DE602004011683T2 - Robustes hochfrequenz-identifikationslabel und herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Robustes hochfrequenz-identifikationslabel und herstellungsverfahren dafür Download PDF

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel, das Folgendes aufweist: ein flexibles Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche; eine an die erste Hauptfläche des Substrats angebrachte Hochfrequenz-Identifikationsantenne; eine an die Antenne angebrachte integrierte Schaltung; und einen an das flexible Substrat neben der integrierten Schaltung angebrachten thermoplastischen Schutz. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch ein Verfahren zum Herstellen eines robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels, welches das Bereitstellen eines flexiblen Substrats, das auf mindestens einer Fläche des flexiblen Substrats eine Antenne enthält, das Anbringen einer integrierten Schaltung an die Antenne und das Extrudieren eines thermoplastischen Schutzes auf das Substrat neben die integrierte Schaltung aufweist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Einführung von Verbraucher-Kredit- oder -Debitkarten mit einem eingebetteten Silikonchip mit einer integrierten Schaltung, welche auch als "SmartCard" bekannt sind, hat zu einem Interesse an robusten oder stabilen Konstruktionen für elektronische Vorrichtungen geführt. In der Tat sind Leistungsstandards, wie beispielsweise ISO-7816-1, für SmartCards entwickelt worden, um den Widerstand gegenüber mechanischer Belastung, wie beispielsweise Biege-, Dreh- und Druckbelastung, abzugrenzen. In der Regel werden die SmartCards in einer Brieftasche oder einem Portemonnaie aufbewahrt und können dann in Kartenlesegeräte eingeführt werden. Wenn die SmartCard in einer Brieftasche aufbewahrt wird, kann die SmartCard bestimmten mechanischen Kräften unterliegen, wie beispielsweise Biegen, beispielsweise, wenn eine Person, die die Geldbörse mit der SmartCard in ihrer Gesäßtasche aufbewahrt, auf einem Stuhl sitzt. Die SmartCard kann beim Einführen oder Herausziehen aus einem Kartenlesegerät andere mechanische Kräfte erfahren. Die in der SmartCard eingebettete integrierte Schaltung besteht in der Regel aus brüchigem Silikon, das bei Beaufschlagung mit bestimmten mechanischen Kräften reißen oder brechen kann.
  • Zum Schutz der integrierten Schaltung und ihrer Verbindungen vor verschiedenen mechanischen Kräften sind verschiedene Verfahren entwickelt worden, wie beispielsweise in den folgenden Bezugsstellen offenbart: US-Patentveröffentlichung 2003/0057536 A1 ; US-Patent Nr. 6,613,609 ; US-Patent Nr. 6,288,904 ; Japanische Patentveröffentlichung 2003-196630 ; Japanische Patentveröffentlichung 2003-196632 und Japanische Patentveröffentlichung 2001-110947 . Diese Arten von Verfahren richten sich jedoch auf die Arten mechanischer Kräfte, die eine integrierte Schaltung, wie sie beispielsweise in einer SmartCard, die in einer Brieftasche aufbewahrt oder in ein Lesegerät eingeführt wird, verwendet werden, in der Regel erfährt. Bei diesen Kräften handelt es sich um verhältnismäßig geringe Kräfte im Vergleich zu den Kräften, die ein Gegenstand in einer industriellen Anordnung erfahren kann, wie beispielsweise Aufprallkräfte von großen Gegenständen oder statischer Druck von über 0,5 Mpa. Im Allgemeinen werden SmartCards aufbewahrt, bis sie benötigt werden, und unterliegen keinen unterschiedlichen Umgebungen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wird in den Ansprüchen dargelegt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel bereit. Das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel weist Folgendes auf: ein flexibles Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche; eine an die erste Hauptfläche des Substrats angebrachte Hochfrequenz-Identifikationsantenne; eine an die Antenne angebrachte integrierte Schaltung und einen an das flexible Substrat neben der integrierten Schaltung angebrachten thermoplastischen Schutz.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist das Label ferner eine erste Haftschicht, die an das Substrat angebracht ist, auf.
  • Die integrierte Schaltung hat eine von der ersten Hauptfläche des flexiblen Substrat gemessene erste Höhe und der thermoplastische Schutz hat eine von der ersten Hauptfläche des flexiblen Substrats gemessene zweite Höhe und die zweite Höhe ist größer als die erste Höhe. In einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die zweite Höhe mindestens 1,25 mal größer als die erste Höhe.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels erstreckt sich der Schutz nicht über die auf dem flexiblen Substrat angebrachte integrierte Schaltung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, wobei die erste Schiene und die zweite Schiene im Wesentlichen parallel zueinander sind und sich die integrierte Schaltung zwischen der ersten Schiene und der zweiten Schiene befindet. In einem Aspekt dieser Ausführungsform sind die erste Schiene und die zweite Schiene durchgängige Linien. In einem Aspekt dieser Ausführungsform sind die erste Schiene und die zweite Schiene nicht durchgängige Linien.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels hat der thermoplastische Schutz eine Ringform und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Ring. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer Vielzahl von Abschnitten, und die Abschnitte sind so angeordnet, dass sie eine Ringform bilden und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Ring. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels hat der thermoplastische Schutz eine Polygonform und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Polygon. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer Vielzahl von Abschnitten und die Abschnitte sind so angeordnet, dass sie eine Polygonform bilden, und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Polygon.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels hat das flexible Substrat eine Gesamtdicke von zwischen 25 Mikron und 100 Mikron. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels umfasst das Label ferner eine flexible Deckschicht, die auf den thermoplastischen Schutz und das Substrat angebracht ist. In einem Aspekt dieser Ausführungsform weist das Label ferner eine zweite Haftschicht zwischen der flexiblen Deckschicht und dem flexiblen Substrat auf. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform wird ein Druck von mindestens ungefähr 1 Mpa auf das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel neben dem thermoplastischen Schutz aufgebracht und die integrierte Schaltung wird nicht beschädigt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist das Label ferner einen an die erste Haftschicht gegenüber dem Substrat angebrachten Träger auf.
  • Ein Beispiel stellt einen Reifen in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an einen Reifen anbringt. In einem weiteren Beispiel wird das Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Außenseitenwand des Reifens angebracht.
  • Ein weiteres Beispiel stellt eine Palette in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die erste Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an die Palette anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt eine Schachtel in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die erste Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an die Schachtel anbringt. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform wird das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Außenfläche der Schachtel angebracht. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform wird das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Innenseite der Schachtel angebracht.
  • Ein weiteres Beispiel stellt einen Pass in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an den Pass anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt einen Pass in Verbindung mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel ferner eine flexible Deckschicht aufweist und wobei die flexible Deckschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an den Pass anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt ein Dokument in Verbindung mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an das Dokument anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt eine kontinuierliche Rolle von robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels dar, wobei die Vielzahl der oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels aneinander angebracht ist. In einem Aspekt dieses Beispiels besteht der thermoplastische Schutz aus einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, wobei die erste Schiene und die zweite Schiene im Wesentlichen parallel zu der Rollenlänge sind.
  • Ein weiteres Beispiel stellt ein alternatives robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel dar. Das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel weist Folgendes auf: ein flexibles Substrat mit einer ersten Hauptfläche und einer der ersten Hauptfläche gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche; eine an die erste Hauptfläche des Substrats angebrachte Hochfrequenz-Identifikationsantenne; eine an die Antenne angebrachte integrierte Schaltung und einen an das flexible Substrat neben der integrierte Schaltung angebrachten thermoplastischen Schutz, wobei die integrierte Schaltung nicht beschädigt wird, wenn ein Druck von mindestens 1 Mpa auf das Label aufgebracht wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist die integrierte Schaltung eine von der ersten Hauptfläche des flexiblen Substrats gemessene erste Höhe auf und der thermoplastische Schutz weist eine von der ersten Hauptfläche des flexiblen Substrats gemessene zweite Höhe auf, wobei die zweite Höhe größer als die erste Höhe ist. In einem Aspekt dieser Ausführungsform ist die zweite Höhe mindestens 1,25 mal größer als die erste Höhe. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels erstreckt sich der Schutz nicht über die integrierte Schaltung, die an das flexible Substrat angebracht ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer ersten Schiene und einer zweiten Schiene, wobei die erste Schiene und die zweite Schiene im Wesentlichen parallel zueinander sind und sich die integrierte Schaltung zwischen der ersten Schiene und der zweiten Schiene befindet. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform sind die erste Schiene und die zweite Schiene durchgängige Linien. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform sind die erste Schiene und die zweite Schiene nicht-durchgängige Linien.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist der thermoplastische Schutz eine Ringform auf und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Ring. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer Vielzahl von Abschnitten und die Abschnitte sind so angeordnet, dass sie eine Ringform bilden und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Ring. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels hat der thermoplastische Schutz eine Polygonform und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Polygon. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels besteht der thermoplastische Schutz aus einer Vielzahl von Abschnitten und die Abschnitte sind so angeordnet, dass sie eine Polygonform bilden und die integrierte Schaltung befindet sich in dem Polygon. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist das flexible Substrat eine Gesamtdicke von zwischen 25 Mikron und 100 Mikron auf.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist das Label ferner eine erste an das Substrat angebrachte Haftschicht auf. In einem Aspekt dieser Ausführungsform weist das Label ferner einen an die erste Haftschicht gegenüber dem Substrat angebrachten Träger auf. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels weist das Label ferner eine flexible Deckschicht auf, die an den thermoplastischen Schutz und an das flexible Substrat angebracht ist.
  • Ein Beispiel stellt einen Reifen in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an einen Reifen anbringt. In einem Aspekt dieser Ausführungsform wird das Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Außenseitenwand des Reifens angebracht.
  • Ein weiteres Beispiel stellt eine Palette in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die erste Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an die Palette anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt eine Schachtel in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die erste Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an die Schachtel anbringt. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform wird das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Außenfläche der Schachtel angebracht. In einem weiteren Aspekt dieser Ausführungsform wird das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an eine Innenseite der Schachtel angebracht.
  • Ein weiteres Beispiel stellt einen Pass in Kombination mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an den Pass anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt ein Dokument in Verbindung mit dem oben genannten robusten Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, wobei die Haftschicht das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel an das Dokument anbringt.
