TWI475581B - 電容器、形成電容器的方法、具有電容器的裝置及製造與使用該等裝置的方法 - Google Patents
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Description
本發明涉及積體電路和電子裝置之領域。尤其,本發明的實施例涉及電容器、製造電容器的方法、具有電容器的裝置以及製造和使用所述裝置的方法。
如電子物品監測器(Electronic Article Surveillance,EAS)裝置或標籤的各種裝置,一般係以長期地交替以解諧或鈍化監測器裝置的電容器和/或二極體而製造。製造同時具有低擊穿電壓,例如相對薄的介電質,且達到高精確度電容量的電容器是困難的挑戰。尤其是若電容器包括作為介電質介質的無機介電膜。此外,製造具有極小尺寸及高精確度的電容器是件難事。
本發明的實施例涉及可調電容器、製造可調電容器的方法、具有可調電容器的裝置以及製造和使用該裝置的方法。本發明的特點使一個或多個可調電容器製造為印刷積體電路製造程序的一部分。例如,複數個次要(調整)電容器可藉由印刷連接器導電層(如,透過數位印刷程序)連接至一次電容器,以獲得預定和/或所需之整體電容量。印刷(如,數位地)連接器導電層使連接至電路的次要調整電容器的數量可局部透過積體電路製造程序而被確定或選擇,而無需連接適當數量的次要電容器的單獨遮罩。本發明的實施例有效地提供製程中(in-process)或製程後(post-process)微調方法,以獲得電容器所需的精確度和準確度。再者,根據本發明實施例,次要電容器電極可具有各種尺寸和形狀。次要電容器電極的各種尺寸使調整電極的各種組連接在一起,以獲得相對小顆粒性的高精確度電容器。此致電容量的精確度高和/或匹配改善。
在各種實施中,電容器可以並聯以增加淨電容量。具有並聯電容器的裝置可以獲得高精確度電容量和低擊穿電壓(如,簡易監測標籤減活作用)。在其他實施中,電容器可以串聯以降低整體電容量。具有串聯電容器的裝置的製造有效地增加了小電容器的橫面尺寸。此組態可使電容器使用可能具有相對有限之解決能力的技術而更簡單地製造。本發明的電容器可用於製造裝置,包括而不侷限於無線和監測和/或識別裝置(如電子物品監測器EAS、無線射頻系統RF、無線射頻辨識系統RFID、高頻系統HF、特高頻系統VHF和/或超高頻系統UHF等)。此外,所述的方法和技術並不侷限於電容器。相反,所述電容器的方法和技術可以用於為達類比調整目的,如電阻器調整或具調整之電晶體,而與其他結構或裝置(如,電晶體、電阻器等)並聯或串聯。
本發明的第一個特點為電容器形成的方法。在第一通用實施例中,電容器可以藉由(a)於導電基板上沉積主電容器介電層;(b)於主電容器介電層上形成主上電極和複數個調整電極;以及(c)印刷一個或多個導電零件以將主上電極電性連接至調整電極的至少其中之一(如,並聯)而形成。在示例性實施例中,導電基板包括金屬且亦用作主下電容器電極。通常,主下電容器電極可為主電容器和調整電容器所共用。再者,導電零件可包括一個或多個導電帶、線或層。在一些實施例中,主上電極和/或調整電極可藉由在電容器介電層上沉積導電層而形成。通常,印刷處理由於印刷減少了處理的步驟、製造程序的時間長度和/或用於製造電容器和/或裝置的材料成本,而優於傳統全面性沉積、光刻和蝕刻處理。
在第二通用實施例中,電容器可藉由(a)於絕緣基板上形成下電極圖形;(b)於下電極圖形上沉積電容器介電層圖形;(c)在電容器介電層圖形上形成主上電極和複數個上調整電極;以及(d)印刷一個或多個導電零件以將主上電極電性連接至調整電極的至少其中之一(如,串聯)而製造。在較佳實施例中,絕緣基板材料係選擇自由聚醯亞胺、玻璃/高分子疊合板或高溫高分子所組成之群組。
本發明的第二特點涉及可調電容器。在第一通用實施例中,電容器包括(a)導電基板上的主電容器介電層;(b)主介電層上的主上電極和複數個調整電極;以及(c)一個或多個將主上電極電性連接至調整電極的至少其中之一(如,並聯)的印刷導電零件。在一些實施中,導電基板為金屬並包括主下電極。較佳地,主下電極為裝置的主電容器和調整電容器所共用。在示例性實施實例中,導電零件包括印刷導電帶。
在第二通用實施例中,電容器包括(a)絕緣基板;(b)基板上的下電極圖形,所述下電極圖形包括主下電極和至少一個下調整電容器電極;(c)下電極圖形上的電容器介電層圖形;(d)主電容器介電層上的主上電極和複數個上調整電極;以及(e)一個或多個將主上電極電性連接至調整電極的至少其中之一(如,串聯)的印刷導電零件。在一些實施例中,導電零件包括印刷導電帶。
本發明的第三特點涉及包括可調電容器的裝置。在一個通用實施例中,裝置包括(1)一個或多個本發明的電容器;(2)具有接觸孔的基板上的介電層;以及(3)並聯或串聯的天線和/或電感器。在示例性實施例中,介電層具有一個或多個接觸孔,便於天線的電性連接。例如,在一些實施例中,介電層可以具有暴露主下電容器電極(或導電基板)的第一接觸孔(或區域)以及暴露導電零件的第二接觸孔(或區域)。在其他示例性實施例中,介電層具有暴露上電極的其中之一(如,主上電極或調整電極的其中之一)的接觸孔以及暴露下電容器電極的其中之一(如,主下電極或下調整電極)的第二接觸孔(或區域)。
本發明的第四特點涉及製造包括可調電容器的裝置的方法。在一個通用實施例中,方法包括(1)使用所述方法的其中之一而形成電容器;(2)於電容器上形成介電層,介電層中具有接觸孔;以及(3)將天線和/或電感器附著至主下電極(或導電基板)和導電零件(或替代地上電極的其中之一)。在一些實施例中,天線/電感器可以直接印刷在介電層上,以具有所需形狀或圖形。在其他實施例中,天線/電感器可以形成於第二基板上並接著使用習知技術中的適當方法附著至裝置。在具有導電基板的實施例中,天線可以由導電基板形成,例如藉由蝕刻導電基板(參見美國專利第7,286,053號,相關部分作包含於此而作為此案之參考)。
本發明的第五特點涉及檢測包括可調電容器的監測和/或識別標籤所嵌入或所附著之項目的方法。通常,本發明的監測/識別裝置可藉由(1)導致或誘導裝置中足以使裝置輻射、反射、吸收或反向散射可檢測電磁輻射的電流;(2)檢測可檢測電磁輻射;以及(3)隨意地、選擇性地停止運作裝置或命令裝置執行動作而檢測。
所述實施例使可調電容器製造為印刷積體電路製造程序的一部分。藉由(數位地)印刷連接器以將第一(主)電容器連接至一個或多個附屬(調整)電容器,連接至電路的次要/調整電容器的數量可以在積體電路製造程序中確定,去除了連接次要電容器的單獨遮罩的需要。此使次要電容器的各種尺寸和組合得以連接,以獲得高精確度電容器和/或改善電容量的匹配。本發明的這些和其他優點將從以下的較佳實施例中詳細說明。
現在將配合圖式加以詳細地描述本發明之實施例。應理解的是,本發明將結合以下實施例而描述,而該等描述並不意於將本發明限制於所述實施例中。相反,本發明意在包含替代者、修改者和等效者,以上均可包括在申請專利範圍所定義的精神和範圍之中。再者,在以下的詳細描述中,提出許多具體細節以貫穿理解本發明。然而,對於熟悉本領域的技術人員而言,在沒有具體細節的情況下也可以實施本發明。在其他情況中,不再詳細描述而已知之方法、程序、組成和電路,以為不必要地模糊本發明的內容。此外,應理解的是,所述的可能之排列與組合並不意味著限制發明。尤其,不一致的變化可能按需要而混合與匹配。
為了方便和簡化,術語“耦合至”“連接至”和“連通”意為直接或間接耦合、連接或連通,除非另作說明。這些術語通常交替交換使用,但通常給予習知公認之意思。又,為了方便和簡化,術語“監測”、“識別”、“EAS”、“RF”和“RFID”可以相對於使用目的和/或裝置和/或標籤的功能而交替使用,並且術語“EAS標籤”或“EAS裝置”可以在此用於代表EAS和/或監測標籤和/或裝置。此外,術語“項目”、“物件”和“物品”交替使用,並且無論使用哪一個術語,還可以包括其他術語。再者,術語“電容器電極”可以代表一個或多個主上電容器電極、主下電容器電極、上調整電容器電極和/或下調整電容器電極。又,術語“物”、“形狀”、“線”、“帶”和“圖形”可以交替使用,並通常代表半導體裝置的導電結構。術語“(半)導體”、“(半)導性”、“(半)電導”及其語法等效者代表材料、前驅物、層、物或其他導電和/或半導電的種類或結構。
在本申請案中,術語“沉積”(及其語法變異者)意在包括所有形式的沉積,包括全面性沉積(如,化學汽相沉積CVD,原子層沉積ALD和物理汽相沉積PVD),(旋轉)塗佈和印刷。通常,“塗佈”代表基本上在整個基板或表面上沉積油墨或其他材料的程序,而“印刷”通常代表油墨或其他材料(可選擇地)沉積在基板或表面的特定區域內的預定圖形的程序。在各個實施例中,塗佈可以包括旋轉塗佈、噴射塗佈、狹縫塗佈、擠壓塗佈、凹面塗佈和/或筆型塗佈。在其他實施例中,印刷可以包括噴墨印刷、凹版印刷、偏移印刷、軟版印刷、網版印刷、微點、模版、衝印、注射器分配、泵分配、雷射正向傳送,局部雷射CVD和/或筆型塗佈。
又,除非使用內容另作說明,術語“已知”、“固定”、“給予”“特定”和“預定”通常代表值、量、參數、限制、條件、狀態、程序、步驟、方法、實施及其組合。亦即,理論上為可變,但典型地都於使用時提前設定為不變。此外,術語“摻雜”代表摻雜有任何摻雜物的基本上可控制劑量(如,輕微摻雜、重度摻雜或兩者之間的摻雜程度之摻雜)的材料。
本發明的各種實施例涉及可調電容器及製造可調電容器的方法。本發明的其他實施例涉及包括此種可調電容器的裝置以及製造電容器的方法。仍然,本發明的進一步的其他實施例涉及使用所述各種裝置的檢測項目的方法。
本發明在其各個方面,將配合示例性實施例而更加詳細地進行描述。當一些實施例主要涉及監測和/或安全標籤或裝置的同時,本發明的方法和結構亦有益於識別以及包括一個或多個天線和/或電感器、電容器及其之間的連接的其他(無線)裝置中。
<形成並聯或串聯電容器的示例性方法>
在此敘述形成可調電容器的方法,以及具有可調電容器的裝置。此外,在此亦提供可用於形成各種實施例所描述的任何可調電容器和/或裝置的通用方法的詳細說明,以及亦提供此種裝置的單獨結構。
