JP2014501465A - 透明な微小パターン化rfidアンテナ及びそれを包含する物品 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
実施例1に関して、図3に描写される種類の透明なスロットアンテナは、高透明度の微小パターン化導電体を使用して製造された。この導電性領域の外側境界は、15cm×15cmであった。アンテナの中央にある導電性領域、即ち、非導電性スロット領域312aの内側境界は、5cm×0.5cmであった。このパターン化導電体は、金属銀の薄いフィルムで作製され、透明なポリ(エチレンテレフタレート)(PET、製品コードST504、厚さ125マイクロメートル、E.I.DuPont de Nemours and Company,Wilmington Delaware)の絶縁基板上に沈着され、PCT公開第WO 2009/154812号(Freyら)に記載されるマイクロコンタクト印刷方法によってパターン化された。微小パターンの設計、即ち、メッシュ形状、利用されるランダムに成形されたセル、(透過中に撮られた)顕微鏡写真が、図8に示されている。平均的セルのサイズ(横断寸法又はピッチ)は、約200マイクロメートルであった。全てのトレースのトレース幅は、約1.5マイクロメートルであった。金属銀の厚さは、約100ナノメートルであった。導電性領域の開放面積率は、約98.5%であった。導電性領域のシート抵抗は、約30〜40オーム/平方であるように測定された。2つの銅テープは、図3に示されるように、導電性接着剤によって、中央スロットのそれぞれの側面上の導電性領域に被着された。同軸ケーブルが得て、信号及び接地導電体をさらすために1つの端部を切り、これらの導電体を銅タブに取り付けるために、はんだを使用した。
式中、
Dt、Dr=アンテナ指向性
er、et=(材料に基づく)アンテナ効率性
F=Eactual/Efree space
Γt、Γr=アンテナ反射係数
p=偏光不整合損失
Pt=送信電力
Pr=受信電力
r=アンテナ間の距離
RFIDアンテナは、高透明度の微小パターン化導電体を使用して製造された。様々なアンテナ設計は、13.56MHzでの使用に適合したアンテナ、及び915MHzでの使用に適合したアンテナを含み、使用された。異なる微小パターン化導電体もまた使用され、この差は、トレース幅、トレースピッチ、トレースの厚さ、及び開放面積率の差を含む。それぞれのRFIDアンテナに関して、アンテナのDC抵抗は、デジタルマルチメータ(Fluke 73III Multimeter,Fluke Corporation,USA)で測定され、RFID集積回路は次に、アンテナに接続された。そのように製造されるRFIDデバイスは次に、RFIDデバイスがRFIDリーダーに対して直接位置決めされたとき、信号が認められ得るかどうかを決定するために従来のRFIDリーダーによって評価された。信号が認められる場合、RFIDリーダーとRFIDデバイスとの間の距離は次に、信号がもはや認められなくなるまで徐々に増加させられ、その距離は、図1と関連して上述される値Dmaxとして記録された。
アンテナは、2009年6月25日出願(代理人整理番号65462US002)、米国特許出願番号第61/220407号の「Methods of Wet Etching a Self−assembled Monolayer Patterned Substrate and Metal Patterned Articles」に記載される方法による、高分子フィルム絶縁基板上に銀の薄いフィルム沈着をパターニングすることによって製造された。この方法には、厚さ125マイクロメートルのポリ(エチレンテレフタレート)(PET)高分子フィルム絶縁基板(ST504,E.I.DuPont de Nemours and Company,Wilmington,Delaware)への銀の薄い層の沈着が含まれた。異なる厚さの銀層を沈着する異なる方法が使用された。30、300、500、700、又は1000ナノメートルの厚さの銀層によって得られるアンテナに関して、銀は、0.5ナノメートルの平均的厚さを有するチタンの接着促進層を最初に蒸発した後、PET絶縁基板上での電子ビーム蒸発によって沈着された。60〜100ナノメートルの厚さの銀層によって得られるアンテナに関して、銀は、PET絶縁基板上でのスパッタリングによって沈着された。オクタデシルチオール自己組織化単分子膜のパターンは、マイクロコンタクト印刷によって銀表面へ沈着され、次に銀層は、印刷されなかった領域から選択的にエッチングされ、両方とも、2009年6月25日出願(代理人整理番号65462US002)、米国特許出願番号第61/220407号の「Methods of Wet Etching a Self−assembled Monolayer Patterned Substrate and Metal Patterned Articles」に記載される方法より行われた。
