專利名稱：帶埋入式射頻天線和射頻屏蔽的裝飾表面覆蓋層及制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)一般說涉及在固體介質(zhì)中形成天線或其他導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。更具體說，本技術(shù)涉及在分層結(jié)構(gòu)，例如裝飾表面覆蓋層或?qū)訅喊逯行纬蓪?dǎo)電天線。
背景技術(shù)：
在資產(chǎn)跟蹤和盤存(inventory)領(lǐng)域中涌現(xiàn)出各種在精確性和速度方面比完全由人工操作的技術(shù)均有改進的技術(shù)。例如，條形碼閱讀機可以用視覺閱讀資產(chǎn)上的條形碼，通過參照與資產(chǎn)條形碼相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，自動識別條形碼，從而識別資產(chǎn)。隨后，會返回有關(guān)產(chǎn)品的信息，例如價格，而其他的信息，例如存貨計數(shù)，也會得到適時修改。
但是，這種系統(tǒng)也有其局限性。例如，不論是人工或自動進給裝置，這種掃描過程都是耗時的順序掃描過程，因為它每一次只能讀取一個標(biāo)記。為確保閱讀成功，條形碼閱讀還要求無障礙的視線和標(biāo)記相對于閱讀機的特定取向。由于它們的光學(xué)本質(zhì)，條形碼對諸如潮濕，塵土，油污，或其他嚴(yán)厲環(huán)境的適應(yīng)性很差，即此類嚴(yán)厲環(huán)境可使條形碼標(biāo)記模糊不清或被損壞。此外，條形碼只能提供有限的信息量，通常僅限于資產(chǎn)的識別。最后，在使用容易獲得的標(biāo)記和在個人計算機上可得到的打印技術(shù)時，條形碼標(biāo)記較易被偽造。

發(fā)明內(nèi)容
由于伴隨條形碼工藝和技術(shù)的各種限制或災(zāi)難，引起了人們將射頻識別(RFID)標(biāo)簽或詢問器用于存貨識別和跟蹤的興趣。RFID系統(tǒng)使用無線電波代替光信號來傳送從資產(chǎn)到閱讀機的信息。RFID標(biāo)簽通常包括一個天線和一塊無線電通信集成電路(IC)，或芯片。該芯片含有可由遠程閱讀機(也稱為問答機)通過低功率無線電波進行閱讀的電子記憶電路。該標(biāo)簽也可被遠程記錄器記錄。由于該芯片既可寫也可讀，因此，可以在資產(chǎn)的整個使用期限(life cycle)內(nèi)，例如從制造到銷售點，用新的或補充信息更新。
RFID系統(tǒng)有包括可同時閱讀多個標(biāo)簽等若干優(yōu)點，標(biāo)簽包括被遮擋的標(biāo)簽或不在視線范圍內(nèi)的標(biāo)簽。而且，這種標(biāo)簽比標(biāo)記不易被損壞也更明顯地不易被偽造。此外，RFID標(biāo)簽可在無人工干預(yù)和與此類干預(yù)相關(guān)的延時情況下閱讀。在諸如希望不需要雇員人工搜索資產(chǎn)的情況下記錄某資產(chǎn)的調(diào)運或不存在的應(yīng)用中，不需要人工干預(yù)具有特殊的意義。例如RFID標(biāo)簽可應(yīng)用于諸如商店中，倉庫或貨物，或裝運期間的自動庫存跟蹤。在這類實施例中，RFID標(biāo)簽可與要跟蹤的每一件貨物或資產(chǎn)相關(guān)聯(lián)，而布置在周圍關(guān)鍵地方的天線則使一臺或多臺閱讀機可連續(xù)或定期地判斷哪些標(biāo)簽是存在的和它們相對于天線的所處位置。
雖然這種技術(shù)在某些情況下是有用的，但它也存在很多問題。例如，將銅的或其他金屬的天線結(jié)構(gòu)布置在諸如擱架上會破壞表面的平滑性，從審美角度看是令人不滿的。此外，這種外露式的布置也使天線容易因擱架上的物品的布置或移動而損壞。此外，在零售或商業(yè)擺放中，顧客或員工可能搞亂或損壞外露的天線。
再有，天線還可能接收到附近，例如在別的擱架或通道上的其他標(biāo)簽的RFID標(biāo)簽信息。在這種情況下，一個RFID標(biāo)簽可能被不同的天線多次閱讀或登記，因而難以判斷標(biāo)簽的位置。因此，一種能將RFID天線結(jié)合在裝飾或功能表面或擱架中，以便使RFID天線與寄生信號隔離的技術(shù)是受歡迎的。