<形成並聯電容器的示例性方法>
在第一實施例中,形成電容器的方法包括(a)於導電基板上沉積主電容器介電層;(b)於主電容器介電層上形成主上電極和複數個調整電極;以及(c)印刷一個或多個導電零件以將主上電極電性連接至調整電極的至少其中之一。在一些實施例中,導電基板包括金屬(如,金屬箔或片),較佳地為,金屬基板用作主下電容器電極。裝置(如,RF、RFID、EAS、HR、VHF、UHF等)可藉由在電容器上形成天線和/或電感器,或者將天線/電感器附著至電容器以使用電容器而製造。在此提供由本發明之電容器所形成之裝置的詳細描述。
1. 準備基板
配合第1A圖至第1J圖說明第一示例性實施例。第1A圖為對應於第1B圖沿X-X’軸的剖視圖。具體地,第1A圖和第1B圖顯示有主電容器介電層120形成於上的導電基板110(如,電性機能)。在示例性實施例中,導電基板110包括金屬,並用作電容器的主下電極。在此實施例中,金屬基板可由裝置中的主上電容器電極和複數個調整電極所共用。
在示例性實施例中,導電基板包括金屬基板、金屬膜、金屬箔或金屬片,或上述之層壓或層疊組合,其中任何一種都可以進一步包括一個或多個障壁塗佈。例如,在各種實施方式中,基板的金屬可以包括鋁、鈦、銅、銀、鉻、鉬、鎢、鎳、金、鈀、鉑、鋅、鐵及其合金(如,鋼或不銹鋼)。其他合適的導電基板將配合電容器詳細地於此描述(參見,段落標題“基板”)。在一些實施方式中,用於導電基板的金屬可至少部分地根據經陽極處理以形成有效電容器介電質的能力(如,鋁)而選擇。通常,基板的厚度可具有1-300微米(μm)的標稱厚度(如,5-200μm或任何其他居間的範圍值,例如實施例中20-100μm的優勢的高Q)。額外地或替代地,導電基板可具有大約從0.1微歐姆-公分(μohm-cm)至大約100μohm-cm(如,0.5-80μohm-cm,或者任何其他居間的範圍值)的電阻率。
使用經陽極處理或“乾淨”(無陽極處理)之鋁、鋁/銅、銅、不銹鋼或相似金屬箔作為基板為有益的。所述基板的實例在美國專利第7,152,804號和第7,286,053號中有所揭露,相關部分併入於此作為參考。在各種實施例中,基板可具有一個或多個絕緣、平坦化、緩衝,或其他材料塗佈或其他沉積於上。基板在下一程序之前係常規地清潔並選擇性地塗佈障壁材料(如,氧化矽、氧化鋁或如氮化鈦的導電障壁)。塗佈步驟可以包括基板的表面材料(如,金屬箔)的氧化處理和/或陽極處理;旋塗或流體障壁組成的沉積;濺鍍、CVD或將障壁材料塗佈在基板上,或者上述程序的任何組合(參見,如,美國專利申請公開第2007-0273515號,相關的內容部分併入於此作為參考)。
在一些實施方式中,在後續處理之前,導電基板的表面可以常規地清潔和/或利用電解拋光、化學拋光和/或氧化剝離以降低表面粗糙度並去除低品質原生氧化物。所述清潔程序已詳述於P.G Sheasby和R. Pinner的“鋁和其合金的表面處理和加工”,2001年ASM國際第6版,相關的內容部分併入此作為參考。
II. 形成主電容器介電層
再次參考第1A圖和第1B圖,所述方法進一步包括在導電基板110上形成主電容器介電膜或層120。主電容器介電膜可根據任何適合的習知技術中而形成。例如,在一些實施方式中,主電容器介電層可藉由在氧化環境和/或氮化環境中氧化和/或氮化導電基板而形成。替代地,液態氧化物或氮化物前驅物可以形成於基板上(如,藉由如旋轉塗佈的全面性沉積技術,或藉由如印刷的選擇性沉積技術),並藉由加熱氧化環境和/或氮化環境而轉換為氧化物或氮化物。在一些變化中,介電層可藉由氧化印刷於金屬基板(如,鋼)上的液體矽烷或藉由在基板上塗佈可氧化或氮化的另一導電材料(如,矽、鋁、鉻、鉿等)而形成。
在其他實施例中,介電層120可藉由沉積(如,藉由印刷程序,或藉由全面性沉積或塗佈)介電質前驅物材料(如,如四烷基矽氧或四烷氧矽烷的二氧化矽前驅物)並依序地將前驅物轉換為介電膜而形成,例如,藉由乾燥、硬化和/或退火。然而,如果導電基板(如,鋁)無法高溫處理,通常較佳地為如印刷或汽相沉積的方法。當將前驅物材料轉換為介電膜之後,額外的金屬氧化物(如,二氧化鈦、二氧化鋯、二氧化鉿等)可沉積於膜上。因此,在一些實施方式中,主電容器介電質可以包括複數個層。
在一些實施例中,主電容器介電膜/層120可藉由全面性沉積技術而塗佈或沉積。通常,塗佈係指基本上在基板的整個表面上塗佈介電質前驅物的程序。例如,塗佈可包括如噴射塗佈、浸塗佈、刀片塗佈、凹面塗佈、狹縫塗佈、擠壓塗佈、筆型塗佈、微點、噴墨、凹版印刷、軟版印刷或旋轉塗佈。在這些實施例中,基板的區域可以根據需求藉由習知技術中的蝕刻技術而圖形化。例如,圖形化可包括介電質前驅物材料的直接印刷或間接圖形化(如,以由光遮罩、熱或雷射所圖形化的光-和/或熱-可圖形化前驅物材料,並隨後顯影)或者如傳統光刻、壓花或相似技術的圖形化程序。在一些實施例中,蝕刻程序可包括雷射剝蝕、機械滲透,濕式蝕刻或習知技術中的其他蝕刻或介電質去除技術。在一些變化中,介電層120可為全面性沉積,然後可使用傳統的磨邊技術以去除介電層的外邊0.001至10毫米(mm)。
在其他實施例中,主電容器介電層120可藉由真空沉積方法(如,CVD、電漿輔助式化學汽相沉積PECVD、低壓化學汽相沉積LPCVD,濺鍍沉積等)而沉積。在一個實施方式中,介電層可藉由陽極氧化所致之金屬氧化物半導體(MOS)介電質和/或失活介電質而形成。在美國專利第7,286,053號中詳細描述藉由陽極氧化而形成介電質,相關的內容部分併入於此作為參考。
仍參考第1A圖和第1B圖,在一些實施方式中,介電質(或合適的介電質前驅物)可選擇性地沉積(如,藉由印刷)於導電基板上以形成所需圖形。在印刷程序中,液態型之組成物(如,溶液、懸浮液、乳化液等)係選擇性地在預定圖形內沉積,並具有特徵解析度(如,最小佈局尺寸、間距、誤差校準界限,或任何組合)。選擇性沉積可使用任何在此討論的各種印刷程序和/或技術(如,噴墨印刷、凹版印刷、網版印刷等)而達成。
在一些實施例中,主電容器介電層120可藉由(i)在導電基板110的至少預定部分上印刷液相介電質前驅物油墨,以及(ii)乾燥和/或硬化介電質前驅物/油墨以形成主電容器介電層120而形成。選擇地,液相介電質前驅物油墨可選擇性地印刷於基板上,以使導電基板的預定區域曝光。在替代實施方式中,介電層可以印刷以覆蓋整個基板。在這些實施例中,電容器介電層可使用任何所述技術使用後續所形成的結構作為遮罩而選擇性地蝕刻。
用於印刷和/或塗佈程序中的液相介電質前驅物油墨可以包括旋塗式玻璃、有機介電質等。其他合適的介電質材料將配合示例性電容器和裝置於下詳細討論(參見,如,標題為“示例性介電膜層”章節)。此外,用於形成主電容器介電層的其他各種技術,及其有益效果,在美國專利第7,286,053號中有所描述,相關內容部分併入於此作為參考。
在各個實施例中,主電容器介電層(如,第1A圖和第1B圖中的結構120)具有從20埃()至2μm(如,20至1000、1000至2μm、50至500,或任何其他居間之範圍值)的厚度。附加地或替代地,主電容器介電層可具有從大約5伏特(V)至小於50V的擊穿電壓,較佳地為從10V至20V。然而,可選擇介電質厚度以控制裝置的電容量,並在監測和/或識別裝置中使用的情況下,控制介電質欲破裂時的電壓。
III. 形成主上電極和調整電極
本方法進一步包括在主電容器介電膜層上形成主上電容器電極和一個或多個調整電容器電極。例如,第1D圖顯示主上電容器電極130(即,對應電容器A)以及主電容器介電層120上的複數個調整電極132、134、136和138(即,分別對應於調整電容器B、C、D和E)的俯視圖。第1C圖顯示第1D圖中沿X-X’軸的剖視圖。主上電極130和調整電容器電極(如,第1D圖的132、134、136和138)可藉由在主電容器介電層120上沉積導電層(如,導電金屬、氮化物、金屬合金等)或半導體層(如,輕度摻雜、重度摻雜或不摻雜之半導體)而形成。導電或半導體層可使用習知技術中任何適當的方法而沉積。例如,金屬和/或半導體材料可藉由印刷或傳統全面性沉積/塗佈程序(如,藉由化學氣相沉積(CVD)、低壓CVD、濺鍍、電鍍、旋轉塗佈、噴射塗佈等)而沉積。如果用於上電極的層經全面性沉積,則可藉由光刻和蝕刻而圖形化。然而,較佳地為印刷處理。
在一些示例性實施例中,金屬油墨藉由印刷包括溶劑中所需金屬(如,矽化物形成金屬)前驅物的油墨而選擇性地沉積在主電容器介電層上,並依序地將金屬硬化、乾燥和/或退火。在各種實施例中,印刷可以包括噴墨印刷、凹版印刷、網版印刷、偏移印刷、軟版印刷、注射器分配、雷射寫入、微點、模版、衝壓、泵分配、雷射正向傳送、局部雷射CVD和/或筆型塗佈。可控制印刷金屬/(半)導體層的厚度。在一些變化中,清潔或表面粗糙處理可在金屬油墨沉積之前(如,藉由印刷)應用於介電層。這種清潔或表面粗糙處理可以提高鍍金屬與介電層的黏著力。例如,介電層可在金屬油墨印刷之前進行蝕刻,以提高印刷金屬與介電層的黏著力。
在其他示例性實施例中,主上電極和調整電極係藉由使用所述的全面性沉積或塗佈技術的任何一種將導體(如,含金屬油墨)沉積於主電容器介電層而形成。例如,在一個實施方式中,金屬可藉由旋轉塗佈包括導電材料(如,金屬或有機金屬化合物或複合物、金屬奈米粒子等)的前驅物的油墨(如,金屬前驅物油墨等)而沉積。在這個實施例中,油墨可進而乾燥、硬化、並退火以形成導電層。
導體油墨(含金屬)可以包括所述任何元素金屬(或金屬合金)的前驅物。例如,前驅物可以包括元素金屬或金屬合金的奈米粒子、鹽類、團簇、複合物、化合物、氮化物和/或矽化物。在示例性實施例中,含金屬前驅物油墨可包括或實質上由含量為重量百分比1至50(wt.%)(或居間之任何範圍值)的金屬前驅物(如,含金屬材料)的前驅物,以及可溶解含金屬材料的溶劑所構成。前驅物油墨可以印刷、乾燥、硬化和/或退火,以形成包括金屬或金屬合金的膜(參見,美國專利申請案公開第2009-0004370號和第2009-0020829號,相關的內容部分併入於此作為參考)。用於形成主上電容器電極和/或調整電極的適當元素金屬可包括鋁、鈦、釩、鉻、鉬、鎢、鐵、鎳、鈀、鉑、銅、鋅、銀、金等。適當的金屬合金可包括鋁銅合金、鋁矽合金、鋁銅矽合金、鈦鎢合金、鉬鎢合金、鋁鈦合金等。
