KR101151729B1 - 조합 리액티브 커플러를 갖는 알에프아이디 장치 - Google Patents

조합 리액티브 커플러를 갖는 알에프아이디 장치 Download PDF

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이안 제이. 포스터
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Abstract

RFID 태그 또는 라벨과 같은 RFID 장치(10)는 트랜스폰더 칩(26)을 안테나(20)에 전기적으로 결합시키는 조합 리액티브 커플러(11)를 포함한다. 조합 리액티브 커플러는 자기 커플러(12) 및 용량형 커플러(13)를 포함한다. 자기 커플러 및 용량형 커플러는 인터포저(16) 및 안테나부(14) 둘 모드 상의 각각의 커플링 소자들(22, 28 및 24a, 24b, 29a, 29b)을 가질 수 있다.
트랜스폰더 칩, 안테나, 리액티브 커플러, 자기 커플러, 용량형 커플러

Description

조합 리액티브 커플러를 갖는 알에프아이디 장치{RFID DEVICE WITH COMBINED REACTIVE COUPLER}
본 발명은 무선 주파수 식별(RFID) 태그들 및 라벨들에 관한 것이다.
RFID 태그들 및 라벨들은 예를 들어 통신 전자장치들, 데이터 메모리, 및 제어 논리를 포함할 수 있는 아날로그 및/또는 디지털 전자장치들과 안테나들의 조합을 갖는다. RFID 태그들 및 라벨들은 식별 코드와 물체를 관련시키는데 광범위하게 사용된다. 예를 들어, RFID 태그들은 차량의 안전 락과 결합하여, 건물로의 액세스 제어를 위하여, 그리고 재고품 및 소포를 추적하는데 사용된다. RFID 태그들 및 라벨들의 일부 예들이 본원에 참조된 미국 특허 6,107,920, 6,206,292, 및 6,262,292호에 기재되어 있다.
RFID 태그들 및 라벨들은 전원을 포함하는 활성 태그들과 전원을 포함하지 않는 수동 태그들 및 라벨들을 포함한다. 수동 태그의 경우에, 칩으로부터 정보를 회수하기 위하여, "기지국" 또는 "판독기"는 RFID 태그 또는 라벨로 여기 신호를 송신한다. 여기 신호는 태그 또는 라벨을 에너자이징(energizing)하고, RFID 회로는 저장된 정보를 다시 판독기로 전송한다. "판독기"는 RFID 태그로부터 정보를 수신하여 디코딩한다. 일반적으로, RFID 태그들은 개인들, 패키지들, 재고품들 등을 특정하게 식별하는데 충분한 정보를 유지하고 전송할 수 있다. RFID 태그들 및 라벨들은 또한 정보가 한번만 기록되는 것(정보가 반복적으로 판독될 수 있을지라도), 및 정보가 사용 중에 기록될 수 있는 것에 대하여 특징지어질 수 있다. 예를 들어, RFID 태그들은 (관련된 센서에 의해 검출될 수 있는) 환경 데이터, 논리적 이력들, 상태 데이터, 등을 저장할 수 있다.
RFID 라벨들을 제조하는 또 다른 RFID 장치들 및 방법들은 본원에 완전히 참조되어 있는 Plettner에 의한 미국 특허 출원 공개 번호 US2001/0053675호에 게시되어 있다. 상기 장치는 접촉 패드들 및 상기 접촉 패드들과 도전적으로 접속되는 적어도 2개의 커플링 소자들을 가진 칩을 포함하는 트랜스폰더를 포함한다. 커플링 소자들은 서로에 대해 비-접촉이고 자기-지지뿐만 아니라, 자립 방식으로 형성되고 본질적으로 칩 평면에 평행하기 신장된다. 트랜스폰더의 총 설치 높이는 본질적으로 칩의 설치 높이에 대응한다. 커플링 소자의 크기 및 기하구조는 다이폴 안테나로서 또는 평가 유닛과 함께, 플레이트 커패시터로서 동작하도록 적응된다. 전형적으로, 트랜스폰더들은 웨이퍼 레벨로 제조된다. 커플링 소자들은 웨이퍼 레벨에서 직접적으로, 즉, 칩이 웨이퍼에 의해 제공된 그룹으로부터 추출되기 전 칩의 접촉 패드들과 접촉될 수 있다.
많은 애플리케이션들에서, 전자장치들의 크기를 가능한 한 작게 감소시키는 것이 바람직하다. RFID 인렛(inlet)들 내의 안테나들과 매우 적은 칩들을 상호접속시키기 위하여, "인터포저들", "스트랩들" 및 "캐리어들"이라고 다양하게 칭해지는 구조를 사용하여 인레이 제조(inlay manufacture)를 용이하게 하는 것이 공지되어 있다. 인터포저들은 안테나로의 커플링을 위한 칩들의 접촉 패드들에 전기적으로 결합되는 도전성 리드들 또는 패드들을 포함한다. 이들 패드들은 인터포저 없이 직접적인 배치를 위해 정확하게 정렬되는 ICs보다 더 큰 유효 전기 접촉 영역을 제공한다. 상기 영역이 더 크면 여전히 유효 전기 접속을 제공하면서 제조하는 동안 ICs의 배치에 필요한 정확도가 감소된다. IC 배치 및 설치는 고속 제조에 대한 심각한 제한들이다. 종래 기술은 전형적으로 인터포저의 접촉 패드들 또는 리드들을 지니는 가요성 기판을 사용하는 다양한 RFID 인터포저 또는 스트랩 구조들을 게시한다.
인터포저들을 사용한 종래 기술의 RFID 인렛 제조의 하나의 유형이 Morgan Adhesives Company("Morgan")에 허여된 유럽 특허 출원 EP 1039543 A2호에 게시되어 있다. 이 특허 출원은 도전성 막 안테나의 2개의 얇은 도전성 막 섹션들 양단에 접속되는 인터포저를 사용하여 집적 회로 칩(IC)을 설치하는 방법을 게시한다. 인터포저는 2개의 인쇄된 도전성 잉크 패드들을 갖는 얇은 기판을 포함한다. 이 방법은 압력 감응 도전성 접착제를 사용하여 안테나 섹션들에 물리적으로 그리고 전기적으로 접속되는 인터포저들 상에 ICs를 설치함으로써 무선 주파수 식별 태그들(RFIDs)의 대량 생산에 적합하다고 한다. 압력 감응 도전성 접착제는 인터포저 접촉 패드들 및 안테나 섹션들 사이에 직접적인 전기 접속을 제공한다.
인터포저들을 사용한 종래 기술의 RFID 인렛 제조의 다른 유형은 Morgan Hill California의 Alien Technology Corporatioin("Alien")과 관련되는, 소형 전자 블록들로서 마이크로전자 소자들을 제조하는 기술에 기초한다. Alien은 "나노블록"이라고 칭하는 소형 전자 블록들을 제조하고 나서, 소형 전자 블록들을 언더라잉 기판 상의 리세스 내로 증착하는 기술들을 개발하였다. 소형 전자 블록들을 수용하기 위하여, 평면 기판은 다수의 리셉터 웰(receptor well)들로 엠보싱된다. 리셉터 웰들은 전형적으로 기판 상에 패턴으로 형성된다. 예를 들어, 리셉터 웰들은 기판의 단지 미리규정된 부분에 걸쳐 신장되거나, 바람직한 바와 같이, 실질적으로 기판의 전체 폭 및 길이에 걸쳐 신장될 수 있는 단순한 매트릭스 패턴을 형성한다. Alien은 모두가 본 출원에 참조되어 있는 미국 특허 5,783,856호; 5,824,186호; 5,904,545호; 5,545,291호; 6,274,508; 및 6,281,038호를 포함하는 자신의 기술에 대한 다수의 특허들을 갖는다. 부가적인 정보는 모두가 본원에 전체적으로 참조되어 있는 WO00/49421; WO00/49658; WO00/55915; WO00/55916; WO00/46854 및 WO01/33621을 포함한 Alien의 특허 협력 조약에서 찾아볼 수 있다.
Alien의 나노블록 기술은 미국 특허 6,606,247호에서 RFID 인렛들을 제조하는 인터포저 제조자에 적응된다. 캐리어 기판 또는 인터포저는 인터포저의 표면 아래에 리세스되는 IC에 결합된다. 인터포저는 금속 커넥터들을 사용하여 IS와 상호접속하는 제1 및 제2 캐리어 접속 패드들을 더 포함한다. 평면 안테나 기판은 각각의 제1 및 제2 수용 접속 패드들을 갖는 제1 안테나 섹션들을 지닌다. 캐리어 기판은 캐리어 접속 패드들 및 수용 접속 패드들을 사용하여 안테나 기판에 결합된다. IC가 인터포저 기판의 표면에서 인터포저 접촉 패드들 위에 설치되는 Morgan의 유럽 공개 EP 1039543 A2의 인터포저와 대조적으로, 미국 특허 6,606,247에서, 칩들은 인터포저 기판 내의 리세스들에서 유지되고, 캐리어 접속 패드들은 IC 위에 형성된다. 그러나, EP 1 039 543 A2 및 미국 특허 6,606,247호 둘 다는 인터포저 또는 스트랩 패드들이 도전성 접착제를 사용하여 안테나 섹션들에 직접 전기적으로 접속된다는 특성을 공유한다.
