DE69934007T2 - Radiofrequenzidentifikationsetikett mit gedruckter antenne und verfahren - Google Patents

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Description

  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der RFID-Etiketten (RFID = Radio Frequency Identification = Funkfrequenzidentifikation) einschließlich RFID-Etiketten mit einer gedruckten Antenne, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • RFID-Etiketten und RFID-Systeme sind bekannt und finden zahlreiche Verwendungen. Beispielsweise werden RFID-Etiketten häufig zur persönlichen Identifikation beim Einsatz von automatischen Eingangstorwachposten, die abgesicherte Gebäude oder Bereiche schützen, verwendet. Eine auf dem RFID-Etikett gespeicherte Information identifiziert die Person, die Zugang zu dem abgesicherten Gebäude verlangt. Aufgrund der Verwendung einer Funkfrequenz-Datenübertragungstechnologie ermöglicht ein RFID-Etikettsystem auf geeignete Weise, dass die Information von dem RFID-Etikett aus kurzer Entfernung gelesen werden können. Üblicherweise hält oder platziert der Benutzer das RFID-Etikett in die Nähe einer Basisstation, welche ein Erregungssignal an das RFID-Etikett sendet, das die auf dem RFID-Etikett vorhandenen Schaltungen antreibt. Die auf das Erregungssignal ansprechenden Schaltungen leiten die gespeicherte Information von dem RFID-Etikett an die Basisstation weiter, welche die Information empfängt und decodiert. Im Allgemeinen sind RFID-Etiketten in der Läge, eine beträchtliche Menge an Informationen abzurufen und diese während des Betriebs zu übertragen – genügend Informationen, um Individuen, Pakete, Warenbestand und dergleichen zu identifizieren.
  • Eine typische Technologie zum Antreiben und Auslesen eines RFID-Etiketts ist die induktive Kopplung oder eine Kombination von induktiver Stromkopplung und kapazitiver Datenkopplung. Bei der induktiven Stromkopplung wird ein Spulenelement in dem RFID-Etikett verwendet. Das Spulenelement wird durch ein Erregungssignal von der Basisstation erregt (oder "angetrieben"), um Strom für die RFID-Schaltungen bereitzustellen. Die RFID-Etikettspule oder eine zweite Etikettspule können verwendet werden, um die gespeicherten Informationen zwischen dem RFID-Etikett und der Basisstation zu übertragen bzw. zu empfangen. RFID-Etiketten, die induktive Kopplung nutzen, sind empfindlich gegenüber der Ausrichtung des RFID-Etiketts im Bezug auf die Basisstation, da das durch das Erregungssignal erzeugte Feld für eine effektive Kopplung das Spulenelement in einem im Wesentlichen rechten Winkel schneiden muss. Die Lesereichweite beträgt für induktiv gekoppelte Vorrichtungen im Allgemeinen einige Zentimeter. Größere Leseentfernungen sind wünschenswert, und für bestimmte Anwendungen, wie beispielsweise elektronische Identifikation von Tieren, Sendungsverfolgung von Gepäck, Sendungsverfolgung von Paketen und Bestandsverwaltungsanwendungen, notwendig.
  • Eine andere Technik zum Antreiben und Lesen von RFID-Etiketten ist die elektrostatische Kopplung, die beispielsweise in den RFID-Etikettsystemen und RFID-Etiketten verwendet wird, die in den oben erwähnten Anwendungen offenbart sind. Diese Systeme biteten auf vorteilhafte Weise wesentlich vergrößerte Lese-/Schreibentfernungen gegenüber den beim Stand der Technik verfügbaren Entfernungen. Ein anderer Vorteil, der aus der Verwendung der darin offenbarten Systeme und Etiketten abgeleitet ist, ist, dass der Benutzer das RFID-Etikett nicht in die Nähe einer Basisstation bringen muss oder das Etikett im wesentlichen hinsichtlich der Basisstation ausrichten muss. Es ist daher möglich, die Antennenelemente der Basisstation beispielsweise in eine Durchgang oder einer Diele, einem Paketförderband oder einem System zum Sortieren von Artikeln anzubringen, das Etikett zu erregen und die Etikettinformation aus einer größeren Entfernung zu lesen.
  • Um entweder die induktiven oder die elektrostatischen Signale zwischen der Basisstation und dem RFID-Etikett zu koppeln, verfügt das Etikett notwendigerweise über eine Antenne mit mindestens einem und häufig zwei Antennenelementen. Üblicherweise sind ein Etikett-Schaltkreischip und die Antenne elektrisch gekoppelt und mit einem Etikettsubstrat verbunden. Die Etikettgröße, die durch die Etikettsubstratgröße bestimmt ist, ist üblicherweise ziemlich klein gehalten. Daher ist die Antenne von der Größe her eingeschränkt. Eine kleinere Antenne führt jedoch zu Nachteilen bei den Lesereichweiten. Die Antenne wird notwendigerweise auf derselben Ebene wie die Etikettfläche gebildet, wodurch das Etikett unter Umständen empfindlich gegenüber seiner Ausrichtung wird. Da es unerwünscht und im Allgemeinen unpraktisch ist, das RFID-Etikett größer zu machen, bleibt die effektive Antennengröße begrenzt. Und die übliche flache Etikett-Konstruktion beschränkt die Antenne außerdem auf eine flache, ausrichtungsempfindliche Konfiguration.
  • Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in der US-Patentanmeldung mit dem Titel "Radio Frequency Identification Tag Having an Article Integrated Antennta" offenbart sind, wird vorgeschlagen, die Antenne so auszubilden, dass sie fest in einen Artikel eingebaut ist. In einer bevorzugten Implementierung wird die Antenne z.B. unter Verwendung einer leitfähigen Tinte auf ein Paket aus Karton oder Papier gedruckt. Dann wird ein RFID-Etikett auf dem Artikel befestigt und mit der Antenne elektrisch gekoppelt. Des Weiteren wird vorgeschlagen, RFID-Etikett-Chipanordnungen bereitzustellen. Die Chipanordnungen können verwendet werden, um einen RFID-Etikett-Schaltkreischip auf einem Substrat zu befestigen, welches derart ausgebildet ist, dass es eine leitfähige Struktur einschließt. Eine dort offenbarte bevorzugte leitfähige Struktur wird gebildet, indem die Struktur unter Verwendung einer leitfähigen Tinte auf ein Papiersubstrat gedruckt wird. Die Chipanordnung kann dann auf dem Artikel befestigt und über die leitfähige Struktur mit der Antenne elektrisch gekoppelt werden.
  • Wie klar zu erkennen ist, ist die Ausrichtung des Schaltkreischips mit einer auf dem Artikel aufgedruckten Antenne oder einer auf dem Substrat gedruckten leitfähigen Struktur für den richtigen Betrieb des Schaltkreischips sehr wichtig. Genauer gesagt muss der Schaltkreischip innerhalb von ungefähr +/– 0,125 Millimetern (mm) positioniert werden, um die leitfähigen Kontaktflächen auf dem Schaltkreischip korrekt mit der Antenne und/oder der leitfähigen Struktur zu verbinden. Übliche Technologien zum Drucken der Antenne und/oder der leitfähigen Struktur auf Papier oder papierartigen Werkstoffen führen jedoch zu Kantentoleranzen im Bereich von +/– 1,5 mm. Diese Größenordnung der Kantentoleranz ist größer als ein herkömmlicher Schaltkreischip. Zahlreiche Faktoren einschließlich des "Kantenblutens" der gedruckten Struktur und einer räumlichen Abweichung der gedruckten Struktur relativ zum Substrat spielen eine Rolle bei der ungenauen Kantentoleranz.
  • In dem US-Patent 5,556,441 ist das Befestigen eines elektronischen Schaltkreises innerhalb einer Vertiefung eines Substrats beschrieben. Eine Schicht Klebemittel wird auf der Unterseite und den Seiten des Schaltkreises angebracht, so dass der Schaltkreis innerhalb der Vertiefung des Substrats befestigt werden kann. In dem US-Patent 3,843,036 ist eine Vorrichtung zum Befestigen einer "Beam-Lead"-Vorrichtung auf einem Substrat beschrieben.
  • In dem US-Patent 5,528,222 ist ein Funkfrequenz-Etikett beschrieben, in welchem ein Chip in einem auf einem Substrat gebildeten Fenster befestigt ist, wobei der Chip mit Antennenelementen gekoppelt wird, die oberhalb des Fensters ausgebildet sind. Dieser Stand der Technik ist in der Präambel der Ansprüche 1 und 7 gewürdigt. Somit besteht ein Bedarf nach einem verbesserten RFID-Etikett.
  • Die Erfindung ist in den Ansprüchen 1, 7 und 11 dargelegt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den anliegenden Zeichnungen, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Teile darstellen, sind bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen der Erfidung dargestellt.
  • 1 ist eine Explosionsdarstellung eines RFID-Etiketts gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 2-2 von 1;
  • 3 ist eine Draufsicht einer auf einem Substrat gedruckten Antenne und/oder leitfähigen Struktur;
  • 4 ist eine Draufsicht eines vergrößerten Teils der in 3 dargestellten Antenne im Bereich des Kreises "A";
  • 5 ist eine Draufsicht der in 4 dargestellten und des Weiteren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildeten Antenne und/oder leitfähigen Struktur;
  • 6 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie 6-6 von 5 und stellt des Weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung einer Antenne gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
  • 7 ist eine ähnliche Schnittdarstellung wie 6 und stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
  • 8 ist eine ähnliche Schnittdarstellung wie 6 und stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
  • 9 ist eine ähnliche Schnittdarstellung wie 2 und stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;
  • 10 ist eine ähnliche Schnittdarstellung wie 6 und stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar; und
  • 11 ist eine ähnliche Schnittdarstellung wie 2 und stellt eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen RFID-Etiketten gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden eine gedruckte Antenne, die auf einem Substrat ausgebildet ist. Das Substrat kann ein Teil eines Produkts, eines Pakets, eines Paketbehälters, einer Eintritts- oder Fahrkarte, eines Frachtbriefs, eines Klebeetiketts und/oder einer Identifizierungsmarke sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kopplungsbereich auf der gedruckten Struktur gebildet, indem durch Druckablagerung einer leitfähigen Tinte eine leitfähige Struktur auf einem Substrat gebildet wird und dann Kopplungsbereiche in der leitfähigen Struktur relativ zu dem Substrat präzise gebildet werden.