在閱讀下面的詳細說明和參考附圖后，本發(fā)明的前述和其他優(yōu)點和特性將更為顯見，附圖中圖1是說明RFID庫存跟蹤和供應(yīng)系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)包括依據(jù)本技術(shù)制造和使用的RFID天線和RFID屏蔽板；圖2是說明裝有依據(jù)本技術(shù)的內(nèi)置印刷天線的裝飾表面的剖面?zhèn)纫晥D；圖3A至3E說明圖2中裝飾表面的制造方法；圖4是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)的天線構(gòu)造的一個實施例；
圖5是依據(jù)本發(fā)明技術(shù)的天線構(gòu)造的另一個實施例；圖6是說明裝有依據(jù)本發(fā)明技術(shù)的埋入式RF屏蔽板的裝飾表面的剖面?zhèn)纫晥D；圖7A至7C說明圖6中裝飾表面的制造方法；圖8是帶天線擱架的側(cè)視圖，它包括貼在表面上的層壓板和貼在相反表面上的包含屏蔽板的層壓板；圖9是裝有圖8擱架的擱架單元的側(cè)視圖；圖10是裝有圖8擱架的擱架單元的另一種布置方式的側(cè)視圖；圖11是一個擱板單元的另一種布置方式的側(cè)視圖，該擱板單元裝有含有天線的層壓板和含有屏蔽板的層壓板。
具體實施例方式
資產(chǎn)與產(chǎn)品跟蹤和管理領(lǐng)域已隨技術(shù)進步而獲得巨大發(fā)展。特別是，人工和紙張驅(qū)動的作業(yè)現(xiàn)在因可跟蹤和保存產(chǎn)品信息的計算機化庫存和跟蹤數(shù)據(jù)庫而在很大程度上被廢棄了。各種自動或部分自動化的技術(shù)提供了與這類數(shù)據(jù)庫的接口，因而可將諸如現(xiàn)有的產(chǎn)品數(shù)量，位置，或價格等信息提供給數(shù)據(jù)庫或從其中取出。條形碼和條形碼閱讀機是這類部分自動化技術(shù)的一個示例，它使操作員可通過視覺閱讀產(chǎn)品上的編碼標(biāo)志和訪問數(shù)據(jù)庫而便利于交易，例如購物。但是，光學(xué)閱讀機也存在一些缺點，這些缺點包括它們要求在閱讀機和標(biāo)志間無障礙視線，對可能損壞標(biāo)志或使其模糊不清的惡劣環(huán)境下的不適應(yīng)性，和標(biāo)志容易被偽造或篡改。此外，光學(xué)閱讀機通過一次只能處理一個產(chǎn)品，因而使它們不適用于大規(guī)模或連續(xù)的作業(yè)，例如連續(xù)的庫存管理。
解決很多這些問題的另一種技術(shù)是射頻識別(RFID)，它采用一種包括一塊集成電路或芯片，一個天線的標(biāo)簽，和一個也包括天線和電路以便閱讀芯片上的電子存儲電路的閱讀機或訊問器。還可以有一個與閱讀機集成在一起的記錄器，用來更新或重寫芯片上的存儲內(nèi)容。芯片上的存儲電路可包含諸如產(chǎn)品標(biāo)識，產(chǎn)品歷史，價格等各種信息。因為RFID技術(shù)是基于射頻技術(shù)的，所以它并不需要視線也不限于一次處理一個產(chǎn)品。實際上，利用RFID技術(shù)，閱讀機可同時閱讀10個或更多標(biāo)簽。這些因素，連同其他因素，使RFID技術(shù)很適合于提供零售，儲存，或裝運工作中的不間斷庫存管理，而與光學(xué)技術(shù)只能例如在銷售點間斷性地更新庫存數(shù)據(jù)庫相反。
例如，參見圖1，圖中說明的是適合于零售，倉庫，或裝運環(huán)境的示例性RFID庫存管理系統(tǒng)10。可有裝有集成電路或芯片和標(biāo)簽天線的標(biāo)簽12并裝在產(chǎn)品14中或產(chǎn)品包裝中。標(biāo)簽12可以是有源的，即帶自備能源的，此時，標(biāo)簽12還包括諸如電池的電源，也可以是無源的，在此情況下，標(biāo)簽12沒有自備電源。無源標(biāo)簽12可由天線發(fā)出的小功率射頻電磁場提供能源，這里，天線充當(dāng)從閱讀機至無源標(biāo)簽的能源“載體”。
