CN113302618A - 电子标签 - Google Patents

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Abstract

一种电容耦合射频识别RFID标签和读取该标签的方法，该标签包括半导体基底，该半导体基底具有第一平面和远离第一平面的第二平面。金属焊盘形成在该半导体基底的该第一平面上。电路形成在半导体基底上并与金属焊盘和半导体基底的第二平面电气连接，该电路被配置为通过提供数据信号来响应射频RF输入信号，数据信号通过改变金属焊盘和半导体基底的第二平面之间的阻抗而编码。

Description

电子标签
技术领域
本发明涉及一种电容耦合RFID(射频识别)标签及其运行方法。
背景技术
电容耦合标签(CC-标签或CCT)在提供真实性和追踪功能的同时，也提供更高的安全性。在安全性和真实性至关重要的情况下，这项技术被广泛用于追踪文物。然而，当CC-标签的尺寸可以缩小，其效率可以提高时，潜在的应用数量就会增加。
存在其他类型的RFID标签，这些标签可以包括用于接收来自读取器的RF(射频)信号的天线，以便为装置供电，并使用同一天线以信号进行响应。然而，使用这种天线会增加装置的尺寸，并增加制造的复杂性，因此限制了装置的应用。此外，这种天线可能会引入导致装置不那么稳健的故障点。CC-标签不使用天线，而是通过改变其阻抗与读取器提供的RF信号相互作用，这影响到读取器产生的电场，电场反过来又被读取器检测到。当这种阻抗变化被调制时，这种调制可以被解码以提供数据(例如CC-标签的标识符)。
文献“0.075x0.075mm2 Ultra-Small 7.5μm Ultra-Thin RFID-Chip MountingTechnology”(Hideyuki Noda和Mitsuo Usami，978-14244-2231-9/08，2008年IEEE，2008年电子元器件和技术会议，第366-370页)描述了包括天线的小型RFID芯片的制造。然而，这种RFID芯片的制造，特别是大规模的制造，带来了技术上的困难，这会降低制造过程中的成品率，增加故障率。
文献“Powder RFID Chip Technology”(Mitsuo Usami，株式会社日立制作所，978-1-4244-2342-2/08，2008年IEEE，第1220-1223页)描述了另一种小型RFID标签及其制造方法，这同样需要在RFID芯片上放置天线结构。这将标签的尺寸限制在较低的限度内。
文献“26.6–A 0.05x0.05mm2 RFID Chip with Easily Scaled-Down ID-Memory”(Mitsuo Usami、Hisao Tanabe、Akira Sato、Isao Sakama、Yukio Maki、ToshiakiIwamatsu、Takashi Ipposhi、Yasuo Inoue，日立，ISSCC 2007/SESSION26/NON-VOLATILEMEMORIES/26.6，1-4244-0852-0/07，2007年IEEE，第482-483页)描述了一种具有唯一IP地址的RFID芯片，它使用双面电极。
另一个要求是，RFID标签可以在存在其他RFID标签的情况下被读取。对于非常小的RFID标签来说，这可能特别困难，因为这些标签可嵌入到堆叠或紧挨放置在一起的许多独立的物品中。
因此，需要一种电容耦合标签和运行方法以克服这些问题。
发明内容
本发明提供了一种电容耦合RFID标签(CC-标签或RFID标签)，它很薄(例如厚度为100μm、50μm或更小)，形成在半导体基底上，例如硅，其一个表面覆盖着金属层(例如铝上的金)，另一相对表面是裸露的半导体表面，所述表面共同起到可调谐的阻抗的作用。半导体基底上或内部的电路或芯片(如集成电路IC)控制着装置，并如外部读取器(以电学方式)所看到的改变其电气性能，该读取器通常使用电极将电场施加在CC-标签上。CC-标签由外部施加的RF电场供电，并通过改变其电气性能(特别是其阻抗)对电场的存在进行响应。CC-标签电容耦合到读取器，集成电路调制其电气性能以编码数据信号，其由读取器解码。通过改变金属层和相对的半导体层之间的阻抗来改变电气性能。
