具有圖案化天線的射頻識別器件及其製造方法
2023-06-09 22:26:01 2
專利名稱：具有圖案化天線的射頻識別器件及其製造方法
技術領域：
0001本發明涉及射頻識別(RFID)標籤和標記領域，特別是涉及針對此類標籤和標記的天線結構，以及如何降低天線結構成本的方法。
背景技術：
0002射頻識別(RFID)標籤和標記(在此總稱為「器件」)被廣泛用於將物品和識別碼關聯起來。RFID器件一般具有天線以及模擬和/或數字電子器件的組合，電子器件可包括，例如通信電子器件、數據存儲器和控制邏輯。例如，RFID標籤與安全鎖一起用於汽車中，用於建築物的進入控制、用於跟蹤庫存和包裹。美國專利第6,107,920號、第6,206,292號和第6,262,292號中給出了(RFID)標籤和標記的一些示例，在此以引用方式將所有這些專利的全部內容併入本文。
0003如上所述，RFID器件一般被分類為標記或標籤。RFID標記是通過粘結或其他方式直接附著到物品上的RFID器件。相反，RFID標籤是通過其他方式固定到物品上的，例如通過使用塑料扣件、線繩或者其他固定方式。
0004RFID器件通常利用一種天線結構，該天線結構被可操作地耦合到形式為晶片或籤帶(strap)(例如美國專利第6,606,247號中所描述的)的電氣或電子組件，以與諸如探測器或閱讀器之類的接收器或收發器裝置通信。天線結構採用了導電材料，該導電材料在介電襯底上分布成適當陣列。天線結構被耦合到晶片或籤帶，以允許在RFID器件與閱讀器及探測器之間進行通信。根據許多因素，多種天線尺寸，形狀和構造可用來實現各種通信特性。
0005可以通過多種適當方法中的任一種將天線結構的導電材料附著到介電襯底上。一種這樣的方法包括印刷導電墨水，以形成天線結構。這樣的導電墨水可包括多種適當導電材料中任一種，適當的導電材料包括導電金屬粒子、碳粒子或導電聚合物粒子。
0006RFID器件的成本一直是其被更廣泛應用的一個重要障礙。成本的一部分是天線結構的材料成本。因此，通過例如降低所採用的材料的費用或者降低製造成本來降低RFID器件成本將是有利的。
發明內容
0007根據本發明的一個方面，一種用於射頻識別(RFID)器件的天線結構包括低有效電阻區域和高有效電阻部分或區域。
0008根據本發明的另一方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻區域和高有效電阻部分或區域，其中低有效電阻部分完全包圍著高有效電阻部分。
0009根據本發明的又一方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中低有效電阻部分厚於高有效電阻部分。
0010根據本發明的再一方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中低有效電阻部分具有一個成型表面。
0011根據本發明的一個進一步的方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中低有效電阻部分具有一個不均勻表面。
0012根據本發明的一個更進一步的方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中高有效電阻部分基本不含導電材料。
0013根據本發明的另一方面，一種用於RFID器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中低有效電阻部分包括一個夾層結構，且這些導電材料層被絕緣層隔開。
0014根據本發明的又一方面，一種用於射頻識別(RFID)器件的天線結構包括低有效電阻部分和高有效電阻部分，其中低有效電阻部分包括多個隔離的導體。根據一個具體實施例，所述多個導體包括處於底層襯底的一個表面中凹進或凹陷上的分立導體。這些導體可以具有多個層，且這些層被絕緣材料隔開。
0015所述高有效電阻部分可以是具有有效零導電率的實心材料。高有效電阻部分也可以是天線結構中的空間，其中實心導電材料從標稱天線形狀中被省去或去除。可以通過計算機建模來分析標稱形狀，以確定要省去或去除的導電材料的期望部分。
0016根據本發明的再一方面，一種構造天線結構的方法包括通過數值仿真來確定天線結構中候選區作為高有效電阻部分的面積和/或體積。
