ES2317271T3 - Dispositivo rfid y metodo de formacion. - Google Patents

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ES2317271T3 ES05763194T ES05763194T ES2317271T3 ES 2317271 T3 ES2317271 T3 ES 2317271T3 ES 05763194 T ES05763194 T ES 05763194T ES 05763194 T ES05763194 T ES 05763194T ES 2317271 T3 ES2317271 T3 ES 2317271T3
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Scott Wayne Ferguson
David N. Edwards
Peikang Liu
Jason Munn
Ian J. Forster
Samuel A. Linder
Thomas Craig Weakley
David J. Puleston
Steven C. Kennedy
Christine U. Dang
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Abstract

Dispositivo (700, 800) de identificación por radiofrecuencia (RFID) que comprende: un sustrato (704, 822); una antena (706, 808) sobre el sustrato; una bobina (708, 812) de interposición, en el que la bobina de interposición incluye: un chip (710, 820) RFID que tiene contactos sobre el mismo; y conectores (716, 810) metálicos de la bobina de interposición acoplados de manera operativa a los contactos del chip; y un acoplamiento (804) capacitivo entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena, a través de un material (724, 734, 806) dieléctrico entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena; incluyendo el material dieléctrico superficies de contacto dieléctricas entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena; caracterizado porque las superficies de contacto dieléctricas tienen una constante dieléctrica eficaz que es una función no constante del espesor de las superficies de contacto dieléctricas de modo que, si el material dieléctrico tuviese que hacerse más delgado mediante compresión, el material dieléctrico tendría una constante dieléctrica reducida con el fin de reducir los efectos de variaciones del espesor del material dieléctrico utilizado para el acoplamiento capacitivo.

Description

Dispositivo RFID y método de formación.
Campo de la invención
Esta invención se refiere al campo de las etiquetas y marcas de identificación por radiofrecuencia (RFID), y a una configuración particular de tales dispositivos y métodos de fabricación de tales dispositivos.
Descripción de la técnica relacionada
Las etiquetas y marcas RFID tienen una combinación de antenas y componentes electrónicos analógicos y/o digitales, que pueden incluir por ejemplo componentes electrónicos de comunicaciones, memoria de datos y lógica de control. Las etiquetas y marcas RFID se utilizan ampliamente para asociar un objeto con un código de identificación. Por ejemplo, las etiquetas RFID se utilizan junto con cerraduras de seguridad en coches, para el control de acceso a edificios y para hacer un seguimiento de inventarios y paquetes. Algunos ejemplos de etiquetas y marcas RFID aparecen en las patentes estadounidenses nº 6.107.920, 6.206.292 y 6.262.692.
Las etiquetas y marcas RFID incluyen etiquetas activas, que incluyen una fuente de alimentación, y etiquetas y marcas pasivas, que no lo hacen. En el caso de las etiquetas pasivas, para recuperar la información del chip, una "estación base" o "lector" envía una señal de excitación a la etiqueta o marca RFID. La señal de excitación activa la etiqueta o marca, y el sistema de los Circuitos RFID transmite la información almacenada de vuelta al lector. El "lector" recibe y descodifica la información de la etiqueta RFID. En general, las etiquetas RFID pueden contener y transmitir suficiente información para identificar de forma unívoca personas, paquetes, inventarios y similares. Las etiquetas y marcas RFID también pueden caracterizarse como aquéllas en las que se escribe información sólo una vez (aunque la información puede leerse repetidamente), y aquéllas en las que puede escribirse información durante el uso. Por ejemplo, las etiquetas RFID pueden almacenar datos medioambientales (que pueden detectarse mediante un sensor asociado), historiales logísticos, datos de estado, etc.
En la patente estadounidense nº 6.451.154, concedida a Moore North America, Inc., se dan a conocer métodos para fabricar marcas RFID. El método dado a conocer en la patente estadounidense nº 6.451.154 utiliza una serie de fuentes diferentes de inserciones RFID, incluyendo cada inserción una antena y un chip. Una pluralidad de bandas se hacen coincidir entre sí y las marcas RFID se troquelan a partir de las bandas, para producir marcas RFID con revestimientos. Alternativamente, se producen marcas RFID sin revestimiento a partir de una banda compuesta con un material de separación en una cara y un adhesivo sensible a la presión en la otra, formándose las marcas por perforaciones en la banda. Son posibles varias alternativas.
Otros dispositivos y métodos RFID más para fabricar marcas RFID se dan a conocer en la publicación de solicitud de patente estadounidense nº US2001/0053675 por Plettner. Los dispositivos incluyen un transpondedor que comprende un chip que tiene superficies de contacto y al menos dos elementos de acoplamiento, que están conectados de forma conductora con las superficies de contacto. Los elementos de acoplamiento no se tocan entre sí y están formados de forma autosoportada y independiente y se extienden esencialmente paralelas al plano del chip. La altura de montaje total del transpondedor corresponde esencialmente a la altura de montaje del chip. El tamaño y geometría de los elementos de acoplamiento están adaptados para actuar como una antena dipolo o junto con una unidad de evaluación como un condensador de placas. Normalmente, los transpondedores se producen a nivel de oblea. Los elementos de acoplamiento pueden ponerse en contacto con las superficies de contacto del chip directamente a nivel de oblea, es decir, antes de que los chips se extraigan de la agrupación dada por la oblea.
En muchas aplicaciones es deseable reducir el tamaño de los componentes electrónicos lo máximo posible. Con el fin de interconectar chips muy pequeños con antenas en las inserciones RFID, se conoce usar una estructura denominada de forma diversa "puentes", "bobinas de interposición" y "soportes" para facilitar la fabricación de capa interna. Las bobinas de interposición incluyen conectores metálicos conductores o superficies de contacto que están acopladas eléctricamente a las superficies de contacto de los chips para su acoplamiento a las antenas. Estas superficies de contacto proporcionan un área de contacto eléctrico eficaz más grande que los CI alineados de forma precisa para la colocación directa sin una bobina de interposición. El área más grande reduce la precisión requerida para la colocación de los CI durante la fabricación mientras sigue proporcionando una conexión eléctrica eficaz. La colocación y montaje de los CI son limitaciones importantes para la fabricación a alta velocidad. La técnica anterior da a conocer una variedad de estructuras de bobina de interposición o puente RFID, que normalmente utilizan un sustrato flexible que soporta los conductores metálicos o superficies de contacto de la bobina de interposición.
Un tipo de fabricación de inserción RFID de la técnica anterior. que usa bobinas de interposición se da a conocer en la solicitud de patente europea EP 1039543 A2 concedida a Morgan Adhesives Company ("Morgan"). Esta solicitud de patente da a conocer un método para montar un chip de circuito integrado (IC, integrated circuit) utilizando una bobina de interposición conectada a través de un espacio entre dos secciones de película conductora delgada de una antena de película conductora. La bobina de interposición comprende un sustrato delgado que tiene dos superficies de contacto de tinta conductora impresas. Este método se considera adecuado para la producción en masa de etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) montando CI en bobinas de interposición que a continuación se conectan física y eléctricamente a las secciones de antena usando un adhesivo conductor sensible a la presión. El adhesivo conductor sensible a la presión proporciona una conexión eléctrica directa entre las superficies de contacto de la bobina de interposición y las secciones de antena.
Otro tipo de fabricación de inserción RFID de la técnica anterior que utiliza bobinas de interposición se basa en una técnica para fabricar elementos microelectrónicos como bloques electrónicos pequeños, asociados con Alien Technology Corporación ("Alien") de Morgan Hill California. Alien ha desarrollado técnicas para fabricar bloques electrónicos pequeños, que denomina "NanoBlocks", y a continuación deposita los bloques electrónicos pequeños en rebajes en un sustrato subyacente. Para alojar los bloques electrónicos pequeños un sustrato 200 (figura 1) plano se estampa en relieve con numerosos huecos 210 de alojamiento. Los huecos 210 de alojamiento están formados normalmente en un patrón sobre el sustrato. Por ejemplo, en la figura 1, los huecos 210 de alojamiento forman un patrón de matriz simple que puede extenderse por sólo una zona predefinida del sustrato, o puede extenderse por sustancialmente todo el ancho y longitud del sustrato, según se desee. Alien tiene una serie de patentes de su técnica, que incluyen las patentes estadounidenses nº 5.783.856; 5.824.186; 5.904.545; 5.545.291; 6.274.508; y 6.281.038, todas ellas incorporadas como referencia por la presente solicitud incorpora. En las publicaciones sobre el Tratado de Cooperación en materia de Patentes de Alien, incluyendo los documentos WO 00/49421; WO 00/49658; WO 00/55915; WO 00/55916; WO 00/46854 y WO 01/33621 puede encontrarse información adicional.
La tecnología NanoBlock de Alien está adaptada para la fabricación de bobinas de interposición para producir inserciones RFID en la patente estadounidense nº 6.606.247. Una bobina de interposición o sustrato de soporte está acoplado a un CI que está embutido por debajo de una superficie de la bobina de interposición. La bobina de interposición incluye además superficies de contacto de conexión de soporte primera y segunda que interconectan con el CI utilizando conectores de metal. Un sustrato de antena plano soporta primeras secciones de antena con superficies de contacto de conexión de recepción primera y segunda respectivas. El sustrato de soporte se acopla al sustrato de antena utilizando las superficies de contacto de conexión de soporte y superficies de contacto de conexión de recepción. A diferencia de la bobina de interposición de la publicación europea de Morgan EP 1039543 A2 en la que el CI está montado por encima de las superficies de contacto de la bobina de interposición en la superficie del sustrato de la bobina de interposición, en la patente estadounidense nº 6.606.247 los chips están contenidos en rebajes en el sustrato de la bobina de interposición, y las superficies de contacto de conexión de soporte están formadas por encima del CI. Sin embargo, tanto el documento EP 1 039 543 A2 como la patente estadounidense nº 6.606.247 comparten la característica de que las superficies de contacto de puente o bobina de interposición se conectan eléctricamente de forma directa a las secciones de antena usando adhesivo conductor.
Tal como se indicó anteriormente, las inserciones RFID que utilizan bobinas de interposición proporcionan una ventaja inherente en la fabricación de alta velocidad facilitando la conexión eléctrica y mecánica eficaz de los CI a las antenas. Sin embargo, deben solucionarse otros problemas de fabricación sustanciales con el fin de proporcionar un proceso de producción de inserción eficaz utilizando bobinas de interposición. La solicitud de patente estadounidense publicada nº 2003/0136503 A1, de titularidad compartida con la misma, da a conocer procesos para producir bobinas de interposición RFID y fijar las bobinas de interposición a una banda de antena. Las bobinas de interposición se desprenden o separan de un material de banda u hoja con CI empaquetados de forma densa (es decir, un paso pequeño entre CI adyacentes) y conectores metálicos de la bobina de interposición. A continuación se transportan las bobinas de interposición, se "dividen" (despliegan) y se fijan en secuencia a un material de banda que contiene antenas que normalmente están separadas con un paso mucho mayor.
Otro problema que ha de solucionarse a la hora de producir inserciones utilizando bobinas de interposición es el acoplamiento eléctrico y mecánico de alta velocidad fiable de las bobinas de interposición (y conectores metálicos de la bobina de interposición) una antenas. La presente invención, al contrario que el documento EP 1 039 543 A2 de Morgan y la patente estadounidense nº 6.606.247 de Alien utiliza un adhesivo no conductor para acoplar mecánicamente los conectores metálicos de la bobina de interposición a las secciones de antena. Los adhesivos no conductores pueden facilitar la producción de alta velocidad en comparación con los adhesivos conductores, debido a la reducción de los requisitos de tiempo de curado y los tiempos de ciclo de producción. Sin embargo, puesto que el adhesivo no es eléctricamente conductor, debe proporcionarse otro mecanismo (diferente de la conducción eléctrica mediante el adhesivo) para acoplar eléctricamente los conectores metálicos de la bobina de interposición a las secciones de antena. El documento DE 101 08 080 C1 da a conocer un soporte de datos sin contacto que tiene un módulo con un CI ajustado en un rebaje en un soporte, soportado por un sustrato con un par de contactos de sustrato que proporcionan superficies de acoplamiento capacitivo conectadas a terminales de CI. El rebaje tiene un par de terminales de bobina que proporcionan superficies de acoplamiento capacitivo conectadas eléctricamente a una bobina de antena en el cuerpo del soporte con elementos separadores ajustados entre los contactos de sustrato y los terminales de bobina que actúan conjuntamente. El documento DE 101 33 588 A1 da a conocer un chip de circuito integrado semiconductor y una estructura conductora que comprenden superficies conductoras sobre el chip o soporte y estando dispuesta la estructura conductora para proporcionar un acoplamiento capacitivo entre las superficies y así conectar el circuito y el conductor (bobina/antena). El documento EP-A-1 267 303 da a conocer un transpondedor de radio de sistema múltiple que tiene una bobina de antena con chips semiconductores en módulos de chip. El transpondedor está diseñado para su uso con diversos sistemas de radio y es posible un mayor nivel de seguridad para usos especiales. La tarjeta modificada es del mismo tamaño que una tarjeta de sistema único. El tamaño de antena no está limitado por la necesidad de alojar dos antenas y el sistema simple usa sólo un módulo de chip.
A partir de lo anterior se observará que caben mejoras en etiquetas RFID y métodos para ensamblar tales etiquetas.
