KR20070034502A - 알에프아이디 장치 및 형성 방법 - Google Patents

알에프아이디 장치 및 형성 방법 Download PDF

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KR20070034502A
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rfid
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스코트 웨인 퍼거슨
데이비드 엔. 에드워즈
페이캉 리우
제이슨 문
이안 제이. 포스터
사무엘 에이. 린더
토마스 크레이그 위클레이
데이비드 제이. 풀레스톤
스티븐 씨. 케네디
크리스틴 유. 당
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애버리 데니슨 코포레이션
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Abstract

무선 주파수 식별(RFID) 인레이는 칩과 안테나 간에 전기 접속부를 포함한다. 전기 접속부는 도전성 인터포저 리드 및 용량성 커플링을 포함한다. 용량성 접속부는 안테나 및 인터포저 리드를 근접하게 배치하여 안테나 및 인터포저 리드 간을 용량성 커플링시키는 것을 포함하는데, 이들 간에는 유전체 패드가 있다. 용량성 커플링은 1) 인터포저 리드 및 안테나의 오정렬 및 2) 유전체 재료의 두께 변화 중 적어도 한가지 영향을 감소시킨다.
칩, 안테나, 도전성 인터포저 리드, 용량성 커플링, 전기 접속부, 유전체 패드

Description

알에프아이디 장치 및 형성 방법{RFID DEVICE AND METHOD OF FORMING}
본 발명은 무선 주파수 식별(RFID) 태그 및 라벨 분야에 관한 것이며, 특히 이와 같은 장치의 구성 및 이와 같은 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
RFID 태그 및 라벨은 안테나와 아날로그 및/또는 디지털 전자장치의 조합을 가지며, 이 전자장치는 예를 들어 통신 전자장치, 데이터 메모리, 및 제어 논리를 포함할 수 있다. RFID 태그 및 라벨은 물체를 식별 코드와 관계시키도록 폭넓게 사용된다. 예를 들어, RFID 태그는 건물로의 접근을 제어하고 재고품 및 소품을 추적하기 위하여 자동차의 보안-락(security-locks)과 연계되어 사용된다. RFID 태그 및 라벨의 일부 예들은 미국 특허 6,107,920, 6,206,292, 및 6,262,292에 나타나 있고, 이들 모두는 본원에 전반적으로 참조되어 있다.
RFID 태그 및 라벨은 전원을 포함하는 능동 태그 및 전원을 포함하지 않는 수동 태그와 라벨을 포함한다. 수동 태그의 경우에, 칩으로부터 정보를 검색하기 위하여, "기지국" 또는 "판독기"는 여기 신호를 RFID 태그 또는 라벨로 전송한다. 여기 신호는 태그 또는 라벨을 활성화시키고, RFID 회로는 판독기로 다시 저장된 정보를 전송한다. "판독기"는 RFID 태그로부터 정보를 수신하여 디코딩한다. 일반적으로, RFID 태그는 개인들, 패키지들, 재고품등을 특정하게 식별하는 충분한 정 보를 수신하여 디코딩한다. RFID 태그 및 라벨은 또한, 정보가 단지 1회 기록되는 것과 (이 정보는 반복적으로 판독될 수 있지만) 사용 중에 정보가 기록되는 것을 특징으로 한다. 예를 들어, RFID 태그는 환경 데이터(이는 관련된 센서에 의해 검출될 수 있다), 병참 내력(logistical histories), 상태 데이터 등을 저장할 수 있다.
RFID 라벨을 제조하는 방법은 Moore North America, Inc.에 할당된 미국 특허 제6,451,154에 서술되는데, 이것이 본원에 전반적으로 참조되어 있다. 미국 특서 6,451,154 에 서술된 방법은 RFID 인렛(inlet)의 다수의 상이한 소스를 사용하는데, 각 인렛은 안테나와 칩을 포함한다. 다수의 웹은 모두 정합되고, RFID 라벨은 라이너(liners)를 갖는 RFID 라벨을 제조하기 위하여 웹으로부터 절단된 다이 이다. 대안적으로, 무라이너 RFID 라벨은 한 면 상에 릴리스 재료와 다른 면상에 압력 감응 접착제를 갖는 복합 웹으로부터 제조되는데, 이 라벨은 웹내의 천공(perforations)에 의해 형성된다. 각종 대안들이 가능하다.
또한 다른 RFID 장치 및 RFID 라벨을 제조하는 방법이 본원에 전반적으로 참조된 Plettenr의 미국 특허 출원 US2001/10053675에 설명된다. 이 장치는 접촉 패드 및 이 접촉 패드와 도전적으로 접속되는 적어도 2개의 결합 소자를 갖는 칩을 포함하는 트랜스폰더를 포함한다. 결합 소자들은 서로에 대해서 무접촉되고 자체 지지된 방식뿐만 아니라 버팀없이 서있는 방식으로 형성되고, 근본적으로 칩 평면에 평행하게 확장된다. 트랜스폰더의 총 설치 높이는 근본적으로 칩의 설치 높이에 대응한다. 결합 소자의 크기 및 기하형태는 플레이트 커패시터로서 평가 유 닛(evaluation unit)과 결합하여 또는 다이폴 안테나로서 작용하는데 적합하게 된다. 전형적으로, 트랜스폰더는 웨이퍼 레벨에서 제조된다. 결합 소자는 웨이퍼 레벨에서 직접, 즉 칩이 웨이퍼에 의해 제공된 그룹화로부터 추출되기 전 칩의 접촉 패드와 접촉될 수 있다.
많은 애플리케이션에서, 전자장치의 크기를 가능한 작게 감소시키는 것이 바람직하다. 매우 작은 칩을 RFID 인렛의 안테나와 상호접속시키기 위하여, "스트랩", "인터포저" 및 "캐리어"라 다양하게 칭하는 구조체를 사용하여 인레이(inlay) 제조를 용이하게 하는 것이 공지되어 있다. 인터포저는 안테나에 결합하기 위하여 칩의 접촉 패드에 전기적으로 결합되는 도전성 리드 또는 패드를 포함한다. 이들 패드는 인터포저 없이 직접 배치를 위하여 정확하게 정렬되는 ICs보다 큰 유효 전기 접촉 면적을 제공한다. 면적이 더 크면 클수록 유효 전기 접속부를 제공하면서 제조동안 ICs의 배치를 위하여 필요로 되는 정확도를 감소시킨다. IC 배치 및 설치는 고속 제조에 심각한 제한들이다. 종래 기술은 전형적으로 인터포저의 접촉 패드 또는 리드를 지니는 가요성 기판을 사용하는 다양한 RFID 스트랩 또는 인터포저 구조체를 설명한다.
인터포저를 이용하는 한 가지 유형의 종래 기술의 RFID 인렛 제조가 Morgan Adhesives Company("Morgan")의 유럽 특허 출원 EP 1039543 A2에 서술된다. 이 특허 출원은 도전성 막 안테나의 2개의 얇은 도전성 막 부분들 간의 갭에 걸쳐서 접속되는 인터포저를 사용하는 집적 회로 칩(IC)를 설치하는 방법을 설명한다. 인터포저는 2개의 인쇄된 도전성 잉크 패드를 갖는 얇은 기판을 포함한다. 이 방법은 압력 감응 도전성 접착제를 이용하는 안테나 섹션에 물리적으로 그리고 전기적으로 접속되는 인터포저 상에 ICs를 설치함으로써 무선 주파수 식별 태그(RFIDs)의 대량 제조에 적합하게 된다. 압력 감응 도전성 접착제는 인터포저 접착제 패드 및 안테나 섹션 간의 직접 전기적 접속부를 제공한다.
인터포저를 이용하는 또 다른 유형의 종래 기술의 RFID 인렛 제조는 캘리포니아에 소재하는 Morgan Hill의 Alien Technology Corporation("Alien")과 관련된, 작은 전자 블록들로서 마이크로전자 소자들을 제조하는 기술을 토대로 한다. Alien은 "NanoBlocks"이라 칭하는 작은 전자 블록을 제조하기 위한 기술을 개발하였고 이 작은 전자 블록을 밑에 놓인 기판 상의 리세스로 배치한다. 작은 전자 블록을 수용하기 위하여, 플래너 기판(200)(도1)은 수많은 리셉터 웰(210)로 엠보싱된다. 리셉터 웰(210)은 전형적으로 기판상에 어떤 패턴으로 형성된다. 예를 들어, 도1에서, 리셉터 웰(210)은 단지 미리정해진 기판 부분에 걸쳐서 확장될 수 있거나 원하는 대로 기판의 전체 폭 및 길이에 걸쳐서 확장될 수 있는 간단한 매트릭스 패턴을 형성한다. Alien은 미국 특허 5,783,856, 5,824,186, 5,904,545, 5,545,291, 6,274,508, 및 6,281,038을 포함한 다수의 특허를 가지며, 이들 모두는 본원에 참조되어 있다. 부가적인 정보는 WO 00/49421, WO 00/49658, WO 00/55915, WO 00/55916, WO 00/46854, 및 WO 01/33621을 포함한 Alien의 특허 협력 조약 공개들에서 찾을 수 있으며, 이들 모두는 본원에 참조되어 있다.
Alien의 NanoBlock 기술은 미국 특허 6,606,247의 RFID 인렛을 제조하기 위한 인터포저를 제조하는데 적합하다. 캐리어 기판 또는 인터포저는 인터포저의 표 면 아래에 리세스되는 IC에 결합된다. 인터포저는 금속 커넥터를 이용하는 IC와 상호접속하는 제1 및 제2 캐리어 접속 패드를 더 포함한다. 플래너 안테나 기판은 제1 및 제2 수용 접속 패드를 갖는 제1 안테나 섹션을 지닌다. 이 캐리어 기판은 캐리어 접속 패드 및 수용 접속 패드르 이용하여 안테나 기판에 결합된다. IC가 인터포저 기판의 표면에 있는 인터포저 접촉 패드 위에 설치되는 Morgan의 European 공개 EP 1039543 A2의 인터포저와 대조적으로, 미국 특허 6,606,247에서 칩은 인터포저 기판 내의 리세스에 유지되고 캐리어 접속 패드는 IC 위에 형성된다. 그러나, EP 1039543A2 및 미국 특서 6,606,247 둘 다는 인터포저 또는 스트랩 패드가 도전성 접착제를 이용하는 안테나 섹션에 직접 전기적으로 접속되는 특징을 공유한다.
상술된 바와 같이, 인터포저를 이용하는 RFID 인렛은 ICs를 안테나에 효율적으로 기계식 및 전기식 접속을 용이하게 함으로써 고속 제조면에서 이점을 제공한다. 그러나, 다른 실질적인 제조 문제들은 인터포저를 이용한 효율적인 인레이 제조 공정을 제공하도록 해결되어야 한다. 양도된 미국 공개 특허 출원 2003/0136503 A1은 RFID 인터포저를 제조하고 이 인터포저를 안테나 웹에 부착시키기 위한 공정을 서술한다. 인터포저는 조밀하게 패킹된 IC(즉, 인접 IC 간의 작은 피치) 및 인터포저 리드를 갖는 웹스탁(webstock) 또는 시트스탁(sheetstock)으로부터 절단되거나 분리된다. 그 후, 인터포저는 운반되며, "인덱스되며"(별도의 스프레드) 및 전형적으로 훨씬 큰 피치로 이격되는 웹스탁 포함하는 안테나에 순서대로 부착된다.
인터포저를 이용하여 인레이를 제조시 해결되어야 할 또 다른 문제는 인터포 저(및 인터포저 리드)를 안테나에 신뢰할 수 있게 고속으로 기계적 및 전기적 결합시키는 것이다. Morgan의 EP 1039543 A2 및 Alien의 US 특허 6,606,247과 대조적으로, 본 발명은 비도전성 접착제를 사용하여 인터포저 리드를 안테나 섹션에 기계적으로 결합시킨다. 비도전성 접착제는 경화 시간 요건 및 제조 사이클 시간의 감소로 인해 도전성 접착제와 비교하여 고속 제조를 용이하게 할 수 있다. 그러나, 접착제가 전기적으로 도전성이 아니기 때문에, 또 다른 메커니즘(접착제에 의한 전기 도통 이외에)이 인터포저 리드를 안테나 섹션에 전기적으로 결합시키도록 제공되어야 한다.
상술된 바로부터, RFID 태그 및 이와 같은 태그를 어셈블하는 방법이 개선할 여지가 존재한다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 한 양상을 따르면, RFID 인레이는 인레이 기판; 인레이 기판 상의 안테나; 그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩을 교대로 포함하는 인터포저 및 상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드; 인터포저를 인레이 기판에 접착시키는 비도전성 접착제; 및 인터포저 리드 및 안테나를 동작적으로 결합시키는 도전성 접속부를 포함한다.