產(chǎn)品14可緊貼于裝有閱讀機天線18的表面16，天線18則通過如圖所示的電纜22或光纜，或通過無線手段，例如射頻鏈接，與閱讀機20或閱讀/記錄機，即無線電收發(fā)機，保持通信聯(lián)系。表面16的朝向可以平行于產(chǎn)品14，例如擱板，地板，或天花板的一部分，或垂直于產(chǎn)品14，例如儲存單元的一側(cè)或背板或墻壁。表面16的其他相對朝向也是可能的，例如斜的，這取決于與表面16配合的定位夾具或零件。如果標(biāo)簽12是無源的，則可以有為天線18提供能源的電源24，而天線18產(chǎn)生的電磁場則為標(biāo)簽12提供能源。雖然圖中示出的電源24是通過閱讀機20與天線18相連的，但它也可以直接連接至天線18。
閱讀機20從天線18接收到的信息隨后可通過電纜或無線手段傳送至跟蹤數(shù)據(jù)庫26。跟蹤數(shù)據(jù)庫26可與庫房28或其他儲存設(shè)施，例如儲藏室，保持通信聯(lián)系，以方便根據(jù)庫存狀態(tài)補充進貨或再訂貨。此外，放錯地方的貨物也可根據(jù)天線18的位置從其他存放地點方便地被識別并被在其應(yīng)放的地方，因而可找到這些被放錯地方的貨物并正確存放。諸如通過貨車30運輸中的貨物也可在貨車或其他交通工具中存在閱讀機16和裝有天線18的表面16的條件下被連續(xù)跟蹤。應(yīng)指出的是，貨車30或其他交通工具中的表面16可以裝在擱架內(nèi)，或者，也可以裝在形成地板，天花板，或車輛一側(cè)的板內(nèi)?；蛘撸瑤袢胧教炀€18的表面16還可用來構(gòu)造可在沒有檢查員在場的情況下記錄顧客所購物品并為其開出賬單的付款機。
還可提供一種可屏蔽來自鄰近標(biāo)簽34的信號的射頻(RF)屏蔽板32，這種標(biāo)簽雖然是在天線18應(yīng)監(jiān)視的區(qū)域之外，但可能會偶然被天線18讀到。因此，屏蔽板32可避免對鄰近的本該由另一個天線18統(tǒng)計的標(biāo)簽34重復(fù)計數(shù)。此外，屏蔽板32還可避免帶鄰近標(biāo)簽34的產(chǎn)品被錯誤地歸屬于貼近于表面16的某地點，錯誤的歸屬可能誤導(dǎo)打算放置該貨物的工作人員。
關(guān)于裝有天線18的表面16，表面16可以是裝飾表面，即，適合于公示展示的表面，例如高壓裝飾性層壓板，低壓層壓板(連續(xù)或其他形式的)，或諸如乙烯樹脂的熱塑薄板。表面16也可以是功能性表面，例如耐磨損表面。例如，參見圖2，在一個實施例中，表面16是由各種粘結(jié)層組成的高壓裝飾薄板(HPDL)40。在該實施例中，在其上印刷有天線18的第一芯層42是層壓板40中的一層。此處所指的芯層可以是紙質(zhì)的，例如干紙，浸透樹脂的或未經(jīng)處理的牛皮紙，卡紙板或卡紙壞料，或合成或塑膠型材料，例如聚酯或尼龍。在一個實施例中，第一芯層42是經(jīng)酚酸樹脂處理的，B階段(beta-staged)的牛皮紙片。
天線18可用各種工藝，例如絲網(wǎng)遮蔽，快速印刷，和照明凹板工藝，印刷在第一芯層42上，或者，可以用諸如掩模，模板，或機器人臂等方法噴涂在其上。在當(dāng)前的討論中，印刷不僅包括印刷工藝，還包括各種噴涂工藝，當(dāng)然，任何一種可以將諸如油墨或油漆的導(dǎo)電介質(zhì)按給定形狀涂在基板上的工藝都應(yīng)包括在內(nèi)。天線18可以用導(dǎo)電介質(zhì)，例如銀基油墨或碳基油墨，即含有導(dǎo)電有機聚合物，填充物，短納米管等的油墨印刷在第一芯層42上。例如，在一個實施例中，導(dǎo)電介質(zhì)是適合于絲網(wǎng)遮蔽工藝的銀基油墨，例如由Noelle Industries公司生產(chǎn)的Noelle E-903-06。天線18可以印刷至層壓板40的整個一個邊緣上，因而提供了與天線18連接的導(dǎo)電邊緣?；蛘?，可以用諸如鉆孔或激光蝕刻的方法在第一芯層42中形成到達天線18的二個或以上的孔44。孔44可用導(dǎo)電材料，例如導(dǎo)電油墨或?qū)щ娬澈蟿┏涮?，以形成與天線18的導(dǎo)電接觸。