当一个以上或一叠这样的CC-标签被放置在由读取器产生的电场内时，那么只有其中一个CC-标签被配置为响应。在示例性实施方案中，其余的CC-标签可以通过例如在金属表面和相对的半导体表面之间施加短路来降低它们的阻抗(例如静态的)，这样每个CC-标签可以依次和孤立地响应并通过调制RF输入信号来提供其输出信号。
本发明还提供了一种制造电容耦合RFID标签的方法，即，提供具有相对平面的半导体基底(例如硅)，在其中一个平面上施加金属层，并在另一个平面上或内部(例如使用光刻技术)形成本说明书中所述的电路(例如CMOS电路)。优选地，厚度(即相对的平面之间的距离)等于或小于50μm(或25μm、100μm或150μm)。基底可以是方形、矩形或其他形状。优选地，基底和最终的装置的宽度和/或长度在50至700μm之间。
这些概念的应用包括但不限于钞票、签证、邮票、官方文件、全息图、铝箔、任何种类的香烟和烟草制品(如标准香烟和电子烟)、瓶子、标签、食品、食品包装、片剂和其他医药产品(包括其涂层和包装)以及其他需要这种小型和微米级厚度解决方案的包装类型。CC-标签可以被嵌入或粘合在这类物品上。
在前文描述的背景下，根据第一方面，提供了一种电容耦合射频识别RFID标签(例如CC-标签)，包括：
半导体基底，具有第一平面和远离第一平面的第二平面；
金属焊盘，形成在半导体基底的第一平面上；
电路，形成在半导体基底上并与金属焊盘和半导体基底的第二平面电气连接的，该电路被配置为通过提供数据信号来响应射频RF输入信号，数据信号通过改变金属焊盘和半导体基底的第二平面之间的阻抗而编码。在一侧提供金属焊盘并且在另一侧具有半导体表面，减少了制造的复杂性(例如，比起可能在每一侧都有金属焊盘的CC-标签)，因为半导体表面是由基底提供的，同时允许相对的表面提供电容，电容可以通过改变表面之间的装置的阻抗来改变。例如，平面可以是平坦的或弯曲的(例如，为了适应附着标签的物体的形状)，同时不影响标签的功能。
优选地，所述数据信号可以通过改变金属焊盘和半导体基底的第二平面之间的阻抗从而调制RF输入信号来编码。这使得RF输入信号既可用于给装置供电，又可被读取器解码。
优选地，RF输入信号可由外部读取器提供。
有利地，电路进一步被配置为由RF输入信号供电。
有利地，电路可进一步被配置为对在RF输入信号内编码的信号进行解码，以及其中数据信号被提供以响应解码信号。电路可选地包括少量的功率储存(例如电容器)，从而以很短的时间储存由RF输入信号产生的功率。
可选地，电路通过改变RF输入信号的频率、振幅和/或相位或任何其他电气特性来调制该信号。
可选地，电路可以形成在半导体基底的第二平面上或嵌入其中。
可选地，电路可被配置为通过在金属焊盘和半导体基底的第二平面之间施加短路来改变金属焊盘和半导体基底的第二平面之间的电阻抗。
可选地，金属焊盘的外表面与半导体基底的第二平面之间的距离等于或小于50μm。这可以被描述为CC-标签的厚度。例如，可替换地，该厚度可以小于或等于10μm、25μm、100μm或150μm。例如，CC-标签可以有基本正方形或矩形的横截面。
可选地，电路可进一步被配置为检测另外一个或多个电容耦合RFID标签(例如相同类型)的存在，并作为响应，停止提供数据信号。这可以防止信号的冲突，并允许依次读取多个CC-标签，而不必每次只有一个CC-标签在读取器的范围内。
可选地，电路可被配置为通过在金属焊盘和半导体基底的第二平面之间施加短路来停止提供数据信号。这有效地使“断开的”的(多个)CC-标签对读取器(电气)不可见。
可选地，电路可被配置为停止提供数据信号，直到另外一个或多个电容耦合RFID标签已经提供其数据信号。
可选地，电路可进一步被配置为根据防冲突(即防止它们的数据信号冲突)协议停止提供数据信号。
可选地，防冲突协议可以根据以下而基于一个或多个电容耦合RFID标签之间的通信：
根据预先确定的响应顺序、根据一个或多个电容耦合RFID标签之间的协商响应、或随机数字发生器。这种防冲突协议可不依赖于CC-标签之间的直接通信，但这些通信可穿过读取器，或者根本不依赖于通信。
可选地，第一平面可以与第二平面平行。只要这些面能产生电容，也可以使用其他配置。
可选地，电容耦合RFID标签是柔性的。这可包括与CC-标签的宽度或长度相当的弯曲半径。因此，CC-标签可以被嵌入或附接到柔性物品上，且损坏的风险较小。
