TWI566470B

TWI566470B - Anti - metal flexible radio frequency identification tag

Info

Publication number: TWI566470B
Application number: TW104144614A
Authority: TW
Inventors: shu-ru Zhang
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2017-01-11
Also published as: TW201724656A

Description

抗金屬可撓性無線射頻識別標籤

本發明係有關一種不受金屬干擾，可長距離讀取訊號及發送訊號，並能在曲彎弧度金屬表面上貼置使用的抗金屬可撓性無線射頻識別標籤。

無線射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)之技術已廣泛應用於工業自動化、商業自動化、交通運輸控制管理等許多領域。越來越多的研究開始對超高頻(UHF)RFID系統進行研究，以實現系統的遠距離、高效率、低成本等特性。因RFID擁有非接觸式、低成本、高防偽且大量生產時，具成本低廉之優點，已經有逐漸取代傳統二維條碼的趨勢。目前市場上，無線射頻識別(RFID)還普遍應用於身份辨識、門禁、車(流)輛管理、倉儲物流、零售、工安管理及林務管理等眾多領域。

一般微帶天線本身具備窄頻的缺點，導致天線設計上受到許多的限制，大部份設計出單頻且為窄頻的響應。其中，超高頻電子標籤常採用的是印製天線，並以微帶(microstrip)天線，印刷偶極居多，且這種結構主要應用於一般貨物、商品、書本等採用非金屬介質的表面，但如果使用在金屬環境如金屬標籤、汽(機)車、車牌、電力設施等領域，由於採用了金屬表面的結構，信號易被反射而導致收訊異常，甚至發生不能作動及讀取的問題。目前有些先進國家，金屬表面電子標籤技術已經發展的較為成熟，廣泛應用到了物流中的各個領域，而其他大部份的國家，超高頻電子標籤雖也已經十分普及，但可以真正用於金屬表面的電子標籤卻很少。習用，如第I479735號「長距離無線射頻識別金屬製品製造方法及結構」台灣發明專利案，係透過金屬製品本身的金屬板材作為金屬一次天線本體，並由金屬一次天線本體上設共振腔構成一次天線，再由具破片切線的小尺寸微帶環形迴路金屬二次天線，在電子標籤模組上製備後，貼合密封在金屬一次天線內與共振腔匹配共振，最後通過金屬一次天線表面防干擾處理結果，使製作成的金屬無線射頻識別製品，其內部的電子標籤(UHF RFID TAG)，不但不受金屬干擾的能作動，還能轉化出更好的場形，有效達到10米的遠距讀取及發送；雖然上述專利可解決電子標籤易受金屬干擾的問題，並得到長距離讀取及發送訊號的效果，唯，其金屬一次天線的製備及電子標籤貼裝與密封的加工程序甚為複雜，相對的因製造成本較高而影響產品的普及率，尤指整體平板型鋼構條件，使其僅適合在平整金屬面上使用，若為曲彎弧度的金屬製品，則存在有不利(優貼)匹配的缺失，減少各種金屬製品識別使用的範圍。

本發明之主要目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，係一電子標籤，包括一晶片載置片，一隔離板片及一無線射頻識別RFID晶片；該一晶片載置片，是在一可撓性絕緣膠片的外表面端覆合有一銅箔表層，該銅箔表層上成形有一破孔槽，並由該破孔槽的周邊作為電磁波天線面，該電磁波天線面上成形有一個以上與該破孔槽平行的頻段調整槽溝，且左右兩側邊端各區隔形成有一貼置面；該一隔離板片，係貼設在該晶片載置片的可撓性絕緣膠片內面，為一相對該電磁波天線面大小的可撓性介電材料板片體，並由該電磁波天線面邊端180度折繞該貼置面交互重疊，將該隔離板片包覆在該電磁波天線面與該貼置面之間的內部；該一無線射頻識別RFID晶片，係設置在該晶片載置片的破孔槽位置上，電性連接該電磁波天線面形成迴路；當貼置面貼設在一金屬表面上時，電磁波天線面上的破孔槽，即能藉由該隔離板片隔離貼置面形成共振腔，俾使電磁波天線面可通過隔離板片及貼置面，從金屬表面上吸收或接收到發射器發出之電磁波產生共振及感應，進而可在頻段調整槽溝的頻段調整作用下，將一頻段的電波訊號傳遞至無線射頻識別RFID晶片，達到抗金屬干擾之長距離讀取及訊號發送效果；且晶片載置片與隔離板片之可撓性，還使電子標籤能在曲彎弧度的金屬表面上貼置固定，增加電子標籤的識別使用範圍。