Sumario de la invención
Según la presente invención, se proporciona un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) que tiene las características de la reivindicación 1. Realizaciones preferidas de invención se definen en las reivindicaciones dependientes respectivas.
Una capa interna RFID incluye un sustrato de capa interna; una antena sobre el sustrato de capa interna; una bobina de interposición, que a su vez incluye un chip RFID que tiene contactos sobre el mismo, y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados de forma operativa a los contactos del chip; un adhesivo no conductor que fija la bobina de interposición al sustrato de capa interna; y una conexión conductora que acopla de forma operativa los conectores de la bobina de interposición y la antena.
Una capa interna RFID incluye resaltos conductores que acoplan eléctricamente conectores metálicos de la bobina de interposición a una antena, y un adhesivo no conductor que fija la bobina de interposición al sustrato de capa interna.
Un método para fabricar una capa interna RFID incluye colocar una bobina de interposición sobre un sustrato de capa interna de modo que los resaltos conductores sobre la bobina de interposición estén en contacto con una antena sobre el sustrato, y fijar la bobina de interposición a la antena y el sustrato de capa interna. La fijación puede incluir curar un adhesivo sobre los resaltos conductores.
Una capa interna RFID incluye un sustrato de capa interna; una antena sobre el sustrato de capa interna; una bobina de interposición fijada a la antena y el sustrato de capa interna, en la que la bobina de interposición incluye: un chip RFID que tiene contactos sobre el mismo, y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados de forma operativa a los contactos del chip; y un adhesivo no conductor que fija la bobina de interposición al sustrato de capa interna; y una conexión conductora que acopla de forma operativa los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena.
Un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye un sustrato; una antena sobre el sustrato; y una bobina de interposición, en el que la bobina de interposición incluye: un chip RFID que tiene contactos sobre el mismo; y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados de forma operativa a los contactos del chip; en el que los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena están acoplados de forma capacitiva entre sí a través de superficies de contacto no conductoras.
Un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye un acoplamiento capacitivo entre conectores metálicos conductores de una bobina de interposición o puente, y una antena, a través de superficies de contacto adhesivas no conductoras.
Un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye superficies de contacto adhesivas sensibles a la presión entre una antena y conectores metálicos conductores de puente o bobina de interposición. Un chip, que está acoplado eléctricamente a los conectores metálicos conductores, está acoplado de forma capacitiva a la antena a través de las superficies de contacto adhesivas.
Una capa interna de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye un sustrato; una antena sobre el sustrato; una bobina de interposición, en la que la bobina de interposición incluye: un chip RFID que tiene contactos sobre el mismo; y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados de forma operativa a los contactos del chip; y un adhesivo no conductor que acopla mecánicamente la bobina de interposición y el sustrato; en la que los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena están acoplados eléctricamente entre sí.
Una capa interna de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye un acoplamiento capacitivo autocompensador que acopla eléctricamente entre sí una antena y conectores metálicos conductores de una bobina de interposición o chip. El acoplamiento capacitivo puede incluir uno o más de los siguientes: superficies de contacto adhesivas sensibles a la presión; superficies de contacto poliméricas no conductoras; superficies de contacto dieléctricas que tienen una constante dieléctrica que es una función no constante del espesor; superficies de contacto dieléctricas que tienen separadores en su interior; superficies de contacto dieléctricas que incluyen un material de constante dieléctrica alta; y un área eficaz del acoplamiento que es una función no constante del espesor de las superficies de contacto dieléctricas.
Un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye: una antena; y una bobina de interposición. La bobina de interposición incluye: un chip RFID que tiene contactos sobre el mismo; y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados de forma operativa a los contactos del chip. Los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena están acoplados entre sí de forma capacitiva.
Un método para hacer un dispositivo de identificación por radiofrecuencia (RFID) incluye las etapas de: colocar una antena sobre un sustrato; y acoplar de forma capacitiva un chip a la antena.
Para conseguir los propósitos anteriores y relacionados, la invención comprende las características descritas en su totalidad a continuación y destacadas particularmente en las reivindicaciones. La siguiente descripción y los dibujos adjuntos explican con detalle ciertas realizaciones ilustrativas de la invención. Estas realizaciones son indicativas, sin embargo, de sólo algunas de las diversas maneras en las que pueden emplearse los principios de la invención. Otros objetos, ventajas y características novedosas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención considerada junto con los dibujos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 ilustra un patrón de huecos estampados en relieve sobre la superficie de una zona de una banda, en la que pueden incrustarse bloques electrónicos pequeños de forma complementaria;
la figura 2 ilustra un bloque electrónico pequeño incrustado en un hueco en una sección cortada a partir de un sustrato estampado en relieve;
la figura 3 ilustra una etiqueta o marca RFID adherida a un objeto;
la figura 4 es una proyección isométrica de una capa interna RFID;
la figura 5 es una vista en sección lateral, a lo largo de la sección 5-5 de la figura 4;
la figura 6 es una vista en despiece ordenado de la capa interna RFID de la figura 5;
la figura 7 es una vista en sección lateral de una capa interna RFID alternativa a modo de ejemplo;
la figura 8 es una vista en sección lateral de otra capa interna RFID alternativa a modo de ejemplo;
las figuras 9 y 10 son vistas en planta que muestran una bobina de interposición RFID fijada a configuraciones de antena alternativas;
la figura 11 es una vista en sección lateral de otra capa interna RFID alternativa más a modo de ejemplo;
la figura 12 es una vista desde arriba de otra capa interna RFID alternativa a modo de ejemplo;
la figura 13 es una vista de extremo de un ejemplo particular de la capa interna RFID de la figura 10;
la figura 14 es una vista de extremo de otro ejemplo particular de la capa interna RFID de la figura 10;
la figura 15 es una vista en sección lateral de una marca RFID que incluye una capa interna RFID;
la figura 16 es una vista en sección lateral de una etiqueta RFID que incluye una capa interna RFID;
las figuras 17 y 18 son vistas isométricas que ilustran varias etapas de un método de fabricación de una capa interna RFID;
la figura 19 es un diagrama de flujo de alto nivel que ilustra varias etapas de un método de fabricación de una capa interna RFID;
la figura 20 es una vista lateral de sección transversal de parte de una primera capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 21 es una vista lateral de sección transversal de parte de una segunda capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 22 es una vista lateral de sección transversal de parte de una tercera capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 23 es una vista lateral de sección transversal de parte de una cuarta capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 24 es una vista lateral de sección transversal de parte de una quinta capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 25A es una vista lateral de sección transversal de parte de una sexta capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 25B es una vista lateral de sección transversal de parte de una séptima capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 26 es una vista lateral de sección transversal de parte de una octava capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 27 es una vista lateral de sección transversal de parte de una novena capa interna RFID de acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo;
la figura 28 es un diagrama de circuito de las capas internas de las figuras 26 y 27;
la figura 29 es otro diagrama de circuito de las capas internas de las figuras 26 y 27;
la figura 30 es una vista en despiece ordenado oblicua de parte de un ejemplo del acoplamiento capacitivo de las capas internas de las figuras 26 y 27;
la figura 31 es una vista en planta de otro ejemplo de un acoplamiento capacitivo;
la figura 32 es una parte inferior de parte de una bobina de interposición utilizable en el acoplamiento capacitivo;
la figura 33 es una vista lateral de sección transversal de otro acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo de las capas internas de las figuras 26 y 27;
la figura 34 es una vista en planta de otro ejemplo más de un acoplamiento capacitivo;
la figura 35 es una vista lateral de sección transversal del acoplamiento capacitivo de la figura 34, con una superficie de contacto dieléctrica relativamente gruesa;
la figura 36 es una vista lateral de sección transversal del acoplamiento capacitivo de la figura 34, con una superficie de contacto dieléctrica relativamente delgada;
la figura 37 es una vista lateral de sección transversal de un acoplamiento capacitivo a modo de ejemplo entre un chip y conectores metálicos conductores de una bobina de interposición o puente;
la figura 38 es una vista lateral de sección transversal que muestra un ejemplo de un acoplamiento entre una bobina de interposición y una antena impresa;
la figura 39 es una vista lateral de sección transversal que muestra otro ejemplo de un acoplamiento entre una bobina de interposición y una antena impresa;
la figura 40 es una vista lateral de sección transversal de parte de otra capa interna RFID a modo de ejemplo;
la figura 41 es una vista lateral de sección transversal de parte de otra capa interna RFID más a modo de ejemplo;
la figura 42 es un diagrama de flujo de alto nivel que muestra las etapas al realizar las capas internas de las figuras 40 y 41;
las figuras 43 y 44 son vistas de sección transversal de un ejemplo de una capa interna RFID, que tiene una cavidad de dimensiones variables; y
las figuras 45 y 46 son vistas de sección transversal de otro ejemplo de una capa interna RFID, que tiene una cavidad de dimensiones variables.
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Descripción detallada de la invención Capas internas RFID - Consideraciones generales
A modo de visión general, la presente invención implica estructuras para acoplar de forma operativa partes de una capa interna RFID entre sí. Específicamente, la invención se refiere a conexiones capacitivas o conductoras entre una antena RFID y una bobina de interposición que a su vez contiene un chip, tal como un chip de circuito integrado. La conexión conductora puede incluir resaltos conductores fijados a la bobina de interposición, y/o puede incluir pistas conductoras, tales como pistas de tinta conductora. La conexión capacitiva puede implicar poner la antena y la bobina de interposición en proximidad cercana, para permitir el acoplamiento capacitivo entre la antena y la bobina de interposición. Las conexiones capacitivas y conductoras proporcionan una manera conveniente, rápida y eficaz de acoplar antenas y bobinas de interposición de forma operativa.
Haciendo referencia inicialmente a la figura 3, una etiqueta o marca 100 RFID se adhiere a acopla de otro modo a un objeto 101. La etiqueta o marca 100 RFID incluye una capa 102 interna RFID y una cara 103 externa que puede imprimirse. La capa 102 interna RFID tal como se usa en la presente memoria puede incluir una variedad de dispositivos RFID activos y pasivos.
Con referencia ahora a y además de las figuras 4 a 6, se muestran detalles adicionales de la capa 102 interna RFID. La capa 102 interna RFID incluye un sustrato 104 de capa interna, con una antena 106 sobre el mismo. El sustrato 104 de capa interna puede ser cualquiera de una variedad de materiales adecuados. Los materiales adecuados para el sustrato 104 de capa interna pueden incluir materiales que sean flexibles, y sean adecuados para su uso en procesos de rodillo a rodillo. El sustrato 104 de capa interna puede ser una pieza de material que se haya separado de un material de banda o material de hoja.
Ejemplos de materiales adecuados para el sustrato 104 de capa interna incluyen, pero no están limitados a, policarbonato de alta Tg, poli(tereftalato de etileno), poliarilato, polisulfona, un copolímero de norborneno, polifenilsulfona, polieterimida, poli(naftalato de etileno) (PEN), polietersulfona (PES), policarbonato (PC), una resina fenólica, poliéster, poliimida, poli(éter-éster), polieteramida, acetato de celulosa, poliuretanos alifáticos, poliacrilonitrilo, politrifluoroetilenos, poli(fluoruros de vinilideno), HDPE, poli(metacrilatos de metilo), una poliolefina cíclica o acíclica o papel.
La antena 106 puede ser una antena en cualquiera de una variedad de configuraciones adecuadas. La antena 106 puede estar hecha de un material conductor, tal como un material metálico. (Los términos "conductor" y "no conductor" tal como se usan en la presente memoria se refieren a conductividad eléctrica). La antena 106 puede formarse sobre el sustrato 104 de capa interna mediante cualquiera de una variedad de métodos. Por ejemplo, la antena 106 puede formarse a partir de una tinta conductora que se imprime o deposita de otro modo sobre el sustrato 104 de capa interna. Alternativamente, la antena 106 puede formarse a partir de metal depositado sobre el sustrato 104 de capa interna mediante cualquiera de una variedad de métodos de deposición adecuados, conocidos, tales como deposición en fase de vapor. Como alternativa adicional, la antena 106 puede ser parte de una banda de material de antena que se adhiere al sustrato 104 mediante medios adecuados, por ejemplo, mediante el uso de un adhesivo adecuado en un proceso de laminación. La banda de una pluralidad de antenas puede estar hecha de, por ejemplo, cobre, plata, aluminio u otro material conductor (tal como lámina metálica estampada en caliente o grabada, tinta conductora, metal sometido a bombardeo catódico, etc.). La banda de antenas puede estar sobre una película, papel recubierto, laminaciones de una película y papel, u otro sustrato adecuado. Como otra alternativa más, la antena 104 puede formarse mediante una retirada selectiva de metal de una capa de metal, por ejemplo, utilizando procesos de litografía conocidos. Se apreciará que pueden utilizarse otros medios adecuados, por ejemplo, recubrimiento electrolítico, para formar la antena 106 sobre el sustrato 104 de capa interna.
La antena 106 se describe en la presente memoria como que se encuentra "sobre" el sustrato 104 de capa interna. Se pretende que esta descripción incluya configuraciones en las que la antena 106 puede estar completa o parcialmente dentro del sustrato 104 de capa interna.
