CN115136142A - 双模射频识别器件 - Google Patents

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Abstract

双模射频识别(RFID)器件被设置成具有一种集成式双模射频识别连接带，所述集成式双模射频识别连接带包括：超高频/高频(UHF/HF)双模射频识别芯片，或者超高频射频识别芯片与高频射频识别芯片的组合。高频(HF)天线和超高频(UHF)天线都耦合到所述集成式双模射频识别连接带，所述超高频天线通过蚀刻以外的方法形成，比如切割或印制操作，从而降低了制造所述器件的成本。如果采用一对芯片，则所述一对芯片之中的一个芯片可比另一个芯片具有更大厚度，这使得该较厚芯片可在该较薄芯片之后被整合到所述器件中，而无需因固定所述芯片所用的热极的尺寸而设置的、在所述两个芯片之间的最小间隔。此外，可在固定所述第二芯片之前测试所述第一芯片，从而限制被摒弃器件的成本。

Description

双模射频识别器件
相关申请的交叉引用
本申请要求享有在2019年12月28日提交的美国临时专利申请号62/954,455的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
本发明涉及双模(dual-mode)射频识别(“RFID”)器件。更具体地，本发明涉及制造双模射频识别器件的低成本方法。
背景技术
射频识别器件包含集成电路(或芯片)和天线，并广泛用于将物体与唯一识别码相关联。所述天线发送和接收以特定频率或在特定频段内传输的信号。例如，射频识别器件可被配置成：发送和接收在高频(“HF”)频段内的信号(即具有大约3MHz至30MHz范围内频率的信号)或在超高频(“UHF”)频段内的信号(即具有大约300MHz至3000MHz范围内频率的信号)。更特别地，高频射频识别器件倾向于在13.56MHz或左右的频率下工作，而超高频射频识别器件倾向于在大约866MHz至915MHz(或北美的在902MHz至928MHz)范围内的频率下工作。
在许多应用中，期望采用一种在多频段(比如HF和UHF)工作的射频识别器件。美国专利号9,871,294描述一种示例的双频射频识别器件，该美国专利在此通过引用纳入本文。双频射频识别器件可被不同地配置，比如采用一种电耦合到一对天线的双模射频识别芯片，该一对天线根据一种方法配置成发送和接收不同频段的信号。或者，双频射频识别器件包括：第一芯片/天线对(pair)和第二芯片/天线对，所述第一对和第二对在不同频段工作。
高频天线常使用蚀刻工艺制成，这是由于其较小的几何形状和需要线圈的内部与外部之间的连接(桥接(bridge))或经由基底(substrate)而与基底另一侧上的第二线圈天线的互连(压接(crimips))。由于相似的原因，超高频连接带(UHF strap)(包含被配置成电耦合到超高频天线的一对导电衬垫(conductive pads)和射频识别芯片)也通常蚀刻而成。然而，虽然蚀刻技术已被证明在创建射频识别器件上是有效的，但与其他方法相比，它们可能很昂贵。
发明内容
本发明有几个方面，这些方面可单独或一起体现在以下所描述和要求保护的器件和系统中。这些方面可被单独采用或与本文所描述的主题的其他方面相结合地采用，并且，对这些方面一起的描述并非意在排除这些方面的单独使用、或这些方面的单独的或以不同组合方式的(如本文随发明要求保护范围中所可能列出的)保护要求。
本文描述了双模射频识别器件，所述双模射频识别器件包含一种具有双模能力的集成式射频识别连接带。在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带被配置为电抗型连接带(reactive strap)，并包含耦合到射频识别芯片组件的高频天线和导电环。在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带被配置成与超高频天线耦合，该超高频天线与所述集成式双模射频识别连接带之间无物理接触。
在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带——其包含耦合到射频识别芯片组件的上述的高频天线和导电环——是在单一基底上。
在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带配置为上述的电抗型连接带，磁耦合、导电耦合、和/或电容耦合到所述超高频天线。
在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带的所述射频识别芯片组件包含射频识别耦合连接带(coupling strap)和双模射频识别芯片。在一个实施例中，所述双模射频识别芯片包含超高频/高频双模射频识别芯片。在另一个实施例中，所述双模射频识别芯片包含：超高频射频识别芯片与高频射频识别芯片的组合，且各芯片是单独布置在射频识别耦合连接带上的。
