TWI504059B - 射頻識別標籤天線及其製造方法 - Google Patents

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Description

射頻識別標籤天線及其製造方法
本發明涉及一種射頻識別標籤天線及其製造方法。
目前，無線通訊技術得到廣泛應用，如在物流管理上，無線通訊技術具體之應用形式為射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)系統。該系統通常包括三部份，即RFID讀寫器、RFID標籤以及電腦處理端。由於涉及到無線訊號之發射及接收，RFID標籤通常包括天線。
目前，RFID標籤的天線一般使用銅箔作為材料，惟當長時間使用後，銅箔表面由於長時間接處到空氣中的水分，會導致銅箔表面漸漸形成一層氧化銅，導致天線之收發訊號功能逐漸喪失，從而影響了RFID系統之可靠性。
有鑒於此，有必要提供一種可提高RFID系統可靠性之射頻識別標籤天線及其製造方法。
一種射頻識別標籤天線，其包括基板及奈米碳管薄膜層。該奈米碳管薄膜層設置於該基板上並形成有預定圖案。該奈米碳管薄膜層由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束組成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管。
一種射頻識別標籤天線之製造方法，其包括：提供基板及奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束組成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管；及將該奈米碳管薄膜拉緊並鋪設該基板上以在該基板上形成具有預定圖案之奈米碳管薄膜層。
與先前技術相比，本發明提供的射頻識別標籤天線及其製造方法，藉由使用奈米碳管薄膜作為天線之材料，使天線在使用過程中不易氧化，從而提高了RFID系統之可靠性。
10‧‧‧射頻識別標籤天線
20‧‧‧基板
30‧‧‧黏結層
40‧‧‧奈米碳管薄膜層
50‧‧‧保護層
142‧‧‧奈米碳管束
143‧‧‧奈米碳管
118‧‧‧奈米碳管薄膜
110‧‧‧樣品台
116‧‧‧奈米碳管陣列
114‧‧‧基底
100‧‧‧拉伸工具
圖1為本發明第一實施方式提供的一種射頻識別標籤天線的結構示意圖。
圖2為圖1中的射頻識別標籤天線的平面示意圖。
圖3為圖1中的射頻識別標籤天線所使用之奈米碳管薄膜的放大示意圖。
圖4為圖3中之奈米碳管薄膜製備方法之裝置示意圖。
下面將結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
請一併參閱圖1至圖2，本發明第一實施方式提供的一種射頻識別標籤天線10包括基板20，黏結層30，奈米碳管薄膜層40及保護層50。
該黏結層30設置於該基板20上，該黏結層30可以按照在基板20上 具有預定圖案之區域進行塗佈，也可以按照能整體覆蓋該預定圖案區域之方式進行塗佈。
該奈米碳管薄膜層40黏結於黏結層30上並形成有預定圖案。本實施方式中，該預定圖案為偶極天線圖案。請參圖3，該奈米碳管薄膜層40由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束142組成。每個奈米碳管束142包括相互平行排列之複數奈米碳管143。奈米碳管薄膜層40中的奈米碳管束142的長度基本相同，相鄰奈米碳管束142之間藉由凡德瓦爾斯力(Van der Waals force)緊密連接。該複數奈米碳管143的排列方向與該基板20之表面平行。
該保護層50覆蓋該奈米碳管薄膜層40及基板20之表面。保護層50由絕緣材料製成以保護該奈米碳管薄膜層40免受損壞。
本實施方式提供的射頻識別標籤天線10，藉由使用奈米碳管薄膜作為天線之材料，使天線在使用過程中不易氧化，從而提高了使用射頻識別標籤天線10的RFID系統或其它系統之可靠性。
本發明第二實施方式提供一種射頻識別標籤天線10之製造方法，其包括以下步驟：S100)提供基板20及奈米碳管薄膜118，該奈米碳管薄膜118由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束142組成，每個奈米碳管束142包括相互平行排列之複數奈米碳管143；S200)在該基板20上形成黏結層30；S300)將奈米碳管薄膜118拉緊並鋪設該黏結層30上以在該基板20上形成具有預定圖案之奈米碳管薄膜層40；及 S400)形成覆蓋該奈米碳管薄膜層40之保護層50。
在步驟S100中，請參閱圖4，本實施方式的奈米碳管薄膜118以拉膜法製備，該方法具體包括以下步驟：
(一)製備一個奈米碳管陣列116於一個基底114上。