La capa 102 interna RFID también incluye una bobina 108 de interposición acoplada de forma operativa a la antena 106. Los elementos de una "bobina de interposición", tal como se utiliza el término en la presente memoria, puede incluir un chip de circuito integrado (CI), conectores eléctricos al chip y conectores metálicos de la bobina de interposición acoplados a los conectores eléctricos. Una bobina de interposición también puede incluir un sustrato de bobina de interposición, que puede soportar otros elementos de la bobina de interposición, y puede proporcionar otras características tales como aislamiento eléctrico. Una bobina de interposición es alargada, porque los conectores metálicos de la bobina de interposición se extienden desde el chip de CI. La bobina de interposición puede ser flexible, rígida o semirrigida. Por tanto, la bobina 108 de interposición incluye un chip 110 que tiene contactos 114 de chip que están acopados de forma operativa a conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. Puede hacerse referencia además al chip 110 en la presente memoria como un "elemento electrónico". El chip 110 puede ser cualquiera de una variedad de componentes electrónicos adecuados para interactuar de forma adecuada con la antena 106, por ejemplo para recibir y/o enviar señales.
Los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición pueden estar realizados completamente de un material eléctricamente conductor, tal como estar realizados de una lámina metálica o conductor impreso. Alternativamente, los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición pueden incluir un material eléctricamente aislante, por ejemplo ser plástico recubierto con metal. La bobina 108 de interposición puede incluir un sustrato 118 de bobina de interposición, al que están fijados o sobre el que están depositados los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. El sustrato 118 de bobina de interposición puede evitar el contacto eléctrico entre los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición y la antena 104 y/o puede utilizarse para soportar mecánicamente los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. El sustrato 118 de bobina de interposición puede estar hecho de cualquiera de una variedad de materiales adecuados, por ejemplo, materiales poliméricos flexibles adecuados, tales como PET, polipropileno u otras poliolefinas, policarbonato o polisulfona.
Se apreciará que hay disponibles una variedad de configuraciones de bobina de interposición para acoplar a la antena 106. Ejemplos incluyen una bobina de interposición RFID disponible de Alien Technologies y la bobina de interposición comercializada bajo el nombre I-CONNECT, disponible de Philips Electronics.
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Acoplamiento conductor de capas internas
En ciertas realizaciones de capa interna, los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición están acoplados de forma operativa a la antena 106 a través de una conexión 120 eléctricamente conductora. Tal como se muestra en las figuras 5 y 6, la conexión 120 conductora puede incluir resaltos 124 eléctricamente conductores sobre los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. Alternativamente, o adicionalmente, la conexión 120 conductora puede incluir pistas conductoras, tal como pistas de tinta conductora, que acoplan los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena 106. Tales pistas conductoras se describen a continuación con respecto a otros ejemplos.
Los resaltos 124 conductores facilitan la conexión operativa de la bobina 112 de interposición a la antena 106 y/o el sustrato 104 de capa interna. Los resaltos 124 conductores se utilizan en el acoplamiento eléctrico de los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición a la antena 106.
Los resaltos 124 conductores pueden ser cualquiera de una variedad de materiales eléctricamente conductores, tal como metales adecuados. Ejemplos de metales utilizados para realizar resaltos conductores son oro, níquel y paladio. Además, los resaltos 124 conductores pueden incluir una multitud de pequeñas partículas duras, que proporcionan una multitud de puntas afiladas para penetrar en la superficie de contacto coincidente (la antena 106). Un ejemplo de partículas duras, pequeñas adecuadas son partículas de diamante, tales como polvo de diamante.
En un proceso a modo de ejemplo, los resaltos 124 conductores pueden formarse depositando las partículas duras sobre las superficies de los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. Por ejemplo, puede utilizarse un proceso de recubrimiento electrolítico de níquel para depositar las partículas duras. En el proceso de recubrimiento electrolítico las partículas duras y la superficie de contacto están encapsuladas en el níquel. En caso necesario, puede utilizarse como una máscara una fotoprotección, utilizando medios litográficos convencionales, para zonas de enmascaramiento de la bobina 112 de interposición durante el recubrimiento electrolítico para formar los resaltos 124 conductores. A continuación se sobredeposita el níquel con otro material, tal como oro, por ejemplo, para proporcionar una superficie resistente a la corrosión. La presencia de las partículas duras se dirige a resaltos 124 conductores que tienen un gran número de puntas 130 afiladas que se extienden hacia el exterior de la superficie de los resaltos 124 conductores. Cuando se ponen en contacto con la antena 106, las puntas afiladas penetran en el material de la antena, y/o penetran en una película de óxido, tal como una película de óxido de aluminio o cobre, que recubre la superficie de la antena 106. Por tanto, se consigue una conexión eléctrica entre los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición y la antena 106.
Las puntas 130 afiladas pueden incluso extenderse a través de un adhesivo 134 de resalto-antena entre los resaltos 124 conductores y luego la antena 106. El adhesivo 134 de resalto-antena puede ser un adhesivo no conductor, un adhesivo eléctricamente conductor isotrópico o anisotrópico. El adhesivo 134 de resalto-antena puede ser un adhesivo curado por UV o un adhesivo que puede curarse por calor. Los resaltos 124 conductores pueden tener cada uno una altura desde aproximadamente 5 hasta 25 micras (desde aproximadamente 0,0002 hasta 0,001 pulgadas). El sustrato 118 de bobina de interposición puede tener un espesor de desde aproximadamente 0,0005 pulgadas hasta aproximadamente 0,007 pulgadas.
La formación de resaltos 124 conductores tales como los descritos anteriormente puede conseguirse, por ejemplo, mediante el uso de la tecnología WAFERPIERCE comercializada por NanoPierce Technologies, Inc., de Denver, Colorado. Tal tecnología se describe con más detalle en la publicación PCT WO 02/25825.
Tal como se indicó anteriormente, se apreciará que los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición pueden incluir un material dieléctrico con capas conductoras sobre uno o ambos lados. Para tales conectores metálicos de la bobina de interposición, pueden utilizarse cavidades rellenas de material conductor en el material dieléctrico para acoplar de forma operativa los contactos 114 de chip y los resaltos 124 conductores.
Tal como se muestra en la figura 6, la bobina 112 de interposición puede estar fijada a la antena 106 y/o el sustrato 104 de capa interna a través del adhesivo 134 de resalto-antena y/o a través de un adhesivo 136 de bobina de interposición-sustrato. Tal como se indicó anteriormente, el adhesivo 134 de resalto-antena puede ser un adhesivo conductor o puede ser un adhesivo no conductor, tal como adhesivos sensibles a la presión o adhesivos epoxídicos. El adhesivo 136 de bobina de interposición-sustrato puede ser un adhesivo no conductor para evitar la conexión eléctrica no deseada entre varias partes de la antena 106.
Además, como se indicó anteriormente y como se muestra en la figura 7, el sustrato 118 de bobina de interposición puede estar omitido. En una configuración tal, un adhesivo 134 de bobina de interposición-sustrato no conductor también puede evitar el contacto no deseado entre la antena 106 y las partes sin resaltos de los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición.
Como otra alternativa, tal como se muestra en la figura 8, tanto los adhesivos 134 como 136 están omitidos, con los resaltos 124 conductores fijados de forma no adhesiva a la antena 106. Por ejemplo, los resaltos 124 conductores pueden estar soldados a la antena 106, tal como mediante soldadura por láser o soldadura ultrasónica.
Se apreciará que la antena 106 ilustrada en las figuras es sólo un ejemplo de la amplia variedad de configuraciones de antena a las que el chip 110 y la bobina 112 de interposición pueden estar acoplados. La conexión del chip 110 y la bobina 112 de interposición a configuraciones 106' y 106'' de antena alternativas se ilustra en las figuras 9 y 10, respectivamente.
Utilizando los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición, en lugar de conectar directamente los contactos 114 de chip a la antena 106, las tolerancias para la colocación pueden ser más grandes, debido a que las bobinas 116 de interposición tienen una mayor superficie para la conexión y, por tanto, más tolerancia para errores en la colocación que los contactos 114 de chip. Además, los resaltos 124 conductores proporcionan ventajas en comparación con los métodos anteriores para unir los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición directamente a la antena 106. El uso de los resaltos 124 conductores puede permitir una reducción en el tiempo requerido para curar el adhesivo que acopla la bobina de interposición a la antena. Esto se debe a que el uso de los resaltos conductores permite el uso de un adhesivo no conductor como el adhesivo 134 de resalto-antena, y los adhesivos no conductores pueden tener tiempos de curado más cortos en comparación con los adhesivos conductores. Además, en comparación con los adhesivos conductores, puede ser más sencillo trabajar con adhesivos no conductores, pueden tener una duración de almacenado más larga y pueden ser más baratos. Mediante el uso de los resaltos 124 conductores, puede reducirse el tiempo para curar el adhesivo 134 hasta por debajo de 2 segundos, que puede compararse con los más de 20 segundos requeridos par acoplar los conectores metálicos de la bobina de interposición a una antena usando los procesos de la técnica anterior. Además, el curado del adhesivo 134 de resalto-antena puede conseguirse sin aplicar presión, por ejemplo, usando curado por ultravioleta.
Además, las puntas 130 afiladas sobre los resaltos 124 conductores permiten realizar una mejor conexión con la antena 106, aunque con menos fuerza, en comparación con los lados inferiores lisos de los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. Las puntas 130 afiladas sirven para concentrar cualquier fuerza descendente de la bobina 112 de interposición contra la antena 106 y/o el sustrato 104 de capa interna, facilitando así una buena conexión eléctrica entre los resaltos 124 conductores y la antena 106.
La figura 11 muestra una configuración alternativa, en la que la bobina 112 de interposición y su chip 110 están ubicados dentro de una depresión 150 en el sustrato 104 de capa interna. La bobina 112 de interposición puede colocarse en la depresión 150 usando un autoensamblaje fluídico u otros procesos adecuados. Tras la colocación de la bobina 112 de interposición en la depresión 150, a continuación se forma o coloca la antena 106 sobre el sustrato 104 de capa interna en contacto con los resaltos 124 conductores.
Las figuras 12 a 14 muestran otros ejemplos de la capa 102 interna RFID. Los ejemplos mostrados en las figuras 12 a 14 incluyen todos pistas 160 conductoras que acoplan eléctricamente los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición a la antena 106, como una alternativa o adicionalmente a la conexión a través de resaltos sobre los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición. La figura 12 muestra una configuración generalizada de una capa 102 interna RFID que tiene pistas 160 conductoras, mientras que las figuras 13 y 14 muestran realizaciones específicas de una capa interna de este tipo. La figura 13 muestra la pista 160 conductora que realiza una conexión entre la antena 106 y el conector 116 metálico de la bobina de interposición además de la conexión a través del resalto 124 conductor. La figura 14 muestra la pista 160 conductora como un medio alternativo para acoplar los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición y la antena 106. En la configuración en la figura 14 se utiliza un adhesivo 162 no conductor, por ejemplo, un adhesivo sensible a la presión (PSA), entre los conectores 116 metálicos de la bobina de interposición y la antena 106. Se apreciará que el adhesivo 162 no conductor es representativo de una categoría mayor de acoplamientos entre la bobina 116 de interposición y la antena 106. Por ejemplo, la fijación entre la bobina 116 de interposición y la antena 106 puede conseguirse mediante soldadura plástica térmica o mediante soldadura ultrasónica.
Las pistas 160 conductoras pueden formarse imprimiendo una tinta conductora tal como una tinta de plata, proporcionada como un epoxi-conductor, en áreas en las que se desee. Alternativamente, las pistas conductoras pueden incluir un adhesivo conductor.
Tal como puede observarse en las figuras 13 y 14, las pistas 160 conductoras pueden estar en contacto tanto con una superficie 164 superior como con una superficie 166 lateral del conector 116 metálico de la bobina de interposición. Alternativamente, las pistas 160 conductoras pueden estar en contacto con sólo una de las superficies 164 y 166.
Un proceso de fabricación para realizar capas internas RFID con pistas conductoras puede incluir las etapas para formar una antena sobre un material de sustrato de capa interna, y fijar una bobina de interposición al sustrato de capa interna y antena. A continuación las pistas conductoras pueden depositarse sobre la capa interna RFID para acoplar los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena. Tal como se indicó anteriormente, las pistas conductoras pueden formarse imprimiendo tinta conductora. La impresión puede incluir cualquier de una variedad de técnicas de impresión adecuadas, tales como impresión serigrafía, impresión por inyección de tinta o impresión en huecograbado. Se apreciará que pueden utilizarse otros métodos adecuados para formar las pistas conductoras. Por ejemplo, pueden utilizarse métodos de deposición en fase de vapor o métodos tales como bombardeo catódico.
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Etiquetas y marcas RFID
Tanto en las capas internas acopladas de forma conductora descritas anteriormente como las capas internas acopladas de forma capacitiva que se describen más adelante, la etiqueta y marca 100 RFID puede incluir otras capas además de la capa 102 interna. Las etiquetas y marcas 100 RFID pueden incluir una banda u hoja seleccionada utilizada para soportar y proteger el material de la capa interna RFID, y/o para proporcionar factores de forma y propiedades de superficie útiles (por ejemplo capacidad de impresión, anclaje adhesivo, resistencia al desgaste del entorno, amortiguamiento, etc.) para aplicaciones específicas. Por ejemplo puede utilizarse una banda superior o capa de cara externa adecuada para llevar la impresión, tal como la cara 103 externa mostrada en la figura 1. Materiales adecuados para la cara externa incluyen, aunque no se limitan a, láminas metálicas, películas poliméricas, papel, textiles y combinaciones de los mismos. Los textiles incluyen telas tejidas y no tejidas hechas de fibras naturales o sintéticas. Los materiales pueden ser papel o película de una sola capa o pueden ser construcciones de múltiples capas. Las construcciones de múltiples capas o películas poliméricas de múltiples capas pueden tener dos o más capas, que pueden unirse mediante coextrusión, laminación u otros procesos. Las capas de tales construcciones de múltiples capas o películas poliméricas de múltiples capas pueden tener la misma composición y/o tamaño o pueden tener diferentes composiciones o tamaños.