第二芯層46可覆蓋第一芯層42和天線18。如果存在，則第二芯層46可保護天線18，減少被天線18所附加的表面輪廓，并增強層壓板40的剛度。還可以再加一層第三芯層48，以提供對天線18的更多保護，和進一步減輕或消除可歸困于天線18的表面輪廓，和進一步增強層壓板40的剛度。當(dāng)然，可以添加任意數(shù)量的附加芯層，這取決于所想要的壓層板厚度。也可以包括一層裝飾層50，例如包含花紋，設(shè)計，或單色的圖形層，以增加層壓板40的裝飾價值。雖然前面討論的是天線18被印刷在芯層42上的情況，但它也可以印刷在裝飾層50上。在一個實施例中，天線18可印刷在裝飾層50的一個內(nèi)面上。例如，通過將裝飾層50粘接至合適的基板，例如顆粒板，中密度纖維板，由木材或木纖維和塑膠等組合的合成基板上的方法印刷在裝飾層50內(nèi)面上的天線18可適合于形成低壓層壓板。
也可包括一層或多層耐磨層52，例如浸透三聚氰胺的紙以提供理想的表面特性，例如，抗剝蝕，耐磨損，抗化學(xué)作用，耐熱，光，水，或抗沖擊等。后面會予以討論，經(jīng)充分加熱和壓制后，耐磨層52會變成半透明的，如果有裝飾層50的話，則可使其完全暴露。通過將天線18裝入層壓板40的各層中，天線18不會再有損于表面的外觀而生成了比暴露的天線或天線外線條更具審美外觀的更富裝飾性的表面。
現(xiàn)在參見圖3，圖中說明了制造層壓板40的若干步驟。在圖3A中，給出的是第一芯層42。圖38中描述天線18被印刷到第一芯層42上，隨后還可能經(jīng)干燥或固化處理。天線18的引線58可印刷到第一芯層42的整個邊緣上，以形成邊緣接觸60。第二芯層46可迭合在第一芯層42上面，基本上蓋住除接觸點60以外的天線18，如圖3C中所示。第二芯層46上還可能出現(xiàn)可歸因于天線18的些許表面輪廓62，這取決于印刷過程所形成的天線18厚度。第二芯層46上面還可以有第三芯層48，如圖3D中所示，以增強層壓板40的剛性和厚度和進一步消除歸因于天線18的表面輪廓62。裝飾層50可布置在第三芯層48的上面，如圖3E中所示，或者，如果沒有第三芯層48，則布置在第三芯層46上面，以增加表面46的裝飾價值?；蛘?，如果為獲得所需的厚度或剛度而在第三芯層48上再加有更多芯層時，裝飾層50可以布置在附加的一層或多層芯層上面。此外，如果存在裝飾層50，則可在其上面安排一層或多層耐磨層52，否則在最上面的芯層上以提供耐磨和耐剝蝕性能，如圖3F中所示。
在各種迭層堆迭完成后，如圖3F中所示，可以將它們放置在兩個平板，例如鋼板，之間。然后在120℃到160℃(250°F至320°F)范圍內(nèi)和大約56.24kg/cm2至112.48kg/cm2(800p.s.i至1600p.s.i)壓力下對它們進行處理，處理所持續(xù)的時間應(yīng)足以固結(jié)層壓板40和硬化浸滲各層的所有樹脂，一般約為20分鐘至1小時。在一個實施例中，在143℃至154℃(289°F至309°F)和大約70.3kg/cm2(1000p.s.i)壓力下對迭層板處理20至30分鐘。
雖然圖3中給出的實施例在表面40的邊緣處有用來連接閱讀機20的接觸點60，但也可以沒有這種接觸點60，如圖2中所示，此時，可以再增加一道形成接觸孔44和用導(dǎo)電材料充填這些孔的工序。或者，可修整或剪切層壓板40，使剪切后呈現(xiàn)出邊緣接觸點60，或使印刷層42在剪切后暴露在外，以提供與天線18的電接觸。
印刷在天線芯層42上的天線18可以有各種形狀。例如，如圖4中所示，天線18可以是由導(dǎo)電結(jié)構(gòu)66構(gòu)成的開口四邊環(huán)。在一個實施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)66的寬度約為6.35mm(0.25吋)和20.32cm(8吋)。在這個實施例中，天線18的諧振頻率大約為13.5MHZ。環(huán)的數(shù)目，和界定天線的導(dǎo)電軌道的厚度或?qū)挾纫部梢愿淖?。無論如何，這些尺寸可為獲得所希望的諧振頻率，例如915MHZ或2.4GHZ而改變和調(diào)整。實際上，本發(fā)明正是企圖使天線工作于這類頻率的。此外，依據(jù)本技術(shù)的天線和裝飾表面產(chǎn)品也可適應(yīng)于其他的頻率和應(yīng)用，例如在W1F1應(yīng)用中的頻率和應(yīng)用。它們可稱為特定射頻范圍內(nèi)的“RF”。但是，無論具體頻率是多少，本技術(shù)的此類實施均應(yīng)被視為包括在本發(fā)明概念之內(nèi)。