본 발명의 한 양상을 따르면, RFID 인레이는 인터포저 리드를 안테나에 전기적으로 결합시키는 도전성 범프 및 인터포저를 인레이 기판에 부착시키는 비도전성 접착제를 포함한다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, RFID 인레이를 제조하는 방법은 인터포저 상의 도전성 범프가 기판 상의 안테나와 접촉하도록 인터포저를 인레이 기판 상에 배치하는 단계 및 인터포저를 안테나 및 인레이 기판에 부착시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 특정 실시예를 따르면, 이 부착 단계는 도전성 범프 상의 접착제를 경화시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상을 따르면, RFID 인레이는 인레이 기판; 상기 인레이 기판 상의 안테나; 상기 안테나 및 상기 인레이 기판에 부착되는 인터포저를 포함하는데, 상기 인터포저는 그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩; 및 상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드, 및 인레이 기판에 인터포저를 부착시키는 도전성 접착제를 포함하는, 인터포저; 및 상기 인터포저 리드 및 상기 안테나를 동작적으로 결합시키는 도전성 접속부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 장치는 기판; 기판 상의 안테나; 및 인터포저를 포함하는데, 상기 인터포저는 그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩, 및 상기 칩의 접촉부에 도전적으로 결합되는 인터포저 리드를 포함하며, 상기 인터포저 리드 및 상기 안테나는 비도전성 패드를 통해서 모두 용량적으로 결합된다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, 무선 주파수 식별 (RFID) 장치는 비도전성 접착제 패드를 통해서 인터포저 또는 스트랩의 도전성 리드 및 안테나 간을 용량성 커플링시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 장치는 스트랩 또는 인터포저의 안테나 및 도전성 리드 간에 압력 감응 접착제 패드를 포함한다. 도전성 패드에 전기적으로 결합되는 칩은 접착제 패드에 걸쳐서 안네타에 용량적으로 결합된다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 인레이는 기판; 기판 상의 안테나; 인터포저를 포함하는데, 상기 인터포저는 그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩 및 상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드; 및 상기 인터포저 및 기판에 기계적으로 결합하는 비도전성 접착제를 포함하는데, 상기 인터포저 리드 및 안테나는 모두 전기적으로 결합된다.
본 발명의 부가적인 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 인레이는 인터포저 또는 칩의 안테나 및 도전성 리드 모두에 전기적으로 결합시키는 자체-보상 용량성 커플링을 포함한다. 본 발명의 각종 실시예를 따르면, 용량성 커플링은 다음 중 하나 이상, 압력 감응 접착제 패드; 비도전성 폴리머 패드; 일정하지 않은 두께 함수인 유전율을 갖는 유전체 패드; 그 내에 스페이서를 갖는 유전체 패드; 고 유전율 재료를 포함하는 유전체 패드; 및 유전체 패드의 일정하지 않은 두께 함수인 커플링의 유효 면적을 포함한다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 장치는 안테나 및 인터포저를 포함한다. 인터포저는 그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩; 및 상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드를 포함한다. 인터포저 리드 및 안테나는 모두 용량적으로 결합된다.
본 발명의 또한 다른 양상을 따르면, 무선 주파수 식별(RFID) 장치를 제조하는 방법은 기판 상에 안테나를 배치하는 단계 및 칩을 안테나에 용량적으로 결합시키는 단계를 포함한다.
상술되고 관련된 목적을 성취하기 위하여, 본 발명이 이하에 충분히 설명되고 특히 청구항에 지적된 특징들을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부 도면은 본 발명의 특정 예시적인 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명의 원리가 사용될 수 있는 각종 방법 중 몇 가지만 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 장점 및 신규한 특징이 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
도1은 상보적인 형상의 작은 전자 블록이 임베드될 수 있는 웹의 일부의 표면 상에 엠보싱된 웰의 패턴을 도시한 도면;
도2는 엠보싱된 기판으로부터 절단된 섹션에서 웰에 임베드된 작은 전자 블록을 도시한 도면.
도3은 물체에 부착되는 RFID 태그 또는 라벨을 도시한 도면.
도4는 본 발명에 따라서 RFID 인레이의 등각 돌출을 도시한 도면.
도5는 도4의 섹션 5-5를 따른 측 단면도.
도6은 도5의 RFID 인레이의 분해도.
도7은 대안적인 실시예의 RFID 인레이의 측 단면도.
도8은 또 다른 대안적인 실시예의 RFID 인레이의 측 단면도;
도9 및 도10은 대안적인 안테나 구성에 부착되는 RFID 인터포저를 도시한 평면도.
도11은 또한 다른 대안적인 실시예의 RFID 인레이의 측 단면도.
도12는 또 다른 대안적인 실시예의 RFID 인레이의 상부도.
도13은 도10의 RFID 인레이의 하나의 특정 실시예의 단부도.
도14는 도10의 RFID 인레이의 또 다른 특정 실시예의 단부도.
도15는 본 발명을 따른 RFID 인레이를 포함하는 RFID 레벨의 측단면도.
도16은 본 발명을 따른 RFID 인레이를 포함하는 RFID 태그의 측단면도.
도17 및 도18은 본 발명에 따라서 RFID 인레이를 제조하는 방법의 각종 단계를 도시한 등각도.
도19는 본 발명에 따라서 RFID 인레이를 제조하는 방법의 각종 단계를 도시한 고레벨 흐름도.
도20은 본 발명의 제1 실시예의 용량-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도21은 본 발명의 제2 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도22는 본 발명의 제3 실시예의 용량성 커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도23은 본 발명의 제4 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도24는 본 발명의 제5 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도25A는 본 발명의 제6 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도25B는 본 발명의 제7 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도26은 본 발명의 제8 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도27은 본 발명의 제9 실시예의 용량성-커플링 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도28은 도26 및 도27의 인레이의 회로도.
도29는 도26 및 도27의 인레이의 또 다른 회로도.
도30은 도26 및 도27의 인레이의 용량성 커플링의 일 실시예의 부분의 경사 분해도.
도31은 본 발명을 따른 용량성 커플링의 또 다른 실시예의 평면도.
도32는 용량성 커플링에 사용될 수 있는 본 발명의 인터포저의 부분의 하부도.
도33은 도26 및 도27의 인레이의 또 다른 실시예의 용량성 커플링의 측 단면도.
도34는 본 발명을 따른 용량성 커플링의 또한 다른 실시예의 평면도.
도35는 상대적으로 두꺼운 유전체 패드를 갖는 도34의 용량성 커플링의 측 단면도.
도36은 상대적으로 얇은 유전체 패드를 갖는 도34의 용량성 커플링의 측 단면도.
도37은 인터포저 또는 스트랩의 칩 및 도전성 리드 간에 본 발명의 용량성 커플링의 측 단면도.
도38은 본 발명을 따른 인터포저 및 인쇄된 안테나 간을 결합시키는 일 실시예를 도시한 측 단면도.
도39는 본 발명을 따른 인터포저 및 인쇄된 안테나 간을 결합시키는 또 다른 실시예를 도시한 측 단면도.
도40은 본 발명의 또 다른 실시예의 RFID 인레이의 부분의 측 단면도.
도41은 본 발명의 또한 다른 실시예의 RFID 인레이의 측 단면도.
도42는 도40 및 도41의 인레이를 제조하는 단계를 도시한 고레벨 흐름도.
도43 및 도44는 가변 치수의 홀을 갖는 본 발명의 RFID 인레이의 일 실시예의 단면도.
도45 및 도46은 가변 치수 홀을 갖는 본 발명의 RFID 인레이의 또 다른 실시예의 단면도.
RFID 인레이-일반적인 고려사항들
개요적으로, 본 발명은 RFID 인레이의 부분들 모두를 동작적으로 결합시키는 구조 및 방법을 포함한다. 특히, 본 발명은 RFID 안테나 및 집적 회로 칩과 같은 칩을 포함하는 인터포저 간의 도전성 또는 용량성 접속부에 관계된다. 도전성 접속 부는 인터포저에 부착되는 도전성 범프를 포함할 수 있으며 및/또는 도전성 잉크 트레이스와 같은 도전성 트레이스를 포함할 수 있다. 용량성 접속부는 안테나 및 인터포저를 근접하게 배치하여 안테나 및 인터포저 간을 용량성 커플링시킨다. 용량성 및 도전성 접속부는 안테나 및 인터포저를 동작적으로 결합시키기 위하여 간편하며, 고속이고 효율적인 방식을 제공한다.
도3을 참조하면, RFID 태그 또는 라벨(100)은 접착되거나 그렇치 않다면 물체(101)에 결합된다. RFID 태그 또는 라벨(100)은 RFID 인레이(102) 및 프린트가능한 페이스탁(facestock)(103)을 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 RFID 인레이(102)는 다양한 능동 및 수동 RFID 장치를 포함할 수 있다.
지금부터 그리고 도4-6을 참조하여 RFID 인레이(102)의 부가적인 상세사항들이 도시된다. RFID 인레이(102)는 인레이 기판(104)을 포함하는데, 이 기판 위에 안테나(106)를 갖는다. 인레이 기판(104)은 임의의 다양한 적절한 재료일 수 있다. 인레이 기판(104)을 위한 적절한 재료는 가요성이고 롤 대 롤 고정에 사용하는데 적합한 재료를 포함할 수 있다. 인레이 기판(104)은 웹스탁 또는 시트스탁으로부터 분리되는 재료조각일 수 있다.
인레이 기판(104)에 적합한 재료의 예는 고 Tg 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아릴레이트, 폴리설폰, 노르보르넨 코폴리머, 폴리 페닐설폰, 폴리에테르이미드, 폴리에티렌아프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리카보네이트(PC), 페놀릭 수지, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리에테르에스테르, 폴리에테르아미드, 셀룰로우스 아세테이트, 알리파틱 폴리우레탄, 폴리아크릴니트 릴, 폴리트리플루오르에틸렌, 폴리비니이덴 플루오르화물, HDPE, 폴리(메틸 메타아크릴레이트), 사이클릭 또는 비사이클릭 폴리올레핀 또는 종이를 포함하지만 이로 제한되지 않는다.
안테나(106)는 임의의 다양한 적절한 구성들의 안테나일 수 있다. 안테나(106)는 금속성 재료와 같은 도전성 재료로 이루어질 수 있다. (본원에 사용된 바와 같은 용어 "도전성" 및 "비도전성"은 전기 도전성이라 칭한다). 안테나(106)는 임의의 다양한 방법으로 인레이 기판(104) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나(106)는 인쇄되거나 그렇치 않다면 인레이 기판(104) 상에 증착되는 도전성 잉크로부터 형성될 수 있다. 대안적으로, 안테나(106)는 기상 증착과 같은 공지된 다양한 적절한 증착 방법에 의해 인레이 기파(104) 상에 증착되는 금속으로부터 형성될 수 있다. 부가적인 대안으로서, 안테나(106)는 적절한 수단, 예를 들어 라미네이션 프로세스에서 적절한 접착제의 사용에 의해 기판(104)에 고착되는 안테나 재료의 웹의 부분일 수 있다. 다수의 안테나의 웹은 예를 들어, 구리, 은, 알루미늄 또는 다른 얇은 도전성 재료(가령 에칭되거나 호스트-스탬프된 금속 포일, 도전성 잉크, 스퍼터링된 금속 등)로부터 제조될 수 있다. 안테나의 웹은 필름, 코팅된 종이, 필름 및 종이의 라미네이션 또는 다른 적절한 기판일 수 있다. 또 다른 대안으로서, 안테나(104)는 예를 들어 공지된 리소그래피 프로세스를 사용하여 금속으로부터 금속의 선택적인 제거에 의해 형성될 수 있다. 다른 적절한 수단, 예를 들어, 전기도금이 인레이 기판(104) 상에 안테나(106)를 형성하는데 사용될 수 있다.
안테나(106)는 본원에서 인레이 기판(104) "상"에 있는 것으로서 설명된다. 이 설명은 안테나(106)가 인레이 기판(104) 내에 전체적으로 또는 부분적으로 있을 수 있다는 것이다.
RFID 인레이(102)는 또한 안테나(106)에 동작적으로 결합되는 인터포저(108)를 포함한다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 "인터포저"의 소자들은 집적 회로(IC) 칩, 칩에 대한 전기 커넥터, 및 이 전기 커넥터에 결합되는 인터포저 리드를 포함할 수 있다. 인터포저는 또한 자신의 다른 소자를 지지할 수 있는 인터포저 기판을 포함할 수 있고 전기 절연과 같은 다른 특성을 제공할 수 있다. 인터포저는 인터포저 리드가 IC 칩으로부터 신장될 때 신장된다. 인터포저는 가요성, 비가요성 또는 반가요성일 수 있다. 따라서, 인터포저(108)는 인터포저 리드(116)에 동작적으로 결합되는 칩 접촉부(114)를 갖는 칩(110)을 포함한다. 이 칩(10)은 "전자 소자"로서 본원에 언급되어 있다. 이 칩(110)은 예를 들어 신호를 수신 및/또는 송신하기 위하여 안테나와 적절하게 상호작용하는 임의의 다양한 적절한 전자 부품들일 수 있다.
인터포저 리드(116)는 금속 포일 또는 인쇄된 컨덕터로 이루어지는 바와 같은 전기적으로 도통하는 재료로 완전히 이루어질 수 있다. 대안적으로, 인터포저 리드(116)는 전기 절연 재료, 예를 들어 금속으로 코팅되는 플라스틱을 포함할 수 있다. 인터포저(108)는 인터포저 기판(118)을 포함할 수 있는데, 이 인터포저 리드(116)는 이에 부착되거나 그 위에 증착된다. 인터포저 기판(118)은 인터포저 리드(116) 및 안테나(104) 간의 전기 접촉을 방지할 수 있으며, 및/또는 인터포저 리드(116)를 기계적으로 지지하도록 사용될 수 있다. 인터포저 기판(118)은 임의의 다양한 적절한 재료, 예를 들어, PET, 폴리프로필렌 또는 다른 폴리올레핀, 폴리카보네이트 또는 폴리설폰과 같은 적절한 가요성 중합체 재료로 이루어질 수 있다.
다양한 인터포저 구성은 안테나(106)에 결합시키는데 이용가능하다는 것을 인지할 것이다. 예로서 Alien 기술로부터 입수가능한 RFID 인터포저 및 Philips Electronics로부터 입수가능한 I-CONNECT라는 상표명으로 판매되고 있는 인터포저를 들 수 있다.
인레이의 도전성 커플링
특정 인레이 실시예에서, 인터포저 리드(116)는 도전성 접속부(120)를 통해서 안테나(106)에 동작적으로 결합된다. 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 도전성 접속부(120)는 인터포저 리드(116) 상에 도전성 범프(124)를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 도전성 접속부(120)는 도전성 잉크 트레이스와 같은 도전성 트레이스를 포함하여, 인터포저 리드 및 인테나(106)를 결합시킨다. 이와 같은 도전성 트레이스는 다른 실시예와 관련하여 설명된다.