可选地，电容耦合RFID标签还可包括金属板。这可将读取器的电极与标签不面向读取器的一侧耦合。因此，这就避免了需要在标签的相对侧设置读取器电极。
可选地，电容耦合RFID标签还可包括在所述标签和金属板之间结合的绝缘体。
可选地，绝缘体可结合至标签的金属焊盘。结合可以通过粘合剂或其他合适的方法实现。
可选地，绝缘体可结合至半导体基底的第二平面。
可选地，金属板可以是弯曲的。因此，金属板可以适应物品，例如圆柱形或球形物品。
可选地，金属板可以延伸到金属焊盘和/或半导体基底的至少一个边缘之外。
根据第二方面，提供了一种物品，具有嵌入其中的根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签。
可选地，物品的表面与电容耦合RFID标签的第一平面平行或基本平行。这对扁平的平面和/或柔性的物体很有用。
可选地，物品可以由纸形成，由塑料材料形成，是纸币、护照、身份证、税票、香烟、电子烟、标签、片剂(如药品)、饮料胶囊、咖啡胶囊、茶胶囊和/或法律文件。
根据第三方面，提供了一种与多个电容耦合RFID标签进行通信的方法，该方法包括以下步骤：
将射频RF输入信号施加至所述多个电容耦合RFID标签；
由所述多个电容耦合RFID标签中的一个电容耦合RFID标签、通过改变其阻抗来响应所施加的RF输入，所改变的阻抗对数据信号进行编码；
检测由改变所述多个电容耦合RFID标签中的一个电容耦合RFID标签的阻抗引起的所述RF输入信号的变化，所述变化对所述数据信号进行编码；
根据所述RF输入信号的变化对所述数据信号进行解码；
所述一个电容耦合RFID标签改变其阻抗，而所述多个电容耦合RFID标签中不进行响应的电容耦合RFID标签降低其阻抗。也可以使用读取上述CC-标签的其他方法。
可选地，RF输入信号的变化是可以频率、振幅和/或相位的变化。
优选地，该方法还可包括以下步骤：使用防冲突协议来确定多个电容耦合RFID标签中的哪一个通过改变其阻抗来响应射频。
可选地，多个电容耦合RFID标签可以相互上下堆叠，或以其他方式相互靠近地放置。
根据第四方面，提供了一种计算机程序，包括程序指令，当在计算机上执行时，使计算机执行如上所述的方法。
根据第五方面，提供了一种带有如上所述的计算机程序的计算机可读介质。
根据第六方面，提供了一种系统，包括：
上述一个或多个电容耦合RFID标签中的任一个；以及
读取器，包括RF信号发生器和解码器，被配置为对数据信号进行解码。
可选地，读取器还可包括：
第一电极，配置为与所述标签的金属焊盘和/或半导体基底对齐；以及
第二电极，配置为与金属板的部分对齐，该部分延伸到金属焊盘和/或半导体基底的至少一个边缘之外。例如，这个系统可以包括具有金属板的标签，该金属板延伸到基底或金属焊盘或延伸到其之外。
可选地，金属板可由盒、罐、咖啡胶囊、茶胶囊或饮料胶囊的金属包装形成。因此，所述装置的制造可以简化，并且所述标签可以更有效地使用和应用于金属物品。
可选地，第一电极和/或第二电极可以是弯曲的。因此，电极例如可以适应圆柱形或球形物体(例如香烟或电子烟)。
上述方法可以作为计算机程序来实现，该计算机程序包括操作计算机的程序指令。该计算机程序可以存储在计算机可读介质上。
计算机系统(例如实施在集成电路内)可以包括一个或多个处理器(例如本地、虚拟或基于云的处理器)，如中央处理器(CPU)、和/或单个或一组图形处理单元(GPU)。所述处理器可以执行软件程序形式的逻辑。计算机系统可以包括存储器，其包括易失性和非易失性存储介质。可以包括计算机可读介质来存储逻辑或程序指令。该系统的不同部分可以使用网络(如无线网络和有线网络)来连接。该计算机系统可包括一个或多个接口。该计算机系统可包含合适的操作系统，例如UNIX、Windows(RTM)或Linux。
应该指出的是，上述任何特征都可以用于本发明的任何特定方面或实施例。
附图说明
本发明可以以多种方式付诸实施，现在将仅以举例的方式并参照附图来描述实施例，其中：
图1示出了被读取器读取的电容耦合RFID标签的示意图；
图2示出了被读取器读取的多个图1中的电容耦合RFID标签的示意图；
图3示出了被读取器读取的另一电容耦合RFID标签的示意图；
图4示出了被读取器读取的另一电容耦合RFID标签的示意图；
