CN111758183B - 使用多层结构来提高耐用性的rfid标签 - Google Patents

使用多层结构来提高耐用性的rfid标签 Download PDF

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Abstract

公开了一种多层导体装置，其包括在天线中使用的两个或更多个导体，用于更耐用的射频识别(RFID)标签。导体是电互连的，但机械地分开，因此一个导体的故障不一定会导致另一导体的故障。并且，如果故障发生在天线的不同位置，则通过天线的电流路径将桥接断裂。

Description

使用多层结构来提高耐用性的RFID标签
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月28日提交的美国临时实用专利申请第62/611,273号的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于本文中。
背景技术
本发明总体上涉及用于更耐用的射频识别(“RFID”)标签的多层导体装置。具体来说，该装置制造了具有不同路径的容错冗余天线，以使射频(“RF”)电流流过。本主题特别适用于服装、制服和其他服装。因此，本说明书对此进行了具体参考。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。
RFID是使用电磁能量(“EM能量”)来刺激响应装置(称为RFID“标签”或应答器)以识别其自身，并且在某些情况下，提供附加存储的数据。RFID标签通常包括通常被称为“芯片”的半导体装置，在其上形成存储器和操作电路，该存储器和操作电路与天线连接。通常，RFID标签充当应答器，响应于从读取器(也称为询问器)接收到的RF询问信号，提供存储在芯片存储器中的信息。在无源RFID装置的情况下，询问信号的能量还提供了操作RFID装置所需的能量。
RFID标签可以被结合到或附着到要追踪的物品。在某些情况下，标签可以通过粘合剂、胶带或其他方式附着到物品的外部，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，或缝在衣服上。RFID标签用唯一的识别号制造，该唯一的识别号通常是几个字节的简单序列号，并带有校验位。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/标识号，制造商保证每个序列号仅使用一次。这样的只读RFID标签通常永久性地附着到要跟踪的物品，并且一旦附着，标签的序列号就与其在计算机数据库中的宿主物品相关联。
然而，作为用于衣物或其他物品的预处理方法和/或常规清洁方法的一部分，并入衣物或其他物品中的RFID标签可能会受到热、化学侵蚀和/或机械力的作用。例如，诸如石材洗涤牛仔布、消费者洗涤牛仔布和/或工业洗涤或干洗的处理都可以应用于衣物和其他物品。此外，所有这些处理和清洁方法都可能在RFID标签天线的各个部分引起破裂和/或断裂。现有技术的装置通过使导体更厚来解决该问题，例如将导体的厚度从15微米增加到30微米。但是，一旦开始出现断裂或破裂，即使导体是由较厚的结构制成的，断裂也会通过导体传播。
本发明公开了一种多层导体装置，其包括在天线中使用的两个或更多个导体，用于更耐用的RFID标签。导体是电互连的，但机械地分开，因此一个导体的故障不一定会导致另一导体的故障。并且，如果故障发生在天线的不同位置，则通过天线的电流路径将桥接断裂。
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，并且无意于标识关键/重要元素或描绘其范围。其唯一目的是以简化的形式提出一些概念，作为稍后提出的更详细描述的序言。
本文公开和要求保护的主题，在其一个方面，包括一种多层导体装置，该多层导体装置包括在天线中使用用于更耐用的RFID标签的两个或更多个导体。导体相互电连接，但机械上分开，以创建具有容错能力的冗余天线，该天线具有用于RF电流流动的不同路径。因此，一个导体中的故障不一定会导致另一导体中的故障，并且如果该故障发生在天线上的不同位置，则通过天线的电流路径将桥接该断裂。
在优选的实施例中，两个或更多个导体沿着导体通过居间电介质间隔开地连接或压接在一起。在另一个实施例中，两个或更多个导体通过薄电介质经由电容间隔开地连接在一起。在这两个实施例中，一个导体的故障不一定会导致另一导体的故障。此外，如果断裂发生在导体结构的不同点，则电流路径仍会在两个导体中均出现故障的情况下工作。
另外，可以修改导体以确保在应变下导体中的断裂发生在不同的位置。具体地，导体可以在不同位置包括孔口，导体可以用粘合剂夹在一起，或者导体可以通过一系列的压接部(crimp)或经由薄电介质通过电容来互连。
