CN111247531A - 折叠时形成用于rfid标签的线圈的平面导电器件 - Google Patents

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Abstract

平面导体器件和RFID芯片被折叠以创建线圈，从而形成RFID标签。结果是形成了非平面的螺线管线圈，这允许该器件抵靠金属放置。具体地，将平面结构折叠成手风琴式折叠物。在折叠后，在Z方向上形成螺旋导体，从而形成两端连接有RFID芯片的线圈。该结构用作谐振RFID标签。

Description

折叠时形成用于RFID标签的线圈的平面导电器件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月24日提交的美国临时专利申请第62/576,181号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明总体上涉及平面导体器件和射频识别(RFID)芯片，其被折叠以创建线圈，从而形成RFID标签。本主题特别适用于但不限于超高频(UHF)和高频(HF)标签。然而，应当理解，本发明主题的各方面也同样适用于其他类似的应用。
背景技术
射频识别(“RFID”)是使用电磁能(“EM能量”)来刺激响应器件(所谓的RFID“标签”或应答器)以识别其自身，并在某些情况下提供另外存储的数据。RFID标签通常包括半导体器件，该半导体器件通常被称为“芯片”，在其上形成有连接至天线的存储器和操作电路。通常，RFID标签用作应答器，其响应于从读取器(也被称为询问器)接收到的射频(“RF”)询问信号而提供存储在芯片存储器中的信息。在无源RFID器件的情况下，询问信号的能量还提供必要的能量以操作RFID器件。
RFID标签可以被合并到待追踪的物品中或附连到待追踪的物品。在某些情况下，标签可以通过粘合剂、胶带或其他手段附连到物品的外部，而在其他情况下，标签可以插入物品内，例如包含在包装中，位于物品的容器内，或缝在衣服内。RFID标签被制造成具有唯一识别号，该识别号通常是带有校验位的几个字节的简单序列号。该识别号在制造过程中被并入标签中。用户无法更改此序列号/识别号，并且制造商保证每个序列号仅使用一次。这种配置代表了该技术的低成本优势，因为RFID标签是只读的，并且仅通过其识别号对询问信号做出响应。通常，标签以其识别号进行连续响应。无法将数据传输到标签。这些标签的成本非常低，并且被大量生产。
这样的只读RFID标签通常永久性地附连到待追踪的物品，并且一旦附连，标签的序列号就在计算机数据库中与其宿主物品相关联。具体地，标签的目的是在物品在特定设施(例如制造设施、运输车辆、医疗设施、药房存储区域或其他环境)内的整个生命周期中将其与物品相关联，以便物品在移动时可以被定位、识别和追踪。通过设施追踪物品可以帮助产生更有效的分配和库存控制系统，并改善设施中的工作流程。这导致更好地控制库存并降低成本。
当今使用的许多RFID标签是无源的，因为它们没有电池或其他自主电源，相反其必须依靠由RFID读取器提供的询问能量来提供激活标签的功率。无源RFID标签需要具有某一频率范围和某一最小强度的电磁能量场，以实现标签的激活和其存储的数据的传输。另一种选择是有源RFID标签。然而，这种标签需要附带的电池来提供激活标签的功率，因此增加了标签的费用和尺寸，并使它们不适用于大量应用。
取决于RFID标签应用的要求，例如要识别的物品的物理尺寸、它们的位置以及容易接触它们的能力，可能需要由RFID读取器从短距离或长距离读取标签。此外，RFID标签的读取范围(即，询问和/或响应信号的范围)也受到限制。
此外，当将RFID标签附连到导电表面上时，通常无法读取RFID标签。具体来说，如果偶极子与其图像之间的空间很小(小于一个波长)，则偶极子与其图像之间的总有效电流等于零。因此，总辐射场可忽略不计，并且RFID标签无法捕获来自读取器的数据和功率。这是一个重大问题，因为在许多商业应用中希望将RFID标签应用于金属或其他类型的导电表面。因此，需要一种允许RFID标签在金属表面或其他类型的导电表面附近操作的RFID标签器件和/或系统。
本发明公开了一种平面导体器件和RFID芯片，其被折叠以创建线圈，从而形成RFID标签。结果是形成了非平面的螺线管线圈，这允许该器件抵靠金属放置。
发明内容
下面给出简化的概述，以便提供对所公开的创新的一些方面的基本理解。该概述不是详尽的概述，并且无意于识别关键/重要元件或界定其范围。其唯一目的是以简化的形式介绍一些概念，作为稍后的更详细描述的前序。
本文公开和要求保护的主题在其一个方面包括平面导体器件(系统和方法)和RFID芯片，其被折叠以创建线圈，从而形成RFID标签。该器件包括平面结构，该平面结构包括通过蚀刻、激光切割、冲切或任何其他合适的方法形成的曲折的导电迹线。然后将RFID芯片连接到该平面结构。然后将该平面结构折叠成手风琴式折叠物。在折叠后，在Z方向上形成螺旋导体，从而形成两端连接有RFID芯片的线圈。该结构用作谐振RFID标签。
在优选的实施例中，平面导体器件可以在各种方向上折叠。例如，承载平面天线的薄片可以在贯穿薄片(cross-web)方向上或在薄片方向上折叠以形成手风琴式线圈元件。此外，平面器件也可以被折叠以产生串联的两个线圈，这允许在折叠期间改变线圈之间的间隔。当读取器系统使电流均匀地流过线圈时，多个线圈允许通过两个读取区块(每个线圈上方有一个区块)和两者之间的无效区块(null zone)来实现电感的增加。
为了实现前述和相关目的，在此结合以下描述和附图来描述所公开的发明的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用本文所公开的原理的各种方式中的几种，并且旨在包括所有这些方面及其等同形式。当结合附图考虑时，根据以下详细描述，其他优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据所公开的架构被设计为与RFID芯片谐振的标准线圈器件的顶部透视图。
图2A示出了根据所公开的架构的标准线圈器件的顶部透视图，其中添加了附加导体以允许RFID芯片连接到线圈的内部和外部。
图2B示出了根据本公开的架构的标准线圈器件的顶部透视图，其中RFID芯片被放置在条带上，然后该条带桥接线圈以允许连接到两端。
图3示出了根据所公开的架构被折叠形成线圈的平面器件的前透视图。
图4示出了根据所公开的架构在贯穿薄片方向上被折叠以形成线圈的平面器件的前透视图。
图5示出了根据所公开的架构在薄片方向上被折叠以形成线圈的平面器件的前透视图。