  • Ein weiteres Beispiel stellt ein Verfahren zum Herstellen eines robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels dar. Das Verfahren weist Folgendes auf: Bereitstellen eines flexiblen Substrats mit einer Antenne auf mindestens einer Oberfläche des flexiblen Substrats; Anbringen einer integrierten Schaltung an die Antenne; und Extrudieren eines thermoplastischen Schutzes auf das Substrat neben der integrierten Schaltung. In einer bevorzugten Ausführungsform des obigen Verfahrens weist das Verfahren ferner den folgenden Schritt auf: Bilden einer Rolle aus robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels, wobei das flexible Substrat mit den Antennen und den angebrachten integrierten Schaltungen eine Rolle bilden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des obigen Verfahrens enthält der Extrudierschritt das Extrudieren eines thermoplastischen Schutzes mit mindestens zwei Schienen in einer Richtung, die parallel zur Ab- und Aufwickelrichtung der Rolle verläuft. In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des obigen Verfahrens enthält das Verfahren ferner den folgenden Schritt: Anbringen einer Haftschicht auf das Substrat. In einem Aspekt dieses Verfahrens enthält das Verfahren ferner den folgenden Schritt: Bereitstellen eines Trägers und Anbringen des robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels auf den Träger mit der Haftschicht. Ein weiteres Beispiel stellt ein robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel dar, das mit dem obigen Verfahren gefertigt wurde.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Figuren weiter erläutert, in denen durch die verschiedenen Ansichten mit ähnlichen Bezugszahlen auf ähnliche Strukturen Bezug genommen wird, und in denen:
  • 1 ein Querschnittdiagramm ist, das ein Verfahren aus dem Stand der Technik zum Schützen einer integrierten Schaltung darstellt;
  • 2 ein Querschnittdiagramm ist, das ein weiteres Verfahren aus dem Stand der Technik zum Schützen einer integrierten Schaltung darstellt;
  • 3 ein Querschnittdiagramm ist, das eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels darstellt;
  • 4 ein Querschnittdiagramm ist, das eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen robusten Hochfrequenz-Identifikationslabels darstellt;
  • 5 eine Draufsicht des Hochfrequenz-Identifikationslabels aus 3 ist, wobei die Deckschicht der Klarheit halber entfernt ist;
  • 6 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen alternativen Hochfrequenz-Identifikationslabels ist;
  • 7 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines weiteren erfindungsgemäßen alternativen Hochfrequenz-Identifikationslabels ist;
  • 8 einen Stapel Reifen darstellt, wobei das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel aus 3 zwischen benachbarten Reifen gepresst ist; und
  • 9 eine Reihe Schachteln auf einer Pallete darstellt, wobei sich das Hochfrequenz-Identifikationslabel aus 3 zwischen den benachbarten Schachteln befindet.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Es wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um eine empfindliche integrierte Schaltung in einer SmartCard vor Umwelteinflüssen, einschließlich mechanischer Beanspruchung, besser zu schützen. In 1 wird ein Verfahren aus dem Stand der Technik gezeigt. In diesem Verfahren wird die integrierte Schaltung von einer thermisch oder durch Strahlen gehärteten Material eingekapselt. Dieses Verfahren ist für SmartCards oder andere allgemeine Verbraucherelektronik üblich, wie beispielsweise Armbanduhren, Uhren, Spielzeug oder Taschenrechner. 1 zeigt ein Verfahren aus dem Stand der Technik, wie es bei einer SmartCard 10 angewendet wird, die einen dielektrischen Trägerbogen 14 und eine integrierte Schaltung 12 enthält. Die integrierte Schaltung 12 wird auf den dielektrischen Trägerbogen 14 geklebt. Der dielektrische Trägerbogen 14 wird auf einem Kontaktgitter 16 angeordnet, wie beispielsweise auf einer Metallplatte aus nickelbeschichtetem und goldbeschichtetem Kupfer. Die Verbindungsvertiefungen 18 werden in dem dielektrischen Trägerbogen 14 ausgebildet, um das Verbinden der Verbindungsdrähte 20 mit den Verbindungsstellen der integrierte Schaltung 12 mit den Verbindungsflächen des Gitters 16 zu ermöglichen. Ein Schutz- oder Einkapselungsschritt schützt die integrierte Schaltung 12 und die aufgelöteten Verbindungsdrähte 20. Diese Technik wird oft "glob top" genannt, was die Beschichtung der integrierte Schaltung von oben unter Verwendung eines Einkapselungsmaterials 22 bezeichnet. Alternativ kann das Einkapselungsmaterial durch einen Rahmen oder eine Form angeordnet und in Position gehalten werden. Das Ergebnis ist eine charakteristische Mündung des Einkapselungsmaterials, die wie ein Klümpchen ("glob") aussieht und somit zu dem in der Industrie gebräuchlichen Spitznamen "glob top" führte. Der "Glob Top"-Prozess führt zu einem Materialmund, der die zu schützende integrierte Schaltung überlappt, wie in 1 gezeigt. Ein Beispiel eines Hochfrequenz-Identifikationslabels ("HFID") unter Verwendung eines ähnlichen Einkapselungs- oder "Glob Top"-Verfahrens zum Schützen der integrierte Schaltung ist im Handel von der in Everett, Washington, USA, ansässigen Firma Intermec unter dem Namen INTELLITAG erhältlich. Ein weiteres Beispiel eines Einkapselungs- oder "Glob Top"-Verfahrens wird in US-Patent Nr. 6,613,609 "Method for Producing a Portable Electronic Device with an Integrated Circuit Protected by a Photosensitive Resin" offenbart.
  • Das Einkapselungs- oder "Glob Top"-Material kann thermohärtende oder härtbare Materialien enthalten, wie beispielsweise härtbare Epoxide oder Silikone. Die Aufbringung des Einkapselungsmaterials 22 kann durch Extrudieren oder Durchleiten durch eine Düse, eine Nadel, ein Sieb, eine Schablone oder durch Transferdruck eines pastenartigen Vorläufers erfolgen, wenn eine härtbare Zusammensetzung verwendet wird. Das Einkapselungsmaterial kann durch thermische oder aktinische Strahlung in Position gehärtet werden.
  • Ein Nachteil des Einkapselungs- oder "Glob Top"-Ansatzes wird in 1 gezeigt. Der Mund des Einkapselungsmaterials 22 über der integrierte Schaltung 12 bildet den Hochpunkt über der Ebene des dielektrischen Trägerbogens 14. Der Hochpunkt des Einkapselungsmaterials befindet sich in der Regel oberhalb der zu schützenden integrierte Schaltung 12. Dieser Hochpunkt des Einkapselungsmaterials 22 wird der erste Punkt sein, der von einer senkrechten Kraft getroffen wird, die mit Pfeil B angegeben ist und welche von einem zweiten Gegenstand ausgehen kann. Es wird angenommen, dass das Einkapselungsmaterial die senkrechte Kraft B an der Stelle der integrierte Schaltung 12 konzentriert und dazu führt, dass die senkrechte Kraft B durch die integrierte Schaltung 12 in das darunter liegende Substrat 14 geführt wird, statt die integrierte Schaltung 12 vor der senkrechten Kraft B zu schützen. Dies ist nicht wünschenswert. Wenn die integrierte Schaltung 12 unter dem Einkapselungsmaterial 22 eine verhältnismäßig zerbrechliche und brüchige integrierte Schaltung aus Silizium ist, kann die konzentrierte Kraft zu einer mechanischen Beanspruchung der integrierten Schaltung führen und sehr wahrscheinlich führt dies zu einem Reißen oder Brechen. Statt die integrierte Schaltung zu schützen wird angenommen, dass der Einkapselungs- oder "Glob Top"-Prozess die Wahrscheinlichkeit, dass die integrierte Schaltung 12 eine mechanische Belastung erfährt, die dazu führt, dass sie reißt oder bricht, und somit im Gebrauch ausfällt, tatsächlich erhöht.
  • Ein weiterer Nachteil des Einkapselungsansatzes oder "Glob Top"-Ansatze wird in 1 dargestellt, welcher ähnlich dem oben beschriebenen Nachteil ist. Wenn Scherkräfte, die durch Pfeil A bezeichnet sind, parallel zu der Ebene des dielektrischen Trägerbogens 14 angelegt werden, fängt der Hochpunkt des Einkapselungsmaterials die Scherkraft A ab. Ein zweiter Gegenstand, der sich parallel zu dem dielektrischen Trägerbogen 14 bewegt, kann solche Scherkräfte hervorrufen. Es wird angenommen, dass ein Teil der Scherkräfte durch das Einkapselungsmaterial 22 zu der Schnittstelle zwischen der integrierten Schaltung 12 und dem dielektrischen Trägerbogen 14 übertragen wird. Wenn die integrierte Schaltung 12 mit dem dielektrischen Trägerbogen 14 durch Drahtverbindungen (wie in 1 dargestellt) oder einen alternativen Prozess, wie beispielsweise Flip Chip, Lötkugelgitteranordnung, anisotropischer leitender Film, Klebstoff, leitende Paste oder ähnliche Materialien, verbunden ist, werden die elektrischen Verbindungen im Randgebiet zwischen der integrierten Schaltung 12 und dem dielektrischen Trägerbogen 14 durch die seitlichen Scherkräfte A, die durch das Einkapselungsmaterial 22 übertragen werden, beansprucht. Die seitliche Beanspruchung kann eine oder mehrere Verbindungen zwischen der integrierten Schaltung 12, dem Kontaktgitter 16 und dem dielektrischen Trägerbogen 14 bis zum Brechen beanspruchen, wodurch ein Ausfall der integrierten Schaltung und ihrer Verbindungen in der SmartCard 10 bewirkt wird. Anders ausgedrückt wäre die SmartCard von einem Interrogator nicht lesbar.