Tal como se muestra en la figura 15, la capa 102 interna puede formar parte de una marca 100' RFID que se adhiere de forma adhesiva al objeto. Además de la cara 103 externa, la marca 100' RFID tiene una capa 170 adhesiva para adherirse al objeto 101. Además, la marca 100' puede tener una capa 172 protectora entre la capa 102 interna y la capa 170 adhesiva. La marca 100' RFID también puede tener otras capas, tales como capas adhesivas que acoplan la cara 103 externa a la capa 102 interna y/o a la capa 172 protectora.
Puede usarse una amplia variedad de adhesivos adecuados para las diversas partes de la marca 100' RFID. Por ejemplo puede utilizarse un adhesivo adecuado de uso general, permanente y sensible a la presión o un adhesivo para laminación. En la técnica se conoce bien una amplia variedad de adhesivos permanentes sensibles a la presión. El adhesivo sensible a la presión puede ser uno de entre varios tipos diferentes de adhesivos, tales como adhesivos acrílicos y elastoméricos sensibles a la presión. Si la cara 103 externa ha de imprimirse en una impresora que genera mucho calor, tal como una impresora láser, los adhesivos pueden hacerse de modo que sean estables a la temperatura, tal como se da a conocer en la patente estadounidense de Avery Dennison nº 4.898.323.
Como una alternativa adicional, puede usarse un adhesivo activado por agua, un adhesivo activado por calor, otros tipos de adhesivos conocidos en la técnica para adherir la marca 100' RFID al objeto. Una capa adhesiva inferior puede ser un material imprimible, tal como papel o un polímero recubierto, para su uso en situaciones en las que un usuario desea imprimir tanto la parte frontal como la parte trasera de la marca en una impresora. La superficie adhesiva de la marca puede incluir un adhesivo que cubra toda la parte inferior de la marca, o puede estar recubierta en un patrón, tal como se conoce en la técnica. El adhesivo puede ser del tipo que es retirable de modo que la marca pueda retirarse del sustrato después de aplicarse al mismo, o el adhesivo puede ser un tipo permanente de adhesivo para unir la marca al sustrato de forma permanente. Alternativamente, el adhesivo puede ser recolocable, de modo que la marca pueda recolocarse sobre el sustrato después de haberse aplicado inicialmente.
Se apreciará que pueden usase alternativamente medios no adhesivos para sujetar una etiqueta 100'' RFID a un objeto 101, tal como se ilustra en la figura 16. En el caso de utilizar una etiqueta de doble cara, por ejemplo, en ropa, puede perforarse un agujero en un extremo de la etiqueta 100'', y se inserta un cierre de plástico, cadena u otro medio de sujeción a través del agujero. La etiqueta 100'' RFID puede tener caras 103 y 103' externas en ambos lados de la capa 102 interna RFID, por ejemplo para permitir imprimir ambos lados de la etiqueta 100'' RFID.
Las capas de la marca o etiqueta pueden unirse entre sí mediante medios distintos al adhesivo. Por ejemplo, el circuito integrado puede mantenerse en su sitio con una resina fundida caliente u otra sustancia, que también podría servir como agente de adhesión. La resina podría entonces ocupar el lugar de una capa adhesiva. Las capas también pueden unirse entre sí, por ejemplo, mediante soldadura ultrasónica.
Alternativamente, la marca puede no tener ningún adhesivo sobre la cara inferior, como cuando la marca (o etiqueta) va a fijarse al sustrato mediante otros medios, que podrían incluir cosido, soldadura, termoadhesión o cualquier otro método de fijación conocido en la técnica de las etiquetas o marcas.
Artículos según la presente invención pueden ser, por ejemplo, una marca o etiqueta para equipaje, una marca o etiqueta para artículos de lavandería, una marca o etiqueta para catalogar artículos de bibliotecas, una marca o etiqueta para identificar una prenda de vestir, una marca o etiqueta para identificar un artículo postal, una marca o etiqueta para identificar un artículo médico, o una marca o etiqueta para un ticket de transporte.
Una marca o etiqueta RFID puede tener más de un chip RFID. Los chips RFID pueden disponerse en una fila, columna o matriz y pueden interconectarse eléctricamente unos con otros.
Como otra alternativa, una marca o etiqueta puede incluir componentes eléctricos y/o electrónicos aparte de los chips RFID. Por ejemplo, una marca o etiqueta RFID puede incluir un sensor, un MEMS u otro tipo de componente. Los componentes pueden interconectarse eléctricamente para formar un circuito. El tipo de componentes eléctricos y/o electrónicos que vayan a utilizarse puede seleccionarlo un experto en la técnica y depende del uso de la marca o etiqueta. Detalles adicionales de procesos de fabricación de rodillo a rodillo para integrar bobinas de interposición en capas internas RFID en forma de rollos se dan a conocer en la publicación de solicitud de patente de los Estados Unidos de Avery Dennison nº 2003/0136503, titulada "Técnica de marcas RFID".
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Métodos de fabricación
La siguiente descripción de métodos de fabricación de capas internas se aplica tanto a las capas internas acopladas de forma conductora, anteriormente descritas, como a las capas internas acopladas de forma capacitiva, descritas más adelante. Tal como se indicó anteriormente, la capa 102 interna RFID puede ensamblarse utilizando un proceso de rodillo a rodillo. Es decir, las entradas al proceso pueden incluir grandes rollos de material de las diversas capas y estructuras de al menos algunas de las capas 102 internas RFID. A continuación se dan ejemplos de algunos métodos que pueden usarse en la fabricación de las etiquetas o marcas RFID anteriormente descritas.
La figura 17 ilustra una banda 500 de material de sustrato de capa interna RFID sobre el que se imprimen antenas 510 o se forman de otro modo. Una vez que las antenas están sobre la banda, se fijan bobinas 520 de interposición individuales a las antenas, tal como ilustra la figura 18. En un planteamiento, las bobinas 520 de interposición se mantienen contra un yunque 530 mediante vacío. Las bobinas 520 de interposición se depositan sobre partes 525 de contacto apropiadas para las antenas 510.
Tal como se ha descrito anteriormente, los conectores metálicos de las bobinas 520 de interposición pueden fijarse a las antenas 510 mediante un adhesivo tal como un adhesivo no conductor. El adhesivo puede curarse con radiación UV, calor y/o presión, según sea lo apropiado, tal como se indica en 540.
La figura 19 es un diagrama de bloques de alto nivel que ilustra las etapas de un método 600 de fabricación de capas internas RFID utilizando tales rollos. En la etapa 604, se desenrolla un rollo del material de sustrato de capa interna RFID para la impresión. En la etapa 610 se imprimen antenas o se forman de otro modo sobre el material de sustrato de capa interna RFID con un paso que corresponde al paso deseado de las marcas. Después, en la etapa 612, las bobinas de interposición que llevan los chips RFID se colocan en contacto con las antenas. Finalmente, se cortan capas internas individuales o se separan de la banda en la etapa 616. El corte puede efectuarse mediante troquelado u otros métodos de corte en la técnica, tales como corte por láser, perforación, ranurado, punzonado u otros medios conocidos que pueden trazar formas y tamaños específicos.
Como una alternativa a los métodos anteriores de colocación de las bobinas de interposición que llevan chips RFID, las bobinas de interposición pueden colocarse usando una operación de agarre y transferencia (pick-and-place). Las bobinas de interposición pueden formarse sobre una banda u hoja de material de sustrato de bobina de interposición, y separarse de la banda u hoja, tal como mediante corte. Las bobinas de interposición pueden integrarse entonces en un material de la capa interna RFID usando una operación de agarre y transferencia.
La operación de agarre y transferencia puede realizarse mediante un dispositivo de agarre y transferencia, que puede incluir agarres mecánicos y/o de vacío para agarrar una bobina de interposición que lleva un pequeño bloque electrónico mientras la mueve a la ubicación deseada en alineación con la marca. Se apreciará que se conoce bien una amplia variedad de dispositivos de agarre y transferencia adecuados. Ejemplos de tales dispositivos son los dispositivos dados a conocer en las patentes estadounidenses nº 6.145.901 y 5.564.888, así como los dispositivos de la técnica anterior que se comentan en estas patentes.
Alternativamente, pueden utilizarse elementos de colocación giratorios para colocar las bobinas de interposición sobre las marcas. Un ejemplo de un dispositivo de este tipo se da a conocer en la patente estadounidense nº 5.153.983.
Los circuitos integrados o chips RFID pueden encajarse mediante fricción en rebajes en el material microelectrónico RFID, o pueden fijarse en los mismos mediante el uso de adhesivos y/o soldado. La conexión eléctrica entre los chips y sistemas de circuitos RFID que han de conectarse a las antenas puede realizarse mediante unión por hilo, unión por cinta, unión automática por cinta, marcos de conectores metálicos, unión invertida "flip chip" y/o pegado conductor de conectores metálicos.
Como alternativa al encaje o unión del chip RFID en un hueco como parte del sustrato de bobina de interposición, el chip podría fijarse por encima del sustrato de la bobina de interposición o podría incorporarse de otro modo en o sobre el sustrato. Por ejemplo, el CI RFID podría ser de tipo chip invertido "flip chip", en el que el dado se realiza de manera que los contactos expuestos, o superficies de contacto sobre el dado tienen resaltos sobre el mismo. En empaquetamientos de chip invertido normales, el dado se invierte y se pone directamente en contacto con los conectores metálicos que proporcionan contactos eléctricos para un circuito incluyendo el CI. Las construcciones de etiquetas y marcas RFID usando tecnología "de chip invertido" están disponibles por ejemplo por KSW Microtec GmbH, Dresden, Alemania.
Como otro ejemplo de tecnologías de empaquetamiento CI, el método de fabricación puede usarse con bandas de "marco de conectores metálicos". En esta realización, el CI se montaría sobre una banda con una red metálica conductora que puede tener zonas de área relativamente grande, habitualmente denominadas superficies de contacto o indicadores, para el contacto directo con chips semiconductores, y elementos de conector metálico para facilitar la interconexión eléctrica de los chips o dados a través de conexiones intermedias (por ejemplo, conexión en puente) con la antena.
Bobinas de interposición a modo de ejemplo se producen en masa sobre un sustrato de bobina de interposición en forma de un material de banda o material de hoja flexible. A este respecto, "material de banda RFID" y "material de hoja RFID", se refieren a un material de banda o material de hoja flexible tal como una película polimérica, con chips incrustados o fijados y conectores y conectores metálicos de la bobina de interposición asociados. Una serie de bobinas de interposición que comprenden chips y sistemas de circuitos RFID que han de fijarse a antenas se forman sobre el sustrato de bobina de interposición, por ejemplo en una disposición, entonces se separan o cortan bobinas de interposición individuales del sustrato por ejemplo mediante troquelado. El proceso de fabricación de la publicación de solicitud de patente de los Estados Unidos de Avery Dennison nº 2003/0136503 implica "dividir" las bobinas de interposición: después de cortar el material de banda RFID en pistas de bobinas de interposición y/o bobinas de interposición individuales, la separación de las bobinas de interposición se aumenta en la dirección aguas abajo de la banda, en la dirección transversal de la banda, o ambas, antes de fijar las bobinas de interposición a antenas dispuestas sobre una banda de antena.
En un ejemplo mostrado en la figura 11 y descrito anteriormente, la etapa inicial en la fabricación de una capa interna RFID implica formar huecos o cavidades de alojamiento en un sustrato de película polimérica, denominado en la presente memoria en ocasiones como una "película de alojamiento". En una realización de este tipo, el sustrato de película polimérica es un material seleccionado de una clase de películas poliméricas descritas en la publicación de solicitud de patente estadounidense de titularidad compartida nº 2003/0232174, titulada "Método de fabricación de un sustrato flexible que contiene microestructuras de autoensamblaje". Las cavidades de alojamiento se forman en esta película de sustrato usando el proceso de estampado en relieve continuo de precisión dado a conocer en la solicitud de patente '281. Estos materiales poliméricos, y el proceso preferido para formar huecos de alojamiento, se describen más adelante. Alternativamente, el sustrato de película polimérica puede seleccionarse de los materiales poliméricos descritos en las solicitudes de patente de Alien Technology Corporation, tales como la publicación internacional PCT WO 00/55916. Técnicas alternativas para formar huecos o cavidades de alojamiento de microestructuras en el sustrato de película polimérica, tal como se describe en las publicaciones de patente de Alien, incluyen por ejemplo estampado y moldeo por inyección.