为了实现前述和相关目的，本文结合以下描述和附图描述了所公开的创新的某些说明性方面。然而，这些方面仅指示可以采用本文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物。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的用于更耐用的RFID标签的多层导体装置的俯视透视图。
图2A示出了多层导体装置的替代结构的俯视透视图，其中，根据所公开的架构，导体之间的连接沿着导体以一定间隔进行。
图2B示出了根据所公开的架构的经由压接部连接的导体以及其中一个导体中的单个断裂的俯视透视图。
图2C示出了根据所公开的架构的经由压接部而连接的导体和导体在不同点处的多个断裂的俯视透视图。
图3A示出了根据所公开的架构的多层导体装置的替代结构的俯视透视图，其中，导体与薄电介质经由电容耦合。
图3B示出了根据所公开的架构的经由电容器连接的导体以及其中一个导体中的单个断裂的俯视透视图。
图3C示出了根据所公开的架构的经由电容器连接的导体以及导体在不同点处的多个断裂的俯视透视图。
图4示出了根据所公开的架构的多层导体装置的替代结构的俯视透视图，其中，导体在其中的不同位置处具有孔口。
图5A示出了根据所公开的架构的多层导体装置的侧透视图，其中粘合剂和RFID带被放置在两个天线/导体之间。
图5B示出了根据所公开的架构的多层导体装置的俯视透视图，其中粘合剂和RFID带位于两个天线/导体之间。
图6示出了根据所公开的架构的多层导体装置的俯视透视图，其中，导体之间的压接或焊接为RFID带提供了机械保护。
图7示出了根据所公开的架构的用于具有线圈天线的高频(HF)RFID标签的多层导体装置的俯视透视图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明，其中，贯穿全文，相似的附图标记用于指代相似的元件。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创新。在其他实例中，以框图形式示出了公知的结构和装置以便于对其进行描述。
本发明公开了一种多层导体装置，其包括在天线中使用用于更耐用的RFID标签的两个或更多个导体。导体是电互连的，但机械地分开，因此一个导体的故障不一定会导致另一导体的故障。并且，如果故障发生在天线的不同位置，则通过天线的电流路径将桥接断裂。
首先参考附图，图1示出了用于更耐用的RFID标签的多层导体装置100。多层导体装置100包括第一导体102和第二导体104，并且电介质106位于导体102和104之间。导体102和104可以是本领域已知的任何合适的导体。此外，可以有任意数量的连接在一起的导体(即，该装置不仅限于两个导体)，以为流过这些导体的电流创建多种的路径。通常，导体102和104可以是本领域中已知的任何合适的尺寸、形状和构造，而不影响本发明的整体概念。本领域的普通技术人员将理解，如图1所示的导体102和104的形状和尺寸仅出于说明性目的，并且导体102和104的许多其他形状和尺寸也完全在本公开的范围内。尽管导体102和104的尺寸(即长度、宽度和高度)是获得良好性能的重要设计参数，但是导体102和104可以是确保使用期间最佳性能的任何形状或尺寸。
此外，导体102和104在它们各自的端部109和110处通过用于连接导体102和104的任何合适的装置连接在一起108，以形成电流沿着导体102和104流动的不同路径。如果在第一导体102中发生断裂，则电流仍可以沿第二导体104流动而不会中断。因此，如图1所示，如果在第一导体102中发生断裂112，则电流沿着第二导体104流到第一导体102和第二导体104接合的点108。因此，如果电流是用于RFID标签的天线的一部分或天线与RFID装置之间的连接的一部分时，RFID标签的工作将在相同或缩小的范围内继续进行，尽管范围的缩小程度比不同路径不可用的情况下要小。
在如图2A所示的另一个实施例中，公开了一种多层导体装置200，其包括第一导体202和第二导体204，其中至少一个电介质206位于导体202和204之间。此外，第一导体202和第二导体204以一定间隔沿导体202和204连接在一起。导体202和204之间通过居间电介质206的这些连接208可以通过本领域中已知的任何合适的方式来形成，例如压接、焊接或在导体中形成带有涂有织物的内壁的孔。在本申请中，这样的连接被称为“压接”208。由于在导体202、204之间的许多点处存在连接/压接208，所以不需要始终都与导体202和204都进行连接。例如，当导体202和204是RFID标签天线的一部分时，可能RFID装置直接连接到第一导体202，并且到第二导体204的连接是通过与RFID装置相邻的压接部208进行的。
另外，如图2B所示，多层导体装置200被示为在第一导体202中具有单个断裂210。然而，由于多层导体装置200包括多个连接/压接208，因此电流F沿着导体202和204流动不中断。具体地，图2B示出了电流F如何沿着包含压接部208的路径行进，该压接部208绕过第一导体202中的断裂210，从而允许电流流向第二导体204，从而允许RFID标签工作。