  • Ein weiteres Verfahren aus dem Stand der Technik, das dazu entwickelt worden ist, den empfindlichen Chip der integrierten Schaltung in der SmartCard vor mechanischer Beanspruchung besser zu schützen, wird in 2 dargestellt. In diesem Verfahren ist die integrierte Schaltung 12 in der SmartCard 24 zwischen einer Vielzahl von Schichten eingebettet, einschließlich einer Schicht mit einem Loch oder einer Öffnung, das/die in die Schicht eingeschnitten ist. Typischerweise bestehen diese verschiedenen Schichten aus Polymeren oder Papier. In dieser SmartCard 24 aus dem Stand der Technik ist die Antenne 28 an ein Polymer- oder Papiersubstrat 26 angebracht, wobei die integrierte Schaltung 12 an die Antenne 28 gegenüber dem Substrat 26 angebracht ist. Ein Polymer- oder Papierfilm 30 mit einem Loch oder einer Öffnung 32 wird in der Regel auf die Antenne 28 und das Substrat 26 laminiert, wobei das Loch 32 um die integrierte Schaltung 12 zentriert ist. Eine Deckschicht 34 wird in der Regel auf die Antenne 28 und den Öffnungsfilm 30 laminiert. Der Film 30 mit Loch 32 ist angeblich dazu ausgerichtet, die durch eine senkrechte Kraft verursachte Beanspruchung, welche mit Pfeil B bezeichnet ist, oder eine Scherkraft, welche mit Pfeil A bezeichnet ist, zu absorbieren, so dass ein Teil der Beanspruchung die integrierte Schaltung 12 umgeht. Der Öffnungsfilm 30 verteilt die senkrechten Kräfte B angeblich über die Fläche der SmartCard 24, außer in das Loch 32. Unter Scherkräften A verteilt der Öffnungsfilm 30 die seitliche Scherkraft über die verhältnismäßig große Schnittstellenfläche zwischen dem Öffnungsfilm 30 und dem Substrat 28. Ein Beispiel einer SmartCard, die ein Öffnungsverfahren zum Schutz der integrierten Schaltung verwendet, ist im Handel unter dem Warennamen IQ-PAPER von der in Düren, Deutschland, ansässigen Firma X-Ident Technology GmbH erhältlich. Ein weiteres Beispiel eines Öffnungsfilmverfahrens wird in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. US 2003/0057336 A1, "Non-Contact Type IC Card", offenbart.
  • Ein Nachteil des Öffnungsfilmansatzes ist die Notwendigkeit, die Öffnung 32 und den Film 30 bezüglich des Substrats 26 auszurichten, so dass die integrierte Schaltung 12 in der Mitte der Öffnung 32 liegt, ohne die Seitenwände der Öffnung 32 in dem Film 30 zu kontaktieren. Dieser Aufbau kann bei der Herstellung schwierig zu erzielen sein. Um die Stelle der Öffnung 32 bezüglich des Stelle der integrierte Schaltung 12 aufrechtzuerhalten, ist eine aktive Steuerung der relativen Position und der Geschwindigkeit beider Filme 30, 26 während des Laminiervorgangs erforderlich, so dass die integrierte Schaltung 12 immer in dem offenen Bereich der Öffnung 32 angeordnet ist. Die Öffnung 32 kann in den Film 30 eingeschnitten werden, um einen schmalen Spalt, wie beispielsweise 0,5 bis 1 mm, zwischen dem Rand der integrierten Schaltung 12 und den Rändern der Öffnung 32 zu ermöglichen. Wenn die Länge einer Filmbahn während der Laminierung um einen so geringen Betrag wie 0,05 verglichen zu der Länge der anderen Filmbahn schrumpft (beispielsweise 25 μm Schrumpfung gegenüber einer SmartCard 24 mit 50 mm Länge), verlassen die beiden Filmbahnen 30, 26 die Ausrichtung in 20 bis 40 Wiederholeinheiten, so dass die integrierte Schaltung 12 nicht ganz in der Öffnung 32 angeordnet sein wird. Eine Rollenlaminierung der beiden Filmbahnen 30, 26 in Ausrichtung kann ausgeführt werden, aber sie erfordert eine aktive Korrektur der relativen Geschwindigkeit in Position einer Bahn verglichen mit der anderen Bahn, um die Ausrichtung der Bahnlängen von 50 bis 100 Metern oder mehr aufrechtzuerhalten, was während der Herstellung zu Extrakosten führen kann. Die Laminierung der beiden Filmbahnen 30, 26 auf einer Bogenbasis entfernt die Effekte des Akkumulierens der Fehler, aber es besteht immer noch die Notwendigkeit, den Öffnungsfilm auf die integrierte Schaltung 12 auszurichten, was auch während der Herstellung zu Extrakosten führt.
  • Ein weitere Nachteil des Öffnungsfilmansatzes wird ersichtlich, wenn der Öffnungsfilm 30 nicht so dick ist wie die integrierte Schaltung 12, die er schützen soll, wie in 2 dargestellt. In diesem Fall ist der Öffnungsfilm 30 und sein Laminierhaftstoff (falls vorhanden) in der Gesamthöhe im Vergleich zur Gesamthöhe der integrierte Schaltung 12 und der Anbringungsflächen (falls vorhanden) der integrierte Schaltung an das Substrat geringer. Die Oberfläche der integrierte Schaltung 12 wird über der Ebene des Öffnungsfilms 30 vorstehen. Dadurch ist der Mund 36, an dem die Deckschicht 34 die integrierte Schaltung 12 bedeckt, der Hochpunkt des Aufbaus, und wie bei dem oben beschriebenen Einkapselungsansatz wird dieser Hochpunkt der Deckschicht 34 direkt über der integrierten Schaltung 12 die erste Fläche sein, auf die eine senkrechte Kraft, die durch Pfeil B bezeichnet wird, auftreffen wird, wie sie beispielsweise durch einen zweiten Gegenstand ausgeübt wird. Es wird angenommen, dass die senkrechte Kraft B an der Stelle der integrierten Schaltung 12 konzentriert wird. Die Beanspruchung der integrierten Schaltung 12 wird wiederum zu einem Ausfall der integrierten Schaltung 12 durch Brechen oder Reißen führen. Wenn Scherkräfte, die durch Pfeil A bezeichnet sind, parallel zu der Ebene des Substrats 26 angelegt werden, fängt der Hochpunkt der Deckschicht 34 direkt über der integrierten Schaltung 12 analog die Scherkraft A ab. Ein zweites Objekt oder ein Behälter, der sich parallel zur Deckschicht 34 bewegt, kann solche Scherkräfte ausüben. Es wird angenommen, dass ein Teil der Scherkräfte durch die Deckschicht 34 direkt oberhalb der integrierten Schaltung 12 auf die Schnittstelle zwischen der integrierten Schaltung 12 und dem Substrat 26 übertragen wird. Die elektrischen Verbindungen in dem Grenzbereich zwischen der integrierten Schaltung 12, der Antenne 28 und dem Substrat 26 werden durch die seitlichen Scherkräfte A beansprucht, welche durch die Deckschicht 34 übertragen werden. Die seitliche Beanspruchung kann eine oder mehrere Verbindungen zwischen der integrierte Schaltung 12, der Antenne 28 und dem Substrat 26 bis zum Brechen beanspruchen, was dazu führt, dass die integrierte Schaltung oder ihre Verbindungen in der SmartCard 10 ausfallen. Anders ausgedrückt wäre die SmartCard von einem Interrogator nicht lesbar.
  • Schließlich wird ein weiteres Verfahren aus dem Stand der Technik zum Schützen einer integrierte Schaltung in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 2003-196632 offenbart. Die Verwendung eines solchen Prozesses, wie beispielsweise Siebdruck, Schablonen oder Masken, in Verbindung mit härtbaren Materialien, eignet sich jedoch nicht für die schnelle Rollenherstellung, beispielsweise im Fall der Massenherstellung von HFID-Labels.
  • Alle oben genannten Verfahren aus dem Stand der Technik richten sich hauptsächlich auf die mechanischen Kräfte, die eine SmartCard in der Regel antrifft, beispielsweise, wenn sie in einer Brieftasche aufbewahrt oder in einem Lesegerät verwendet wird. Bei diesen Kräften handelt es sich um verhältnismäßig geringe Kräfte im Vergleich zu den Kräften, die ein Gegenstand in einer industriellen Umgebung antreffen kann, beispielsweise einem Aufprall von großen Gegenständen oder einem statischen Druck von über 0,5 Mpa. Allgemein werden SmartCards aufbewahrt, bis sie benötigt werden, und unterliegen nicht verschiedenen Umgebungen.
  • In jüngster Zeit entstand ein Bedarf an der Verwendung von Hochfrequenz-Identifikationslabels in industriellen oder anderen anspruchsvollen Umgebungen, beispielsweise zur Verwendung an Reifen, Kartons, Kisten oder Paletten. Bei jedem dieser Beispiele unterliegt die integrierte Schaltung in den Hochfrequenz-Identifikationslabels Kräften, die viel größer sind als die Kräfte, die die typische SmartCard antrifft. Wenn die Reifen beispielsweise versendet oder gelagert werden, können sie aufeinander geworfen oder gestapelt werden. Ein an der Seitenwand des Reifens angebrachtes Hochfrequenz-Identifikationslabel erfährt in jedem dieser Zusammenhänge hohe mechanische Kräfte. Als weiteres Beispiel können die Hochfrequenzlabels außen an Paletten oder Kisten angebracht werden und ein Gabelstapler kann verwendet werden, um die Paletten oder Kisten in der Lagerhalle zu bewegen. Der Gabelstapler oder andere Paletten oder Kisten können große Kräfte auf das Hochfrequenzlabel ausüben, wenn sie in Kontakt mit dem Label kommen. Außerdem unterliegen die Hochfrequenzlabels verschiedenen Umgebungen und Kräften, wenn die Gegenstände, an die sie angebracht sind, bewegt werden. Im Gegensatz dazu werden SmartCards nicht an andere Gegenstände, die von Ort zu Ort bewegt werden könnten, angebracht. Dadurch funktionieren die Ansätze aus dem Stand der Technik zum Schützen der integrierten Schaltung und SmartCards oder andere elektronischer Vorrichtung aufgrund der größeren mechanischen Kräfte und der verschiedenen Umgebungen, denen die Hochfrequenzlabels in einer industriellen Umgebung unterliegen, in der Regel nicht. Daher ist es wünschenswert, ein robustes oder stabiles Hochfrequenzlabel bereitzustellen, das in industriellen Umgebungen und anderen anspruchsvollen Umgebungen nützlich ist, und das einfach und kosteneffektiv in der Herstellung ist.
  • In industriellen Anwendungen können die HFID-Labels auf Wegwerfverpackungen, wie beispielsweise Kartons oder Schachteln, verwendet werden und können die Herstellungskosten so direkt erhöhen. Daher ist es vorteilhaft, in solchen Fällen kostengünstige HFID-Labels zu haben. Im Gegensatz dazu werden SmartCards mehrere Male über mehrere Jahre verwendet und können folglich höhere Anfangskosten tolerieren.
  • Das erfindungsgemäße robuste Hochfrequenz-Identifikations-("HFID")-Label wurde entwickelt, um einige der oben dargestellten Nachteile zu überwinden. 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen robusten HFID-Labels 40. Das robuste HFID-Label 40 enthält ein Substrat 42 mit einer ersten Hauptfläche 41 und einer der ersten Hauptfläche 41 gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 43. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Substrat 42 um ein flexibles Substrat, so dass es in einem Label verwendet werden kann, das um einen Gegenstand herumgewickelt werden kann. Das flexible Substrat 42 sollte genug Flexibilität aufweisen, um mit einer Vielzahl von Oberflächen konform zu sein und sich leicht um Ecken herum biegen zu lassen. Das Substrat 42 weist beispielsweise eine Dicke von vorzugsweise 25 bis 100 Mikron auf und besteht aus flexiblem Material, wie Polyester, Polyethylennaphthanat, Polyimid, Polypropylen, Papier oder anderen flexiblen Materialien, die Fachleuten klar sein werden.