それぞれのRFIDタグに関して、集積回路のダイは、上述されるように製造されるアンテナに結合された。後述されるそれぞれのUHFタグ(即ち、実施例6〜45)に関して、このダイは、NXP Semiconductors(San Jose,CA)から入手可能なNXP G2XM UHF RFIDダイであった。この G2XMダイは、RFID担体テープのJEDEC MO−283−B標準概要(http://www.jedec.org/committees/jc−65のウェブサイトを参照)に適合する高分子絶縁基板上の金属リードフレームに取り付けられた。MO−283−B担体テープの大端部パッドは、アンテナ上の対応するパッドに接続するために設計される。MO−283−B担体テープは、自動回路組立作業における連続ロール成形で使用するように設計される。この研究のために調製される試料に関して、個別の担体であって、それぞれが高分子担体上で金属リードフレームに取り付けられる単一のG2XMダイを含む個別の担体は、より大きな供給ロールから切られた。
RFIDタグは、指定された条件を使用して、読み取られ得る距離の観点から評価された。
3つの異なるアンテナ設計は、HF範囲内の動作のために試験された。これら3つの設計の関連する形状は、図4a、4b、及び4cに描写される。図4aの設計(実施例2)は、約51.3mmの水平かつ垂直寸法全体を有する寸法となされた。図4bの設計(実施例3)はそれぞれ、約76.27及び22.65mmの水平(長軸)かつ垂直(短軸)寸法全体を有する寸法となされた。図4cの設計(実施例4及び5)はそれぞれ、約25.57及び6.73mmの水平(長軸、ループ形状のみ、即ち、パッド434aを含まない)並びに垂直(短軸)寸法全体を有する寸法とされた。それぞれの場合では、それぞれの微小パターン化導電体(更に後述される)は、この設計の導電性領域(例えば、図4aの領域414、414a、及び414b)内で破断されていなかったが、この設計の非導電性領域(例えば、図4aの領域412a、412b、及びスパイラル形状の非導電性領域)内で破断されていた。
2つの異なるアンテナ設計は、UHF範囲内の動作のために試験された。これら2つの設計の関連する形状は、図4d及び4eに描写される。図4dの設計(実施例6〜25)はそれぞれ、約8.02及び94.66mmの水平(短軸)かつ垂直(長軸)寸法全体を有する寸法とされた。図4eの設計(実施例26〜45)はそれぞれ、約4.02及び128.88mmの水平寸法(短軸、導電性メッシュ領域のみ、即ち、パッド454a及び454bを含まない)並びに垂直(長軸)寸法全体を有する寸法となされた。それぞれの場合では、それぞれの微小パターン化導電体(更に後述される)は、この設計の導電性領域(例えば、図4dの領域444、444a、444b)内で破断されていなかったが、この設計の非導電性領域(例えば、図4dの領域442a)内で破断されていた。
上述した銀金属層は、規則的な正方形の繰り返しパターンで配置されるトレースを形成するために処理された。実施例2、3、及び6〜45のアンテナに関して、トレースのピッチ(即ち、平方単位セルの側面の長さの公称寸法)は、直角の面内軸の両方に沿って200マイクロメートルであった。実施例4(図4c)のアンテナに関して、トレースのピッチは、直角の面内軸の両方に沿って50マイクロメートルであった。実施例5(また、図4c)のアンテナに関して、トレースのピッチは、直角の面内軸の両方に沿って50マイクロメートルであった。以下の表1に示されるように、2マイクロメートルのトレース幅は、いくつかの実施形態に使用され、5マイクロメートルのトレース幅は、表に記載される開放面積率をもたらして、他の実施形態に使用された。正方形の繰り返しパターンは、導電性であることを目的としたそれぞれのアンテナの領域内で、即ち、それぞれのアンテナを形成する部分内で破断されていなかった(例えば、図6a参照)。2マイクロメートルのトレースが200マイクロメートル(98%の開放面積率)のピッチを有する平方グリッド上に配置された上述の銀メッシュ導電体パターンに関して、有効シート抵抗はそれぞれ、30nm、60nm、100nm、300nm、500nm、及び700nmの目標金属厚の80〜150、10〜13、10〜13、5〜6、3〜6、及び3〜5オーム/平方の範囲内であるように測定された。5マイクロメートルのトレースが200マイクロメートル(95%の開放面積率)のピッチを有する平方グリッド上に配置された上述の銀メッシュ導電体パターンに関して、有効シート抵抗はそれぞれ、30nm、60nm、100nm、300nm、500nm、及び700nmの目標金属厚の40〜60、5〜7、5〜7、2.5〜5、1.5〜2.5、及び1〜2オーム/平方の範囲内であるように測定された。非導電性であることを目的とした部分において、規則的破断を使用して、トレースを総じて非導電性(例えば、図6b参照)にした。例えば、実施例2、3、6〜45のアンテナに関して、それぞれの単位平方の8つの破断は、図6bに示されるように配置され、それぞれの破断の長さは、6マイクロメートルであった。銀金属の様々な厚さが使用され、この厚さも表1に記載された。
Claims (24)
- RFIDデバイスにおける使用に好適なアンテナであって、
絶縁基板と、
前記絶縁基板上又は前記絶縁基板内に配設される第1の導電性微小パターンであって、連続的なメッシュ導電体を画定する、第1の導電性微小パターンと、を備え、
前記第1の導電性微小パターンが、915MHzの周波数に少なくとも応答するアンテナを形成し、
