ES2270549T3 - Elemento de identificacion. - Google Patents

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Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN ELEMENTO DE IDENTIFICACION (8) CON UN CIRCUITO INTEGRADO (6) Y UNA BOBINA DE ANTENA (7) (-> TRANSPONDEDOR RFID), UNIDA AL CIRCUITO INTEGRADO (6). LA INVENCION TIENE POR OBJETIVO PROPONER UN ELEMENTO DE IDENTIFICACION (8) ECONOMICO Y DE FUNCIONAMIENTO SEGURO. EL PROBLEMA SE RESUELVE POR CUANTO LA BOBINA DE ANTENA (7) SE COMPONE DE UNA PISTA CONDUCTORA INFERIOR (1) Y UNA PISTA CONDUCTORA SUPERIOR (2), TENIENDO CADA UNA DE LAS PISTAS CONDUCTORAS (1, 2) UNA MULTITUD DE ESPIRAS (3), ESTANDO AMBAS PISTAS CONDUCTORAS (1, 2) SITUADAS A AMBOS LADOS DE UNA CAPA DIELECTRICA (4) Y ESTANDO POSICIONADAS LAS DOS PISTAS CONDUCTORAS (1, 2) ENTRE SI DE TAL MANERA QUE ESENCIALMENTE SOLO SE SOLAPEN EN UNA ZONA SELECCIONADA (5A; 5B) O EN DOS ZONAS SELECCIONADAS (5A; 5B).

Description

Elemento de identificación.
La presente invención se refiere a una bobina de antena para usar en un elemento de identificación con un circuito integrado, dotada de una pista conductora inferior y de una pista conductora superior, presentando cada una de ambas pistas conductoras una serie de espiras y estando dispuesta una capa dieléctrica entre ambas pistas conductoras. Además, la invención se refiere al elemento de identificación en el que es utilizada la bobina de antena.
Los elementos de identificación con un circuito integrado y una bobina de antena conectada al circuito integrado se denominan transpondedores RFID. La ventaja de los transpondedores RFID, comparados con los códigos de barras utilizados, en especial preferentemente en el campo del etiquetado de productos, consiste en que permiten un intercambio directo de información, es decir, para la transmisión de información no es necesaria una visualización entre el dispositivo de consulta y el transpondedor. Además, en los transpondedores RFID es posible, al contrario de lo que ocurre con los códigos de barras, modificar directamente, sin problemas, su contenido informático, en caso necesario.
Naturalmente, los transpondedores RFID pueden aplicarse en las más diversas áreas, en especial en el campo de la producción, transformación y transporte de los productos, así como en el campo de la seguridad. Por ejemplo, deben mencionarse la identificación de personas y de animales, la marcación de bultos, en especial en aeropuertos u oficinas de correo, la identificación de vehículos en su fabricación o en aparcamientos.
La desventaja de los transpondedores RFID conocidos, en comparación con los códigos de barras, consiste en una importante diferencia de precio entre ambos elementos. Ello también es la razón por la que hasta hoy la utilización de los transpondedores RFID esté restringido en el sector de ventas a campos marginales. En especial, en artículos de gran consumo se ha evitado hasta ahora en los grandes almacenes y los almacenes la preparación de información de precios u otra información mediante transpondedores RFID, ya que el coste de un transpondedor RFID es de unos 5 euros. Con ello, su uso como marcación desechable está absolutamente fuera de toda discusión.
Los transpondedores RFID están construidos como elementos pasivos o bien como elementos activos. Cuando el transpondedor RFID es utilizado como elemento activo, en la cápsula que contiene el circuito integrado se incluye una fuente de energía adicional, usualmente en forma de una batería. Los transpondedores RFID pueden trabajar en las más diversas gamas de frecuencias, por ejemplo, en la gama de baja frecuencia a 125 kHz, en la gama de frecuencia media a 13,56 MHz o en la gama de microondas, típicamente a 2,45 GHz. En una configuración de la invención se emplean de forma preferente, pero de ninguna manera excluyente, transpondedores pasivos, que trabajan en la gama de frecuencia media.
Por el documento EP 0 682 321 A2 se dio a conocer un soporte de datos con un circuito integrado. El soporte de datos comprende un cuerpo de tarjeta y un circuito integrado que, a través de elementos de contacto, está conectado eléctricamente, como mínimo a una bobina formada de una o de múltiples capas. Los elementos se combinan para formar un circuito resonante que trabaja a una frecuencia de resonancia predeterminada. La bobina sirve para la alimentación de energía y/o para el intercambio de datos del circuito integrado con equipos externos. El circuito y los elementos de contacto están cada uno configurados como módulo separado.