인터포저들을 사용하여 인레이들을 제조할 시에 해결되는 다른 문제점은 인터포저들(및 인터포저 리드들)의 안테나로의 신뢰성 있는 고속의 기계적이고 전기적인 커플링이다. Morgan의 EP 1 039 543 A2 및 미국 특허 6,606,247호에 대조적으로, 인터포저 리드들을 안테나 섹션들에 기계적으로 결합하는데 비-도전성 접착제를 사용한다. 비-도전성 접착제는 경화 시간 요건들 및 제조 사이클 시간들의 감소로 인해, 도전성 접착제들에 비하여, 고속 제조를 용이하게 할 수 있다. 그러나 접착제가 전기적으로 도전성이 있지 않기 때문에, 인터포저 리드를 안테나 섹션에 전기적으로 결합하기 위하여 (접착제에 의한 전기 전도 이외의) 다른 메커니즘이 제공되어야 한다.
상기로부터 RFID 태그들 및 이와 같은 태그들을 어셈블링하는 방법들의 개선점들에 대한 여지가 존재한다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 양상을 따르면, RFID 장치의 트랜스폰더 칩은 RFID 장치의 안테나에 용량적이고 자기적으로 결합된다.
본 발명의 다른 양상을 따르면, RFID 장치는 안테나, 및 트랜스폰더 칩을 가진 인터포저를 포함한다. 트랜스폰더 칩 및 안테나 둘 다는 용량적이고 자기적으로 함께 결합된다. 자기 커플링은 자기 커플러에 의해 성취되고, 용량형 커플링은 용량형 커플러에 의해 성취된다. 본 발명의 실시예를 따르면, 자기 커플러는 안테나 및 트랜스폰더 칩에 각각 전기적으로 결합되는 자기 커플링 소자들을 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예를 따르면, 용량형 커플러는 안테나 및 트랜스폰더 칩에 각각 전기적으로 결합되는 용량형 커플링 소자들의 쌍들을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상을 따르면, RFID 장치는 한 쌍의 구성요소들; 및 상기 구성요소들을 함께 전기적으로 결합시키는 조합 리액티브 커플러를 포함한다. 결하된 리액티브 커플러는 자기 커플러; 및 용량형 커플러를 포함한다.
본 발명의 더 부가적인 양상을 따르면, RFID 장치는 안테나 기판 및 상기 안테나 기판 상의 안테나를 포함하는 안테나부; 상기 안테나부에 기계적으로 결합되고 트랜스폰더 칩을 포함하는 인터포저; 및 상기 안테나 및 트랜스폰더 칩을 함께 전기적으로 결합시키는 조합 리액티브 커플러를 포함한다. 조합 리액티브 커플러는 자기 커플러; 및 용량형 커플러를 포함한다. 자기 커플러는 안테나에 전기적으로 결합된 안테나부 자기 커플링 소자; 및 칩에 전기적으로 결합된 인터포저 자기 커플링 소자를 포함한다. 용량형 커플러는 안테나에 전기적으로 결합된 용량형 커플링 소자들의 안테나부 쌍; 트랜스폰더 칩에 전기적으로 결합된 용량형 커플링 소자들의 인터포저 쌍; 및 용량형 커플링 소자들의 쌍들 사이의 유전체 재료를 포함한다.
상기 및 관련 목적들을 성취하기 위하여, 본 발명은 이하에 충분히 설명되고 특히 청구항들에서 지적되는 특징들을 포함한다. 다음의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 어떠한 전형적인 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 이들 실시예들은 본 발명의 원리들이 사용될 수 있는 다양한 방식들 중 일부를 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 신규한 특징들은 도면들과 함께 고려할 때, 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
첨부 도면들은 반드시 비율에 따를 필요는 없다.
도1은 본 발명을 따른 RFID 장치의 개략도.
도2는 도1의 RFID 장치의 동작 파트들을 도시한 분해 사시도.
도3은 도1의 RFID 장치의 파트로서 사용하기 위한 인터포저의 사시도.
도4는 도1의 RFID 장치와 함께 사용하기 위한 안테나부의 평면도.
도5는 다이폴 안테나를 사용하는 대안적인 실시예의 안테나부의 파트의 평면도.
도6은 나선형 안테나를 사용하는 또 다른 대안적인 실시예의 안테나부의 파트의 평면도.
도7은 본 발명을 따른 RFID 장치에서 사용하기 위한, 다중-권선 도전성 루프 또는 코일을 갖는 안테나부를 도시한 평면도.
도8은 본 발명을 따른 RFID 장치에서 사용하기 위한, 2개 사이의 직접적인 전기 커플링을 갖는, 하나의 주요 면 상의 도전성 소자 및 대향하는 주요 면 상의 안테나를 가진 안테나부의 일 실시예를 도시한 평면도.
도9는 본 발명을 따른 RFID 장치에서 사용하기 위한, 2개 사이의 용량형 결 합을 갖는, 하나의 주요 면 상의 도전성 소자 및 대향하는 주요 면 상의 안테나를 가진 안테나부의 일 실시예를 도시한 평면도.
도10은 본 발명을 따른 RFID 장치의 용량형 커플러의 일 실시예의 파트의 분해 사시도.
도11은 본 발명을 따른 RFID 장치의 용량형 커플링의 또 다른 실시예의 평면도.
도12는 본 발명을 따른 RFID 장치의 인터포저의 파트의 최하부를 도시한 도면.
도13은 본 발명을 따른 RFID 장치의 용량형 커플링의 또 다른 실시예의 단면측 도면.
도14는 본 발명을 따른 RFID 장치의 용량형 커플링의 또 다른 실시예의 평면도.
도15는 비교적 두꺼운 유전체 패드를 갖는, 도14의 용량형 커플링의 단면측 도면.
도16은 비교적 얇은 유전체 패드를 갖는, 도14의 용량형 커플리의 단면측 도면.
도17은 본 발명을 따른 RFID 장치의 특정 실시예의 동작 파트들의 분해도.
도18은 본 발명을 따른 RFID 장치의 파트로서 사용하기 위한, 보상 소자들을 갖는 안테나를 개략적으로 도시한 사시도.
RFID 태그 또는 라벨과 같은 RFID 장치는 안테나, 및 인터포저 또는 스트랩의 동작부들을 함께 결합시키는 자기 커플러 및 용량형 커플러 둘 다를 포함한다. 인터포저 또는 스트랩은 트랜스폰더 칩, 트랜스폰더에 동작적으로 결합되는 인터포저 자기 커플링 소자, 및 트랜스폰더에 동작적으로 결합되는 하나 이상의 인터포저 용량형 커플링 소자들을 포함한다. 안테나부 자기 커플링 소자 및 한 쌍의 안테나부 용량형 커플링 소자들은 안테나에 동작적으로 결합된다. 자기 커플링 소자들은 함께 인터포저의 트랜스폰더 칩을 RFID 안테나에 자기적으로 결합시키는데 사용되는 자기 커플러를 구성한다. 인터포저 용량형 커플링 소자들은 안테나부 용량형 커플링 소자들에 동작적으로 결합됨으로써, 용량형 커플러를 구성한다. 자기 커플링 소자들 사이의 자기 커플링을 강화하기 위하여 고 투자율 재료가 사용될 수 있고, 용량형 커플링을 강화하기 위하여 용량형 커플링 소자들의 쌍들 사이에 유전체 재료가 배치될 수 있다.
자기 커플링 소자들은 도전성 루프들일 수 있다. 도전성 루프들은 단일-권선 도전성 루프들일 수 있다. 대안적으로, 도전성 루프들 중 하나 또는 둘 다는 다중 권선들을 가지므로, 도전성 코일들일 수 있다. 다중-권선 도전성 루프들 또는 코일들을 사용하면 자기 커플러는 안테나 양단의 전압이 트랜스폰더 칩 양단의 상이한 전압으로 변환되거나, 그 반대로 변환되는 변압기로서 기능을 할 수 있게 된다. 자기 커플러는 전압의 변환을 가능하게 하는 것 이외에, 정전기 방전에 대해 트랜스폰더 칩을 보호하는 것, 또는 RFID 장치가 강한 전자기 환경에서 동작하도록 하는 것과 같은 다른 유용한 특성들을 가질 수 있다.
용량형 커플링 소자들은 개재 유전체 재료에 걸쳐 용량적으로 함께 결합할 만큼 충분히 큰 도전성 재료들의 실질적으로 평활한 영역들이다. 용량형 커플링 소자들 및/또는 개재 재료는 용량형 커플러의 원하는 특성들을 성취하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 개재 재료의 유전 상수가 높으면 높을수록, 용량형 커플링이 더 강해진다. 게다가, 용량형 커플링 소자들 및/또는 유전체 재료는 용량형 커플링 소자들의 오정렬들 또는 유전체 재료의 두께 변화들을 적어도 일정 정도로 보상하도록 구성될 수 있다.
2개의 상이한 커플링 방법들(자기적 및 용량적)에 의해 트랜스폰더 칩 및 안테나를 결합하면 RFID 장치에 대한 유용한 특성들이 발생될 수 있다. 상이한 커플링 메커니즘들은 커플링들 중 하나의 특성들의 변화들이 다른 커플링 메커니즘의 상이한 동작에 의해 오프셋되거나 최소화된다는 점에서 더 견고한 결합을 제공할 수 있다. 따라서, 결합 메커니즘 둘 다를 갖는 RFID 장치는 단일 커플링 메커니즘만을 가진 장치들보다 더 광범위한 조건들(예를 들어, 아주 근접한 물체들의 유형들의 차이들, 오정렬의 차이들, 및/또는 입사 신호들의 차이)에서 적절한 성능을 제공할 수 있다.