图6示出了根据所公开的架构被折叠以产生串联的两个线圈的平面器件的顶部透视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，其中贯穿全文使用相似的附图标记来指代相似的元件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对其的透彻理解。但是，很明显，没有这些具体细节也可以实践本发明。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和器件以方便对其进行描述。
本发明公开了一种导体器件(其在一个实施例中是平面的)和RFID芯片，其被折叠以创建线圈，从而形成RFID标签。结果是形成非平面的线圈，例如螺线管线圈，这使得该器件可以抵靠金属放置。具体地，RFID芯片被连接到平面结构。然后该平面结构被折叠成手风琴式折叠物。在折叠后，在一个方向上形成螺旋形导体，形成一个线圈，其两端连接到RFID芯片。在一个实施例中，本发明预期在Z方向上形成螺旋形导体。该结构用作谐振RFID标签。
首先参考附图，图1示出了设计成与RFID芯片102谐振的标准线圈器件100的结构。通常，标准线圈器件100是平面线圈，但是在不影响本发明的总体构思的情况下，该标准线圈器件100可以具有本领域已知的任何合适的尺寸、形状和构造。本领域普通技术人员将认识到，如图1所示的标准线圈器件100的形状和尺寸仅出于说明性目的，并且标准线圈器件100的许多其他形状和尺寸也都在本公开的范围内。尽管标准线圈器件100的尺度(即长度、宽度和高度)是获得良好性能的重要设计参数，但是标准线圈器件100可以具有确保使用期间的最佳性能的任何形状或尺寸。
标准线圈器件100形成平面螺旋。为了形成谐振电路，在A和B之间具有电容的RFID芯片102必须连接到线圈的两端C和D，该线圈以期望的频率谐振或接近期望的频率谐振。在此简化电路中，电阻的影响已被忽略，因为它们主要影响品质因数。此外，在该电路中，工作频率是当A和B之间的电感与C和D之间的电感谐振时的频率。
另外，根据用户的需求和期望，标准线圈器件100特别适用于超高频(UHF)和高频(HF)标签。因此，本说明书对此进行了具体参考。然而，应当认识到，本发明主题的各方面也同样适用于本领域中已知的其他类似应用。
此外，可以通过多种方式来实现标准HF RFID标签中的连接。例如，如图2所示，可以添加附加导体电桥200以允许RFID芯片102连接到线圈器件100的内部和外部。具体地，附加导体200形成从线圈器件100的中心到RFID芯片102的外部的电桥，以进行连接并建立导电桥。
可替代地，如图2B所示，RFID芯片102可以被放置在条带202上，然后条带202自身桥接线圈器件100以允许连接到两端。因此，条带202承载RFID芯片102，并且被定位成形成从线圈器件100的中心到RFID芯片102的外部的电桥。因此，在图2A和图2B所示的两种方法中，需要制作附加的接头(表现为电桥200或条带202的形式)以完成谐振电路，并且电桥200或条带202必须被制作得足够大以横跨线圈器件100的宽度。
然而，所公开的平面导体器件自身折叠以创建线圈，该线圈附连到RFID芯片以形成RFID标签。线圈是通过折叠平面组件而形成的，该平面组件允许在简单的平面组件上有单个接头以创建RFID标签。由于不需要电桥或条带，因此平面导体器件可以由纸和铝箔或本领域已知的任何其他合适的材料制成，其中最少量的其他材料可以提高其可回收性。
图3示出了平面器件300的基本结构。平面器件300包括曲折的导电迹线304。曲折的导电迹线304通过许多合适的手段形成，例如蚀刻、激光切割、冲切(die cutting)或本领域中已知的用于产生导电迹线的任何其他合适的手段。如图3所示，RFID芯片302连接到平面器件300。具体地，RFID芯片302通过直接芯片附连、条带或本领域中已知的任何其他合适的手段连接到平面器件300。然后将平面器件300折叠成手风琴式或风琴式折叠物、锯齿形折叠物或Z形折叠物。具体地，平面器件300以风琴状方式被折叠成连续的平行布置，其中以锯齿形折叠方式在正面和背面交替地形成折痕。在折叠之后检查器件300，用户现在具有在Z方向上的螺旋导体，形成螺线管线圈，并且其两端连接到RFID芯片302。该器件300可以用作谐振RFID标签。
图4示出了承载平面天线的薄片400如何在贯穿薄片的方向上折叠以形成手风琴状线圈元件404。通常，在折叠之前以平面状态施加RFID芯片402。然后，薄片400在贯穿薄片方向上被折叠以形成手风琴状线圈元件404。然后将手风琴状线圈元件404压平以创建可印刷的表面。
图5示出了承载平面天线的薄片500在薄片方向上被折叠以形成线圈条带502。同样地，通常在折叠之前以平面状态施加RFID芯片504。然后，在薄片500的方向上折叠薄片500以形成手风琴状线圈条带502。然后可以将手风琴状线圈条带502压平以创建可印刷的表面。
图6示出了平面器件600，其在被折叠时产生串联的两个相邻线圈602。当读取器系统使电流均等地流过线圈时，这些线圈允许通过两个读取区块(每个线圈上有一个区块)和两者之间的无效区块实现电感的增加。诸如折叠时线圈之间的间距之类的变量可以改变以适合用户的偏好。此外，顺时针和逆时针缠绕线圈会创建一个公共场，该公共场产生差分电压。因此，当以给定的面积和厚度折叠时，该结构实质上用平面器件600的长度换以匝数，因为每一匝都增加了平面器件600的厚度。这种增加的厚度潜在地使其适合于诸如交通票务的额外应用。此外，压缩线圈的方式会改变结构的频率，因此潜在地使用正确的粘合剂，可以使用夹持压力(nip pressure)来调整生产中的RFID标签以消除不期望的变化。
通常，所公开的器件和方法产生非常薄的矩形线圈，例如大约1.0毫米厚乘以20毫米长。但是，此线圈是螺线管线圈，不是平面线圈，与平面线圈相比，该器件可以更成功地抵靠金属放置。因此，以平面结构开始且在折叠时与RFID芯片附连的RFID标签可以被移动电话读取。
上面已经描述的内容包括所要求保护的主题的示例。当然，为了描述所要求保护的主题的目的，不可能描述部件或方法的每种可能的组合，但是本领域普通技术人员将认识到，所要求保护的主题的许多进一步的组合和排列是可能的。因此，要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求的精神和范围内的所有这样的改变、修改和变化。此外，就在详细描述或权利要求中使用术语“包括”的程度而言，该术语旨在以与术语“包含”相似的方式是包容性的，因为在权利要求中被用作过渡词时，“包含”被解释为是包容性的。