0017根據本發明的一個進一步的方面，一種用於構造射頻識別(RFID)器件天線結構的方法包括以下步驟識別推薦用於所述天線結構的天線布局中的低電流區域；在低電流部分中布置一個高有效電阻區域，並在天線布局中的其他部分布置低有效電阻區域。
0018根據本發明的一個更進一步的方面，一種射頻識別(RFID)器件包括襯底；襯底上的天線結構；以及可操作地耦合到天線結構的RFID籤帶。天線結構包括一個低有效電阻區域；以及導電率低於低有效電阻的高有效電阻區域。低有效電阻區域基本上完全包圍著高有效電阻區域。
0019根據本發明的另一方面，一種射頻識別(RFID)器件包括襯底；襯底上的天線結構；以及可操作地耦合到天線結構的RFID籤帶。天線結構包括低有效電阻區域；以及導電率低於低有效電阻的高有效電阻區域。低有效電阻區域基本上完全圍繞著高有效電阻區域。高有效電阻區域被定位成，如果高有效電阻區域具有與低有效電阻區域相同的導電率時，高有效電阻區域將具有小於低有效電阻區域的電流。高有效電阻區域基本上不含導電材料。低有效電阻區域含有導電墨水。
0020根據本發明的又一方面，一種用於構造RFID器件天線結構的方法包括通過改變天線結構各部分的有效電阻來改變天線結構的設計，從而降低天線結構的成本。
0021根據本發明的再一方面，一種用於RFID器件的天線結構包括一個或多個天線元件，其包括一個規則形狀，且導電材料在該規則區域的一個或多個部分中被省去。
0022根據本發明的一個進一步的方面，一種用於RFID器件的天線結構包括一個或多個天線元件，其包括一個規則形狀，且在該規則形狀中具有不均勻的有效電阻。
0023根據本發明的一個更進一步的方面，一種構造用於RFID器件的天線結構的方法包括提高包括規則形狀的一個或多個天線元件的部分的相對有效電阻。
0024根據本發明的另一方面，一種射頻識別(RFID)器件包括襯底；襯底上的天線結構，該天線結構包括一個或多個天線元件，其包括一個規則形狀，該規則形狀內有低有效電阻區域和高有效電阻區域，高有效電阻區域的導電率低於低有效電阻的導電率；以及可操作地耦合到天線結構的RFID籤帶。
0025根據本發明的又一方面，一種用於構造射頻識別(RFID)器件天線結構布局的方法包括選擇一種初始天線結構布局，其中該初始天線結構布局包括由導電材料製成的導電元件，其中該導電元件具有規則形狀；然後改變該導電元件的一部分的有效電阻。
0026根據本發明的再一方面，一種降低射頻識別(RFID)器件成本的方法包括選擇一種初始天線結構布局，其中該初始天線結構布局包括由導電材料製成的導電元件；然後修改該導電元件初始天線結構布局的一部分，從而生成一個修改的天線結構布局，從而使成本降低。
0027為實現上述和相關目的，本發明包括一些將在下文完整描述並在權利要求中特別指出的特徵。以下描述和附圖詳細陳述了本發明的某些說明性實施例。但這些實施例僅表示了可採用本發明原理的各種方式中的少數幾個。根據本發明下面的詳細描述並參考附圖，本發明的其他目標、優點和新穎性特徵將變得更加明顯。
0028附圖並不一定是按比例繪製的，其中，0029圖1是根據本發明的射頻識別(RFID)器件的斜視圖；0030圖2是圖1的RFID器件的低有效電阻區域的構造的第一實施例的橫截面視圖；0031圖3是圖1的RFID器件的高有效電阻區域的構造的一個實施例的橫截面視圖；0032圖4是圖1的RFID器件的低有效電阻區域的構造的第二實施例的橫截面視圖；0033圖5是圖1的RFID器件的低有效電阻區域的構造的第三實施例的橫截面視圖；0034圖6是圖1的RFID器件的低有效電阻區域的構造的第四實施例的橫截面視圖；0035圖7和圖8是根據本發明的具體天線布局的平面圖；0036圖9是根據本發明的一種用於構造天線結構的方法的高級流程圖。
具體實施例方式
0037射頻識別器件(RFID)天線結構包括導電材料。天線結構包括低有效電阻區域和高有效電阻區域。高有效電阻區域位於這樣的區域中，即使有效電阻很小(例如與低有效電阻區域相同的電阻)，該區域中的電流仍然很小。高有效電阻區域可以是天線結構內的空間，其中基本上不存在導電材料。或者，高有效電阻區域可以具有某種非零導電率，同時仍然具有高於低有效電阻區域的有效電阻。用於天線結構的導電材料可包括導電墨水。應當意識到，通過減少或消除高有效電阻區域中導電材料的量，和/或通過用便宜的導電材料來代替，可以獲得降低器件成本的目的。