도1 및 2는 안테나부(14) 및 인터포저(16)를 동작적으로 함께 결합시키는 자기 커플러(12) 및 용량형 커플러(13) 둘 다를 차례로 포함하는 조합 리액티브 커플러(11)를 포함하는 RFID 장치(10)를 도시한다. 안테나부(14)는 안테나(20), 안테나부 자기 커플링 소자(22), 및 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b)을 포함한다. 안테나(20)는 자기 커플링 소자(22) 및 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b) 둘 다에 전기적으로 결합된다. 안테나(20) 및 안테나부 자기 커플링 소자(22) 사이의 전기 커플링은 직접적인 전기(도전성) 커플링이거나, 용량형 커플링과 같은 비-직접적인 리액티브 커플링일 수 있다. 유사하게, 안테나(20) 및 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b) 사이의 전기 커플링은 직접적인 전기 커플링이거나, 용량형 커플링과 같은 비-직접적인 리액티브 커플링일 수 있다. 안테나(20)는 판독기와 같은 RFID 통신 장치와의 상호작용에서 신호들을 수신 및/또는 송신하는 다수의 적절한 안테나들 중 어느 하나일 수 있다.
인터포저(16)는 트랜스폰더 칩(26), 상기 트랜스폰더 칩(26)에 전기적으로 결합되는 인터포저 자기 커플링 소자(28), 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)을 포함한다. 트랜스폰더 칩(26) 및 인터포저 자기 커플링 소자(28)와 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b) 둘 다 사이의 커플링들은 직접적인 전기 접촉을 포함할 수 있고, 및/또는 용량형 커플링과 같은 어떠한 유형들의 리액티브 커플링을 포함할 수 있다.
트랜스폰더 칩(26)은 안테나(20)(도1)를 통해 외부 장치와 적절한 상호작용을 제공하기 위한 저항기들, 커패시터들, 인덕터들, 배터리들, 메모리 장치들 및 프로세서들과 같은 다양한 적절한 전기 구성요소들 중 어느 하나일 수 있다. RFID 장치들을 위한 광범위한 트랜스폰더 칩들이 널리 공지되어 있다는 것을 인식할 것이다. 용어 "트랜스폰더 칩"은 복잡도 및 기능성에서 광범위하게 가변될 수 있는 광범위한 이와 같은 장치들을 포함하도록 의도된다.
자기 커플링 소자들(22 및 28)은 함께 자기 커플러(12)를 구성한다. 자기 커 플링 소자들(22 및 28)의 상호작용은 자기 커플링을 통하여 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26) 사이에서 에너지를 전달하도록 한다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 자기 커플링은 자계들의 상호작용에 의한 단거리 에너지 전달과 관련된다.
용량형 커플링 소자들(24a/24b 및 29a/29b)의 쌍들은 함께 용량형 커플러(13)를 구성한다. 이하에 더 설명된 바와 같이, 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b)은 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26)을 함께 결합시키는 다른 메커니즘을 제공하기 위하여 안테나부 용량형 커플링 소자들 및 인터포저 용량형 커플링 소자 사이의 유전체 재료로 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)과 정렬될 수 있다.
자기 커플링 및/또는 용량형 커플링은 전기 도전성 재료에 의해 직접적인 전기 커플링에 대조적으로 본원에서 집합적으로 "리액티브 커플링"이라 칭해진다. 자기, 용량형, 또는 리액티브 커플링에 대한 본원의 언급들은 지배적이거나 또는 주로 자기, 용량형, 또는 리액터브인 커플링을 나타낸다. 주로 자기인 커플링이 또한 어떤 용량형 커플링을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 반대로, 주로 용량형인 커플링이 또한 보조 커플링 메커니즘으로서 어떠한 유도성 (자기) 커플링을 포함할 수 있다. 주로 용량형 또는 자기 커플링을 사용하는 시스템들을 본원에서 리액티브 커플링 사용한다고 칭한다. 본원에 사용되는 바와 같은 용어 용량형, 자기, 또는 리액티브 커플링은 또한 주 유형의 전기 커플링은 아니지만, 어떤 직접적인 용량형 커플링을 포함할 수 있다.
도1 및 도 2의 RFID 장치는 용량형(전계) 및 자기 커플링 메커니즘들 둘 다로부터 트랜스폰더 칩(26) 및 안테나(20) 사이의 중요한 커플링을 포함하는 조합 리액티브 커플러(11)를 사용한다. 본원에 언급된 바와 같이, 조합 리액티브 커플러는 (직접적인 전기 커플링과 대조적으로) 주 리액티브 메커니즘들에 의해 결합되는 커플러이며, 자기 커플링 및 용량형 커플링 각각에 의해 제공된 자신의 에너지 전달의 적어도 10%를 갖는다. 자기 커플링 또는 용량형 커플링 중 하나는 리액티브 커플러에 대한 지배적인 메커니즘일 수 있다.
자기 커플러(12)는 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26) 사이에서 에너지 및/또는 신호들을 전송하는데 RFID 장치(10) 내의 단거리 커플링에 의존한다. 대조적으로, 주 안테나(20)는 RFID 장치(10) 외측의 장치들로의 장거리 파-필드(long range far-field) RF 커플링에 의존한다. 본원에 사용된 바와 같은 파 필드는 UHF RF 에너지를 방출하는 장치와 같은 RF-에너지 방출 장치로부터 15mm 정도보다 더 큰 거리를 나타낸다. 파 필드에서의 RFID 장치의 커플링을 도한 "장거리 커플링"이라고 칭한다. 단거리 커플링이 발생할 수 있는 니어 필드(near field)는 RF-에너지 방출 장치로부터 15mm 정도 이내로서 규정된다. 니어 필드와 파 필드 간의 더 정확한 경계는 λ/2π일 수 있고, 여기서 λ는 RF 커플링의 RF 에너지의 파장이다. 915 MHz의 에너지의 RF에 대하여, 니어 필드 및 파 필드 사이의 경계는 이 정의를 사용하면, 장치로부터 약 52mm일 것이다.
자기 커플링 소자들(22 및 28)은 자신들의 임의의 치수가 RFID 장치(10)에 의해 전송되고 수신되는 신호들의 에너지의 파장의 약 1/10보다 적도록 될 수 있다. 따라서, 자기 커플링 소자들은 자신들의 크기만으로도 장거리 커플링에 부적합 할 수 있다.
이하에 더 논의되는 바와 같이, 자기 커플링 소자들(22 및 28) 각각은 하나 이상의 도전성 루프들, 즉, 비-도전성 재료를 실질적으로 둘러싸는 전기 도전성 재료의 하나 이상의 루프들을 포함할 수 있다. 커플링 소자들(22 및 28)은 도전성 재료의 동일한 수의 권선들을 가질 수 있다. 대안적으로, 커플링 소자들(22 및 28)은 도전성 재료의 상이한 수의 권선들을 가질 수 있다. 커플링 소자들(22 및 28)이 도전성 재료의 상이한 수의 권선들을 가질 때, 안테나(20) 양단의 전압(VA)은 일반적으로 트랜스폰더 칩(26) 양단의 전압(Vc)과 상이할 수 있다. 즉, 2개의 커플링 소자들(22 및 28)에서의 상이한 수의 권선들에 의하여, 자기 커플러(12)는 변압기의 역할을 할 수 있다. 일반적으로, 각각의 커플링 소자들(22 및 28)에서의 도전성 권선들의 수에 따라서, 안테나(20)의 전압(VA)은 트랜스폰더 칩(26) 양단의 전압(VC)보다 크거나, 작거나, 실질적으로 동일할 수 있다. 자기 커플러(12) 양단의 전압을 변환하는 것은 RFID 장치(10)의 동작 시에 유용할 수 있다. 예를 들어, 많은 RFID 장치들에서, 정류기들은 인가된 입력 RF 신호의 피크간 전압보다 더 큰 전압을 발생시키지 않을 것이다. 트랜스폰더 칩(26)에 제공된 전압/임피던스를 승산함으로써, RFID 장치(10)의 동작 범위는 잠재적으로 증가될 수 있다. 트랜스폰더 칩(26) 양단의 전압(VC)을 증가시키는 이러한 방법은 트랜스폰더 칩 양단의 전압을 증가시키는 다른 종래의 방법들보다 우수할 수 있다. 이와 같은 종래의 방법들은 트랜스폰더 칩 또는 이의 부분 양단의 전압을 증가시키고 안테나의 임피던스를 증가시키 기 위하여 전압 승산기 회로를 사용하는 것을 포함한다. 전압 승산기 회로 또는 전하 펌프를 포함하면 복잡도가 증가되고, 0.8 볼트 정도의 적은 전압 증가만이 발생될 수 있다. 안테나의 임피던스를 증가시키는 것은 또한 얼마나 높은 안테나 임피던스가 안테나의 효율에 악영향을 주지 않고 설정될 수 있는지에 대한 제한들이 존재하기 때문에, 실제적인 제한들을 갖는다.
