JP2008513888A - 結合されたｒｆタグとｓａｗセンサ - Google Patents

Abstract

単一の半導体基板パッケージ上に結合されたセンサとトランスポンダを提供する。本発明は、共通の基板上に組み立てられたＲＦＩＤタグとセンサとを含む。基板は、フレキシブル回路またはプリント回路基板の形状に用意されうる。フレキシブル回路は、標準的なフレキシブル回路製造方法を使用して製造されうる。それは、ポリマー／金属ラミネートフィルム構造であり、回路上にセンサとＲＦＩＤタグシステムに関するアンテナパターンを組み入れる。フレキシブル回路はまた、単一のフレキシブル回路基板上にセンサおよびＲＦＩＤタグに関するアンテナを結合し、かくして、別々のアンテナの必要性を除去する。

Description

本発明は、全体的には表面弾性波センサのようなセンサに関する。本発明はまた、無線認証（ＲＦＩＤ）タグのようなトランスポンダを使用したデータの通信にも関する。特に、本発明は、単一の半導体基板パッケージ上でのトランスポンダとセンサの結合に関する。

表面弾性波（ＳＡＷ）センサのようなセンサは、多くの工業及び周辺用途で用いられている。ＳＡＷセンサは、液体、蒸気、およびガスのような種々の媒体から、圧力、温度、トルク、および、湿度を感知するのに用いることができる。

ＲＦＩＤタグのようなトランスポンダは、タグとセンサとが結合されていなくても、在庫管理追跡および資産管理のような種々の用途のデータ通信ソリューションを提供する。

センサを使用した遠隔・分散システムモニタリングの必要性は成長する。センサから制御されたデータは、監視システムにストア及び／又は通信される必要がある。感知アプリケーションが開発されれば、それらの制御されたデータと通信するためのセンサ及び手段のためにより小さなフォームファクタまたはプロファイルが必要となる。

スペースが限定され、センサ技術の新しい使用を実現する本発明は、データ収集または報告において正確さを犠牲にすることなくコンポーネントサイズを小さくするための必要性を見いだした。それゆえ、本発明は、正確な感知システムであるが、コンパクトな、当該技術分野で必要とされるものを提供する。

無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダとセンサを単一の基板又はパッケージ上で結合させることは本発明の特徴である。

本発明の更に別の特徴は、圧力容器の用途において結合された表面弾性波（ＳＡＷ）センサとＲＦＩＤタグを使用することである。

更に別の特徴は、結合されたセンサとＲＦＩＤチップタグシステムを指示するように適合されたフレキシブル回路設計を使用することである。

更に別の特徴は、結合されたセンサとＲＦＩＤチップタグと一緒に組み立てられたフレキシブル回路アンテナ設計を使用することである。

本発明のある実施形態では、ＲＦＩＤタグは、フレキシブル回路またはプリント回路基板の形態に用意されうる、共通の基板上にＳＯＩＣパッケージおよびセンサが結合されるように提供されうる。フレキシブル回路は、標準のフレキシブル回路製造方法を使用して製造されうる。それは、ポリマー／金属ラミネートフィルム構造であり、回路にセンサとＲＦＩＤタグシステムに関するアンテナパターンを組み入れる。フレキシブル回路はまた、単一のフレキシブル回路基板上にＲＦＩＤタグとＳＡＷセンサとに関するアンテナを結合させることができ、かくして、別々のアンテナとする必要性を除去する。

ここに記載する本発明は、（例えば、タイヤ、ホース、パイプ、オイル貯蔵タンク、兵器クレートのような）圧力容器の用途におけるコンポーネントとして使用することができ得る。本発明が利用されうる他のデバイス、システムおよび用途は、生物エージェント検出、可燃性ガスの検出、化学戦闘エージェント検出、健康の兵器状態（weapon state of health）、出荷コンテナの監視、パッケージされた商品の監視、タンパー検出システム、圧力容器の監視、処理された食べ物コンテナ、ドラッグパッケージセキュリティの監視、遠隔環境監視デバイスおよびシステムである。