  • Ein HFID-Element wird an die erste Hauptfläche 41 des Substrats 42 angebracht. Das HFID-Element enthält in der Regel zwei Komponenten: eine integrierte Schaltung 46 und eine Antenne 44. Die integrierte Schaltung 46 stellt die primäre Identifikationsfunktion bereit. Sie enthält Software und Schaltungen, um die Labelidentifikation und andere wünschenswerte Informationen permanent zu speichern, Befehle, die sie von der Abfragehardware empfängt, zu interpretieren und zu verarbeiten, auf Informationsanfragen von dem Interrogator zu antworten und die Hardware bei der Lösung von Konflikten zu unterstützen, die aus mehreren Labels, die gleichzeitig auf die Abfrage antworten, entstehen. Optional kann die integrierte Schaltung das Aktualisieren der in ihrem Speicher gespeicherten Informationen bereitstellen (Lesen/Schreiben), statt die Informationen nur auszulesen (nur Lesen). Zu den integrierten Schaltungen, die sich für die Verwendung in HFID-Labels 40 eignen, gehören solche, die unter anderem von Texas Instruments (in der TIRIS- oder TAG-IT-Produktlinie), Philips (in der I-CODE-, MIFARE- und HITAG-Produktlinie) erhältlich sind.
  • Die Geometrie und Eigenschaften der Antenne 44 hängen von der erwünschten Betriebsfrequenz des HFID-Labels 40 ab. Beispielsweise würden HFID-Labels 40 mit 915 MHz oder 2,45 GHz in der Regel eine Dipolantenne, wie eine lineare Dipolantenne oder eine gefaltete Dipolantenne, enthalten. Ein HFID-Label 40 mit 13,56 MHz (oder ähnlichem) würde eine Spiral- oder Spulenantenne 44, wie in 5 bis 7 gezeigt, verwenden. Andere Antennenaufbauten sind Fachleuten jedoch bekannt. In jedem Fall fängt die Antenne 44 die von einer Abfragequelle ausgestrahlte Hochfrequenzenergie ab. Diese Signalenergie trägt sowohl Leistung als auch Befehle zu dem Label 40. Die Antenne befähigt das auf HF reagierende Element, ausreichend Energie zu absorbieren, um die integrierte Schaltung 46 mit Energie zu versorgen und somit die zu erfassende Antwort bereitzustellen. Somit müssen die Charakteristiken der Antenne an das System angepasst sein, in das sie eingebettet wird. Im Fall von Labels, die im hohen MHz- bis GHz-Bereich betrieben werden, ist die wichtigste Eigenschaft die Antennenlänge. In der Regel wird die effektive Länge einer Dipolantenne so ausgewählt, dass sie ungefähr eine halbe Wellenlänge oder mehrere halbe Wellenlängen des Abfragesignals beträgt. Im Fall von Labels, die in dem niedrigen bis mittleren MHZ-Bereich (beispielsweise 13,56 MHz) betrieben werden, wo eine Antenne mit halber Wellenlänge aufgrund von Größenbeschränkungen unpraktisch ist, sind die wichtigen Eigenschaften die Induktivität der Antenne und die Anzahl von Windungen auf der Antennenspule. Für beide Antennenarten ist eine gute elektrische Leitfähigkeit erforderlich. In der Regel werden Metalle, wie Kupfer oder Aluminium verwendet, aber andere Leiter, einschließlich Leiterplatten, sind auch annehmbar. Es ist auch wichtig, dass die Eingabeimpedanz der ausgewählten integrierten Schaltung zu der Impedanz der Antenne passt, um den maximalen Energietransfer zu erzielen. Weitere Informationen über Antennen sind Fachleuten beispielsweise aus Bezugstexte, wie K. Finkenzeller, "RFID Handbook. Radio-Frequency Identification Fundamentals and Applications", (1999 John Wiley & Sons Ltd, Chichester, West Sussex, England) bekannt.
  • Ein Kondensator 47 (in 5–7 gezeigt) ist oftmals enthalten, um die Leistung des RFID-Labels 40 zu erhöhen. Bei Vorhandensein des Kondensators 47 bringt er die Betriebsfrequenz des Labels auf einen bestimmten Wert. Dies ist wünschenswert, um den maximalen Betriebsbereich zu erzielen und die Übereinstimmungen mit Richtlinienanforderungen sicherzustellen. Der Kondensator kann entweder ein getrenntes Bauteil sein oder in die Antenne integriert sein.
  • Das robuste RFID-Label 40 enthält mindestens einen Schutz 48 neben der integrierte Schaltung 46, um die integrierte Schaltung 46 besser vor Kräften zu schützen, die auf das RFID-Label 40 aufgebracht werden. Die Schütze 48 sind nahe der integrierte Schaltung 46 auf einem RFID-Label 40 platziert, überlappen sie jedoch nicht. Die Schütze 48 helfen beim Ablenken senkrechter Kräfte, die mit Pfeil B bezeichnet sind, und von Scherkräften, die mit Pfeil A bezeichnet sind, von der integrierte Schaltung 46 weg und in das darunterliegende Substrat 42. Durch Ablenken von senkrechten und Scherkräften von der integrierten Schaltung 46 auf dem RFID-Label 40 weg unterstützen die Schütze 48 das Vermeiden von Ausfall des RFID-Labels 40, welches durch beanspruchungsinduzierten Bruch oder Reißen der integrierten Schaltung 46 oder durch scherinduzierten Schaden oder scherinduzierte Störung der elektrischen Verbindung zwischen der integrierten Schaltung 46 und der Antenne 44 oder einer Kombination aus beiden Schadensarten bewirkt wird. Die Schütze 48 des robusten HFID-Labels 40 unterstützen den Widerstand gegenüber dem Schaden von einem oder beiden dieser Schadenmechanismen, welche die HFID-Labels aus dem Stand der Technik andernfalls betriebsunfähig machen würden, wie in den unten stehenden Beispielen gezeigt. Obwohl die Kräfte A und B als Einzelpfeile dargestellt sind, sind solche Kräfte über die Fläche der Schutzstruktur 48 verteilt. Außerdem können die Schütze 48 beim Schutz anderer diskreter Komponenten des HFID-Labels, wie Kondensatoren oder Batterien, helfen.
  • Vorzugsweise enthält das HFID-Label 40 zwei Schütze 48a, 48b. Diese Schütze 48a, 48b können zwei parallele Schienen sein, wie in 5 gezeigt. Wenn die HFID-Labels 40 eine Rollenform aufweisen, wird bevorzugt, dass sich die Schienen in einer Richtung parallel zur Richtung der Rolle erstrecken, um die Handhabbarkeit zu erleichtern. Der Schutz 48 kann jedoch auch jede andere Gestalt oder Form haben oder aus einer Vielzahl von Abschnitten bestehen, wie in 6-7 gezeigt.
  • Vorzugsweise haben die Schütze 48a, 48b eine relative Höhe, die gleich oder größer als die Höhe der integrierten Schaltung 46 ist. Beispielsweise sollte die Höhe der Schütze 48a, 48b, gemessen von der ersten Hauptfläche 41 des Substrats 42 (mit Abstand b bezeichnet) größer als die Höhe der integrierten Schaltung 46, gemessen von der ersten Hauptfläche 41 des Substrats 42 (mit Abstand a bezeichnet) sein. Beide Höhen werden in einer Richtung gemessen, die sich rechtwinklig zu der ersten Hauptfläche 41 des Substrats 42 erstreckt. Diese Anordnung hilft dabei, die Schütze 48a, 48b als Hochpunkt des HFID-Labels 40 bereitzustellen, was beim Abfangen der Aufbringung einer Kraft B, die ungefähr senkrecht zu der Ebene des HFID-Labels 40 aufgebracht wird, und beim Abfangen der Aufbringung einer Kraft A, die ungefähr parallel zu der Ebene des HFID-Labels 40 aufgebracht wird, hilft. Die Anordnung hilft auch beim Bereitstellen eines Hochpunkts der Schütze 48, die die integrierte Schaltung 46 nicht überlappen, welche von den Schützen 48 geschützt werden soll.
  • Die Höhe der Schütze 48 sollte mindestens 1,1 mal der Höhe der integrierten Schaltung 46 sein, vorzugsweise 1,25 so hoch und weiter bevorzugt mindestens 1,5 mal der Höhe der integrierten Schaltung in einer Richtung, die sich ungefähr senkrecht zu der Ebene des Substrats erstreckt. Die Höhen für Abstand a, die Höhe der integrierten Schaltung 46, betragen vorzugsweise von 50 Mikron bis 500 Mikron und weiter bevorzugt von 150 Mikron bis 300 Mikron. Die Höhen für Abstand b, die Höhe der Schütze 48, betragen vorzugsweise von 55 Mikron bis 2000 Mikron und weiter bevorzugt von 188 Mikron bis 750 Mikron. Die Schütze 48 sollten sich von der integrierten Schaltung 46 vorzugsweise in einem Bereich von 1 mm bis 7,5 mm befinden und weiter bevorzugt von 2 mm bis 5 mm. Die Länge der Schütze, wenn sie als zwei Schienen beidseits der integrierten Schaltung angeordnet sind, beträgt von etwa 5 mm bis zur vollen Länge des HFID-Labels in Maschinenrichtung, vorzugsweise ungefähr 5 mm bis 15 mm.