도전성 범프(124)는 인터포저(112)를 안테나(106) 및/또는 인레이 기판(104)에 동작적인 접속을 용이하게 한다. 도전성 범프(124)는 인터포저 리드(116)를 안테나(106)에 전기적으로 결합시키는데 사용된다.
도전성 범프(124)는 적절한 금속과 같은 다양한 도전성 중 임의의 재료일 수 있다. 도전성 범프를 제조하는데 사용되는 금속의 예로서 금, 니켈 및 팔라듐을 들 수 있다. 게다가, 도전성 범프(124)는 다수의 작은 하드 입자를 포함하여 메이팅 접촉 표면(안테나 (106))을 관통시키는 다수의 샤프한 포인트를 제공한다. 적절한 작고 단단한 입자의 예는 다이아몬드 더스트(dust)와 같은 다이아몬드 입자이다.
예시적인 프로세스에서, 도전성 범프(124)는 인터포저 리드(116)의 표면상으로 하드 입자를 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 니켈 전기도금 프로세스는 하드 입자를 증착시키는데 사용될 수 있다. 전기도금 프로세스에서, 하드 입자 및 접촉 표면은 니켈에서 캡슐화된다. 필요한 경우, 포토레지스트는 전기도금 동안 인터포저(112)의 부분을 마스킹하는 표준 리소그래픽 수단을 사용하여 마스크로서 사용되어 도전성 범프(124)를 형성한다. 그 후, 니켈은 예를 들어 금과 같은 또 다른 재료와 중첩되어 부식 방지 표면을 제공한다. 하드 입자의 존재는 도전성 범프(124)의 표면 밖으로 신장하는 많은 수의 샤프 포인트(130)를 갖는 도전성 범프(124)를 구성한다. 안테나(126)와 접촉할 때, 샤프 포인트는 안테나의 재료 내로 및/또는 알루미늄 또는 구리 산화막과 같은 산화막을 관통하여, 안테나(106)의 표면을 코팅한다. 따라서, 인터포저 리드(116) 및 안테나(106) 간의 전기 접속부가 성취된다.
샤프 포인트(130)는 도전성 범프(124) 및 안테나(106) 간의 범프-안테나 접착제(134)를 통해서 신장될 수 있다. 범프-안테나 접착제(134)는 비도전성 접착제, 등방성 도전성 접착제 또는 비등방성 도전성 접착제일 수 있다. 범프-안테나 접착제(134)는 UV-경화된 접착제 또는 열경화성 접착제일 수 있다. 도전성 범프(124) 각각은 약 5 내지 25 미크론(약 0.0002 내지 0.001 인치)의 높이를 가질 수 있다. 인터포저 기판(118)은 약 0.0005 인치 내지 약 0.007 인치의 두께를 가질 수 있다.
상술된 바와 같은 도전성 범프(124)의 형성은 예를 들어 콜로라도의 덴버에 소재하는 NanoPierce Technologies사에 판매되는 WAFERPIERCE 기술을 이용함으로써 성취될 수 있다. 이와 같은 기술은 본원에 참조된 PCT 공개 WO 02/25825에 더욱 상세하게 설명되어 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 인터포저 리드(116)는 하나 또는 두 개의 측 상에 도전성 층들을 갖는 유전체 재료를 포함할 수 있다. 이와 같은 인터포저 리드에 대해서, 유전체 재료에서 도전성 재료 충전된 홀은 칩 접촉부(114) 및 도전성 범프(124)를 동작적으로 결합시키는데 사용될 수 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 인터포저(112)는 범프-안테나 접착제(134) 및/또는 인터포저-기판 접착제(136)를 통해서 안테나(106)에 및/또는 인레이 기판(104)에 부착될 수 있다. 상술된 바와 같이, 범프-안테나 접착제(134)는 도전성 접착제 또는 압력 감응 접착제 또는 에폭시 접착제와 같은 비도전성 접착제일 수 있다. 인터포저-기판 접착제(136)는 안테나(106)의 각종 부품들 간에 바람직하지 않은 전기 접속을 방지하기 위한 비도전성 접착제일 수 있다.
게다가, 상술된 바와 같이 그리고 도7에 도시된 바와 같이, 인터포저 기판(118)은 생략될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 비도전성 인터포저 기판 접착제(134)는 또한 안테나(106) 및 인터포저 리드(116)의 범프된 부품들 간에 바람직하지 않은 접촉을 방지할 수 있다.
또 다른 대안으로서, 도8에 도시된 바와 같이, 접착제(134 및 136) 둘 다는 생략되며, 도전성 범프(124)는 안테나(106)에 비접착제로 고착된다. 예를 들어, 도전성 범프(124)는 가령 레이저 용접 또는 초음파 용접에 의해 안테나(106)에 용접 될 수 있다.
도면에 도시된 안테나(106)는 칩(110) 및 인터포저(112)가 결합될 수 있는 광범위의 다양한 안테나 구성의 단지 한 가지 예라는 것을 인지할 것이다. 칩(1110) 및 인터포저(112)를 대안적인 안테나 구성(106' 및 106")에 접속시키는 것이 도9 및 도10 각각에 도시된다.
인터포저 리드(116)를 사용함으로써, 칩 접촉부(114)를 안테나(106)에 직접 접속시키는 대신에, 접속을 위한 더 큰 표면을 갖는 인터포저로 인해 배치 허용오차는 크게될 수 있고 이로 인한 칩 접촉부(114)보다 배치시 에러에 대한 허용오차가 더 크게될 수 있다. 게다가, 도전성 범프(124)는 인터포저 리드(116)를 안테나(106)에 직접 결합시키는 이전 방법과 비교할 때 이점들을 제공한다. 도전성 범프(124)를 이용하면 인터포저를 안테나에 접착제 결합을 경화시키는데 필요로 되는 시간을 감소시킬 수 있다. 이는 도전성 범프가 범프 안테나 접착제(134)로서 비도전성 접착제를 사용하도록 하고 비도전성 접착제는 도전성 접착제와 비교될 때 더 짧은 경화 시간을 가질 수 있다. 게다가, 도전성 접착제와 비교하면, 비도전성 접착제는 작업을 더욱 용이하게 하고, 저장 수명을 더욱 길게하고, 비용이 덜 들게할 수 있다. 도전성 범프(124)의 사용에 의해, 접착제(134)를 경화시키는 시간은 2초 미만으로 감소될 수 있는데, 이는 종래 기술의 프로세스를 이용하여 인터포저 리드를 안테나에 결합시키는데 필요로 되는 20초를 초과한 것과 비교될 수 있다. 게다가, 범프-안테나 접착제(134)의 경화는 예를 들어 자외선 경화를 이용함으로써 압력을 인가함이 없이 성취될 수 있다.
게다가, 도전성 범프(124) 상의 샤프 포인트(130)는 인터포저 리드(116)의 완만한 하측(undersides)과 비교할 때 힘이 덜 필요로 하지만 안테나(106)와 더욱 양호하게 접속되도록 한다. 샤프 포인트(130)는 안테나(106) 및/또는 인레이 기판(104)에 대해서 인터포저(112)의 임의의 하방향 힘을 집중시키도록 작용하여, 도전성 범프(124) 및 안테나(106) 간의 양호한 전기 접속을 용이하게 한다.
도11은 인터포저(112) 및 이의 칩(110)이 인레이 기판(104)에서 디플레이션(150) 내에 배치되는 대안적인 구성을 도시한 것이다. 인터포저(112)는 유체 자체-어셈블리 또는 다른 적절한 프로세스를 이용하여 디프레션(150)에 배치될 수 있다. 인터포저(112)를 디프레션(150)에 배치한 후, 안테나(106)는 도전성 범프(124)와 접촉하는 인레이 기판(104) 상에 형성 또는 배치된다.
도12 내지 도14는 RFID 인레이(102)의 다른 실시예들을 도시한다. 도12 내지 도14에 도시된 실시예 모두는 인터포저 리드(116) 상의 범프를 통해서 접속하는 것이외에 또는 대안으로서 인터포저 리드(116)를 안테나(106)에 전기적으로 결합시키는 도전성 트레이스(160)를 포함한다. 도12는 도전성 트레이스(160)를 갖는 RFID 인레이(102)의 일반적화된 구성을 도시하지만, 도13 및 도14는 이와 같은 인레이의 특정 실시예를 도시한다. 도13은 도전성 범프(124)를 통해서 접속하는 것 이외에 안테나(106) 및 인터포저 리드(116) 간을 접속시키는 도전성 트레이스(160)를 도시한다. 도14는 인터포저 리드(116) 및 안테나(106)를 결합시키는 대안적인 수단으로서 도전성 트레이스(160)를 도시한다. 도14의 구성에서, 비도전성 접착제(162), 예를 들어, 압력 감응 접착제(PSA)는 인터포저 리드(116) 및 안테나(106) 간에 사용 된다. 비도전성 접착제(162)는 인터포저(116) 및 안테나(106) 간을 결합시키는 더 많은 카테고리를 나타낸다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 인터포저(116) 및 안테나(106) 간의 부착은 열가소성 용접 또는 초음파 용접에 의해 성취될 수 있다.
도전성 트레이스(160)는 원하는 면적에서 도전성 에폭시로서 분배되는 은 잉크와 같은 도전성 잉크를 인쇄함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 도전성 트레이는 도전성 접착제를 포함할 수 있다.
도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 도전성 트레이스(160)는 인터포저 리드(116)의 최상부 표면(164) 및 측 표면(166) 둘 다와 접촉할 수 있다. 대안적으로, 도전성 트레이스(160)는 표면들(164 및 166) 중 단지 한 표면과 접촉할 수 있다.
도전성 트레이로 RFID 인레이를 만드는 제조 공정은 인레이 기판 재료 상에 안테나를 형성하기 위한 단계 및 인터포저를 인레이 기판 및 안테나에 부착시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 후, 도전성 트레이스는 RFID 인레이 상에 증착되어 인터포저 리드 및 안테나를 결합시킨다. 상술된 바와 같이, 도전성 트레이스는 도전성 잉크의 인쇄에 의해 형성될 수 있다. 인쇄는 스크린 인쇄, 잉크 젯 인쇄 또는 그라비어 인쇄와 같은 다양한 적절한 인쇄 기술 중 임의의 한 기술을 포함할 수 있다. 다른 적절한 방법은 도전성 트레이스를 형성하기 위하여 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 기상 증착 방법 또는 스퍼터링과 같은 방법이 사용될 수 있다.
RFID 태그 및 라벨
상술된 바와 같은 도전적으로 결합된 인레이 및 후술되는 용량적으로 결합된 인레이 둘 다에서, RFID 태그 및 라벨(100)은 인레이(102) 이외에 다른 층을 포함할 수 있다. RFID 태그 및 라벨(100)은 RFID 인레이 스탁을 지원하고 보호하도록 및/또는 특정 애플리케이션을 위한 사용가능한 폼 팩터 및 표면 특성(예를 들어, 인쇄성, 접착성 앵커리지, 내후성, 쿠션 등)을 제공하도록 사용되는 선택된 웹 또는 시트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도1에 도시된 페이스스탁(103)과 같은 인쇄를 실행하기 위한 적절한 최상부 웹 또는 페이스스탁 층이 사용될 수 있다. 페이스스탁을 위한 적절한 재료는 금속 포일, 폴리머 막, 종이, 텍스타일, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 텍스타일은 천연 또는 합성 섬유로 이루어진 직조 및 비직조 섬유를 포함한다. 이 재료는 단층 종이 또는 막일 수 있거나 이들은 다층 구성일 수 있다. 다층 구성 또는 다층 폴리머 막은 공압출, 라미네이션 또는 다른 프로세스에 의해 결합될 수 있는 2개 이상의 층을 가질 수 있다. 이와 같은 다층 구성 또는 다층 중합체 막의 층은 동일한 조성 및/또는 크기를 가질 수 있거나 상이한 조성 또는 크기를 가질 수 있다.
도15에 도시된 바와 같이, 인레이(102)는 물체에 접착제로 접착되는 RFID 라벨(100')의 부분일 수 있다. 페이스스탁(103) 이외에, RFID 라벨(100')은 이를 물체(101)에 접착시키기 위한 접착층(170)을 갖는다. 게다가, 라벨(100')은 인레이(102) 및 접착층(170) 간의 보호층(172)을 가질 수 있다. RFID 라벨(100')은 또한 페이스스탁(103)을 인레이(102) 및/또는 보호층(172)에 결합시키는 접착층과 같은 다른 층을 가질 수 있다.
광범위의 다양한 적절한 접착제는 RFID 라벨(100')의 각종 부품들에 사용될 수 있다. 예를 들어, 적절한 범용 영구적인 압력-감응 접착제 또는 라미네이팅 접착제가 사용될 수 있다. 광범위의 다양한 영구적인 압력 감응 접착제는 종래 기술에 널리 공지되어 있다. 압력-감응 접착제는 아크릴 및 탄성중합체 압력 감응 접착제와 같은 임의 수의 다양한 유형의 접착제 중 하나일 수 있다. 페이스스탁(103)은 레이저 프린터와 같은 고열을 발생시키는 프린터에서 인쇄되면, 접착제는 본원에 참조된 Avery Dennison의 미국 특허 제 4,898,323에 서술된 바와 같이 안정한 온도가 되도록 될 수 있다.