Los costes de fabricación de estas configuraciones conocidas de un soporte de datos son tan altos que sólo pueden ser utilizadas en productos de una categoría de precios elevada. La utilización en artículos de gran consumo es completamente inapropiado.
Un procedimiento para la conexión de un circuito integrado a un circuito resonante, dispuesto sobre un sustrato flexible y un transpondedor correspondiente se describen en el documento EP 0 821 406 A1. El circuito resonante está formado por dos plantillas electroconductoras, dispuestas a ambos lados del sustrato flexible. El circuito resonante posee una cierta inductancia y una cierta capacidad. Para asegurar un buen contacto entre el circuito integrado y el circuito resonante se limpia la zona de contacto en el sustrato flexible. A continuación, el circuito integrado es conectado al circuito resonante por medio de una técnica denominada como de hilo soldado (wire-bonding), conocida de la tecnología de semiconductores. Para evitar que el contacto sea nuevamente dañado por influencias externas, el circuito integrado y la zona de contacto son revestidos de una capa protectora.
También son desventajosos en este procedimiento o bien en este transpondedor conocido los costes relativamente elevados de las piezas individuales y de fabricación, considerando que después de la conexión del circuito integrado con el circuito resonante es indispensable revestir el circuito y la zona de contacto de una capa protectora. Habitualmente, los transpondedores están integrados a etiquetas. Debido a que en la zona de los chips el transpondedor es ostensiblemente más grueso que en las demás zonas, se producen problemas considerables, por ejemplo, en la impresión con una impresora térmica de etiquetas. Además, las plantillas conductoras que forman el circuito resonante son aplicadas al sustrato por medio de "etching". Etching es un procedimiento relativamente caro que, además, afecta en gran medida el medio ambiente.
Además, por el documento US-A-5 608 417, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación independiente 1, se conoce un elemento de identificación que comprende una bobina de antena formada por dos pistas conductoras, un circuito integrado y una capa dieléctrica dispuesta entre ambas pistas conductoras. Para ello, cada pista conductora presenta una serie de espiras, estando las espiras de ambas pistas conductoras ajustadas de manera tal que pueda conseguirse una capacidad e inductancia elevadas, distribuidas uniformemente entre las pistas conductoras.
La invención tiene el objetivo de dar a conocer una bobina de antena económica y fiable del tipo mencionado al comienzo y un elemento de identificación, en el que se utiliza la bobina de antena, concentrando la capacidad de la bobina de antena en la proximidad del circuito integrado.
El objetivo se consigue respecto de la bobina de antena y del elemento de identificación, posicionando ambas pistas conductoras desplazadas entre sí, de manera tal que se solapan en la zona de sus espiras externas y/o en la zona inicial de sus espiras internas y que las demás zonas de solapado, en las que se cruzan ambas pistas conductoras, sólo contribuyen en forma irrelevante a la capacidad total.
Las ventajas de la solución, de acuerdo con la invención, consisten, por un lado, en que la inductancia de la bobina de antena es relativamente elevada debido a la gran cantidad de espiras de ambas pistas conductoras. En especial, la inductancia puede dimensionarse para que, con campo de consulta especificado en un espacio especificado, la tensión de salida sea suficiente para activar y operar el circuito integrado. Por otro lado, la configuración que comprende el solapado de las dos pistas conductoras, esencialmente sólo en las zonas de inicio y/o final, produce el efecto de que estas zonas realizan el aporte principal de la capacidad de la bobina de antena, mientras que la contribución de las zonas de solapado restantes (o sea, las zonas en las que se cruzan las pistas conductoras) son ínfimos. De esta manera es posible obtener en la frecuencia de excitación especificada de la bobina de antena una inductancia mayor y, a su vez, una tensión inducida mayor para el funcionamiento del circuito integrado del elemento de identificación.