  • Das HFID-Element, das die in 3 und 4 dargestellte integrierte Schaltung 46 und die Antenne 44 enthält, stellt eine für viele im Handel erhältliche HFID-Elemente typische Konstruktion dar, in der die integrierte Schaltung 46 mit einem leitenden Haftstoff direkt auf die Metallanbringungsstellen der Antenne 44 auf einem Substrat, das in der Regel aus Polyester besteht, angebracht ist. Die integrierte Schaltung 46 kann jedoch an ein Zwischenstück, wie einer Brücke oder einem anderen flexiblen Substrat, angebracht sein, und das Zwischenstück kann an die Antenne 44 angebracht sein. In diesem Beispiel wird die Höhe der Schütze 48, die von der ersten Oberfläche 41 des Substrats 42 in einer Richtung gemessen wird, die sich ungefähr senkrecht zu dem Substrat 42 erstreckt, vorzugsweise größer sein als die Höhe der kombinierten Dicke der integrierten Schaltung 46 und des Zwischenstücks, die von der ersten Oberfläche 41 des Substrats 42 gemessen wird, um der integrierten Schaltung 46 einen angemessenen Schutz bereitzustellen. Analog kann die integrierte Schaltung 46 an einer Aufnahmestelle in dem Substrat 42 ganz oder teilweise eingebettet sein und die Aufnahmestelle ist wiederum mit der HFID-Antenne 44 verbunden. In diesem Beispiel ist die Dicke der integrierten Schaltung 46 und ihrer Komponenten im Wesentlichen gleich oder größer als die Dicke der umgebenden Antenne 44, wobei diese Konstruktionen auch von den Schützen 48 profitieren werden. Die Schütze 48 schützen die integrierte Schaltung 46 an ihrer Aufnahmestelle vor senkrechten und Scherlastkräften.
  • Die Schütze 48 bestehen vorzugsweise aus thermoplastischen Materialien. Zu geeigneten thermoplastischen Materialien gehören Ethylenvinylacetatcopolymere, Polyamide und Polyester. Die Schütze 48 können jedoch auch aus anderen Materialien bestehen.
  • Einer der Vorteile der Verwendung von thermoplastischem Material für die Schütze 48 besteht darin, dass die thermoplastischen Polymere in Produktionsumgebungen leicht handhabbar sind. Thermoplastische Polymere sind besonders im Vergleich zu wärmehärtenden Polymeren und anderen härtbaren Materialien besonders leicht zu handhaben. Wärmehärtende Polymere oder andere härtbare Materialien durchlaufen eine chemische Reaktion, um das Molekulargewicht zu erhöhen und/oder die Bildung von Polymerverknüpfungen hervorzurufen, und bestehen beispielsweise aus Polymeren, die Reaktanden und/oder reaktive Oligomere oder Monomere oder zahlreiche andere Formulierungen enthalten, die dem Fachmann bekannt sind. Diese wärmehärtenden Materialien müssen vor Bedingungen geschützt werden, die dazu führen, dass sie vor Gebrauch härten, und solche Materialien erfordern auch besondere Verarbeitungsschritte, um zu bewirken, dass sie aushärten, wenn dies gewünscht wird, wie beispielsweise die Anwendung von Wärme, ultraviolettem Licht und dergleichen. Die Aushärtungsschritte sind außerdem in der Regel langsam und wenn die wärmehärtenden Material für schnelles Aushärten formuliert sind, werden die Anforderungen an sorgfältige Lagerung und Handhabung schwieriger. Aufgrund der einfachen Handhabung der wärmehärtenden Polymere werden sie oft zur Herstellung von "Heißschmelz"-Haftstoffen, die in Anwendungen wie dem Zusammenbau von Kartons und von Möbel weit verbreitet sind, verwendet. Wärmehärtende Polymere werden jedoch oftmals in Anwendungen verwendet, wo es höhere Leistungsanforderungen gibt, wie beispielsweise eine hohe Stabilität gegenüber Temperatur oder hohe Haftanforderungen, die nur unter Verwendung gehärteter Materialien eingehalten werden können (das heißt, Materialien, die chemische Verbindungen und/oder ein dreidimensionales chemisches Netzwerk aufweisen). Es hat sich herausgestellt, dass die Schütze 48 der vorliegenden Erfindung, wenn sie aus thermoplastischen Materialien gefertigt sind, ein hohes Leistungsniveau erzielen (Haltbarkeit und/oder Fähigkeit, Drücken von mindestens 1 MPA zu widerstehen), und dass thermoplastische Materialien einfach gehandhabt und verarbeitet werden können.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung thermoplastischer Polymere für die Schütze 48 ist, dass sie auf eine Temperatur erwärmt werden können, bei der sie fließen können, was sich insbesondere für die kontinuierliche Verarbeitung und insbesondere für die Extrusion auf ein Substrat, das sich bei einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, eignet. Dies ist ein Vorteil, der sich zur Herstellung der robusten HFID-Labels 40 in einer kontinuierlichen Rollenform eignet. Thermoplastische Polymere können in verschiedenen Größen und Formen extrudiert werden, abhängig von solchen Variablen wie beispielsweise der Größe und der Form der Düse oder des Werkzeugs, des Extrusionsdrucks, der Extrusionstemperatur und der Geschwindigkeit des sich bewegenden Substrats. Thermoplastische Polymere können schnell verarbeitet werden, das heißt, sie härten bis zu einem Punkt, bei dem sie neu gewickelt oder anderweitig manipuliert werden können, da für das Härten nur Kühlung oder Teilkühlung erforderlich ist. Es gibt eine Reihe von Techniken zur Beschleunigung des Kühlprozesses, wie beispielsweise das Richten eines Stroms kalter Luft auf das extrudierte Material oder das Durchleiten des Substrats über eine gekühlte Walze. Andererseits können Materialien und Verarbeitungsbedingungen so gewählt werden, dass nach der Anfangsextrudierung eine kurze Zeitperiode gelassen wird, in der Regel nicht mehr als 60 Sekunden und vorzugsweise weniger als 30 Sekunden, während der das thermoplastische Polymer immer noch heiß genug für die weitere Formgebung ist, wie beispielsweise das teilweise Ausrollen in eine gewünschte Abmessung zwischen zwei Walzen. Thermoplastische Polymere können abhängig von der Extrusionsdüse in einer oder mehreren Kugeln oder geraden Linien, in Punktmustern oder in anderen Formen extrudiert werden, wie beispielsweise Ringe oder Polygone. (Siehe beispielsweise die Schütze 48 aus 6 und 7). Es ist besonders einfach, ein thermoplastisches Polymer als ein oder mehrere gerade Kugeln aufzubringen, um einen Abschnitt einer geraden Linie von zum Beispiel 0,5 bis 2 cm Länge in Maschinenrichtung zu bilden, wobei es sich bei der Maschinenrichtung um die Richtung handelt, in der sich die Rolle bewegt, wenn sie auf- und abgewickelt wird. (Siehe beispielsweise die Schütze 48 aus 5).
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung thermoplastischer Materialien für die Schütze 48 besteht darin, dass thermoplastische Materialien die elektrischen Funktionen der HFID-Labels 40 nicht stören.
  • Bei vielen Anwendung ist nicht nur die Robustheit des HFID-Labels eine Anforderung, sondern es ist auch notwendig, einen zuverlässigen, einfachen und schnellen Herstellungsprozess zu haben, der große Mengen an HFID-Labels auf kostengünstige Weise bereitstellt. Eines der schnellsten und kosteneffektivsten Verfahren zur Handhabung von Labels, Tags, teilweise zusammengesetzten Labels und Komponenten (beispielsweise Substraten, die eine Antenne enthalten) ist die Form durchgängiger Rollen. Eine durchgängige Rolle aus HFID-Labels 40 kann einen Breitenbereich von ungefähr der Breite eines einzigen Labels bis zu einer Breite mehrerer Labels bis zu 150 cm aufweisen. Die Länge einer Rolle kann einen Längenbereich von ungefähr der Länge von 20 Labels bis zu einer Länge von ungefähr 10000 Labels oder bis zu einer Länge von 75 m aufweisen. Solche Rollen können in kontinuierlichen Prozessen gehandhabt werden, beispielsweise werden sie abgewickelt, verarbeitet und wieder aufgewickelt. Diese Prozesse können an einer Rolle ausgeführt werden, die sich bei einer stetigen Geschwindigkeit konstant bewegt, oder sie können an kleinen Abschnitten der Rolle ausgeführt werden, die sich für kurze Zeitdauern nicht bewegen, wobei es sich um einen so genannten Schritt- und Wiederholungsprozess handelt. Prozesse, die an sich bei konstanter Geschwindigkeit bewegenden Rollen ausgeführt werden können, werden bevorzugt, da sie schneller als Schritt- und Wiederholungsprozesse sind und da die Ausrüstung für Schritt- und Wiederholungsprozesse komplizierter und teurer ist. Sowohl sich konstant bewegende Rollen als auch Schritt- und Wiederholungsrollen werden jedoch gegenüber der Handhabung von Bögen mit Labels oder von Einzellabels bevorzugt, weil diese langsamer und weniger kosteneffektiv ist. Die erfindungsgemäßen HFID-Labels 40 können vorteilhafterweise unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Herstellung einer großen Anzahl von Labels 40 mit verhältnismäßig geringen Kosten hergestellt werden.
  • Wenn das HFID-Labels 40 auf einen Behälter oder einen Gegenstand von geringer bis mittlerer Härte und Modul angebracht werden würde, z. B. Gummi, Polymerfilm oder Papier, kann es ein Vorteil sein, das Schutzmaterial aus Materialien auszuwählen, die eine größere Härte und einen größeren Modul als der Behälter oder der Gegenstand aufweisen, an den das HFID-Labels angebracht wird. Die verhältnismäßig steifen Schütze 48 werden sich unter Beanspruchung selbst (und die geschützte integrierte Schaltung) in die verhältnismäßig nachgiebige Oberfläche des Gegenstands oder des Behälters einbetten. Die von den Schützen 48 geschützte integrierte Schaltung 46 wird relativ unbeansprucht bleiben. Wenn die Oberfläche des Gegenstands oder des Behälters relativ hart mit einem hohen Modul ist, wie beispielsweise Metall, sollte das die Schütze 48 bildende Material als weiteres Beispiel einen Modul und eine Haftungsstärke aufweisen, die hoch genug sind, um die erwartete senkrechte oder Scherbeanspruchung zu unterstützen, ohne sich zeitweise oder permanent zu verformen (d. h. bis zu dem Punkt zu beanspruchen, dass die Beanspruchung direkt auf die integrierte Schaltung 46 durch direkten Kontakt übertragen wird).
  • Wie in 3 dargestellt kann das HFID-Labels 40 gegebenenfalls eine erste Haftschicht 52 enthalten, die an die erste Hauptfläche 43 des Substrats 42 angebracht ist. Die Haftschicht 52 ist für die Anbringung des HFID-Labels 40 an Gegenstände, wie Reifen, Kartons, Aktendeckel oder Pässe, wie unten erläutert, geeignet. Das HFID-Labels 40 kann gegebenenfalls auch einen Träger 54 auf der Haftschicht 52 enthalten. Zu geeigneten Trägermaterialien gehören Polyethylen und silikonbeschichtete Papiere.