0038因此通過配置天線結構中的高有效電阻區域和低有效電阻區域，將使天線結構中導電材料的使用變得更高效和/或更節約成本。正如下面所描述的那樣，這種配置可考慮到各種適當的變量以及變量組合。這樣的變量的例子包括所用的導電材料、導電材料的厚度和/或形狀、以及天線結構的整體布局。可以用數值仿真或其他仿真方式來識別天線布局中哪些部分需要加厚、變薄或整個去除；哪些部分可以使用更昂貴或更便宜的導電材料(例如具有更大或更小導電率)以達到最佳效果；和/或可改變哪些部分的導電材料的表面輪廓，以減少或增加有效電阻。也可對修改後的構造執行仿真，以檢查可能的修改的效果，和/或確認天線結構的性能保持在期望參數範圍之內。
0039首先參照圖1，無線通信或射頻識別器件(RFID)包括非導電(介電)襯底12、天線結構14、以及籤帶或晶片16。所示天線結構14具有一對獨立的天線元件20和22，它們耦合到籤帶或晶片16。但是應該意識到，天線元件數目和/或天線元件形狀各異的多種天線結構，都適於耦合到籤帶或晶片16，從而允許籤帶或晶片16進行無線通信。
0040天線結構14包括低有效電阻部分或區域26以及高有效電阻部分或區域28。低有效電阻部分26的有效電阻低於高有效電阻部分28的有效電阻。天線結構14被配置成，使高有效電阻部分28的大小和面積保證即使它們具有與低有效電阻部分26相同的有效電阻，高有效電阻部分28的電流仍低於低有效電阻部分的電流。例如，高有效電阻部分28可以被配置成，如果它們具有與低有效電阻部分26相同的導電率，它們具有比低有效電阻部分26的其他部分中最大電流低約10％的最大電流。
0041術語「有效電阻」在此一般是指一個天線部分所提供的導致交流信號的電阻。有效電阻是所用導電材料的導電率、材料厚度、材料的整體分布(例如其橫截面形狀)的函數。因此有效電阻不僅僅是天線中所用導電材料的材料屬性。相反，該術語包括影響天線部分的電阻的較廣範圍的變化。
0042如下文將更加詳細地解釋的，低有效電阻部分26和高有效電阻部分28之間有效電阻的差異可以通過多種方法中的任一種來實現。例如，低有效電阻部分26可以用比高有效電阻部分28更厚的導電材料製成。在具體的例子中，可以用比高有效電阻部分28更厚的導電墨水來製成低有效電阻部分26。或者，低有效電阻部分26具有成型表面或者其他非均勻表面，從而獲得比高有效電阻部分28更大的表面面積。又或者，低有效電阻部分26可以具有夾層結構，導電材料層與非導電材料層相互交替或間隔，從而增加低有效電阻部分26的導電材料的表面面積。
0043還應該意識到，通過天線結構的電流對於該結構的深度可能是非均勻分布的。例如，電流可以沿天線元件的表面集中，即一種稱為「集膚效應」的現象。因此，表面面積的大小和/或表面附近材料的導電率對有效電阻是至關重要的。某部分的有效電阻主要與天線部分深度相對於「集膚深度」(即大部分電流通過的深度)的厚度有關。
0044高有效電阻部分可以是具有有效零導電率的實心材料。也就是說，高有效電阻部分28基本上是絕緣的。
0045高有效電阻部分也可以是天線結構內的空間，該處的實心導電材料從標稱天線形狀中被省去或去除。可以通過計算機建模來分析標稱形狀，以確定要省去或去除的導電材料的期望部分。例如，當在平面圖中考慮天線時，高有效電阻部分可能是完全被去除的區域；從標稱天線形狀中去除的凹進或凹陷；厚度減小的區域；為形成曲線輪廓而從標稱形狀的角度邊緣中去除的材料等等。
0046標稱形狀可以是規則的天線形狀，其中去除該形狀的某些部分而形成不規則形狀。本文所用的短語「規則形狀」指的是被用來與RFID晶片或籤帶耦合的傳統天線形狀，以便於例如晶片與接收器或探測器進行通信。規則形狀可包括多邊形形狀，例如矩形或三角形的天線元件。規則形狀的元件還包括多種類型或環狀天線。規則形狀天線元件還包括自適應天線元件，例如2003年11月4日提交的美國臨時申請第60/517,148號中所描述的那些，在此以引用方式將其全部內容併入本文。
0047低有效電阻部分26可完全包圍著高有效電阻部分28。因此低有效電阻部分26可包括天線結構14邊界周圍的所有部分。通過用低有效電阻部分26完全包圍高有效電阻部分28，可使天線結構14與高有效電阻部分28沒有被低有效電阻部分26完全包圍的構造相比，具有更好的阻抗性能。