  • In 1 der Zeichnungen, die als Explosionszeichnung dargestellt ist, weist ein RFID-Etikett 14 einen RFID-Schaltkreischip ("Schaltkreischip") 12 auf, der an einer Antenne 10 befestigt ist. Die Antenne 10 kann die Basis für oder ein Teil einer persönlichen Identifikationsmarke, einer Eintritts- oder Fahrkarte, eines Frachtbriefs, eines Klebeetiketts, eines Paketbehälters (wie eine Box oder ein Umschlag), ein Teil davon oder dergleichen sein. Man kann außerdem klar erkennen, dass die Antenne 10 ebenfalls eine Basis für eine RFID-Etikett-Schaltkreischipanord nung (d.h. Substrat und leitfähige Struktur) sein kann, wie in der zuvor erwähnten US-Patentanmeldung mit dem Titel "Radio Frequency Identification Tag Having an Article Integrated Antenna" beschrieben ist, ohne sich dabei aus dem angemessenen Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Wie erkennbar ist, weist die Antenne 10 eine leitfähige Struktur 22 auf, die auf einem Substrat 16 angeordnet ist.
  • In 1, auf die weiterhin Bezug genommen wird, kann als Substrat 16 für die entsprechende Anwendung Papier, Kunststoff (einschließlich Polyester und metallisiertem Polystermaterial), synthetisches Papier, verstärktes Papier, Karton, mit synthetischem Papier beschichteter Karton und dergleichen ausgewählt werden. Das Substrat 16 umfasst eine erste Oberfläche 18 und eine zweite Oberfläche 20. Auf der ersten Oberfläche 18 ist eine leitfähige Struktur 22 einschließlich eines ersten Antennenelements 24 und eines zweiten Antennenelements 26 ausgebildet. Sowohl das erste Antennenelement 24 als auch das zweite Antennenelement 26 sind aus einem leitfähigen Werkstoff ausgebildet, der auf einem Substrat 16 befestigt oder dort auf andere Art und Weise gebildet ist. Bevorzugterweise wird sowohl das erste Antennenelement 24 als auch das zweite Antennenelement 26 durch Drucken unter Verwendung eines geeigneten druckbaren leitfähigen Mediums gebildet. Beispielsweise bildet eine auf Kohlenstoff/Graphit basierende leitfähige Tinte beim Drucken auf Papier und/oder Karton eine effektive leitfähige Struktur 22. Alternativ kann synthetisches oder beschichtetes Papier verwendet werden, dies aber bei höheren Kosten. Silber und andere Edelmetalltinten können insbesondere zum Drucken auf Kunststoffmaterialien verwendet werden, werden aber aufgrund von höheren Materialkosten weniger bevorzugt. Die leitfähige Struktur 22 hat in der Darstellung eine "H"-Form, wie sie zur Verwendung in einer elektrostatischen Anwendung geeignet wäre. Man kann klar erkennen, dass andere Strukturen, die beispielsweise für die induktive Kopplung geeigneter sind, gedruckt werden können, ohne sich dabei aus dem angemessenen Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen. Das erste Antennenelement 24 wird mit einem ersten Kopplungsbereich 28 und das zweite Antennenelement 26 mit einem zweiten Kopplungsbereich 30 gebildet. Der erste Kopplungsbereich 28 und der zweite Kopplungsbereich 30 erstrecken sich in Richtung einer Öffnung 31, die im Allgemeinen in der Mitte der H-Form in dem Substrat 16 gebildet ist, und werden durch diese auch getrennt.
  • Bei 1 und 2 ist der Schaltkreischip mit einer leitfähigen Kontaktfläche 38 und einer leitfähigen Kontaktfläche 40 gebildet, die zur Kopplung mit der leitfähigen Struktur 22 vorgesehen sind. Wie dargestellt, handelt es sich bei der leitfähigen Kontaktfläche 38 und der leitfähigen Kontaktfläche 40 um "beulenförmige" Flächen. Das heißt, sie ragen über eine Unterfläche 32 des Schaltkreischips 12 hinaus. Dies ist entgegengesetzt zu "Oberflächen"-Kontaktflächen, die im Wesentlichen auf einer Ebene mit der Unterfläche 32 des Schaltkreischips gebildet sind. Bei Befestigung an der Antenne 10 koppelt sich die leitfähige Kontaktfläche 38 elektrisch mit dem ersten Kopplungsbereich 28, und die leitfähige Kontaktfläche 40 koppelt sich elektrisch mit dem zweiten Kopplungsbereich 30. Wie in 2 dargestellt, sind eine Schicht eines leitfähigen Klebemittels 34 und eine Schicht eines leitfähigen Klebemittels 36 entsprechend zwischen der leitfähigen Kontaktfläche 38 und einem ersten Kopplungsbereich 28 sowie zwischen der leitfähigen Kontaktfläche 40 und einem zweiten Kopplungsbereich 30 angeordnet, wodurch der Schaltkreischip 12 mit der Antenne 10 elektrisch gekoppelt und an ihr befestigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein isotropes Klebemittel verwendet und sorgfältig auf entweder dem Schaltkreischip 12 und der Antenne 10 oder auf beidem aufgetragen. Alternativ kann ein anisotropes Klebemittel verwendet werden, wobei dies höhere Kosten mit sich bringt. Man kann klar erkennen, dass es keine besondere Vorliebe für die Verwendung von beulenförmigen Kontaktflächen gibt, und dass entweder beulenförmige Kontaktflächen, Oberflächen-Kontaktflächen oder Vertiefungs-Kontaktflächen (d.h. leitfähige Kontaktfläche, die als Vertiefungen in der Außenfläche des Schaltkreischips 12 gebildet werden) verwendet werden kön nen, wobei sie je nach Kosten und der jeweiligen Anwendung ausgewählt werden. In der Vergangenheit war der Schaltkreischip 12 von der Firma Temic North America, Inc., Basking Ridge, New Jersey sowie von der Firma Indala Corporation, einer hundertprozentigen Tochter von Motorola, Inc., San Jose, California erhältlich.
