CN1482705A - 具有做为天线结构的导电层的层片 - Google Patents

Abstract

本发明是关于包含一载体层及一导电层的层片，其于一区段中形成一天线结构。该天线结构可以与该导电层在共同的工序中制造。该天线结构连接至一微芯片，因此数据可在不接触的情况下被写入或读出。

Description

具有做为天线结构的导电层的层片

技术领域

本发明涉及一种包含一载体层以及一导电层的层片。这类层片例如被用于饮料纸容器的制造。

背景技术

发射应答器技术允许在不接触的情况下从微芯片中读取数据并将数据存储于该芯片中。为此目的，此微芯片被连接至一天线，利用该天线，需要被写入微芯片或从其中读出的电磁辐射可被接收及发射。使用外部发射发射及接收单元可以经由电磁辐射与微芯片通讯。于此情况中，此微芯片通常不包含其自身的电源供应，因此用以写入至微芯片和从其中读出的辐射也被用以提供微芯片用的电源供应。

为此目的所使用的技术迄今未能在低于一定的成本架构下制造。因为这个理由，目前的相应装置仅对相当昂贵的物件有用。例如，发射应答器技术被用于寻找埋入的管线或一群动物中的快速侦测。例如，在一大群牛中，这些动物有植入于皮肤下方的发射应答器。这些动物随后可简单地被驱赶经过一发射及接收站，于其中读取储存于微芯片中的数据而不需要接触，以便例如识别这些动物。另一种应用领域是昂贵货物的电子防窃保护，例如毛皮大衣、香水、光盘驱动器(CD-ROM)等等。然而，为此目的，零售交易必须配备读取微芯片用的相应装置。

另一种应用是例如监视政府或管理大楼内的重要文件和档案，这些档案在独立的处理站中被电子记录，以便较容易地追踪它们的路径或容易地再次找到这些档案。为此目的，可于例如在门框中装设一发射及接收站，因此当这些档案被移入及移出房间时被电子记录。另一种应用是火车站、港口或机场的包裹管理和装卸，这些包裹需要被送到在一特定位置被瞄准的特定区域。为了这些应用，包含记忆芯片及一发射与接收单元的零售价格为0.5欧元的标签是有用的。

迄今，发射应答器技术已主要被使用于具有极长寿命或极高价值的货物。较高的成本迄今已限制发射应答器技术在较广泛的基础上的引入。

然而，在许多需要在短时间记录大量数据方面的技术也是令人感兴趣的。例如电子邮票或零售交易，例如超级市场中所使用的电子标签。此处，这些，例如放置在购物推车中的物品能够在不接触的情况下在电子收银器上记录，同时产生帐单。被记录的有关物品的数据随后可被使用于例如存货的维持。

因为这些消费品及消耗品的价值仅有数欧元，电子标签的成本必须大幅下降。在本文中将讨论每个标签约5分的最低成本限制，此成本是针对向适合市场的引入的。

为了能够制造不昂贵的电子标签，首先微芯片的成本必须降低，其次是，例如天线的发射及接收单元的成本必须降低。在目前，线圈大部分被用来当成天线。然而，这些天线对以上应用而言成本太高。同样已知用金属箔做的天线，首先制造天线结构随后将其涂敷至一载体上。于此情况中，此天线结构可以用不同的方式制造：

a) 一金属膜被粘在该载体的整个表面上，随后藉由有选择性地蚀刻减除而形成结构；

b) 在金属箔上冲压出天线结构，随后将的粘附于该载体上；

c) 藉由使用导电膏将天线结构印刷或喷涂于载体上；

d) 在载体上通过摄影中版印刷限定一掩膜(例如使用光阻)；载体上未由该掩膜覆盖的间隔随后不用电而被金属化。

在以上所述示例中，重要的是天线结构由一第二层片独立制成且金属箔不需要是包装的构成部分。

这些方法对于适合以上所述应用的天线的制造而言成本太高。

发明内容

因此本发明的目的在于设置一种有成本效益的天线结构，其允许发射应答器技术的使用使用于即使是做为承受高成本压力的物品。

该任务是藉由包含至少一载体层及涂敷于该载体层上的一导电层的层片而解决，在该导电层的至少一区域中形成一天线结构。

依据本发明的层片使用例如已经用于食品包装的结构做为天线结构。在许多食品包装中，为了资源的节约，使用包含内含金属膜或金属层的层片。该金属层被当成氧障碍使用并防止食品的快速腐坏，否则，其内容物将因渗入其中的空气氧而被氧化。