图5示出了系统的示意图，其包括应用于香烟或电子烟(或其他物体)的图1至图4中的电容耦合RFID标签和读取器中的任何一个；
图6a示出了应用于香烟或电子烟时图5的电容耦合RFID标签的剖面图；
图6b示出了图6a的香烟或电子烟和读取器电极的示意图；以及
图7示出了被读取器读取的另外的多个电容耦合RFID标签(每个都附接至物品上)的示意图。
应该注意的是，为简单起见示出附图，附图不必按比例绘制。相同的特征具有相同的附图标记。
具体实施方式
根据示例实施方式，电容耦合标签(CC-标签)是基于单个集成电路(IC)的射频识别系统(RFID)。在普通的应用中，集成电路是一块单晶硅，其单侧通过不同的步骤进行功能化，以集成电子元件，例如但不限于通过金属层连接的电阻、电容、二极管、晶体管等。
由于这些元件的尺寸较小，与集成电路的电气连接是利用若干“焊盘”或金属层来提供，这些“焊盘”或金属层足够大以与较小的导线或探针连接。这些“焊盘”通常被放置在集成电路的功能化一侧。
集成IC的背侧通常与接地基准相连，在电子层面上没有特别的意义。在本发明的CC-标签中，一个大的金属焊盘被放置在集成电路IC的功能化一侧，装置的背侧设有第二焊盘。这种结构使装置可以自由地定位在表面上，而不需要任何精确的定位或角度取向，而且无论CC-标签被放置在表面的哪一侧，该装置都可以工作。这个重要特征简化了淀积过程并降低了相关成本。
IC可以使用CMOS(互补金属氧化物半导体)技术(即硅基技术)形成。由于在相同硅基底上同时存在n型和p型MOS，可能会出现众所周知的“锁存”效应。这可能是由CMOS结构中固有的寄生晶闸管引起的，它可以被意外的电压尖峰触发，并在装置的电源的正负触点之间产生短路导通。这种效应通常通过在基底上放置额外的接地触点来减少。由于存在来自背侧焊盘(即半导体)的射频(RF)信号，这种效应对CC-标签来说甚至更强，它可能被连接到IC的虚拟接地。为了避免这种效应，可以在MOS晶体管的附近放置额外的接地触点。作为备选方案，也可以使用其他半导体，例如砷化镓、石墨烯、锗和碳化硅。
在这个CC-标签的示例中，集成电路的背侧(即普通的半导体基底)被用作潜在的电焊盘，并被放置于靠近功能化表面的顶部(相对侧)的第二大焊盘。在这个示例中，结构采取的是薄板的形式(具有第一表面和相对表面)。该系统包括集成电路，顶部具有一个焊盘并且底部具有一个焊盘(或根据任何特定取向而相反)，可以用作专门开发的读取器中的电容板。
读取器可以通过调制的电场(电容耦合)与CC-标签进行通信，而不需要在读取器和标签之间的电气连续性。
标准的RFID标签有其输入级，由作为天线的电感和调谐电容组成，在传输频率上进行调谐，以优化信号传输。相反，CC-标签在输入级只呈现一个电容器。电容器在高频率下呈现出短路行为；这种行为可见的截止频率取决于电容器本身的值和电路的寄生电阻的值。这种方案有重要的优势，因为耦合电容器被要求刚好“足够高”以呈现短路行为，而不需要对电容器本身进行精确调谐。这导致在淀积步骤中对工艺参数波动的依赖性大大降低。
出于同样的原因，CC-标签甚至可以同时在不同的频率下工作，一般来说，频率越高越好。附图中所示的解决方案(下文有更详细的描述)具有若干优点。
-标签制造极为简单、价格便宜并且非常稳健。它可以很容易地与标准集成电路技术一起制造。
-它不需要在要被标记的物品上进行特殊的对准，这反过来又降低了制造的复杂性和成本。
-当CC-标签在堆中时也可对其进行读取，此时它执行标签和读取器的防冲突协议。
CC-标签可以减薄到50μm以下，以形成超薄和柔性的标签，其可以封装在各种应用中，例如但不限于钞票、官方和政府文件、税票、签证、全息图以及任何商品的包装、纸张等。
图1示出了由标签读取器20通电和读取的电容耦合标签10(CC-标签)的示意图。标签读取器20包括通过产生射频(RF)信号而提供电场70的电极30。这个RF信号可以被电容耦合标签10调制和检测。如本图所示，电容耦合标签10的上部或顶部表面10具有金属电极40。电容耦合标签10的相对表面或底部表面是裸露的，形成了半导体电极表面50。在电容耦合标签10的半导体基底的表面内或上的是电路(即集成电路)60(本图中未详细显示)。电场70由读取器20的电极30之间的箭头表示。金属可以是铝、铜、金、银或独立金属层的组合(如铝上的金)。IC可以在没有金属焊盘的CC-标签10的表面(即半导体焊盘表面)上或内部制作。优选地，这些表面是平行和平面的。