在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带包含：通过包括压敏胶等粘合剂材料而贴附到所述射频识别耦合连接带上的导电环和高频天线。
本文还描述了用于制造双模射频识别器件的方法。在一些实施例中，所述方法包括：提供一种具有射频识别芯片组件的集成式双模射频识别连接带，所述射频识别芯片组件包含：超高频/高频双模射频识别芯片，或者，超高频射频识别芯片与高频射频识别芯片的组合。在一些实施例中，所述集成式双模射频识别连接带还包含：贴附、附接、或耦合到所述射频识别芯片组件的导电环和高频天线。在一些实施例中，所述高频天线和所述导电环耦合到所述射频识别芯片组件与其对立两端处。在一个实施例中，所述导电环是超高频(UHF)环。在一些实施例中，作为所述集成式双模射频识别连接带的一部分的所述导电环的存在，使所述连接带能够与所述超高频天线耦合。在一些实施例中，所述超高频天线无需蚀刻而形成。
在一些实施例中，所述用于制造包括射频识别芯片组件的双模射频识别器件的方法涉及：使用热极(thermode)将第一射频识别芯片固定到双模射频识别器件的结构，以在所述第一射频识别芯片与所述结构之间施加热和压力。在一些实施例中，然后使用所述热极将第二射频识别芯片固定到所述结构，而所述第一射频识别芯片的至少一部分被定位在所述热极与所述结构之间。
在一些实施例中，所述用于制造包括射频识别芯片组件的双模射频识别器件的方法涉及：将第一射频识别芯片固定到双模射频识别器件的结构，然后使所述第一射频识别芯片经受第一测试。如果所述第一射频识别芯片未能通过所述第一测试，则所述双模射频识别器件被摒弃(rejected)。如果所述第一射频识别芯片通过了所述第一测试，则将第二射频识别芯片固定到所述结构，然后使所述第二射频识别芯片经受第二测试。如果所述第二射频识别芯片未能通过所述第二测试，则双模射频识别器件被摒弃；如果所述第二射频识别芯片通过了所述第二测试，则双模射频识别器件被接受。
附图说明
图1是根据本发明一个方面的示例性双模射频识别器件的示意图。
图2是图1的双模射频识别器件的射频识别连接带的第一示例性实施例的示意图，采用了超高频/高频双模射频识别芯片。
图3是图1的双模射频识别器件的射频识别连接带的第二示例性实施例的示意图，采用了超高频射频识别芯片与高频射频识别芯片的组合。
图4是根据本发明一个方面的示例性双模射频识别器件的另一实施例的示意图。
图5是图4的双模射频识别器件的一替代实施例的一部分的细节视图，其中该双模射频识别器件的高频天线的一部分定义了该双模射频识别器件的导电环的一部分。
图6是根据本发明一个方面的、可被整合到双模射频识别器件中的一对射频识别芯片的示例性实施例的示意图。
具体实施方式
本文所公开的实施例只是示例性的，并且本文所描述的主题可以以各种形式体现。因此，本文所公开的具体细节不应被解释为对随发明要求保护范围中所界定的本发明的限制。
图1示出根据本发明一个方面的双模射频识别器件10(例如，射频识别标签(tag)或标贴(label))。该双模射频识别器件10包括：集成式双模射频识别连接带11，其被配置成与超高频天线16耦合。该集成式双模射频识别连接带11包含：耦合到射频识别芯片组件12的高频天线14和导电环13。在一些实施例中，该集成式双模射频识别连接带11能够实现：高频天线14与超高频天线16之间经由导电环13而耦合。在本实施例中，导电环13是耦合到射频识别芯片组件12的超高频(UHF)环。然而，也可以使用其他导电结构。
图2示出一种射频识别芯片组件12，该射频识别芯片组件12包含：射频识别耦合连接带15、导电衬垫30和一个或多个射频识别芯片。该射频识别芯片组件12在一侧耦合到高频天线14、并且在另一侧耦合到导电环13。特别地，高频天线14和导电环13被附接到射频识别耦合连接带15。在一个实施例中，使用粘合剂材料(比如压敏胶)将高频天线14和导电环13耦合、贴附、或附接到射频识别耦合连接带15。高频天线14、导电环13、和耦合高频天线14与导电环13两者的射频识别芯片组件12被整合在一共同基底中，而用作“联合体连接带(combo strap)”的所述集成式双模射频识别连接带11与超高频天线16分开。
该射频识别芯片组件12的所述一个或多个射频识别芯片包括：单一超高频/高频双模射频识别芯片18(图2)，或，超高频射频识别芯片20与高频射频识别芯片22的组合(图3)。本发明的许多方面可与具有一个或两个射频识别芯片的射频识别耦合连接带15一起使用。然而，本发明的某些方面特定适用于具有一对射频识别芯片20和22的射频识别耦合连接带15，这一点将在本文中更详细地描述。