  • Wie in 3 gezeigt, kann das HFID-Labels 40 gegebenenfalls eine Deckschicht 50 enthalten. Die Deckschicht 50 kann beispielsweise durch Laminierung direkt auf die Schütze 48 und das Substrat 42 angebracht sein. Alternativ kann die Deckschicht 50 durch eine zweite Haftschicht 58, wie in 4 dargestellt, an die Schütze 48 und das Substrat 42 angebracht sein. Die Deckschicht und die Haftschicht 58 sind zum Anbringen des HFID-Labels 40 an einen Gegenstand 60 nützlich. Die Deckschicht 50 kann sich über das Substrat hinaus erstrecken, beispielsweise kann es sich bei ihr um ein Band handeln, das verwendet wird, um das HFID-Labels 40 an einen Gegenstand zu befestigen. Zu geeigneten Materialien für die Deckschicht 50 gehören Polyesterfilme oder Papiere. Alternativ kann es sich bei der Deckschicht 50 und der Haftschicht 58 um das im Handel von der in St. Paul, USA, ansässigen Firma 3M erhältliche Band handeln. Die Deckschicht 50 kann mit Informationen, beispielsweise einem Firmenlogo, einer Werbung oder Informationen über den Gegenstand 60, an den das Label 40 angebracht ist, bedruckt oder bemustert sein. Die gedruckte Information kann insbesondere einen Strichcode oder eine andere symbolische Darstellung enthalten, um eine visuelle oder optische Bestätigung der zu dem HFID-Tag 40 gehörenden Informationen zu ermöglichen. Die Deckschicht kann an jeden Gegenstand geheftet oder anderweitig befestigt sein. Die Deckschicht kann beispielsweise um einen Gepäckgriff gewickelt und dann auf sich selbst befestig werden, um das HFID-Tag an das Gepäck zu befestigen.
  • Zu geeigneten Haftstoffen für die erste oder zweite Haftschicht 52, 58 gehört eine große Bandbreite von Haftmitteln, die Fachleuten bekannt sind, einschließlich, beispielsweise von Bändern, die auf natürlichem Kautschuk, Acrylatpolymeren, Blockcopolymeren, Polyolefinen und Polyolefincopolymeren. Druckempfindliche Haftstoffe können in einigen Anwendungen bevorzugt sein.
  • 5 zeigt eine Draufsicht des HFID-Labels 40 aus 3 und 4, wobei die Deckschicht 50 der Klarheit halber entfernt ist. In dieser Ausführungsform handelt es sich bei den Schützen 48 um Schienen mit einer ersten Schiene 48a und einer zweiten Schiene 48b, wobei die integrierte Schaltung 46 sich zwischen den Schienen 48a, 48b befindet. Die Schütze 48 sind im Wesentlichen parallel zueinander und von der integrierten Schaltung 46 gleich beabstandet. Jede Schiene 48 besteht aus drei unterschiedlichen Abschnitten 49a, 49b, 49c. Die Schütze 48 können jedoch auch jeweils aus einer kontinuierlichen Linie gebildet sein, die sich in demselben Abstand wie die Kombination der Abschnitte 49a, 49b, 49c erstreckt. Analog könnten die Schütze 48 aus einer Reihe von Punkten bestehen, die eine ähnliche Länge über demselben Abstand wie die Kombination aus Abschnitten 49a, 49b, 49c bildet. Alternativ können die Schütze 48 nur aus den beiden Schützen neben der integrierten Schaltung 46 bestehen. Der Schutz 48 kann jedoch nur aus einer Schiene 48a neben der integrierten Schaltung 46 bestehen. Unabhängig davon stellen die Schütze 48 einen oder mehrere Hochpunkte über dem Substrat 42 zum Schutz der integrierten Schaltung 46 bereit.
  • 6 und 7 veranschaulichen alternative Ausführungsformen des HFID-Labels 40. In 6 weist der Schutz 48 die Form eines Rings oder eines Kreises auf, wobei die integrierte Schaltung 46 sich in dem Ring befindet. In 7 besteht der Schutz aus einer Reihe von drei um die integrierte Schaltung 46 angeordneten Punkten. Wie die oben beschriebenen Schütze 48 haben alle diese Schütze 48 eine Höhe, die größer ist, als die Höhe der integrierten Schaltung.
  • Die Schütze 48 können jede Form oder Gestalt annehmen und kontinuierlich, stückweise kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Die Schütze können aus einem oder mehreren organischen Materialien gebildet sein. Polymermaterialien, die thermoplastisch sind, werden bevorzugt und die als Heißschmelzhaftstoffe bekannte Gruppe von thermoplastischen Materialien wird weiter bevorzugt. Die Schütze können auch in Position auf das flexible Substrat 42 aufgebracht werden. Die Schütze 48 können die Form eines Punkts oder eines Musters aus Punkten, einer Linie oder einer Kurve oder mehrerer Linien oder Kurven, eines Polygons oder Rings mit einem in der Mitte offenen Bereich, wo sich die integrierte Schaltung 46 befindet, annehmen. Zu Beispielen geeigneter Schütze 48 gehören Punkte, Kugeln oder Linien aus einem thermoplastischen Polymer, Linien einer oder mehrerer Bandschichten (die optional gestapelt sind, um die gewünschten Abmessungen zu erzielen), vorgeformte Ringe, die aus einer Kombination aus Papier, Stoff oder Haftstoff gebildet sind (wie beispielsweise verstärkte Löcher in Papier) und vorgeformte, geformte oder gegossene Formen aus thermoplastischen Polymeren, Oligomeren oder Monomeren, optional mit einer Haftschicht.
  • Die Schütze 48 können vorgeformte Formen sein, die auf die HFID-Labels 40 angebracht sind. Die Schütze können in einem oder mehreren Schritten platziert werden, wie Fachleuten klar sein wird. Die Schütze 48 können aus Materialien bestehen, die in schnellen Walzenherstellungsverfahren extrudiert werden, die jedoch nachfolgend ohne zusätzliche Verarbeitungsschritte aushärten, wie beispielsweise durch Aussetzen gegenüber Raumfeuchte. Zu Beispielen solcher Materialien gehören die von der in St. Paul, Minnesota, USA, ansässigen Firma 3M unter dem Warennamen JET-WELD und der Produktnummer TE-015 erhältlichen Haftstoffe.
  • Ein Vorteil der Verwendung der Schütze 48 in Form von Schienen ist die einfache Herstellung der robusten HFID-Labels 40. Wenn die Schütze 48 aus einem thermoplastischen Material bestehen, können die Schütze auf die HFID-Labels 40 entweder einzeln oder kontinuierlich extrudiert werden, wobei eine Vielzahl von HFID-Labels in einer Rollenform vorliegen. Wenn sich die HFID-Labels 40 in einer Maschinenrichtung bewegen, können die Schienen auf das Substrat 42 extrudiert werden. Alternativ kann das Schienenmaterial unter Verwendung von Heißschmelz- oder druckangetriebenen Spritzentechniken angebracht werden. Diese Herstellungstechnik der HFID-Labels 40 ist einfacher zu steuern als das Öffnungsverfahren, welches oben unter Bezug auf 2 beschrieben worden ist, und bei dem es notwendig war, die Öffnung über die integrierte Schaltung auszurichten.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Schütze in Form von Schienen ist, dass die Schienen die integrierte Schaltung 46 nicht bedecken, wie bei dem oben unter Bezug auf 1 beschriebene "Glob Top"-Verfahren und sie helfen somit bei der Vermeidung der oben beschriebenen Nachteile. Das Herstellungsverfahren der HFID-Labels 40 unterscheidet sich von dem Einkapselungs- oder "Glob Top"-Verfahren insofern, als die Schutzstruktur (die Schütze 48) sich nicht in Kontakt, sondern stattdessen in einigem Abstand von der zu schützenden integrierten Schaltung 46 befinden, was bei dem Vermeiden der oben beschriebenen Nachteile hilft.
  • Das robuste HFID-Label 40 ist speziell für die Verwendung mit Gegenständen ausgerichtet, bei denen das HFID-Label jede Anzahl von Kräften erfahren kann, wie beispielsweise, wenn das HFID-Label 40 an Gegenstände in einer industriellen Umgebung angebracht ist. Die Kräfte können beispielsweise auf die Oberfläche aufgebracht werden, auf die das HFID-Tag 40 befestigt ist. Die Last kann als Kompressionslast, die senkrecht zur Oberfläche verläuft, oder als Scherlast, die parallel zur Oberfläche verläuft, aufgebracht werden.
  • Die Lasten können stetig, wie beispielsweise ein Totgewicht, impulsiv oder transitorisch sein.
  • 8 und 9 zeigen nur zwei Beispiele, wo das robuste HFID-Label 40 angebracht werden kann. Die robusten HFID-Labels 40 der vorliegenden Erfindung sind gegenüber Schäden durch physische Kräfte oder Aufprall im Vergleich zu anderen HFID-Labels aus dem Stand der Technik weniger empfindlich. Diese Kräfte oder Aufpralle können in Anwendungen angetroffen werden, in denen das HFID-Label 40 an die Außenfläche eines Gegenstands oder eines Behälters angebracht sein kann. Wenn das HFID-Label 40 an einen Gegenstand, wie einem Reifen, angebracht ist, können die Gegenstände beispielsweise zur Lagerung oder zum Versand aufeinander gestapelt sein, wie in 8 dargestellt. 8 zeigt einen Reifenstapel 70, wobei jeder Reifen ein robustes HFID-Label 40 an die Außenwand des Reifens 70 angebracht aufweist. Die Reifen 70 können sich während des Versands in Bezug aufeinander bewegen. Die Reifen 70 können auch während des Prozesses ihrer Anbringung an einem Automobil eine raue Handhabung erfahren. In dieser Position können die robusten HFID-Labels 40 Scherkräfte erfahren, wie beispielsweise, wenn ein Reifen auf den anderen Reifen geschoben wird, oder sie können senkrechte Kräfte erfahren durch das Gewicht das Reifens über dem HFID-Label 40. In jedem dieser Umstände wird die empfindliche, brüchige integrierte Schaltung 46 vor dem Reißen oder Brechen durch die Schütze 48 des HFID-Labels 40 geschützt. Alternativ können die HFID-Labels 40 an die Innenseite des Reifens 70 angebracht werden.