0048可以通過計算機建模或其他建模方法來確定高有效電阻部分28的構造，如將在下文中進一步討論的。可以對用於天線結構14的推薦形狀進行數值仿真，以確定該推薦天線形狀中的預期電流。其中預期有低電流的面積和/或體積可作為高有效電阻部分28的適當候選，在這些區域中低有效電阻材料可被高有效電阻材料取代，或者可完全去除該處的導電材料。然後可對天線結構14修改後的設計進行數值仿真，此時其具有低有效電阻部分26和高有效電阻部分28，以確定因引入高有效電阻部分28對天線結構14的性能產生負面效果的程度。應該意識到，一定程度的性能降低是可以接受的，因為這可換取由於用高有效電阻部分28取代低有效電阻部分而獲得的減少成本的目的。儘管如此，仍然應該意識到，由於引進高有效電阻部分28而導致的性能變化可能是很小的，因為高有效電阻部分28僅僅局限於天線結構14中某些區域，在這些區域中，即使將高有效電阻部分28換成低有效電阻部分，其仍具有低的電流。
0049上文所述的數值仿真可以通過多種適當的軟體包中的任一種來實現。一種適當軟體包的例子就是ANSOFT High Frequency StructureSimulator(ANSOFT高頻結構仿真器)，其可進行三維仿真。
0050高有效電阻部分28的候選區可有一個電流閾值。例如，高有效電阻部分28的候選區可以從天線結構14中電流低於最大電流10％的區域中選取。應該意識到，對於考慮用作高有效電阻部分的這一閾值僅僅是一個示例，也可使用其他電流閾值。
0051天線結構14可以具有一個或多個包括一規則形狀的天線元件，通過添加和/或去除導電材料以使該規則形狀內有效電阻不均勻。
0052在傳統天線中，具有規則形狀的天線元件整體上一般已具有均勻的有效電阻。根據上述討論，天線結構具有一個或多個規則形狀的天線元件，這樣的天線結構可具有非均勻的有效電阻，其中某些區域或部分的有效電阻低於其他區域或部分。一種構造RFID器件10的方法可包括修改具有一個或多個規則形狀元件的天線結構，以增加或減小該規則形狀天線元件某些部分的電阻。
0053非導電性襯底12可包括多種適當材料中的任一種，例如某種適當的聚合材料。這樣的適當材料的實例包括但不限於高Tg聚碳酸酯，聚對苯二甲酸乙二酯，多芳基化合物，聚碸，降冰片烯共聚物，聚苯碸，聚醚醯亞胺，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚醚碸(PES)，聚碳酸酯(PC)，酚醛樹脂，聚醯亞胺，聚醚酯，聚醚醯胺，聚醋酸纖維素，脂肪族聚氨酯，聚丙烯腈，聚四氟乙烯，聚偏二氟乙烯，HDPE，聚甲基異丁烯酸鹽酯，環聚烯烴或非環聚烯烴，或紙張。
0054低有效電阻部分26中所用的以及高有效電阻部分28中可能使用的導電材料可包括適當的導電材料，例如合適的導電墨水。這樣的導電墨水可包括具有適當導電材料(例如導電金屬或非金屬粒子)的墨水。適當的導電材料的實例包括銅粒子、鎳粒子、銀粒子、鋁粒子、各種金屬合金粒子、碳粒子以及導電聚合物粒子。導電聚合物的實例包括本徵導電聚合物，例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，聚吡咯(PPy)，或聚苯胺(PANI))等。
0055導電墨水可以通過多種適當工藝(例如柔版印刷、膠版印刷或凹版印刷)中的任一種來選擇性地沉積，以形成天線結構14。其電阻可小於100歐姆/平方。(電阻率是在長寬比為10∶1的條帶上測量的。歐姆/平方為沿籤帶長所測得電阻除以10。)當然，應該意識到，材料的選擇可取決於如導電材料的成本和可得性，以及要求的導電率水平之類的因素。
0056天線結構14還可包括以其他方式沉積的導電材料，例如通過電鍍、物理沉積或化學沉積。例如，通過這樣的方法可以沉積一個銅層。選擇性的去除工藝(例如蝕刻)可被用來去除所沉積的導電材料的適當部分。
0057RFID籤帶16可以是無線通信器件(RFID晶片)與耦合到其上便於電連接的導電引線的多種組合中的任一種。適當的RFID籤帶的實例包括可從Alien Technologies獲得的RFID籤帶，以及可從PhilipsElectronics獲得的以I-CONNECT為名銷售的籤帶。可從AlienTechnologies獲得的晶片可以導電地貼裝或附著在倒裝晶片中，或者對於該晶片的籤帶形式可導電地或電抗性地貼裝或附著在倒裝晶片中。適當的RFID晶片包括可從Philips Electronics獲得的Philips HSL晶片，可從EM Microelectronic-Marin SA獲得的EM Marin EM4222晶片，以及可從Matrics Inc.of Columbia，Maryland USA獲得的RFID晶片。