无论射频识别芯片组件12的特定配置如何，所述集成式双模射频识别连接带11被配置用于耦合到高频天线14和超高频天线16。图2和图3示出：射频识别耦合连接带15，其具有(与超高频/高频双模射频识别芯片18(图2)或高频射频识别芯片22(图3)相关联的)一对高频连接24和(与超高频/高频双模射频识别芯片18(图2)或超高频射频识别芯片20(图3)相关联的)一对超高频连接26。
高频连接24和超高频连接26的性质和配置可有所变化，这取决于相关联的天线的性质和配置。在图1的实施例中，高频天线14被配置为线圈，在这种情况下所述高频连接24可被配置为可耦合到该线圈的导电引线(conductive leads)28(如图1中所示)。在图1的实施例中，超高频天线16被配置为开槽环形天线(slotted-loop antenna)，在这种情况下所述超高频连接26可被配置为可耦合到该开槽环形天线的导电衬垫30(如图1所示)。
如上所述，射频识别耦合连接带15的天线连接的性质和配置可有所变化，这取决于相关联的天线的性质和配置。作为示例，图4示出一种双模射频识别器件10'，该双模射频识别器件10'具有一种被不同配置的超高频天线16'。在图4的实施例中，超高频天线16'不是被配置成与射频识别耦合连接带15'在导电衬垫处连接，而是被配置成耦合到射频识别耦合连接带15'，而超高频天线16'与射频识别耦合连接带15'之间无物理接触。换句话说，射频识别耦合连接带15'被配置为电抗型连接带，而导电环13'耦合到射频识别芯片组件以有效地将超高频天线16'(其可被配置为偶极天线(dipole antenna))耦合到集成式双模射频识别连接带11'。在本实施例中，集成式双模射频识别连接带11'被磁耦合到超高频天线16'。
虽然图4示出导电环13'与高频天线14(其示出被配置为线圈)完全分开，但高频天线定义导电环的一部分(如图5所示)则是在本发明的范围内。在图5的实施例中，高频天线14被配置为耦合到射频识别芯片组件12的线圈。导体36具有：第一端和第二端，其在射频识别芯片组件12的对立两侧耦合到高频天线14。通过这样的配置，高频天线14的——在导体36与高频天线14的接合位置处与射频识别芯片组件12之间延伸的——部分38和40和导体36形成导电环。导电环/导体36与射频识别芯片组件12在期望的高频率(如900MHz)下共振，但与高频操作相关联的电压通过低电感桥在射频识别芯片组件12周围较短。
无论双模射频识别器件10、10'的特定配置如何，超高频天线16、16'使用蚀刻以外的方法形成，蚀刻相对昂贵并且可能比其他方法更慢。在一个实施例中，超高频天线16、16'是经由切割操作而形成的，比如模切(die-cutting)(例如，从纸/箔结构)和/或激光切割。在另一个实施例中，超高频天线16、16'是经由印制操作而形成的。应理解，所述切割和印制是形成超高频天线16、16'的示例型低成本方法，而不是可能方法的详尽列表。相反，应理解，本发明涵盖：比经由蚀刻操作形成相同超高频天线的成本更低成本的、形成超高频天线的任何方法。
一旦被形成，超高频天线16、16'然后可根据任何合适的方法而被耦合到集成式双模射频识别连接带11、11'，这可包括使用粘接剂材料(比如压敏胶)将超高频天线16、16'耦合到射频识别耦合连接带15、15'，这使超高频天线16、16'可被快速连接到射频识别连接带15、15'。在导电衬垫30的情况下(如图1)，一层薄粘接剂被施加在导电衬垫30与超高频天线16之间，而超高频天线16经由电容而与导电衬垫30耦合。
在采用一种具有超高频射频识别芯片20和高频射频识别芯片22的射频识别芯片组件12时的一项考虑是：该两个芯片20和22之间的间隔(separation)。根据将一对射频识别芯片整合到双模射频识别器件中的一种传统方法，芯片附接系统(chip attach system)一次从晶圆(wafer)转移一个芯片，因此附接两个芯片需要两次通过该系统。作为该芯片附接过程的一部分，在该芯片下方提供各向异性的导电浆料(conductive paste)，该芯片被推入该浆料中并被热极加热，从而使该粘接剂固化。如果该两个芯片之间的间隔小于固定第二芯片所用的热极部分的尺寸，该热极将停在第一芯片的附接高度处，这可能阻止第二芯片与所述射频识别器件的结构的正确接合。
因此，在一些实施例中，可通过提供具有不同高度的第一芯片42和第二芯片44来克服上述传统芯片附接工艺的限制，如图6所示。第二芯片44的高度“H”大于第一芯片42的高度“h”，使得第一芯片42不会干扰——试图将第二芯片44固定到双模射频识别器件之结构46的——热极。通过这样的安排，该两个芯片42和44之间的间隔“d”可小于固定第二芯片44所用的热极部分的大小，在这种情况下，当固定所述第二芯片44时，所述第一芯片42的至少一部分将被定位在所述热极与所述双模射频识别器件的结构46之间。两个射频识别芯片42和44的更紧密定位，使得可创建更小的双模射频识别连接带，这可以降低射频识别连接带的成本。