  • Ein bevorzugtes anisotropes Klebemittel ist das 3M 9703-Klebemittel, das von der Firma 3M Corporation erhältlich ist. Das bevorzugte Klebemittel ist insofern anisotrop, dass es nur in der "z"- oder vertikalen Richtung leitet (2). Das Klebemittel wird so hergestellt, dass es mit Metall überzogene mikrogroße Pellets in einem Klebemittelsubstrat aufweist, die einen elektrischen Kontakt von einer Oberfläche zur Unterfläche einer Klebemittelschicht herstellen. Ein elektrischer Kontakt wird weder in der "x"- noch in der "y"-Richtung, d.h. der Fläche der Klebemittelschicht, hergestellt. Somit kann ein Klebemittel in einer vollständigen Schicht aufgebracht werden, ohne einen Kurzschluss zu benachbarten Leitern zu verursachen. Ein bevorzugtes isotropes Klebemittel ist das von Adhesives Research, Inc. erhältliche #8103.
  • Zum leichteren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist in 3 die Antenne 10' in einer Zwischenverarbeitungsphase dargestellt. Der Klarheit halber werden mit einem Strich versehene Bezugszeichen verwendet, um Elemente anzugeben, die bei dieser Zwischenphase nicht vollständig ausgebildet sind. In 3 wird die Antenne 10' gebildet, indem zuerst, vorzugsweise durch Drucken, eine leitfähige Struktur 22' auf dem Substrat 16' gebildet wird. Wie erkennbar ist, wurde die Öffnung 31 noch nicht gebildet, und der zweite Kopplungsbereich 30' schließt sich in der Mitte der leitfähigen Struktur 22' an den ersten Kopplungsbereich 28' an.
  • 3 stellt des Weiteren die Herstellungstoleranzen hinsichtlich der Bildung einer leitfähigen Struktur 22' auf dem Substrat 16' dar. Eine Erläuterung dieser Toleranzen und der Auswirkung, die sie auf eine vervollständigte Antenne 10' haben, hat einen zusätzlichen Einblick auf die Vorteile der vorliegenden Erfindung zur Folge. In 3, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, wird die leitfähige Struktur 22' sogar bei sehr genauen Durckvorgängen sowohl in der "x"- als auch in der "y"-Richtung bezüglich einer Kante 42 bzw. einer Kante 44 des Substrats 16' variieren. Üblicherweise ist die Abweichung, die entsprechend als +/– x und +/– y angegeben ist, im Bereich von ungefähr +/– 0,5 mm in jeder Richtung. Des Weiteren ist in 4, auf die nachfolgend Bezug genommen wird, die Grenze 45 der leitfähigen Struktur 22' keine scharfe Linie, sondern stattdessen führt ein "Bluten" der leitfähigen Tinte als Ergebnis ungleichmäßigen Trocknens dazu, dass die Grenze 45 ein unebenes Profil hat. Die Abweichung der Grenze, die in 4 mit +/– e angegeben ist, kann bis zu +/– 0,125 mm betragen. Die Gesamtabweichung, die sowohl durch die Strukturpositionsabweichung als auch durch das Bluten zu Stande kommt, kann bis zu +/– 1,5 mm betragen. Bei dieser Zahl ist die Tatsache bedeutsam, dass der Schaltkreischip 12 1 mm im Quadrat ist. Somit kann die Abweichung der leitfähigen Struktur größer als der Schaltkreischip 12 sein. Als Ergebnis davon ist die Positionierung des Schaltkreischips 12 auf der leitfähigen Struktur 22, nur bezogen auf die Kante 42 und die Kante 44, unmöglich. Für die automatisierte Befestigung des Schaltkreischips 12 ist daher eine komplizierte, kostspielige visuelle Technologie notwendig, um die Position der leitfähigen Struktur 22 auf dem Substrat 16 akkurat zu lokalisieren. Die Alternative zur kostspieligen visuellen Automatisierung ist eine manuelle Befestigung. Die manuelle Befestigung ist zeitaufwändig und bietet nicht die Prozesswiederholbarkeit einer Automation. In jedem Fall leiden die Kosten, die Qualität und die Prozessgenauigkeit sehr darunter.