도1 및 2를 다시 참조하면, 고 투자율 재료(30)가 자기 커플링 소자들(22 및 28) 주위에 배치될 수 있다. 페라이트들은 고 투자율 재료(30)에 적합한 재료들의 예이다. 페라이트들은 일반적으로 니켈, 망간, 아연, 또는 마그네슘과 같은 바인더 화합물들과 결합된 산화 철을 함유하는 세라믹 재료들이다. 바인더 화합물의 2개의 주요 카테고리들은 망간아연(MnZn) 및 니켈아연(NiZn)이다. 고 투자율 재료(30)는 자기 커플링 소자들(22 및 28) 사이, 또는 자기 커플링 소자들(22 및 28)에 인접한 어딘가에 배치될 수 있다. 고 투자율 재료(30)는 자기 커플링 재료들(22 및 28) 사이의 자기 커플링을 증가시키고 및/또는 집중시키는데 사용될 수 있다. 고 투자율 재료(30)는 자기 커플링 재료들(22 및 28) 사이에 전달되는 플럭스의 량을 증가시킬 수 있다. 고 투자율 재료(30)는 자기 커플링 부분들 또는 소자들(22 및 28)에 인접한 다양한 층들 또는 구조들 중 어느 하나의 형태일 수 있다. 예를 들어, 고 투자율 재료는 자기 커플링 소자들(22 및 28) 중 하나 또는 둘 모두 상의 또는 이에 인접한 코팅일 수 있다. 이와 같은 코팅에 대한 하나의 가능성은 압력 감응 접착제와 같은 유기 바인더에 함유된 페라이트 입자들이다. 또 다른 가능성은 잉크 젯 프린트 가능한 수성-기반 잉크들 내의 (수십 나노미터 내지 미크론 정도의) 페 라이트 입자들이다. 대안적으로, 고 투자율 재료(30)는 예를 들어, 기판이 형성될 때 분말 형태로 첨가됨으로써, 인터포저(16) 및 안테나부(14) 중 하나 또는 둘 다의 기판 내로 통합될 수 있다. 부가적인 대안으로서, 페라이트 입자들과 같은 고 투자율 재료(30)는 인터포저(16)를 안테나부(14)에 부착시키는데 사용되는 접착제 또는 다른 본딩 층 내로 통합될 수 있다. 인터포저(16)의 구조의 파트로서, 또는 인터포저(16) 및 안테나부(14) 사이의 기계적인 커플링의 파트로서 고 투자율 재료(30)를 제작하는 것은 유용하게도, 인터포저(16)가 최적으로 위치되지 않을 때에도, 자기 플럭스를 인터포저(16) 내로 집중시킬 수 있다. 즉, 고 투자율 재료(30)는 자기 커플링 소자들(22 및 28)이 서로에 대해 최적으로 위치되지 않을 때에도, 자기 커플링 소자들(22 및 28)의 자기 결합에 도움을 줄 수 있다. 이는 RFID 장치가 인터포저(16) 및 안테나부(14)의 많은 범위의 최적이 아닌 상대적인 위치들에 내성이 있도록 한다. 인터포저(16)의 미스-포지션(mis-position)에 대한 이러한 내성이 다수의 방식들 중 어느 하나로 비용을 감소시키고 성능을 개선시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 더 많은 수용 가능한 범위의 배치 위치들로, 인터포저(16)를 배치하는 더 저렴한 방법들을 사용하는 것이 가능할 수 있다. 게다가, 고 투자율 재료(30)의 존재로 인하여, 거절 비율들이 감소될 수 있고 및/또는 RFID 장치(10)의 성능이 개선될 수 있다.
고 투자율 재료(30)의 또 다른 잠재적인 이점은 강한 입력 신호가 안테나(20)에 의해 수신될 때 RFID 장치(10)를 유효하게 디튜닝함으로써 트랜스폰더 칩(26)에 대한 손상을 방지할 수 있다는 것이다. 배경으로서, 2개의 임피던스가 서 로 복소 공액(실질적으로 동일한 저항 및 반대의 리액턴스)이 되도록 안테나 및 트랜스폰더 칩이 최적으로 "튜닝"되는 것이 바람직하다는 것이 통상적으로 인식된다. 일반적으로, 자기 커플러(12)의 특성들은 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26) 사이의 저항 및 임피던스를 정합시키기 위하여 RFID 장치(10)를 적절하게 튜닝할 시에 고려될 수 있다. 고 투자율 재료(30)의 존재는 자기 커플러(12)를 통하여 안테나(20)로부터 트랜스폰더 칩(26)으로 전달될 수 있는 에너지의 량을 제한할 수 있다. 이는 안테나(20)에 입사하는 매우 강한 신호가 고 투자율 재료(30)의 투자율의 변화를 야기할 수 있기 때문이다. 이러한 투자율의 변화는 자기 커플러(12)를 유효하게 디튜닝하여, 자기 커플러(12) 양단의 에너지 전달을 억제함으로써 자기 커플러의 효율을 감소시킬 수 있다. 그 결과는 트랜스폰더 칩(26)의 과부하를 유용하게 방지하는 메커니즘일 수 있다. 이와 같은 과부하가 트랜스폰더 칩(26)의 손상 또는 고장을 야기하여, RFID 장치(10)의 성능에 악영향을 초래할 수 있기 때문에, 트랜스폰더 칩(26)의 과부하를 방지하는 것이 바람직하다는 것을 인식할 것이다. 자기 커플러(12)의 이러한 특성, 트랜스폰더 칩(26)의 과부하를 방지하기 위해 유효하게 자기-디튜닝하는 성능이 자기 커플링 소자들(22 및 28)에 인접한 특정하게 첨가된 고 투자율 재료(30) 없이도, 자기 커플러(12)의 더 일반적인 이점일 수 있다는 것을 인식할 것이다.
자기 커플러(12)는 자기 커플링 소자(28)에 의해 트랜스폰더 칩(26)에 제공된 유효 유도(effective induction)가 트랜스폰더 칩(26)의 커패시턴스와 동일하거나 반대가 되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 배열은 안테나(20), 자기 커플 러(12), 및 트랜스폰더 칩(26)으로 이루어진 공진 구조를 발생시킨다. 이와 같은 공진 구조 배열은 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26) 사이의 에너지를 더 유효하고 더 효율적으로 전달하도록 한다.
용량형 커플러(13)는 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b), 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b) 사이의 직접적인 도전성 접촉을 방지할 수 있는 유전체 재료(32)를 포함할 수 있다. 유전체 재료(32)는 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b), 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b) 사이의 적절하고, 반복 가능한 용량형 커플링을 제공하도록 구성될 수 있다. 유전체 재료(32)는 인쇄되거나, 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b), 또는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b) 중 하나 상에 배치될 수 있다. 또 다른 대안으로서, 유전체 재료(32)는 안테나부(14) 및 인터포저(16) 중 하나 또는 둘 다의 기판들이거나 이 기판들을 포함할 수 있다.
유전체 재료(32)에 적합한 재료는 Acheson으로부터 입수 가능한 UV-경화 가능한 유전체 재료, 즉, ELECTRODAG 1015이다. 그러나, 광범위한 다른 적합한 재료들이 대신 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 유전체 재료(32)는 약 5 미크론에서 약 25 미크론까지의 두께를 가질 수 있다.
유전체 재료(32)가 단일 층,, 또는 다중 층들, 또는 유전체 재료의 영역들로서 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 대안으로서, 유전체 재료(32)를 생략하는 것이 가능할 수 있다. 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b) 사이의 부차적인 접촉은 이들 사이를 도전적으 로 결합하여, 결과적인 장치(유전체 재료(32) 없이도) 용량적으로-결합된 장치가 될 수 있도록 하는데 부적합할 수 있다.
이하에 더 상세하게 설명된 바와 같이, 용량형 커플링 소자들(24a/24b 및 29a/29b) 및 유전체 재료(32)는 선택 및/또는 구성되어 소망 동작 특성을 갖는 용량형 커플러(13)를 제공한다.
RFID 장치(10)가 부가적인 층들 및/또는 구조들을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, RFID 장치(10)는 특정 애플리케이션을 위하여 안테나부(14)를 포함하는 RFID 인레이 스톡을 지지 및 보호 및/또는 사용가능한 폼 팩터 및 표면 특성(예를 들어, 인쇄성, 접착 앵커리지, 기후성, 쿠션 등)을 제공하도록 사용되는 재료 시트 또는 웹을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인쇄를 실행하는 적절한 최상부 웹 또는 페이스스톡 층이 사용될 수 있다. 페이스스톡에 적합한 재료들은 금속 포일, 폴리머 막, 종이, 텍스타일, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다. 텍스타일은 천연 또는 합성 섬유로 제조된 직조 및 비직조 패브릭을 포함한다. 이 재료들은 단층 종이 또는 막일 수 있거나 이들은 다층 구성일 수 있다. 다층 구성 도는 다층 중합체 막들은 공압출, 라미네이션 또는 이외 다른 프로세스들에 의해 접합될 수 있는 2개 이상의 층들을 가질 수 있다. 이와 같은 다층 구성들 또는 다중 중합체 막들의 층들은 동일한 조성 및/또는 크기를 가지거나 상이한 조성들 또는 크기들을 가질 수 있다.