La película polimérica incluye huecos que se rellenan con diminutos chips de componentes electrónicos mediante un proceso de autoensamblaje fluídico "Fluidic Self-Assembly" (FSA), tal como el desarrollado por Alien Technology Corporation de Morgan Hill, California. A continuación se recubre una capa de planarización en la parte superior de los huecos rellenos. La finalidad de la planarización es rellenar cualquier espacio que todavía pueda quedar; para proporcionar una superficie suave y plana para procesos posteriores, tal como el grabado químico de vías; para garantizar que los elementos de bloque microelectrónico (es decir, los chips) se mantengan en su posición en sus rebajes sobre el sustrato durante etapas de procesamiento posteriores; y para proporcionar integridad mecánica para el laminado. Se crean por tanto "vías" con técnicas de grabado. Las vías se recubren entonces con aluminio para formar un par de superficies de contacto en lados opuestos del chip para la conexión electrónica. Tal como se indicó anteriormente, la banda de película polimérica en esta fase del proceso se denomina en la presente memoria como material de banda RFID.
Acoplamiento capacitivo de capas internas
Como una alternativa para el acoplamiento eléctrico directo entre conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena, puede usarse acoplamiento capacitivo o reactivo para acoplar entre sí regiones solapadas de conectores metálicos de la bobina de interposición y una antena. Dicho de otro modo, señales tales como ondas de radio pueden acoplarse entre regiones que se solapan de los conectores metálicos de la bobina de interposición y elementos de antena mediante un mecanismo de acoplamiento no directo que se crea de forma inherente como parte del proceso de ensamblaje. El acoplamiento no directo puede denominarse "acoplamiento reactivo" dado que implica reacción e interacción entre campos eléctricos generados por los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena.
Las referencias en la presente memoria a acoplamiento capacitivo o reactivo se refieren a un acoplamiento que es predominantemente o principalmente capacitivo o reactivo. Se apreciará que el acoplamiento que es principalmente capacitivo también puede incluir algún acoplamiento inductivo como un mecanismo de acoplamiento secundario. A la inversa, el acoplamiento que es principalmente inductivo también puede incluir algún acoplamiento capacitivo. El acoplamiento capacitivo, tal como se utiliza el término en la presente memoria, también puede incluir algún acoplamiento conductor directo, aunque no como el tipo principal de acoplamiento eléctrico.
La figura 20 muestra un ejemplo de un dispositivo 700 RFID que incluye una capa 702 interna RFID. El dispositivo RFID incluye un sustrato 704, con una antena 706 sobre el mismo. El sustrato 704 y la antena 706 pueden ser similares al sustrato 104 de la capa interna y la antena 106 (figura 1) anteriormente descritos. Una bobina 708 de interposición, que puede ser similar a la bobina 108 de interposición (figura 1) anteriormente descrita, incluye un chip 710 que está acoplado eléctricamente a conectores 716 metálicos de la bobina de interposición. La bobina 708 de interposición incluye un sustrato 718 de bobina de interposición que está fijado a los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición. La bobina 708 de interposición está acoplada de forma capacitiva a la antena 706.
El dispositivo 700 RFID también tiene otras diversas capas: una cara 720 externa de la marca, una capa 722 adhesiva y una capa 724 dieléctrica entre la antena 706 y la bobina 708 de interposición. La cara 720 externa de la marca proporciona una superficie imprimible para el dispositivo 700 RFID y puede servir para proteger partes internas del dispositivo 700 RFID frente a un daño o contaminantes. Se apreciará que el cara 720 externa de la marca puede ser material imprimible o no imprimible y puede incluir cualquiera de una variedad de materiales adecuados ampliamente conocidos. La capa 722 adhesiva se usa para conectar la bobina 708 de interposición con la cara 720 externa de la marca. Por ejemplo, el sustrato 718 de bobina de interposición puede fijarse a la capa 720 de cara externa mediante el uso de la capa 722 adhesiva. Además, la capa 722 adhesiva puede usarse para adherir la cara 720 externa de la marca al sustrato 704, para mantener unidas las partes del dispositivo 700 RFID y para sellar las partes internas del dispositivo 700 RFID dentro de la cara 720 externa de la marca y el sustrato 704. La capa 722 adhesiva puede ser un adhesivo adecuado sensible a la presión.
La capa 724 dieléctrica puede impedir el contacto conductor directo entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706. En su lugar, los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706 están acoplados entre sí de forma capacitiva, a través de la intervención de la capa 724 dieléctrica. La capa 724 dieléctrica puede configurarse de modo que proporcione acoplamiento capacitivo adecuado, repetible, entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706. La capa 724 dieléctrica puede imprimirse o colocarse de otro modo sobre una zona de la antena 706 que va a alojarse y acoplarse a la bobina 708 de interposición.
Un material adecuado para la capa 724 dieléctrica es un material dieléctrico que puede curarse mediante UV, ELECTRODAG 1015, disponible por Acheson. Sin embargo, se apreciará que en su lugar puede usarse una gran variedad de otros materiales adecuados. La capa 724 dieléctrica puede tener un espesor de aproximadamente 5 micras a aproximadamente 25 micras.
La bobina 708 de interposición puede colocarse en una ubicación adecuada sobre la capa 722 adhesiva mediante una operación de agarre y transferencia, por ejemplo. La cara 720 externa de la marca y el sustrato 704 pueden presionarse entre sí mediante una operación de laminación adecuada para adherirlos entre sí con la capa 722 adhesiva.
Se apreciará que son posibles numerosas variaciones. Por ejemplo, puede ser posible omitir la capa 724 dieléctrica. El contacto incidental entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706 puede ser insuficiente para permitir un acoplamiento conductor entre ellos, de modo que el dispositivo resultante (incluso sin la capa 724 dieléctrica) puede seguir siendo un dispositivo acoplado de forma capacitiva.
La figura 21 muestra otra variación en la configuración mostrada en la figura 20, con una capa 730 adhesiva adicional entre la bobina 708 de interposición y la capa 724 dieléctrica. La capa 730 adhesiva adicional puede ayudar a la adhesión de la bobina 708 de interposición y la capa 724 dieléctrica.
La figura 22 muestra otro ejemplo del dispositivo 700 RFID, con la antena 706 sobre una cara posterior del sustrato 704, de modo que parte del sustrato 704 es el material dieléctrico entre la antena 706 y la bobina 708 de interposición. Los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706 están por tanto acoplados de forma capacitiva a través del sustrato 704. Pueden usarse capas adicionales para cubrir la antena 706 y/o adherir el dispositivo 700 RFID a objetos. Además puede añadirse una capa adhesiva entre la bobina 708 de interposición y el sustrato 704, similar a la capa 730 adhesiva adicional (figura 21).
En referencia ahora a la figura 23, la propia capa 724 dieléctrica puede ser una capa 734 adhesiva no conductora, que incluye por ejemplo un adhesivo sensible a la presión. Adhesivos no conductores adecuados se han descrito anteriormente con respecto a otras realizaciones. La bobina 708 de interposición puede adherirse a la capa 734 adhesiva en una configuración hacia arriba (con los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición alejados de la antena 706) o en una configuración hacia abajo (con los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición más próximos a la antena 706).
La figura 24 muestra otro ejemplo del dispositivo 700 RFID, en el que la antena 706 está acoplada a la cara 720 externa de la marca. La capa 724 dieléctrica sobre la antena 706 puede ser cualquiera de una variedad de tipos de capas, tales como una película no conductora impresa, una cinta recubierta con un adhesivo sensible a la presión a ambos lados o simplemente una capa de adhesivo sensible a la presión.
La bobina 708 de interposición está adherida a una capa 740 adhesiva, que está soportada y cubierta por un revestimiento 744 de desprendimiento. El revestimiento 744 de desprendimiento puede ser un material recubierto con silicona adecuado que puede quitarse para dejar al descubierto la capa 740 adhesiva subyacente.
El dispositivo 700 RFID mostrado en la figura 24 puede fabricarse imprimiendo la antena 706 sobre la cara 720 externa de la marca, después imprimiendo o recubriendo de otro modo al menos una zona de la antena 706 con la capa 724 dieléctrica. Se usa una operación de agarre y transferencia u otra operación para colocar la bobina 708 de interposición sobre la capa 740 adhesiva. Entonces las dos partes del dispositivo 700 RFID pueden laminarse entre sí, formando el dispositivo 700 RFID. Tras la laminación, el dispositivo RFID puede adherirse a un objeto retirando el revestimiento 744 de desprendimiento y presionando la capa 740 adhesiva sobre el objeto.
La figura 25A muestra un ejemplo adicional del dispositivo 700 RFID, usándose la capa 722 adhesiva sobre la cara 720 externa de la marca para fijar la bobina 708 de interposición contra la antena 706. La bobina 708 de interposición está en una configuración hacia arriba de modo que el sustrato 718 de bobina de interposición está entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706. Los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706 están por tanto acoplados de forma capacitiva entre sí a través del sustrato 706 de la bobina de interposición dieléctrico.
Se apreciará que son posibles otras configuraciones de acoplamiento capacitivo para el dispositivo 700 RFID. Por ejemplo, puede haber un cierto contacto entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706, pero un contacto insuficiente para permitir el acoplamiento conductor entre los conectores 716 metálicos de la bobina de interposición y la antena 706.
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Se apreciará que muchos de los ejemplos anteriores pueden combinarse entre sí de varias formas adecuadas. Por ejemplo, bobinas de interposición o múltiples bobinas de interposición pueden acoplarse de forma capacitiva a una única antena. Una de las bobinas de interposición puede estar en el mismo lado del sustrato de la antena que la antena, acoplándose a la antena tal como se muestra en la figura 23, acoplándose la otra de las bobinas de interposición sobre un lado opuesto del sustrato de la antena a la antena tal como se muestra en la figura 22. Tal configuración que utiliza múltiples bobinas de interposición se ilustra en la figura 25B, en la que las bobinas 708 y 758 de interposición están acopladas a la misma antena 706, en lados opuestos de un sustrato 718 de bobina de interposición.
Las figuras 26 y 27 muestran otros dos tipos de dispositivos 800 RFID que tienen capas 802 internas, cada uno con un acoplamiento 804 capacitivo. En cada uno de los dispositivos 800, el acoplamiento 804 capacitivo se realiza a través de capas dieléctricas o superficies 806 de contacto, que están ubicadas entre una antena 808 y conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición de bobinas de interposición o bobinas 812 de interposición. Los conectores 810 metálicos conductores están acoplados a contactos de un chip 820, que puede ser similar a los chips descritos anteriormente con respecto a otros ejemplos. En cada uno de los ejemplos, la antena 808 está acoplada a (formada sobre) un sustrato 822 adecuado.
En el ejemplo mostrado en la figura 26, el chip 820 está en una configuración "de chip hacia arriba", con el chip 820 acoplado a un lado de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición alejado del sustrato 822 de la antena. En el ejemplo mostrado en la figura 27, por otro lado, el chip 820 está en una configuración "de chip invertido" o "chip hacia abajo", con el chip 820 entre las superficies 806 de contacto dieléctricas.
Las superficies 806 de contacto dieléctricas pueden ser cualquiera de una variedad de materiales dieléctricos adecuados para fijar y acoplar de forma capacitiva los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición a la antena 808. Extensas categorías de materiales dieléctricos adecuados incluyen adhesivos dieléctricos, tales como adhesivos sensibles a la presión y polímeros no conductores. Se apreciará que los adhesivos dieléctricos pueden tener ventajas sobre adhesivos eléctricamente conductores, que se han usado en el pasado para fijar chips, bobinas de interposición o bobinas de interposición a antenas. Una ventaja potencial de los adhesivos no conductores es su coste inferior. Otra ventaja potencial es que se evitan los largos tiempos de curado que pueden requerirse con adhesivos conductores. Tiempos de curado largos aumentan el tiempo de producción y por tanto los costes de producción.
Tal como se comenta más adelante, es deseable que las características eléctricas de la antena 808, el chip 820 y las superficies 806 de contacto dieléctricas sean tales que el chip 820 y la antena 808 se adapten bien durante el funcionamiento, es decir, que pueda transmitirse la máxima potencia desde el chip 820 a la antena 808. Más en particular, el acoplamiento capacitivo entre la antena 808 y el chip 820 puede ser tal que la misma antena 808 sea adecuada para el acoplamiento o bien conductor o bien capacitivo con el chip 820.
Para ambos ejemplos en las figuras 26 y 27, el dispositivo 800 RFID tiene el circuito eléctrico equivalente mostrado en la figura 28. En el circuito mostrado en la figura 28, las contribuciones a la impedancia del sistema se expresan como un compuesto de dos partes; una resistencia, R, expresada en ohmios, y una reactancia, X, expresada también en ohmios, pero con un factor "j" en la parte frontal para expresar el hecho de que la reactancia es una magnitud vectorial. El valor de jX puede ser o bien capacitivo, cuando es un número negativo, o bien inductivo, cuando es un número positivo. El chip 820 tiene una resistencia R_{chip} y una reactancia inductiva +jX_{chip}. La antena 808 tiene asimismo una resistencia R_{a} y una reactancia inductiva +jX_{a}. Las superficies 806 de contacto dieléctricas tienen cada una reactancia capacitiva -jX_{c}.