  • In 5, auf die nun Bezug genommen wird, weist die Antenne 10 in einer abgeschlossenen Phase die Öffnung 31 auf, die in dem Substrat 16 gebildet ist und die den ersten Kopplungsbereich 28 und den zweiten Kopplungsbereich 30 voneinander trennt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Öffnung 31 gebildet, indem ein Teil des Substrats 16 in der Mitte der leitfähigen Struktur 22 relativ zu einer Substratreferenz ausgestanzt wird.
  • In 5 und 6, auf die weiterhin Bezug genommen wird, ist die Antenne 10' bei einer Ausrichtungsvorrichtung 100 angeordnet. Die Ausrichtungsvorrichtung 100 umfasst einen Eckenlokalisierungsblock 102 und einen Kantenlokalisierungsblock 104, die sich oberhalb einer Basis 106 erstrecken. Eine alternative Positionierungsanordnung kann Pins verwenden, die in in dem Substrat 16' gebildete Lokalisierungslöcher/-schlitze eingreifen. Der Eckenlokalisierungsblock 102 ist derart angeordnet, dass er sowohl die Kante 42 als auch die Kante 44 einbezieht, wobei die Kante 42 und Kante 44 die Substratreferenz bilden. Der Kantenlokalisierungsblock 104 ist derart angeordnet, dass er die Kante 44 einbezieht. Auf diese Art und Weise wird eine konsistente, wiederholbare Referenz zur Bildung einer Öffnung 31 mit Bezug auf die Kante 42 und die Kante 44 hergestellt. Ein Stanzer 108, der ebenfalls relativ zu der Ausrichtungsvorrichtung 100 befestigt ist, ist in 6 dargestellt. Im Betrieb wird die Antenne 10' mit Bezug auf den Eckenlokalisierungsblock 102 und den Kantenlokalisierungsblock 104 auf der Basis 106 positioniert. Der Stanzer 108 greift in die leitfähige Struktur 22' und das Substrat 16' und schert so einen Propfen 112 heraus, wenn sich der Stanzer 108 durch die leitfähige Struktur 22' und das Substrat 16' und in die Knopföffnung 120 hinein bewegt. Die Öffnung 31 trennt somit den ersten Kopplungsbereich 28' und den zweiten Kopplungsbereich 30' exakt. Darüber hinaus werden der erste Kopplungsbereich 28' und der zweite Kopplungsbereich 30' mit Bezug auf die Kante 42 und die Kante 44 exakt lokalisiert, wodurch eine vereinfachte automatisierte Befestigung des Schaltkreischips 12 möglich ist. Es wird erwartet, dass eine Kante 46 des ersten Kopplungsbereichs 28' und eine Kante 48 des zweiten Kopplungsbereichs 30' innerhalb von +/– 0,025 mm von der Kante 42 bzw. der Kante 44 gebildet werden können.
  • Bei Vervollständigung eines RFID-Etiketts 14 gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Schaltkreischip-Aufnahme-und-Platzierungs-Automatisierung (nicht dargestellt) zur Bezugnahme auf die Kante 42 und die Kante 44 verwendet werden. Mit dieser Referenz kann ein Schaltkreischip 12 mit Bezug auf den ersten Kopplungsbereich 28' und den zweiten Kopplungsbereich 30' akkurat positioniert werden. Es sollte des Weiteren klar erkennbar sein, dass eine einzelne Herstellungs-/Montagezelle hergestellt werden kann. Eine solche Montagezelle würde die automatische Platzierung des Substrats 16', das Drucken einer leitfähigen Struktur 22' unter Verwendung eines geeigneten Druckkopfs, die Bildung einer Öffnung 31 und die Positionierung des Schaltkreischips 12 ermöglichen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann jeder dieser Vorgänge jedoch auch in separaten Herstellungs-/Montagezellen ausgeführt werden, die beispielsweise wie bei einer Fließbandfertigung angeordnet sind. Die exakte Ausbildung des ersten Kopplungsbereichs 28' und des zweiten Kopplungsbereichs 30' mit Bezug auf das Substrat 16', und die akkurate Platzierung eines Schaltkreischips 12 mit Bezug auf diese Bereiche wird durch den gesamten Prozess hindurch aufrecht erhalten. Somit bietet die vorliegende Erfindung auf vorteilhafte weise eine beträchtliche Herstellungsflexibilität.