図１および２を参照すると、結合されたセンサ１２０とＲＦＩＤトランスポンダ（ＲＦＩＤタグ）１３０の平面図と側面図とがそれぞれ図示されており、「タグセンサ」１００として結合して提供されている。タグセンサ１００は、基板１１０を含み、その上に、ＲＦＩＤタグ１３０とセンサ１２０が互いに隣同士取り付けられている。ＲＦＩＤタグは、ＲＦＩＤアンテナ１３５を含み、センサは、それ自身のセンサアンテナ１２５を含んでもよい。図１に示したように、タグセンサ１００は、取り付け穴１４０を含み、それを介してタグセンサは、システム、品物、または、センサ１２０によって取り付けられ得る環境に固定されうる。タグセンサ１００を殆どの表面に容易に取り付けるのに使用することができ得る当該技術分野における他の手段を使用することができ、タグセンサ１００を取り付けるのに例えば接着剤を使用することができ得る。

監視状況中にタグセンサ１００を、タグセンサが自己出力（self-powered）であるように適用するのが好ましい。バッターバックアップ（図示せず）はタグセンサで利用可能であるけれども、殆どの用途では、タグセンサが遠隔またはアクセスできない環境に配置されたようなことが要求される。それ故、タグセンサに対する動力供給は、当該技術分野で知られている所定のＲＦタグ動力供給方法のような、無線（ＲＦ）信号を介して提供される。

使用中、タグセンサが、ポータブル無線インタロゲーションアーキテクチャに使用されていると仮定すると、タグセンサは、外部ＲＦソースによって周期的に呼びかけられる。

タグセンサは、複数のパラメータ感知アプリケーションで使用されるように取り付けられるのが好ましい。例えば、タグセンサは、圧力、温度、気体、化学、または、湿度を感知する用途のために使用されうる。タグセンサが使用される用途に応じて、センサ１２０は、圧力、温度、化学、光学、液体、または、気体感知能力を備えうる。マルチセンサタグセンサ１００は、タグセンサの設計において、空間及びパワーの要求が考慮さるように提供される。以下に更に詳細に記載する特定の用途では、圧力を測定するためにＳＡＷセンサの使用が要求される。

ＲＦＩＤタグ１３０は、情報ソートタグとして適用されるのが好ましい。タグは、２０４８ビットをリード／ライト可能な能力があり、センサ自己識別を提供し、複数のセンサイベントをストアする。

ＲＦＩＤタグおよびセンサはまた、自己テストを実行するように取り付けられることができ、タグセンサ１００の長い展開（deployment）／オペレーション中に必要であろう。内部リファレンスセンサまたはコーディングは、自己テスト能力を備えたタグセンサを提供するように設けられる。

タグセンサ１００は、小さなフォームファクタで提供されるのが好ましい。長さ、高さが２インチ（約５ｃｍ）までのタグセンサが望ましい。タグセンサの幅は典型的には、タグセンサ１００の全長、全高の約１／１０より小さくあるべきである。また、タグセンサは軽量であるのが好ましい。例えば、２インチ（約５ｃｍ）の全長、全高を備えたタグセンサは、約１２グラムの重さが期待され得る。前述の考察では、低コストのタグセンサになるべきである。

ＲＦＩＤタグおよびセンサは、標準化されたＩＳＭ Ｂａｎｄを使用して作動することができる。ＲＦＩＤタグ周波数は一般的に、９１５ＭＨｚである。典型的なＳＡＷ周波数は、約４３４ＭＨｚである。フレキシブル回路（flex circuit）アンテナは、本発明の通信能力を強化するために結合されたセンサおよびＲＦＩＤチップタと一緒に組み立てられ得る。

センサ１２０およびＲＦＩＤタグ１３０を取り付けるのに用いられる基板１１０は、例えば、カプトンテープ（Ｋａｐｔｏｎ Ｔａｐｅ）基板が用いられ得る。基板は、電気的に絶縁されるべきであり、ＲＦＩＤタグ１３０とセンサ１２０コンポーネントに関して適当な間隔を設けるべきである。ＲＦＩＤおおびセンサアンテナに関して十分な厚さ、または表面積が必要である。アンテナは、回路基板に半田付けするのと同じように基板の表面に固定されるか、または、アンテナは、表面層と底面層の間に埋め込まれて半田を包含した多層回路基板と同じように基板内に埋め込まれうる。それ故、ＲＦＩＤタグ１３０およびＳＡＷセンサ１２０に関する共通の基板は、フレキシブル回路またはプリント回路基板の形態で提供されうる。フレキシブル回路は、標準化されたフレキシブル回路製造方法を使用して製造されうる。それは、ポリマー／金属ラミネートフィルム構造であり、回路上にセンサおよびＲＦＩＤタグシステムに関するアンテナパターンを組み入れる。フレキシブル回路はまた、単一のフレキシブル回路基板上にＳＡＷセンサおよびＲＦＩＤタグに関するアンテナを結合させ、かくして、別々のアンテナの必要性を除去する。