Las dos partes de la impedancia de la antena 808 tienen diferentes efectos sobre la adecuación o el rendimiento de la antena en una situación particular. La resistencia Ra es en realidad un compuesto de dos cosas; la resistencia de pérdida de la antena 808, que representa la tendencia de cualquier señal aplicada a la misma a convertirse en calor, y la resistencia de radiación, que representa la energía que se "pierde" desde la antena 808 al radiarse hacia el exterior, que es lo que se desea en una antena. La proporción de la resistencia de pérdida y la resistencia de radiación se describe como la eficacia de la antena. Una antena de eficacia baja, con una gran resistencia de pérdida y relativamente poca resistencia de radiación, no funcionará bien en la mayoría de las situaciones, ya que la mayor parte de cualquier potencia que se suministre a la misma aparecerá sencillamente como calor y no como ondas electromagnéticas útiles.
Los efectos de la reactancia X son ligeramente más complejos que los de la resistencia R. La reactancia X, la reactancia inductiva o capacitiva de una antena, no disipa energía. De hecho, puede disminuirse, introduciendo un circuito resonante en el sistema. Simplemente, para un valor dado de +jX (un inductor), hay un valor de -jX (un condensador) que resonará y/o anulará el efecto del inductor, dejando tan sólo la resistencia R.
Por tanto, en general, para el acoplamiento conductor, es deseable que haya coincidencia de impedancia entre el chip y la antena, de modo que R_{chip} = R_{a} y X_{chip} = -X_{a}. Esta situación (acoplamiento conductor) corresponde a la ilustrada en la figura 26, pero con X_{c}=0.
Para el acoplamiento capacitivo entre el chip 820 y la antena 808, la coincidencia de impedancia entre el chip y la antena debe modificarse para tener en cuenta el efecto del acoplamiento 802 capacitivo. La figura 29 muestra un circuito equivalente que tiene en cuenta la capacitancia del acoplamiento 804 capacitivo sustituyendo una reactancia total modificada +jX_{t} por la reactancia +jX_{chip} del chip 820, donde:
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La coincidencia de impedancia para las capas 802 internas se logra cuando R_{a}=R_{chip} y jX_{a}= jX_{t}.
Tal como se comentó anteriormente, sería deseable que la antena 808 fuese adecuada para acoplarse tanto de forma capacitiva como conductora al chip 820. Con el fin de que la misma coincidencia de impedancia sea óptima tanto para el acoplamiento capacitivo como el conductor X_{t} debe aproximarse a X_{chip}. Cuando X_{chip} es muy inferior a X_{c}, entonces X_{t} \approx X_{chip}. Por lo que puede ser deseable hacer X_{c} grande, de modo que sea como mínimo mucho mayor que
X_{chip}.
La capacitancia X_{c} del acoplamiento 804 capacitivo viene dada por una fórmula de capacitancia para placas paralelas:
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donde \varepsilon_{0} es la constante de permitividad, \varepsilon_{r} es la constante dieléctrica del material dieléctrico (la superficie 806 de contacto dieléctrica), A son las áreas que se solapan de la antena 808 y los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición opuestos mutuamente (área de las placas del condensador), y t es el espesor de la superficie 806 de contacto dieléctrica.
Se apreciará que la capacitancia X_{c} puede aumentarse de una o más de tres formas: 1) aumentando el área del acoplamiento 804 capacitivo; 2) disminuyendo el espesor de las superficies 806 de contacto dieléctricas; o 3) aumentando la constante dieléctrica de las superficies 806 de contacto dieléctricas. Se apreciará que el área disponible para el acoplamiento 804 capacitivo puede estar limitada, por ejemplo mediante limitaciones de fabricación de las dimensiones de la bobina de interposición, de modo que puede que no sea práctico aumentar el área de acoplamiento por encima de una cierta cantidad. Por ejemplo, el área de acoplamiento puede tener una limitación de tamaño práctica de aproximadamente 72 mm^{2} (0,125 pulgadas cuadradas), que corresponde a dos áreas de solapamiento que son cada una de 6 mm x 6 mm (0,25 pulgadas x 0,25 pulgadas).
Con respecto a disminuir el espesor de las superficies 806 de contacto dieléctricas, se reconocerá que pueden existir límites prácticos para proporcionar espesores repetibles de material dieléctrico que puedan usarse para adherir la antena 808 y los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición entre sí. Sin embargo, pueden conseguirse espesores de menos de aproximadamente 0,001 pulgadas (0,025 mm) de adhesivo dieléctrico sensible a la presión. Puede ser posible reducir incluso más el espesor de capas adhesivas sensibles a la presión, digamos hasta aproximadamente 0,0005 pulgadas (0,013 mm). Proporcionando el adhesivo sensible a la presión directamente sobre la antena 808, puede ser posible reducir el espesor de la capa adhesiva hasta aproximadamente 0,0001 pulgadas (0,0025 mm), o incluso hasta 0,00008 pulgadas (0,02 mm). Por tanto el espesor de las superficies de contacto dieléctricas puede ser inferior a aproximadamente 0,025 mm (0,001 pulgadas), puede ser inferior a aproximadamente 0,013 mm (0,0005 pulgadas), y puede ser de aproximadamente 0,0025 mm (0,0001 pulgadas) o menos.
Algunos valores de ejemplo de la capacitancia X_{c} se dan en la siguiente tabla:
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Las capacitancias del chip RFID típicas pueden ser del orden de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 1,2 pF. Utilizando estos valores para X_{chip} y los valores anteriores de X_{c}, la capacitancia total X_{t} es desde aproximadamente el 87% hasta casi el 100% de la capacitancia del chip X_{chip}. Por tanto es posible configurar acoplamientos capacitivos que permitan una coincidencia de impedancia con antenas que también pueden coincidir sustancialmente con la impedancia del mismo chip usando un acoplamiento conductor entre chip y antena. La misma antena puede emplearse para el acoplamiento capacitivo o el conductor, con un rendimiento de lectura similar (como por ejemplo tener un intervalo similar de lectura u otra detección del dispositivo RFID).
Sin embargo, se apreciará que puede producirse una cierta variación en el rendimiento cuando la capacitancia X_{c} del acoplamiento 804 capacitivo cambia. En un ejemplo, la frecuencia de coincidencia entre la antena 808 y el chip 820 se encontró que variaba entre 902 MHz y 925 MHz cuando la capacitancia del acoplamiento 804 capacitivo variaba desde 11,57 pF hasta 9,47 pF.
Las capas 802 internas mostradas en las figuras 26 y 27 pueden incluir cualquiera de una variedad de materiales adecuados para sus diversas partes. La antena 808 puede incluir materiales conductores adecuados tales como cobre o plata. Las superficies 806 de contacto dieléctricas pueden incluir adhesivos dieléctricos o polímeros no conductores adecuados. Ejemplos de adhesivos adecuados para las superficies 806 de contacto dieléctricas incluyen adhesivos sensibles a la presión tales como adhesivos Fasson S4800 y S333, disponibles por Avery Dennison Corporation. Adhesivos alternativos incluyen adhesivos no conductores de termoendurecimiento tales como los adhesivos epoxídicos y termoplásticos de fusión en caliente. Sin embargo, se apreciará que pueden usarse otros materiales adecuados para las superficies 806 de contacto dieléctricas. Ejemplos de polímeros no conductores adecuados incluyen Emerson & Cuming 12873-47G, disponible por Emerson y Cuming, de Billerica, Massachusetts, EE.UU., y Dello MONOPDX MK045, disponible por Dello Industrial Adhesives, de Landsberg, Alemania.
Tal como se sugirió anteriormente, una forma de que la capacitancia X_{c} del acoplamiento 804 capacitivo pueda aumentarse es aumentando la constante dieléctrica del material de las superficies 806 de contacto dieléctricas. Se ha encontrado que varios adhesivos sensibles a la presión tienen constantes dieléctricas que van de aproximadamente 2,5 a aproximadamente 4,2. El aumento de la constante dieléctrica puede lograrse añadiendo un material altamente dieléctrico a un adhesivo dieléctrico tal como un adhesivo dieléctrico sensible a la presión o un polímero no conductor. Ejemplos de aditivos adecuados incluyen compuestos de titanio tales como dióxido de titanio (en forma de cristal de rutilo) y titanato de bario (BaTiO_{3}). El dióxido de titanio tiene una constante dieléctrica de aproximadamente 100 a 100 MHz. El titanato de bario tiene una constante dieléctrica de 600 a 3 GHz. Por ejemplo, se estima que añadiendo un 5% en volumen de titanato de bario a un adhesivo sensible a la presión se aumenta la constante dieléctrica del material desde 3 hasta 33, mientras que añadiendo un 10% en volumen de titanato de bario se aumenta la constante dieléctrica hasta 63. Pueden incluirse porcentajes similares o superiores en volumen de titanato de bario en el material dieléctrico de las superficies 806 de contacto dieléctricas.
Se ha encontrado que es eficaz añadir titanato de bario a un adhesivo epoxídico no conductor (un adhesivo no sensible a la presión), tal como el adhesivo epoxídico de dos partes ampliamente conocido. Se ha logrado un buen rendimiento de lectura con acoplamientos de bobina de interposición/antena de adhesivos epoxídicos no conductores y adhesivos sensibles a la presión no conductores. Se ha encontrado que el rendimiento de lectura para tales acoplamientos es comparable al de los acoplamientos conductores de compuestos poliméricos inherentemente conductores con laminillas de plata conductoras añadidas.
Una configuración que se sometió a prueba incluía una capa interna con un sustrato de antena de espuma de 4 mm de espesor con antenas de dipolo de 5 mm x 98-108 mm de cobre o plata (con un espesor de 10 micras (plata) o 36 micras (cobre)) sobre un lado del sustrato y un plano de tierra de lámina de aluminio en el otro lado del sustrato. Se adhirieron bobinas de interposición con dimensiones de 2 mm x 2,5 mm a tales estructuras de antena/sustrato usando varios tipos de materiales, tanto conductores como no conductores. Se sometieron a prueba un polímero inherentemente conductor (ICP), una pasta no conductora (NCP) y adhesivos sensibles a la presión no conductores (PSA) para adherir la bobina de interposición a la antena. La NCP utilizada fue Emererson & Cumming EC-12873-47G, con separadores de 7 milipulgadas. El ICP utilizado fue Emerson & Cumming XCE3110 (que contenía laminillas de plata de 1 micra x 5 micras). Se fabricó un PSA (Aeroset) por Ashland Specialty Chemical Company de Dublin, Ohio, mientras que se fabricaron otros PSA por Avery Dennison. Los PSA tenían varios monómeros añadidos, tales como acrilato de 2-etil-hexilo (2EHA), acrilato de butilo (BA), acetato de vinilo (Vac), acrilato de metilo (MA), ácido acrílico (AA) y metacrilato de glicidilo (GMA). Se efectuó un ajuste apropiado, en caso necesario, para dar una frecuencia resonante de 905-925 MHz para cada muestra. Se realizó la lectura a una frecuencia de barrido de 800 MHz a 1 GHz. Se registró la distancia de lectura inicial a la que podría obtenerse un 95% de precisión. Los resultados de las pruebas se dan en la siguiente tabla:
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Como puede verse a partir de los resultados, la NCP y dos de los PSA lograron resultados de lectura comparables con los del ICP.
El acoplamiento 804 capacitivo se ha descrito hasta este momento en la presente memoria como que implica placas ideales del mismo tamaño, paralelas y alineadas entre sí, y que no presentan ningún efecto de borde debido al tamaño finito de las placas. Sin embargo, se apreciará que pueden encontrarse ciertas situaciones no ideales en la práctica real.
Por ejemplo, puede haber desalineación de la antena 808 y los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición que afecta al área de acoplamiento eficaz. Tal desalineación puede involucrar desplazamientos relativos de la antena 808 y los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición dentro de sus planos (desplazamientos x-y), de modo que los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición no están centrados o ubicados como se desea con respecto a las zonas correspondientes de la antena 808. Otro tipo de desalineación puede implicar que los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición no sean paralelos con respecto a las zonas correspondientes de la antena 808 (desalineaciones angulares dentro de sus planos).
Otras dificultades pueden surgir a partir de faltas de uniformidad en los espesores de las superficies 806 de contacto dieléctricas. Por ejemplo, cuando las superficies 806 de contacto dieléctricas son superficies de contacto de adhesivo sensible a la presión, variaciones en la fuerza utilizada para activar el adhesivo pueden provocar variaciones en el espesor de las superficies de contacto, tanto en lo que se refiere de variaciones de espesor dentro de una única superficie de contacto como a variaciones entre superficies de contacto diferentes. Se apreciará que sería deseable que tales condiciones no ideales se evitaran o se minimizaran dentro de tolerancias aceptables, y/o que el acoplamiento 804 capacitivo pudiera ser de tipo auto-compensador, para reducir el efecto de las condiciones no ideales.
Una forma de reducir los efectos de la desalineación de los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición con respecto a la antena 808 es hacer un cierto margen de solapamiento entre ambos, para que no sea necesario un alineamiento preciso. La figura 30 muestra un ejemplo de tal solapamiento, en el que las zonas 823 de antena acopladas de forma capacitiva a los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición son mayores que los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición. Las zonas 823 de antena pueden presentar una forma cóncava redondeada, lo que contribuye a una variación reducida en el área de solapamiento si hay desalineación angular de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición.