两个芯片42和44的高度“h”和“H”可有所变化而不偏离本发明的范围，只要第二芯片44具有的高度大于第一芯片42的高度。在一个示例实施例中，第一芯片42具有大约75μm的高度“h”，而第二芯片44具有大约125μm的高度“H”。例如，第二芯片44可被配置成具有的高度“H”比第一芯片42的高度“h”大特定的百分比，比如大至少10％、或大至少25％、或大至少50％。在另一个实施例中，第二芯片44可被配置成具有的高度“H”比第一芯片42的高度“h”大特定的量，比如比第一芯片42的高度“h”大至少25μm、或比第一芯片42的高度“h”大至少50μm。两个芯片42和44之间的特定高度差可基于众多因素中的任一个来选择，所述众多因素比如所采用的粘接剂的性质和所述热极系统的配置(例如，要施加的热和压力的量)。应理解，本发明的此方面并不限于用于具有根据任何特定方法形成的超高频天线的双模射频识别器件，而是可以更广泛地用于具有一对射频识别芯片的任何双模射频识别器件。
在一些实施例中，可采用顺序测试方法来减少：对具有一对射频识别芯片的双模射频识别器件的芯片附接故障或故障芯片相关联的成本。按照任何合适的方法将第一芯片附接到双模射频识别器件的结构。然后使第一芯片经受第一测试，以确定它是否(例如，因芯片附接失败或因芯片本身故障)有任何问题。如果第一芯片未能通过该测试，则该射频识别器件被认为有缺陷而被摒弃，而无需固定第二芯片(固定第二芯片将不必要地增加第一芯片故障相关联的成本)。另一方面，如果第一芯片通过了该第一测试，则可按照任何合适的方法将第二芯片固定到该双模射频识别器件的结构。然后使该第二芯片经受第二测试，以确定它是否有任何问题。如果该第二芯片未能通过该测试，则该射频识别被认为有缺陷而被摒弃。否则，如果该第二芯片通过了该测试，则该双模射频识别器件可被接受。
在将第二芯片固定到所述双模射频识别器件的结构的过程中，第一芯片有可能被损坏。因此，可能有利的是，不仅在固定第二芯片后对其进行测试，而且还对第一芯片进行第三测试(其为施加到第一芯片的第二测试)。如果第一芯片未能通过第三测试和/或第二芯片未能通过第二测试，则该双模射频识别器件被摒弃。另一方面，如果第二芯片通过了第二测试，并且第一芯片通过了第三测试，则该双模射频识别器件被接受。应理解，在不偏离本发明范围的情况下，测试的性质可有所变化。(在第一芯片被测试两次的实施例中)这可包括：第一芯片经受两次相同的测试、或在第二芯片已固定之前和之后经受不同的测试。
如果芯片被整合到集成式双模射频识别连接带中(例如，本文所描述的类型之一)，则所述第二测试和第三测试可以在所述连接带上进行，或者该两个测试或其中之一可在所述连接带被耦合到天线之后进行。这可包括：所述两个芯片或其中之一——在附接第二芯片和耦合到所述天线这两个过程之间、以及耦合到所述天线之后——经受测试。
本发明的集成式双模射频识别连接带的配置能够实现：在使用普通的集成式双模射频识别连接带的同时，轻松制造具有变化配置的众多射频识别标签。使用模切或激光切割方法形成超高频天线，还能够实现：最大限度地减少材料浪费。因此，本发明的双模射频识别器件被设计成可持续型器件。
可以理解的是，以上所描述实施例是说明本发明的原理的一些应用。在不偏离所要求保护的主题(包括本文所单独公开或要求保护的那些特征的组合)的精神和范围的情况下，本领域技术人员可进行大量修改。出于这些原因，本发明的范围不限于以上描述、而是如随发明要求保护范围所载明，并且，可以理解的是，发明要求保护范围可针对本发明的特征，包括本文所单独公开或要求保护的特征的组合。

Claims (25)

1.一种双模射频识别器件，包括：
射频识别芯片组件；以及
集成式双模射频识别连接带，其包括耦合到所述射频识别芯片组件的高频天线和导电环，
其中，所述集成式双模射频识别连接带耦合到超高频天线。
2.如权利要求1所述的双模射频识别器件，其中，所述连接带经由导电衬垫耦合到所述超高频天线。
3.如权利要求1或2所述的双模射频识别器件，其中，所述导电环包括超高频环。
4.如权利要求1-3中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述集成式双模射频识别连接带耦合到所述超高频天线，而所述超高频天线与所述集成式双模射频识别连接带之间无物理接触。
5.如权利要求1-4中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述射频识别芯片组件在一侧耦合到所述高频天线、并且在另一侧耦合到所述导电环。