在另一實施例中，如圖5中所示，天線18可以是由內(nèi)和外導(dǎo)電結(jié)構(gòu)76和78組成的開口四邊環(huán)形構(gòu)造。外導(dǎo)電結(jié)構(gòu)78的尺寸可與圖4中所示導(dǎo)電結(jié)構(gòu)66相同，內(nèi)結(jié)構(gòu)76和外結(jié)構(gòu)78之間的間距80大約為1.27cm(0.5吋)。在這個實施例中，天線18的諧振頻率為大約13.5MHZ，盡管如前面所指出的，通過改變天線18的尺寸也可實現(xiàn)其他諧振頻率。雖然圖4和5中給出的是四邊環(huán)形結(jié)構(gòu)，但天線18也可以采用包括圓形和V-形構(gòu)造在內(nèi)的其他開口形狀。
除帶集成天線18的層壓板40外，也還可能希望形成裝飾表面，如高壓裝飾層壓板形式的RF屏蔽層32，以與RFID系統(tǒng)一起使用。這種屏蔽層32可用來防止閱讀機天線，例如天線18等，偶爾誤讀雜蔽信號。例如，在一個實施例中，如圖6中所示，屏蔽層壓板100包括第一芯層102，在其上面是導(dǎo)電網(wǎng)104，例如鋼絲網(wǎng)。導(dǎo)電網(wǎng)104內(nèi)的間距足夠小以防止RF波通過。因而可平攏和屏蔽鄰近的RF標(biāo)簽34和閱讀機天線之間的通信聯(lián)系，從而防止偽讀和假登記。在一個實施例中，采用的是直徑為0.1397mm(0.0055吋)的鋼絲網(wǎng)。在另一實施例中，鋼絲的直徑是0.1905mm(0.0075吋)。然后在導(dǎo)電網(wǎng)104上面還可以安排第二芯層106，以形成裝飾或功能表面。如果需要，還可以再添加若干附加芯層，以形成所需厚度的屏蔽層壓板100。
參見圖7，圖中給出了制造屏蔽層壓板100的步驟。圖7A中給出第一芯層102。然后，在圖7B中導(dǎo)電網(wǎng)104被安排在第一芯層102的上面。在圖7C中，第二芯層106再被安排在鋼絲網(wǎng)104上面。因為導(dǎo)電網(wǎng)104允許樹脂流過它的孔，所以第一和第二芯層102和106可在熱和/或壓力下結(jié)合在一起以形成不存在粘結(jié)層的層壓板。雖然圖中只示出了第一和第二芯層102和106，但也可根據(jù)達到屏蔽層壓板100的厚度要求而安排若干附加的芯層。在迭合了所需的層數(shù)和網(wǎng)層之后，如前面已說明的，可以將它們夾在兩個平板之間并進行熱壓處理，以生成所需的層壓板100。
屏蔽層壓板100可與任何天線一起使用，以屏蔽雜散RFID信號。但是，在一個實施例中，屏蔽層壓板100是與裝有印刷天線18的層壓板40一起使用，以形成擱架200或其他存放表面的，如圖8中所示。在圖8的實施例中，層壓板40可以是粘貼在擱架120的第一表面122上的裝飾或功能層壓板。類似地，屏蔽層壓板100可粘貼在擱架120的相反表面124上?？梢圆捎酶鞣N粘合劑或環(huán)氧樹脂將層壓板40和100粘貼到擱架基板126上。分別裝有天線和屏蔽板的層壓板40和100組合件所生成的擱架120可垂直布置，并在鄰近處使用而不會發(fā)生裝有天線的層壓板40誤讀和誤登雜散的RFID信號?；蛘撸部梢孕纬杉劝∷⒃趯訅喊逡粚由系奶炀€18又包含導(dǎo)電網(wǎng)104的緊湊型層壓板。在一個實施例中，緊湊型層壓板的厚度在2mm至大約2.55cm(大約0.08時至1.0吋)范圍內(nèi)，其導(dǎo)電網(wǎng)104布置在距離天線18的合適距離處，使它基本上不會影響天線18的性能。在這種實施例中，緊湊型層壓板本身可形成一個構(gòu)件，例如擱板120或布置在擱架或壁板基板126反面的壁板。
例如，參見圖9和10，圖中給出有三個擱架120的擱架單元130的側(cè)視圖。擱架120裝有一個天線，如印制在粘貼在每個擱架120一個表面上的層壓板40中的天線18。每個擱架120還有粘貼在相反側(cè)表面上的屏蔽層壓板100，使每個水平擱板120可因屏蔽層壓板100而隔離于附近垂直擱架上的RF信號。如圖9中所示，擱架單元130可構(gòu)造成使包含天線的層壓板40貼在每個擱架120的上表面上，而屏蔽層壓板則貼在相應(yīng)的下表面上。反之，圖10示出的擱架單元130則構(gòu)造成包含天線的層壓板40貼在每個擱架120的下表面，而屏蔽層壓板則貼在相應(yīng)的上表面上。根據(jù)擱板單元的功能，即存放，展示等，層壓板40，100中之一或二者可在它們的暴露表面上布置裝飾和/或保護層50，52。此外，為進一步減小雜散信號的影響，如圖9中所示，附加的屏蔽層壓板100可以貼在諸如擱架120貼在其上或在其鄰近的背壁板132或側(cè)壁板134的垂直基板上。