Se apreciará que los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición también pueden configurarse para reducir el efecto de desalineación entre los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición y la antena 808, sobre el área A de acoplamiento eficaz. Las figuras 31 y 32 muestran ejemplos de diversas formas de configurar los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición para conseguir esto. En la figura 31, los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición presentan zonas 830 de sección decreciente con un ancho no uniforme, siendo el ancho en las zonas 830 de sección decreciente menor que en zonas 832 de acoplamiento que se utilizan para acoplar de forma capacitiva los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición a la antena 808. La desalineación de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición en un sentido de izquierda a derecha en la figura 31 provoca algún cambio en la capacitancia del acoplamiento, debido a la disminución en el área de acoplamiento para uno de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición y un aumento en el área de acoplamiento para el otro de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición. Sin embargo, el cambio en las áreas de acoplamiento será menor que si los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición tuvieran un ancho uniforme a lo largo de su longitud, puesto que las zonas 830 de sección decreciente tienen menos ancho por unidad de longitud. Por lo tanto, la inclusión de las zonas 832 de sección decreciente reduce el efecto de algunos tipos de desalineación angular sobre el acoplamiento conductor.
Otra configuración para reducir los efectos de desalineación sobre el área A de acoplamiento eficaz se ilustra en la figura 32, en la que los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición presentan zonas 834 de material conductor reducidas que presentan orificios, espacios o aberturas 836 en el material conductor. El área de acoplamiento eficaz es proporcional, al menos en una primera aproximación, al área de solapamiento de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición cubiertos por el material conductor. Omitiendo el material conductor de las partes de las zonas 834 de material conductor reducidas, el área eficaz de esas zonas se reduce. Por lo tanto la desalineación de la bobina 812 de interposición que pone las zonas 834 de material conductor reducidas en acoplamiento con la antena 808 tiene un efecto menor sobre la capacitancia del acoplamiento que si las aberturas 836 en el material conductor no estuvieran presentes. Se apreciará que las aberturas 836 pueden presentar cualquiera de una variedad de formas adecuadas, tales como redonda, cuadrada, elíptica, o rectangular.
Se da adicionalmente también el hecho de que las configuraciones ilustradas en las figuras 31 y 32 pueden caracterizarse porque presentan la característica común de que zonas de los conectores metálicos de la bobina de interposición que no están normalmente acopladas a las antenas 808 presentan un área eficaz reducida por unidad de longitud, cuando se compara con zonas de los conectores 808 metálicos de la bobina de interposición que están normalmente acoplados de forma capacitiva a la antena 808.
La figura 33 ilustra otra variación del acoplamiento 804 capacitivo mostrado en las figuras 26 y 27, manteniéndose la separación entre la antena 808 y el conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición por los separadores 844 que forman parte de la superficie 806 de contacto dieléctrica. Los separadores 844 pueden utilizarse en la superficie 806 de contacto dieléctrica junto con un polímero no conductor. Los separadores 844 pueden estar premezclados en el material polimérico. De forma , alternativa, los separadores pueden pulverizarse en seco sobre un polímero no conductor que ya se ha aplicado a la antena 808 y/o al conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición. Se apreciará que los separadores 844 pueden utilizarse también junto con otros materiales dieléctricos, tales como adhesivos sensibles a la presión. Ejemplos de separadores adecuados incluyen los separadores de 5 im Micropearl SP-205 disponibles por Sekisui Fine Chemical Co. de Japón, y separadores de fibra de 7,7 im (producto 111413) disponibles por Merck. Se apreciará que utilizar los separadores 824 puede ayudar a obtener una separación precisa y consistente entre la antena 808 y los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición de los dispositivos 800 RFID.
Puede ser posible también que las superficies 806 de contacto dieléctricas incluyan un material que presenta una constante dieléctrica eficaz que varía al variar el espesor del material.
Por tanto la constante dieléctrica eficaz del material no sería constante, aunque se hará aún referencia a la misma en la presente memoria como una "constante." Por ejemplo, las superficies 806 de contacto dieléctricas pueden incluir un material que reduce su constante dieléctrica cuando se comprime. De este modo, si el material tuviera que hacerse más delgado, por ejemplo por una fuerza mayor de lo normal para presionar la bobina 812 de interposición sobre la antena 808, el material presentaría una constante dieléctrica reducida. Esta reducción en la constante dieléctrica mitigaría en cierta medida el efecto sobre la capacitancia X_{c} del acoplamiento de la reducción en espesor del material dieléctrico. De este modo la utilización de un material dieléctrico que es al menos en cierta medida auto-compensador del espesor puede ayudar a reducir variaciones en la capacitancia X_{c} del acoplamiento.
Una forma de obtener un material dieléctrico con una constante dieléctrica que sea una función del espesor es distribuir partículas dentro del material dieléctrico que afecten a la constante dieléctrica del material. Al comprimirse el material, las partículas se redistribuyen, causando un cambio en la constante dieléctrica del material. Por ejemplo pueden añadirse partículas de metal conductoras, tales como partículas de aluminio o níquel, al material dieléctrico. Al comprimirse el material, la distancia entre las partículas se reduce, reduciendo de ese modo también la constante dieléctrica. Se apreciará que la adición de tales partículas, si se hace con una concentración suficientemente baja, no cambiará el carácter dieléctrico global del material. Esto es, pueden añadirse partículas conductoras de forma adecuada sin hacer al material en sí eléctricamente conductor. Las partículas pueden ser en forma de polvo, y pueden presentar cualquiera de una variedad de tamaños de partículas adecuados, incluyendo tamaños inferiores a la micra.
Se apreciará también que añadir partículas conductoras al material dieléctrico de las superficies 806 de contacto dieléctricas puede también reducir el espesor eficaz de las superficies 806 de contacto dieléctricas. Esto es, las partículas conductoras pueden provocar que las superficies 806 de contacto dieléctricas presenten de forma eficaz un espesor menor que su espesor real. La oxidación sobre las superficies de las partículas puede incluso impedir la conductividad entre las partículas, si las partículas se tocaran.
Otros tipos de partículas pueden añadirse a las superficies 806 de contacto dieléctricas para conseguir cualquiera de una variedad de efectos sobre el acoplamiento conductor. Ejemplos de materiales para partículas que pueden añadirse a las superficies 806 de contacto dieléctricas incluyen mezclas de esferas metálicas y esferas dieléctricas, partículas que incluyen tanto metal como cerámica, y esferas metálicas con superficies oxidadas o convertidas de otro modo en materiales de altamente dieléctricos (por ejemplo, partículas de titanio oxidadas hasta una profundidad superficial dada). También pueden emplearse capas de metal y cerámica.
Otra forma de hacer que el acoplamiento 804 capacitivo realice la compensación del espesor es presentar un área efectiva, entre la antena 808 y el conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición, que varía en función de la separación de la antena 808 y el conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición (el espesor de las superficies 806 de contacto dieléctricas). El área eficaz se define en la presente memoria como el área de condensador de placas paralelas equivalentes a partir de la ecuación (1) anterior. El área eficaz puede diferir del área a la vista de la antena 808 y el conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición debido a la capacitancia marginal o a efectos de borde, efectos debidos a que la antena 808 y el conector 810 metálico conductor de la bobina de interposición no son placas planas infinitas. El impacto de la capacitancia marginal dependerá de la separación entre la antena 808 y los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición (el espesor de las superficies 806 de contacto dieléctricas). La reducción del área eficaz al aproximar más entre sí la antena 808 y los conectores 810 metálicos conductores de la bobina de interposición ayuda a reducir las variaciones en la capacitancia X_{c} del acoplamiento, al cambiar el espesor de las superficies 806 de contacto dieléctricas.
La figura 34 muestra una vista en planta de una posible configuración con un área de acoplamiento eficaz que depende del espesor. La antena 808 y los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición tienen dedos 846 y 848 interdigitados respectivos de material conductor, sobre lados opuestas respectivos de la superficie 806 de contacto dieléctrica. A espesores relativamente grandes de la superficie 806 de contacto dieléctrica, tal como se ilustra en la figura 35, los dedos 846 y 848 pueden interactuar entre sí como condensadores de placas paralelas, con un área eficaz que se aproxima al área real de los dedos 846 y 848. Sin embargo, al reducirse el espesor de la superficie 806 de contacto dieléctrica, el área eficaz de los dedos 846 y 848 disminuye, al disminuir la proporción del espesor de la distancia de desviación de los dedos 846 y 848. En el caso límite, ilustrado en la figura 36, al ser el espesor de la superficie 806 de contacto dieléctrica mucho menor que la distancia de desviación de los dedos 846 y 848, sólo hay acoplamiento capacitivo de las regiones de borde de los dedos, y el área eficaz para fines de acoplamiento capacitivo se convierte en un pequeño porcentaje del área real de los dedos 846 y 848. De este modo, el efecto de una reducción en el espesor dieléctrico, que tiende a elevar la capacitancia, está desviado al menos en al menos cierta medida por la reducción de área efectiva del acoplamiento capacitivo.
Se apreciará que la configuración ilustrada en las figuras 34 a 36 y descrita anteriormente no es sino una de una variedad de configuraciones que presentan un área eficaz reducida de acoplamiento capacitivo al reducirse el espesor de una capa dieléctrica. Las configuraciones que cambian el área de acoplamiento capacitivo eficaz con el espesor pueden ser configuraciones que presentan zonas de la antena 808 y/o de los conectores 810 metálicos de la bobina de interposición que estén sobre lados opuestas de la superficie 806 de contacto dieléctrica, pero que no se solapan directamente entre sí, aunque puede darse algún solapamiento parcial de material conductor.
La figura 37 ilustra otro tipo de acoplamiento capacitivo, mostrando una bobina de interposición o puente 850 con superficies 852 de contacto dieléctricas que realizan un acoplamiento 854 capacitivo entre contactos 856 de un chip 858 y conectores 860 metálicos conductores de la bobina de interposición. Las superficies 852 de contacto dieléctricas pueden utilizar materiales similares a los descritos anteriormente con respecto a las superficies 806 de contacto dieléctricas.
Como un ejemplo de tal acoplamiento, los contactos 856 pueden ser cada uno de aproximadamente 30 \mum (micra) por 30 \mum. Las superficies 852 de contacto dieléctricas pueden presentar un espesor de aproximadamente 2 \mum, y el material dieléctrico de las superficies 852 de contacto dieléctricas puede presentar una constante dieléctrica de aproximadamente 300.
Las figuras 38 y 39 muestran dos variaciones de una capa 900 interna RFID en la que una bobina 902 de interposición, que presenta conectores 904 metálicos de la bobina de interposición acoplados a un chip 906, está montada sobre un sustrato 910. La bobina 902 de interposición puede estar acoplada al sustrato 910 de forma adhesiva, o puede estar acoplada al sustrato 910 mediante otros métodos adecuados.
Las superficies 914 de contacto dieléctricas pueden colocarse de forma opcional sobre los conectores 904 metálicos de la bobina de interposición (figura 38), o pueden omitirse (figura 39). Las superficies 914 de contacto dieléctricas pueden ser partes de una capa de material dieléctrico depositado sobre la bobina 902 de interposición y el sustrato 910. Una antena 920 se imprime entonces o se forma de otro modo, de modo que solapa los conectores 904 metálicos de la bobina de interposición. Con referencia a la figura 38, la antena 920 puede estar acoplada de forma capacitiva a los conectores 904 metálicos de la bobina de interposición a través de los conectores 914 metálicos dieléctricos. De forma alternativa, con referencia a la figura 39, la antena 920 puede estar acoplada directamente de forma conductora a los conectores 904 metálicos de la bobina de interposición.
Capa interna con chip en cavidad de sustrato
La figura 40 muestra una capa 1000 interna RFID en la que una bobina 1008 de interposición está en una configuración de "chip hacia arriba" o "chip invertido", en el que un chip 1010 de la bobina 1008 de interposición está al menos parcialmente dentro de una cavidad 1012 en un sustrato 1004 de antena. La bobina 1008 de interposición incluye un sustrato 1018 de bobina de interposición sobre el que se ubican los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición. Los resaltos 1020 conductores del chip 1010 están acoplados a los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición mediante uno o más acoplamientos 1022 de chip/bobina de interposición. El(los) acoplamiento(s) 1022 de chip/bobina de interposición puede(n) ser acoplamiento(s) directo(s) o no directo(s), por ejemplo siendo o bien acoplamientos conductores directos o bien uno o más acoplamientos capacitivos no directos.
Los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición están acoplados de forma operativa y de forma mecánica a zonas de una antena 1006 mediante acoplamientos 1024 de bobina de interposición/antena. Como con los acoplamientos 1022 de chip/bobina de interposición, los acoplamientos 1024 de bobina de interposición/antena pueden ser cualquiera de una variedad de acoplamientos directos o no directos adecuados, tales como los acoplamientos descritos en la presente memoria.
La antena 1006 está ubicada sobre el sustrato 1004 de antena. Como se indicó anteriormente, el sustrato 1004 de antena presenta la cavidad 1012 en la misma, para alojar al menos una zona de la bobina 1008 de interposición en la misma. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 40, la mayor parte del chip 1010 está ubicada dentro de la cavidad 1012. Parte del chip 1010 se extiende por debajo de la cavidad 1012, y parte del chip 1010 se extiende por encima de la cavidad 1012. Se apreciará que el chip 1010 puede estar ubicado de otra forma con respecto a la cavidad 1012, por ejemplo sin que se extienda nada del chip 1010 por debajo de la cavidad 1012, o extendiéndose todos o parte de los resaltos 1020 conductores en el interior de la cavidad 1012. La cavidad 1012 puede estar perforada de forma adecuada o formada de otra forma en el sustrato 1004 de antena.