부가적인 대안으로서, 물 활성화된 접착제, 열 활성화된 접착제, 종래 기술에 공지된 이외 다른 유형이 접착제는 RFID 라벨(100')을 물체에 접착시키는데 사용될 수 있다. 최하부 접착층은 사용자가 프린터에서 라벨의 앞과 뒤 둘 다에 인쇄하길 원하는 상황에서 사용하기 위하여 종이 또는 코팅된 폴리머와 같은 인쇄가능한 재료일 수 있다. 라벨의 접착 표면은 라벨의 전체 최하부를 커버하는 접착제플 포함할 수 있거나 종래 기술에 공지된 바와 같이 패턴으로 코팅될 수 있다. 이 접착제는 라벨이 도포된 후 기판으로부터 제거될 수 있도록 제거될 수 있는 종류일 수 있거나, 이 접착제는 기판에 라벨을 영구적으로 접착시키기 위한 영구적인 접착제 유형일 수 있다. 대안적으로, 이 접착제는 재위치될 수 있는데, 그 결과 이 라벨은 초기에 EVH된 후 기판 상에 재위치될 수 있다.
비접착 수단은 도16에 도시된 바와 같이 대안적으로 RFID 태그 (100")를 물체(101)에 고착시키도록 사용된다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어 옷 상에 사용 되는 양면 태그의 경우에, 홀은 태그(100")의 한 단부에 펀칭될 수 있고 플라스틱 패스너, 스트링 또는 다른 패슨닝 수단은 홀을 통해서 삽입된다. RFID 태그(100")는 RFID 인레이(102)의 양면 상에 페이스스탁(103 및 103')을 가져 RFID 태그(100")의 양면을 인쇄하도록 한다.
라벨 또는 태그의 층은 접착제 이외의 수단에 의해 모두 결합될 수 있다. 예를 들어, 집적 회로는 핫 멜트 수지 또는 다른 물질로 적절하게 유지될 수 있는데, 이들은 또한 접착제로서 작용할 수 있다. 그 후, 수지는 접착층의 위치를 취할 수 있다. 층들은 또한 예를 들어 초음파 용접에 의해 모두 접착될 수 있다.
대안적으로, 라벨은 라벨(또는 태그)가 소잉, 용접, 열 접착, 또는 태그 또는 라벨 기술에 공지된 이외 다른 임의의 고정 수단을 포함할 수 있는 다른 수단에 의해 기판에 부착될 때 결코 하측 상에 접착되지 않도록 한다.
본 발명을 따른 물품들은 예를 들어 수화물 라벨 또는 태그, 세탁물 라벨 또는 태그, 도서 물품들을 분류하기 위한 라벨 또는 태그, 의류 제품을 식별하기 위한 라벨 또는 태그, 우편물을 식별하기 위한 라벨 또는 태그, 의료품을 식별하기 위한 라벨 또는 태그, 또는 수송 티켓용 라벨 또는 태그일 수 있다.
RFID 라벨 또는 태그는 하나 이상의 RFID 칩을 가질 수 있다. RFID 칩은 로우, 칼럼 또는 매트릭스로 배열될 수 있고 서로에 전기적으로 상호접속될 수 있다.
또 다른 대안으로서, 라벨 또는 태그는 RFID 칩 이외의 전기 및/또는 전자 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들어, RFID 라벨 또는 태그는 센서, MEMS, 또는 다른 유형의 부품을 포함할 수 있다. 이 부품들은 회로를 형성하기 위하여 전기적으 로 상호접속된다. 사용될 전기 및/또는 전자 부품들의 유형은 당업자에 의해 선택될 수 있고 라벨 또는 태그의 사용을 따른다. 롤 형태로 RFID 인레이로 인터포저를 통합시키는 롤-대-롤 제조 프로세스의 부가적인 상세사항은 본원에 참조된 발명의 명칭이 "RFID Label Technique"인 Avery Dennison의 미국 특허 출원 공개 2003/0316503에 설명된다.
제조 방법
인레이를 제조하는 방법의 이하의 설명은 상술된 도전적으로 결합된 인레이 및 후술되는 용량적으로 결합된 인레이 둘 다에 적용된다. 상술된 바와 같이, RFID 인레이(102)는 롤-대-롤 프로세스를 사용하여 어셈블될 수 있다. 즉, 이 프로세스로의 입력은 각종 층의 재료의 큰 롤 및 RFID 인레이(102)의 적어도 일부의 구조를 포함할 수 있다. 상술된 RFID 태그 또는 라벨의 제조시 사용될 수 있는 일부 방법의 예가 다음에 설명된다.
도17은 안테나(510)가 인쇄되거나 그렇치 않다면 형성되는 RFID 인레이 기판 재료의 웹(50)을 도시한다. 안테나가 웹상에 있다면, 개별적인 인터포저(520)는 도18에 도시된 바와 같이 안테나에 고정된다. 한 가지 방식에서, 인터포저(520)는 진공에 의해 앤빌(530)에 대해 지지된다. 인터포저(520)는 안테나(510)를 위한 적절한 접촉부(525)상에 증착된다.
상술된 바와 같이, 인터포저(520)의 리드는 비도전성 접착제와 같은 접착제에 의해 안테나(510)에 고정된다. 이 접착제는 (540)으로 적절하게 표시된 바와 같이 UV 방사, 열 및/또는 압력에 의해 경화될 수 있다.
도19는 이와 같은 롤을 이용하여 RFID를 제조하는 방법(600)에서 단계들을 도시한 고레벨 블록도이다. 단계(604)에서, RFID 인레이 기판 재료의 롤은 인쇄를 위하여 감겨지지 않는다. 단계(610)에서 안테나는 라벨의 원하는 피치에 대응하는 피치로 RFID 인레이 기판 재료 상에 인쇄되거나 그렇치 않다면 형성된다. 그 후, 단계(612)에서, RFID 칩을 지지하는 인터포저는 안테나 상에 또는 이와 접촉하여 배치된다. 최종적으로, 개별적인 인레이는 단계(616)에서 웹으로부터 절단되거나 분리된다. 이 절단은 레이저 절단, 천공, 슬릿, 펀칭 또는 특정 형상 및 크기로 스크라이브될 수 있는 다른 공지된 수단과 같은 종래 기술에서 다이 절단 또는 다른 절단 방법에 의해 성취될 수 있다.
RFID 칩을 지지하는 인터포저를 배치하는 상술한 방법에 대한 대안으로서, 인터포저는 픽 앤 플레이스(pick and place) 동작을 이용하여 배치될 수 있다. 인터포저는 인터포저 기판 재료의 웹 또는 시트 상에 형성되고 가령 절단에 의해 웹 또는 시트로부터 분리될 수 있다. 그 후,인터포저는 픽 앤 플레이스 동작을 사용하여 RFID 인레이 스탁으로 통합될 수 있다.
픽 앤 플레이스 동작은 라벨과 정렬하여 원하는 위치로 이동시키면서 작은 전자 블록을 지지하는 인터포저를 붙잡도록 하는 기계적 및/또는 진공 그립을 포함포함할 수 있는 픽 앤 플레이스 장치에 의해 수행될 수 있다. 광범위의 다양한 적절한 픽 앤 플레이스 장치가 널리 공지되어 있다는 것을 인지할 것이다. 이와 같은 장치의 예들은 본원에 참조된 미국 특허 6,145,901 및 5,564,888 뿐만 아니라 이들 특허에 논의된 종래 기술의 장치이다.
대안적으로, 로터리 플레이서(rotary placers)는 라벨 상에 인터포저를 배치하도록 사용될 수 있다. 이와 같은 장치의 예는 본원에 참조된 미국 특허 5,153,983에 서술된다.
RFID 칩의 집적 회로는 RFID 마이크로전자 스탁 내의 리세스에 마찰적으로 끼워지거나 이들은 접착제 및/또는 땜납을 사용함으로써 그 내에 고착될 수 있다. 안테나에 접속될 RFID 칩 및 회로 간의 전기 접속부는 와이어 본딩, 리본 본딩, 테이프 자동 본딩, 리딩 프레임, 플립 칩 본딩, 및/또는 리드의 도전성 글루잉에 의해 행해질 수 있다.
인터포저 기판의 일부로서 웰에 RFID 칩을 끼워맞추거나 결합시키는 대안으로서, 칩은 인터포저 기판의 최상부상에 고정되거나 그렇치 않다면 기판에 또는 그 상에 결합될 수 있다. 예를 들어, RFID IC는 "플립 칩" 유형일 수 있는데, 여기서 다이는 노출된 접촉부 또는 다이상의 패드가 자신들 위에 범프를 갖도록 제조된다. 통상적인 플립 칩 패키징에서, 다이는 플립오버되고 IC를 포함한 회로에 전기 접촉부를 제공하는 리드에 직접 접촉된다. "플립 칩" 기술을 이용하는 RFID 태그 및 라벨 구성은 예를 들어 독일 드레스덴에 소재하는 KSW Microtec GmBH로부터 입수할 수 있다.
본 발명과 호환될 수 있는 IC 패키징 기술의 또 다른 예로서, 본 발명의 제조 방법은 "리드 프레임" 웹과 함께 사용될 수 있다. 이 실시예에서, IC는 반도체 칩과 직접 접촉하기 위한 통상적으로 패드 또는 플래그라 칭하는 상대적으로 큰 면적 부분 및 중간(예를 들어, 점퍼) 접속부를 통해서 칩 또는 다이를 안테나에 전기 적인 상호접속을 용이하게 하는 리드 소자를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 인터포저는 가요성 웹 스탁 또는 시트 스탁의 형태의 인터포저 기판 상에서 대량 제조된다. 본원에서, "RFID 웹 스탁" 및 "RFID 시트스탁"은 칩 및 관련된 커넥터 및 인터포저 리드가 임베드되거나 부착된 중합체 막과 같은 가요성 웹스탁 또는 시트스탁이라 칭한다. RFID 칩을 포함하는 일련의 인터포저 및 안테나에 부착될 회로는 예를 들어, 어레이 내 인터포저 기판 상에 형성되고 나서, 개별적인 인터포저는 가령 다이-절단에 의해 기판으로부터 분리되거나 절단된다. Avery Dennison의 미국 특허 출원 공개 2003/0136503의 제조 프로세스는 인터포저의 "인덱싱"을 포함한다. RFID 웹 스탁을 인터포저 및/또는 개별적인 인터포저의 레인으로 절단한 후, 인터포저의 간격은 안테나 웹 상에 배열되는 안테나에 인터포저를 부착시키기 전 다운-웹 방향, 크로스-웹 방향 또는 이들 두 방향에서 증가된다.
도11에 도시되고 상술된 본 발명의 일 실시예에서, RFID 인레이를 제조하는 초기 단계는 본원에서 때때로 "리셉터 필름"이라 칭하는 중합체 필름 기판에서 리셉터 웰 또는 홀을 형성하는 단계를 포함한다. 이와 같은 실시예에서, 중합체 필름 기판은 발명의 명칭이 "Method of Making a Flexible Substrate Containing Self-assembling Microstructures"인 미국 특허 출원 2003/0232174에 설명된 중합체 막의 부류로부터 선택된 재료이다. 리셉터 홀은 '281 특허 출원에 설명된 정확한 연속적인 엠보싱 프로세스를 이용하여 이 기판 필름에서 형성된다. 리셉터를 형성하기 위한 이들 중합체 재료들 및 바람직한 프로세스는 후술된다. 대안적으로, 중합 체 막 기판은 PCT 국제 출원 WO 00/55916과 같은 Alien Technology Corpration의 특허 출원에서 설명된 중합체 재료로부터 선택될 수 있다. Aliens의 특허 공개에 설명된 바와 같은 폴리머 필름 기판 내의 마이크로구조 리셉터 웰 또는 홀을 형성하기 위한 대안적인 기술은 예를 들어 스탬핑 및 사출 성형을 포함한다.
중합체 막은 캘리포니아 소재하는 Morgan Hill의 Alien Technology Corporation에 의해 개발된 바와 같은 FSA(Fluidic Self-Assembly)(FSA) 프로세스를 통해서 얇은 전자 부품 칩으로 채워지는 웰을 포함한다. 그 후, 평활화 층은 충전된 웰의 최상부상에 코팅된다. 평활화의 목적은 여전히 존재할 수 있는 임의의 갭들을 채우며, 비아들의 에칭과 같은 나중 프로세스를 위한 스무드한 플랫 표면을 제공하며, 마이크로전자 블록 소자들(즉, 칩)이 부가 처리 단계 동안 기판 상의 리세스 내의 위치에 유지되며, 라미네이트를 위한 기계적 무결성을 제공하기 위한 것이다. 그 후, "비아들"은 에칭 기술로 생성된다. 그 후, 비아들은 알루미늄으로 코팅되어 전자 접속부를 위한 칩의 대향 측 상에 한쌍의 패드를 형성한다. 상술된 바와 같이, 이 프로세스의 이 단계에서 중합체 필름 웹은 본원에서 RFID 웹 스탁이라 칭한다.
인레이의 용량성 커플링
인터포저 리드 및 안테나 간의 직접 전기적인 결합에 대한 대안으로서 용량성 또는 반응성 커플링은 인터포저 리드 및 안테나의 중첩된 영역들 모두를 결합시키는데 사용될 수 있다. 또 다른 방법으로, 무선파와 같은 신호는 어셈블리 프로세스의 부분으로서 고유하게 생성되는 비직접 결합 메커니즘에 의해 인터포저 리드 및 안테나 소자의 중첩 영역 간에 결합될 수 있다. 비직접 결합은 인터포저 리드 및 안테나에 의해 발생되는 전계간의 반응 및 상호작용을 포함한다는 점에서 "반응성 커플링"이라 칭할 수 있다.
