭环图形及多个开环图形之间的间隙或者开口的大小而变化。 
本发明的EBG图形的方法包括： 
在形成导电性物质层的基板上涂覆感光性膜，在感光性膜之上涂覆画有图形部的阴性感光性膜的步骤； 
曝光处理涂有阴性感光性膜的感光性膜的步骤； 
显影曝光处理过的感光性膜，在感光性膜上形成图形部的步骤； 
及利用显影的感光性膜对基板上的所述导电性物质层的一部分进行蚀刻，在基板上形成由导电性物质形成的图形部的步骤。 
导电性物质层是优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的薄膜。 
基板优选为包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycolmodified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified PolyethyleneTerephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中的一个。 
本发明的EBG图形的方法包括： 
通过掩蔽板形成具有图形部的掩模板的步骤； 
在基板上设置所述掩模板，通过掩模板在基板上涂覆导电性物质的步骤； 
及热处理涂有导电性物质的基板，在基板上形成由导电性物质形成的图形部的步骤。 
导电性物质层是优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的薄膜。 
基板优选为包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycolmodified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified PolyethyleneTerephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中一个。 
本发明的EBG图形的方法是通过喷墨印刷方式在基板上形成由导电性物质形成的图形部； 
及热处理形成在基板上的图形部形成EBG图形。 
导电性物质层是优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的薄膜。 
基板优选为包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycolmodified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified PolyethyleneTerephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中一个。 
本发明的安保产品，其用于ID识别及防伪，包括： 
绝缘基板； 
及图形部，其由导电性物质形成于基板上，并由多个闭环图形及多个开环图形组合规整排列而成。 
(三)有益效果 
本发明公开的EBG图形的频率特性可作为新的安保因素应用于有价证券或者ID部门。或者根据调整EBG图形的变量可以生成不同的密码，因此可以作为防伪的安保技术广泛应用。 
附图说明
图1为本发明一实施例的EBG图形； 
图2为本发明一实施例的闭环图形、开环图形及条状图形； 
图3a为频率反射特性中，根据基板介电常数的变化而带来的共振频率值的变化图； 
图3b为频率透波特性中，根据基板介电常数的变化而带来的共振频率值的变化图； 
图4a为频率反射特性中，根据开口大小的变化而带来的共振频率值的变化图； 
图4b为频率透波特性中，根据开口大小的变化而带来的共振频率值的变化图； 
图5a为频率反射特性中，根据图形粗细的变化而带来的共振频率 值的变化图； 
图5b为频率透波特性中，根据图形粗细的变化而带来的共振频率值的变化图； 
图6为根据图形位置不同而显示出的频率透波特性的变化图； 
图7为表示共振频率出现在一个频率中的图形及其频率特性的图； 
图8为表示共振周波出现在两个频率中的图形及其频率特性的图； 
图9为表示共振周波出现在三个频率中的图形及其频率特性的图； 
图10为生成利用本发明的EBG图形的密码的一实施例； 
图11至图14为根据本发明一实施例的EBG图形的制造方法。 
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明优选实施例的EBG图形。 
图1为本发明一实施例的EBG图形。 
如图1所示，本发明的一实施例的EBG图形包括基板10及图形部20。 
基板10为绝缘体，一般可以采用介电常数εr在2至5之间的介电体。并且，基板10可以由选自以下中的任意一种而形成：纸；PVC(Polyvinylchloride)膜；PC(Polycarbonate)膜；PET(Polyethyleneterephthalate)膜；PETG(Glycol modified PolyethyleneTerephthalate)膜；由PVC(Polyvinylchloride)和AB S(AcrylonitrileButadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜；由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified Polyethylene Terephthalate)树脂的混合物组成的膜；聚酯(Polyester)系合成纸；及形成金属薄膜的基板。 