De acuerdo con una forma de realización preferente de la invención, en el elemento de identificación se ha previsto que el circuito integrado esté conectado a la bobina de antena según la invención, preferentemente por medio de una unión pegada electroconductora. En la unión pegada, se trata de uniones llamadas isotrópicas o anisotrópicas, bien conocidas de la fabricación de semiconductores. Este procedimiento de contacto es muy económico. Además de ello, dicho procedimiento es utilizable sin problemas, y de este modo muy apropiado, en los chips no encapsulados utilizados y en las bobinas de antenas fabricadas de pistas conductoras troqueladas.
Según un perfeccionamiento ventajoso del elemento de identificación de acuerdo con la invención, se ha previsto que en el circuito integrado se trata de un chip no encapsulado. Naturalmente, esto representa una solución extremadamente económica. En el caso en que el elemento de identificación está integrado en una etiqueta, la impresión mediante, por ejemplo, una impresora térmica se facilita sustancialmente, debido a que el espesor de un chip no encapsulado es sustancialmente inferior que el de un chip encapsulado.
Según la invención, en las pistas conductoras de la bobina de antena se trata preferentemente de piezas troqueladas de una lámina metálica. Un procedimiento de fabricar etiquetas resonantes en forma muy económica ya ha sido dado a conocer por el documento EP 0 655 705 A1. El procedimiento de fabricación publicado por dicho documento se agrega explícitamente al contenido del preámbulo de la presente invención, en especial para la fabricación de una bobina de antena.
Según una configuración preferente de la bobina de antena, según la invención, se da a conocer que la capa dieléctrica comprende un pegamento dieléctrico. Esta configuración ya se describe igualmente en el documento EP 0 655 705 A1.
La tensión de trabajo del circuito integrado, o sea del chip sin encapsular, está en el rango de los 2 voltios aproximadamente. De acuerdo con una configuración ventajosa de la bobina de antena, según la invención, se ha previsto que la cantidad de espiras de las pistas conductoras, proporcional a la inductancia de la bobina de antena y, de este modo, a la tensión inducida, y el tamaño de la zona de inicio y/o de final en las que se solapan las pistas conductoras se han elegido de manera tal que la tensión inicial de la bobina de antena se encuentra en el rango del voltio, con el campo de consulta especificado en un espacio especificado.
Para compensar tolerancias de fabricación, una forma de realización ventajosa de la bobina de antena, según la invención, prevé que la bobina de antena, después de la fabricación, puede adaptarse a la frecuencia de resonancia deseada mediante la aplicación de calor y presión en la zona inicial y/o final. Preferentemente, el adaptado se realiza mediante una varilla calefaccionado, ajustando la distancia entre las dos pistas conductoras en la zona de solapado de manera tal que la bobina de antena suministra la frecuencia de resonancia necesaria para la activación del circuito integrado. Es absolutamente posible realizar una adaptación fina de este tipo, aún cuando el circuito integrado ya se ha conectado a la bobina de antena.
Una configuración ventajosa de la bobina de antena, según la invención, prevé que ambas pistas conductoras de la bobina de antena presentan, en lo esencial, las mismas dimensiones y que las pistas conductoras están enrollados en sentidos opuestos.
Además, la zona final de la espira exterior y la zona inicial de la espira interior de, cómo mínimo, una de las dos pistas conductoras, presentan preferentemente una mayor anchura que las demás zonas de pista conductora. Como ya se ha mencionado anteriormente, las zonas de solapado elegidas se encuentran dispuestas en dichas zonas iniciales y/o finales de la bobina de antena. Debido a que estas zonas presentan una anchura mayor que las demás zonas de las pistas conductoras, se produce una concentración de la capacidad en la zona de solapado respectiva. En la proximidad de la zona de solapado, también el chip o bien el circuito integrado está conectado con la bobina de antena. Una capacidad total concentrada es ostensiblemente más conveniente que una capacidad total que se produce como la suma de una serie de capacidades individuales, porque la capacidad total, y de este modo la energía para el funcionamiento del circuito integrado, puede concentrarse de manera sencilla en el punto en el que se requiere, o sea en la proximidad del chip.
De acuerdo con una configuración ventajosa de la bobina de antena según la invención, se ha previsto que ambas pistas conductoras están eléctricamente conectados entre sí, en una de ambas zonas de solapado, preferentemente en las zonas finales de ambas espiras externas.