为了设置包装材料足够的稳定性，涂敷一金属层至具有所需坚固性的载体上。例如饮料包装制造用的纸板或薄片袋制造用的塑料膜都是适合的。

包含于此种层片中的金属层具有足够的导电性，能够从此层片中制造天线结构。因此，依据本发明的层片的重要构成部分是做为导电层的一部分的天线的呈现，其允许数据及信息藉由位于外部的发射器或接收器被写入连接至该天线结构的存储器芯片内，或从该芯片中被读出。

因此，依据本发明的层片包括一用于机械稳固性的载体层，以及涂敷于该载体层上的一导电层。该天线结构被形成为此导电层的一部分。于此情况中，导电层中的天线结构的设置不受到限制。为此目的，可以考虑任何导电层上的任何想要的足够大的空闲区域。如果需要并且可获得的空间允许，则可在导电层上构成多个天线结构。于此情况中，需要使天线密度符合包装的尺寸。为确保所制造的发射应答器结构发挥功能，单一天线连接至一微芯片是足够的。

除了天线结构的数目的外，位于所需空间范围内的天线的尺寸也是任意的，因为在理论上，层片或包含于导电层内的整个表面都是可被利用的。

为包装的制造，依据本发明的层片可被设置于任何相当大的容器内，例如卷体形式内，或层压线板的相当大的片内。为了包装的制造，在每一情况中包括一或更多天线结构的适合的部段随后从该卷体分离，或从一较大的纸板上被冲压出，并被进一步处理以形成一包装。为了包装的制造及填充，可使用已知的装置。

为了保护导电层免于环境干扰的损害(刮伤或污染)，如果涂敷一覆盖层于该导电层上是有利的。此覆盖层可以是，例如，一漆层或一纸板的另一层。同样可以是一塑料层。藉由此附加的层，除了保护免受外部的干扰的外，也可达到到层片的较高机械稳定度。

如果该覆盖层包含疏水材料则更为有利，因为首先可防止导电层的腐蚀，其次，能排除可溶于水的污染至层片内的包装内部的渗透。特别有利的是，所使用的覆盖层是一塑料层，例如常用的饮料包装，如牛奶盒。于该优选实施例中，此层片因此包含一载体层，例如一纸板，一导电层，例如一铝层，以及一塑料层，它们被依序设置。依据本发明，于此例中导电层包括天线结构。

为了扩大本发明的应用范围，此覆盖层也被形成以做为一粘着层，因此层片能够被贴在将被设置相应标签的物体上，例如档案或其它文件。此粘着层也可被形成为一分离的层，且例如，被涂敷至该载体层或该覆盖层上。然而优选的是，做为包装材料的实施例，该层片具有于其表面上连续的导电层，该导电层的区段被形成一天线结构。

该导电层最好包括至少一金属。大多数的金属是相当好的电导体，因此很适合做为天线结构的架构。此外，所需要的金属需要相当容易制造且其处理不复杂。尤其是，可以将大多数金属形成为依然具有足够导电性的薄片，藉此将材料费用降低到较低程度，且在竞争中维持低的材料成本。

如果金属是铝，则尤其有利，因为此种金属易于获取并具有极佳的导电性。此外，此金属具有形成箔材料用的极佳的机械特性(延展性，卷动特性)。铝的使用在食品包装制造上是很广泛的。在其它不需遵守的法定食品规则的应用中，也可使用其它金属，例如铜。

关于做为导电性的载体使用的金属的其它选择，在另一实施例中，此层片的导电层依据本发明也包含至少一导电有机复合物。

于本文中，导电聚合物为已知，例如压缩的芳香材料或以多吩或多苯胺为基础的半导体，其为增加导电性而设置掺杂质(例如，樟脑磺基酸多苯胺，多苯乙烯磺基酸聚合物(乙二胺四醋酸)吩)。

为了将天线的尾端连接至微芯片，在使用线圈作为天线的示例中，位于中央的端点必须向外部导向，而外部端须向内部导向。为此目的，需要一桥结构，以该结构使线圈端部被牵引于绕阻上。

为此目的，导电有机材料，例如掺杂樟脑磺基酸的多苯胺或掺杂多苯乙烯磺基酸的聚合物(乙二胺四醋酸)吩可被使用，因为于此例中，桥结构可很简单地藉由印刷技术制造。

导电的有机复合物通常能够轻易地藉由印刷技术被处理。因为作用强烈地于以有机半导体为基础的微芯片上执行，发射单元及内存模块可同时与此种芯片一起被制造。与某些金属相比，尤其是贵金属，有机半导体的制造成本也是比较低。另外，有机材料通常具有更多的有利形变特性且因此更容易再处理。

