CN106485308B - 印刷射频传感器结构及备制射频识别传感器标签的方法 - Google Patents

印刷射频传感器结构及备制射频识别传感器标签的方法 Download PDF

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Abstract

一种印刷射频传感器标签结构包括：一基材，一设置在基材顶面上的具敏感物质混合在结构里面的射频天线，及与该天线电性连接的RFID芯片。其中，至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感材料被直接导入所述射频天线的一射频天线混合物，形成具感测功能的射频天线。一备制具传感功能的射频识别标签的方法，包括：步骤A)、准备具添加敏感物质的复合导电油墨；步骤B)、利用该具添加敏感物质的复合导电油墨在基材上印刷不同天线形状；步骤C)、干燥，固化，并压缩该印刷天线，以形成一具传感功能的射频天线混合物；及步骤D)、黏合一芯片至一具传感功能的射频天线，以形成一印刷射频传感器标签。

Description

印刷射频传感器结构及备制射频识别传感器标签的方法
技术领域
本发明是有关一种印刷射频传感器标签结构，其内至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做感测(sensing)材料的直接组合至不同类别的优点，可让射频传感器标签具有侦测至少一种以上目标类组的能力。
背景技术
无线传感器可在电子感应式传感器内被驱动，并与它们相关的读取/显示构件分隔。无线传感器已应用在温度，压力，及酸碱值上。它也可以在监测许多气体被找到，例如，挥发性有机化合物，有毒工业化学品，及在相对无干扰工业和室内环境的化学战剂。
然而，在这些实际气体感测应用中，可用的无线气体传感器不容易满足在复杂环境中的感测要求。
为了解决基本的选择性及灵敏度问题，三键感测系统组件，如感测材料，换能器，及信号产生与处理技术组合是被使用。
到现在为止，有基于磁弹性，厚度剪切模式几种无电池的无源无线感测技术，表面声波，磁声共振，及谐振电感-电容-电阻(LCR)传感器。
除了电感-电容-电阻(LCR)换能器射频识别(RFID)传感器标签，大多数无线感测技术需要提供备用的感应IC电路。射频识别(RFID)系统已被广泛使用在许多应用领域，从物流，货物追踪，访问控制，自动识别动物，等等。
参见图1，低频射频识别(RFID)系统(125-134kHz)和高频射频识别(RFID)系统(13.56MHz)具有从几厘米至长达1公尺的短程传输范围。超高频(UHF)频射频识别(RFID)系统(860-960MHz)的可覆盖范围可达10公尺。微波频段的频射频识别(RFID)系统(2.4GHz)的传输覆盖范围可达30公尺。在安全管理及控制系统的长距离感测，只有超高频(UHF)及微波频射频识别(RFID)系统可满足要求。
参见图2，用于射频识别(RFID)传感器的集合询问的方法及系统已被公开在美国专利号8717感测中。为了实现准确及精确的感测，包括多个计算的频谱参数，包括ZRE(f)及以星的谐振F1和反谐振频率F2的频率位置FP和幅度ZP(f)中，进行测定。当气体吸附在的射频识别(RFID)传感器的表面上，感测膜的介电常数会发生变化，而导致射频识别(RFID)传感器天线的阻抗参数转变。依据此一机制，电感-电容-电阻(LCR)换能器(频射频识别传感器标签)可成为一有前途的无线感测技术。
用于射频识别传感器的制造方法的一实施方式，其被公开在美国专利号7911345中，一在制造及监测系统中使用的射频识别传感器的校准方法及系统。例如，他们提出应用到射频识别天线的可选择的感测材料，改变其阻抗响应，当该气体吸附在感测材料表面石。一互补式传感器电阻和/或电容器也被连接跨越一天线及一集成记忆芯片，用以校准传感器阻抗响应。
直接涂布在高频及超高频射频识别天线表面的感测材料层已美国公开号20140095102被公开。在此一设计中，一种选定的感测材料被涂布在一标签上，但其被限制仅由一卷标侦测一目标类别。
对于国土安全应用，远距离射频识别传感器，是用于侦测爆炸物。因此，高频射频识别传感器不能应用在这样的长距离中。
由于硝基爆炸性气体的蒸汽压力低，如何改进灵敏度，可选择地，读取射频传感器范围，在国土安全应用上是很重要的议题。爆炸性气体传感器的要求包含极为敏感，具高度选择，强大，及稳定。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种印刷射频传感器标签结构，其内至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料的直接组合至不同类别的优点，可让射频传感器标签具有侦测至少一种以上目标类组的能力。
本发明的进一步的目的是提供一种印刷射频传感器标签结构，其具有因敏感物质材料直接混入天线主体中，使得天线阻抗的显著变化，而具高选择性及灵敏度的好处。
本发明的另一目的是提供一种备制射频识别传感器标签的方法，其具有简单，节能及环保优点。
为达到上述目的，依据本发明所提供的一种印刷射频传感器结构包括：一基材，一设置在基材顶面上具敏感物质混合在结构里面的射频天线，及与该天线电性连接的RFID芯片，其中，至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料被直接导入所述射频天线的一射频天线混合物。当目标类别被吸附在传感天线的表面上时，不仅使敏感物质材料的恒定电介质产生变化，更重要的是可改变所述射频天线的电阻。
此外，依据本发明所提供的一备制射频识别传感器标签的方法，包括多个步骤：
A)、准备具添加敏感物质的复合导电油墨；
B)、利用该具添加敏感物质的复合电油墨在基材上印刷不同天线形状；
C)、干燥，固化，并压缩该印刷天线，以形成一具传感功能的射频天线混合物；及
D)、黏合一芯片至一具传感功能的射频天线，以形成一印刷射频传感器标签。
较佳的是，该具添加敏感物质的复合导电油墨由两部分组成：导电油墨及混入至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料。
较佳的是，所选对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料是金属，碳，聚合物，有机改性类，和它们衍生的混合物其中之一。
较佳的是，当多种敏感物质材料同时被加入导电油墨中时，可让射频传感器标签具有侦测多种以上目标类组的能力。
附图说明
本发明的标的利用较佳实施例可更详细地被解释如下：
图1是是现有技术低频射频识别系统及高频射频识别系统的示意图；
图2是被公开于美国专利号8717感测中，用于射频识别传感器的集合询问的方法及系统的示意图；
图3是为依据本发明一较佳实施例的印刷射频传感器标签结构的组合侧视平面图；
图4是为是依据本发明一较佳实施例的一备制射频识别传感器标签的方法的流程图；
图5是为依据本发明一较佳实施例的一印刷射频识别天线感测混合物与各种感测材料的表面形态电子显微镜(SEM)图像。
具体实施方式
请参阅图3，依据本发明一较佳实施例的一种印刷射频传感器标签结构包括：一基材11，一设置在基材11顶面上的具敏感物质混合在结构里面的射频天线12，及可进一步采用覆盖在所述具感测功能的射频天线12的一保护层13，其中，至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料被直接导入所述具传感功能的射频天线12的一射频天线混合物，当目标类别被吸附在敏感物质的表面上时，不仅使感测材料的恒定电介质产生变化，更重要的是改变所述射频天线的电阻。
因此，本发明的印刷射频传感器标签结构具有因天线阻抗的显著变化，而具高选择性及灵敏度的好处。
请参阅图4，依据本发明一较佳实施例的一备制射频识别传感器标签的方法，包括多个步骤：
A)、准备具添加敏感物质的复合导电油墨；
B)、利用该具添加敏感物质的复合导电油墨在基材上印刷不同天线形状；
C)、干燥，固化，并压缩该印刷天线，以形成一具传感功能的射频天线混合物；及
D)、黏合一芯片至一具传感功能的射频天线，以形成一印刷射频传感器标签。
图5是为依据本发明一较佳实施例的一印刷射频识别传感天线混合物与各种感测材料的表面形态电子显微镜(SEM)图像。
较佳的是，该具添加敏感物质的复合导电油墨由两部分组成：导电油墨及混入至少一种可以对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料。
较佳的是，所选对外界环境(包含温度、压力、其他化学物质)变化做传感(sensing)的敏感物质材料是金属，碳，聚合物，有机改性类，和它们衍生的混合物其中之一。
较佳的是，当多种敏感物质材料同时被加入导电油墨中时，可让射频传感器标签具有侦测多种以上目标类组的能力。