本步驟中，所述奈米碳管陣列116為一超順排奈米碳管陣列，該超順排奈米碳管陣列116的製備方法採用化學氣相沉積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底114，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本實施方式優選為採用4英寸的矽基底114；(b)在基底114表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底114在700~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底114置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500~740℃，然後通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到超順排奈米碳管陣列116，其高度為200微米~400微米。該超順排奈米碳管陣列116為複數彼此平行且垂直於基底114生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列116。藉由上述控制生長條件，該超順排奈米碳管陣列116中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該奈米碳管陣列116中的奈米碳管彼此藉由凡德瓦爾斯力緊密接觸形成陣列。本步驟中碳源氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物，保護氣體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。
上述形成有奈米碳管陣列116的基底114可固定於上。具體地可以選用膠帶、黏結劑或機械方式固定基底114於樣品台110上。
(二)採用拉伸工具100從奈米碳管陣列116中拉取以獲得奈米碳管薄膜118。
所述拉取獲得奈米碳管薄膜118的方法具體包括以下步驟：從上述奈米碳管陣列116中選定一定寬度的複數奈米碳管片斷，將該複數奈米碳管片段固定於拉伸工具100上，本實施方式優選為採用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列116以選定一定寬度的複數奈米碳管片斷；以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列116生長方向拉伸該複數奈米碳管片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜118。
在上述拉伸過程中，該複數奈米碳管片斷在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底114的同時，由於凡德瓦爾斯力作用，該選定的複數奈米碳管片斷分別與其他奈米碳管片斷首尾相連地連續地被拉出，從而形成奈米碳管薄膜118。該奈米碳管薄膜118中奈米碳管143的排列方向基本平行於該奈米碳管薄膜118的拉伸方向。
該奈米碳管薄膜118的寬度與奈米碳管陣列116所生長的基底114的尺寸有關，該奈米碳管薄膜118的長度不限，可根據實際需求制得。本例子中，採用4英寸的基底114生長超順排奈米碳管陣列116，該奈米碳管薄膜118的寬度可為1釐米~10釐米，厚度為0.01微米~100微米。
當然，若從超順排奈米碳管陣列116中拉出之單層奈米碳管薄膜118作為奈米碳管薄膜層40之厚度不能滿足實際需要的話，那麽，可以將兩層或以上之奈米碳管薄膜118相互疊合在一起以構成奈米碳管薄膜層40。在這種情況下，奈米碳管薄膜層40中相鄰的兩個奈米碳管薄膜118中的奈米碳管排列方向具有一交叉角度α ，0° α 90°，具體可依據實際需求製備。相鄰兩個奈米碳管薄膜118之間藉由凡德瓦爾斯力緊密結合。
另外，若從陣列116拉出之奈米碳管薄膜118的寬度與射頻識別標籤天線10實際所需的天線寬度相當，則可將奈米碳管薄膜118拉緊後直接鋪設於黏結層30上即可；若從陣列116拉出之奈米碳管薄膜118的寬度比射頻識別標籤天線10所需的天線寬度大，則可將奈米碳管薄膜118拉緊後直接鋪設於黏結層30上後，再用雷射對奈米碳管薄膜118進行處理，燒結出所需寬度及形狀，即可完成該預定圖案的製作。再者，也可利用雷射對奈米碳管薄膜118進行處理，奈米碳管薄膜118中具有較大直徑的奈米碳管束142將會吸收較多的熱量，從而被氧化，使得奈米碳管薄膜118之厚度減少。
一般來說，導電膜需要有一定的平整度(避免厚度不均勻時導致電流流動時之散熱問題)。本實施方式之射頻識別標籤天線10之製造方法，以拉膜法製造奈米碳管薄膜層40，拉出的奈米碳管薄膜118已具有一定平整度，而厚度一般來說皆低於100奈米(nm)，但以銅來說，利用蒸鍍法將銅形成在基板上而達到與上述平整度相當之平整度，一般而言至少需鍍銅至200~300nm厚度才能實現，而且蒸鍍過程容易造成所鍍銅箔中間厚、邊緣薄的情況出現。因此，奈米碳管薄膜118之厚度只需銅箔之一半，從而節省了材料及膜層厚度不均之情況出現。另外，比起銅箔製程先以蒸鍍方式鍍上整片銅箔，再搭配設計的光罩以及濕蝕刻製程等複雜製程，奈米碳管製成天線只需一般的拉膜，或再加雷射進行處理，即可完成天線之製造，從而節省了製造時間及簡化了製造過程。