Se apreciará que la capa 1000 interna ofrece varias características ventajosas. Primero, el espesor global de la capa 1000 interna puede mantenerse en un mínimo colocando parte de la bobina 1008 de interposición en la cavidad 1012. Relacionada con esa ventaja, la colocación de parte de la bobina 1008 de interposición en la cavidad 1012 puede facilitar utilizar una configuración de "chip invertido" con acoplamiento capacitivo, puesto que el rendimiento de los acoplamientos capacitivos puede mejorarse haciendo delgadas las capas de acoplamiento dieléctricas, y puesto que puede ser difícil acomodar el espesor del chip 1010 de forma diferente a ubicar al menos parte del mismo en la cavidad 1012 o en un rebaje adecuado. Además, la colocación de la bobina 1008 de interposición en una configuración de chip invertido con el chip 1010 al menos parcialmente en la cavidad 1012 permite que las zonas acopladas de los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición y la antena 1006 sean sustancialmente planas y/o sustancialmente paralelas entre sí. Esto reduce de forma ventajosa los esfuerzos sobre los acoplamientos 1024 de bobina de interposición/antena. Adicionalmente, una etiqueta o marca RFID que incorpora la capa 1000 interna tenderá a presentar un perfil más suave y más liso, facilitando de ese modo la impresión de la etiqueta o marca.
La figura 41 muestra una configuración alternativa de la capa 1000 interna, con el chip 1010 al menos parcialmente en un rebaje 1030 en el sustrato 1004 de antena. El rebaje 1030 no se extiende a lo largo de todo el sustrato 1004 de antena, permaneciendo una zona 1034 adelgazada del sustrato de antena bajo el rebaje 1030. El rebaje 1030 puede estar formado en cualquiera de una variedad de formas adecuadas, tales como por presión mediante rodillo con un rodillo configurado de forma adecuada.
Se apreciará que la configuración en la figura 41 presenta la ventaja de mantener el chip 1010 encerrado dentro de la capa 1000 interna, ayudando la zona 1034 adelgazada del sustrato 1004 de antena a proteger el chip 1010 frente a daño físico y/o contaminantes. La utilización de un rebaje 1030 en lugar de la cavidad 1012 (figura 40) puede ser especialmente atractiva para dispositivos que emplean chips delgados. A modo de ejemplo, el chip 1010 puede presentar un espesor de aproximadamente 120 micras o menos, que pueden conseguirse utilizando esmerilado químico o mecánico. Con tal esmerilado, el chip 1010 puede presentar un espesor tan bajo como aproximadamente de 20 a 30 micras.
Se apreciará que la cavidad 1012 (figura 40) o el rebaje (figura 41) pueden dimensionarse de forma adecuada para permitir algunos fallos de registro del chip 1010. Por ejemplo, la cavidad 1012 o el rebaje 1030 pueden dimensionarse aproximadamente 1 mm más grandes que el chip 1010 que va a colocarse en la cavidad 1012 o el rebaje 1030. El espacio entre el chip 1010 y la cavidad 1012 o el rebaje 1030 puede rellenarse con un material de relleno dieléctrico adecuado.
La cavidad 1012 o el rebaje 1030 pueden formarse o bien antes o bien después de la formación de la antena 1004 sobre el sustrato 1004 de antena. La cavidad 1012 puede formarse mediante perforación o troquelado, por ejemplo. El rebaje 1030 puede formarse mediante un proceso de estampación en relieve adecuado.
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La figura 42 muestra un diagrama de flujo de alto nivel de etapas de un método 1050 para producir la construcción de la capas 1000 internas mostradas en las figuras 40 y 41. En la etapa 1052 la bobina de interposición o puente 1008 se construye acoplando el chip 1010 a los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición. En la etapa 1054 la antena 1006 se forma o coloca sobre el sustrato 1004 de antena, mientras que en la etapa 1056 la cavidad 1012 (figura 40) o el rebaje 1030 (figura 41) se forma en el sustrato 1004 de antena. Las etapas 1054 y 1056 pueden realizarse en cualquier orden, y pueden realizarse antes o después de la construcción de la bobina 1008 de interposición en la etapa 1052. Finalmente, en la etapa 1058 la bobina 1008 de interposición se acopla al sustrato 1004 de antena. Esto puede hacerse colocando la bobina 1008 de interposición hacia abajo sobre el sustrato 1004 de antena, de modo que al menos parte del chip 1010 está en la cavidad 1012 o el rebaje 1030, y acoplando los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición a la antena 1006.
Las figuras 43 y 44 muestran un ejemplo alternativo de la capa 1000 interna, que presenta una cavidad 1060 de dimensiones variables en el sustrato 1004 de antena. Tal como se muestra en la figura 43, la cavidad 1060 puede expandirse, por ejemplo mediante calentamiento, para alojar al menos parte del chip 1010 de la bobina 1008 de interposición. Una vez insertado el chip 1010 dentro de la cavidad 1060 de dimensiones variables, las dimensiones de la cavidad 1060 pueden reducirse para sujetar a modo de abrazadera o fijar el chip 1010 en su sitio. La reducción de las dimensiones de la cavidad 1060 puede lograrse enfriando el sustrato 1004 de antena, o dejando que el sustrato calentado se enfríe.
La sujeción a modo de abrazadera del chip 1010 dentro de la cavidad 1060 de dimensiones variables puede utilizarse como una alternativa a o además de adhesivos para fijar la bobina 1008 de interposición a la antena 1006 y el sustrato 1004 de antena. Se apreciará que la sujeción a modo de abrazadera del chip 1010 en la cavidad 1060 de dimensiones variables puede ser reversible. Esto es, la cavidad 1060 puede volver a expandirse al estado mostrado en la figura 43, para liberar la sujeción a modo de abrazadera u otra fijación mecánica del chip 1010.
Como se ha comentado anteriormente, el calentamiento y enfriamiento pueden utilizarse para cambiar las dimensiones de la cavidad 1060 de dimensiones variables. Cualquiera de una variedad de métodos adecuados puede proporcionar el calentamiento, y el calentamiento pueden ser local o global. También pueden utilizarse alternativas al calentamiento, tales como mediante la aplicación de fuerza mecánica o mediante la utilización de un material adecuado que se contraiga cuando se expone a luz UV.
La figura 45 y 46 muestran otro ejemplo alternativo de la capa 1000 interna, en el que la cavidad 1060 de dimensiones variables que aloja el chip 1010 está flanqueada por un par de cavidades 1064 y 1066 adicionales de dimensiones variables. Las cavidades 1064 y 1066 pueden configurarse para sujetar a modo de abrazadera y fijar postes 1074 y 1076 recubiertos por material conductor de la bobina 1008 de interposición. Los postes 1074 y 1076 pueden insertarse dentro de las cavidades 1064 y 1066, tal como se muestra en la figura 45, y pueden fijarse dentro de las cavidades 1064 y 1066, tal como se muestra en la figura 46, reduciendo las dimensiones de las cavidades 1064 y 1066.
Las cavidades 1064 y 1066 pueden configurarse para arrastrar los postes 1074 y 1076 hacia las cavidades 1064 y 1066 al reducirse las dimensiones de las cavidades 1064 y 1066. Esto puede proporcionar fuerza suficiente para mantener el contacto entre la bobina 1008 de interposición y el sustrato 1004 así como para acoplar entre sí eléctricamente los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición y zonas de la antena 1006. Los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición pueden presentar zonas 1078 y 1080 sobre los postes 1074 y 1076, para facilitar acoplamiento eléctrico de los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición y la antena 1006. El acoplamiento entre los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición y la antena 1006 puede ser capacitivo y/o conductor.
Los bordes o límites 1084 y 1086 de las cavidades 1064 y 1066 pueden estar recubiertos con material conductor. El material conductor sobre los bordes o límites 1084 y 1086 de las cavidades 1064 y 1066 puede ayudar a hacer contacto conductivo entre los conectores 1016 metálicos de la bobina de interposición y la antena 1006.
La utilización de las cavidades 1060, 1064 y 1066 para acoplar la bobina 1008 de interposición y el sustrato 1004 entre sí puede presentar la ventaja de hacer el acoplamiento reversible. Esto puede permitir someter a prueba la bobina 1008 de interposición en combinación con la antena 1006 antes del acoplamiento permanente de la bobina 1008 de interposición y la antena 1006 entre sí. Se apreciará que tal prueba puede permitir detectar y reemplazar una bobina de interposición defectuosa, sin necesidad de desechar una zona de antena en buenas condiciones de una capa interna.
Aunque la invención se ha mostrado y descrito con respecto a cierta realización o realizaciones, resulta obvio que a los expertos en la técnica se les ocurrirán alteraciones y modificaciones equivalentes tras la lectura y comprensión de esta memoria descriptiva y los dibujos adjuntos. En particular, con respecto a las diversas funciones realizadas por los elementos anteriormente descritos (componentes, ensamblajes, dispositivos, composiciones, etc.), está previsto que los términos (incluyendo una referencia a unos "medios") utilizados para describir tales elementos se correspondan, a menos que se indique lo contrario, con cualquier elemento que realice la función especificada del elemento descrito (es decir, que sea funcionalmente equivalente), incluso aunque no sea estructuralmente equivalente a la estructura dada a conocer que realiza la función en la realización o realizaciones de la invención a modo de ejemplo ilustradas en la presente memoria. Además, aunque una característica particular de la invención puede haberse descrito anteriormente con respecto a sólo una o más de varias realizaciones ilustradas, tal característica puede combinarse con otra u otras características de las demás realizaciones, según sea deseable y ventajoso para cualquier aplicación dada o particular.

Claims (19)

1. Dispositivo (700, 800) de identificación por radiofrecuencia (RFID) que comprende:
un sustrato (704, 822);
una antena (706, 808) sobre el sustrato;
una bobina (708, 812) de interposición, en el que la bobina de interposición incluye:
un chip (710, 820) RFID que tiene contactos sobre el mismo; y
conectores (716, 810) metálicos de la bobina de interposición acoplados de manera operativa a los contactos del chip; y
un acoplamiento (804) capacitivo entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena, a través de un material (724, 734, 806) dieléctrico entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena;
incluyendo el material dieléctrico superficies de contacto dieléctricas entre los conectores metálicos de la bobina de interposición y la antena; caracterizado porque las superficies de contacto dieléctricas tienen una constante dieléctrica eficaz que es una función no constante del espesor de las superficies de contacto dieléctricas de modo que, si el material dieléctrico tuviese que hacerse más delgado mediante compresión, el material dieléctrico tendría una constante dieléctrica reducida con el fin de reducir los efectos de variaciones del espesor del material dieléctrico utilizado para el acoplamiento capacitivo.
2. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que zonas de la antena que están acopladas de forma capacitiva a los conectores metálicos de la bobina de interposición tienen un área mayor que los conectores metálicos de la bobina de interposición.
3. Dispositivo RFID según la reivindicación 1 ó 2, en el que zonas (823) de la antena que están acopladas de forma capacitiva a los conectores metálicos de la bobina de interposición tienen una forma cóncava.
4. Dispositivo RFID según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material dieléctrico incluye una capa adhesiva.
5. Dispositivo RFID según la reivindicación 4, que comprende además un material no adhesivo dentro de la capa adhesiva; en el que el material no adhesivo es un material no adhesivo dieléctrico.
6. Dispositivo RFID según la reivindicación 4, que comprende además un material no adhesivo dentro de la capa adhesiva; en el que el material no adhesivo incluye partículas eléctricamente conductoras en el mismo.
7. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que las superficies de contacto dieléctricas incluyen un adhesivo no conductor.
8. Dispositivo RFID según la reivindicación 4, en el que las superficies de contacto dieléctricas también incluyen un material no adhesivo dieléctrico.
9. Dispositivo RFID según la reivindicación 8, en el que el material no adhesivo dieléctrico está intercalado dentro del adhesivo no conductor.
10. Dispositivo RFID según la reivindicación 9, en el que el material no adhesivo dieléctrico es al menos un 10% en volumen del adhesivo no conductor.
11. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que las superficies de contacto dieléctricas incluyen un polímero no conductor.
12. Dispositivo RFID según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las superficies de contacto dieléctricas tienen un espesor de 0,025 mm (0,001 pulgadas) o menos.
13. Dispositivo RFID según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las superficies de contacto dieléctricas tienen un espesor de 0,0025 mm (0,0001 pulgadas) o menos.
14. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que las superficies de contacto dieléctricas incluyen separadores intercalados dentro de otro material dieléctrico.
15. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que las superficies de contacto dieléctricas incluyen partículas eléctricamente conductoras en las mismas.
16. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que el acoplamiento capacitivo tiene un área de acoplamiento capacitivo eficaz que es una función no constante del espesor de las superficies de contacto dieléctricas.
17. Dispositivo RFID según la reivindicación 1, en el que zonas de la antena que están acopladas de forma capacitiva a los conectores metálicos de la bobina de interposición tienen un área mayor que los conectores metálicos de la bobina de interposición.
18. Dispositivo RFID según la reivindicación 15, en el que las partículas conductoras incluyen partículas de aluminio.
19. Dispositivo RFID según la reivindicación 15, en el que las partículas conductoras incluyen partículas de metal.
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