용량성 또는 반응성 커플링에 대해서 본원은 주로 용량성 또는 반응성 커플링이라 칭한다. 주로 용량성인 커플링은 또한 2차 결합 메커니즘으로서 일부 유도성 커플링을 포함할 수 있다는 것을 인지할 것이다. 역으로, 주로 용량성 커플링은 또한 일부 용량성 커플링을 포함할 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같은 용어로서 용량성 커플링은 또한 일차적으로 전기적 결합의 유형이 아닐지라도 일부 직접 도전성 커플링을 포함할 수 있다.
도20은 RFID 인레이(702)를 포함하는 RFID 장치(700)의 일 실시예를 도시한 것이다. RFID 장치는 기판(704)를 포함하는데, 이 기판 위에는 안테나(706)가 있다. 이 기판(704) 및 안테나(706)는 상술된 인레이 기판(104) 및 안테나(106)(도1)과 유사할 수 있다. 상술된 인터포저(108)(도1)와 유사할 수 있는 인터포저(708)는 인터포저 리드(716)에 전기적으로 결합되는 칩(710)을 포함한다. 인터포저(708)는 인터포저 리드(716)에 부착되는 인터포저 기판(718)를 포함한다. 인터포저(708)는 안테나(706)에 용량적으로 결합된다.
RFID 장치(700)는 또는 여러 다른 층; 라벨 페이스스탁(720), 접착층(722), 및 안테나(706)와 인터포저(708) 간의 유전층(724)를 갖는다. 라벨 페이스스탁(720)은 RFID 장치(700)를 위한 인쇄가능한 표면을 제공하고 손상 또는 오염으로부터 RFID 장치(700)의 내부 부품을 보호하도록 하는 작용을 할 수 있다. 라벨 페 이스스탁(720)은 인쇄가능한 또는 비인쇄가능한 재료일 수 있고 임의의 다양한 널리 공지된 적절한 재료를 포함할 수 있다. 접착층(722)은 인터포저(708)를 라벨 페이스스탁(720)에 접속하도록 사용된다. 예를 들어, 인터포저 기판(718)은 접착층(722)을 사용함으로써 페이스스탁 층(720)에 부착될 수 있다. 게다가, 접착층(722)은 라벨 페이스스탁(720)을 기판(704)에 접착시키며, RFID 장치(700)의 부품들 모두를 유지시키고 라벨 페이스스탁(720) 및 기판(704) 내에 RFID 장치(700)의 내부 부품들을 밀봉하도록 사용될 수 있다. 접착층(722)은 적절한 압력 감응 접착제일 수 있다.
유전층(724)은 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간에 직접 도전성 접촉을 방지할 수 있다. 대신, 인터포저 리드(716) 및 안테나(706)는 인터비닝 유전층(724)을 통해서 모두 용량적으로 결합된다. 유전층(724)은 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간의 적절한 반복가능한 용량성 커플링을 제공하도록 구성될 수 있다. 유전층(724)은 인터포저(708)에 결합되고 수용될 안테나(706)의 일부 상에 인쇄되거나 그렇치 않다면 배치된다.
유전층(724)를 위한 적절한 재료는 Acheson으로 입수가능한 ELECTRODAG 1015인 UV-경화가능한 유전 재료이다. 그러나, 광범위의 다양한 적절한 재료가 대신 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 유전층(724)은 약 5 미크론 내지 약 25 미크론의 두께를 가질 수 있다.
인터포저(708)는 예를 들어 픽-앤-플레이스 동작에 의해 접착층(722) 상에 적절한 위치에 배치될 수 있다. 라벨 페이스스탁(720) 및 기판(704)는 적절한 라미 네이션 동작에 의해 모두 가압되어 이들을 모두 접착제(7220)에 접착시킨다.
많은 변화가 가능하다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 유전층(724)를 생략하는 것이 가능할 수 있다. 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간의 지엽적인 접촉은 이들 간의 도전성 커플링을 허용하는데 불충분함으로, 이 결과의 장치(심지어 유전층(724) 없이)는 용량적으로 결합된 장치가 될 수 있다.
도21은 인터포저(708) 및 유전층(724) 간의 부가적인 접착층(730)과 더불어 도20에 도시된 구성에 대한 또 다른 변화를 도시한다. 부가적인 접착층(730)은 인터포저(708) 및 유전층(724)를 접착시키는 것을 지원한다.
도22는 기판(704)의 일부가 안테나(706) 및 인터포저(708) 간의 유전 재료가 되도록 기판(704)의 이면 상의 안테나(706)와 함께 RFID 장치(700)의 또 다른 실시예를 도시한다. 따라서, 인터포저 리드(716) 및 안테나(706)는 기판(704)에 걸쳐서 용량적으로 결합된다. 부가적인 층은 안테나(706)를 커버하도록 사용되며 및/또는 RFID 장치(700)를 물체에 접착시키도록 사용될 수 있다. 게다가, 접착제 층은 부가적인 접착 층(730)과 유사한 인터포저(708) 및 기판(704) 간에 부가될 수 있다.
지금부터 도23을 참조하면, 유전층(724) 자체는 예를 들어 압력 감응 접착제를 포함한 비도전성 접착층(734)일 수 있다. 적절한 비도전성 접착층은 다른 실시예와 관려하여 상술되었다. 인터포저(708)는 페이스-업 구성(인터포저 리드(716)는 안테나(706)로부터 벗어남) 또는 페이스-다운 구성(인터포저 리드(716)는 안테나(706)로부터 더욱 밀접)에서 접착층(734)에 고착될 수 있다.
도24는 안테나(706)가 라벨 페이스스탁(720)에 결합되는 RFID 장치(700)의 또 다른 실시예를 도시한다. 안테나(706) 상의 유전층(724)은 인쇄된 비도전성 막, 양면 상에 압력-감응 접착제로 코팅된 테이프 또는 간단한 압력 감응 접착제의 층과 같은 임의의 다양한 유형의 층일 수 있다.
인터포저(708)는 릴리스 라이너(744)에 의해 지지되고 커버되는 접착층(740)에 접착된다. 릴리스 라이너(744)는 밑에 놓이는 접착층(740)을 드러내도록 풀 오프될 수 있는 적절한 실리콘-코팅된 재료일 수 있다.
도24에 도시된 RFID 장치(700)는 라벨 페이스스탁(720) 상에 안테나(706)를 인쇄하고나서, 유전층(724)을 갖는 안테나(706)의 적어도 일부를 인쇄하거나 그렇치않다면 코팅함으로써 제조될 수 있다. 픽-또는-플레이스 동작 또는 다른 동작은 접착층(740) 상에 인터포저(708)를 배치하도록 사용된다. 그리고 나서, RFID 장치(700)의 2부분들은 모두 라미네이트되어, RFID 장치(700)를 형성하다. 라미네이션 다음, RFID 장치는 릴리스 라이너(744)를 제거하고 접착층(740)을 물체상으로 가압함으로써 물체에 접착될 수 있다.
도25A는 안테나(706)에 대한 인터포저(708)를 고착시키기 위하여 사용되는 라벨 페이스스탁(720) 상의 접착층(722)과 함께 RFID 장치(700)의 부가적인 실시예를 도시한다. 인터포저(708)는 인터포저 기판(718)이 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간에 있도록 페이스-업 구성이다. 따라서, 인터포저 리드(716) 및 안테나(706)는 유전체 인터포저 기판(706)에 걸쳐서 모두 용량적으로 결합된다.
RFID 장치(700)를 위한 용량성 커플링 구성이 가능하다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간에 일부 접촉이 있을 수 있 지만, 인터포저 리드(716) 및 안테나(706) 간의 도전성 커플링을 허용하도록 불충분하게 접촉한다.
많은 상기 실시예는 각종 적절한 방식으로 모두 결합될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 다수의 인터포저 또는 인터포저들은 단일 안테나에 용량적으로 결합될 수 있다. 인터포저 중 하나는 도23에 도시된 바와 같은 안테나에 결합되는 안테나와 동일한 안테나 기판 측 상에 있을 수 있다. 다수의 인터포저를 사용하는 이와 같은 구성은 도25B에 도시되는데, 여기서 인터포저(708 및 758)는 인터포저 기판(718)의 대향 측 상에 동일한 안테나(706)에 결합된다.
도26 및 도27은 용량 커플링(804)를 각각 지닌 인레이(802)를 갖는 RFID 장치(800)의 2가지 다른 유형을 도시한다. 이 장치(800) 각각에서, 용량성 커플링(804)부는 안테나(808), 인터포저의 도전성 인터포저 리드(810) 또는 인터포저(812) 간에 위치되는 유전층 또는 패드(806)에 걸쳐서 이루어진다. 도전성 리드(810)는 다른 실시예와 관련하여 상술된 칩과 유사할 수 있는 칩(820)의 접촉부에 결합된다. 이 실시예 각각에서, 안테나(808)는 적절한 기판(822)에 (이 위에 형성)결합된다.
도26에 도시된 실시예에서, 칩(820)은 "칩 업" 구성인데, 칩(820)은 안테나 기판(822)로부터 벗어나서 인터포저 리드(810)의 측에 결합된다. 도27에 도시된 실시예에서, 다른 한편으론, 칩(820)은 "플립 칩" 또는 "칩 다운" 구성이며, 이 칩(820)은 유전체 패드(806) 사이에 있다.
유전체 패드(806)는 도전성 인터포저 리드를 안테나(808)에 부착 및 용량적 으로 결합시키기 위한 임의의 다양한 적절한 유전체 재료일 수 있다. 적절한 유전체 재료의 광범위한 카테고리는 압력 감응 접착제와 같은 유전성 접착제 및 비도전성 폴리머를 포함한다. 유전 접착제는 칩을 부착시키기 위하여 과거에 사용되었던 도전성 접착제에 비해 유용할 수 있다. 비 도전성 접착제의 한 가지 가능한 이점은비용이 낮다는 것이다. 또 다른 가능한 이점은 도전성 접착제에 요구될 수 있는 긴 경화 시간을 피할 수 있다는 것이다. 긴 경화 시간은 제조 시간 및 이로 인한 제조 비용을 증가시킨다.
후술되는 바와 같이, 안테나(808), 칩(820) 및 유전체 패드(806)의 전기적 특성은 칩(820) 및 안테나(808)가 동작시 양호하게 정합, 즉 최대 전력은 칩(820)에서 안테나(808)로 전달될 수 있도록 되어야 한다는 것이다. 특히, 안테나(808) 및 칩(820) 간의 용량성 커플링은 동일하 안테나(808)가 칩(820)에 도전성 또는 용량성 커플링중 어느 하나에 적합하도록 될 수 있다.
도26 및 도27의 실시예 둘 다에 대해서, RFID 장치(800)는 도28에 도시된 등가의 전기 회로를 갖는다. 도28에 도시된 회로에서, 시스템의 임피던스 기여도는 2개의 부분, 즉 옴으로 표시되는 저항(R), 및 옴으로 표시되는 리액턴스 (X)의 복합으로서 표현되지만, 리액턴스가 벡터 량이라는 점을 나타내기 위하여 앞에 "j" 팩터를 갖는다. jX의 값은 음수인 용량성 또는 양수인 유도성일 수 있다. 칩(820)은 저항(Rchip) 및 유도성 리액턴스 (+jXchip)을 갖는다. 마찬가지로 안테나(808)는 리액턴스(Ra) 및 유도성 리액턴스 +jXa를 갖는다. 유전체 패드(806) 각각은 용량성 리액 턴스 -jXc를 갖는다.
안테나(808)의 임피던스의 2개의 부분은 특정 위치에서 안테나의 적합성 또는 성능에 상이한 영향을 미친다. 리액턴스(Ra)는 실질적으로 2가지 것의 복합, 즉 열로 변환되도록 인가되는 임의의 신호 경향을 나타내는 안테나(808)의 손실 저항 및 안테나에서 바람직한 것인 방사에 의한 안테나(808)의 "손실" 에너지를 나타내는 방사 저항의 복합이다. 손실 저항 대 방사 저항의 비는 안테나 효율로서 설명된다. 큰 손실 저항 및 상대적으로 작은 방사 저항을 갖는 낮은 효율의 안테나는 대부분의 상황들에서 양호하게 작동하지 않는데, 대다수의 임의의 전력은 유용한 전자기 파로 나타나는 것이 아니라 열로서 나타난다.
리액턴스 X의 영향은 저항 R에 대해서 보다 다소 더 복잡하다. 저항 X, 안테나의 유도성 또는 용량성 리액턴스는 에너지를 분산시키지 않는다. 실제로, 이는 공진 회로를 시스템에 도입함으로써 경감될 수 있다. 간단히, +jX(인덕터)의 소정 값에 대해서, 인덕터의 효과를 공진 및/또는 취소하는 -jX(커패시터)의 값이 존재함으로 저항(R)만이 남게된다.
따라서, 일반적으로, 도전성 커플링에 대해서, 칩과 안테나 간이 임피던스 정합됨으로 Rchip=Ra 및 Xchip=-Xa가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 상황(도전성 커플링)은 도26에 도시된 바와 대응하지만 Xc=0을 갖는다.
칩(820) 및 안테나(808) 간의 용량성 커플링을 위하여, 칩과 안테나 간의 임피던스 정합은 용량성 커플링(802)의 영향을 고려하여 수정되어야 한다. 도29는 칩(820)의 리액턴스 +jXchip을 수정된 총 리액턴스 +jXt으로 치환함으로서 용량성 커플링(804)의 커패시턴스를 고려하는 등가의 회로를 도시한다.
Figure 112006093726704-PCT00001
인레이(802)에 대한 임피던스 정합은 Ra=Rchip 및 jXa = -jXt일 때 성취된다.
상술된 바와 같이, 안테나(808)가 칩(820)에 용량적으로 그리고 도전적으로 결합시키는데 적합하게 되도록 하는 것이 바람직하다. 용량성 및 도전성 커플링 Xt를 위하여 최적이 되도록 동일한 임피던스 정합은 Xchip에 근접하여야 한다. Xchip이 Xc 보다 작게될 때, Xt≒ Xchip 이 된다. 또한 Xc를 크게하는 것이 바람직함으로, Xchip 보다 적어도 훨씬 크게되도록 되어야 한다.