  • In 7 ist eine alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Erneut stellt die Antenne 10' eine Zwischenverarbeitungsphase der Antenne 10 dar. Der Klarheit halber werden mit einem Strich versehene Bezugszeichen verwendet, um Elemente anzugeben, die bei dieser Zwischenphase nicht vollständig ausgebildet sind (wie in 3 dargestellt). Wie in 7 erkennbar ist, ist der Stanzer 208 derart angeordnet, dass er die leitfähige Struktur 22' und die Oberfläche 18' voneinander trennt und einen Teil des Substrats 16' verdichtet, ohne eine durchgehende Öffnung in dem Substrat 16' zu bilden. Die Ausrichtungsvorrichtung 100 wird wie zuvor erzeugt und umfasst einen Eckenlokalisierungsblock 102 und Kantenlokalisierungsblock 104. Die Knopföffnung wird weggelassen. Der Stanzer 208 greift in die leitfähige Struktur 22' und die Oberfläche 18' an der Schnittstelle des ersten Kopplungsbereichs 28' mit dem zweiten Kopplungsbereich 30', wodurch die leitfähige Struktur 22' und die Oberfläche 18' an dem Punkt des Eingriffs getrennt werden. Der Stanzer 208 verdichtet des Weiteren einen Teil des Substrats 16', so dass eine Vertiefung 231 erzeugt wird, die den ersten Kopplungsbereich 28' von dem zweiten Kopplungsbereich 30' trennt. Erneut wird eine sehr akkurate Platzierung des ersten Kopplungsbereichs 28' und des zweiten Kopplungsbereichs 30' mit Bezug auf die Kante 42 und die Kante 44 erreicht, wodurch eine automatisierte Platzierung eines Schaltkreischips 12 ermöglicht wird. In 8 ist der Stanzer 308 mit einer Schneidekante 330 ausgestattet, um die leitfähige Struktur 22' und die Oberfläche 18' zur Bildung einer Vertiefung 331 in dem Substrat 16' besser durchtrennen zu können.
  • In 9, auf die nun Bezug genommen wird, kann zur Vervollständigung eines RFID-Etiketts 214 gemäß der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Schaltkreischip-Aufnahme-und-Platzierungsautomatisierung (nicht dargestellt) derart angeordnet sein, dass sie die Kante 42 und die Kante 44 des Substrats 16' als Referenz nutzt (Kante 42 in 9 dargestellt). Durch diese Referenz kann der Schaltkreischip 12 genau positioniert werden, wobei die leitfähige Kontaktfläche 38 durch das Klebemittel 34 mit dem ersten Kopplungsbereich 28 und die leitfähige Kontaktfläche 40 durch das Klebemittel 36 mit dem zweiten Kopplungsbereich 30 elektrisch gekoppelt wird. Der erste Kopplungsbereich 28 und der zweite Kopplungsbereich 30 sind exakt angeordnet und damit über die Vertiefung 231, die sich durch die leitfähige Struktur 22 und die Oberfläche 18 und in das Substrat 16 hinein erstreckt, elektrisch isoliert.
  • 10 stellt noch eine weitere alternative bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Ausbildung einer Antenne 110 dar. Die Ausrichtungsvorrichtung 200 umfasst den Eckenlokalisierungsblock 202 und einen Kantenlokalisierungsblock (nicht dargestellt), der sich oberhalb einer Basis 406 erstreckt. Eine alternative Lokalisierungsanordnung kann Lokalisierungspins verwenden, die in in dem Substrat 116' gebildete Löcher/Schlitze eingreifen. Der Eckenlokalisierungsblock 202 ist derart angeordnet, dass er zwei Kanten des Substrats 116' (Kante 142 ist in 10 dargestellte) einbezieht, und der Kantenlokalisierungsblock ist derart angeordnet, dass er eine Kante des Substrats 116' einbezieht. Ein Former/Stanzer 408 ist außerdem relativ zu der Ausrichtungsvorrichtung 200 befestigt. Der Stanzer 408 umfasst einen Stanzbereich 410, der derart angeordnet ist, dass er in die leitfähige Struktur 122' und das Substrat 116' greift, und so einen Propfen 412 herausschert, wenn er sich durch die leitfähige Struktur 122' und das Substrat 116' und weiter in die Knopföffnung 420 hinein bewegt. Auf diese weise wird eine Öffnung 431 in dem Substrat 116 gebildet, welche den ersten Kopplungsbereich 128 und den zweiten Kopplungsbereich 130 voneinander trennt. Des Weiteren werden der erste Kopplungsbereich 128 und der zweite Kopplungsbereich 130 mit Bezug auf die Kanten des Substrats 116 exakt lokalisiert, wodurch eine vereinfachte automatisierte Befestigung des Schaltkreischips 112 ermöglicht wird.
  • Der Stanzer 408 weist des Weiteren eine Schulter oder einen Formungsabschnitt 424 auf. Wenn der Stanzer 408 in das Substrat 116 greift, wird ein lokalisierter Bereich 418 des Substrats 116 verdichtet und so ausgebildet, dass er der Form der Schulter 424 im Wesentlichen entspricht. Auf diese Weise wird benachbart zur Öffnung 431 eine Aussparung 416 in dem Substrat 116 gebildet, in die sich der erste Kopplungsbereich 128 und der zweite Kopplungsbereich 130 erstrecken.