  • Wenn das HFID-Labels 40 an die Außenseite eines Versandbehälters 80 angebracht ist, wie beispielsweise einer Schachtel oder eines Kartons, ist das HFID-Labels 40 auf ähnliche Weise gegenüber Aufprall- oder Abriebschäden von anderen benachbarten Behältern oder durch Handhabungsausrüstungen, wie Gabelstapler, empfindlich. 9 zeigt die Verwendung der robusten HFID-Labels 40 auf Versandbehältern 80, wie Schachteln oder Kartons, und an einer Palette 82. Während des Versands können Scherkräfte auftreten, wenn Kartons oder Gegenstände den zufälligen Vibrationen und Schocks während des Transportvorgangs unterliegen. Auch wenn das HFID-Labels 40 in einem Versandbehälter 80 angebracht ist, kann es immer noch Aufprallkräfte erfahren, wenn ein Gegenstand oder Gegenstände in dem Behälter sich während des Versands oder der Handhabung verschieben. HFID-Labels 40 können in Position an Wagen, großen oder in der Hand gehaltenen Ausrüstungen oder Werkzeugen, Schachteln, Kisten, Kartons, Transportern, Gepäck, Umschlägen, Büchern, Aktendeckeln oder Verbrauchsgegenständen, bei denen physischer Schaden wahrscheinlich ist, positioniert sein. Das robuste HFID-Labels 40 eignet sich für die direkte Einbettung in dünne Laminatkonstruktionen, einschließlich Mehrschichtlaminate. Die stabile Struktur wird die Möglichkeit eines Schadens an dem HFID-Label verringern, wenn das Laminat zur Herstellung von Kartons oder Schachteln verwendet wird, die Aufprallen oder Scherkräften während des Transports unterliegen. Der Vorteil des robusten HFID-Labels 40 besteht darin, dass es während und nach dem normalen Versand und der Handhabung des Gegenstands oder des Behälters, an dem es angebracht ist, im Vergleich zu HFID-Labels aus dem Stand der Technik, bei denen die integrierte Schaltung gegenüber Schäden anfälliger ist, weiter funktionieren wird.
  • Die robusten HFID-Labels 40 können auf einem von mehreren allgemein anerkannten Bändern im elektromagnetischen Spektrum, beispielsweise bei 125 KHz, 13,56 MHz, 868–950 MHz, 2,45 GHz und dergleichen betrieben werden. Zum Lesen des robusten HFID-Labels 40 können ortsfeste oder tragbare HFID-Interrogatorleser verwendet werden, wie die handgehaltene HFID-Vorrichtung, die in US-Patent Nr. 6,486,780 , "Applications for Radio Frequency Identification Systems", offenbart wird. Bei den HFID-Labels 40 kann es sich um aktive oder passive Labels handeln.
  • Die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung wird weiter unter Bezug auf die folgenden ausführlichen Beispiele beschrieben. Diese Beispiele werden angeboten, um die verschiedenen und bevorzugten Ausführungsformen und Techniken weiter zu veranschaulichen. Es versteht sich jedoch, dass viele verschiedene Variationen und Modifikationen vorgenommen werden können und der Umfang der Erfindung dadurch nicht verlassen wird.
  • Beispiel 1:
  • Im Handel von der Firma Texas Instruments in Dallas, Texas, USA, unter dem Handelsnamen TAG-IT ISO und TAG-IT erhältliche HFID-Labels wurden verwendet, um die erfindungsgemäßen robusten HFID-Labels aufzubauen. Die Antenne der ISO TAG-IT Labels ist in der Perspektive rechtwinklig und weist Abmessungen von ungefähr 22 mm × 38 mm auf. Die Antennen der TAG-IT Labels sind in der Perspektive quadratisch und weisen Abmessungen von ungefähr 45 mm pro Seite auf. Die integrierte Schaltung des ISO TAG IT HFID-Labels hat, eine Abmessung von ungefähr 1 mm im Quadrat und die integrierte Schaltung des TAG IT HFID-Labels hat eine Abmessung von ungefähr 1,5 mm im Quadrat. Um die HFID-Funktion zu überprüfen wurde jedes HFID-Label durch Lesen mit einem HFID-Lesegerät vor der Modifikation und nachfolgender Funktionsauswertung getestet.
  • Zwei parallele Kugeln aus einem Heißschmelzhaftstoff aus Ethylenvinylacetat, die im Handel von der Firma 3M, St. Paul, Minnesota, USA, unter der Produktnummer 3764 und dem Handelsnamen JET-MELT erhältlich sind, wurden auf jedes der zwanzig TAG IT ISO HFID-Labels aufgebracht. Jede Kugel des aufgebrachten Haftstoffs war im Querschnitt halbkreisförmig mit einem Radius von ungefähr 1 mm. Die Kugeln waren ungefähr 15 mm lang und 8 mm voneinander beabstandet, wobei die integrierte Schaltung des HFID ungefähr zwischen den Kugeln zentriert ist. Jedes TAG IT ISO HFID-Label wurde dann auf ein Segment Führungsband laminiert, das 45 mm × 100 mm maß, wobei die integrierte Schaltung des TAG-IT ISO HFID-Labels und der parallelen Kugeln an die Haftschicht des Führungstapes angrenzen und somit ein Beispiel des erfindungsgemäßen robusten HFID-Labels darstellen. Das HFID-Label wurde so positioniert, dass der geometrische Mittelpunkt des HFID-Labels ungefähr mit dem geometrischen Mittelpunkt des Abschnitts des Führungsbands zusammenfiel und die Längsachse des HFID-Labels war parallel zu der Längsachse des Abschnitts Führungsband. Die Kanten des Haftbands erstreckten sich entlang jeder Kante über das HFID-Label hinaus. Das verwendete Führungsband ist im Handel von der Firma 3M als gefärbtes Führungsband unter dem Handelsnamen SCOTCH und der Modellnummer 330 erhältlich.
  • Das wie oben beschrieben aufgebaute HFID-Label wurde dann mit dem Führungsband an die Außenseite eines Abschnitts einer Autoreifenseitenwand angebracht, der die aus der Seitenwand eines typischen PKW-Radialreifens ausgeschnitten wurde. Der Seitenwandabschnitt war ungefähr ein gleichschenkliges Trapezoid mit den Maßen 130 mm (kurze Seite) × 170 mm (lange Seite) × 100 mm (Höhe). Eine statische Last wurde dann in einer im Handel von Wabash Method Products, Inc. of Wabash, Indiana, USA, unter der Modellnummer 50-1818-2TMX erhältlichen hydraulischen Presse auf das an den Reifenseitenwandabschnitt angebrachte HFID-Label aufgebracht.
  • Um den statischen Lasttest durchzuführen, wurde das an den Reifenseitenwandabschnitt angebrachte HFID-Label zwischen die Walzen der hydraulischen Presse platziert.
  • Ein zweiter Reifenseitenwandabschnitt mit ungefähr denselben Maßen wurde auf die Probe gelegt. Die Außenflächen der Reifenseitenwandabschnitte wurden in direkter Gegenüberstellung angeordnet, wobei das robuste HFID-Label zwischen die gegenüberliegenden Außenflächen platziert wurde. Die Presse wurde geschlossen und für 15 Sekunden bei jedem der unten in Tabelle 1 gelisteten Drücke gehalten.
  • Ein zweiter statischer Lasttest wurde ausgeführt, in dem nur Abschnitte der Reifenseitenwand mit einem angebrachten robusten HFID-Label in die Presse platziert wurde. In diesem statischen Lasttest wurde die Stahlwalze der Presse in direktem Kontakt zu dem robusten HFID-Label gebracht.
  • Für ein Vergleichsbeispiel (als VE1 bezeichnet) wurden im Handel von Texas Instruments erhältliche TAG-IT HFID-Standardlabels auf einen Abschnitt Führungsband laminiert, wobei die Seite der integrierten Schaltung des TAG IT HFID-Labels an die Haftschicht des Führungsbands angrenzte. Die Labels des Vergleichsbeispiels wurden dann von dem Führungsband an einen Reifenseitenwandabschnitt derselben Art und Maße wie oben dargelegt angebracht.
  • Die Ergebnisse des statischen Lasttests werden in Tabelle 1 wiedergegeben. Alle erfindungsgemäßen HFID-Labels bestanden den statischen Lasttest von bis zu 2,9 Mpa (2,9 Mpa ist gleich 430 psi), wobei dem robusten HFID-Label ein zweiter Reifenabschnitt gegenüberlag. Den zweiten statischen Lasttest von bis zu 2,9 Mpa, die direkt durch die Stahlwalze aufgebracht wurden, bestanden alle HFID-Labels.
  • Im Gegensatz dazu bestanden die TAG-IT-Labels von Texas Instruments des Vergleichsbeispiels, wenn sie einem so geringen Druck, wie 0,58 Mpa (86 psi) unterlagen. Die nicht bestehenden TAG-IT-Labels von Texas Instruments wurden durch funktionale TAG-IT-Labels von Texas Instruments ersetzt und bei dem höheren Druck von 2,9 Mpa (430 psi) getestet. Kein bei dem höheren Druck von 2,9 Mpa (430 psi) getestete TAG-IT-Label bestand den Test. Nicht-Bestehen bedeutet, dass es von einem HFID-Lesegerät oder einem Interrogator nicht mehr gelesen werden konnte.
  • Figure 00400001
  • Beispiel 2:
  • Als nächstes wurde die Leistung der robusten HFID-Labels unter Aufpralllasten ausgewertet. Das robuste HFID-Label wurde in einem Tropftest ausgewertet, um Aufpralllasten zu simulieren, denen ein HFID-Label, wenn es an einen Behälter, wie eine Pappschachtel, angebracht ist, beim Versand durch einen Kurier oder bei der Handhabung in der Lagerhalle oder bei ähnlichen Bedingungen in industriellen Umgebungen erfahren kann.
  • Robuste HFID-Labels waren wie in Beispiel 1 beschrieben aufgebaut. Im Handel von Texas Instruments, Dallas, Texas, USA, unter dem Handelsnamen TAG-IT erhältliche HFID-Labels wurden zur Konstruktion der robusten HFID-Labels der vorliegenden Erfindung verwendet. Die Antennen der für den Aufpralllasttest verwendeten TAG-IT Labels waren in Perspektive rechtwinklig mit Maßen von ungefähr 22 mm × 38 mm. Die integrierte Schaltung der TAG-IT HFID-Labels hat Maße von ungefähr 1,5 mm im Quadrat. Um die HFID-Funktion zu testen wurde jedes TAG-IT HFID-Label durch Lesen mit einer HFID-Lesevorrichtung vor der Modifikation und nachfolgender Funktionsauswertung getestet.