或者，如圖11中所示，包含天線的層壓板40可以貼在垂直基板，即擱板單元130中的背壁板132或側(cè)壁板134上?？梢苑謩e在垂直基板的相反側(cè)面上貼一層或多層屏蔽層壓板100以減少來自鄰近擱架單元的雜散信號的影響。如圖11中所示，屏蔽層壓板100可以也可以不貼在擱架單元120的上表面或下表面上，以防止各擱架單元120之間的雜散信號。如上面所討論的，根據(jù)擱架單元的功能，即，存放，展示等，層壓板40，100中之一或二者可在它們的暴露表面上布置裝飾和/或保護層50，52。
如前面已提到的，很多結(jié)構(gòu)形式和材料都可用來形成依照本技術(shù)的天線。例如，雖然前面討論的是高壓裝飾性層壓板，但本技術(shù)也完全可以應(yīng)用于低壓層壓板，或用在無擠壓工藝中。類似地，前面已提到，這些技術(shù)可用來在裝飾性覆蓋層和薄板，例如墊塑材料和裝修業(yè)中常用的，有時也稱為“貼紙”或“貼片”的其他薄片材料上形成天線。這類天線可以用前面討論過的印刷技術(shù)，或任何適合于將天線安排在裝飾薄片，通常是在薄片的背表面上的應(yīng)有位置上的作用原理來形成。根據(jù)天線的頻率范圍和所需電阻值，各種不同的工藝可能要求不同的幾何條件，油墨種類，以及這類油墨或印刷材料的數(shù)量和組成。在加諸如貼片之類粘結(jié)劑的工作中，可將粘結(jié)涂料與例如紙或塑料之類的可撕去薄片材料一起加在天線上，在將帶天線的貼片貼在所需表面，如擱架或壁板上時，可以撕去這層薄片材料。
下面的示例將說明用前面的技術(shù)來生產(chǎn)適合于不同頻率范圍的天線的各種示例性實施例。雖然很多示例都是為13.5MHZ頻率范圍或目標(biāo)頻率設(shè)計的，但類似的設(shè)計也可用于更高的頻率，特別是915MHZ的頻率。這些更高的頻率特別用于諸如前面已說明的屏蔽技術(shù)。通過以下各示例還應(yīng)注意到，在某些實施例中，在形成層壓板結(jié)構(gòu)中所采用的某些工藝因降低了天線導(dǎo)電軌線或腿的電阻率而大大改善了所形成天線的性能。
示例依照前面所述技術(shù)，可以用二種方法來制備示例性天線。最初，所有實驗性天線均用模板法制備。通過將可從美國Ohio州Avon的DuckProducts of Henkel Consumer Adhesives公司以30 Day Perfect Release名稱購得的低粘性遮掩型膠帶(見www.duckproducts.com)貼在牛皮紙或浸透酚醛的牛皮紙上來形成天線形狀的模板。膠帶的厚度為大約0.0056時或者說0.142mm。這些紙與制造高壓裝飾層壓板的紙為同一類型。天線被遮掩后，將可從美國Massachusetts州Billerica的Noelle Industries購得的銀導(dǎo)電油墨涂敷到天線區(qū)域上。然后沿天線的整個長度劃一條刀口。刀口將油墨集中部分的油墨抹均勻并將油墨填補到油墨缺少部分中，這樣，整個天線區(qū)域?qū)⒈粚?dǎo)電油墨均勻覆蓋成0.142mm厚度的油墨。油墨用刀口均勻攤開后，從紙上撕去模板膠帶。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果允許遮掩膠條在紙上，保留到油墨完全干燥，則要在不從牛皮紙中拉出紙纖維或不影響銀導(dǎo)電油墨天線邊緣的情況下撕去膠帶是困難的。允許這些本在空氣中自然干燥到油墨表面摸上去不再感覺發(fā)粘。干燥時間因環(huán)境條件而變，但一般采用對樣品干燥一夜的時間。