本発明の譲受人により特定の用途、例えば、圧力容器の用途（例えば、タイヤ、ホース、パイプ、オイル貯蔵タンク、兵器クレートなどのようなオブジェクトにおけるコンポーネント圧力を確かめるという用途）においてここで記載したタグセンサを使用することが予想される。本発明はまた、生物エージント検出、可燃性ガスの検出、化学戦闘エージェント検出、健康の兵器状態、出荷コンテナのモニタリング、パッケージされた商品のモニタリング、タンパー検出システム、圧力容器モニタリング、処理された食品コンテナ、ドラッグパッケージ安全モニタ、および、遠隔環境のモニタリングおよびシステムのような用途に利用されうる。

結合されたＲＦＩＤタグとセンサの平面図であり、ＲＦＩＤタグおよびセンサは、基板上で互いに隣同士取り付けられる。 図１の結合されたＲＦＩＤとセンサタグの側面図である。

Claims (20)

1. 基板と、
   前記基板に取り付けられた無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダと、
   前記ＲＦＩＤトランスポンダと一緒に前記基板に取り付けられたセンサと、
   を有する監視および報告システム。
2. 前記監視および報告システムが、圧力容器の用途に使用するように適合されたことを特徴とする請求項１に記載の発明。
3. 前記基板が、チップタグシステムとして提供されたＲＦＩＤトランスポンダとセンサとを指示するように適合されたフレキシブル回路を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記フレキシブル回路にフレキシブル回路アンテナを含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
5. 前記基板が、前記センサおよび前記ＲＦＩＤトランスポンダを指示するように適合されたプリント回路基板を有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
6. 前記ＲＦＩＤトランスポンダおよび前記センサの少なくとも一方に関して前記プリント回路基板上に少なくとも１つのアンテナを含むことを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記監視および報告システムが、容器圧力の測定、温度測定、光学測定、化学的識別、生物エージェント識別、セキュリティ違反検出、環境測定、水の測定、および、気体の測定のうちの少なくとも１つに使用するように適合されたことを特徴とする請求項１に記載の発明。
8. 基板と、
   前記基板上に取り付けられた無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダと、
   前記基板上に前記ＲＦＩＤトランスポンダと一緒に取り付けられた表面弾性波（ＳＡＷ）センサと、
   を有する監視および報告システム。
9. 前記監視および報告システムが、容器内の圧力を判断するのに使用されるように適合されたことを特徴とする請求項８に記載の発明。
10. 前記基板が、ＳＡＷセンサと前記ＲＦＩＤトランスポンダチップタグシステムを指示するように適合されたフレキシブル回路を有することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
11. 前記フレキシブル回路にフレキシブル回路アンテナを含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記基板が、前記ＳＡＷセンサと前記ＲＦＩＤトランスポンダチップタグシステムを指示するように適合されたプリント回路基板を含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
13. 前記プリント回路基板にアンテナを含むことを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 前記監視および報告システムが、容器圧力の測定、温度測定、光学測定、化学的識別、生物エージェント識別、セキュリティ違反検出、環境測定、水の測定、および、気体の測定のうちの少なくとも１つに使用するように適合されたことを特徴とする請求項１に記載の発明。
15. フレキシブル回路の形態に用意された基板と、
    前記基板上に取り付けられた無線識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダとそれに関連するＲＦＩＤトランスポンダアンテナと、
    前記ＲＦＩＤトランスポンダと一緒に前記基板に取り付けられたセンサおよびそれに関するセンサアンテナと、
    を有するタグセンサ。
16. 前記監視および報告システムが、容器圧力の測定、温度測定、光学測定、化学的識別、生物エージェント識別、セキュリティ違反検出、環境測定、水の測定、および、気体の測定のうちの少なくとも１つに使用するように適合されたことを特徴とする請求項１５に記載の発明。
17. 前記基板が、チップタグシステムとして提供されるＲＦＩＤトランスポンダとセンサとを指示するように適合されたフレキシブル回路を有することを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
18. 前記基板に形成された取り付け穴を備えたことを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記基板が、前記センサおよび前記ＲＦＩＤトランスポンダを指示するように適合されたプリント回路基板を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
20. 前記ＲＦＩＤトランスポンダおよび前記センサの少なくとも一方に関して前記プリント回路基板に少なくとも１つのアンテナを含むことを特徴とする請求項１９に記載のシステム。

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