图形部20由导电性物质形成于所述基板上，并且由闭环图形和开 环图形组成。即如图2所示，图形部20是由具有断线部分开口的开环图形20b和没有开口的闭环图形20a组合而成，并且这些图形规整排列。其中，闭环图形20a和开环图形20b可以是圆或者四边形等多边形结构。 
另外，基板10上可以形成由导电性物质形成的条状(bar)图形20c，条状(bar)图形20c可以是与闭环图形20a或者开环图形20b组合并规整排列而成。 
闭环图形20a、开环图形20b及条状图形20c的导电性物质可以包含Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe等金属成分。最终由基板10和图形部20形成的EBG图形层可以制造成在其上下部具有印刷层和保护层的卡片形状。 
本发明一实施例的EBG图形是由CLL(Capacitively loaded loop)形成的闭环图形20a和开环图形20b作为格子单位(cell unit)，由闭环图形20a和开环图形20b组成并规整排列在基板10上。上述EBG图形与LC共振电路相似，并且在共振的特定频率带中表现出反射及透波特性，可以利用上述频率透波、反射特性应用于生成密码。 
图形部20在共振时的共振频率值取决于下面公式的等价电感L和等价电容C。 
公式1： 
f 0 = 1 2 π LC
在共振频率f0中，能改变等价电感L和等价电容C值的变量为：基板10的介电常数εr、构成闭环图形20a和开环图形20b的线宽21和长、环状图形之间的间隙23、形成于开环图形20b的开口宽度25或者条状图形20c的长度27等。 
本发明的第一实施例中，一边改变各个变量一边观察了共振频率值的变化。 
图3至图9为本发明第一实施例的安保装置的频率特性。 
如图3至图9所示，横坐标(Frequency(GHz))的频率范围定为 8GHz至12GHz，纵坐标的S11及S21为对应输入值的输出值取对数值，该值越接近0其屏蔽能力越低，绝对值越大其屏蔽能力越高。 
图3a为频率反射特性中，根据基板介电常数εr的变化而带来的共振频率值的变化图，图3b为频率透波特性中，根据基板介电常数εr的变化而带来的共振频率值的变化图。 
如图3a及图3b所示，将基板的介电常数(ep)从3.8减到2.2观察了共振频率值的变化。结果，可以确定，基板的介电常数(ep)越小其等价电感L和等价电容C值变得越小，共振频率值f0由此增加。 
图4a为频率反射特性中，根据开口大小的变化而带来的共振频率值的变化图，图4b为频率透波特性中，根据开口大小的变化而带来的共振频率值的变化图。 
如图4a及图4b所示，将开口宽度25从0.5mm增加到2mm观察了共振频率值的变化。结果，可以确定，开口宽度25变得越大其等价电感L和等价电容C值变得越小，共振频率值f0由此增加。 
图5a为频率反射特性中，根据图形粗细变化的共振频率值的变化图，图5b为频率透波特性中，根据根据图形粗细变化的共振频率值的变化图。 
如图5a及图5b所示，将图形粗细21从0.2mm增加到0.8mm观察了共振频率值的变化。结果，可以确定，图形粗细21变得越大其等价电感L和等价电容C值变得越小，共振频率值f0由此增加。 
并且，应用同一形状的EBG图形时，根据其图形的形成位置不同，频率的透波特性会发生变化。即如图6所示，EBG图形形成的芯(core)层离安保装置的中央(高＝0mm)越远其实效介电常数变小，因此可以确定，其等价电感L和等价电容C值变小，共振频率值f0由此增加。 
另外，能改变共振频率值的方法有，将各个图形由导电性物质形成同时将各图形的一部分使用绝缘性物质形成。 
图7至图9为根据形成于开环图形上的开口方向的不同而显示出 各种频率特性的图表。 
本发明的第一实施例中，EBG图形为四边形环状图形，在8GHz～12GHz的特定频率范围内，一边改变开环图形20b的开口方向一边观察了频率特性。由于实验中的EBG图形为四边形图形，所以在上下左右4个方向中任一方向上形成了开口。结果，根据开口方向，如图7所示显示出，共振频率出现在一个频率中的‘单频段(SingleBand)’特性；如图8所示出现在两个频率中的‘双频段(Dual Band)’特性，如图9所示出现在三个频率中的‘三频段(Triple Band)’特性。 
同时，本发明第一实施例中的EBG图形根据调整基板的介电常数εr、开口大小、图形的粗细、图形位置等变量，可以得出不同的共振频率值，根据开口方向显示不同的频段特性。 
上述特性可以应用于生成多种EBG安保密码上。即在任一频带检查EBG图形的输出值，如果此时发生共振即为‘0’，不发生共振即为‘1’，由此可以生成EBG安保密码。例如，本发明的EBG图形显示出如图10所的频率屏蔽特性时，分别检查在8GHz、9GHz、10GHz、11GHz、12GHz的输出值，其中只有在11GHz时发生共振，所以可以将其表示为密码值‘0’，其他的检测出的频率表示为密码值‘1’。因此，根据图10的频率检查结果可以显示的安保密码为‘11101’。 
本发明公开的由基板10及图形部20组成的EBG图形可应用于ID识别及防伪等安保产品上。该安保产品可以是嵌入EBG图形的有价证券、身份证或者安保卡。 
下面根据附图详细说明本发明一实施例的EBG图形的制造方法。 