本發明之次一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該晶片載置片的可撓性絕緣膠片，為一聚醯亞胺(PI)薄片或為一環氧玻璃纖維(PR4)基板薄片，俾使電磁波天線面兩端的貼置面，能夠藉由該可撓性絕緣膠片的良好可撓性，輕易完成180度折繞的重疊動作。

本發明之再一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該隔離板片，為一聚醯亞胺(PI)或為一環氧玻璃纖維(PR4)所製作完成的可撓性介質材料板片體，藉由隔離板片對電磁波的良好吸收能力，俾使電磁波天線面，可通過隔離板片從金屬表面上吸收或接收到發射器發出的電磁波產生共振及感應。

本發明之另一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該晶片載置片的貼置面在該電磁波天線面兩端180度折繞重疊，將該隔離板片包覆在該電磁波天線面與該貼置面之間的內部，該貼置面的外表面上，係設有一層雙面背膠，且該雙面背膠上並設有一離型紙；僅須將離型紙撕開，藉由貼置面上雙面背膠黏貼在各種物件表面上所產生的固定作用，俾使電子標籤能方便在各種金屬表面上完成貼置使用。

本發明之又一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該晶片載置片，由該銅箔表層中間成形該破孔槽而構成有二個該電磁波天線面，該二個電磁波天線面上，分別形成有多個與該破孔槽平行的該頻段調整槽溝，且該多個頻段調整槽溝之間，係以多種長度，而相互錯開的由該電磁波天線面的上下邊緣延伸至該電磁波天線面的表面上排列；藉由該多個頻段調整槽溝相互之間位置、槽寬或長度的改變可調整電波訊號頻段，俾使電子標籤在某一地區使用，能將該地區使用的頻段電波訊號傳遞給無線射頻識別RFID晶片工作。

本發明之次再一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該晶片載置片，是由該銅箔表層中間成形該破孔槽而構成有二個該電磁波天線面，該二電磁波天線面的上下邊緣各成形有一與該破孔槽垂直交接的頻寬調整槽溝，且其中該一頻寬調整槽溝在該二電磁波天線面上，分別垂直交接成形有一與該破孔槽平行的該頻段調整槽溝，藉由該頻寬調整槽溝匹配該破孔槽與該隔離板片建構出共振腔增加電波訊號感應敏感度，則在頻段調整槽溝對電波訊號進行頻段調整的作用下，俾使電子標籤能在使用頻段，達到良好讀取敏感度，並獲得長距離讀取效果。

本發明之次另一目的係在提供一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，其中，該晶片載置片，是由該銅箔表層中間成形該破孔槽及成形一與該破孔槽呈十字交叉的頻寬調整槽溝構成四個該電磁波天線面，該頻寬調整槽溝的兩端在該電磁波天線面上，並分別垂直成形有該一頻段調整槽溝，且該無線射頻識別RFID晶片，係在該破孔槽與該頻寬調整槽溝的交叉處，電性連接該四個電磁波天線面的角落形成迴路，藉由頻寬調整槽溝匹配該破孔槽與該隔離板片建構出共振腔增加電波訊號感應敏感度，則在頻段調整槽溝對電波訊號進行頻段調整的作用下，俾使電子標籤能在使用頻段，達到良好讀取敏感度，並獲得長距離讀取效果。