이제 도3을 참조하면, 인터포저(16)의 일 실시예가 상세히 제공된다. 인터포저(16)는 인터포저 자기 커플링 소자(28) 및 인터포저 용량형 소자(29a 및 29b)가 위치되는 인터포저 기판(40)을 포함한다. 자기 커플링 소자(28)는 트랜스폰더 칩(26)에 전기적으로 결합되는 인터포저 도전성 루프(42)이다. 인터포저 용량형 소자들(29a 및 29b)은 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)이며, 이 영역들은 일반적으로 임의의 다양한 적절한 형상들 또는 구성들을 가질 수 있다. 트랜스폰더 칩(26)은 인터포저 기판(40) 및/도는 인터포저 도전성 루프(42)에 물리적으로 부착될 수 있다. 물리적 부착은 접착성 부착에 의해 이루어지거나, 또 다른 적절한 부착 방법에 의해 이루어질 수 있다.
도전성 루프(42)는 실질적으로 비-도전성 영역(44)을 둘러싼다. 비-도전성 영역(44)을 실질적으로 둘러쌈으로써, 도전성 루프(42)는 안테나부 자기 커플링 소자(22)(도1)과 적절하게 상호작용하여, 안테나(20) 및 트랜스폰더 칩(26)을 모두 자기적으로 결합시킬 수 있다.
도전성 루프(42)는 일반적으로 직사각형 형상을 갖는 것으로서 도3에 도시되어 있다. 이는 단지 인터포저 도전성 루프(42)에 적합한 다양한 형상들의 단지 일 예이다. 인터포저 도전성 루프(42)는 대안적으로, 예를 들어 일반적으로 원형일 수 있다. 도전성 루프(42)의 단부들은 트랜스폰더 칩(26)의 각 접점들에 전기적으로 결합된다. 이는 트랜스폰더 칩(26)의 접점들 사이에 단락 회로를 제공하는 것을 인식할 것이다. 단락 회로는 접점들과 함께 트랜스폰더 칩(26)이 특정 전기 이벤트들, 예를 들어, 정전기로 인한 손상을 유용하게 보호하도록 할 수 있다. 도전성 루프(42)에 의해 제공되는 단락 회로는 트랜스폰더 칩(26)의 2개의 접점들 양단에 큰 전압차를 부과하는 것을 방지한다. 따라서, 트랜스폰더 칩(26)에 대한 어떤 유형들 의 손상이 피해질 수 있다.
인터포저 기판(40)용 적절한 재료들의 예들은 높은 Tg 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아릴레이트, 폴리설폰, 노르보로넨 코폴리머, 폴리 페닐설폰, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌 아프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 페놀 수지, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르에스테르, 폴리에테르아미드, 셀룰로우스 아세테이트, 알페틱 폴리우레타네스, 폴리아클리오니트릴, 폴리트리플로우르에틸렌스, 폴리비닐이데네, 플로우르라이드, HDPEs, 폴리(메틸 메타아크릴레이트), 사이클릭 또는 아크릴릭 폴리올레핀 또는 종이를 포함하지만 이로 국한되지 않는다.
도전성 루프(42) 및 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)은 임의의 다양한 적절한 방법들로 인터포저 기판(40) 상에 배치되는 임의의 광범위의 다양한 도전성 재료들일 수 있다. 도전성 루프(42) 및/또는 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)은 인터포저 기판(40) 상에 인쇄되거나 그렇치 않다면 이 상에 증착되는 도전성 잉크로 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 루프(42) 및/또는 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)은 접착제로 그렇치 않다면 달리 인터포저 기판(40)에 접착되는 에칭된 도전성 재료일 수 있다. 도전성 루프(42) 및/또는 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)의 형성을 위한 다른 가능한 대안들은 증기 증착 또는 스퍼터링과 같은 증착 방법 및 전기도금과 같은 도금 방법들을 포함한다.
인터포저 도전성 루프(42) 및 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)은 저 전기 저항을 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다는 것을 인식할 것이다. 재료의 저항이 높으면 높을수록, 도전 재료 내에서 분산되는 에너지는 더 많아지고 트랜스폰더 칩(26)으로 전달되는 에너지 량은 더 낮아진다. 따라서, 도전성 루프(42)는 적어도 저항이 인터포저(16)의 입력 임피던스의 약 10% 보다 작게 되도록 구성될 수 있다.
인터포저 용량형 소자들(29a 및 29b)로서 기능을 하는 인터포저 도전성 영역들(43a 및 43b)은 도전성 재료의 실질적으로 평활한 직사각형 플레이트들일 수 있다. 인터포저 도전성 영역들(43a 및 43b)의 영역은 예를 들어 약 4 내지 40mm2일 수 있다. 그러나, 다른 적절한 영역들 및/또는 형상들이 인터포저 도전성 영역들(43a 및 43b)에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이제 도4를 참조하면, 안테나부(14)의 하나의 구성이 상세하게 도시된다. 안테나부(14)는 안테나 기판(50)을 포함한다. 안테나(20), 안테나부 도전성 루프(52), 및 안테나부 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)(이것은 용량형 소자들(24a 및 24b의 역할을 한다)은 안테나 기판(50)상에 형성되거나 부착된다. 안테나부 도전성 루프(52)는 비-도전성 영역(54)를 둘러싼다. 안테나부 도전성 루프(52)는 자기 커플러(12)의 파트(도1)로서 인터포저 자기 커플링 소자(28)(도1)에 결합된다. 안테나부 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 용량형 커플링(13)의 파트로서 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)(도3)에 용량적으로 결합된다. 안테나 기판(50)은 인터포저 기판(40)(도3)의 재료와 유사한 재료로 이루어질 수 있다. 안테 나(20), 안테나부 도전성 루프(52), 및 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 인터포저 도전성 루프(42)(도3) 및 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)에 대해서 상술된 바와 유사한 재료 및 방법들로 이루어질 수 있다. 안테나(20), 안테나부 도전성 루프(52), 및 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 단일 단계에서 동일한 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 안테나(20), 도전성 루프(52), 및 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 상이한 단계들에서 및/또는 상이한 프로세스들에 의해 형성될 수 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 안테나(20)는 직접적인 전기 커플링에 의해 안테나부 도전성 루프(52) 및 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)에 결합될 수 있다. 안테나(20) 및 안테나부 커플링 루프(52)와 도전성 재료 영역들(53a 및 53b) 중 어느 하나 또는 둘 다 사이의 전기 커플링은 용량형 커플링과 같은 다른 메커니즘들에 의해 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
안테나부 도전성 루프(52)는 인터포저 도전성 루프(42)(도3)의 크기와 형상과 유사한 크기와 형상을 가질 수 있다. 대안적으로, 도전성 루프들(42 및 52)은 상이한 적절한 형상들을 가질 수 있다. 안테나부 도전성 루프(52)에 적합한 형상들의 범위는 인터포저 도전성 루프(42)의 형상만큼 광범위할 수 있다.
유사하게, 안테나부 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및43b)(도3)의 크기와 형상들과 유사한 크기와 형상들을 가질 수 있다. 대안적으로, 안테나부 도전성 재료 영역들(53a 및 53b)은 인터포저 도전성 재료 영역들(43a 및 43b)의 영역들과 다른 크기들 및 형상들을 가질 수 있다. 도전성 재료 영역들(43a/43b 및 53a/53b)은 직사각형들과 같은 간단한 기하학적 형상들을 가질 수 있다. 대안적으로, 도전성 재료 영역들(43a/43b 및 53a/53b)은 더 복잡한 형상들 및/또는 상대적인 오리엔테이션들을 가질 수 있는데, 이들의 일부가 이하에 더 설명된다.
도4에 도시된 안테나(20)는 루프 안테나(20a)이다. 안테나(20)에 대해 많은 다른 적절한 구성이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 다른 적절한 구성들의 예들은 도5에 도시된 안테나 소자들(56 및 58)을 갖는 다이폴 안테나(20b) 및 도6에 도시된 나선형 안테나(20c)를 포함한다. 다른 유형들의 적절한 안테나들은 슬롯 안테나들, 패치 안테나들, 및 다양한 하이브리드 안테나 유형들을 포함한다. 자기 커플러(12)(도1)에서 자계를 발생시키는 메커니즘은 안테나 유형 또는 구성에 기초하여 가변될 수 있다.
트랜스폰더 칩(26)은 자기 커플링 소자(28) 및 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)에 결합되는 2개의 접점들을 갖는 칩으로서 상술되었다. 예를 들어, 더 큰 오리엔테이션 및 감도를 성취하기 위하여 3개 이상의 도전성 접점들을 필요로 하거나 이용하는 트랜스폰더 칩들에 대해 적절한 수정들이 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
상술된 도전성 루프들(42 및 52) 단일-권선 루프들이다. 도전성 루프들 및 트랜스폰더 칩(26) 또는 안테나(20) 중 어느 하나 사이에 직접적인 커플링을 생성하기 위하여 적절한 수정을 행하면서 다중-권선 코일들 또는 루프들은 상술된 단일-권선 루프들로 대체된다는 것을 인식할 것이다. 이와 같은 다중-권선 코일의 예는 도7에 도시된 코일(102)이다. 도전성 션트(106)가 비-도전성 브리지(108) 양단에 제공되면서 이 코일(102)은 대체로 나선형 구성의 또 다른 내부에 하나가 있는 다중 권선을 갖는다. 다중-권선 코일(102)은 안테나(20)의 주 구조를 우선 증착하고 나서 비-도전성 브리지(108)를 증착하고 마지막으로 도전성 션트(106)를 증착시키는 다중 증착 단계들을 이용하여 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
다중-권선 코일은 임의의 광범위한 다양한 구성들(예를 들어, 형상들 및 크기들) 및 구성 방법들을 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 3개 이상의 권선들 또는 루프들을 갖는 코일들은 다양한 적절한 제조 단계들을 반복하여 제조될 수 있다.