图11至图14为本发明一实施例的EBG图形的制造方法。以下的EBG图形是由闭环图形、开环图形组合而成并且规整排列的如图1所示的图形部20。 
本发明第一实施例的EBG图形的制造方法包括刻蚀方法、掩膜印刷方法及喷墨印刷方法。 
1-1)利用刻蚀的EBG图形的制造方法 
在形成导电性物质层的基板上涂覆感光性膜，在所述感光性膜之上涂覆画有所述EBG图形的阴性(Negative)感光性膜，其中，EBG图形是由闭环图形、开环图形组合而成并且规整排列的如图1所示的图形部20，并且，此时的EBG图形还可以包括条状图形。在基板上形成导电性物质层优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中一个以上的薄膜。基板包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycol modi fiedPolyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modified Polyethylene Terephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中的一个。 
然后，曝光处理涂有感光性膜的基板之后，显影得到需要的图形。利用感光性膜对没有被掩盖的基板上的导电性物质层的一部分进行蚀刻，之后去除不必要的感光性膜，从而在基板上形成由导电性物质形成的EBG图形部。 
1-2)实验例 
如图11a所示，为了确认EBG图形结构对特定频率的透波、反射特性，利用涂有介电常数为3.5的铜箔(Cu)的TACONIC RF 35基板制造了安保装置。 
首先，如图11a所示，准备涂有着介电常数为3.5的铜箔(Cu)的TACONIC RF 35基板；在基板上涂覆感光性膜(Hithachi chemicalHS930)；在感光性膜上涂覆画有EBG图形的阴性感光性膜。其中，EBG图形的各个环状图形为四边(square)图形，该四边图形的一边长度为3.55mm，开口大小为0.7mm，图形粗细为0.7mm，图形之间的间隙为0.5mm。 
然后，将涂有阴性感光性膜的感光性膜在Xenon lamp(6KW) 上曝光约50秒至120秒之后，进行显影及刻蚀过程，形成如图11c所示的由铜(Cu)形成的EBG图形。 
确认了根据上述方法形成的图形的频率特性结果，在8GHz～12GHz的频率带中，9.52GHz和11.4GHz显示频率屏蔽特性。 
1-3)实验例 
如上述第一实验例相同的方式在TACONIC RF 35基板的两面形成如图12的(b)+(b)′所示的相同形状的EBG图形。对根据上述方法形成的图形的频率特性进行确认的结果，在8GHz～12GHz的频率带中，9.28GHz和10.4GHz显示频率屏蔽特性。 
2-1)利用掩膜印刷方法的EBG图形的制造方法 
首先，通过掩蔽板形成具有所述图形部的掩模板。 
然后，在基板上设置掩模板，通过掩模板在基板上涂覆导电性物质。其中，导电性物质优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的导电性薄膜。并且，基板包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycol modified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和AB S(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modifiedPolyethylene Terephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中的一个。 
最后，利用UV或者热风热处理印刷有导电性物质的基板，或者反复在基板上形成多个EBG图形。 
2-2)实验例 
首先，通过掩蔽板形成具有所述图形部的掩模板。下面详细说明掩模板的制造方法。首先，在掩蔽板(300目(mesh))上涂覆感光液进行充分干燥后，在干燥的掩蔽板上涂覆形成有EBG图形的阳性(Positive)膜，其中，EBG图形的各个环状图形为四边(square)图 形，该四边图形的一边长度为3.55mm，开口大小为0.5mm，图形粗细为0.5mm，图形之间的间隙为0.5mm。然后，在Xenon lamp(6KW)中曝光约180秒至200秒，再喷射水进行清洗过程之后，如图13a所示，制造具有EBG图形的掩模板。 
之后，在介电常数为3.3266的PC膜上摆放形成有EBG图形的掩模板，通过该掩模板涂覆导电性墨水，以此在PC膜上印刷EBG图形。然后，在130℃～150℃中热处理导电性墨水约20分钟，形成如图13b所示的EBG图形。 
确认了根据上述方法形成的图形的频率特性结果，在8GHz～12GHz的频率带中，8GHz和11.4GHz显示频率屏蔽特性。 
3-1)喷墨印刷的制造方法 