Claims (5)

1.一种印刷射频传感器标签,包括：其特征在于，一基材，一设置在基材顶面上具敏感物质混合在结构里面的射频天线，及与该天线电性连接的RFID芯片，其中，至少一种可以对外界环境变化做传感(sensing)的敏感材料被直接导入所述射频天线的一射频天线混合物，形成具感测功能的射频天线，该外界环境包含温度、压力、其他化学物质。
2.一种根据权利要求1所述的传感器标签的制备方法，其特征在于，包括多个步骤：
A)、准备具添加敏感物质的复合导电油墨；
B)、利用该具添加敏感物质的复合导电油墨在基材上印刷不同天线形状；
C)、干燥，固化，并压缩该印刷天线，以形成一具传感功能的射频天线混合物；及
D)、黏合一芯片至一具传感功能的射频天线，以形成一印刷射频传感器标签。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中，该具添加敏感物质的复合导电油墨由两部分组成：导电油墨及混入至少一种可以对外界环境变化做传感(sensing)的敏感物质材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中，所选对外界环境变化做传感(sensing)的敏感物质材料是金属，碳，聚合物，有机改性类，和它们衍生的混合物其中之一。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中，当多种敏感物质材料同时被加入导电油墨中时，可让射频传感器标签具有侦测多种以上目标类组的能力。
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