도8 및 도9는 안테나 기판(50)의 한 면 또는 주면(120) 상의 안테나(20) 및 안테나 기판(50)의 제2 면 또는 주면(152) 상의 안테나부 도전성 루프 또는 코일(52)과 함께 안테나부(14)에 대한 대안적인 구성을 도시한다. 도8에 도시된 구성에서, 안테나(20) 및 안테나부 도전성 루프(52)는 기판(50) 내의 홀(156)의 도전성 재료를 통해서 직접 전기적으로 결합된다. 이 홀(156)은 펀칭 또는 다른 적절한 프로세스들에 의해 형성될 수 있다. 펀칭 또는 다른 적절한 프로세스들은 홀들(156)을 생성하고 안테나(20) 또는 안테나부 도전성 루프(52)의 일부 도전성 재료가 홀들(156) 내로 푸시되도록 하는데 사용될 수 있다.
도9의 안테나부(14)는 안테나 기판(50) 양단의 안테나부 도전성 루프(52)에 안테나(20)를 전기적으로 결합시키는 용량형 커플링에 의존한다. 개선된 용량형 커플링 제공하기 위하여, 안테나(20)는 자신에 전기적으로 결합되는 제1 쌍의 루프 안테나 용량형 커플링 소자들(160)을 가질 수 있고, 도전성 루프(52)는 자신에 결합된 제2 쌍의 대응하는 루프-안테나 용량형 커플링 소자들(162)을 가질 수 있다. 루프-안테나 용량형 커플링 소자들(160 및 162)은 개재 유전체로서 안테나 기판(50)으로부터 재료를 사용하여 한 쌍의 평행 플레이트 커패시터들의 플레이트들의 기능을 하는 전기 도전성 재료의 영역일 수 있다. 따라서, 각 루프 안테나 용량형 커플링 소자들(160)은 대응하는 루프-안테나 용량형 커플링 소자(162)에 용량적으로 결합될 수 있다. 안테나 기판(50)의 두께 및 재료는 안테나(20) 및 도전성 루프(52) 사이의 원하는 용량형 커플링을 성취하도록 선택될 수 있다.
다양한 적절한 안테나 구성들 및 도전성 루프들(단일 권선 또는 다중 권선) 다양한 상이한 구성들이 도8 및 도9에 도시되어 있고 상술된 안테나부(14)에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 기판 양단의 직접적인 또는 용량적인 커플링의 일반적인 원리는 인터포저(16)를 구성 시에 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 즉, 인터포저(16)의 대안적인 구성은 인터포저 기판(40)의 한 측 상에 트랜스폰더 칩(26)을 배치하고 도전성 루프(42)를 인터포저 기판(40)의 다른 측 상에 배치하는 것을 포함할 수 있다.
지금부터 용량형 커플링 소자들(24a/24b 및 29a/29b) 및 유전체 재료(32)의 가능한 구성들에 관해서 이하에 상세히 설명된다. 이하에 설명되는 상세사항들 중 일부는 본원에 참조된 2004년 6월 18일에 출원된 동시 소유된 미국 출원 번호 10/871,136에서 찾아볼 수 있다.
유전체 재료(32)(도1)의 특성과 관련하여, 유전체 재료(32)는 적절한 유전체 접착제들 또는 비-도전성 폴리머들을 포함할 수 있다. 유전체 재료(32)에 적합한 접착제들의 예들로서 Avery Dennison Corporation로부터 입수할 수 있는 Fasson 접착제들 S4800 및 S333와 같은 압력 감응 접착제들을 들 수 있다. 대안적인 접착제들로서 에폭시와 같은 서모셋 비-도전성 접착제 및 열가소성 핫-멜트 접착제들을 들 수 있다. 그러나, 유전체 재료(32)용으로 다른 적절한 재료들이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 적절한 비-도전성 폴리머들의 예들로서 미국 Massachusetts의 Billerica에 소재하는 Emerson and Cuming으로부터 입수할 수 있는 Emerson & Cuming 12873-47G 및 독일 Landsberg에 소재하는 Dello Industrial Adhesives로부터 입수할 수 있는 Dello MONOPOX MK045를 들 수 있다.
용량형 커플러(13)의 커패시턴스(Xc)를 증가시키는 한 가지 방법은 유전체 재료(32)를 증가시키는 것이다. 다양한 압력 감응 접착제들은 약 2.5 내지 약 4.2 범위의 유전 상수를 갖는다는 것이 밝혀졌다. 유전 상수를 증가시키는 것은 비-도전성 폴리머 또는 유전체 압력 감응 접착제와 같은 유전체 접착제에 고 유전체 재료를 첨가함으로써 성취될 수 있다. 적절한 첨가제들의 예로서 이산화 티탄(루틸 결정 형태) 및 티탄산 바륨(BaTiO3)와 같은 티타늄 화합물을 들 수 있다. 이산화 티탄은 100MHz에서 약 100의 유전 상수를 갖는다. 티탄산 바륨은 3GHz에서 600의 유전 상수를 갖는다. 예를 들어, 티탄산 바륨의 5 부피 %를 압력 감응 접착제에 첨가하면 재료의 유전 상수를 3에서 33으로 증가시키는 반면, 티탄산 바륨을 10 부피 %를 첨가하면 유전 상수를 63으로 증가시키는 것으로 추정된다. 티탄산 바륨의 이와 유사 또는 더 큰 부피 %는 유전체 재료(32)에 포함될 수 있다.
용량형 커플러(13)는 서로와 평행하거나 정렬되고 유한 크기의 플레이트들로 인해 어떠한 에지 효과들을 갖지 않는 동일한 크기의 이상적인 플레이트들인 용량형 커플링 소자들(24a/24b 및 29a/29b)의 쌍들을 포함할 수 있다. 그러나, 어떤 비-이상적인 상황들이 실제로는 부딪칠 수 있다는 것을 인식할 것이다.
예를 들어, 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)에 대한 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b)의 오정렬이 존재하여, 유효 커플링 영역이 영향을 받게된다. 이와 같은 오정렬은 평면 내에서 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)의 상대적인 변위(x-y 변위)를 포함하여, 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)이 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b)의 대응하는 파트들에 대해서 원하는 대로 중심이 맞춰지거나 위치되지 않도록 한다. 또 다른 유형의 오정렬은 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a 및 24b)(평면들 내에서의 각도 오정렬들)의 대응하는 파트들에 대해 평행하지 않게 되는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a 및 29b)을 포함할 수 있다.
유전체 재료(32)의 두께의 불균일성으로부터 다른 곤란한 문제가 초래될 수 있다. 예를 들어, 유전체 재료(32)가 압력-감응 접착층 또는 패드들인 경우, 접착제를 작동시키는데 사용된 힘의 변화가 단층 또는 패드 내에서 두께 변화 및 상이한 패드 사이의 변화 둘 모두의 면에서 층 또는 패드의 두께를 변화시킬 수 있다. 이와 같은 비-이상적인 조건들은 수용 가능한 허용오차들 내에서 피해지거나 최소화되도록 하며 및/또는 용량형 커플러(13)가 어느 정도 자체 보상되도록 하여 비- 이상적인 조건들의 영향을 감소시키는 것이 바람직하다.
용량형 커플링 소자들(24a/24b 및 29a/29b)의 오정렬 영향들을 감소시키는 하나의 방법은 2개 사이를 어느 정도 범위로 중첩시켜, 정확한 정렬이 필요로 되지 않도록 하는 것이다. 도10은 이와 같은 중첩의 예를 도시한 것인데, 여기서 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)(도전성 영역들(53a/53b))은 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)(도전성 영역들(43a/43b))보다 크다. 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)는 라운드된 오목 형상을 가질 수 있는데, 이는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 각도 오정렬이 존재하는 경우, 중첩 면적의 변화를 감소시킨다.
인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)은 또한 유효 커플링 영역(A) 상의 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b) 사이의 오정렬 영향을 감소시키도록 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도11 및 도12는 이를 성취하기 위하여 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)를 구성하는 다양한 방법들의 예들을 도시한다. 도11에서, 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)은 불균일한 폭을 갖는 테이퍼링된 파트들(230)을 갖는데, 테이퍼링된 파트들(203)에서 이 폭은 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)을 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)에 용량적으로 결합시키는데 사용되는 커플링 부(232)의 폭보다 작다. 도31의 좌-우 방향에서 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 오정렬은 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b) 중 하나를 위한 커플링 영역의 감소 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 다른 한 소자를 위한 커플링 영역의 증가로 인해 커플링 용량에 대해서 어떤 변화를 초래한다. 그러나, 커플링 영역들의 변화는 테이퍼링된 부(230)가 단위 길이당 적은 폭을 갖기 때문에 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)이 자신의 길이를 따라서 균일한 폭을 갖는 경우보다 작게 될 것이다. 그러므로, 테이퍼링된 부(230)의 포함은 도전성 커플링에 대해 어떤 유형들의 각도 오정렬의 영향을 감소시킨다.