图2示出了多个电容耦合标签10的另一示意图，这些标签的形式与图1所示相同。同样，读取器20在其电极30之间施加电场以读取每个电容耦合标签10。该图没有显示任何附接在每个CC-标签10上的物品或基底，以简化该图，但这将是存在的。图7示出了等同的布局，包括附接至CC-标签堆中的每个CC-标签10上的要标记的物品。需要注意的是，CC-标签10不必完全对齐以被读取器读取。
当读取器30的电极之间有一个以上的CC-标签10时，除了一个CC-标签10外，所有的CC-标签10都通过调制入射的RF输入信号(即通过改变其自身的阻抗来提供数据信号)对入射的RF输入信号进行响应。其余的CC-标签可选地例如通过短路其焊盘(金属表面和半导体表面)来降低其阻抗。这使得它们对读取器来说在电学上不可见。当第一CC-标签提供其数据信号后，它就停止调制输入RF信号并短路它自己的焊盘。然后另一个CC-标签通过如上所述地调制输入RF信号对输入RF信号进行响应。所述过程一直持续到所有的CC-标签都提供了它们的数据。因此，CC-标签可以在不降低信号强度的情况下一个堆叠在另一个上面。
独立的CC-标签可以相互通信，以决定哪个将对信号进行响应。这可以使用防冲突算法来实现，该算法可产生随机延迟，导致每个标签的传输时间不同。作为备选方案，不需要通信，并且每个CC-标签可以在不同的(例如随机的)延迟后对输入RF信号进行响应，这大大降低了任何两个CC-标签在同一时间作出响应的风险(实际传输时间与延迟时间相比可能很短)。
例如，通过一个或多个晶体管将其状态从“阻断”变为“饱和”来充当通/断开关，可以实现使焊盘短路。
可以使用另外的备选实施方案。这些备选实施方案可以包括以下备选方案或优点中的任何一个或多个。
·CC-标签10可以嵌入超薄结构或嵌在其表面上(如纸片、钞票、全息图、邮票等)，而不需要任何天线、对准或特殊定位。
·CC-标签10不需要与读取器有金属接触。射频(RF)信号可以从读取器传到CC-标签10，甚至可以穿过绝缘层，只要这些绝缘层很薄(小于1毫米)。
·当读取器处于读取距离内时，CC-标签10可以从读取器获取电能。CC-标签10可以通过调节顶部和底部电极之间的阻抗(通/断开关)进行响应。
·CC-标签10不在电路谐振上工作，并且不存在频率失调问题，因此它对生产参数的波动来说更为稳健。
·只要CC-标签在堆中对齐，CC-标签10就可以在堆中被读取，或者可以使用放置在薄结构上的额外金属层进行电容耦合。
·CC-标签10可配备防冲突解决方案，以避免两个或更多的标签同时与读取器通信。
·当CC-标签10在堆中被读取时，那么它们可以遵循以下过程：
在一定时间内(充电时间)接收来自读取器的电能和数据。
如果标签应该应答，它可调制其阻抗以与读取器通信。
如果标签不应该应答，它可将其输出阻抗降低到低水平(开启)，以允许读取器信号传递给目标应答的标签。
当CC-标签10在堆中被读取时，它们在电气上是相互“串联”的。这意味着施加在堆上的电压按堆中的元件数量被分担。读取器可以提供自适应电压，以便为每个CC-标签10提供足够的电压或功率用以运行。例如，这可涉及将所应用的电场(如电压和/或功率)增加到所有CC-标签都能被供电的水平。应该注意的是，CC-标签10可以以任何取向放在读取器电极之间。例如，第一电极可以向上或向下，第二电极可以向下或向上。放在堆中的不同CC-标签10可以放置在任何取向上，对于同一堆中的CC-标签10来说取向可以不同。
前面的示例描述了CC-标签读取技术，其中标签或一系列标签被“夹住”，或优选地被紧密地置于两个读取器电极(例如读取器的一部分)之间。这种方案特别适用于需要标记的物品，诸如薄的结构，比如纸、钞票等(如图3所示)，CC-标签10位于其上或其中。
在另一示例实施方案中，可以使用“单侧”读出。这个示例实施方案避免了需要在物品任一侧放置读取电极，因此可以用于较大或较厚的物体。这可以通过在物品上的CC-标签10后方增加额外的金属层(诸如例如铝、铜、银或金等合适的导体)来实现，如图4所示。图4示出了定位在物品顶部的CC-标签，但CC-标签也可以定位在物品的侧部或下面。本示例实施方案中使用的CC-标签可以与之前描述的相同或基本相似。