0058RFID籤帶或晶片16可通過多種適當方式中的任一種耦合到天線結構14，例如，舉例而言，使用導電粘合劑，熔接和/或焊接，或者電鍍。
0059應該意識到，RFID器件10可具有其他層和/或結構。例如，RFID器件10可具有一個粘合劑層，用以將RFID器件10粘結到物品上。該粘合劑層還可具有一個位於其上的剝離層，用於在使用前保護粘合劑。RFID器件10還可具有其他層，例如保護層和/或用來在其上印刷信息的可印刷層。還應該清楚的是，除了上面提到的那些之外，RFID器件10還可包括額外的適當層和/或結構。
0060現轉到圖2和圖3，其中示出了低有效電阻部分26(圖2)和高有效電阻28部分(圖3)的可能的構造。如圖所示，低有效電阻部分26的厚度T大於高有效電阻部分28的厚度t。應該意識到，較厚的導電材料(例如導電墨水)區域，與較薄的區域相比，具有較高的導電率。但是，由於在高有效電阻部分28處期望的電流較低，該處幾乎不需要導電率。因此可以減小高有效電阻部分28的導電材料的厚度。
0061應該意識到，通過減小高有效電阻部分28的導電材料的量的方式，可以實現節約天線結構14成本的目的。如上所述，高有效電阻部分28中的導電材料可被完全去除，相當於厚度t降為零。在高有效電阻部分28中完全去除導電材料仍然可以保證天線結構14的合理性能，因為高有效電阻部分28位於在任何情況下都僅有低電流的地方。
0062不同的厚度可以由多次印刷操作形成，例如對較厚部分印刷額外的導電墨水層。多次印刷操作可以採用柔版印刷或絲網印刷方式來執行。首次印刷操作可被用來在天線結構14的薄和厚部分同時印刷一個導電墨水層。第二次印刷操作可被用來僅僅在天線結構14中較厚部分上印刷一個額外的導電墨水層。
0063應該意識到，多次印刷操作可以具有多種適當的特性。多次印刷操作可以使用同一種導電墨水，或者替代性地可以使用不同的導電墨水。多次印刷操作可以每次沉積相同厚度的墨水。或者，兩次印刷操作的厚度可以不同。另外，還可採用兩次以上的印刷操作。
0064圖4示出了低有效電阻部分26的另一種構造，該部分26具有一個成型表面40。由於具有非平坦或成型表面40，圖4所示的低有效電阻部分26比具有平坦表面的部分具有更大的表面面積。因為電流傾向於在靠近低有效電阻部分26的邊緣附近流動，所以增加低有效電阻部分26邊緣附近的厚度將會增加低有效電阻部分26的有效導電率。
0065成型表面40可以是一個曲面，例如，如圖4所示。圖4所示的成型表面(為便於說明，其被大大地放大了)在低有效電阻部分26的邊緣附近具有加厚部分42和44，以及一個較薄的中間部分46。在低有效電阻部分26邊緣附近的加厚部分42和44使得電流更容易從該邊緣附近通過。
0066應該意識到，使低有效電阻部分26各處厚度不一的成型表面40，可以採用多種構造中的任一種。低有效電阻部分26的加厚部分可以位於邊緣處，或者低有效電阻部分26內期望具有大電流的其他位置處。在各種適當構造中的任一種中，低有效電阻部分26可具有不均勻的厚度，並且具有多種適當表面形狀中的任一種。這些表面可以是曲面或者具有其他適當的形狀。
0067厚度不均勻部分可具有從約5％到高達100％(完全去除導電材料時)的厚度偏差，但應該意識到，可以使用其他適當的厚度偏差。厚度偏差可以通過適當的印刷工藝來實現。多次印刷步驟(例如上文所述的)可用於印刷非均勻厚度的低有效電阻部分26。
0068應該意識到，通過使低有效電阻部分26具有非均勻的厚度，且將額外的導電材料集中在期望相對較大電流之處，可以減少導電材料的使用量，並可獲得良好的性能。某種程度上，低有效電阻部分內可變厚度的使用是上文關於圖2和圖3所述概念(使低有效電阻部分26厚於高有效電阻部分28)的延伸。計算機建模或其它數值仿真可被用來確定低有效電阻部分26需加厚部分的位置，以便最好地利用額外的導電材料。
0069圖5說明了低有效電阻部分26的另一種構造，其中低有效電阻部分26具有一個堆疊結構48，該堆疊結構48包括多個彼此疊加的導電層50，這些導電層之間由絕緣層52隔開。多個導電層50在其末端可彼此耦合，而且可在多個位置彼此耦合。另外的絕緣層54和56可被置於堆疊結構48的頂部和底部。通過在其間放置絕緣層52來隔開各個獨立的導電層50，可使導電層50具有較大的表面面積，因此可具有減少的RF電阻。