용량성 커플링(804)의 커패시턴스(Xc)는 병렬 플레이트 커패시턴스는 다음 식으로 제공된다.
Figure 112006093726704-PCT00002
여기서 ε0 는 유전율이며, εr 는 유전 재료(유전체 패드(806))의 유전율이 며, A는 서로에 대향되는 안테나(808) 및 인터포저 리드(810)의 중첩 면적(커패시터 플레이트의 면적)이고 t는 유전체 패드(806)의 두께이다.
커패시턴스(Xc)는 3가지 방식들 중 하나 이상의 방식으로 증가될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 1) 용량성 커플링(804)의 면적을 증가시킴으로써 2) 유전체 패드(806)의 두께를 감소시킴으로써, 또는 3) 유전체 패드(806)의 유전율을 증가시킴으로써. 용량성 커플링(804)에 이용가능한 면적이 가령 인터포저 치수에 대한 제조 제한에 의해 제한되어 특정 량을 초과하여 결합 면적을 증가시키는 것이 비실용적이라는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 결합 면적은 각각 6mm×6mm(0.25인치×0.25인치)인 2개의 중첩 면적에 대응하는 약 72mm2(0.125in2)의 실질적인 크기 제한을 가질 수 있다.
유전체 패드(806)의 두께 감소와 관련하여, 실질적인 제한이 안테나(808) 및 인터포저 리드(810) 모두를 접착시키도록 사용될 수 있는 유전체 재료의 반복가능한 두께를 제공하기 위한 실질적인 제한이 존재한다는 것을 인지할 것이다. 그러나, 유전체 압력 감응 접착제의 약 0.001 인치(0.025mm)에 이르는 두께가 성취될 수 있다. 압력 감응 접착체 층의 두께는 약 0.0005인치(0.013mm)로 감소시킬 수 있다. 압력 감응 접착제를 직접적으로 안테나(808) 상으로 분배시킴으로써, 접착제의 두께를 약 0.0001(0.0025mm) 또는 심지어 0.00008 인치(0.02mm)로 감소시킬 수 있다. 따라서, 유전체 패드의 두께는 약 0.025mm(0.001인치)보다 작게될 수 있으며, 약 0.013mm(0.0005 인치)보다 작게될 수 있고 약 0.0025mm(0.0001인치) 또는 그 보 다 작게될 수 있다.
커패시턴스(Xc)에 대한 일부 예의 값들이 이하의 표에 주어진다.
Figure 112006093726704-PCT00003
전형적인 RFID 커패시턴스는 약 0.3 내지 약 1.2pF의 범위일 수 있다. Xchip 에 대한 이들 값들 및 Xc의 상기 값들을 이용하여, 총 커패시턴스 Xt는 칩 커패시턴스(Xchip)의 약 87% 내지 거의 100% 이다. 따라서, 칩과 안테나 간의 도전성 커플링을 이용하여 동일한 칩의 임피던스를 실질적으로 정합시킬 수 있는 안테나에 임피던스 정합시키도록 용량성 커플링을 구성할 수 있다. 상기 안테나는 유사한 판독 성능(가령 RFID 장치의 판독 또는 다른 검출을 위한 유사한 범위를 갖는다)으로 인해 용량성 또는 도전성 커플링 중 어느 하나에 사용될 수 있다.
그러나, 용량성 커플링(804)의 커패시턴스 Xc이 변화됨에 따라서 일부 성능 변화가 발생될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 일 실시예에서, 안테나(808) 및 칩(820) 간의 정합 주파수는 용량성 커플링(804)의 커패시턴스가 11.57pF 으로부터 9.47pF으로 가변될 때 902MHz 및 925MHz 간에서 변화된다는 것을 알 수 있다.
도26 및 도27에 도시된 인레이(802)는 각종 부품들에 대한 임의의 다양한 적절한 재료를 포함할 수 있다. 안테나(808)는 구리 또는 은과 같은 적절한 도전성 재료를 포함할 수 있다. 유전체 패드(806)는 적절한 유전성 접착제 또는 비도전성 폴리머를 포함할 수 있다. 유전체 패드(806)를 위한 적절한 접착제의 예들은 Avery Dennison Corporation으로부터 입수할 수 있는 Fasson 접착제 S4800 및 S333과 같은 열경화성 비도전성 접착제를 포함한다. 대안적인 접착제는 에폭시와 같은 열경화성 비도전성 접착제 및 및 열가소성 핫-멜트 접착제를 포함한다. 그러나, 다른 적절한 재료는 유전체 패드(806)에 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 적절한 비도전성 폴리머의 예들은 미국 매사추세츠 빌에리카에 소재하는 Emerson and Cuming으로부터 입수할 수 있는 Emerson & Cuming 12873-47G 및 독일 랜즈베르그에 소재하는 Dello Industrial Adhesives로부터 입수할 수 있는 Dello MONOPOS MK045를 포함한다.
상기 제안된 바와 같이, 용량성 커플링(804)의 커패시턴스 Xc를 증가시키는 한 가지 방법은 유전체 패드(806)의 재료의 유전율을 증가시키는 것이다. 각종 압력 감응 접착제는 약 2.5 내지 약 4.2 범위의 유전율을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 고 유전 재료를 유전체 압력 감응 접착제 또는 비도전성 폴리머와 같은 유전성 접착제에 첨가함으로써 유전율 증가를 증가시킬 수 있다. 적절한 접착제의 예로서 이산화 티탄(루틸 결정 형태) 및 티탄산 바륨(BaTiO3)과 같은 티타늄 화합물을 포함한다. 이산화 티타늄은 약 100MHz에서 약 100의 유전율을 갖는다. 티탄산 바륨은 3GHz에서 600의 유전율을 갖는다. 예를 들어, 압력 감응 접착제에 대해 티탄산 바륨의 부피당 5%을 첨가하면 3 내지 33%까지 재료의 유전율을 증가시키면서 티탄산 바륨 부피당 10%를 첨가시키면 유전율을 63으로 증가시킨다라고 추청된다. 티탄산 바륨의 유사 또는 더 큰 부피 %는 유전체 패드(806)의 유전체 재료에 포함될 수 있다.
널리 공지된 2-파트 에폭시와 같은 비도전성 에폭시(non-PSA)에 티탄산 바륨을 첨가하는 것이 효율적이라는 것이 밝혀졌다. 양호한 판독 성능은 비도전성 에폭시 및 비도전성 압력 감응 접착제의 인터포저/안테나 결합에 의해 성취된다. 이와 같은 커플리의 판독 성능은 첨가된 도전성 실버 플레이크와 고유의 도전성 폴리머 화합물의 도전성 커플링의 판독 성능에 필적된다는 것이 밝혀졌다.
테스트되는 한 가지 구성은 기판의 한 측상에 5mm×98-108mm 구리 또는 은 다이폴 안테나(10미크론(은) 또는 36미크론(구리)의 두께를 가짐)을 갖는 4-mm두께의 폼 안테나 기판을 갖는 인레이 및 기판의 다른 측상에 알루미늄 포일 접지면을 포함한다. 치수 2mm×2.5mm을 갖는 인터포저는 도전성 및 비도전성의 각종 유형의 재료를 이용하여 이와 같은 안테나/기판 구조에 접착된다. 고유한 도전성 폴리머(ICP), 비도전성 페이스트(NCP), 및 비도전성 압력 감응 접착제(PSAs)는 모두 안테나에 인터포저를 접착시키기 위하여 테스트받는다. 사용된 NCP는 7mil 스페이서를 갖는 Emerson&Cumming EC-12873-47G이다. 사용된 ICP는 Emerson&Cumming XCE 31110(1미크론×5미크론 은 플레이크 포함)이다. 하나의 PSA(Aeroset)는 오하이오 더블린에 소재하는 Ashland Speciality Chemical Company에 의해 제조되는 한편, 다른 PSAs는 Avery Dennison에 의해 제조된다. PSAs는 2-에틸 헥실 아크릴레이트(2EHA), 부틸 아크릴레이트(BA), 비닐 아세테이트(Vac), 메틸 아크릴레이트(MA), 아크릴산(AA), 및 글리시딜 메타크릴레이트(GMA)와 같이 첨가된 각종 모노머를 갖는다. 적절한 튜닝이 필요한 경우 수행되어 각 샘플에 대해서 905-925MHz의 공진 주파수를 제공한다. 판독은 800MHz 내지 1GHz의 스캔 주파수에서 행해진다. 95% 정확도가 얻어질 수 있는 초기 판독 거리가 기록된다. 이 테스트에 대한 결과가 이하에 표로 제공된다.
Figure 112006093726704-PCT00004
이 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, NCP및 PSAs 중 2개는 ICP에 필적할 수 있는 판독 결과를 성취한다.
용량성 커플링(804)는 서로에 평행하고 서로에 정렬되는 동일한 크기의 이상적인 플레이트를 포함하고 유한 크기의 플레이트로 인해 어떠한 에지 효과를 갖지 않는 것으로서 설명된다. 그러나, 특정한 비이상적인 상황이 실제 실시에서 조우될 수 있다는 것을 인지할 것이다.
예를 들어, 유효 결합 면적에 영향을 미치는 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)의 오정렬이 있을 수 있다. 이와 같은 오정렬은 이들 평면(x-y 변위) 내에 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)이 상대 변위를 포함하여, 도전성 인터포저 리드(810)가 안테나(808)의 대응하는 부분에 대해 원하는 대로 집중되거나 위치되지 않도록 한다. 또 다른 유형의 오정렬은 안테나(808)의 대응하는 위치에 대해 평행하지 않는 도전성의 인터포저 리드(810)을 포함한다(이들 평면 내에서 각도 오정렬).
유전체 패드(806)의 두께면에서 불균일성으로 인해 다른 곤란성이 야기될 수 있다. 예를 들어, 유전체 패드(806)가 압력 감응 패드인 경우, 접착제를 활성화시키기 위하여 사용된 힘의 변화가 단일 패드 내의 두께 변화 및 상이한 패드 간의 변화면에서 패드의 두께의 변화를 초래할 수 있다. 수용가능한 허용 오차 내에서 이와 같은 비이상적인 조건이 피해지거나 최소화되도록 하며 및/또는 용량성 커플링(804)가 자체 보상될 수 있도록 비이상적인 조건의 영향을 감소시키도록 하는 바람직하다.
안테나(808)에 대한 도전성 인터포저 리드(810)의 오정렬 영향을 감소시키는 한 가지 방법은 2개 간에서 일부 범위가 중첩하도록 하여 정확한 정렬이 필요로 되지 않도록 한다. 도30은 이와 같은 중첩의 예를 도시하는데, 여기서 인터포저 리드(810)에 용량적으로 결합되는 안테나 부(823)는 인터포저 리드(810) 보다 더 크다는 것을 도시한다. 안테나 부(823)는 둥근 오목 형상을 가질 수 있는데, 이는 인터포저 리드(810)의 각도 오정렬이 존재하는 경우 중첩 면적에서 변화를 감소시킨다.
도전성 인터포저 리드(810)는 또한 유효한 결합 면적(A) 상에서 도전성 인터 포저 리드(810) 및 안테나(808) 간에 오정렬 영향을 감소시키도록 구성될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 도31 및 도32는 이를 성취하기 위하여 도전성 인터포저 리드(810)를 구성하는 각종 방법의 예를 도시한다. 도31에서, 도전성 인터포저 리드(810)는 불균일한 폭을 갖는 테이퍼링된 부분(830)을 갖는데, 이 테이퍼링된 부분(830)의 폭은 안테나(808)에 인터포저 리드(810)를 용량적으로 결합시키도록 사용되는 커플링(832)에서 보다 작게 된다. 도31의 좌 우 방향에서 인터포저 리드(810)의 오정렬은 인터포저 리드(810)중 하나에 대한 결합 면적의 감소 및 인터포저 리드(810)의 다른 리드에 대한 결합 면적의 증가로 인해 결합 커패시턴스를 일부 변화시킨다. 그러나, 결합 면적의 변화는 인터포저 리드(810)가 길이에 따라서 균일한 폭을 갖는다면 작게될 것인데, 그 이유는 테이퍼링된 부분(830)이 단위 길이당 작은 폭을 갖기 때문이다. 그러므로, 테이퍼링된 부분(832)을 포함함으로써 도전성 커플링시 일부 유형의 각도 오정렬의 영향을 감소시킨다.
유효 결합 면적(A)에 대한 오정렬의 영향을 감소시키는 또 다른 구성이 도32에 도시되어 있는데, 여기서 도전성 인터포저 리드(810)는 도전성 재료에서 개구,갭 또는 구멍(836)을 갖는 감소된 도전성 재료 부(834)를 갖는다. 유효 결합 면적은 도전성 재료에 의해 커버되는 인터포저 리드(810)의 중첩 면적에 대한 적어도 제1 근사값에 비례한다. 감소된 도전성 재료부(834)의 부분으로부터 도전성 재료를 생략함으로써, 이들 부분의 유효 면적은 감소된다. 그러므로, 감소된 도전성 재료부(834)를 안테나(808)와 결합시키는 인터포저(812)의 오정렬은 도전성 재료의 구멍(836)이 존재하지 않으면 결합 커패시턴스에 영향을 덜 미친다. 구멍(836)이 다 양한 적절한 형상, 즉 둥근, 정사각형, 타원형 또는 직사각형 중 임의의 형상을 가질 수 있다는 것을 인지할 것이다.