金属层在至少一个方向上延伸或重叠到CC-标签10的范围之外。读取器又使用了两个电极。电极#1被定位在物体上的CC-标签10(和金属层的一部分)之上。电极#2的定位基本上避开CC-标签10，但位于金属层的另一部分之上或与之对齐，所述金属层的另一部分不在CC-标签10的下方或与之对齐。因此，电极可以放置在物品的同一侧，但允许与CC-标签10进行电容耦合。换句话说，读取器、CC-标签10和物品依次排列有第一读取器电极、CC-标签10(例如直接在第一电极下面)、连续金属层和要标记的物品。第二读取器电极与第一电极相邻，第二电极和物品之间有相同的金属层。在示例实施方案中，如图4所示，CC-标签10可以嵌入或部分嵌入放置在金属层上并基本覆盖金属层的绝缘层(例如聚合物或其他电介质)。绝缘层(或其部分可直接位于CC-标签10和金属层之间)。
上文描述了CC-标签10的几个使用示例。另一示例是将CC-标签10(上述任何类型)用于消耗品，如电子烟、饮料胶囊等。图5示出了这方面的示例实施方案，CC-标签10被并入电子烟的一部分(例如可替换的部分，如烟塞或烟棒510)，而读取器(或在本示例中，读取器电极550)置于电子烟的另一部分540中。因此，读取器可以验证它是否有正确或合法的替换部件存在。
在这个示例中，导电电极可印刷在或集成在纸上，例如电子烟的外层纸，CC-标签10集成在空心醋酸盐管或聚合物薄膜过滤器中。读取器电极或电极550可以集成在电子烟的外壳尖端(喷射器侧)。例如，读取器电子部件可以与电子烟的现有控制电子部件集成在同一体积内。
在图5的示例系统中，电极520也可以放置在烟塞510上。然而，CC-标签10也可以在没有这种外部电极的情况下运行。印刷电路板505可用于安装系统的各种部件，以便读取器电极550和相关触点530可以与读取器耦合(例如使用RF通信)。系统的这些部分可以装在壳体580中，并进行电气耦合(例如使用USB连接器570)，以提供与计算机或微处理器560的数据和电源连通性。
图6a更详细地示出了这种CC-标签10如何与香烟或电子烟(或其他圆柱形物体)605一起形成。该图示意性地说明了金属背板或金属板620如何与电子烟605(例如圆柱体)的弯曲表面以及将这个金属板620与CC-标签10分开的绝缘层610相适应。该图还示出了围绕电子烟605和CC-标签10的读取器的电极630。
图6b示意性地说明了这种CC-标签10(具有类似于图4所示的金属背电极或背板金属层)如何在环绕香烟或电子烟605的环形金属读取器电极(550，550')内被读取。这种电极以与上述那些电极类似的方式运行。
这样的CC-标签10(即可由单侧或相邻电极读取器读取的那些CC-标签)在应用于诸如标签、包装、全息图、涂层(如药片涂层)、其他医药产品和不规则或非平面物品时可能更容易读取。图6b示出了金属板620如何延伸到CC-标签10的基底和/或金属焊盘之外，以便一个读取器电极550'覆盖金属板620，但不覆盖CC-标签10的其余部分，而另一个读取器电极550覆盖CC-标签10的其余部分。因此，金属板将信号电容耦合到CC-标签10的远处或相对的电极上(即在其另一侧或与读取器电极所在的相反一侧)。
虽然图5、图6a和图6b示出了在整个说明书中描述的特定CC-标签10，但类似的配置(即电极配置)可用于不同的电容耦合标签。
在示例实施方案中，金属板可以替代地由应用标签的物品或物体的部分或全部形成。例如，物品可以是金属或箔胶囊、盒、罐或纸盒(箱)，里面装有产品。例如，物品可以是一次性的或可重复使用的。这可以是饮料、咖啡或茶的胶囊，具有铝制主体。在这些示例中，物品本身(或至少是金属容器)可以具有与金属板相同的功能，并电容耦合到读取器的一个电极上，从而避免了在CC-标签10的任一侧设置电极的需要，并且在应用于导电物品时也改善了CC-标签10的使用。
所解决的问题例如是将由电容芯片和电极组成的电容式标签集成到烟棒中，用于大批量制造。
电容标签的背电极可以并入纸内，将其卷在烟棒周围(例如，通过金属导体的印制或交错)，将电容芯片冲压在电极顶部(也可以用添加胶粘剂的方式来提高固定强度)，然后用烟嘴用纸卷在组件上，以使电容芯片(CC-标签)固定在适当的位置。
这样的组件具有下述优点，即，可以集成到目前的香烟或电子烟烟棒的制造工艺中。