  • In 11 ist ein RFID-Etikett 414 mit einer Antenne 110 bestückt. Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Schaltkreischip-Aufnahme-und-Platzierungsautomatisierung (nicht dargestellt) derart angeordnet werden, dass sie Bezug auf die Kanten des Substrats 116 nimmt (die Kante 142 ist in 11 dargestellt). Durch diese Referenz kann der Schaltkreischip 112 exakt positioniert werden, wobei die leitfähige Kontaktfläche 138 durch das Klebemittel 134 mit dem ersten Kopplungsbereich 128 und die leitfähige Kontaktfläche 140 durch das Klebemittel 136 mit dem zweiten Kopplungsbereich 130 elektrisch gekoppelt ist. Der erste Kopplungsbereich 128 und der zweite Kopplungsbereich 130 werden exakt lokalisiert und durch die Öffnung 431, die sich durch die leitfähige Struktur 122 und das Substrat 116 erstreckt, voneinander isoliert. Auf diese Weise wird der Schaltkreischip 112 mit jeder der ersten Antennenelemente 124 und zweiten Antennenelemente 126 gekoppelt, die auf der Oberfläche 118 des Substrats 116 angeordnet sind. Des Weiteren bleibt der Schaltkreischip 112 unterhalb der Oberfläche 118, wodurch die Gefahr verringert wird, dass er sich während der Verwendung des RFID-Etiketts 414 von dem Substrat 116 ablöst. Man kann auch klar erkennen, dass ein Vergussmaterial und/oder eine Abdeckung über dem Schaltkreischip 112 angebracht werden kann, wodurch ein weiterer Schutz geboten wird.
  • Zusammenfassend gesagt umfasst ein RFID-Etikett 14 in 1, auf die erneut Bezug genommen wird, einen RFID-Etikett-Schaltkreischip 12, der an der Antenne 10 befestigt ist. Die Antenne umfasst ein erstes Antennenelement 24 und ein zweites Antennenelement 26, die auf einer Oberfläche 18 eines Substrats 16 ausgebildet sind. Das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement sind durch eine in dem Substrat gebildete Öffnung 31 voneinander getrennt und exakt lokalisiert.
  • Bei 7 und 8 umfassen alternative bevorzugte Ausführungsformen der Antenne 10 ein erstes Antennenelement 24 und ein zweites Antennenelement 26, die auf einer Oberfläche eines Substrats 16 ausgebildet sind. Das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement sind voneinander getrennt und durch eine in 7 bzw. 8 dargestellte Vertiefung 231 und 331 exakt lokalisiert, wobei die Vertiefung durch die Oberfläche hindurch gebildet ist und sich teilweise in das Substrat hinein erstreckt.
  • In 9 umfasst ein RFID-Etikett 214 einen RFID-Etikett-Schaltkreischip 12, der an der Antenne 10 befestigt ist. Die Antenne umfasst ein erstes Antennenelement 24 und ein zweites Antennenelement 26, die auf einer Oberfläche 18 eines Substrats 16 ausgebildet sind, wobei das erste Antennenelement und das zweite Antennenelement durch eine in dem Substrat gebildete Vertiefung 31 voneinander getrennt sind und so exakt lokalisiert sind.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst in 10 eine Antenne 110 ein erstes Antennenelement 124 und ein zweites Antennenelement 126, die auf einer Oberfläche 118 eines Substrats 116 ausgebildet sind. Das Substrat ist derart ausgebildet, dass es eine in dem Substrat gebildete Aussparung 416 aufweist. Das erste Antennenelement umfasst einen ersten Kopplungsbereich 128 und das zweite Antennenelement umfasst einen zweiten Kopplungsbereich 130. Der erste Kopplungsbereich und der zweite Kopplungsbereich erstrecken sich in die Aussparung hinein und werden durch eine in der Aussparung gebildete Öffnung 431 getrennt und so exakt lokalisiert.
  • In 11 umfasst ein RFID-Etikett 414 einen RFID-Etikett-Schaltkreischip 112, der an einer Antenne 110 befestigt ist. Die Antenne umfasst ein erstes Antennenelement 124 und ein zweites Antennenelement 126, die auf einer Oberfläche 118 eines Substrats 116 ausgebildet sind. Die Antenne 110 umfasst des Weiteren eine in dem Substrat 116 gebildete Aussparung 416 und einen ersten Kopplungsbereich 128 und einen zweiten Kopplungsbereich 130, die sich in die Aussparung hinein erstrecken und durch eine in der Aussparung gebildete Öffnung 431 voneinander getrennt und so exakt lokalisiert sind. Ein RFID-Etikett-Schaltkreischip ist in der Aussparung befestigt und mit dem ersten Kopplungsbereich und dem zweiten Kopplungsbereich gekoppelt. Der erste Kopplungsbereich und der zweite Kopplungsbereich koppeln somit den RFID-Etikett-Schaltkreischip mit dem ersten Antennenelement und dem zweiten Antennenelement.
  • Gemäß einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines RFID-Etiketts ist ein Substrat mit einer Oberfläche bereitgestellt. Eine leitfähige Struktur ist auf die Oberfläche gedruckt und eine Öffnung ist in dem Substrat relativ zu einer Substratreferenz ausgebildet, wobei die Öffnung die leitfähige Struktur in ein erstes Antennenelement und ein zweites Antennenelement aufteilt. Ein RFID-Etikett-Schaltkreischip wird dann an dem Substrat befestigt und mit dem ersten Antennenelement und dem zweiten Anntennenelement elektrisch gekoppelt. Das Verfahren ermöglicht alternativ auch die Bildung einer Vertiefung und/oder einer Aussparung in dem Substrat.
  • Es werden nun einige Vorteile der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Einschränkungen in der Fähigkeit, die Größe und Positionierungstoleranzen der gedruckten Antennen zu steuern, haben die kostengünstige und leistungsverbessernde Technologie in RFID-Etiketten eingeschränkt. Die vorliegende Erfindung erleichtert die Verwendung der gedruckten Antennentechnologie durch Bewältigung dieser Toleranzeinschränkungen.