0070應該意識到，堆疊結構48可能具有比圖示中更多的層數，例如有額外的導電層50通過額外的絕緣層52與導電層50的其他層部分地隔開。
0071圖6示出了低有效電阻部分26的又一種構造，其具有一個由分立導體60組成的陣列，導體層由絕緣層62隔開。所示導體具有一個大致圓形的橫截面形狀。導體60的橫截面形狀在某種程度上取決於非導電襯底12一部分的不均勻表面66。不均勻表面66可具有一系列凹陷70，它們優選接收或容納印刷和沉積在其上的導電材料，例如導電墨水。沉積的導電墨水的表面張力可形成如圖所示的導體60。
0072絕緣層62可以被印刷或者以其他方式沉積在導體的底層上，為進一步印刷或沉積導體60提供不均勻表面。因此便可使用沉積或其它方式形成導體60的多個層。
0073導體60在其末端或在沿其長度的其他點處可被電耦合在一起。通過分開多個分立導體60中的導電材料，增大了導體60的表面面積，這可導致RF電阻減小。因此可以獲得較低的導體成本和/或阻抗損失。
0074現轉到圖7和圖8，一對天線結構14′和14″被顯示為RFID器件例如RFID器件10(圖1)的部件。結構14′和14″具有各自的諧振縫隙72′和72″，然後它們與籤帶或晶片16耦合。天線結構14′和14″的高有效電阻區域28′和28″被低有效電阻區域26′和26″包圍。
0075高有效電阻區域28′和28″在天線結構14′和14″中佔有相當大的比重。應該意識到，通過省去或減少高有效電阻區域28′和28″中所用的導電材料量，將會實現大幅節約導電材料使用量以及所獲RFID器件10′和10″成本的目標。
0076圖9說明了一種用於構造天線結構的方法100的高級流程圖，如上所述，該天線結構具有高有效電阻區域和低有效電阻區域。在方法100的步驟102中，確定天線結構14(圖1)的初始布局，此時整個天線結構被配置為低有效電阻材料。步驟102可包括選擇一種含有一個化多個規則形狀天線元件的初始布局。可基於多個因素獲得初始布局，例如可在RFID器件10(圖1)上獲得的空間；天線結構14將被耦合到的籤帶或晶片16(圖1)的特性；以及RFID器件10的預期使用環境(RFID器件10將要面臨的頻率和信號強度)。
0077在步驟104中，對初始布局的性能進行仿真。可以通過計算機建模或其他適當的方法來進行性能仿真。
0078然後在步驟106中，對布局進行修改，以增加或減少選擇區域中的有效電阻。如上所述，來自該仿真中的一個閾值電流水平可被用來識別初始布局中可以用高有效電阻材料替代低有效電阻材料的候選區。應該意識到，也可基於多種其它因素考慮多種其它修改。材料成本可以作為因素之一，並在材料成本、材料導電率和導電材料使用量(體積)之間進行權衡考慮。步驟106中的修改可包括，例如，識別天線結構14中可以用更便宜、更少的導電材料來替代更昂貴、更多的導電材料的那些部分。應該意識到，有關合適材料的成本和導電率方面的數據在修改過程中可以獲得並被合理使用。
0079可替換地或者附加地，該修改可包括重新構造天線結構，以最優化使用導電材料，例如通過指出導電材料需要加厚和/或變薄的部位，以利用給定量(體積)的導電材料實現最優性能，或者最小化實現某一給定性能的導電材料的使用量。應該意識到，在修改過程中可考慮多種適當的因素，同時也有多種適當的約束用來控制或指導修改過程。
0080最後，在步驟108中，可通過對其性能進行仿真，來檢查修改後的具有高有效電阻部分28的布局。可以按照步驟104中對初始布局的性能進行的仿真相同的方式來執行該仿真。然後可比較初始布局和修改後的天線結構(具有高有效電阻部分26)的仿真性能的特性，來確定用高有效電阻部分28代替低有效電阻材料對性能產生的影響。天線結構性能的測量值(例如天線結構的總增益)可以被作為步驟108中過程的一部分來比較。
0081應該意識到，可將額外的步驟作為用於構造天線結構14的方法的一部分來執行。例如，天線結構14的構造過程可能是一個迭代過程，額外的仿真將可顯示尚有額外的部分可以從低有效電阻材料轉換為高有效電阻材料，反之亦然。在本文描述的多種構造中，構造過程還可包括為低有效電阻和/或高有效電阻部分選擇各種特性和/或構造。