유효 커플링 영역(A) 상의 오정렬 영향들을 감소시키기 위한 또 다른 구성이 도12에 도시되어 있는데, 여기서 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)은 도전성 재료에서 개구들, 갭들 또는 구멍들(236)을 갖는 도전성 재료부(234)를 감소시킨다. 유효 커플링 영역은 도전성 재료에 의해 커버되는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 중첩 영역에 대한 적어도 제1 근사치에 비례한다. 감소된 도전성 재료 부들(234)의 파트들로부터 도전성 재료를 생략함으로써, 이들 부들의 유효 면적은 감소된다. 그러므로, 감소된 도전성 재료부들(234)을 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)와 결합시키는 인터포저(16)의 오정렬은 도전성 재료의 구멍들(236)이 존재하지 않은 경우보다 커플링 용량에 적은 영향을 미친다. 구멍들(236)은 라운드, 정사각형, 타원형, 또는 직사각형과 같은 임의의 다양한 적절한 형상들을 가질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도11 및 도12에 도시된 구성들은 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)에 정상적으로 결합되지 않는 인터포저 리드들의 파트들이 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)에 정상적으로 용량 결합되는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 파트들과 비교할 때 단위 길이당 감소된 이펙트 영역을 갖는 공통 특성을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도13은 용량형 커플러(13)의 또 다른 변화를 도시하는데, 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자(29a/29b) 사이의 분리는 유전체 재료(32)의 파트인 스페이서들(244)에 의해 유지된다. 스페이서들(244)은 비-도전성 폴리머와 결합하여 유전체 재료(32)에서 사용될 수 있다. 스페이서들(244)은 폴리머 재료에서 사전 블렌딩될 수 있다. 대안적으로, 스페이서들은 안테나(20) 및/또는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)에 이미 도포된 비-도전성 폴리머 상으로 건식-스프레잉될 수 있다. 스페이서들(244)은 또한 압력 감응 접착제들과 같은 다른 유전체 재료들과 결합하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 적절한 스페이서들의 예들로서 일본에 소재하는 Sekisui Fine Chemical Co.로부터 입수 가능한 Micropearl SP-205 5㎛ 스페이서들 및 Merck로부터 입수가능한 7.7㎛ 파이버 스페이서들(Product 111413)을 들 수 있다. 스페이서들(244)을 이용하면 RFID 장치(10)의 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b) 사이에 정확하고 일정한 간격을 달성하는데 도움을 준다는 것을 인식할 것이다.
유전체 재료(32)가 재료의 두께가 변화됨에 따라서 변화하는 유효 유전 상수를 갖는 재료를 포함하도록 할 수 있다. 따라서, 재료의 유효 유전 상수는 일정하지 않지만, 본원에서 "일정"한 것으로 간주될 것이다. 예를 들어, 유전체 재료(32)는 압축될 때 유전 상수를 감소시키는 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 재료가 예를 들어, 인터포저(16)를 안테나(20) 상으로 가압하는 정상 힘보다 큰 힘에 의해 더욱 얇게 만들어지면, 재료는 감소된 유전 상수를 갖는다. 유전 상수의 감소는 유전체 재료의 두께 감소의 커플링 커패시턴스(Xc)에 대한 영향을 어느 정도 완화시킨다. 따라서, 적어도 두께를 어느 정도 자체 보상하는 유전체 재료의 사용은 커플링 커패시턴스(Xc)의 변화를 감소시키는데 도움을 줄 수 있다.
두께의 함수인 유전 상수를 지닌 유전체 재료를 갖는 하나의 방법은 재료의 유전 상수에 영향을 미치는 유전체 재료 내에서 입자들을 분포시키는 것이다. 재료가 압축될 때, 입자들은 재분포되어, 재료의 유전 상수를 변화시킨다. 예를 들어, 알루미늄 또는 니켈 입자들과 같은 도전성 금속 입자들이 유전체 재료에 첨가될 수 있다. 재료가 압축될 때, 입자들 간의 거리는 감소됨으로써, 또한 유전 상수를 감소시킨다. 이와 같은 입자들의 첨가는 충분히 작은 농도로 행해지면 재료의 전체 유전체 특성을 변화시키지 않는다는 것을 인식할 것이다. 즉, 도전성 입자들은 재료 자체를 전기적으로 도통시킴이 없이 적절하게 첨가될 수 있다. 이 입자들은 분말 형태일 수 있고 서브-미크론 크기를 포함한 임의의 다양한 적절한 입자 크기들을 가질 수 있다.
유전체 재료(32)에 도전성 입자들을 첨가하면 또한 유전체 재료의 유효 두께를 감소시킬 수 있다는 것을 인식할 것이다. 즉, 도전성 입자들은 유전체 재료(32)가 자신의 실제 두께들보다 작은 두께를 유효하게 갖도록 할 수 있다. 입자들이 터치되는 경우, 입자들의 표면들 상의 산화는 입자들의 간의 도전율을 방지할 수 있다.
다른 종류들의 입자들이 도전성 커플링 상에 임의의 다양한 영향을 미치도록 유전체 재료(32)에 첨가될 수 있다. 유전체 재료(32)에 첨가될 수 있는 입자들을 위한 재료들의 예들로서 금속 스피어들 및 유전체 스피어들의 혼합물들, 금속 및 세라믹 둘 다를 포함하는 입자들, 및 고 유전체 재료들(예를 들어, 소정 표면 깊이로 산화되는 티타늄 입자들)로 산화되거나, 그렇지않다면 전환되는 표면들을 갖는 금속 스피어들을 들 수 있다. 금속 및 세라믹의 층들이 또한 사용될 수 있다.
두께를 보상하는 용량형 커플러(13)를 갖는 또 다른 방법은 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)(유전체 재료(32)의 두께)의 분리 기능에 따라서 변화하는 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b) 사이의 유효 면적을 갖도록 하는 것이다. 유효 면적은 본원에서 이상적인 병렬 플레이트 커패시터의 등가의 병렬-플레이트 커패시터로서 규정된다. 유효 면적은 프린징 커패시턴스 또는 에지 영향들, 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)의 영향들 및 유한 플랫 플레이트들이 아닌 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)로 인한 영향들 때문에 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)와 인터포저 용량형 커플링 엘리먼트들(29a/29b)의 마주보는 면적과 다를 수 있다. 프린징 커패시턴스의 영향은 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)(유전체 재료(32)의 두께) 간의 분리에 의존할 것이다. 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)가 함께 밀접하여 이동될 때 유효 면적의 감소는 유전체 재료(32)의 두께가 변화될 때 커플링 커패시턴스(Xc)의 변화를 감소시키는데 도움을 준다.
도14는 두께에 의존하는 유효 커플링 면적을 갖는 하나의 가능한 구성의 평면도를 도시한다. 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)는 유전체 재료(32)의 각 대향 측들 상에 도전성 재료의 각 인터디지타이즈된 핑거들(246 및 248)을 갖는다. 도15에 도시된 바와 같은 유전체 재료(32)의 상대적으로 큰 두께에서, 핑거들(246 및 248)은 유효 면적이 핑거들(246 및 248)의 실제 면적에 근접하면서 평행 플레이트 커패시터들로서 서로에 상호작용한다. 그러나, 유전체 재료의 두께가 감소될 때, 핑거들(246 및 248)의 유효 면적은 핑거들(246 및 248)의 두께 대 오프셋 거리의 비가 감소됨에 따라서 감소된다. 도26에 도시된 제한 경우에, 유전체 재료(32)의 두께는 핑거들(246 및 248)의 오프셋 거리보다 훨씬 작게 될 때, 핑거들의 에지 영역들의 용량형 커플링만이 존재하고 용량형 커플링의 목적을 위한 유효 면적은 핑거들(246 및 248)의 실제 면적의 작은 퍼센티지가 된다. 따라서, 커패시턴스를 상승시키는 경향이 있는 유전체 두께의 감소 영향은 용량형 커플링의 유효 면적의 감소 만큼 적어도 어느 정도 오프셋된다.
도14 내지 도16에 도시되고 상술된 구성은 유전층의 두께가 감소됨에 따라서 용량형 커플링의 유효 면적을 감소시키는 다양한 구성들 중 단지 하나의 구성이라는 것을 인식할 것이다. 두께 함수에 따라서 유효 용량형 커플링 면적을 변화시키 는 구성은 유전체 재료(32)의 대향측 상에 있지만 서로에 직접 중첩하지 않는 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b) 및/또는 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)의 파트들을 갖는 구성들일 수 있지만, 도전성 재료의 일부 부분적인 중첩이 있을 수 있다.