  • Die Kosten von RFID-Etiketten werden verringert, während die Leistung durch die Verwendung von gedruckten Antennen, die auf einfache Art und Weise mit RFID-Etikett-Schaltkreischips verbunden werden können, verbessert wird.
  • Die Herstellungseffizienz wird durch die vorliegende Erfindung insofern verbessert, dass die RFID-Etikett-Schaltkreischips schnell und exakt an einer RFID-Etikettantenne befestigt und mit ihr gekoppelt werden können.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht auch die kostengünstige Herstellung von RFID-Etiketten in Herstellungsanordnungen mit einzelnen oder mehreren Zellen, die eine herkömmliche verfügbare Aufnahme-und-Platzierungsautomatisierung verwenden.
  • Viele zusätzliche Änderungen und Modifikationen könnten bei der Erfindung vorgenommen werden, ohne sich aus deren Umfang zu entfernen. Der Umfang einiger Änderungen ist oben erörtert. Der Umfang der Erfindung ist durch die anliegenden Ansprüche festgelegt.

Claims (12)

  1. RFID-Etikett (RFID = Radio Frequency Identification = Funkfrequenzidentifikation) (14), welches Folgendes aufweist: eine Antenne (10), ein Substrat und einen RFID-Etikett-Schaltkreischip (12), der an der Antenne (10) befestigt ist, wobei die Antenne (10) ein erstes Antennenelement (24) und ein zweites Antennenelement (26) umfasst, die auf einer Oberfläche (18) des Substrats (16) gebildet sind, wobei das erste Antennenelement (24) von dem zweiten Antennenelement (26) durch einen Spalt getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt Kanten aufweist, die Kanten (46, 48) einer Öffnung (31), welche auf dem Substrat (16) gebildet ist, direkt fluchtend überlagern.
  2. RFID-Etikett (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennenelement (24) einen ersten Kopplungsbereich (28) einschließt und das zweite Antennenelement (26) einen zweiten Kopplungsbereich (30) einschließt, wobei die Öffnung (31) den ersten Kopplungsbereich (28) und den zweiten Kopplungsbereich (30) voneinander trennt.
  3. RFID-Etikett (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kopplungsbereich (28) und der zweite Kopplungsbereich (30) für die Kopplung an den RFID-Etikett-Schaltkreischip (12) ausgelegt sind.
  4. RFID-Etikett (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (31) relativ zu einer Substratbezugsebene gebildet ist.
  5. RFID-Etikett (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Antenne (10) um eine auf die Oberfläche (18) des Substrats (16) gedruckte leitfähige Struktur (22) handelt.
  6. RFID-Etikett (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der RFID-Etikett-Schaltkreischip (12) mit einem leitfähigen Klebemittel an die Antenne (10) gekoppelt wird.
  7. Antenne (10) für ein RFID-Etikett (14), welches Folgendes aufweist: ein Substrat (16) und eine auf das Substrat (16) gedruckte leitfähige Struktur (22), und eine Öffnung (31), die in dem Substrat (16) gebildet ist, wobei die leitfähige Struktur (22) durch einen Spalt in ein erstes Antennenelement (24) und ein zweites Antennenelement (26) aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt Kanten aufweist, die Kanten (46, 48) der Öffnung (31) direkt fluchtend überlagern.
  8. Antenne (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antennenelement (24) einen ersten Kopplungsbereich (28), und das zweite Antennenelement einen zweiten Kopplungsbereich (30) umfasst, wobei der erste Kopplungsbereich (28) und der zweite Kopplungsbereich (26) durch die Öffnung (31) begrenzt sind.
  9. Antenne (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (10) einen Abschnitt aus einem der Folgenden bildet: ein Artikel bzw. ein Produkt, ein Paket, ein Paketbehälter, ein Umschlag, eine Eintritts- oder Fahrkarte, ein Frachtbrief, ein Klebeetikett und eine Identifizierungsmarke.
  10. Antenne (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (31) relativ zu einer Substratbezugsebene gebildet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines RFID-Etiketts (14), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Substrats (16), das eine Oberfläche aufweist (18), gefolgt vom; Drucken einer leitfähigen Struktur (22) auf der Oberfläche (18), gefolgt vom; Bilden einer Öffnung (31) in dem Substrat (16) relativ zu einer Substratbezugsebene, um die leitfähige Struktur (22) in ein erstes Antennenelement (24) und ein zweites Antennenelement (26) aufzuteilen; und gefolgt vom elektrischen Koppeln eines RFID-Etikett-Schaltkreischips (12) an das erste Antennenelement (24) und das zweite Antennenelement (26).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Druckens einer leitfähigen Struktur (22) des Weiteren das Drucken eines ersten Antennenelements (24) und eines zweiten Antennenelements (26), die durch einen ersten Kopplungsbereich (28) und einen zweiten Kopplungsbereich (30) kombiniert sind, umfasst und der Schritt der Bildens einer Öffnung (31) des Weiteren das Bilden einer Öffnung (31) umfasst, die den ersten Kopplungsbereich (28) und den zweiten Kopplungsbereich (30) voneinander trennt.
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