通过喷墨印刷的制造方法是利用喷墨印刷机在基板上印刷EBG图形，热处理印刷的EBG图形，从而形成EBG图形的方法。其中，此时使用的导电性物质优选为包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的导电性墨水。并且，基板可以包括纸、PVC(Polyvinylchloride)膜、PC(Polycarbonate)膜、PET(Polyethyleneterephthalate)膜、PETG(Glycol modified Polyethylene Terephthalate)膜、由PVC(Polyvinylchloride)和AB S(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂的混合物组成的膜、由PC(Polycarbonate)和PETG(Glycol modifiedPolyethylene Terephthalate)树脂的混合物组成的膜、聚酯(Polyester)系合成纸中的一个。 
3-2)实验例 
首先，准备介电常数为3.3266的PC膜作为印刷用纸，利用喷墨印刷机(Xenjet 3000)在PC膜上印刷EBG膜，形成如图14d所示的EBG图形。其中，EBG图形的各个环状图形为四边图形，该四边图形的一边长度为3.55mm，开口大小为0.8mm，图形粗细为0.8mm，图形之间的间隙为0.5mm。并且，导电性墨水为纳米类型(Nano type) 的Cu墨水。 
确认了根据上述方法形成的图形的频率特性结果，在8GHz～12GHz的频率带中，9.07GHz和11.72GHz显示频率屏蔽特性。 
如上所述，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。 
所以，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本发明的范围不仅限于上述详细说明而是取决于权利要求范围；而且包括根据专利权利要求范围的内容及范围中可以导出的修改或者替换。 

Claims (14)

1.一种EBG图形，其特征在于，包括：
绝缘基板；
图形部，其由导电性物质形成于所述基板上，并由多个闭环图形及多个开环图形组合规整排列而成。
2.如权利要求1所述的EBG图形，其特征在于，所述图形部还包括多个条状图形，所述条状图形由导电性物质形成于所述基板上，并与所述多个闭环图形或者所述多个开环图形组合规整排列。
3.如权利要求1或者2所述的EBG图形，其特征在于，所述导电性物质包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上物质。
4.如权利要求1所述的EBG图形，其特征在于，所述基板包括纸、PVC膜、PC膜、PET膜、PETG膜、由PVC和ABS树脂的混合物组成的膜、由PC和PETG树脂的混合物组成的膜；聚酯系合成纸及形成有金属薄膜的基板中的一个。
5.如权利要求1所述的EBG图形，其特征在于，
所述图形部在一定频带中共振，
所述共振时的共振频率值根据所述基板的介电常数、所述多个闭环图形及所述多个开环图形的线条的宽度和长度、所述组合而成的多个闭环图形及多个开环图形之间的间隙或者所述开口的大小而变化。
6.如权利要求1所述的EBG图形，其特征在于，所述多个闭环图形及所述多个开环图形为四边形，各个所述四边形开环图形的开口形成于上下左右方向中任一一个方向上，所述图形部在一定频带中共振，且沿着形成于各个所述四边形开环图形上的开口方向发生一次以上的共振。
7.如权利要求2所述的EBG图形，其特征在于，
所述图形部在一定频带中共振，
所述共振时的共振频率值是根据所述基板的介电常数、所述多个闭环图形及所述多个开环图形的线条的宽度和长度、所述组合的多个闭环图形及多个开环图形之间的间隙或者所述开口的大小而变化。
8.一种制作权利要求1所述的EBG图形的方法，其特征在于，包括：
在形成所述导电性物质层的基板上涂覆感光性膜，在所述感光性膜之上涂覆画有所述图形部的阴性感光性膜的步骤；
曝光处理涂有所述阴性感光性膜的感光性膜的步骤；
显影所述曝光处理过的感光性膜，在所述感光性膜上形成所述图形部的步骤；
及利用所述显影的感光性膜对所述基板上的所述导电性物质层的一部分进行蚀刻，在所述基板上形成由所述导电性物质形成的所述图形部的步骤。
9.如权利要求8所述的EBG图形制作方法，其特征在于，所述导电性物质层是包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的薄膜。
10.一种制作权利要求1所述的EBG图形的方法，其特征在于，包括：
通过掩蔽板形成具有所述图形部的掩模板的步骤；
在所述基板上设置所述掩模板，通过所述掩模板在所述基板上涂覆导电性物质的步骤；
及热处理涂有所述导电性物质的基板，在所述基板上形成由所述导电性物质形成的所述图形部的步骤。
11.一种制作权利要求1所述的EBG图形的方法，其特征在于，包括：通过喷墨印刷方式在所述基板上形成由导电性物质形成的所述图形部；
及热处理形成在所述基板上的所述图形部形成EBG图形的步骤。
12.如权利要求10或者11所述的EBG图形制作方法，其特征在于，所述导电性物质层是包括Au，Al，Ag，Cu，Ni及Fe中的一个以上的导电性墨水。
13.如权利要求8或者10或者11所述的EBG图形制作方法，其特征在于，所述基板包括纸、PVC膜、PC膜、PET膜、PETG膜、由PVC和ABS树脂的混合物组成的膜、由PC和PETG树脂的混合物组成的膜、及聚酯系合成纸中的一个。
14.一种安保产品，其用于ID识别及防伪，其特征在于，包括：
绝缘基板；
及图形部，其由导电性物质形成于所述基板上，并由多个闭环图形及多个开环图形组合规整排列而成。
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