也可對樣品采用強制熱風(fēng)干燥。對干的，未經(jīng)處理的牛皮紙來說，采用強制熱風(fēng)干燥沒有困難。但是，對經(jīng)酚醛處理的紙使用熱風(fēng)則必須十分小心，因為它可能會使導(dǎo)電油墨下面或靠近導(dǎo)電油墨的酚醛樹脂的b-階段提前。酚醛樹脂b-階段提前的潛在影響是，在生產(chǎn)最后的高壓裝飾層壓板時，可能影響紙的這一區(qū)域和其他牛皮紙層或浸透三聚氰胺的紙層的粘結(jié)。如果在油墨未充分干燥的情況下生產(chǎn)高壓層壓板，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，油墨有“滲出”或流出的趨勢，這會造成線條邊緣不夠整齊或甚至發(fā)毛。在正確干燥的樣品中，在完工的層壓板中可以看到少量流出。這種流出是油墨中使用的聚合物粘結(jié)系統(tǒng)造成的結(jié)果。如果在生產(chǎn)高壓層壓板時油墨是干的，則聚合物粘結(jié)系統(tǒng)看來并未造成銀顆粒從它們原來的位置上流出。
也可以用網(wǎng)板印刷來生產(chǎn)天線。天線圖像可用網(wǎng)孔大小為200，155和110目的網(wǎng)板形成。采用的網(wǎng)板用聚脂網(wǎng)制造，它們?nèi)菀椎玫剑脖容^便宜。含銀油墨對聚脂網(wǎng)稍具侵蝕性，因此會縮短網(wǎng)板的使用壽命。在該應(yīng)用中，如果希望延長網(wǎng)板的使用壽命，采用不銹鋼制造的網(wǎng)板是有利的。在使用標(biāo)準(zhǔn)的保護膜，暴光，和沖洗技術(shù)生成已成像的網(wǎng)板后，將同樣的Noelle Industries導(dǎo)電由油墨加到網(wǎng)板上并用橡皮滾子滾壓網(wǎng)板上面的油墨?？捎酶膳Ｆぜ埡徒?jīng)酚醛處理的牛皮紙來接收油墨。在網(wǎng)板上面滾壓一次和二次油墨后，樣品就制備成了。我們發(fā)現(xiàn)，滾壓二次油墨即可獲得具有足夠?qū)щ娪湍采w層以提供所需導(dǎo)電率的清晰天線圖像。網(wǎng)板印刷特別適合于制造多個相同幾何尺寸的天線。模板法特別適合于制造一個或幾個有極佳幾何形狀的天線或具有有限預(yù)算(budgests)的天線。
可以想像，天線也可以用其他方法，例如輪旋凹板印刷和快速印刷方法印刷。這二種方法都特別適合于制作上百，上萬甚至上百萬件相同幾何尺寸的制品。
噴墨打印是制造印刷圖像的一種有吸引力的方法，因為計算機控制可以逐個印刷極佳的圖像，因此，印刷一個圖像與印刷相同幾何形狀的多個圖像是一樣容易的。今天，一般說買不到可以用諸如前面提到過的Noelle Industries的帶顏料的銀油墨的工業(yè)用噴墨打印機。雖然有工業(yè)噴墨打印機用的帶顏料油墨銷售，但這些顏料顆粒要比Noelle Industries油墨中的銀顆粒小得多。工業(yè)噴墨打印機油墨的顏料密度也比元素銀，每立方厘米10.49克的密度低。雖然今天還無法采用適用于本發(fā)明的銀顆粒噴墨打印技術(shù)，但可以預(yù)料，噴墨技術(shù)的發(fā)展必將可使類似于銀的較大和較濃密的顆粒加到紙和聚合物基板上。聚合物基板可包括諸如美國Delaware州E.I.Dupont De Nemours & Company of Wilmington公司的注冊商標(biāo)為Mylar的聚脂，諸如加拿大Alberta的Nova Chemicals Corp ofCalgary公司的注冊商標(biāo)為Dylark的聚乙烯，聚丙烯，苯乙烯的苯乙烯-馬來酸酐共聚物，德國Bayer A.G.of Leverkusen的子公司SheffieldPlastics Inc的注冊商標(biāo)為Hyzod的再生纖維素，丙烯酸衍生物，甲基丙烯酸酯的聚合物和共聚物，聚氯乙烯，聚碳酸脂和聚酰亞胺等。
例1圖XX中給出用模板法制備的開口環(huán)形天線。該天線是16時X16時的單環(huán)。第一個示例的導(dǎo)體9線寬度為0.25時。帶干天線的酚醛處理牛皮紙在1000p.s.i.壓力下加壓。經(jīng)處理的牛皮紙被夾在二張鋁箔之間，而鋁箔則放置在二塊不銹鋼板之間。然后將這個有五層的夾層結(jié)構(gòu)插入工業(yè)中常用的傳統(tǒng)高壓層壓機的壓板之間。壓板用高壓熱水加熱。壓板的溫度從環(huán)境溫度迅速升高至273°F，然后維持在273°F，使高于環(huán)境溫度的總加熱時間為22分鐘。加熱時間結(jié)束時，但仍在壓力下，壓板冷卻至環(huán)境溫度。冷卻過程總共持續(xù)12分鐘。將樣品從層壓機中取出，從帶天線，經(jīng)酚醛處理的牛皮紙上取下不銹鋼板和鋁箔。