如果载体层由一种类纸材料制造将是有利的，因为纸具有轻的重量并依然给予层片足够的稳定度及强度。

类纸的材料是所有包含以纤维为主要构成部分的材料，也就是说，除了纸以外，也包含纸板，混凝纸，硬纸板，木材等等。

将聚合物当成载体材料的使用也是较好的。于此情况中，除了以多种材料特性被合成制造的塑料的外，聚合物也可被理解是天然制造的聚合物，包括丝，天然纤维，棉等等。尤其是，合成的聚合物具有极低的比重，可以承受极高的机械负载并可成本合理的制造。

另一种可想象的是类纸材料及聚合物的混合，以便结合二种材料属性的优点。

对于载体材料的使用，重要的是所使用的复合物展现好的介电特性，以便确保所涂敷的导电结构的足够的绝缘性。

如果层片被形成于包含一中空空间的包装内，则是特别有利的。因此，非常多种的物品可被包围于该中空空间内并被运输。于此情况中，该层片被当成包装以及关于被包装的货物的数据，例如其制造日期或价格的储存介质使用。在外部，包装也可具有装饰用的印刷内容，例如产品名称。此处，与已知的包装比较，并无限制。此包装的制造及其填充是依据已知的方法及装置执行。因此不需要这些装置的特殊改造。

做为包装的层片在食品包装中是特别适合的。这些食品必须被保护以防止外部干扰，或如果在本来是液体的情况中，则需要相应储存可能性。在本质上，已知的包含金属层，例如氧障碍的食品包装可以依据本发明进一步被形成一包装，其中在金属层内设置一适当的天线结构。

大多数的腐烂过程需要氧，因为这些过程基本上是“静态氧化”。因此，如果层片被用来当作食品包装，如果层片对氧而言是不渗透的，这将尤其有益。这防止大气中的氧渗入包装内部，并减缓腐坏。

在另一实施例中，依据本发明的层片因此至少在某些区段中包括一防氧通过的材料层。在此方式中，可以防止氧进入包装内部，甚至是进入未由导电层覆盖的区段内，且因此需要氧的，也就是需氧腐坏及腐烂过程可以被减缓，且因此，增进相关食品的保存性。

因为天线的空白处而未被金属化的面积与包装的整个面积相比的下相当小，因此食品的质量通常不会变差。经由空白处的氧扩散可以藉由被填充适合的聚合物膜的间隔而完全被防止。另一种情况是，氧扩散也可藉由涂敷一覆盖膜至天线结构而被防止。关于使用有机材料做为导电材料的情况中，此类覆盖膜对于从聚合物材料所制造的微芯片的机械保护而言也是需要的。然而，在正常的情况中，依循此结构，具有小空白处的包装板被层贴。一般可达到的100-200μm的层贴操作的位置精确度对此接触开孔而言是适当的。

在依据本发明层片的特别优选实施例中，设置一导电连接至天线结构的信息载体。包含于包装中与产品相关的不同项目的信息可被储存于此载体上，例如产品类型、价格、制造日期、最佳使用期限日期等等信息。

特别适用为信息载体是一种能够储存的微芯片，因为此组件型态的制造技术已有良好的发展，且制造成本相对地低。特别有利的是，此微芯片是以有机半导体材料为基础，因为此型态的微芯片可以在成本合理的情况下制造。当然，也可使用传统硅技术制造的微芯片。

为了改善电特性，如果设置电容则是有利的，该电容与天线结构导电连接。该电容通过其电容效应显著改善了谐振特性。如果需要附加的电板，则可通过导电层形成。

在较佳实施例中，此天线具有线圈，因为在此几何形状中，此种谐振特性是最有利的。对每一频率而言，存在着最佳的线圈数目。于此情况中，可以制造的线圈数目应该尽量接近最佳值以便达到高效率。此处，效率愈高，被包围的区域愈大。此外，效率也依据读取线圈的尺寸而定。此效率应该最佳地被选择以便使关于其效率的高频能量能被最佳地引入。能量引入天线结构的情况愈好，所能达到的读取距离愈高，且读取可靠性愈好。