作为备选方案，背电极也可以集成在空心醋酸盐管、醋酸纤维烟嘴中或聚合物薄膜过滤器冷却器周围(见下文)。然后，电容芯片(即整个说明书中描述的任何CC-标签)可以被冲压到所列的三个部件之一。然后，芯片的位置将由卷绕烟棒的纸来保持。
作为备选方案，并且除了将电极集成在空心醋酸盐管、醋酸纤维烟嘴、聚合物薄膜过滤冷却器周围和纸中的一个，还可以将第二电极集成在卷绕烟棒的纸中，即烟嘴用的纸，而第二电极优选地仅部分覆盖第一电极。在这样的配置中，第一电极与电容芯片(CC-标签)的背电极接触或接近，第二电极与电容芯片的顶部电极接触或接近，导致电容标签(CC-标签)的读取灵敏度提高。
正如技术人员所理解的那样，上述实施例的细节可以在不偏离如所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下进行改变。
例如，CC-标签和读取器可以使用标准的工业、科学和医学(ISM)无线电波段频率(即输入RF信号的频率)来运行。例如，运行频率可以是13.56MHz(或10MHz和15MHz之间)。CC-标签可以在不同的频率下运行(即避免数据信号的冲突)。例如，读取器可以扫描不同的频率。
上述实施例的特征的许多组合、修改或改变对技术人员来说是显而易见的，并旨在构成本发明的一部分。所描述的与一个实施例或示例具体相关的任何特征都可以通过适当的改变用于任何其他实施例。

Claims (35)

1.一种电容耦合射频识别RFID标签，包括：
半导体基底，具有第一平面和远离所述第一平面的第二平面；
金属焊盘，形成在所述半导体基底的所述第一平面上；
电路，形成在所述半导体基底上并与所述金属焊盘和所述半导体基底的所述第二平面电气连接，所述电路被配置为通过提供数据信号来响应射频RF输入信号，所述数据信号通过改变所述金属焊盘和所述半导体基底的所述第二平面之间的阻抗而编码。
2.根据权利要求1所述的电容耦合RFID标签，其中，所述数据信号通过改变所述金属焊盘和所述半导体基底的所述第二平面之间的阻抗从而调制所述RF输入信号来编码。
3.根据权利要求1或2所述的电容耦合RFID标签，其中，所述RF输入信号由外部读取器提供。
4.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路进一步被配置为由所述RF输入信号供电。
5.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路进一步被配置为对在所述RF输入信号内编码的信号进行解码，以及其中所述数据信号被提供以响应所解码的信号。
6.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路通过改变所述RF输入信号的频率、振幅和/或相位对其进行调制。
7.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路形成在所述半导体基底的所述第二平面上。
8.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路被配置为通过在所述金属焊盘和所述半导体基底的所述第二平面之间施加短路来改变所述金属焊盘和所述半导体基底的所述第二平面之间的电阻抗。
9.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述金属焊盘的外表面与所述半导体基底的所述第二平面之间的距离等于或小于100μm。
10.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路进一步被配置为检测另外一个或多个电容耦合RFID标签的存在，以及作为响应，停止提供所述数据信号。
11.根据权利要求10所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路被配置为通过在所述金属焊盘和所述半导体基底的第二平面之间施加短路来停止提供所述数据信号。
12.根据权利要求10或11所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路被配置为停止提供数据信号，直到所述另外一个或多个电容耦合RFID标签已经提供其数据信号。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电路进一步被配置为根据防冲突协议停止提供所述数据信号。