在一些實施例中,導體油墨可包括一個或多個輕度摻雜或重度摻雜的半導體化合物。在某些情形中,希望於主動半導體層的整體中提供相對低度摻雜(濃度為小於5×1018
cm-3
的電性活躍摻雜物原子),以控制包括可調電容器的裝置的CV斜率。低摻雜物程度亦降低半導體部件的串聯電阻率,藉以允許較高的Q和/或較高的頻率作業(參見,美國專利第7,286,053號,相關的內容部分併入於此作為參考)。
在一些實施例中,主上電容器電極130和/或調整電極(如,132)可印刷為兩個或以上金屬前驅物的混合物。在替代實施例中,上電容器電極和/或調整電極可為一個或多個金屬前驅物、和一個或多個半導體前驅物的混合物。在其他實施例中,兩個或以上的金屬油墨可依次地印刷和乾燥為層壓層。混合物和/或層壓可選擇性地加熱或在形成中或之後反應,以形成主上電容器電極和/或調整電極。
關於第1C圖至第1D圖所述,含金屬前驅物油墨係沉積(如,印刷)於主電容器介電層120上的預定圖形。含金屬前驅物油墨可進而乾燥以去除油墨中的任何溶劑。通常,乾燥油墨包括以一定溫度加熱基板並以足夠長的時間去除溶劑。用於去除溶劑的適當溫度的範圍為大約80℃至大約150℃,或居間溫度的任何範圍(如,大約100℃至大約120℃等)。在這些溫度範圍內,從油墨去除溶劑的時間長度範圍為大約1秒至大約10分鐘,10秒至大約5分鐘,或居間時間的任何範圍(如,大約30秒至大約5分鐘,或大約1分鐘至3分鐘等)。加熱可發生於傳統的電熱板或在傳統爐子或烤箱。選擇性地,加熱可在惰性氣體中發生,如美國專利申請案公開第2008-0044964號中所述,相關內容部分併入於此作為參考。
當前驅物油墨經乾燥以去除溶劑之後,剩餘的材料可以進行硬化(如,密化、交聯、退散揮發性雜質等)和/或在一定溫度下退火(如,以改善膜的電性性質等),並加熱足夠長的時間以獲得所需之電性和/或物理性質。此外,退火程序可有益於獲得適當黏著於下面之介電層。通常,適當的退火溫度範圍為大約100℃至大約600℃,或居間溫度的任何範圍(如,大約100℃至大約300℃,大約150℃至大約250℃等)。在這些溫度範圍內,退火時間通常為大約1分鐘至大約2小時。在較佳實施例中,含金屬膜退火大約10分鐘至大約1小時(或居間值的任何範圍,如,大約10至大約30分鐘)。
在一些實施方式中,退火在爐子或烤箱中發生。選擇性地,退火可以在惰性或還原氣體中進行。例如,取決於基板,含金屬前驅物膜可曝露於還原劑中,並以大於環境溫度至大約200-400℃的溫度範圍下加熱。這個程序特別有益於無法於相對高溫下處理基板的實施例中(如,鋁箔、聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯酯類、聚醯亞胺等)。配置真空源和還原/惰性氣源的密封烤箱、爐子或快速熱退火爐可用於提供用於異質還原的還原氣體和熱能。替代地,金屬前驅物膜可在如套手工作箱或乾燥箱的可密切控制氣體的裝置中使用熱源(如,加熱板)而熱性分解為元素金屬。退火和/或還原程序及其替代程序,在美國專利申請案公開第2008-0044964號和第2009-0004370號中有所描述,相關內容部分併入於此作為參考。
當可調電容器用於裝置(如,無線或監測和/或識別裝置)時,主電容器電極和/或調整電極包括半導體層,希望再結晶用於形成半導體層的材料,以在裝置中為電路達成夠低之串聯電阻率和/或提高電容器的頻率響應(如,MOS電容器電路)。依次,此使高頻作業成為可能(如,在125千赫(KHz)和以上的範圍內,包括,例如,8.2(百萬赫)MHz或13.56MHz)。在這些實施例中,再結晶程序可以提高載子遷移率和/或導電層/半導體成分的摻雜物活躍性。低功耗和/或有效的高Q可需要遷移率達到10cm2
/vs和更高。低功耗通常需要低串聯電阻,整個電路較佳地少於5歐姆,以及至少104
歐姆的高並聯電阻(通常由低洩漏介電質提供),較佳地為歐姆,較佳地為>106
歐姆。有效的高Q在MHz範圍頻率和更高的頻率內提供低域和/或高讀取範圍操作。再結晶的較佳技術在美國專利第7,286,053號中有所描述,相關的內容部分併入於此作為參考。
在一些變化中,主電容器電極和/或調整電極可以藉由(無)電鍍程序而形成。在這些實施例中,印刷金屬層(如,鈀、鉑、鈷等)用作其他(整體)金屬(如,銀、銅、鎳、鋁、金、鈀等)的無電鍍沉積或電鍍(如,電鍍或無電鍍)的種子層。經由種子印刷和電鍍的示例性方法和材料在美國專利申請案公開第2009-0020829號和第2009-0085095號中有所描述,相關內容部分併入於此作為參考。
如第1H圖所示,調整電容器可以具有變化的尺寸。例如,在第1H圖中所示的實施例中,調整電容器電極135(對應於電容器F)和調整電容器電極137(對應於電容器G)具有較小於調整電極132和138(分別對應於電容器B和E)的尺寸/表面積。印刷各種尺寸的調整(如,次要)電容器電極使電極互相電性連接而成各種組合。此提供具有相對小粒度的高精確度電容器,並實現高精確度和/或改善電容量的匹配性。
IV. 形成導電零件
現在參考第1E圖至第1G圖,通常,導電零件140(如,導電“帶”、“線”、“圖形”及/或“形狀”)係形成於主電容器電極130、主電容器介電層120以及一個(或多個)調整電極(第1F圖至第1G圖的結構132)的至少一部分上。導電零件140作為主電容器電極130和調整電容器電極(如132、134、136和/或138)之間的連接器。可預定裝置的所需總電容量,並且調整電極可連接至主上電極,以獲得所需總電容量。
具體地,第1F圖和第1G圖顯示本發明一實施例中將主上電極130電性連接至一個調整電極132的導電零件140的俯視圖。第1E圖顯示沿第1F圖或第1G圖的X-X’軸的剖視圖。在第1F圖的實施例中,在裝置上僅有一個調整電極132和一個導電零件140形成並連接。然而,方法並不侷限於此。相反,如第1I圖至第1J圖所示,複數個調整電極和/或導電零件可形成並以各種組合連接,並於以下詳細討論。
通常,主上電容器電極130和主下電容器電極(如,導電基板110)形成第一電容器(第1E圖至第1G圖的結構A)。第一電容器A的電容量(或主電容器介電膜120的厚度)可在製造程序中測量。如果總電容量小於所需(或預定)總電容量,則一個或多個額外的電容器(如,第1E圖至第1F圖的電容器B和/或第1G圖中的電容器B、C、D和E)可以形成並電性連接至主電容器A,或者至電路的其他點(第1E圖至第1G圖中未示)。額外的電容器係形成於上調整電極132/134/136/138和下電容器電極110之間,並通常以導電層(如,導電零件140)而連接至第一電容器A,以獲得所需總電容量。
如果所需電容量增加,則可形成額外的導電零件以將主電容器A連接至額外的調整電容器(如,第1I圖中的電容器B和E,和第1J圖中的電容器B、E和G),如上所述,調整電容器可具有不同的尺寸(參見如,第1H圖和第1I圖中的電容器F和G)。改變調整電容器的尺寸和將調整電容器連接主電容器的導電零件的數量提供了客製化裝置的方法,並獲得高精確度和/或改善電容量的匹配性。
導電零件(如,第1F圖至第1J圖中的結構140、142和/或144)可包括形狀、線和圖形或帶。在較佳實施例中,導電零件為帶。導電零件可使用習知技術中之任何適當的方法而形成。例如,在示例性實施例中,導電零件係藉由在此所述的任何印刷程序而形成。在示例性實施例中,導電零件係藉由在至少部分主上電極130、至少部分電性連接至主上電極130之調整電容器以及在主電容器介電層120上沉積(如,藉由印刷)導電層(如導電金屬、氮化物、金屬合金等)或半導體層(如輕度摻雜、重度摻雜或未摻雜)而形成。如上所述,在其他實施例中,導電零件可藉由在此所述的全面性沉積/塗佈程序而沉積,並光刻和蝕刻,或替代地藉由印刷導電種子層,而隨後電鍍或無電鍍其上之整體導體。
在一個較佳實施例中,導電零件係藉由在所需圖形內數位地印刷金屬前驅物而形成。數位地印刷導電零件可於積體電路製造程序中確定或選擇連接至主電容器A的次要電容器(B、C、D等)的數量,而無需連接適當數量的次要調整電容器的單獨遮罩。此提供程序中或程序後微調方法,以獲得所需之精確度和準確度之電容器。
導電零件可使用在此所述關於形成導電/半導體結構(參見如,標題“形成主上電極和調整電極”的章節)的任何材料/金屬而形成。在示例性實施例中,導電零件包括或本質上由導電金屬、氮化物,或金屬合金組成。在一個變化中,導電零件係以相同於主電容器電極、調整電容器電極和/或導電基板的材料的材料而形成。然而,方法並不侷限於此,導電零件可以由不同於導電基板和主電容器電極和/或調整電極的材料的材料而形成。在一些實施中,摻雜物、矽化成分或其他功能調節劑和/或穿隧障壁材料可包括於導電零件中。這可以降低電阻率並增加Q,以及裝置的整體性能。
V. 形成天線和/或電感器
在一些實施例中,天線和/或電感器可以形成在調整電容器(如,第1E圖至第1F圖的電容器’)上,並耦合至或電性連接至導電零件和下電容器電極(或導電基板),從而製造裝置(如無線裝置或標籤、EAS、RF、RFID、HF、VHF、UHF等)。
第3B圖顯示具有並聯電容器的示例性裝置300的俯視圖。第3A圖顯示沿第3B圖的X-X’軸的剖視圖。如第3A圖所示,天線360-363係形成在第1E圖至第1F圖的電容器上(如電容器100)。在示例性實施例中,在形成天線和/或電感器360-363之前,如第3A圖所示,第二介電層350(如,中層介電膜)係形成在至少一部分基板110、主電容器介電膜120、電容器電極130/132以及導電零件140之上或上面的預定圖形中。第二介電層350在依序形成的電感器和/或天線和上電容器電極和導電零件之間提供電性隔離(如,以洩漏和電容量的形式)。第二介電層可根據在此所述的任何適當的方法和使用任何關於形成主電容器介電層的適當的材料而形成。
第二介電層350一般具有形成在其內暴露至少一部分的導電零件140和/或導電基板110的接觸孔(第3B圖中未示)。在一些實施例中,介電層350可使用在此所述的任何印刷技術而選擇地印刷,以包括接觸孔。介電層可依序地蝕刻以加寬需要的接觸孔。