Claims (19)

1.一种形成射频识别RFID标签的器件，包括：
导体部件；和
固定到所述导体部件上的RFID芯片，其中所述导体部件被折叠以形成所述RFID标签。
2.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件是平面的。
3.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件被折叠成手风琴式折叠物。
4.根据权利要求1所述的器件，其中经折叠的所述导体部件形成螺线管线圈。
5.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件包括曲折的导电迹线。
6.根据权利要求5所述的器件，其中所述曲折的导电迹线是通过蚀刻、激光切割或冲切中的至少一种形成的。
7.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件包括纸或铝箔。
8.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件在贯穿薄片方向上折叠以形成手风琴式线圈元件。
9.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件在薄片方向上折叠以形成手风琴式线圈元件。
10.根据权利要求1所述的器件，其中所述导体部件被折叠以产生至少两个相邻线圈，其中所述至少两个相邻线圈是串联的。
11.一种形成射频识别RFID标签的器件，包括：
平面导体部件；和
固定到所述导体部件上的RFID芯片；并且
其中所述平面导体部件在贯穿薄片方向上折叠以形成RFID标签。
12.根据权利要求12所述的器件，其中所述平面导体部件被折叠成手风琴式折叠物。
13.根据权利要求13所述的器件，其中经折叠的所述平面导体部件形成螺线管线圈。
14.根据权利要求12所述的器件，其中所述平面导体部件包括曲折的导电迹线。
15.根据权利要求15所述的器件，其中所述曲折的导电迹线是通过蚀刻、激光切割或冲切中的至少一种形成的。
16.根据权利要求12所述的器件，其中所述平面导体部件包含纸或铝箔。
17.一种形成射频识别RFID标签的器件，包括：
平面导体部件；和
固定到所述平面导体部件上的RFID芯片，其中所述平面导体部件被折叠以产生串联的两个相邻线圈。
18.根据权利要求18所述的器件，其中所述两个相邻线圈产生两个读取区块，在所述两个相邻线圈中的每一个上方有一个读取区块。
19.根据权利要求19所述的器件，其进一步包含在所述两个读取区块之间的无效区块，且电流均等地流经所述两个相邻线圈。
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