另外，在其它實施方式之射頻識別標籤天線及其製造方法中，黏結層30及形成黏結層30之步驟可以省略，因奈米碳管具有相當大之比表面積(Specific Area)，故奈米碳管薄膜118具有黏性，可直接黏於基板20上。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，如在其它實施方式中，該預定圖案可以為其它圖案，按實際所需製得，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10‧‧‧射頻識別標籤天線
20‧‧‧基板
30‧‧‧黏結層
40‧‧‧奈米碳管薄膜層
50‧‧‧保護層

Claims (14)

  1. 一種射頻識別標籤天線，其包括：基板；及設置於該基板上並形成有預定圖案之奈米碳管薄膜層，該奈米碳管薄膜層由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束組成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管，該奈米碳管薄膜層直接與該基板接觸。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的射頻識別標籤天線，其中，該複數奈米碳管的排列方向與該基板之表面平行。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的射頻識別標籤天線，其中，該射頻識別標籤天線還包括覆蓋該奈米碳管薄膜層之保護層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的射頻識別標籤天線，其中，該保護層由絕緣材料製成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的射頻識別標籤天線，其中，該奈米碳管薄膜層之厚度小於100奈米。
  6. 一種射頻識別標籤天線，其包括：基板；直接與該基板接觸的黏結層；及直接與該黏結層接觸並形成有預定圖案之奈米碳管薄膜層，該奈米碳管薄膜層由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束組成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管。
  7. 一種射頻識別標籤天線之製造方法，其包括：提供基板及奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束组成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管 ；及將奈米碳管薄膜拉緊並鋪設該基板上以在該基板上形成具有预定圖案之奈米碳管薄膜層；該奈米碳管薄膜層直接與該基板接觸。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，其中，該複數奈米碳管的排列方向與該基板之表面平行。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，其中，在形成具有預定圖案之該奈米碳管薄膜層後，該製造方法還包括：形成覆蓋該奈米碳管薄膜層之保護層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的製造方法，其中，該保護層由絕緣材料製成。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，其中，該奈米碳管薄膜係利用拉膜工具從超順排奈米碳管陣列拉出之奈米碳管薄膜。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，其中，將奈米碳管薄膜拉緊並鋪設該基板上以在該基板上形成具有预定圖案之奈米碳管薄膜層還包括：利用雷射對奈米碳管薄膜進行處理以形成該預定圖案。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的製造方法，其中，該奈米碳管薄膜層之厚度小於100奈米。
  14. 一種射頻識別標籤天線之製造方法，其包括：提供基板及奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜由定向排列且首尾相連之複數奈米碳管束组成，每個奈米碳管束包括相互平行排列之複數奈米碳管；在基板上形成黏結層，該黏結層直接與該基板接觸；及將奈米碳管薄膜拉緊並鋪設該黏結層上以在該黏結層上形成具有预定圖案之奈米碳管薄膜層；該奈米碳管薄膜層直接與該黏結層接觸。
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