如第3A圖和第3B圖所示,天線和/或電感器360-363可以形成在結構上,並耦合至或電性連接至導電零件140和/或上電容器電極(如,主上電容器電極130和/或調整電容器電極132)和導電基板110,以形成並聯的裝置300。天線和/或電感器可以包括天線、電感器或兩者。在一些實施例中,天線/電感器可包括接觸墊區(第3A圖至第3B圖中未示),其可以包括金屬凸塊或異向性導電膠(anisotropic conductive paste,ACP)。
通常,天線/電感器可使用在此所述關於導電結構(如,電容器電極、導電零件等)的任何方法而形成。天線/電感器可形成為任何適於佈置於標籤或裝置(如,線圈或螺旋形、鋸齒形等)上的形狀和尺寸,並可使用在此所述的任何導電材料而製造。例如,天線和/或電感器可以具有從1至100μm的厚度以及從0.1至100μohm-cm的電阻率(或居間值的任何範圍)。形成天線和/或電感器的示例性方法在美國專利第7,152,804號和第7,286,053號、美國專利申請案公開第2009-0137071號以及國際專利申請案第PCT/US09/44248號(2009年5月15日申請)中有詳細描述,相關的內容部分併入於此作為參考。在進一步的實施例中,可在天線/電感器的表面上增加額外的支撐或背層,以為裝置提供額外的機械性支撐、穩定性和/或保護,特別在後續的處理步驟中(參見國際專利申請案第PCT/US09/44248號,相關的內容部分併入於此作為參考)。
VI. 鈍化
儘管第3A圖至第3B圖中沒有顯示,在一些實施例中,本發明之方法可以進一步包括在基板上的結構上(如,天線/電感器、電容器電極、導電零件等)形成鈍化層。形成鈍化層可抑制或防止水、氧氣和/或其他物質的侵入,導致積體電路/裝置的品質下降或毀壞。以下將配合示例性電容器和包括電容器的裝置以詳細描述適合用於形成鈍化層的材料,以及示例性特性(如,長度、寬度、厚度等)(參見標題「鈍化層」的章節)。
鈍化層可以利用一個或多個無機障壁層,如聚矽氧烷和/或氮化物、氧化物和/或矽或鋁的氮氧化物,和/或一個或多個有機障壁層,如聚對二甲苯基、氟化有機高分子或其他習知技術中之障壁材料,藉由塗佈結構的上表面而形成。在一些變化中,鈍化層可以包括底層介電層,其可以使用在此所述的任何方法而形成。底層介電層可以由具有較小於頂層鈍化層應力之應力的材料所形成。為了說明,底層介電層可以包括氧化物(如,二氧化矽、四乙基矽烷(TEOS)、非摻雜矽酸鹽玻璃(USG)、氟化矽酸鹽玻璃(FSG)、硼磷化矽酸鹽玻璃(BPSG)等),並且鈍化層可以包括氮化矽或氮氧化矽。在一些實施例中,鈍化層可具有可能稍大於分離電路之各個主動組成的介電層的厚度的厚度。
<形成串聯電容器的示例性方法>
以下配合第4A圖至第4L圖詳細說明形成串聯電容器的示例性方法,以及配合第5A圖至第5D圖描述形成包括第4A圖至第4L圖的可調電容器的裝置的示例性方法。形成串聯電容器的方法的一些步驟和/或程序同於或基本上相似於形成上述並聯電容器的方法,並作為參考。此外,上述方法中非不一致性的實施例可以應用於在此所述的形成串聯電容器的方法。通常,串聯電容器可藉由(a)在絕緣基板上形成下電極圖形;(b)在下電極圖形上沉積電容器介電層圖形;(c)在電容器介電層圖形上形成主上電極和複數個上調整電極;以及(d)印刷一個或多個導電零件以將主上電極電性連接至上調整電極的至少其中之一而形成。包括串聯可調電容器的裝置(如,無線裝置、標籤、EAS、RF、RFID等)可以藉由在串聯電容器上形成天線和/或電感器而製造。
I. 形成主下電極圖形
第4A圖和第4B圖分別顯示具有下電極圖形的基板405的剖視圖和俯視圖。如第4B圖所示,下電容器電極圖形通常包括主下電極電容器410以及一個或多個下調整電極(如,結構420-423)。儘管第4B圖中的實施例包括四個下調整電極,其他變化可依照需求包括額外(或更少)的調整電極。
當主下電極圖形可形成於習知技術中的任何類型之基板上的同時,在較佳實施例中,基板包括絕緣和/或電惰性材料。例如,適當的基板可包括,但不侷限於玻璃(如,石英)片、晶圓、條、塑膠和/或金屬箔或板、矽晶圓等。再者,基板亦可包括一個或多個額外的層(緩衝,機械性支撐等)。基板可依照需求或硬或軟。
在包括電惰性/非主動或絕緣基板的實施例中,基板的材料可以包括玻璃的板、盤和/或片、陶瓷、介電質和/或塑膠。在較佳實施例中,基板包括或本質上由聚醯亞胺、玻璃/高分子層壓板,或高溫高分子所構成。其他適合的絕緣基板在此將配合示例性電容器加以討論(參見標題“基板”的章節)。在一些實施例中,玻璃和塑膠基板可以進一步包括平化層,以降低基板的表面粗糙度。再者,形成改善黏著力和/或控制隨後印刷或沉積材料的塗敷,和/或障壁層的材料的表面能量修飾層是有益的。
如果選擇導電基板,則在基板和任何形成於其上的電性主動層或導電結構之間應具有絕緣層。然而,在絕緣器上的結構和/或裝置與形成於導電基板中的結構之間形成電性接觸區的區域則不需要絕緣層。如果需要絕緣層,則絕緣層可包括具有大約0.01至大約10μm的厚度的旋塗式玻璃障壁層(在一個例子中大約為1μm)。
下電容器電極圖形(如,第4B圖的結構410和420-423)可使用所述任何形成導電結構的方法而形成於基板405上,並可使用所述任何導電或半導體材料以相關於形成並連電容器的方法而形成(參見,如,上述標題“形成主上電極和調整電極”的章節)。例如,參考第4A圖和第4B圖,第一主下電極410和下調整電極420-423可以形成在絕緣基板405上預定圖形內,從而曝露至少部分底層絕緣基板405。在示例性實施例中,形成主下電極圖形包括沉積導電(或半導體)層。較佳地,導電層包括或實質上由導電金屬、氮化物或金屬合金構成。
印刷液體金屬和/或金屬或半導體前驅物油墨的示例性技術在美國專利第7,152,804號、第7,314,513號和第7,422,708號中,以及美國專利申請案公開第2006-0211187號、第2008-0085373號和第2009-0020829號中有所描述,相關內容部分併入於此作為參考。其他形成導電結構的構想和/或方法(如,主上電容器電極、導電零件等)配合上述第一示例性而說明。上述的構想和技術一般可應用於某種程度上無不一致形成第二示例性方法的形成下電容器電極圖形中。
II. 形成主電容器介電層
如第4C圖和第4D圖所示,電容器介電層圖形430/432形成在下電容器電極圖形(410和420-423)和基板405的部分上。在第4C圖至第4D圖的實施例中,電容器介電層圖形包括主電容器介電層430和調整電容器介電層432。電容器介電層圖形430/432可使用任何方法、技術和/或材料,以及如第一示例性方法中所述之形成介電層的相同一般特徵而形成(參見,標題為“形成主電容器介電層”的章節)。以下配合示例性電容器詳細說明適合形成主電容器介電層的材料(參見標題“示例性介電質膜層”的章節)。
如第4C圖所示,介電層的一部分(如主電容器介電層的一部分430)可以形成在主下電容器電極410和一或多個下調整電容器電極(如,調整電極420)之間。在變換實施例中包括導電基板(在第4C圖和第4D圖中未顯示),電容器介電層圖形可以直接形成在導電基板(金屬箔,片等)上。較佳地,電容器介電層圖形430/432選擇地在基板上的預定圖形中印刷(例如,噴墨、凹版印刷),從而曝露出底層電容器電極(如,調整電極420)的部分(如,藉由第4C圖內所示的接觸孔/區域435)。為了進一步描述,如第4D圖之俯視圖所示,通常依照需求將主電容器介電層圖形化以曝露出主下電容器電極410的部分、下調整電極420-423的部分、以及基板405的部分。
III. 形成主上電極和調整電極
第4E圖和第4F圖分別顯示了已經在介電層圖形430/432上形成主上電容器電極440和一個或多個上調整電容器電極(如結構442-445)後裝置的剖視圖和俯視圖。通常地,主上電極440電容地耦合至主下電極410從而形成電容器A。相似地,上調整電極442、443、444以及445分別電容地耦合至下調整電極420、421、422以及423,從而分別形成電容器B、C、D以及E。主上電容器電極440和上調整電極442-445可以使用在此所述的任何關於形成導體(或半導體)結構和/或分層的沉積規劃、方法和/或技術而形成。在一些實施例中,主上電極440和/或上調整電極442-445可以由使用於形成下電容器電極圖形410和420-423之相同的(半)導體材料而形成,替代地,可以使用不同(半)導體材料形成每一個導電結構(如,主上和下電容器電極和上/下調整電極)。
IV. 形成導電零件或帶
在裝置上形成一個或多個導電零件或帶,並如第4G圖~第4L圖所示,將主上電極電性連接到至少一個調整電極。具體地,第4H圖顯示了本發明具有形成一個導電帶或零件450於其上之電容的俯視圖,該導電帶或零件450將主電容器電極440(對應電容器A)與調整電容器電極442(對應電容器B)串聯。第4G圖顯示了沿X-X’軸的第4H圖的剖視圖。在這個實施例中,導電帶450形成與主上電容器電極440和下調整電容器420之電性接觸。(例如,通過形成在電容器介電圖形中的接觸開口(如,第4E圖內的接觸孔435))
如第4I圖至第4L圖所示,可以藉由在裝置上形成額外的導電零件,而使額外的調整電容器連接至電路。例如,第4J圖顯示了具有在其上形成第二導電零件451之第4G圖~第4H圖的裝置的俯視圖。第4I圖顯示了沿X-X’軸的第4J圖的剖視圖。第二導電零件451串聯地電性連接上調整電極442和上調整電極443(分別對應電容B和C),並因此減少淨電容量。
第4L圖顯示了具有在其上形成第三導電零件452的第4I圖~第4J圖的俯視圖。第4K圖顯示了沿Y-Y’軸的第4L圖的剖視圖。在這個實施例中,第三導電零件452串聯地將下調整電容器421電性連接至下調整電容器422(分別對應電容C和D),進一步減少電路的整體電容量。儘管沒有在圖中顯示,額外的調整電容器可以依據需要相似地連接,從而進一步減少電路的淨電容量。