De acuerdo con una forma de realización ventajosa del elemento de identificación, en la que el circuito integrado está conectado a la bobina de antena según la invención, se ha dispuesto en la zona del eje de simetría del elemento de identificación un transpondedor o chip entre ambas espiras internas de ambas pistas conductoras. En especial, junto con el perfeccionamiento del elemento de identificación descrito a continuación, dicha configuración es de gran ventaja. Según dicho perfeccionamiento, se ha previsto que entre ambas pistas conductoras y fuera de la zona en la que está dispuesto el chip, se encuentre dispuesta una capa dieléctrica adicional. En otra configuración del elemento de identificación, la capa dieléctrica se trata de dos circuitos de una lámina dieléctrica fabricada, preferentemente, de poliéster. Esta lámina agranda la distancia entre ambas pistas conductoras y evita de este modo que en las zonas de solapado de ambas pistas conductoras se produzca un cortocircuito que desactivaría la bobina de antena.
La invención se explicará en mayor detalle basándose en las figuras siguientes, que muestran:
la figura 1, una vista desde arriba sobre el pista conductora inferior de una bobina de antena según la invención,
la figura 2, una vista desde arriba sobre la pista conductora superior de la bobina de antena,
la figura 3, una vista desde arriba sobre una configuración de un elemento de identificación y
la figura 4, una vista desde arriba sobre otra configuración de un elemento de identificación.
La figura 1 muestra una vista desde arriba sobre la pista conductora inferior 1 de una bobina de antena 7. Mientras la pista conductora inferior 1 tiene casi tres espiras 3, la pista conductora superior 2 tiene casi cuatro espiras 3, como puede verse en la vista desde arriba de la figura 2. La consecuencia de la cantidad de espiras relativamente grande es una inductancia elevada y, finalmente, la disponibilidad de una tensión inducida suficientemente elevada para la activación del circuito integrado 6. Por cierto, ambas pistas conductoras 1, 2 están enrollados en sentidos opuestos. La figura 3 muestra un elemento de identificación 8 terminado, formado de ambas pistas conductoras 1, 2.
La zona inicial 5a y la zona final 5b de la pista conductora inferior 1, así como la zona final 5b de la pista conductora superior 2 tienen una anchura mayor que las demás zonas de las pistas conductoras 1, 2. Preferentemente, ambas pistas conductoras 1, 2 están troqueladas de una lámina metálica, en especial una lámina de aluminio. Por supuesto, la lámina también podría ser fabricada de otro metal conductor, por ejemplo, cobre.
Para formar la bobina de antena 7 se encuentra dispuesta entre ambas pistas conductoras 1, 2 una capa dieléctrica 4. Ambas pistas conductoras 1, 2 están posicionadas una respecto de la otra de manera tal que, en lo esencial, solamente se solapan en las zonas iniciales y/o finales 5a, 5b. Según una configuración preferente, ambas pistas conductoras 1, 2 están conectadas eléctricamente entre sí en la zona final 5b de las espiras externas 3. En el caso más sencillo, el contacto se realiza mediante el punzonado de un agujero en la zona final 5b de ambas pistas conductoras. Sin embargo, también pueden utilizarse otros métodos para el contacto.
En la capa dieléctrica 4, dispuesta entre ambas pistas conductoras 1, 2 se trata, preferentemente, de un termoadhesivo dieléctrico. La capa dieléctrica 4 aísla eléctricamente entre sí ambas pistas conductoras 1, 2. Debido al posicionamiento desplazado de ambas pistas conductoras 1, 2 se consigue que la parte principal de la capacidad provenga de la zona de solapado 5a, 5b, mientras las zonas de solapado 10 restantes, en las que se cruzan ambas pistas conductoras 1, 2, solamente hacen aportes insignificantes a la capacidad total. Mediante dicha configuración, la capacidad y, de este modo, la energía de la bobina de antena 7 se concentra en la zona en la que es necesaria, o sea en proximidad inmediata al chip.
El circuito integrado 6, o sea el chip preferentemente no encapsulado, está dispuesto entre la zona final 5b de la pista conductora inferior 1 y la zona final 5b de la pista conductora superior 2, en proximidad inmediata al eje de simetría 11 de la bobina de
antena 6.
El contacto entre el chip y las pistas conductoras 1, 2 se realiza, preferentemente, mediante el procedimiento denominado "flip chip bonding", o sea mediante un pegamento electroconductor. Naturalmente, en relación con la presente invención también pueden utilizarse los demás métodos conocidos de la fabricación de semiconductores.