0082雖然本發明是針對某一或某些特定實施例而被示出和描述的，但是顯然，本領域技術人員一旦閱讀並理解了本說明書和附圖，就會想到等價的改變和修改方法。特別是對於上述元件(組件，部件，器件，成分，等等)所執行的不同功能，用來描述這些元件的術語(包括提到的「裝置」)，除非另外指明，否則應對應於任何可以起到所述元件指定功能的其他任何元件(即，其是等效的)，儘管其在結構上與本發明的示例性實施例中公開的起到此功能的結構並不相同。此外，雖然本發明的特定特徵在上文描述中僅涉及到所公開的實施例中的一個或多個，但該特徵可以與其他實施例的一個或多個其他特徵組合，這對任一給定或特定的應用可能都是值得期待和有利的。
權利要求
1.一種構造射頻識別器件天線結構的方法，所述方法包括識別推薦用於所述天線結構的天線布局的低電流部分；以及在所述低電流部分中設置一個高有效電阻區域，而在所述天線布局的其他部分中設置低有效電阻區域。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述識別包括對所述天線布局的性能進行數值仿真。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述數值仿真包括在假設所述天線布局具有基本均勻的導電率的前提下對性能進行仿真。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述識別包括將電流低於一個閾值電流值的部分識別為所述低電流部分。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述閾值電流指的是在所述數值仿真中確定的最大電流的一個預定百分比。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述設置包括設置所述低有效電阻區域，使其基本上完全包圍所述高有效電阻區域。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述低有效電阻區域厚於所述高有效電阻區域。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述低有效電阻區域的厚度不均勻。
9.根據權利要求1所述的方法，其中所述低有效電阻區域具有一個堆疊結構，其具有一對由一中間絕緣層部分地彼此隔開的導電層。
10.根據權利要求9所述的方法，其中每個所述導電層均包括多個分立導體。
11.根據權利要求10所述的方法，其中每個所述分立導體均具有基本上為圓形的橫截面。
12.根據權利要求2所述的方法，進一步包括對具有所述低有效電阻和高有效電阻區域的修改後的天線布局的性能進行數值仿真。
13.根據權利要求12所述的方法，進一步包括將所述天線布局的被仿真的性能相互比較，從而檢查引入所述高有效電阻區域的影響。
14.根據權利要求1所述的方法，其中所述高有效電阻區域基本上不含導電材料。
15.一種射頻識別器件，包括襯底；襯底上的天線結構，其中所述天線結構包括低有效電阻區域；高有效電阻區域，其導電率低於所述低有效電阻區域的導電率；其中所述低有效電阻區域基本上完全包圍所述高有效電阻區域；以及可操作地耦合到所述天線結構的射頻識別籤帶。
16.根據權利要求15所述的器件，其中所述高有效電阻區域被定位成，如果所述高有效電阻區域具有與所述低有效電阻區域相同的導電率，所述高有效電阻區域的電流仍小於所述低有效電阻區域的電流。
17.根據權利要求15所述的器件，其中所述高有效電阻區域包括所述天線布局的至少約10％。
18.根據權利要求15所述的器件，其中所述高有效電阻區域基本上不含導電材料。
19.根據權利要求15所述的器件，其中所述低有效電阻區域厚於所述高有效電阻區域。
20.根據權利要求15所述的器件，其中所述低有效電阻區域的厚度不均勻。
21.根據權利要求15所述的器件，其中所述低有效電阻區域具有一個堆疊結構，其具有一對由一中間絕緣層部分地彼此隔開的導電層。
22.根據權利要求21所述的器件，其中每個所述導電層均包括多個分立導體。
23.根據權利要求22所述的器件，其中每個所述分立導體均具有基本為圓形的橫截面。
24.根據權利要求15所述的器件，其中所述低有效電阻區域包括導電墨水。
25.根據權利要求15所述的器件，其中所述低有效電阻區域包括鍍覆的導電材料。