通常,導電零件或帶(如450、451和452等)可以使用前面所述的任何關於製造導電結構的材料、規劃、方法和/或製程而形成。在實施例中,導電零件或帶可以在預定圖形中數位地印刷。在其他優選實施例中,導電零件或帶係由導電金屬、導電氮化物或金屬合金所構成的群組中所選出的導電層而形成。
V. 形成天線和/或電感器
根據本發明方法的實施例,天線和/或電感器可以形成在裝置上,並耦合、或電性連接至上調整電容器電極和主下電容器電極,從而形成裝置(如,無線、監測和/或識別標籤、RF、RFID、EAS、UHF等)。天線和/或電感器可以包括天線、電感器,或兩者。天線和/或電感器可以使用有關於某種程度上不與形成並聯電容器矛盾之前面所討論的任何關於形成天線和/或電感器(或其他導電結構)的材料、方法和/或程序而形成。
如第5A圖和第5B圖中所示(分別,剖視圖和俯視圖),在第4K圖~第4L圖的電容器上形成天線/電感器之前,介電層510(如中間層介電)可以形成在基板至少一部分上,包括但不侷限於,主上電容器電極440、上調整電極(如,442-445)、導電零件(如,450-453),以及電容器介電層圖形(430和432)。中間層介電510可以具有在其中形成之一個或多個接觸孔(如520)以曝露一個或多個上調整電極(如444)和/或主下電容器電極410的部分。此外,中間層介電510可以選擇地形成(如,藉由在此所述的印刷製程),從而曝露出上調整電極和/或主下電極之所需和/或預定的部份。介電層510可以使用前面所述之關於與形成介電層某種程度上不矛盾的任何材料和/或方法而形成。
第5D圖顯示了具有在其上形成天線和/或電感器之第5B圖的裝置的俯視圖。第5C圖顯示了沿Y-Y’軸的第5D圖的剖視圖。如第5C圖~第5D圖所示,天線/電感器形成在結構上,並電性連接至少一個上調整電容器電極444和主下電容器電極410。天線/電感器可以形成有適於在標籤或裝置上放置的任何形狀和大小,並可以使用在此所述的任何材料製造。例如,在第5C圖~第5D圖所示的實施例中,天線和/或電感器形成具有鋸齒圖形,或蛇紋石形狀。然而,本發明必不侷限於此,電感器/天線可以具有適合在標籤/裝置之任何在此所述敘之形狀。若是需要電感器/天線可以形成具有1至100μm的厚度,以及0.1至100μ歐姆-cm的電阻率(或此值的任何範圍)。
VI. 鈍化
儘管在第5C圖~第5D圖的裝置500中沒有顯示,在一些變化中、鈍化層可以形成在基板上的結構(如,天線/電感器、中間層介電膜,電容器電極,導電零件等)上面。形成鈍化層可以抑制或防止容易導致積體電路/裝置品質下降或惡化的水、氧氣,和/或其他物質的進入。用以形成鈍化層的適當材料,以及實施特徵(如,長度、寬度、厚度等)將關於可調電容器詳細描述(參見,如,在此標題為「鈍化層」的章節)。鈍化層可以使用在此所述的關於第一實施方法之任何方法所形成。
<可調電容器實例>
本發明的第二方面涉及可調電容器,以及包括可調電容器的裝置。此處將以關於各種包括在電容和/或裝置中之組成的詳細討論,描述了電容器和裝置的實例。
第1E圖和第1F圖分別顯示了並聯第一實例電容100的剖視圖和俯視圖。通常,第一實例電容100包括(a)在基板110上的主介電層120;(b)主介電層120上的主上電極130和至少一個調整電極132;以及(c)一個或多個電性連接主上電極130與調整電極(如,132)的印刷導電零件140(如,導電帶)。在實施例中,基板110包括導電材料,並用作共用之下電容器電極。主上電容器電極130電容地耦合至下電極(如,導電基板110),從而形成電容器A,且上調整電容器電極132電容地耦合至下電極/導電基板110,從而形成電容器B。導電零件140以並聯連接電容器A和B。電容可以包括複數個可能具有各種尺寸調整電容器。改變調整電容器電極的尺寸允許將各種合併連接在一起(參見,如第1I圖至第1J圖),從而獲得具有相對小粒度的高精度電容器,其具有高精度和/或提高電容值匹配。其他可能的變化下面將詳細討論(參見標題為「電容器電極」和「導電零件或帶」的章節)。
在一些實施例中,電容器的各種結構可能具有圓頂形輪廓。例如,如第2圖所示,電容器介電質220、主電容器電極230、調整電容器電極232,和/或導電零件240可以具有圓頂形輪廓。具有圓頂形輪廓的結構和裝置,以及形成這些結構和裝置的方法在美國專利申請公開2009-0085095中詳細描述,相關的內容作為參考。
並聯電容器(如,如第1E圖~第1F圖以及第2圖所示)可以用在裝置300中,如第3A圖~第3B圖所示(分別為剖面和俯視圖)。如第3A圖所示,第二介電層或膜350形成在主上電容器電極130和調整電極132、導電零件/帶140以及主電容器介電膜120的至少一部分上形成。天線360-363係在第二介電層350上,並接觸導電零件140和導電基板110(即,作為主下電容器電極)。儘管沒有在第3A圖中顯示,結構可以選擇性進一步地在基板上包括鈍化層。本發明的裝置可以包括無線裝置、監視和/或識別標籤或裝置,EAS、RF、RFID、HF、VHF和/或UHF標籤或裝置等。
第4K圖和第4L圖分別顯示了實例串聯可調電容器400的剖面和俯視圖,串聯可調電容器400通常包括:(a)絕緣基板405;(b)其上的下電極圖形,該下電極圖形包括主下電極410和至少一個下調整電極422;(c)在該下電極圖形上的電容器介電層圖形430-432;(d)在電容器介電層圖形上之主上電極440和複數個調整電極442-445;以及(e)將主上電極與至少一個調整電極電性連接的一個或多個印刷導電零件450-452。
第5C圖~第5D圖分別顯示了包括實例串聯電容器400的裝置500的剖視圖和俯視圖。具體地,裝置包括在第4K圖-第4L圖上的電容器400上的第二介電層510,且天線和/或電感器530-535電性連接下至主電容器電極410和上調整電極444。
本發明的實例電容和/或裝置的各種結構和組成將在下面詳細描述,並通常適用於串聯和並聯電容。
I. 基板
通常,適用於本發明之電容的基板可以包括任何現有技術中的絕緣體、導體,或半導體材料。例如,基板可以包括半導體(如,矽)、玻璃、陶瓷、介電塑膠或金屬的晶圓、平板、圓盤、薄片和/或箔,較佳地,係組成從由矽晶圓、玻璃板、陶瓷板或圓盤、塑膠片或盤、金屬箔、金屬片或圓盤,及其層壓或組合層所構成的群組中選擇。在一些變化中,基板可以包括多層結構,包括金屬或其他導電材料,其上具有對應氧化物或全面性沉積/塗佈的絕緣體。選擇地,基板可以在金屬層上的背層,其的材料與絕緣層相同(參見,如,國際專利申請PCT/US09/44248,相關內容作為參考)。在一些實施例中,基板包括在其上沉積或塗佈二氧化矽之鋁箔或不銹鋼箔。在其他實施例中,金屬基板可以包括具有陽極化之氧化鋁於其上的鋁。然而,較佳的基板根據上述用於製造裝置的方法製造。
包括並聯電容器的實施例(根據第一實施方法製造,並對應第1E圖-第1I圖),較佳包括導電結構或基板(如,金屬基板、金屬膜、金屬箔、金屬片等)。在一些實施方式中,基板包括金屬或基本上由金屬所構成,此金屬如鋁、鈦、銅、銀、鉻、鉬、鎢、鎳、金、鈀、鉑、鋅、鐵、鋼(如不銹鋼)或其合金。在實施例中,導電基板也作為主下電容器電極。
在各種實施例中,其他導電材料可以使用,包括導電高分子、導電無機化合物膜,和/或摻雜半導體。在各種實施例中,用於導電基板的金屬或合金可以包括多層結構,例如在薄銅片或箔上沉積(如,藉由濺鍍或CVD)鋁、鉭或鋯,或是在薄鋁片或箔上沉積銅(如,藉由電鍍)。然而,在較佳實施例中,導電基板為金屬箔,該金屬薄係包括或基本上由不銹鋼、鉬、銅或鋁所構成。在一些實施例中,用於導電基板的金屬可以基於其陽極化的能力而將至少選擇一部分封閉,從而形成有效電容器介電膜。
在實施例中,導電(如,金屬)基板具有從大約1μm至大約300μm的厚度(如,5-200μm、20-100μm,或者此值的任何範圍)。再者,基板可以具有從大約0.1μohm-cm至大約100μohm-cm的電阻率(如,0.1-10μohm-cm、0.5-5μohm-cm、3μohm-cm,或此值的任何範圍)。在實施例中,電阻率為大約0.5至大約80μohm-cm。
包括串聯電容器的實施例(根據第二實施方法製造,並對應第4K圖~第4L圖)可以具有包括現有技術中以及在此所述的各種合適的基本材料(如,玻璃片、晶圓、單片、塑膠和/或金屬箔或厚板、矽晶圓等)。然而,較佳地,基板包括絕緣和/或其他電惰性材料。例如,適當的電惰性或不活躍基板可以包括玻璃(如,石英)、陶瓷、介電質和/或塑膠的平板、圓盤和/或片。在一些實施例中,絕緣基板從由聚醯亞胺、聚醚碸、聚乙烯萘(PEN)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、玻璃/高分子疊合物、或高溫高分子所構成的群組中選擇。在包括電導基板(如,金屬箔,或任何在此所述導電基板)的變化中,基板進一步包括基板和依序在其上形成的電活性結構(如,下電容器電極圖形等)之間的絕緣層。例如,這種絕緣層可以包括具有大約1μm厚度的旋壓玻璃屏障。一些實施例包括玻璃和/或塑膠基板,其可以進一步包括平坦化層,用於減少基板的表面粗糙度。
II. 電容器電極
通常,電容器電極(如,主下和上電容器電極和/或調整電極)可以包括現有技術中的任何導體或半導體材料。例如,在一些較佳實施例中,電容器電極包括導電層(如,導電金屬、氮化物或金屬合金)。在實施例中,主上和下電極和/或調整電極進一步包括如同在此關於製造電容的第一和第二方法之描述的印刷金屬、導體,或半導體之前驅物油墨。
首先參考並聯可調電容器(如第1E圖~第1I圖所示)的例子,主下電容器電極110較佳地由導電基板形成,並從而可以包括在此討論之關於導電基板和/或材料(如,鋁、鈦等)的任何導電材料。現在參考示例串聯電容器(如第4K圖~第4L圖所示),包括主下電容器電極410和一個或多個下調整電極(如,420-423)的下電極圖形係在(絕緣的)基板405上,並可以包括在此所數之任何所述適當導電材料(如,金屬/導體油墨、金屬前驅物油墨、晶種/塊狀金屬、半導體油墨等)。在實施例中,電容包括含有導電金屬、氮化物或金屬合金的導電層。適當的導電材料(如,金屬前驅物油墨,半導體油墨等)已在美國專利7,553,545、7,422,708、7,294,449、7,485,691、7,491,782、7,314,513以及7,498,317中詳細描述,並在美國專利申請公開2007-0007342、2008-0042212、2008-0044964、2008-0085373以及2009-0004370中描述,相關內容作為參考。