6.如权利要求1-5中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述高频天线包括线圈天线。
7.如权利要求1-6中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述导电环、所述射频识别芯片组件和所述高频天线被嵌在单一基底上。
8.如权利要求7所述的双模射频识别器件，其中，所述导电环的一部分被定义为所述高频天线。
9.如权利要求1-8中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述射频识别芯片组件包括射频识别耦合连接带，其中，所述耦合连接带包括布置于其上的一个或多个射频识别芯片。
10.如权利要求9所述的双模射频识别器件，其中，所述一个或多个射频识别芯片是单一超高频-高频双模射频识别芯片。
11.如权利要求9所述的双模射频识别器件，其中，所述一个或多个射频识别芯片是超高频射频识别芯片与高频射频识别芯片的组合。
12.如权利要求1-11中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述集成式双模射频识别连接带电容耦合到所述超高频天线。
13.如权利要求1-11中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述集成式双模射频识别连接带电导耦合到所述超高频天线。
14.如权利要求1-11中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述集成式双模射频识别连接带磁耦合到所述超高频天线。
15.如权利要求1-14中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述超高频天线是开槽环形天线。
16.如权利要求1-15中任一项所述的双模射频识别器件，其中，所述导电环经由粘性材料而耦合、附接、或附贴至所述射频识别耦合连接带。
17.如权利要求16所述的双模射频识别器件，其中，所述导电环经由压敏胶而耦合到所述双模射频识别连接带。
18.一种制造双模射频识别器件的方法，所述方法包括：
准备射频识别芯片组件，使用热极将第一射频识别芯片固定到所述双模射频识别器件的结构，以在所述第一射频识别芯片与所述结构之间施加热和压力；以及
使用所述热极将第二射频识别芯片固定到所述结构，以在所述第二射频识别芯片与所述结构之间施加热和压力，其中，所述第一射频识别芯片的至少一部分定位在所述热极与所述结构之间。
19.如权利要求18所述的方法，其中，所述第二射频识别芯片具有的厚度大于所述第一射频识别芯片的厚度。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述第二射频识别芯片具有的厚度比所述第一射频识别芯片的厚度大至少50％。
21.如权利要求19或20所述的方法，其中，所述第二射频识别芯片具有为125μm的厚度，所述第一射频识别芯片具有为75μm的厚度。
22.如权利要求18-21中任一项所述的方法，其中，
使用所述热极将所述第一射频识别芯片固定到所述结构包括：将所述结构第一次穿过热极装置，
使用所述热极将所述第二射频识别芯片固定到所述结构包括：将所述结构第二次穿过所述热极装置。
23.如权利要求18-22中任一项所述的方法，进一步包括：
在将所述第一射频识别芯片固定到所述结构之后，使所述第一射频识别芯片经受第一测试；
如果所述第一射频识别芯片通过了所述第一测试，则继续进行将所述第二射频识别芯片固定到所述结构；或者
如果所述第一射频识别芯片未能通过所述第一测试，则摒弃所述双模射频识别器件，而不将所述第二射频识别芯片固定到所述结构。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括：
在将所述第二射频识别芯片固定到所述结构之后，使所述第二射频识别芯片经受第二测试；
如果所述第二射频识别芯片未能通过所述第二测试，则摒弃所述双模射频识别器件；或者
当所述第二射频识别芯片通过了所述第二测试时，接受所述双模射频识别器件。
25.如权利要求24所述的方法，进一步包括：
在将所述第二射频识别芯片固定到所述结构之后，使所述第二射频识别芯片经受第二测试，以及使所述第一射频识别芯片经受第三测试；
当所述第二射频识别芯片未能通过所述第二测试和/或所述第一射频识别芯片未能通过所述第三测试时，摒弃所述双模射频识别器件；或者
当所述第二射频识别芯片通过了所述第二测试并且所述第一射频识别芯片通过了所述第三测试时，接受所述双模射频识别器件。
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