在线圈数量的最大化期间，应该注意天线内的结构宽度不应变成太小，否则，一般金属层片的本来就小的层厚度将制造极高的电阻，其导致不利的电特性。

另一方面，由导电层的小的层厚度所导致的高电阻可以藉由较宽结构的方式而获得补偿。

依据本发明的层片的制造在正常的制造线上执行，其补充有建构导电层，通常是铝层的一级。

依据本发明制造基板的第一种可能的方式包含掩膜的使用。此掩膜具有相应天线结构的开孔。此掩膜被放置于载体上，例如塑料膜或纸板上，并且被固定。为固定的目的，此掩膜可被牢固地保持，例如藉由磁铁。为此目的，此掩膜应该由磁性材料制造。然后，例如，铝可直接被汽相沉积于该载体上和设置于其上掩膜上。在汽相沉积的后具有剩余铝的掩膜可被移除，因此只有想要的天线结构留在包装膜上的区段中。于此情况中，使用已知装置，例如已知用于包装材料制造的装置执行具有铝的汽相沉积。此金属，例如铝的沉积，较好的情况是藉由直接沉积执行。如果掩膜具有足够的厚度，则只有在相应天线结构的空白处的边缘发生轻微的覆盖。此掩膜随后可再次被轻易地在载体上移除，因为铝层可以极轻易地在掩膜的边缘被切开，且因此铝层不会在载体上被抬起。一微芯片随后可被导电粘着剂粘着于包装膜上并连接至天线结构的端部。与微芯片的接触也可以用非导电的粘着剖实现，如果此接触是藉由相应的桥结构(隆起)制造。

在另一种制造方法中，天线的负影像以可溶于水的漆被印刷在载体上。适  合的水溶漆为，例如，聚合酒精，例如聚乙烯酒精。适合的印刷方法是，例如压印。漆膜的厚度于此例中大约是2μm。如果此掩膜在后续方法中可以再次被分离，则理论上对掩膜应用其它的印刷技术，例如胶印(苯胺印刷法或凹版印刷)也是适合的。

在模拟掩膜的使用方式中，具有铝的膜的汽相沉积随后被执行至一个通常为400nm的足够厚度。同样于此情况中，在金属层的直接沉积期间未被完全覆盖的边缘也是有利的，因为设置于冲洗介质所需的附加区域且此掩膜可以轻易地再次被分离。因为铝并未粘着于漆层，仅是轻微附着于其上的铝可以在后续的冲洗过程中以水轻易地将的移除(已知为分离步骤)。在冲洗步骤的后，随后在想要的点获得天线结构。与以上所述使用掩膜的方法相比较，实质上的优点是可达到的溶解显著提高。

在较大包装的情况中，此膜也可以藉由已知机械方法形成结构。

结构的形成也可以在汽相沉积期间执行。膜通常由聚合物材料制成，该聚合物由非板化碳氢化合物单体所形成。此膜材料实质上具有相当的疏水特性。许多型态的粒子，尤其是，金属蒸汽在疏水表面上被优先吸附，因为它们本身具有疏水性。藉由涂敷一薄的疏水材料层至将被印刷的膜上，为该目的，尤其是具有极化官能团的聚合物，例如聚乙烯酒精，聚丙烯硫胺或纤维素，是适合的，这些区域上的铝沉积可由化学汽相沉积(CVD)方法而被防止。此效应表示于T.Kodas，M.Hampden-Smith，The Chemistry of Metal CVD，Wiley-VCH，1994，ISBN 3-527-29071-0，第454页。