在一些實施方式中,印刷金屬層(如,Pd)可以作為無電沉積或塊狀導電金屬電鍍的晶種層。金屬油墨適於形成晶種層、塊狀導電材料,形成相同結構的方法在國專利申請公開2009-0004370和2009-0020829中所描述,相關的部份作為在此之參考。
在實施例中,下電容器電極可以具有從1至2,000μm的標稱厚度(如,從50至2,000μm、200至1,000μm、1至300μm、5至200μm、20至100μm,或此值的任何其他範圍)和/或0.1-100μohm-cm的電阻率(如,0.5至80μohm-cm、0.5至5μohm-cm,或所述值的其他範圍,並在一個實施例中,大約3μohm-cm)。
在基板上形成主下電極的實施例中(如,第4K圖~第4L圖所示的串聯電容器),根據設計選擇和/或偏好,下電極可以在預定圖形中形成的基板上(如,主下電極410和調整電極420-423)。主下電容器電極可以具有任何所需形狀,如圓形、方形、矩形、三角形等,並具有幾乎任何尺寸(如,允許電容器在裝置上和/或內適配等。),較佳地,主下電容器電極具有實質上小於其他尺寸的尺寸(i)寬度、長度、和厚度,或尺寸(ii)半徑和厚度。例如,主下電容器電極的半徑從25至10,000μm(較佳地,50至5,000μm、100至2,500μm,或此值的任何範圍),或者50至20,000μm、100至10,000μm、250至5,000μm或此值任何範圍的寬度和/或長度。
相似地,主上電容器電極還可以具有任何所需形狀,如圓形、方形、矩形、三角形等,並具有幾乎任何尺寸。在一些實施例中(如第2圖所示),主上電容器電極230具有圓頂形輪廓。通常,主上電容器電極(如第1E圖~第1F圖中的130和/或第4K圖~第4L圖的440)具有實質上小於其他尺寸的尺寸(i)寬度、長度以及厚度,或是尺寸(ii)半徑和厚度。例如,主上電容器電極130和/或440的半徑從20至10,000μm(較佳地,40至5,000μm、80至2,500μm,或此值的任何範圍),或者40至20,000μm,80至10,000μm,150至5,000μm或此值的任何範圍的寬度。
上調整電極(如第1G圖的132、134、136和138和第4L圖的442-445)可以選擇地在預定圖形中形成,以具有任何所需大小或形狀。每個調整電極可以使用相同或不同的(半)導體材料而獨立形成,並且每個調整電極可以獨立地形成,以具有單一尺寸和/或形狀。例如,第1H圖所示,調整電極135和137小於調整電極132和138,並且調整電極135小於調整電極137。然而,本發明並不侷限於此,調整電極形狀和尺寸的其他組合也可以。
調整電極係藉由導電零件而連接(如,連接至主上電容器電極和/或其他調整電極),從而獲得預定總電容。例如,調整電極可以並聯或串聯增加和連接至電路,從而增加或降低所需淨電容。例如,如第1G圖所示,電容器A和B藉由導電零件140連接。為了增加整體電容,額外的調整電容器(如,對應電容器E的結構138)可以藉由導電零件142以並聯方式連接至電容器A,如第1H圖所示。第1J圖所示,額外的電容器可以依據所需連接至電路,從而增加電容器(如,電容器G藉由導電零件144與電容器A連接)。
在可替代實施例中,調整電極可以串聯方式增加或連接至電路,從而減少整體電容。例如,在第4H圖中,電容器A和B藉由導電零件450串聯。為了減少淨電容,額外的調整電容器可以如第4J圖所示連接,其中電容器B和C藉由零件451串聯,並且在第4L圖中,電容器C和D也串聯(如,藉由零件452)。
在一些實施例中,至少一個電容器電極(如,主上電容器電極、主下電容器電極、調整電極等)具有圓頂形輪廓。例如,如第2圖所示,主上電極230和調整電極232具有圓頂形輪廓。具有圓頂形輪廓的結構和形成這些結構的各種方法在美國專利申請2009-0065776和2009-0085095中描述,相關內容作為參考。
III. 介電膜層實例
本發明中的電容器通常包括一個或多個介電膜層。例如,並聯和串聯電容器每一個都在下電容器電極和上電容器電極之間包括主電容器介電膜(如,第1E圖~第1G圖中的結構120和第4K圖~第4L圖中的結構430/432)。當電容器用於標籤或裝置中的時候,如第3A圖~第3B圖和/或第5A圖~第5D圖中所示,還在電容器電極至少一部分、導電零件和/或主電容器介電膜上,具有額外的/第二介電層膜(如,中間層介電膜)在第3A圖~第3B圖中的350,和/或第5A圖~第5D圖中的510。在實施例中,介電膜可以具有圓頂形輪廓(參見,如第2圖中的主電容器介電膜220)。
通常,本發明的介電膜可以包括任何電絕緣介電質材料,如金屬或矽氧化物和/或矽氮化物,或者其他陶瓷或玻璃(如,二氧化矽、氮化矽、氧化鋁等)。在一些實施例中,介電膜包括或實質上由氧化鋁、二氧化矽,和/或對應用於製造導電結構的金屬氧化物或金屬氮化物所構成(如,主下電容器電極、導電基板、主上電容器電極或調整電極等)。在一些變形中,介電質可以進一步包括在介電膜上之額外的金屬氧化層。因此,在一些實施方式中,電容器介電膜可以包括複數個層。
在一些實施例中,介電膜可以包括無機絕緣體。例如,在一些較佳實施例中,無機絕緣體包括或基本上由二氧化矽,三氧化二鋁,氮化矽,氮氧化矽,氧化鈦或鉿構成。在其他實施例中,介電膜包括有機介電質材料,其可以包括或實質上由聚乙烯萘、聚醚碸、聚乙烯萘(PEN)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET),或聚醚醚酮(PEEK)所構成。其他適於介電膜的材料在美國專利申請公開2007-0287237、2008-0042212、2008-0044964、2008-0048240和2009-0137071中詳細描述,以及在國際專利申請PCT/US09/44248中詳細描述,相關內容作為參考。
在一些實施方式中,本發明的一個或多個介電膜具有至少一個接觸孔。例如,如第4C圖所示,在主電容器介電膜430/432中具有接觸孔435,用於曝露一部分最下層電極(如,調整電極420)。現在參考第3A圖的裝置300,(第二)中間層介電膜350可以具有一個或多個接觸孔,以曝露出導電基板110和/或導電零件140,便於與天線/電感器362-363電性連接。
在實施例中,主電容器介電層具有從20至2μm的厚度(如,20至1000、1000至2μm、50至50,或者此值的任何其他範圍)。當可調電容器用於裝置中的時候,主電容器介電膜最好設計並製造具有足夠的厚度和/或崩潰電壓,從而鈍化射頻磁場的應用在穿過介電層的電容中誘發出一電壓差,其將透過介電層的崩潰處而成短路狀態或變化的電容,使標籤/裝置停止運作(如,電壓差從大約4至大約50V,較佳地從大約5至少於30V的電壓差,更較佳地係的大約10至20V,或者任何其他結束點的範圍),從而標籤電路不在所需頻率中響應。因此,在這些實施例中,主電容器介電膜的厚度從大約50至大約400,和/或崩潰電壓從大約10至大約20V。
在一些變形中,現在參考如第3A圖~第3B圖中的裝置,主電容器介電膜120具有明顯小於第二(中間層)介電膜350厚度的厚度。例如,在一個實施例中,主電容器介電膜120具有從20至1000的厚度,且第二(中間層)介電膜350具有從2000至20000的厚度。在實施例中,中間層介電膜350具有從3000至5000的厚度。
IV. 導電零件或帶
本發明的電容器包括至少一個導電零件或帶,用於將上電容器電極連接至一個或多個調整電容器電極。通常,導電零件/帶可以包括在此所敘述關於導電結構的任何電(半)導材料。在一些實施例中,導電帶為包括或實質上由導電金屬、氮化物,或金屬合金所構成的導電層。
現在參考第1E圖~第1F圖(分別剖面和俯視圖)所示,在實施例並聯電容器中,導電帶140連接主上電容器電極130和調整電容器電極132(分別對應電容器A和B)。如第1E圖所示,導電帶140在主電容器電極130、主電容器介電膜120以及調整電容器電極132的至少一部分上。在這個實施例中,電容器A和B並聯,從而增加整體電容。
第4G圖~第4H圖分別顯示了具有導電零件450之串聯電容器的剖視圖和俯視圖,該導電零件450串聯連接上主電容器電極440和下調整電極420(對應電容器A和B)。關於並聯電容器所述,串聯電容器可以包括額外連接其他調整電容器的導電零件,從而獲得所需淨電容。例如,如第4I圖~第4J圖所示,第二導電零件451串聯上調整電極442和上調整電極443(對應電容器B和C),而使裝置的淨電容降低。為了進一步說明,如第4K圖~第4L圖所示,第三導電零件452串聯下調整電極421和422(對應電容器C和D)。可以串聯增加額外的導電零件,從而進一步降低淨電容。
導電零件/帶可以具有任何適當的形狀和尺寸(如,方形、矩形、圓形、規則形狀或不規則形狀等),如第1F圖~第1J圖所示。此外,可以形成複數個導電帶以達成預定或所需整體電容。例如,在第1F圖和第1G圖中的實施例中,藉由導電帶140連接電容器A和B,並且在第1I圖中的實施例中,第二導電帶142連接電容器A和E(如,在調整電極138處)。在第1J圖內所示的實施例中,第三導電帶144利用調整電容器G(如在調整電極137處)連接電容器A。如這裏所述,調整電容器電極可以具有變化尺寸(如,第1H圖~第1J圖內的電容器電極132、135以及137)。從而,整體電容可以藉由在主電容器電極(如130)和一個或多個調整電容器電極(如132、135、137和/或138)之間形成連接導電零件而客製化。調整電容器的各種組合可以藉由導電零件一起連接,從而獲得具有相對小粒度的高精度電容器,因此導致高精度和/或提高電容值的匹配。