또한, 도31 및 도32에 도시된 구성은 안테나(808)에 통상 용량적으로 결합되는 인터포저 리드(808)의 부분과 비교할 때 안테나(808)에 통상적으로 결합되지 않는 인터포저 리드의 부분이 단위 길이당 감소된 유효 면적을 갖는 공통 특징을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다는 것이다.
도33은 유전체 패드의 일부인 스페이서(844)에 의해 유지되는 도전성 인터포저 리드(810) 및 안테나(808) 간의 분리와 더불어 도26 및 도27에 도시된 용량성 커플링(804)의 또 다른 변화를 도시한 것이다. 스페이서(844)는 비도전성 폴리머와 결합하여 유전체 패드(806)에 사용될 수 있다. 스페이서(844)는 폴리머 재료에서 사전-블렌딩될 수 있다. 대안적으로, 스페이서는 안테나(808) 및/또는 도전성 인터포저 리드(810)에 이미 도포되는 비도전성 폴리머 상으로 건식 스프레잉될 수 있다. 스페이서(844)는 또한 압력 감응 접착제와 같은 다른 유전 재료와 결합하여 사용될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 적절한 스페이서의 예로서 일본의 Sekisui Fine Chemical Co로부터 입수할 수 있는 Micropearl SP-205 5㎛ 스페이서 및 Merck로부터 입수할 수 있는 7.7㎛ 섬유 스페이서(Product 111413)를 포함한다는 것을 인지할 것이다. 스페이서(824)를 사용하면 RFID 장치(800)의 안테나(800) 및 도전성 인터포저 리드(810) 간의 정확하고 일정한 간격을 얻도록 지원할 수 있다는 것을 인지할 것이다.
또한, 유전체 패드(806)가 재료의 두께가 가변할 때 변화되는 유효한 유전체 상수를 갖는 재료를 포함하도록 할 수 있다. 따라서, 본원에 "일정"하다라고 여전히 언급하고 있지만, 재료의 유효한 유전체 상수는 일정하지 않다. 예를 들어, 유전체 패드(806)는 압축될 때 유전율을 감소시키는 재료를 포함할 수 있다. 따라서, 재료가 예를 들어 인터포저(812)를 안테나(808) 상으로 가압하기 위하여 정상보다 큰 힘에 의해 더욱 얇게 만들어지면, 이 재료는 감소된 유전율을 갖는다. 이 유전율의 감소는 유전체 재료의 두께 감소의 결합 커패시턴스(Xc)에 대한 영향을 어느정도 완화시킬 수 있다. 따라서, 두께를 어느 정도 자체 보상하는 유전체 재료를 사용하면, 결합 커패시턴스(Xc)의 변화를 감소시키도록 지원할 수 있다.
두께의 함수인 유전율을 갖는 유전체 재료를 갖는 한가지 방법은 재료의 유전율에 영향을 미치는 유전체 재료 내에서 입자를 분포시키는 것이다. 재료가 압축될 때, 입자는 재분포되어 재료의 유전율을 변화시킨다. 예를 들어, 알루미늄 또는 니켈 입자와 같은 도전성 금속 입자는 유전체 재료에 첨가될 수 있다. 재료가 압축될 때, 입자들 간의 거리는 감소됨으로써, 또한 유전율을 감소시킨다. 충분히 작은 농도로 행해지면 이와 같은 입자들의 첨가는 재료의 전체 유전 특성을 변화시키지 않는다는 것을 인지할 것이다. 즉, 도전성 입자들은 재료 자체를 전기적으로 도통시킴이 없이 적절하게 첨가될 수 있다. 이 입자는 분말 형태일 수 있고 서브-미크론 크기를 포함한 임의의 다양한 적절한 입자 크기를 가질 수 있다.
또한, 도전성 입자를 유전체 패드(806)의 유전체 재료에 첨가하면 또한 유전체 패드(806)의 유효 두께를 감소시킬 수 있다는 것을 인지할 것이다. 즉, 도전성 입자는 유전체 패드(806)가 효율적으로 실제 두께보다 더 작은 두께를 갖도록 한다. 입자가 접촉되면, 입자의 표면상의 산화는 입자들 간의 도전성을 방지한다.
다른 입자 종류는 도전성 커플링에 임의의 다양한 영향을 성취하도록 유전체 패드(806)에 첨가될 수 있다. 유전체 패드(806)에 첨가될 수 있는 입자에 대한 재료의 예는 금속 스피어(sphere) 및 유전체 스피어의 혼합물, 금속 및 세라믹 둘 다를 포함하는 입자 및 표면 산화되거나 그렇치 않다면 고 유전체 재료(예를 들어, 소정 표면 깊이로 산화되는 티타늄 입자)로 변환되는 표면을 갖는 금속 스피어를 포함한다. 금속 및 세라믹 층이 또한 사용될 수 있다.
용량성 커플링(804)을 갖는 또 다른 방법은 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)의 분리 함수(유전체 패드(806)의 두께)에 따라서 가변되는 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810) 간의 유효 면적을 갖도록 하는 것이다. 유효 면적은 상기 식(1)으로부터 등가의 병렬-플레이트 커패시터 면적로서 본원에 규정된다. 유효 면적은 프린지 커패시턴스 또는 에지 효과들 때문에 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)의 마주보는 면적와 다를 수 있으며, 안테나(808) 및 유한 플랫 플레이트가 되지 않는 도전성 인터포저 리드(810)로 인해 영향을 미친다. 프린지 커패시턴스의 충격은 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)(유전체 패드(806)의 두께 간의 분리에 좌우될 것이다. 안테나(808) 및 도전성 인터포저 리드(810)가 모두 근접하여 이동될 때 유효 면적의 감소는 유전체 패드(806)의 두께가 변화될 때 결합 커패시턴스(Xc)의 변화를 감소시키도록 지원한다.
도34는 두께를 따른 유효 결합 면적로 한가지 가능한 구성의 평면도를 도시한 것이다. 안테나(808) 및 인터포저 리드(810)는 유전체 패드(806)의 각 대향 측 상에 도전성 재료의 각 깍지낀 핑거(846 및 848)를 갖는다. 도35에 도시된 바와 같은 유전체 패드(806)의 상대적으로 큰 두께에서, 핑거(846 및 848)는 병렬 플레이트 커패시터로서 서로와 상호접속하는데, 유효 면적은 핑거(846 및 848)의 실제 면적에 접근한다. 그러나, 유전체 패드(806)의 두께가 감소될 때, 핑거(846 및 848)의 유효 면적은 핑거(846 및 848)의 오프셋 거리와 두께의 비가 감소됨에 따라서 감소된다. 도36에 도시된 이 제한 경우에, 유전체 패드(806)의 두께는 핑거(846 및 848)의 오프셋 거리보다 훨씬 크게되기 때문에, 핑거의 에지 영향들의 용량성 커플링만이 존재하고 용량성 커플링의 목적을 위한 유효 면적은 작은 퍼센티지의 핑거(846 및 848)의 실제 면적 되도록 한다. 따라서, 커패시턴스를 증가시키는 경향이 있는 유전체 두께의 감소 영향은 용량성 커플링의 유효 면적의 감소에 의해 적어도 어느 정도 오프셋된다.
도34 및 도36에 도시되고 상술된 구성이 유전층의 두께가 감소됨에 따라서 용량성 커플링의 유효 면적을 감소시키는 다양한 구성들 중 단지 한 구성이라는 것을 인지할 것이다. 두께를 갖는 유효 용량성 커플링 면적을 변화시키는 구성은 유전체 패드(806)의 대향 측들 상에 있는 안테나(808) 및/또는 인터포저 리드(810)의 부분을 갖지만 서로에 직접 중첩하지 않는 구성일 수 있지만, 도전성 재료의 일부 부분 중첩할 수 있다.
도37은 칩(858)의 접촉부(856) 및 도전성 인터포저 리드(860) 간에 용량성 커플링(854)을 행하는 유전체 패드(852)를 갖는 인터포저 또는 스트랩(850)을 도시한 용량성 커플링의 또 다른 유형을 도시한다. 유전체 패드(852)는 유전체 패드(806)에 대해서 상술된 바와 유사한 재료를 사용할 수 있다.
이와 같은 커플링의 한 가지 예로서, 접촉부(856) 각각은 약 30㎛(미크론) × 30㎛일 수 있다. 유전체 패드(852)는 약 2㎛의 두께를 가질 수 있고 유전체 패드(852)의 유전체 재료는 약 300의 유전율을 가질 수 있다.
도38 및 도39는 칩(906)에 결합되는 인터포저 리드(904)를 갖는 인터포저가 기판(910)상에 설치되는 RFID 인레이(900)의 2가지 변화를 도시한다. 인터포저(902)는 기판(910)에 접착제로 결합될 수 있거나 다른 적절한 방법에 의해 기판(910)에 결합될 수 있다.
유전체 패드(914)는 선택적으로 인터포저 리드(904)(도38)에 배치되거나 생략될 수 있다(도39). 유전체 패드(914)는 인터포저(902) 및 기판(910) 위에 증착되는 유전체 재료의 층의 부분일 수 있다. 그 후, 안테나(920)는 인쇄되거나 그렇치 않다면 형성되어 인터포저 리드(904)를 중첩시킨다. 도38을 참조하면, 안테나(920)는 유전체 리드(914)에 걸쳐서 인터포저 리드(904)에 용량적으로 결합될 수 있다. 대안적으로 도39를 참조하면, 안테나(920)는 인터포저 리드(904)에 용량적으로 직접 결합될 수 있다.
기판에서 칩을 갖는 인레이
도40은 인터포저(1008)가 "칩 다운" 또는 "플립 칩" 구성인 RFID 인레이(1000)를 도시하는데, 여기서 인터포저(1008)의 칩(1010)이 안테나 기판(1004) 내의 홀(1012) 내에 적어도 부분적으로 존재한다. 인터포저(1008)는 인터포저 리드(1016)가 위치되는 인터포저 기판(1018)을 포함한다. 칩(1010)의 도전성 범프(1020)는 하나 이상의 칩/인터포저 커플링(1022)에 의해 인터포저 리드(1016)에 결합된다. 칩/인터포저 커플링(들)(1022)은 가령 직접 도전성 커플링 또는 하나 이상의 비직접 용량성 커플링에 의해 직접 또는 비직접인 커플링(들)일 수 있다.
인터포저 리드(1016)는 인터포저/안테나 커플링(1024)에 의해 안테나(1006)의 부분들에 동작적으로 그리고 기계적으로 결합된다. 칩/인터포저 커플링(1022)로 인해, 인터포저/안테나 커플링(1024)은 본원에 설명된 커플링과 같은 임의의 다양한 적절한 직접 또는 비직접 커플링일 수 있다.
안테나(1006)는 안테나 기판(1004) 상에 위치된다. 상술된 바와 같이, 안테나 기판(1004)은 그 내에 인터포저(1008)의 적어도 일부를 수용하기 위한 그 내에 홀(1012)을 갖는다. 예를 들어, 도40에 도시된 바와 같이, 다수의 칩(1010)은 홀(1012) 내에 위치된다. 칩(1010)의 부분은 홀(1012) 아래로 확장되고 칩(1010)의 부분은 홀(1012) 위에 신장된다. 칩(1010)이 홀(1012)에 대해서 위치될 수 있다는 것을 인지하는데, 예를 들어, 칩(1010)의 어느 것도 홀(1012) 아래로 신장되지 않거나 도전성 범프(102)의 전부 또는 일부는 홀(1012)로 신장된다. 홀(1012)은 적절하게 펀칭되거나 그렇치 않다면 안테나 기판(1004)에 형성된다.
인레이(1000)는 여러 유용한 특징들을 제공하는 것으로 인지될 것이다. 우선, 인레이(1000)의 전체 두께는 홀(1012) 내의 인터포저(1008)의 부분을 배치함으로써 최소로 유지될 수 있다. 이 장점과 관련하여, 인터포저(1008)의 일부를 홀(1012)에 배치하면 용량성 커플링을 갖는 "플립 칩" 구성의 사용을 용이하게 하는데, 그 이유는 용량성 커플링의 성능이 유전체 커플링 층을 얇게함으로써 향상될 수 있고 홀(1012) 내에 또는 적절한 리세스 내에 이의 적어도 일부를 위치시킴으로써 칩(101)의 두께를 칩의 두께를 수용하는 것이 곤란할 수 있기 때문이다. 게다가, 홀(1012)에 적어도 부분적으로 칩(1010)을 갖는 플립 칩 구성에서 인터포저(1008)을 배치하면, 인터포저 리드(1016) 및 안테나(1006)의 결합된 부분들이 실질적으로 플랫 및/또는 실질적으로 서로에 평행하게 되도록 한다. 이것이 인터포저/안테나 커플링(1024) 상에 응력을 유용하게 감소시킨다. 게다가, 인레이(1000)를 포함하는 RFID 태그 또는 라벨은 더욱 스무드하게 되고, 더욱 더 프로파일되는 경향이 있음으로, 태그 또는 라벨의 인쇄를 용이하게 한다.
도41은 안테나 기판(1004) 내의 리세스(1030) 내에 적어도 부분적으로 존재하는 칩(1010)과 함께 인레이(1000)의 대안적인 구성을 도시한다. 리세스(1030)는 안테나 기판(1004)을 통해서 모든 방향으로 신장되지 않는데, 안테나 기판의 얇은 부분(1034)는 리세스 (1030) 아래에 유지된다. 리세스(1030)는 가령 적절하게 구성된 롤을 갖는 롤 프레싱에 의해 임의의 다양한 적절한 방식들로 형성될 수 있다.