10‧‧‧晶片載置片

11‧‧‧可撓性絕緣膠片

12‧‧‧銅箔表層

13‧‧‧破孔槽

14‧‧‧電磁波天線面

15、15A、15B‧‧‧頻段調整槽溝

16‧‧‧貼置面

17‧‧‧雙面背膠

18‧‧‧離型紙

19、19A‧‧‧頻寬調整槽溝

20‧‧‧隔離板片

30‧‧‧無線射頻識別RFID晶片

40‧‧‧金屬表面

圖1係本發明結構分解圖

圖2係圖1A部結構放大示意圖

圖3係本發明結構外觀立體圖

圖4係圖3B部結構放大示意圖

圖5係本發明剖面結構示意圖

圖6係圖5C部結構放大示意圖

圖7係圖5D部結構放大示意圖

圖8係本發明貼設在金屬表面上的狀態示意圖

圖9係本發明電子標籤貼置面上設雙面背膠的剖面結構圖

圖10係圖9E部結構放大示意圖

圖11係本發明電磁波天線結構另一實施例結構立體圖

圖12係本發明電磁波天線又一實施例結構立體圖

圖13係本發明讀取測試之檢驗室佈局示意圖

圖14係本發明讀取測試之顯示圖

圖15係本發明讀取回饋測試之顯示圖

圖16係本發明讀取距離測試之顯示圖

圖17係本發明讀取回饋距離測試之顯示圖

圖18係本發明讀取啟動測試之顯示圖

圖19係本發明啟動後的輻射場形顯示圖

本發明為達上述目的，特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：一種抗金屬可撓性無線射頻識別標籤，係一電子標籤，如圖1，包括一晶片載置片10，一隔離板片20及一無線射頻識別RFID晶片30；該一晶片載置片10，如圖1、2，是在一可撓性絕緣膠片11的外表面上設有一銅箔表層12，該銅箔表層12上蝕刻成形有一破孔槽13，並由該破孔槽13的周邊作為電磁波天線面14，該電磁波天線面14上，蝕刻成形有一個以上與該破孔槽13平行的頻段調整槽溝15，且左右兩側邊端各區隔形成有一貼置面16；如圖1、3、5、6、7，該一隔離板片20，係貼設在該晶片載置片10的可撓性絕緣膠片11內面，為一相對該電磁波天線面14長度與寬度大小的可撓性介電材料板片體，並由該電磁波天線面14邊緣兩端180度折繞該貼置面16交互重疊黏貼在該隔離板片20上，將該隔離板片20包覆在該電磁波天線面14與該貼置面16之間的內部；如圖1、3、4，該一無線射頻識別RFID晶片30，係設置在該晶片載置片10的破孔槽13位置上，其二個極位腳並分別與該破孔槽13周邊的電磁波天線面14電性連接形成迴路；如圖8，當電子標籤的貼置面16貼設在一金屬表面40上時，如圖3、5、7、8，電磁波天線面14上的破孔槽13，即能藉由該隔離板片20隔離貼置面16形成共振腔，俾使電磁波天線面14可通過隔離板片20及貼置面16，從金屬表面40上吸收或接收到發射器(圖未示)發出之電磁波產生共振及感應，進而可在頻段調整槽溝15的頻段調整作用下，將一頻段的電波訊號傳遞至無線射頻識別RFID晶片30，達到抗金屬干擾之長距離讀取及訊號發送效果；且晶片載置片10與隔離板片20之可撓性，還使電子標籤能在曲彎弧度的金屬表面40上貼置固定，增加電子標籤的識別使用範圍。

根據上述實施例，其中，如圖1、5、6，該晶片載置片10的可撓性絕緣膠片11，為一聚醯亞胺(PI)薄片或為一環氧玻璃纖維(PR4)基板薄片，俾使電磁波天線面14兩端的貼置面16，能夠藉由該可撓性絕緣膠片11本身具有的良好可撓性，輕易完成180度折繞的重疊動作。

根據上述實施例，其中，如圖1、5、7、8，該隔離板片20，為一聚醯亞胺(PI)或為一環氧玻璃纖維(PR4)所製作完成的可撓性介質材料板片體，藉由隔離板片20對電磁波的良好吸收能力，俾使電磁波天線面14，可通過隔離板片20從金屬表面40上吸收或接收到發射器發出的電磁波產生共振及感應。

根據上述實施例，其中，如圖1、9、10，該晶片載置片10的貼置面16在該電磁波天線面14兩端180度折繞重疊，將該隔離板片20包覆在該電磁波天線面14與該貼置面16之間的內部，該貼置面16的外表面上，係設有一層雙面背膠17，且該雙面背膠17上並設有一離型紙18；僅須將離型紙18撕開，藉由貼置面16上雙面背膠17黏貼在各種物件表面上，所產生的固定作用，如圖8，俾使電子標籤能方便在各種金屬表面40上完成貼置使用。