Para evitar que en las zonas de solapado 11 pueda producirse un cortocircuito, que desactivaría la bobina de antena 7 y con ello el elemento de identificación 8, se ha previsto, al menos en estas zonas 11, una lámina dieléctrica adicional 9 o cualquier otra capa dieléctrica adicional.
En la figura 4 puede verse otra configuración del elemento de identificación 8. Se diferencia del elemento de identificación 8 representado en las figuras precedentes solamente por el diseño.
Lista de referencias
1
circuito impreso inferior
2
circuito impreso superior
3
espira
4
capa dieléctrica
5a
zona de solapado/zona inicial
5b
zona de solapado/zona final
6
circuito integrado
7
bobina de antena
8
elemento de identificación
9
lámina dieléctrica
10
zona de solapado
11
eje de simetría

Claims (13)

1. Bobina de antena (7) para utilizar en un elemento de identificación (8) con un circuito integrado, dotada de una pista conductora inferior (1) y una pista conductora superior (2), presentando cada uno, una serie de espiras (3) y habiendo dispuesta entre ambas pistas conductoras (1, 2) una capa dieléctrica (4), caracterizada porque ambas pistas conductoras (1, 2) están posicionadas desplazadas una respecto de la otra, de tal manera que se solapan en la zona final (5b) de sus espiras externas y/o en la zona inicial (5a) de sus espiras internas, y porque las zonas de solapado restantes (10) en las que se cruzan ambas pistas conductoras (1, 2) sólo hacen a la capacidad total aportes insignificantes.
2. Elemento de identificación con un circuito integrado, estando el circuito integrado conectado con una bobina de antena (7) según la reivindicación 1, preferentemente a través de una unión adhesiva electroconductora.
3. Elemento de identificación, según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito integrado se trata de un chip (6) no encapsulado.
4. Bobina de antena, según la reivindicación 1, caracterizada porque las pistas conductoras (1, 2) se tratan de piezas troqueladas de una lámina metálica.
5. Bobina de antena, según la reivindicación 1, caracterizada porque la capa dieléctrica (4) comprende un pegamento dieléctrico.
6. Bobina de antena, según la reivindicación 1, 4 ó 5, caracterizada porque la cantidad de espiras (3) de las pistas conductoras (1, 2), que determina la inductancia de la bobina de antena (7), y la dimensión de la zona inicial y/o final (5a, 5b), en la que se solapan las pistas conductoras (1, 2), es elegida de manera tal que la tensión inicial de la bobina de antena (7) se encuentra, con un campo de consulta especificado en un espacio especificado, en el rango del voltio.
7. Bobina de antena, según la reivindicación 1 ó 6, caracterizada porque la bobina de antena, después de la fabricación, puede adaptarse a la frecuencia de resonancia deseada mediante la aplicación de calor y presión en la zona inicial y/o final (5a, 5b).
8. Bobina de antena, según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque ambas pistas conductoras (1, 2) de la bobina de antena (7) presentan en lo esencial las mismas dimensiones y porque las pistas conductoras (1, 2) están enrollados en sentidos opuestos entre sí.
9. Bobina de antena, según la reivindicación 1 ó 7, caracterizada porque la zona final (5b) de la espira externa (3) y la zona inicial (5a) de la espira interna (3) de al menos uno de los dos pistas conductoras (1; 2) presenta una anchura mayor que las zonas restantes de la pista conductora 1; 2) respectivo.
10. Bobina de antena, según la reivindicación 1 ó 6, caracterizada porque los dos pistas conductoras (1, 2) están eléctricamente interconectados en una de las zonas solapadas, preferentemente en las zonas finales (5b) de ambas espiras externas (3).
11. Elemento de identificación con transpondedor o chip conteniendo un circuito integrado, estando el circuito integrado conectado con una bobina de antena (7) según la reivindicación 1 o 10, caracterizado porque el transpondedor o chip está dispuesto entre ambas espiras internas (3) de ambas pistas conductoras (1, 2) en la zona de un eje de simetría (11) del elemento de identificación (8).
12. Elemento de identificación, según la reivindicación 11, caracterizado porque entre ambas pistas conductoras (1, 2) y fuera de la zona en la que está dispuesto el transpondedor o chip (6) se encuentra dispuesta una capa dieléctrica adicional (9).
13. Elemento de identificación, según la reivindicación 12, caracterizado porque la capa dieléctrica se trata de dos circuitos (9) de una lámina dieléctrica fabricada preferentemente de poliéster.
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