現在參考第3A圖~第3B圖,導電零件/帶140還可以在電容器A/B和包括可調電容器之裝置300的天線/電感器362之間提供電連通。在這個實施例中,零件/帶可以使用導電或非導電黏著劑,連接至電容器電極和/或天線/電感器。額外地,在一些變形中,零件可以具有一個或多個相互連接/接觸墊(圖中未示),用於連接電容器電極130/132和/或電感器線圈362。
在一些實施方式中,印刷金屬層(如,Pd)可以作為無電沉積或塊狀導電金屬電鍍的晶種層。金屬油墨適於形成晶種層、塊狀導電材料,形成相同結構的方法在國專利申請公開2009-0004370和2009-0020829中所描述,相關的部份作為在此之參考。
V. 天線和/或電感器
如前面所述,本發明的電容器可以使用於各種裝置。例如,在第3A圖~第3B圖內所示的實施例中,天線和/或電感器360-363電性連接至導電零件140和導電基板(如下電容器電極)110,以形成具有並聯電容器的裝置300。在第5C圖~第5D圖內所示的實施例中,天線/電感器530-535電性連接至下主電容器電極410和上調整電極444,以形成具有串聯電容器的裝置,因此,在實施方式中,天線/電感器在電路或裝置中的其他結構上或上面。通常,天線和/或電感器可以具有任何所需形狀(線圈、迴圈、鋸齒形狀等)並幾乎具有任何適配裝置的尺寸。通常,天線和/或電感器可以包括任何在此討論關於導電結構和/或形成結構的方法的導電材料。
在一些實施方式中,天線/電感器進一步包括一個或多個接觸/相互連接墊區域(在第3A圖~第3B圖或第5C圖~第5D圖中並未顯示),用於將電感器/天線連接至導電基板和/或導電零件上。在實施例中,接觸墊包括金屬泵或各項異性導電膏(ACP)。天線/電感器的接觸墊可以藉由黏著劑黏貼於和/或固定於電容器電極和/或電性導電帶,該黏著劑可以為導電或非導電。接觸墊具有任何所需形狀(如,圓形、方形、矩形、三角形等),並幾乎具有任何允許其適配在裝置內和/或上的尺寸,並為導電零件和導電基板提供電性連通和/或物理接觸。天線/電感器可以包括連續結構,或可以非連續並包括耦合至一個電容器電極的第一(外)電感器以及耦合至第二電容器電極的第二(內)電感器。在各種實施中,背和/或支撐層可以黏附於電感器。支撐和/或背層可以為裝置(如監測/識別裝置)的黏著或安置提供黏著面,用於附加追蹤或監測的項目。
在實施例中,電感器/天線包括具有複數個迴圈、環或線圈的線圈。在一些實施例中,天線/電感器具有線圈或同心螺旋迴圈形式。天線/電感器線圈的同心迴圈或環可以具有任何適當的寬度和節距(如,內環間距),並且寬度和/或節距可以在圈與圈或環與環之間改變(參見第3B圖)。對於天線/電感器線圈的迴圈或環的適當尺寸和形狀(如,寬度、厚度、節距等)在國際專利申請PCT/US09/44248中詳細描述,相關內容作為參考。
對於電容器電極和帶,印刷金屬層(如,Pd)可以作為無電沉積或塊狀導電金屬電鍍的晶種層。金屬油墨適於形成晶種層、塊狀導電材料,形成相同結構的方法在國專利申請公開2009-0004370和2009-0020829中所描述,相關的部份作為在此之參考。
VI. 鈍化層
儘管在圖中沒有顯示,在一些實施中,本發明的裝置可以進一步包括結構上的鈍化層。鈍化層通常為傳統的,並可以包括有機高分子或無機介電質,其可以傳統地摻雜,和/或可以包括旋壓玻璃、氮化矽、氮氧化矽、聚矽氧烷,或其之組合物,而作為混合物或多層結構。在一些變形中,鈍化層可以包括最下層介電層,其可以包括具有低於最上層鈍化層之應力的材料。在實施例中,鈍化層通常具有與裝置相同的寬度和長度尺寸。還可以具有適於裝置的厚度。例如,鈍化層可以從0.5至100μm的厚度、從3至5μm、從10至25μm,或者此值的任何範圍。鈍化層的詳細描述和特性實例詳細地在美國專利申請公開2009-0137071中和國際專利申請PCT/US09/44248,IDR1412中描述,相關內容作為參考。
本發明的裝置還可以進一步包括電感器的表面上的支撐和/或背層。支撐和/或背層為傳統技術,並且是在監測/識別裝置技術中位元已知的內容(參見,如美國專利5,841,350、5,608,379以及4,063,229,和美國專利申請公開2002/0163434,相關內容作為參考)。通常,支撐和/或背層為黏著面提供接下來的黏著或安置,附加上需要追蹤或監測的項目,和/或未監測/識別裝置自身提供機械性支撐。
<使用本發明裝置檢測項目的實施方法>
本發明進一步涉及在監測區域內檢測項目或物件的方法,該方法包括步驟:(a)在本發明裝置中引起或導引出電流,足以使裝置輻射、反射、背向散射,或吸收可檢測之電磁輻射(較佳地,在頻率為所施加的磁場的整數倍數或整數除數處),(b)檢測可探測的電磁輻射,並選擇地(c)選擇性使裝置停止運作和/或使裝置運行。通常,當裝置處於包含振盪電磁場之檢測區的時候,在本發明裝置中所導引出的電流和電壓足以使裝置輻射、反射、背向散射,或吸收可探測電磁輻射。這個振盪電磁場係藉由傳統的監測/識別探測設備和/或系統所製造或產生。
本發明使用的方法進一步包括黏結、固定或其他將本發明裝置放在欲檢測目標或項目上或內的步驟。再者,根據本發明裝置的優點,裝置(如,標籤)可以藉由臨界值的非揮發性遷移(即,CV曲線特徵相對電壓的位置)或是裝置的電容而停止運作,以響應具有足夠強度和有效振盪頻率之所施加的電磁場,以引發裝置中的電流、電壓及/或共振。典型地,當存在於檢測區的物件或文件不是欲檢測者或是已知的時候,裝置停止運作。
用於檢測和/或防止文件或物品從零售商店或其他機構(如,圖書館等)被偷竊或未經許可的移除之電子和/或無線識別安全系統之使用已經廣泛地應用。通常,監測/識別裝置系統應用固定於、放置在內側、相互連接,或以其他方式固牢在欲檢測(如,保護)的文件或物件或項目封裝體的標籤或安全標籤/裝置(如,EAS、RF、RFID等)。根據所使用之系統特別種類、文件的種類和尺寸,監測/識別標籤可以具有很多不同的尺寸、形狀和形式。通常,當安全標籤和黏貼有(或放置在內)標籤的保護文件經過安全或監測區或經過或靠近安全檢查點或監測站,這種系統用於檢測活性安全標籤存在與否。然而,本發明並不侷限於這種安全應用。例如,本發明中的監測/識別裝置可以進一步包括邏輯,其使裝置在檢測區內基於檢測執行動作。
本發明中的裝置設計為至少一部分在與電子安全系統工作,該系統感測到射頻(RF)電磁場的分佈。這種電子安全系統通常在由門戶所定義控制區域內建立電磁場,文件在離開受控制的場所時必須穿過該門戶(如,零售店)。將具有諧振電路的裝置黏貼於每個文件上,並且藉由接收系統感測到控制區域內標籤電路的存在,表示文件未經授權去除。授權人從任何授權物品中使標籤電路停止運作、失諧或去除以離開場所,從而允許文件通過裝配有警報的控制區域。這個規則上運行的多數標籤為單一使用或一次性標籤,並因此在大量低成本中生產。
本發明中的裝置可以在任何商業應用中使用(並,若需要和/或可用,再使用)並在所述應用的任何必要頻率範圍內使用。例如,本發明的裝置可以使用的頻率,領域和/或範圍,如下表1所述。
停止運作方法通常包括諧振標籤電路的遠端電子停止運作,從而停止運作的標籤可能留在正好離開場所的物品上。這種停止運作系統的實例在美國專利4,728,938和5,081,445中描述,對每一項有關部分納入參考。諧振安全/識別標籤的電子停止運作涉及更改或破壞檢測頻率響應,從而安全標記已不再是藉由系統檢測而作為活動的安全標記。電子停止運作實現的方法有很多。但總的來說,已知的方法涉及短路部分諧振電路,或在一些諧振電路內建立開路,從而破壞電路的Q值,或者將諧振頻率轉移出檢測系統的頻率範圍,或兩者兼而有之。
在典型地高於探測信號但一般在FCC規定內的能量位準時,停止運作儀器在標籤或裝置的諧振電路中導引出電壓,其能夠引造成下電容器電極與上電容器電極之間的介電膜崩潰。因此,本發明的監視/識別裝置可以方便地在接近停止運作設備或其上放置標籤而在收銀台或其他類似地點的瞬間停用上述標籤。
本發明從而也關於文件監測技術,其中電磁波傳送至關於受基本頻率(例如,13.56MHz)保護之場所區域中,並且該地區記憶體在的未授權文件係藉由本發明的監視/識別裝置發射或吸收探測電磁輻射而感測。這種發射或吸收電磁輻射可包括次要諧波,或其後由感測器發射器元件、標籤或包括黏貼於或內嵌於物品內的無線監視裝置的薄膜所輻射的諧波頻率波,所處情況是標籤或薄膜並沒有從場所授權去除而停止運作。
根據本發明的方面之文件監視方法、盜竊檢測方法,或其他識別方法可能藉由下面實現的順序步驟說明理解。本發明的裝置(例如,集成地形成具有價格標籤)黏著於或嵌入,在系統的監視下的項目、文件或物件。接著,任何已經付費或其他方式授權離開監視區域之文件上的活性標籤/裝置可以停止運作,或不會被監視場所的停止運作裝置的操作員(如,收銀員或後衛)查到。此後,尚未停止運作或未感測的裝置/標籤所發射的諧波頻率或再輻射信號或電磁波,當藉由移動穿過存在基本頻率電磁波或電能空間能量領域檢測區(如,出口或識別區)時會被檢測到。這個區域內的諧波信號的檢測表示未經核實之其上具有活性裝置/標籤的物品之未經授權的存在或意圖去除,並可用於發出信號予或觸發警報或鎖住出口門或閘門。標籤信號在2倍頻率或1/2倍頻率載運或讀取傳輸頻率檢測,說明了使用方法的較佳形式,其他諧波信號,如第三和隨後的諧波信號,以及基本和其他子諧波信號都可以應用。
因此,本發明的實施例提供可調電容器、製造或產生可調電容器的方法、使用可調電容器的裝置以及製造和使用該裝置的方法。根據本發明依方面,複數個次要(調整)電容器可藉由印刷連接器導電層(如,透過數位印刷程序)以並聯或串聯連接至主要電容器,以獲得預定和/或所需之整體電容量。在本發明中,一個或多個可調電容器可以如同印刷積體電路製造過程的一部分所製造。藉由印刷(如,數位地)連接器導電零件/帶,使連接至電路的次要調整電容器的數量在積體電路製造過程中可以被確定或選擇,而無需連接適當數量的次要電容器的單獨遮罩。這有效地提供製程中(in-process)或製程後(post-process)微調方法,以獲得電容器所需的精確度和準確度。本發明的電容器可以進一步藉由形成具有各種尺寸和形狀的可調電容器而客製化。具有各種尺寸的可調電容器致各種組合連接在一起,以獲得相對小顆粒性的高精確度電容器。此致電容量的精確度高和/或匹配改善。