如图2C所示，示出了多层导体装置200在第一导体202和第二导体204中均具有断裂212。然而，由于多层导体装置200包括多个压接部208，因此电流F沿着导体202和204流动不中断。具体地，图2C示出了电流F如何沿着包含压接部208的路径行进，该压接部208绕过第一导体202和第二导体204中的断裂212，从而允许RFID标签工作。
在图3A所示的替代实施例中，公开了一种多层导体装置300，其包括经由薄电介质306耦合在一起的第一导体302和第二导体304。薄电介质306可以是本领域中已知的任何合适的电介质。此外，导体302和304经由电容与薄电介质306耦合。虽然图3A示出了一系列分立电容器308，但是多层导体装置300的电容不限于特定位置，而是包括如本领域已知的任何合适的电容器308的放置和数量。
另外，如图3B所示，多层导体装置300被示为在第一导体302中具有单个断裂310。然而，由于多层导体装置300包括与电容器308的多个耦合，因此电流F沿着导体302和304流动不中断。具体地，图3B示出了电流F如何沿着经由分布式层间电容308的路径行进来桥接由第一导体302中的断裂310引起的间隙，从而允许电流F继续流过导体302和304，并且允许电流RFID标签工作。
如图3C所示，多层导体装置300被示为在第一导体302和第二导体304中均具有断裂312。然而，由于多层导体装置300包括与电容器308的多个耦合，因此电流F沿着导体302和304流动不中断。具体地，图3C示出了电流F如何沿着经由分布层间电容308的路径行进来桥接由导体302和304中的断裂312引起的间隙，从而允许电流继续流过导体302和304，并且允许RFID标签工作。
当在沿着导体的不同点处发生断裂(或故障)时，所有以上公开的多层导体装置均最佳地表现。因此，为了确保断裂发生在沿着导体的不同点，可以对导体进行修改。这些修改确保了在应变、弯曲等情况下，断裂将发生在不同的位置，并且RFID标签将继续起作用。
如图4所示，本发明的一个实施例公开了在顶部导体400和底部导体402上的不同位置处在其中制造有孔口404或孔隙或孔的导体400和402。可以使用其他合适的方法来修改导体400和402，例如在导体400和402上压花或穿孔或采用本领域已知的任何其他合适的方法。因此，导体400和402中的断裂将倾向于在孔口404之间发生，并且由于孔口404在不同的位置，所以该断裂不太可能在相同的位置，从而允许在图2-3中公开的桥接策略才能更有效。
在图5A-B所示的替代实施例中，天线/导体504和506的导体图案的两个副本用在它们之间的粘合剂508或本领域中已知的其他合适的材料夹在一起。然后将天线504和506的导电图案的两个副本放置在介电层500和502或其他合适的材料层之间。并且，将RFID带/插入器510放置在粘合剂层508中，通过电容或压接耦合到天线504和506的两个副本。将两个天线/导体504和506耦合在一起的材料(层)的性质可以帮助保护装置。例如，如果材料是弹性材料，则在弯曲或拉动装置时，来自一层的机械应力会与另一层解耦，因此，在同一点上天线504和506同时失效的可能性极不可能。此外，通过夹在两个天线504和506之间，可以很好地保护RFID带510免受洗涤、佩戴等引起的损坏。
图6示出了另一个实施例，其中导体(天线)602和604之间的附加压接或焊缝600为用作RFID标签608的一部分的RFID带606提供了机械保护和导电路径多样性。具体地，RFID带606是定位在两个导体602和604之间。导体602和604然后通过附加的压接或焊缝600互连，以机械地保护RFID带606。
图7示出了利用高频(HF)RFID标签700的本发明的另一实施例。在此，在电介质706的任一侧上提供具有相同图案的两个导体(或线圈天线)702和704。电介质706用作机械分离器。线圈天线702和704然后通过沿着环的导电迹线的一系列压接708互连，因此，如前所述，导体(线圈天线)702和704中的断裂可以被桥接。另一个优点是减小了线圈天线702和704的总电阻。此外，尽管已经示出了在导体702和704的顶部和底部之间具有压接708的结构，但是也可以使用经由薄电介质的电容。
上面已经描述的内容包括所要求保护的主题的示例。当然，不可能为了描述所要求保护的主题的目的而描述组件或方法的每种可能的组合，但是本领域的普通技术人员可以认识到，所要求保护的主题的许多进一步的组合和置换是可能的。因此，要求保护的主题旨在涵盖落入所附权利要求书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，该术语旨在以当在权利要求中用作过渡词时解释“包含”时类似于术语“包含”的方式是包含性的。