도41의 구성은 인레이(1000) 내에서 둘러싸여진 칩(101)을 유지하는 이점이 있는데, 안테나 기판(1004)의 이 얇게된 부분(1034)은 칩(1010)이 물리적 손상 및/또는 오염되는 것을 방지하도록 한다. 홀(1012)(도40) 대신에 리세스(103)의 사용은 특히 얇은 칩을 사용하는 장치에 매력적이다. 일 예로서, 칩(1010)은 약 120 미크론 또는 이보다 적은 두께를 가질 수 있는데, 이는 화학적 또는 기계적 그라인딩 을 이용하여 성취될 수 있다. 이와 같은 그라인딩으로 인해, 칩(1010)은 약 20 내지 30 미크론의 만큼 적은 두께를 가질 수 있다.
홀(1012)(도40) 또는 리세스(도41)는 칩(1010)의 일부 미스-레지스트리(mis-registry)를 허용하도록 적절한 크기로 될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 예를 들어, 홀(1012) 또는 리세스(1030)는 홀(1012) 또는 리세스(1030)에 배치될 칩(1010)보다 큰 약 1mm 크기로 될 수 있다. 칩(1010) 및 홀(1012) 또는 리세스(1030) 간의 공간은 적절한 유전체 필러 재료로 충전될 수 있다.
홀(1012) 또는 리세스(1030)는 안테나 기판(1004) 상의 안테나(1004)의 형성 전 또는 후 중에 형성될 수 있다. 홀(1012)은 예를 들어 펀칭 또는 다이 절단에 의해 형성될 수 있다. 이 리세스(103)는 적절한 엠보싱 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
도42는 도40 및 도41에 도시된 인레이(1000)의 구성을 생성시키는 방법(1050)을 단계화하기 위한 고 레벨 플로우챠트를 도시한 것이다. 단계(1052)에서, 인터포저 또는 스트랩(1008)은 칩(1010)을 인터포저 리드(1016)에 결합시킴으로써 구성된다. 단계(1054)에서, 안테나(1006)는 안테나 기판(1004) 상에 형성되거나 배치되는 반면, 단계(1056)에서, 홀(1012)(도40) 또는 리세스(1030)(도 41)는 안테나 기판(1004)에 형성된다. 단계들(1054 및 1056)은 순서대로 수행될 수 있고 단계(1052)에서 인터포저(1008)의 구성 전후에 수행될 수 있다. 최종적으로, 단계(1058)에서 인터포저(1008)는 안테나 기판(1004)에 결합된다. 이는 칩(1010)의 적어도 일부는 홀(1012) 또는 리세스(103)에 존재하도록 안테나 기판(1004) 상에서 페이스 다운되는 인터포저(1008)를 배치하고 인터포저 리드(1016)을 안테나(1006)에 결합시킴으로써 행해질 수 있다.
도43 및 도44는 안테나 기판(1004) 내의 가변-치수 홀(106)을 갖는 인레이(1000)의 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 도43에 도시된 바와 같이, 홀(1060)은 인터포저(1008)의 칩(1010)의 적어도 일부를 수용하도록 하기 위하여 가령 가열에 의해 확장될 수 있다. 칩(1010)이 가변-치수 홀(1060)에 삽입된 후, 홀(1060)의 치수는 적절하게 칩(1010)에 클램프 또는 고착되도록 감소될 수 있다. 홀(1060)의 치수의 감소는 안테나 기판(1004)을 냉각시킴으로써 또는 가열된 기판을 냉각시킴으로써 성취될 수 있다.
가변-치수 홀(1060) 내의 칩(1010)의 클램핑은 인터포저(1008)를 안테나(1006) 및 안테나 기판(1004)에 고착시키도록 접착제에 대한 대안으로서 또는 이 접착제 이외에 사용될 수 있다. 가변-치수 홀(1060)의 칩(1010)의 클램핑은 반전될 수 있다는 것을 인지할 것이다. 즉, 홀(1060)은 도43에 도시된 조건으로 재확장되어 칩(1010)의 클램핑 또는 다른 기계적 고정을 해제한다.
상술된 바와 같이, 가열 및 냉각은 가변-치수 홀(1060)의 치수를 변화시키도록 사용될 수 있다. 가열은 임의의 다양한 적절한 방법에 의해 제공될 수 있고 가열은 로컬 또는 글로벌적일 수 있다. 가열에 대한 대안들은 또한 가령 기계적 힘을 가하거나 UV 광에 노출될 때 수축되는 적절한 재료의 사용에 의해 사용될 수 있다.
도45 및 도46은 인레이(1000)의 또 다른 대안적인 실시예를 도시하는데, 여기서 칩(1010)을 수용하는 가변-치수 홀(1060)은 한 쌍의 부가적인 가변-치수 홀(1064 및 1066)에 의해 플랭크된다. 홀(1064 및 1066)은 인터포저(1008)의 도전성 재료-코팅된 포스트(1074 및 1076)을 클램프 및 고정시키도록 구성될 수 있다. 포스트(1074 및 1076)는 도45에 도시된 바와 같이 홀(1064 및 1066)에 삽입될 수 있고, 홀(1064 및 1066)의 치수를 감소시킴으로써 도46에 도시된 바와 같이 홀(1064 및 1066) 내에 고착될 수 있다.
홀(1064 및 1066)의 치수가 감소됨에 따라서 홀(1064 및 1066)은 포스트(1074 및 1076)를 홀(1064 및 1066) 내로 이끌도록 구성될 수 있다. 이는 인터포저(1008) 및 기판(1004) 간에 접촉을 유지할 정도로 충분한 힘을 제공하여 안테나(1006)의 부분들 인터포저 리드들(1016) 모두를 전기적으로 결합시킨다. 인터포저 리드(1016)는 포스트(1074 및 1076) 상의 부분들(1078 및 108)을 가져 인터포저 리드(1016) 및 안테나(1006)의 전기적 결합을 용이하게 한다. 인터포저 리드(1016) 및 안테나(1006) 간의 결합은 용량성 및/또는 도전성일 수 있다.
홀(1064 및 1066)의 에지 또는 경계(1084 및 1086)는 도전성 재료로 코팅될 수 있다. 홀(1064 및 1066)의 에지 또는 경계(1084 및 1086) 상의 도전성 재료는 인터포저 리드(1016) 및 안테나(1006) 간의 도전성 접촉을 이루도록 지원할 수 있다.
인터포저(1008) 및 기판(1004) 모두를 결합시키도록 홀(1060, 1064 및 1066)을 사용하면 반전가능한 결합을 행하는 이점이 있을 수 있다. 이는 인터포저(1008) 및 안테나(1006) 모두를 영구적으로 결합시키기 전 안테나(1006)와 관련하여 인터포저(1008)를 테스트하도록 할 수 있다. 이와 같은 테스트는 인레이의 양호한 안테 나부를 폐기할 필요 없이 고장난 인터포저가 검출되거나 대체되도록 할 수 있다는 것을 인지할 것이다.
본 발명이 특정 실시예 또는 실시예들에 대해서 도시되고 설명되었지만, 이 명세서 및 첨부된 도면을 읽고 이해하는 당업자가 등가의 변경 및 수정을 행할 수 있다는 것이 명백하다. 특히 상술된 소자들(구성요소들, 조립체들, 장치들, 조성물들 등)에 의해 수행되는 각종 기능들에 대해서, 이와 같은 소자들을 설명하기 위하여 사용되는 용어들("수단"에 대한 레퍼런스를 포함)은 달리 지정하지 않는 한 서술된 소자(즉, 기능적으로 등가)의 특정 기능을 수행하는 임의의 소자에 대응하도록 하지만, 본 발명의 본원에 예시된 전형적인 실시예 또는 실시예들의 기능을 수행하는 서술된 구조와 구조적으로 등가는 아니다. 게다가, 본 발명의 특정 특징이 여러 예시된 실시예들 중 단지 한 가지 이상의 실시예에 대해서만 상술되었지만, 이와 같은 특징은 임의의 소정 또는 특정 애플리케이션에 대해 바람직하거나 유용할 수 있는 바와 같은 다른 실시예들의 한 가지 이상의 다른 특징들과 결합될 수 있다.

Claims (48)

  1. 무선 주파수 식별(RFID)장치로서,
    기판;
    기판 상의 안테나;
    인터포저를 포함하는데, 상기 인터포저는:
    그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩; 및
    상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드를 포함하는, 인터포저; 및,
    상기 인터포저 리드 및 상기 안테나 간의 유전체 재료에 걸쳐서 상기 인터포저 리드 및 상기 안테나 간의 용량성 커플링을 포함하며,
    상기 용량성 커플링은 1) 인터포저 리드 및 안테나의 오정렬 및 2) 유전체 재료의 두께의 변화 중 적어도 하나의 영향을 감소시키는 적어도 하나의 특징을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  2. 제1항에 있어서,상기 인터포저 리드에 용량적으로 결합되는 안테나의 부분은 상기 인터포저 리드 보다 큰 면적을 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인터포저 리드에 용량적으로 결합되는 안테나의 부분은 오목 형상을 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 용량성 커플링은 상기 유전체 패드의 두께의 변화에 따라서 커패시턴스를 변화시키는 자체-보상 용량성 커플링인 무선 주파수 식별 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 용량성 커플링은 안테나 및 유전체 패드를 상대 정렬의 변화에 따라서 커패시턴스를 변화시키는 자체-보상 용량성 커플링인 무선 주파수 식별 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전체 재료는 접착층을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 접착층 내에서 비접착성 재료를 더 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비접착성 재료는 유전체 비접착성 재료인 무선 주파수 식별 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유전체 비접착성 재료는 티타늄 화합물을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 이산화 티타늄을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 티탄산 바륨을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 유전체 비접착성 재료는 상기 비도전성 접착제의 부피당 적어도 5%인 무선 주파수 식별 장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 비접착성 재료는 그 내에 전기적으로 도전성 입자를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 도전성 입자는 알루미늄 입자를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 유전체 재료는 상기 인터포저 리드 및 상기 안테나 간의 유전체 패드를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 비도전성 접착제를 포함하는 무선 주 파수 식별 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 압력 감응 접착제인 무선 주파수 식별 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열경화성 비도전성 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  19. 제16항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열가소성 핫 멜트 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  20. 제16항에 있어서, 상기 유전체 패드는 또한 유전체 비접착제 재료를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 유전체 비접착제 재료는 비도전성 접착제 내에 산재되는 무선 주파수 식별 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 유전체 비접착제 재료는 티타늄 화합물을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 이산화 티타늄을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  24. 제22항에 있어서, 상기 티타늄 화합물은 티탄산 바륨을 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 유전체 비접착성 재료는 비도전성 접착제의 부피당 적어도 5%인 무선 주파수 식별 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 유전체 비접착성 재료는 비도전성 접착제의 부피당 적어도 10%인 무선 주파수 식별 장치.
  27. 제20항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 압력 감응 접착제인 무선 주파수 식별 장치.
  28. 제20항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열경화성 비도전성 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  29. 제20항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열가소성 핫 멜트 접작체를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  30. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 비도전성 폴리머를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  31. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 약 0.025mm(0.001인치) 또는 그보다 작은 두께를 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  32. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 약 0.013mm(0.0005인치) 또는 그 보다 적은 두께를 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  33. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 약 0.0025mm(0.0001인치) 또는 그 보다 적은 두께를 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  34. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 또 다른 유전체 재료 내에 산재되는 스페이서를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 또 다른 유전체 재료는 비도전성 폴리머를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 또 다른 유전체 재료는 압력 감응 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열경화성 비도전성 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  38. 제34항에 있어서, 상기 비도전성 접착제는 열가소성 핫-멜트 접착제를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  39. 제15항에 있어서, 상기 유전체 패드는 유전체 패드의 두께의 비일정 함수인유효 유전체 상수를 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 유전체 패드는 그 내에 전기적으로 도전성의 입자를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  41. 제40항에 있어서, 상기 도전성 입자는 알루미늄 입자를 포함하는 무선 주파수 식별 장치.
  42. 제15항에 있어서, 상기 용량성 커플링은 유전체 패드의 두께의 비일정 함수인 유효 용량성 커플링 면적을 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  43. 제15항에 있어서, 상기 인터포저 리드에 용량적으로 결합되는 안테나의 부분이 인터포저 리드보다 큰 면적을 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  44. 제15항에 있어서, 인터포저 리드에 용량적으로 결합되는 안테나의 부분은 오목 형상을 갖는 무선 주파수 식별 장치.
  45. 제15항에 있어서, 상기 인터포저의 커플링 에어리어 각각은 약 36mm2(0.056in2)보다 작은 무선 주파수 식별 장치.
  46. 제15항에 있어서, 상기 용량성 커플링은 유전체 패드의 두께의 변화에 따라서 커패시턴스를 변화시키는 자체 보상 용량성 커플링인 무선 주파수 식별 장치.
  47. 제15항에 있어서, 상기 용량성 커플링은 안테나 및 유전체 패드의 상대 정렬의 변화에 따라서 커패시턴스를 가변시키는 자체 보상 용량성 커플링인 무선 주파수 식별 장치.
  48. 무선 주파수 식별(RFID) 장치로서,
    기판;
    기판 위의 안테나;
    제1 인터포저로서, 상기 제1 인터포저는
    그 위에 접촉부를 갖는 RFID 칩; 및
    상기 칩의 접촉부에 동작적으로 결합되는 인터포저 리드를 포함하는 제1 인터포저; 및,
    제2 인터포저를 포함하는데,
    상기 인터포저 리드 및 안테나는 모두 용량적으로 결합되며;
    상기 인터포저 리드 및 상기 안테나는 상기 인터포저 리드 및 상기 안테나 간의 유전체 재료에 걸쳐서 용량적으로 결합되며;
    상기 유전체 재료는 상기 안테나가 온되는 상기 기판을 포함하며;
    상기 제2 인터포저는 상기 안테나에 용량적으로 결합되며; 및,
    상기 인터포저는 상기 기판의 대향측(주표면) 상에 있는 무선 주파수 식별 장치.
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