14.根据权利要求13所述的电容耦合RFID标签，其中，所述防冲突协议根据以下而基于所述一个或多个电容耦合RFID标签之间的通信：
根据预先确定的响应顺序、根据所述一个或多个电容耦合RFID标签之间的协商响应、或随机数字发生器。
15.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述第一平面与所述第二平面平行。
16.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，所述电容耦合RFID标签是柔性的。
17.根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签，其中，还包括金属板。
18.根据权利要求17所述的电容耦合RFID标签，还包括在所述标签和所述金属板之间结合的绝缘体。
19.根据权利要求18所述的电容耦合RFID标签，其中，所述绝缘体与所述标签的金属焊盘结合。
20.根据权利要求18所述的电容耦合RFID标签，其中，所述绝缘体与所述半导体基底的所述第二平面结合。
21.根据权利要求17至20中的任一项所述的电容耦合RFID标签，其中，所述金属板是弯曲的。
22.根据权利要求17至21中的任一项所述的电容耦合RFID标签，其中，所述金属板延伸到所述金属焊盘和/或所述半导体基底的至少一个边缘之外。
23.一种物品，具有嵌入其中的根据前述任一项权利要求所述的电容耦合RFID标签。
24.根据权利要求23所述的物品，其中，所述物品的表面与所述电容耦合RFID标签的所述第一平面平行。
25.根据权利要求23或24所述的物品，由纸形成、由塑料材料形成，是纸币、香烟、电子烟、标签、片剂、药品、饮料胶囊、咖啡胶囊、茶胶囊、金属容器、全息图、护照、身份证、税票和/或法律文件。
26.一种与多个电容耦合RFID标签进行通信的方法，所述方法包括以下步骤：
将射频RF输入信号施加至所述多个电容耦合RFID标签；
由所述多个电容耦合RFID标签中的一个电容耦合RFID标签、通过改变其阻抗来响应所施加的RF输入，所改变的阻抗对数据信号进行编码；
检测由改变所述多个电容耦合RFID标签中的一个电容耦合RFID标签的阻抗引起的所述RF输入信号的变化，所述变化对所述数据信号进行编码；
根据所述RF输入信号的变化对所述数据信号进行解码；
当所述一个电容耦合RFID标签改变其阻抗时，所述多个电容耦合RFID标签中不进行响应的电容耦合RFID标签降低其阻抗。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述RF输入信号的变化是频率、振幅和/或相位的变化。
28.根据权利要求26或27所述的方法，还包括以下步骤：
使用防冲突协议来确定所述多个电容耦合RFID标签中的哪一个通过改变其阻抗来响应所述射频。
29.根据权利要求26至28中的任一项所述的方法，其中，所述多个电容耦合RFID标签相互上下堆叠。
30.一种计算机程序，包括程序指令，当在计算机上执行所述程序指令时，使所述计算机执行根据权利要求26至29中的任一项所述的方法。
31.一种计算机可读介质，其带有根据权利要求30所述的计算机程序。
32.一种系统，包括：
根据权利要求1至23中的任一项所述的一个或多个电容耦合RFID标签；和
读取器，包括RF信号发生器和解码器，被配置为对所述数据信号进行解码。
33.根据权利要求32所述的系统，其中，所述电容耦合RFID标签是根据权利要求22所述的电容耦合RFID标签，以及其中，所述读取器还包括：
第一电极，配置为与所述标签的所述金属焊盘和/或所述半导体基底对齐；以及
第二电极，配置为与所述金属板的部分对齐，所述部分延伸到所述金属焊盘和/或所述半导体基底的至少一个边缘之外。
34.根据权利要求33所述的系统，其中，所述第一电极和所述第二电极是弯曲的。
35.根据权利要求33或34所述的系统，其中，所述金属板是由盒、罐、咖啡胶囊、茶胶囊或饮料胶囊的金属包装形成。
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