Claims (17)

1.一种用于耐用的射频识别标签的多层导体装置，包括：
第一导体；
第二导体；和
电介质，位于所述第一导体和第二导体之间，其中，所述第一导体和第二导体沿着所述第一导体和所述第二导体并沿着电流方向以多个间隔地且在其端部连接在一起以形成不同的电流路径，并且其中，所述第一导体和所述第二导体用薄电介质经由电容而连接在一起。
2.根据权利要求1所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体通过所述电介质连接在一起。
3.根据权利要求1所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体经由压接、焊接或在所述第一导体和第二导体中形成孔中的至少一种而连接在一起。
4.根据权利要求1所述的多层导体装置，其中，至少一个电容器位于所述第一导体和所述第二导体之间。
5.根据权利要求1所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体中的每一个包括至少一个孔口。
6.根据权利要求1所述的多层导体装置，还包括位于所述第一导体和所述第二导体之间的粘合剂。
7.根据权利要求1所述的多层导体装置，还包括定位在所述第一导体和第二导体之间的RFID带。
8.根据权利要求7所述的多层导体装置，还包括在所述第一导体和所述第二导体之间的压接部，所述压接部保护所述RFID带。
9.一种用于耐用的射频识别标签的多层导体装置，包括：
第一导体；
第二导体；和
位于第一导体和第二导体之间的居间电介质，其中，所述第一导体和第二导体通过所述居间电介质经由压接部沿着第一导体和第二导体并沿着电流方向以多个间隔地连接在一起，从而形成电流沿着第一导体和第二导体流动的不同路径，并且其中，所述第一导体和所述第二导体用薄电介质经由电容而连接在一起。
10.根据权利要求9所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体中的每一个在沿着所述第一导体和所述第二导体的不同位置处包括孔口。
11.根据权利要求9所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体包括位于所述第一导体和所述第二导体之间的两个天线。
12.根据权利要求11所述的多层导体装置，其中，所述两个天线包括夹在所述两个天线之间的RFID带。
13.根据权利要求12所述的多层导体装置，还包括在所述第一导体和所述第二导体之间的压接部，所述压接部保护所述RFID带不受损坏。
14.一种用于耐用的射频识别标签的多层导体装置，包括：
第一导体；和
第二导体，
其中，第一导体和第二导体通过薄电介质经由电容而连接在一起，
其中，第一导体和第二导体通过沿着所述第一导体和所述第二导体并沿着电流方向的一系列压接部而互连；
并且，其中，多个电容器沿着第一导体和第二导体中的每一个定位以形成不同的电流路径。
15.根据权利要求14所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体中的每一个包括在沿着所述第一导体和所述第二导体的不同位置处的孔口。
16.根据权利要求14所述的多层导体装置，其中，所述射频识别标签是具有线圈天线的高频(HF)射频识别标签。
17.根据权利要求16所述的多层导体装置，其中，所述第一导体和所述第二导体中的每一个均包括与所述线圈天线相同并且位于所述薄电介质的任一侧的图案。
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