前記第1の導電性微小パターンが、0.5〜20マイクロメートルの範囲内のトレース幅を有する相互接続されたトレースを備え、
前記第1の導電性微小パターンが、少なくとも80%の開放面積率を特徴とする、アンテナ。 - 前記開放面積率が少なくとも90%である、請求項1に記載のアンテナ。
- 前記開放面積率が95〜98%の範囲内である、請求項1又は2に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、金属を含む不透明材料からなる、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記金属が、銀、金、パラジウム、白金、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、合金、及びこれらの組み合わせから選択される、請求項4に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、2マイクロメートル未満の厚さを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、1マイクロメートル未満の厚さを有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、30ナノメートル〜1マイクロメートルの範囲内の厚さを有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記トレース幅が1〜10マイクロメートルの範囲内である、請求項1〜8のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記トレース幅が1〜5マイクロメートルの範囲内である、請求項1〜9のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記トレース幅が1.5〜4マイクロメートルの範囲内である、請求項1〜10のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、0.1〜200オーム/平方の範囲内の有効シート抵抗を特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記第1の導電性微小パターンが、1〜100オーム/平方の範囲内の有効シート抵抗を特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記絶縁基板が透明である、請求項1〜13のいずれか一項に記載のアンテナ。
- 前記アンテナが、50%、70%、又は90%超の可視光線透過率値を有する、請求項1〜14のいずれか一項に記載のアンテナ。
- RFIDデバイスであって、
請求項1〜15のいずれか一項に記載のアンテナと、
前記アンテナを使用して信号を送受信するように構成される集積回路と、を備える、デバイス。 - 前記アンテナが、902〜928MHzの周波数ホッピングモードでの1ワットの放射電力で動作するRFIDリーダーが前記デバイスと通信することができる、最大距離をもたらすように調整され、前記最大距離が、1センチメートル〜2メートル、1.5センチメートル〜1メートル、2〜50センチメートル、又は2.5〜30センチメートルの範囲内である、請求項16に記載のデバイス。
- 860MHz〜960MHzの単一又は複数の周波数での0.2ワット〜5ワットの放射電力で動作する第1のRFIDリーダーと組み合わされ、前記第1のRFIDリーダーが前記デバイスと通信することができる最大距離が、1センチメートル〜2メートル、1.5センチメートル〜1メートル、2〜50センチメートル、又は2.5〜30センチメートルの範囲内である、請求項17に記載のデバイスを備えるシステム。
- カード層と、
前記カード層によって担持されるアンテナと、
前記アンテナを使用して信号を送受信するように構成される集積回路と、を備え、
前記アンテナが、連続的なメッシュ導電体を画定する導電性微小パターンを備え、前記導電性微小パターンが、915MHzの周波数に少なくとも応答するアンテナを形成し、前記導電性微小パターンが、0.5〜20マイクロメートルの範囲内のトレース幅を有する相互接続されたトレースを備え、前記導電性微小パターンが、少なくとも80%の開放面積率を特徴とする、カード。 - 前記カード層が可視波長に対して光透過性である、請求項19に記載のカード。
- 前記開放面積率が95〜98%の範囲内である、請求項19又は20に記載のカード。
- 前記第1の導電性微小パターンが、銀、金、パラジウム、白金、アルミニウム、銅、ニッケル、スズ、合金、及びこれらの組み合わせから選択される金属を含む、不透明材料からなる、請求項19〜21のいずれか一項に記載のカード。
- 前記第1の導電性微小パターンが、30ナノメートル〜1マイクロメートルの範囲内の厚さを有する、請求項19〜22のいずれか一項に記載のカード。
- 前記トレース幅が2〜5マイクロメートルの範囲内である、請求項19〜23のいずれか一項に記載のカード。
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