主電容器和調整電容器可以並聯以增加裝置的整體電容量,或替代替,電容器可以串聯以減少裝置的整體電容量。本發明的電容器可用於製造裝置(如無線、監測和/或識別裝置標籤、EAS、RF、RFID、HF、VHF和/或UHF等)。此外,在此所述的方法和技術也可以以並聯或串聯連接其他裝置(如,電晶體、電阻器等)用於類比調整之目的,如電阻器調整或具調整之電晶體。
本發明特定實施例前述的說明,用於顯示和描述所呈現的目的。這並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制,且明顯地可能依據以上教示而有許多的改良和變化。選擇和說明實施例是為了最佳地解釋本發明的原理及其實際應用,從而致使本領域具有習用技術者能最佳使用本發明,且各種具有不同改良的實施例則適合於特別思考的使用。這表示本發明的範圍係藉由在此附加之申請專利範圍及其等效物所定義
100...電容器
110...導電基板
120...主電容器介電層
130...主上電容器電極
132、134、136、138...調整電極
135、137...調整電容器電極
140、142、144...導電零件
210...導電基板
220...電容器介電質
230...主電容器電極
232...調整電容器電極
240...導電零件
300、500...裝置
350...第二介電層
360、361、362、363...天線/電感器
400...電容器
405...基板
410...第一主下電極
420、421、422、423...下調整電極
430...主電容器介電層
432...調整電容器介電層
435、520...接觸孔
440...主上電容器電極
442、443、444、445...上調整電極
450...導電零件
451...第二導電零件
452...第三導電零件
510...介電層
530、531、532、533、534、535...天線/電感器
A、B、C、D、E、F、G...電容器
所附圖式其中提供關於本發明實施例的進一步理解並且結合與構成本說明書的一部分,說明本發明的實施例並且描述一同提供對於本發明實施例之原則的解釋。
圖式中:
第1A圖至第1B圖分別顯示了本發明實施例中製造並聯調整電容器方法中之中間環節的剖視圖和俯視圖;
第1C圖至第1D圖分別顯示了本發明實施例中製造並聯調整電容器方法中之另一中間環節的剖視圖和俯視圖;
第1E圖至第1F圖分別顯示了本發明實施例中具有並聯連接主電極和次要調整電極的導電零件的電容器實例的剖視圖和俯視圖;
第1G圖顯示了本發明實施例中具有並聯連接主電極和複數個次要調整電極其中之一的導電零件的電容器實例的俯視圖;
第1H圖顯示了具有複數個各種尺寸次要電極的電容器實例的俯視圖;
第1I圖至第1J圖顯示了具有複數個與主電極和複數個次要調整電極並聯連接的導電零件的第1H圖電容器的俯視圖;
第2圖顯示了具有圓頂形輪廓結構的第1E圖電容器的剖視圖;
第3A圖至第3B圖分別顯示了本發明實施例中具有並聯電容器的裝置的剖視圖和俯視圖;
第4A圖至第4B圖分別顯示了本發明實施例中製造串聯電容器方法中的中間環節的剖視圖和俯視圖;
第4C圖至第4D圖分別顯示了本發明實施例中製造串聯電容器方法中之另一中間環節的剖視圖和俯視圖;
第4E圖至第4F圖分別顯示了本發明實施例中具有串連接主電極和次要調整電極之導電零件的電容器實例的剖視圖和俯視圖;
第4G圖至第4H圖分別顯示了本發明實施例中具有串連主電極和次要調整電極之導電零件的電容器實例的俯視圖;
第4I圖至第4J圖分別顯示了具有串聯額外調整電容器的第二導電零件的第4G圖至第4H圖電容器的剖視圖和俯視圖;
第4K圖至第4L圖分別顯示了具有串聯額外調整電容器的第三導電零件的第4I圖至第4J圖電容器的剖視圖和俯視圖;
第5A圖至第5B圖分別顯示了本發明實施例中製造具有串聯電容器的裝置的方法的中間環節的剖視圖和俯視圖;以及
第5C圖至第5D圖分別顯示了本發明實施例中具有串聯電容器的裝置的剖視圖和俯視圖。
210‧‧‧導電基板
220‧‧‧電容器介電質
230‧‧‧主電容器電極
232‧‧‧調整電容器電極
240‧‧‧導電物
Claims (30)
- 一種形成電容器的方法,包括:a)在一導電基板上沉積一主電容器介電層;b)在該主電容器介電層上形成一主上電極和複數個調整電極;以及c)(i)在該主上電極以及該等調整電極之至少一個上印刷一個或多個導電零件,(ii)且將該主上電極電性連接至該等調整電極之至少一個。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,其中該導電基板包括一主下電極。
- 如申請專利範圍第1項所述的方法,其中形成該主上電極包括在該主電容器介電層上選擇性地沉積一導電層。
- 如申請專利範圍第3項所述的方法,其中沉積該導電層包括在對應該主上電極的一圖形中印刷一金屬前驅物油墨。
- 如申請專利範圍第4項所述的方法,進一步包括乾燥該金屬前驅物油墨,並退火該乾燥的前驅物,從而形成該導電層。
- 一種製造一裝置的方法,包括:a)申請專利範圍第1項所述的方法;b)在該基板的至少一部分上形成一第二介電層;以及c)形成電性連接至該導電零件和該導電基板的一天線和/或一電感器。
- 一種電容器,包括:a)一主電容器介電層,在一導電基板上;b)一主上電極以及複數個調整電極,在該主電容器介電層上;以及c)一個或多個印刷導電零件(i)在該主上電極以及該等調整電極之至少一個上,(ii)且將該主上電極並聯電性連接至該等調整電極的至少一個。
- 如申請專利範圍第7項所述的電容器,其中該導電基板包括一主下電極。
- 如申請專利範圍第7項所述的電容器,其中該導電基板包括一金屬箔或一金屬片。
- 如申請專利範圍第9項所述的電容器,其中該主電容器介電層包括一有機介電質或一無機介電質。
- 如申請專利範圍第10項所述的電容器,其中該主上電極和/或該等調整電極包括一導電層。
- 如申請專利範圍第11項所述的電容器,其中該導電零件包括一導電層,該導電層係從一導電金屬、一導電氮化物或一金屬合金所構成的群組中選擇。
- 一種裝置,包括:a)如申請專利範圍第7項所述的電容器;b)一第二介電層,在該基板上,且該第二介電層之中具有至少一個接觸孔;以及c)一天線和/或一電感器,電性連接至該印刷導電零件和該導電基板。
- 一種形成一電容器的方法,包括:a)在一絕緣基板上形成一下電極圖形,該絕緣基板係選自一聚醯亞胺、一聚醚碸、一聚乙烯萘(PEN)、一聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、一玻璃/高分子疊合板,或一高溫高分子所構成的群組,該下電極圖形包括一主下電極和至少一個下調整電極;b)在該下電極圖形上沉積一主電容器介電層圖形;c)在該主電容器介電層圖形上形成一主上電極和複數個上調整電極;以及d)(i)在該主上電極以及該等調整電極之至少一個上印刷一個或多個導電零件,(ii)且將該主上電極串聯電性連接至該等調整電極之至少一個。
- 如申請專利範圍第14項所述的方法,其中形成該下電極圖形包括在該絕緣基板上沉積一導電層。
- 如申請專利範圍第15項所述的方法,其中沉積該導電層包括在一對應該主下電極和該至少一個下調整電容器電極的圖形中印刷一金屬前驅物油墨。
- 如申請專利範圍第16項所述的方法,進一步包括乾燥該金屬前驅物油墨,並退火該乾燥的前驅物,從而形成該導電層。
- 如申請專利範圍第19項所述的方法,其中形成該主上電極和/或該等上調整電容器電極包括在該主電容器介電層圖形上沉積一導電層。
- 如申請專利範圍第18項所述的方法,其中沉積該導電層包括在一圖形中印刷一金屬前驅物油墨、乾燥該金屬前驅物油墨並退火該乾燥的前驅物,從而形成該導電層。
- 一種製造一裝置的方法,包括:a)申請專利範圍第14項所述的方法;b)在該基板的至少一部分上形成一第二介電層;以及c)形成電性連接至該等導電零件和該導電基板其中之一的一天線和/或一電感器。
- 一種電容器,包括:a)一絕緣基板,係選自由一聚醯亞胺、一聚醚碸、一聚乙烯萘[PEN]、一聚乙烯對苯二甲酸酯[PET]、一玻璃/高分子疊合物、或一高溫高分子所構成的群組;b)一下電極圖形,在該絕緣基板上,該下電極圖形包括一主下電極和至少一下調整電極;c)一主電容器介電層圖形,在該下電極圖形上;d)一主上電極以及複數個上調整電極,在該主電容器介電層圖形上;以及e)一個或多個印刷導電零件(i)在該主上電極以及該等調整電 極之至少一個上,(ii)且將該主上電極串聯電性連接至該等調整電極的至少一個。
- 如申請專利範圍第21項所述的電容器,其中該下電極圖形包括一第一導電層。
- 如申請專利範圍第21項所述的電容器,其中該主電容器介電層圖形具有一從20Å至2μm的厚度。
- 如申請專利範圍第21項所述的電容器,其中該主電容器介電層包括一有機介電質或一無機介電質。
- 如申請專利範圍第21項所述的電容器,其中該主上電極和/或該複數個上調整電極包括一第二導電層。
- 如申請專利範圍第25項所述的電容器,其中該第二導電層包括一導電金屬、一導電氮化物或一金屬合金。
- 如申請專利範圍第21項所述的電容器,其中該導電零件包括一導電層,該導電層係從一導電金屬、一導電氮化物,或一金屬合金所構成的群組中選擇。
- 一種裝置,包括:a)如申請專利範圍第21項所述的電容器;b)一第二介電層,在該基板上,該第二介電層之中具有至少一個接觸孔;以及c)一天線和/或一電感器,電性連接至該主下電極和該複數個上調整電極的其中之一。
- 一種檢測項目的方法,包括以下步驟:a)在申請專利範圍第7項所述的裝置中引發或導引出一電流,足以使該裝置輻射、吸收、或背向散射可檢測的電磁輻射;b)檢測該可檢測的電磁輻射;以及c)隨意地、選擇性地停止運作該裝置。
- 一種檢測項目的方法,包括以下步驟:a)在申請專利範圍第21項所述的裝置中引發或導引出一電 流,足以使該裝置輻射、吸收、或背向散射可檢測的電磁輻射;b)檢測該可檢測的電磁輻射;以及c)隨意地、選擇性地停止運作該裝置。
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