依据本发明的层片允许制造成本有相当大的降低并可藉由已经存在，仅须轻微改动的工业设备，而毫无困难地被制造。依据本发明的层片的优点被归纳于以下的文字：

a)避免由天线的分离架构制造的附加金属化的成本；

b)芯片的成本以及附加连接步骤的成本实质上下降，其中芯片被粘着至层片并连接至天线结构；

c)天线可被形成于包装上任何想要的点；多个天线可被设置在一包装上，其中只有一天线是发射应答器的电子功能所需的；天线密度仅须适合包装的尺寸；

d)天线可以被制造地非常大，因为被识别的物体的整个表面都是可用的；

e)膜的金属化的层厚度通常是低的，因而制造的天线的较高的电阻可以藉由较宽的导体电路而被补偿；

f)依据本发明的层片中，仅接于天线的后没有损害辐射识别(RF-ID)标签的高频(HF)特性的金属化，因为此天线是层片的一整体组成部分，并且未粘着于层片上；

g)线圈的数目可以依照想要的情况在可用的区域内增加，其增加能量耦合效率且因此增加读取距离或读取完整性；

h)藉由附加的电容，可以改善谐振特性，可以藉由层片形成一电极。

附图说明

将参照附图详细说明本发明，其中：

图1表示依据习知技术的辐射识别标签；

图2表示天线结构的制造的掩膜的放大图；和

图3表示依据本发明的层片制造的包装，以及设置在特定距离的发射及接收装置。

具体实施方式

图1表示依据习知技术的辐射识别标签。从数个线圈制成的天线结构被涂敷至一被当成一载体层用的挠性膜1。天线结构2的端部被导电地连接至硅微芯片3。天线结构的两端经由一桥结构2a被互相连接。载体层1的后侧可被设置粘着层，以便能够将标签固定至将被识别的物体，例如档案。天线结构2首先被独立制造，随后被固定于膜1。此种标签的制造因此是复杂的。

图2所示是可被用于本发明层片的天线结构制造的掩膜4。此掩膜4包括阴影区域5，其于图中以黑色表示。同样被引入掩膜中的是以白色表示的螺旋开孔6。开孔6相应将被表现的天线的线圈。此掩膜因此建立将被制造的天线的负结构。包装膜在卷动至卷动制程中，例如用铝从气相沉积。于此情况中，掩膜处放置于膜上4在预先限定的数的点。如果掩膜由磁性材料制成，此掩膜可以，例如被磁性固定于膜上。铝随后被汽相沉积于膜的整个表面上，由掩膜4的暗区段5遮蔽的区域不具有铝。在铝的汽相沉积的后，掩膜4再次从膜的表面上被移除。一微芯片随后可在导电粘着剂的协助下被粘着至方形电极表面7。

图3表示依据本发明做为一包装的层片的应用。此层片包括铝的连续层，其一侧被一纸板层覆盖而与的相对置的侧被塑料层覆盖。在铝层内设置一区域8，于其中从该铝层形成一天线结构9。天线结构9被连接至一微芯片10，于其中储存，例如制造日期，保存日期，包装内含消费物的价格等等。天线结构9的线圈之间以及天线结构9与包围后者的铝层之间的间隔被填充不透氧塑料。为此目的，一不透氧材料膜(未示出)可被粘着于天线结构。经由发射及接收设置12，藉由电磁辐射13，数据可以从微芯片10经由导电性地连接至微芯片10的天线结构9被读出或可被读入该微芯片，而不需要接触。发射及接收设置12可以被连接至，例如，超级市场的收款机，以便从微芯片读取数据。然而，也可被设置于制造线上，且于该处，例如将制造数据，产品类型或价格读取至微芯片10之内。

标号说明1    载体层2    天线结构2a   桥结构3    微芯片4    掩膜5    阴影区段6    开孔7    电极8    区域9    天线结构10   微芯片11   聚合物12   发射及接收设置13   电磁辐射

Claims (14)

1.一种层片形式的包装材料，该层片包括至少一载体层以及涂敷于该载体层上的一导电层，包括一微芯片以及导电地连接至该微芯片的一天线结构，其中数据可以于该微芯片与一发射及接收站之间在不接触的情况下被交换，其特征在于该天线结构是该导电层的一组成部分。

2.如权利要求1的包装材料，其中一覆盖层被涂敷至该导电层。

3.如权利要求2的包装材料，该覆盖层由一疏水材料构成。

4.如权利要求1至3中任一项的包装材料，其中该层片至少在一些区段内包括一不透氧材料层。

5.如权利要求1至4中任一项的包装材料，其中该导电层包括至少一种金属。

6.如权利要求5的包装材料，其中该金属是铝。

7.如权利要求1至4中任一项的包装材料，其中该导电包括至少一导电有机复合物。

8.如权利要求1至7中任一项的包装材料，其中该载体层由类纸材料构成。

9.如权利要求1至7中任一项的包装材料，其中该载体层由聚合物构成。

10.如权利要求第1至9项任一项的包装材料，其中该层片被形成于一包装内，该包装包围一中空空间，该中空空间包含至少一种食品。

11.如前述权利要求任一项的包装材料，其中设置一导电连接至该天线结构的信息载体。

12.如权利要求11的包装材料，其中该信息载体是能够储存的微芯片。

13.如前述权利要求任一项的包装材料，其中设置一导电连接至该天线结构的电容。

14.如前述权利要求任一项的包装材料，  其中该天线结构具有线圈。

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