26.一種射頻識別器件，包括襯底；襯底上的天線結構，其中所述天線結構包括一個或多個具有規則形狀的天線元件，其中所述天線結構包括低有效電阻區域；和高有效電阻區域，其導電率低於所述低有效電阻區域的導電率；以及可操作地耦合到所述天線結構的射頻識別籤帶。
27.根據權利要求26所述的器件，其中所述規則形狀為多邊形。
28.根據權利要求26所述的器件，其中所述規則形狀為矩形。
29.根據權利要求26所述的器件，其中所述高有效電阻區域被定位成，如果所述高有效電阻區域具有與所述低有效電阻區域相同的導電率，那麼所述高有效電阻區域的電流仍小於所述低有效電阻區域的電流。
30.根據權利要求26所述的器件，其中所述高有效電阻區域包括所述天線布局的至少約10％。
31.根據權利要求26所述的器件，其中所述高有效電阻區域基本上不含導電材料。
32.根據權利要求26所述的器件，其中所述低有效電阻區域厚於所述高有效電阻區域。
33.根據權利要求26所述的器件，其中所述低有效電阻區域的厚度不均勻。
34.根據權利要求26所述的器件，其中所述低有效電阻區域具有一堆疊結構，其具有一對由中間絕緣層部分地彼此隔開的導電層。
35.根據權利要求34所述的器件，其中每個所述導電層均包括多個分立導體。
36.根據權利要求35所述的器件，其中每個所述分立導體均具有基本上為圓形的橫截面。
37.根據權利要求26所述的器件，其中所述低有效電阻區域包括導電墨水。
38.根據權利要求26所述的器件，其中所述低有效電阻區域包括鍍覆的導電材料。
39.一種構造射頻識別器件天線結構布局的方法，所述方法包括選擇一個初始天線結構布局，其中所述初始天線結構布局包括由導電材料製成的導電元件，其中所述導電元件具有一規則形狀；並且改變所述導電元件一部分的有效電阻。
40.根據權利要求39所述的方法，其中所述改變包括去除所述部分基本上所有的導電材料。
41.根據權利要求39所述的方法，其中所述改變包括使所述部分的導電材料變薄。
42.根據權利要求39所述的方法，其中所述改變包括配置所述導電元件，使其具有一個低有效電阻部分和一個高有效電阻部分。
43.根據權利要求39所述的方法，其中所述部分是所述初始天線結構布局中相對於所述導電元件其他部分預期具有低電流的部分；且其中所述改變包括增加所述部分的有效電阻。
44.根據權利要求43所述的方法，其中所述部分基本上完全被所述導電元件的其他部分包圍。
45.一種降低射頻識別器件成本的方法，所述方法包括選擇一初始天線結構布局，所述初始天線結構布局包括由導電材料製成的導電元件；並且修改所述初始天線結構布局的所述導電元件的一部分，從而製成修改後的天線結構布局，所述修改後的天線結構布局隨之具有降低的成本。
46.根據權利要求45所述的方法，其中所選的導電元件具有規則形狀。
47.根據權利要求45所述的方法，其中所述部分基本上被所述導電元件的其他部分包圍。
48.根據權利要求45所述的方法，其中所述修改包括去除所述部分基本上所有的導電材料。
49.根據權利要求45所述的方法，其中所述修改包括使所述部分的導電材料變薄。
50.根據權利要求45所述的方法，其中所述修改包括改變所述部分的導電材料。
51.根據權利要求45所述的方法，其中所述修改包括改變所述部分的有效電阻。
52.根據權利要求45所述的方法，進一步包括在所述修改之前，對所述初始天線結構布局的性能進行仿真；其中所述修改包括基於所述仿真的結果，選擇所述部分。
53.根據權利要求52所述的方法，其中所述選擇包括基於所述仿真預測的所述初始天線結構布局中的電流進行選擇。
全文摘要
射頻識別器件(RFID)的天線結構包括導電材料。天線結構包括低有效電阻材料區域和高有效電阻區域，在高有效電阻區域的範圍內，即使有更多的低有效電阻材料，仍然幾乎沒有電流。高有效電阻區域可以是天線結構內幾乎沒有導電材料的空間。或者，高有效電阻區域中的高有效電阻材料可具有比低有效電阻區域中的低有效電阻材料更低的非零導電率。用於天線結構的導電材料可包括導電墨水。應該意識到，通過減少或消除高有效電阻區域中的導電材料量，可以降低器件成本。
文檔編號H01Q1/38GK1926718SQ200480042248
公開日2007年3月7日 申請日期2004年12月17日 優先權日2004年3月11日
發明者I·J·福斯特, B·J·羅伯茨 申請人:艾利丹尼森公司