  • Zwei parallele Kugeln aus einem Heißschmelzhaftmittel aus Ethylenvinylacetat, die im Handel von der Firma 3M, St. Paul, Minnesota, USA, unter der Produktnummer 3764 und dem Handelsnamen JET-MELT erhältlich sind, wurden auf jedes von zehn TAG-IT ISO HFID-Labels angebracht. Jede Kugel des aufgebrachten Haftmittels war im Querschnitt halbkreisförmig mit einem Radius von ungefähr 1 mm. Die Kugeln waren ungefähr 15 mm lang und 8 mm beabstandet, wobei die integrierte Schaltung des HFID-Labels zwischen den Kugeln zentriert ist. Jedes TAG-IT ISO HFID-Label wurde dann auf ein Segment Führungsband laminiert, das 45 mm × 100 mm maß, wobei die integrierte Schaltung des TAG-IT ISO HFID-Labels und die parallelen Kugeln an die Haftschicht des Führungsbands angrenzen und somit ein Beispiel der HFID-Labels der vorliegenden Erfindung bilden. Das HFID-Label wurde so positioniert, dass die geometrische Mitte des HFID-Labels ungefähr mit der geometrischen Mitte des Abschnitts Führungsband zusammenfiel und die Längsachse des HFID-Labels war parallel mit der Längsachse des Führungsbandabschnitts. Die Kanten des Bandhaftmittels erstreckte sich entlang jeder Kante über das HFID-Labels.
  • Für Vergleichsbeispiele (als VE2–VE11 bezeichnet) wurden zehn TAG-IT HFID-Labels ohne die Schutzkugelstrukturen gefertigt. Jedes TAG-IT HFID-Label von Texas Instruments aus den Vergleichsbeispielen auf ein Stück Führungsband laminiert, welches Maße von 45 mm × 100 mm hat, wobei die Haftseite des Bands der Oberfläche des die integrierte Schaltung enthaltenden HFID-Labels gegenüberliegt. Die TAG-IT-HFID-Labels der Vergleichsbeispiele wurden so positioniert, dass die geometrische Mitte des HFID-Labels ungefähr mit der geometrischen Mitte des Führungsbandabschnitts zusammenfiel und die Längsachse des HFID-Labels war parallel zur Längsachse des Führungsbandabschnitts. Die Kanten des Bandhaftmittels erstreckten sich an jeder Kante über das HFID-Labels, so dass das so mit dem Führungsband gebildete HFID-Label mit einem Führungsbandlaminat ein HFID-Label aufwies.
  • Die HFID-Labels, die nach der obigen Beschreibung aufgebaut waren, wurden dann unter Verwendung der freiliegenden Fläche des Führungsbandhaftmittels auf Pappsubstrate geheftet. Die verwendeten Pappsubstrate waren Abschnitte aus Wellpappenmaterial mit Maßen von 70 mm × 140 mm. Die Wellpappensubstrate waren aus Einwandschachteln mit einer Reißfestigkeit von 200 psi (1,38 Mpa) mit nicht oberflächenbehandeltem brauner Packpapierauflage geschnitten. Die Gesamtdicke der Pappe betrug 4 mm. Die Substrate wurden so ausgeschnitten, dass die Innenwellen parallel zur Längskante (140 mm) des Substrat verliefen.
  • Die HFID-Labels wurden auf die Wellpappensubstrate positioniert, so dass die HFID-Düse ungefähr 70 mm von der kurzen Seite zentriert war und sich 35 mm + 5 mm von der Längskante befand. Die Positionsvariation von der Längskante lag an den ausgewählten Aufpralltextkriterien, dass die integrierte Schaltung oberhalb des durch die Innenwellung nahe der Mittellinie des Wellpappenabschnitts gebildeten Stegs angeordnet ist.
  • Der Tropftest wurde unter Verwendung einer frei fallenden Masse von 540 g, die aus zwei galvanisierten Stahlrohrstutzen bestand, wobei ein Rohrstutzen 1/2 Zoll × 4 Zoll (12,5 mm × 102 mm) und der andere Rohrstutzen 1 Zoll × 4 Zoll (25,4 mm × 102 mm) lang war. Eine durch die Mitte verlaufende 1/2 Zoll lange Schraube mit 13 × 6 Zoll (12,5 mm–13 Gewindewindungen pro 25,4 mm), 1/2-Zoll-Unterlegscheiben (12,5 mm) und eine 1/2–13 (12,5 mm–13 Gewindewindungen pro 25,4 mm) Mutter wurden verwendet, um die Bauteile zusammenzuhalten. Die kreisförmige Fläche des Schraubenkopfes stellte eine glatte flache Aufprallfläche von 18 mm Durchmesser bereit. Die Masse war oberhalb des Zielsubstrats ausgerichtet, wobei der Schraubenkopf nach unten wies. Die Ausrichtung und Höhe der frei fallenden Masse wurde durch eine an einen festen Ständer angebrachtes Polycarbonatrohr bestimmt. Die Masse wurde manuell in dem Polycarbonatrohr positioniert und 250 mm frei fallen lassen, um auf die getestete Probe aufzutreffen (HFID-Label auf Pappsubstrat). Die getestete Probe wurde von einer 3 mm (1/8 Zoll) dicken Stahlplatte unterstützt.
  • Unter diesen Bedingungen erzielte die fallende Masse eine kinetische Energie von 1,32 J. Angenommen, dass sich diese Energie durch eine gleichmäßige Kompression des 4 mm dicken Pappsubstrats verteilte, war die Aufprallkraft ungefähr 331 N. Unter dieser Annahme wird berechnet, dass ein augenblicklicher effektiver Druck von ungefähr 1,29 Mpa (188 psi) über den 18 mm Durchmesser des kreisförmigen Schraubenkopfes verteilt wird. Wie in Tabelle 2 gezeigt, machte dieser Aufprallwert ungeschützte HFID-Labels betriebsunfähig.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der angelegte Aufpralldruck von 1,29 Mpa (188 psi) innerhalb der Reißfestigkeitsgrenzen der für die Testsubstrate verwendeten Wellpappe liegt.
  • Jede der zwanzig Problem (zehn robuste HFID-Labels auf Wellpappensubstraten, zehn Vergleichsbeispiele auf Wellpappensubstraten) wurden wieder auf die Stahlplatte positioniert. Diese frei fallende Masse wurde einmal auf jede getestete Probe fallen gelassen, wobei der Aufprallpunkt ungefähr auf die integrierte HFID-Schaltung zentriert war. Nach dem Falltest wurde die HFID-Funktion mit einem für das Texas Instruments TAG-IT-Produkt programmierten Lesegerät getestet. HFID-Labels, die nicht gelesen werden konnten, wurden als „nicht bestanden", d. h. „konnte nicht gelesen werden" aufgezeichnet. Wenn die HFID-Labels erfolgreich gelesen werden konnten, dann wurden sie als „Lesen ok" aufgezeichnet.
  • Von den zehn robusten HFID-Labels überlebten neun den Falltext. Von den zehn Vergleichsbeispiel-HFID-Labels überlebte eines den Falltest. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 zusammengefasst.
    Probe Falltest
    5 Lesen ok
    6 Lesen ok
    7 Lesen ok
    8 Lesen ok
    9 Lesen ok
    10 Lesen ok
    11 Lesen ok
    12 nicht bestanden
    13 Lesen ok
    14 Lesen ok
    VE2 nicht bestanden
    VE3 nicht bestanden
    VE4 nicht bestanden
    VE5 nicht bestanden
    VE6 nicht bestanden
    VE7 nicht bestanden
    VE8 Lesen ok
    VE9 nicht bestanden
    VE10 nicht bestanden
    VE11 nicht bestanden
    Tabelle 2. Falltestergebnisse
  • Die oben beschriebenen Tests und Testergebnisse sind einzig veranschaulichend und nicht einschränkend gedacht und von Variationen in den Testverfahren können andere Ergebnisse erwartet werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde nun unter Bezug auf verschiedene Ausführungsformen davon beschrieben. Die vorstehende ausführliche Beschreibung und die Beispiele wurden nur zur Erleichterung des Verständnisses gegeben. Daraus sollen sich keine unnötigen Einschränkungen ableiten lassen. Alle hierin zitierten Patente und Patentanmeldungen werden hierdurch durch Bezugnahme aufgenommen. Für Fachleute versteht sich, dass viele Änderungen in den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert wird, abzuweichen. Somit sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die hierin beschriebenen exakten Details und Strukturen beschränkt werden, sondern auf die durch die Sprachregelung der Ansprüche beschriebenen Ansprüche und die Äquivalente solcher Strukturen.
    Figur 1–2
    PRIOR ART STAND DER TECHNIK

Claims (9)

  1. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel, mit: einem flexiblen Substrat (42), aufweisend eine erste Hauptfläche (41) und eine der ersten gegenüberliegende zweite Hauptfläche (43); einer an die erste Hauptfläche (41) des Substrats angebrachten Hochfrequenz-Identifikationsantenne (44); einer an die Antenne angebrachten integrierten Schaltung (46); und einem neben der integrierten Schaltung positionierten thermoplastischen Schutz (48), wobei die integrierte Schaltung (46) eine von der ersten Hauptfläche (41) des flexiblen Substrats (42) gemessene erste Höhe aufweist und wobei der thermoplastische Schutz (48) eine von der ersten Hauptfläche (41) des flexiblen Substrats (42) gemessene zweite Höhe aufweist und wobei die zweite Höhe größer als die erste Höhe ist.
  2. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine erste auf das Substrat (42) aufgebrachte Haftschicht (52).
  3. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei die zweite Höhe mindestens um 1,25-mal größer als die erste Höhe ist.
  4. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei der Schutz (48) sich nicht über die an das flexible Substrat angebrachte integrierte Schaltung (46) erstreckt.
  5. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei der thermoplastische Schutz (48) eine erste Schiene (48a) und eine zweite Schiene (48b) aufweist, wobei die erste und die zweite Schiene im Wesentlichen parallel zueinander sind und sich die integrierte Schaltung (46) zwischen der ersten und der zweiten Schiene befindet.
  6. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei der thermoplastische Schutz (48) die Form eines Rings aufweist und wobei die integrierte Schaltung (46) sich in dem Ring befindet.
  7. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei der thermoplastische Schutz (48) die Form eines Polygons aufweist und wobei die integrierte Schaltung (46) sich in dem Polygon befindet.
  8. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei das flexible Substrat (42) eine Gesamtdicke von zwischen 25 Mikron und 100 Mikron aufweist.
  9. Robustes Hochfrequenz-Identifikationslabel nach Anspruch 1, wobei ein Druck von mindestens ungefähr 1 MPa auf das robuste Hochfrequenz-Identifikationslabel neben dem thermoplastischen Schutz (48) aufgebracht wird und die integrierte Schaltung danach von einem Interrogator gelesen werden kann.
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