根據上述實施例，其中，如圖1、3、4、5、7，該晶片載置片10，由該銅箔表層12中間成形該破孔槽13而構成有二個該電磁波天線面14，該二個電磁波天線面14上，分別形成有多個與該破孔槽13平行的該頻段調整槽溝15，且該多個頻段調整槽溝15之間，係以多種長度，而相互錯開的由該電磁波天線面14的上下邊緣延伸至該電磁波天線面14的表面上排列；藉由該多個頻段調整槽溝15相互之間位置、槽寬或長度的改變可調整電波訊號頻段，俾使電子標籤在某一地區使用，能將該地區使用的頻段電波訊號傳遞給無線射頻識別RFID晶片30工作。

根據上述實施例，其中，如圖5、7、11，該晶片載置片10，是由該銅箔表層12中間成形該破孔槽13而構成有二個該電磁波天線面14，該二電磁波天線面14的上下邊緣各成形有一與該破孔槽13垂直交接的頻寬調整槽溝19，且其中該一頻寬調整槽溝19在該二電磁波天線面14上，分別垂直交接成形有一與該破孔槽13平行的該頻段調整槽溝15A，藉由該頻寬調整槽溝15A匹配該破孔槽13與該隔離板片20建構出共振腔增加電波訊號感應敏感度，則在頻段調整槽溝15A對電波訊號進行頻段調整的作用下，俾使電子標籤能在使用頻段，達到良好讀取敏感度，並獲得長距離讀取效果。

根據上述實施例，其中，如圖5、7、12，該晶片載置片10，是由該銅箔表層12中間成形該破孔槽13及成形一與該破孔槽13呈十字交叉的頻寬調整槽溝19A構成四個該電磁波天線面14，該頻寬調整槽溝19A的兩端在該電磁波天線面14上，並分別垂直成形有該一頻段調整槽溝15B，且該無線射頻識別RFID晶片30，係在該破孔槽13與該頻寬調整槽溝19A的交叉處，電性連接該四個電磁波天線面14的角落形成迴路，藉由頻寬調整槽溝19A匹配該破孔槽13與該隔離板片20建構出共振腔增加電波訊號感應敏感度，則在頻段調整槽溝15B對電波訊號進行頻段調整的作用下，俾使電子標籤能在使用頻段，達到良好讀取敏感度，並獲得長距離讀取效果；亦即，多數國家或地區，皆會規範電子標籤(RFID TAG)的使用頻段，例如台灣地區的使用頻段是在920~930MH_Z之間，通過上述頻寬調整槽溝19A匹配破孔槽13及頻段調整槽溝15B的槽溝寬度與長度調整，則所完成的電子標籤，如圖13，在一檢驗室中置於一金屬板面上進行讀取測試；如圖14，顯示電子標籤(TAG)在922~930MH_Z頻段讀效敏感度為-11dBm(接近IC原廠設定-16dBm值)，表示TAG在920~930MH_Z(台灣地區)頻段中具有良好讀效；如圖15，顯示電子標籤(TAG)在920~930MH_Z頻段間，無線射頻識別RFID晶片(IC)接受到電波啟動後，回饋至測試設備(天線Antenma)時的回饋值是-24dBm，表示TAG在920~930MH_Z(台灣地區) 頻段中具備讀取良好回饋敏感度；如圖16，顯示電子標籤(TAG)在920~930MH_Z頻段，理論讀距是5.5公尺(m)，按實際讀距(因設備功率加大因素)約為理論讀距的1.5倍，表示在920~930MH_Z(台灣地區)頻段的讀取距離可達到8公尺(m)；如圖17，顯示電子標籤(TAG)在920~930MH_Z頻段，理論回饋讀距是8.1公尺(m)，按實際回饋讀距(因設備功率加大因素)，約為理論回饋讀距的1.5倍，表示TAG在920~930MH_Z(台灣地區)頻段的讀取回饋距離可達到12公尺(m)；如圖18，顯示電子標籤(TAG)在920~930MH_Z頻段，無線射頻識別RFID晶片(IC)僅須一點點電波(低於0dBm)即可啟動，表示TAG在920~930MH_Z(台灣地區)頻段的讀取啟動反應相當靈敏；如圖19，顯示電子標籤(TAG)啟動後的輻射場形，表現TAG可被設備廣角讀取。透過上述測試，證實本案電子標籤(TAG)，確能達到抗金屬干擾之長距離設備讀取與訊號發送效果。

以上說明對本發明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解，在不脫離所附說明書所限定的精神和範圍的情况下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發明的保護範圍內。