안테나부 용량형 커플링 소자들(24a/24b)에 대한 상술된 구성들이 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a/29b)에 또한 적용되거나 그 반대로 적용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
상술된 바와 같이, 2개의 상이한 커플링 방법들(자기적 및 용량적)에 의해 트랜스폰더 칩 및 안테나를 결합시키면 RFID 장치(10)에 대한 유용한 특성을 발생시킬 수 있다. 상이한 커플링 메커니즘들은 상이한 조건들에서 더 양호하게 작동하여, RFID 장치(10)의 전체 수행성능을 개선시킨다. 예를 들어, 커플링 메커니즘들은 상이한 유형들의 오정렬에 대해 상이한 감도들을 가져, 인터포저(16) 및 안테나(20) 간의 오정렬이 존재할 때에도 RFID 장치가 동작하도록 하는 성능을 개선시킨다. 또 다른 예로서, 상이한 커플링 메커니즘들(용량적 및 자기적)은 상이한 주파수 및 진폭의 인입 신호들에 대해서 상이한 세기 및 결함을 가질 수 있는데, 이 조합이 RFID 장치가 큰 범위의 신호 유형들을 판독하도록 할 수 있다. 또 다른 예로서, 상이한 커플링 메커니즘들은 어떤 물체들 근처에 배치됨으로써, 예를 들어, 금속 물체들 근처에 배치됨으로써 상이하게 영향받을 수 있다. 단일 RFID 장치에서 자기 커플링 및 용량형 커플링을 결합시킴으로써 가능한 몇 가지 예들의 상승적인 이점들을 존재한다는 것을 인식할 것이다.
도17은 RFID 장치(310)의 동작 파트들을 도시한다. RFID 장치(310)는 커플링 소자(328)를 통해서 자기적으로 그리고 용량적으로 함께 결합되는 안테나(320) 및 칩(326)을 포함하여 조합 리액티브 커플링(311)을 형성한다. 커플링 소자(328)는 칩(326)의 접점들에 직접 전기적으로 결합되는 도전성 재료이다. 칩(326) 및 커플링 소자(328)는 압력 감응 접착층(330)에 의해 안테나(320)에 접착적으로 부착되는 인터포저(316)의 파트들이다. 결합된 리액티브 커플링(311)의 성능은 접착층(330)의 두께 변화에 대한 상대적으로 불변량이라는 것이 밝혀졌다. 테스트에서, RFID 장치(310)의 동조 주파수는 10㎛ 내지 35㎛ 범위의 접착층의 다양한 두께의 단지 약 1% 분산을 나타낸다.
RFID 장치(또는 본원에 서술된 다른 RFID 장치들)가 도입되는 환경이 자기 커플러(12)의 동작에 어느 정도 영향을 미칠 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 금속면 상에 또는 판지상자를 포함하는 금속성 및 또는 자기성 물체들 상에 RFID 장치의 배치는 자기 커플러(12)의 동작에 어느 정도 영향을 미칠 수 있다. 자기 커플러(12)는 배치되는 환경의 영향을 어느 정도 보상하도록 구성될 수 있다. RFID 장치(10)는 RFID 장치(10)가 설치될 수 있는 다양한 유형의 재료에 대해 적어도 어느 정도 보상하도록 하는 임의의 다양한 적절한 보상 특징들 또는 소자들을 포함할 수 있다. 이와 같은 보상 소자들은: 1) 칩과 안테나 간에 임피던스 정합 네트워크를 도입하면 이들 둘의 임피던스는 정합되어 칩과 안테나 간에서 전력 전달을 최대화하며, 및/또는 2) 안테나가 공진 조건으로 유지되도록 안테나 소자들의 유효 길이를 변화시킨다. 보상 소자들에 관한 부가적인 상세사항들은 본원에 참조 된 2004년 1월 20일에 출원된 미국 가 특허 출원 60/537,483호에서 찾아볼 수 있다.
용량형 커플러(13)는 또한 환경에서 물체들의 유전 특성들에 의해 영향받을 수 있다. 게다가, 자기 커플러(12) 및 용량형 커플러(13)의 결합된 상호작용은 RFID 장치(10)가 배치되는 환경에서 물체들의 특성을 보상할 수 있다.
게다가, 안테나(20)는 커플러들(12 및 13)과 분리되고 직접 관련되지 않는 미국 가 특허 출원 60/537,483호에 서술된 바와 같은 보상 특징들을 가질 수 있다. 안테나(20)의 이들 분리된 보상 소자들은 커플러들(12 및/또는 13)과 결합하여 동작하여 다양한 환경들에서 바람직한 응답을 제공한다. 도18은 보상 소자들(430 및 432)를 갖는 안테나(20)를 개략적으로 도시한다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해함으로서 등가의 변경들 및 수정들을 행할 수 있다는 것이 명백하다. 특히, 상술된 소자들(구성요소들, 어셈블리들, 장치들, 조성, 등)에 의해 수행되는 다양한 기능들과 관련하여, 본 발명의 예시적인 실시예 또는 실시예들에서 기능을 수행하는 서술된 구조와 구조적으로 등가는 아니지만, 이와 같은 소자들을 설명하기 위하여 사용되는 용어들("수단"을 포함)은 달리 지적되지 않는 한 서술된 소자(즉, 기능적으로 등가)의 특정 기능을 수행하는 임의의 소자에 대응한다. 게다가, 본 발명의 특정한 특징이 여러 예시된 실시예들 중 단지 하나 또는 그 이상에 대해서 상술되었지만, 이와 같은 특징은 임의의 소정 또는 특정 애플리케이션에 대해서 바람직하고 유형한 것처럼 다른 실시 예들의 하나 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims (17)

  1. RFID 장치(10, 310)로서,
    함께 기계적으로 결합시키는 한 쌍의 구성요소들(20, 320, 26, 326); 및
    상기 한 쌍의 구성요소들을 두 개의 다른 결합 방법에 의해서 전기적으로 결합시키는 조합 리액티브 커플러(11, 311)를 포함하는데, 상기 조합 리액티브 커플러는:
    상기 구성요소들을 전기적으로 결합시키는 자기 커플러(12); 및
    상기 구성요소들을 전기적으로 결합시키는 용량형 커플러(13)를 포함하고;
    상기 구성요소들 중 하나는 기판(50) 상에 있으며,
    상기 구성요소들 중 다른 하나는 상기 기판에 기계적으로 결합되는 인터포저(16, 316) 상에 있고;
    상기 기판상의 구성요소는 안테나(20, 320)이며, 상기 기판 및 상기 안테나는 안테나부(14)의 파트들이며,
    상기 인터포저 상의 구성요소는 트랜스폰더 칩(26, 326)이며,
    상기 용량형 커플러는
    전기적으로 상기 안테나에 결합되며 상기 안테나부의 부분인 하나 이상의 안테나부 용량형 커플링 소자들(24a, 24b); 및
    전기적으로 상기 트랜스폰더 칩에 결합되고 상기 인터포저의 부분인 하나 이상의 인터포저 용량형 커플링 소자들(29a, 29b);을 포함하는, RFID 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기 커플러는:
    상기 안테나에 전기적으로 결합되는 안테나부 자기 커플링 소자(22); 및
    상기 칩에 전기적으로 결합되는 인터포저 자기 커플링 소자(28)를 포함하며,
    상기 안테나부 자기 커플링 소자는 안테나부 도전성 루프(52)를 포함하며,
    상기 인터포저 자기 커플링 소자는 인터포저 도전성 루프(42)를 포함하는 RFID 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 안테나부 도전성 루프는 상기 인터포저 도전성 루프보다 상이한 수의 권선들을 가짐으로써, 자기 커플러가 변압기로서 기능을 하도록 하는 RFID 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 인터포저 도전성 루프는 상기 칩의 접점들에 직접 전기적으로 결합되며,
    상기 인터포저 도전성 루프는 상기 칩의 접점들 간에 단락 회로를 제공하는 RFID 장치.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 안테나부 도전성 루프는 상기 안테나에 직접 전기적으로 결합되는 RFID 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 안테나부 도전성 루프는 칩의 접점들에 용량적으로 결합되는 RFID 장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 자기 커플러는 상기 자기 커플링 소자들에 동작 가능하게 결합되는 고 투자율 재료를 포함하며,
    상기 고 투자율 재료는 상기 자기 커플링 소자들 사이에서 적어도 부분적으로 위치되는 RFID 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 안테나부 자기 커플링 소자 및 상기 인터포저 자기 커플링 소자는 협동적으로 상호작용하여 상기 자기 커플러의 작동에 대한 인접 물체들의 영향을 보상하도록 하는 RFID 장치.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하나 이상의 안테나부 용량형 커플링 소자들은 안테나에 전기적으로 결합되는 한 쌍의 용량형 커플링 소자들(24a, 24b)을 포함하며;
    상기 하나 이상의 인터포저 용량형 커플링 소자들은 상기 트랜스폰더 칩에 전기적으로 결합되는 한 쌍의 용량형 커플링 소자들(29a, 29b)을 포함하고;
    상기 용량형 커플러는 상기 용량형 커플링 소자들의 쌍들 사이의 유전체 재료(32)를 더 포함하는, RFID 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유전체 재료는 상기 용량형 커플링 소자들의 쌍들 사이에 접착제를 포함하는 RFID 장치.
  11. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 자기 커플러 및 상기 용량형 커플러 각각은 상기 구성요소들 간에 전송되는 에너지의 적어도 10%를 전송하는 RFID 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 장치는 상기 구성요소들 사이에 접착 층(32)을 더 포함하는 RFID 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 조합 리액티브 커플러는 상기 접착층의 두께에 대해 상대적으로 불변인 RFID 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 조합 리액티브 커플러의 동조 주파수는 10㎛ 내지 35㎛의 접착층의 두께의 변화에 대한 약 1%보다 적은 분산을 갖는 RFID 장치.
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