例2除線寬為0.125時外，用與例1相同的方法制備。
例3除線寬為0.50時外，用與例1相同的方法制備。
例4除線寬為1.00時外，用于例1相同的方法制備。
表1示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)1 16.35 0.9262 25.8 1.0113 8.31 0.6224 4.33 0.375
加壓前的DC(直流)電阻很大，在天線中會因電阻加熱而造成相當(dāng)大的能量損耗。通常認(rèn)為這種天線是不好的。DC電阻與天線的橫向截面的面積有關(guān)。加壓后的DC電阻值至少會降低一個數(shù)量級。加壓后的DC電阻值接近或小于1歐姆，具有這種降低電阻值的天線顯示出最低的電阻加熱性能，因而一般被認(rèn)為是好的天線，應(yīng)用于13.56MHz時尤其如此。
為說明加壓過程中最大加熱溫度的影響，這里準(zhǔn)備了另一組示例。
例5除最大加熱溫度為239°F外，其他制備工藝與例1相同。
例6除最大加熱溫度為257°F外，其他制備工藝與例1相同。
例7制備工藝與例1相同。
例8除最大加熱溫度為293°F外，其他制備工藝與例1相同。
例9除最大加熱溫度為310°F外，其他制備工藝與例1相同。
表2示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)5 18.8 0.8306 17.65 0.8207 16.4 0.9268 18.9 0.7079 17.3 0.910加壓前測得的各DC電阻值為17.6±1.2歐姆，表明由于測量原因和/或銀油墨濃度變化而引起的變化。在所示溫度范圍內(nèi)加壓后測得的DC電阻在全部示例中都小于1歐姆。這個溫度范圍反應(yīng)了在制造傳統(tǒng)高壓裝飾層壓板時可能遇到的寬工作條件范圍?？梢云谕糟y為基質(zhì)油墨的天線的層壓板在13.56MHz頻率下顯示出很出的RF性質(zhì)。
為說明加壓過程中壓力的影響，還準(zhǔn)備了下面一組示例。
例10除所加壓力為1000p.s.i.外，其他制備工藝與例1相同。
例11除所加壓力為500p.s.i.外，其他制備工藝與例1相同。
例12除所加壓力為250p.s.i.外，其他制備工藝與例1相同。
例13除所加壓力為1500p.s.i.外，其他制備工藝與例1相同。
表3示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)1016.4 0.9261127.9 0.9911215.5 0.9501320.9 0.685上面各示例中研究的壓力范圍包括了在傳統(tǒng)低壓裝飾層壓板，連續(xù)加壓裝飾層壓板，和高壓裝飾層壓板中常用的壓力。雖然非常高的1500p.s.i.壓力確實顯示了更低的電阻值，但加壓后測得的各DC電阻值差別不大，這表明了在這些加壓條件下這種油墨系統(tǒng)非常適合于制造工作在13.56MHz射頻的天線。
用網(wǎng)板印刷生產(chǎn)的天線示例天線是用三種網(wǎng)眼尺寸，即200目，155目和110目的網(wǎng)板制造的。天線用橡皮滾子在圖像上滾過一次或二次的網(wǎng)板印刷方法制成。滾二次是希望在天線上涂以更多的銀油墨。制造“滾兩次”的天線，在滾二次之間不將網(wǎng)板從紙上撤除；橡皮滾子只是簡單地在圖像區(qū)上面拖動二次。網(wǎng)板印刷后，干燥油墨，然后將基板壓入層壓板中。加壓加熱過程和壓力均與例1中的相同。
表4示例號 篩目數(shù) 滾過次數(shù) 加壓前的DC電阻 加壓后的DC電阻14 200 1 440 2.5115 200 2 353 2.5016 155 1 62.40.98017 155 2 63.20.99018 110 1 58.50.90419 110 2 50.40.745以上數(shù)據(jù)顯示了加壓條件對降低油墨系統(tǒng)中DC電阻方面的好處。在例14條件下，電阻值的降低幅度超過175倍。200目的網(wǎng)板在天線中提供的銀不足以適應(yīng)工作頻率為13.56MHz所需的相當(dāng)?shù)偷碾娮柚?。?6-19中的155目和110目網(wǎng)板則在制造中所采用的條件下可提供使天線可工作在13.56MHz頻率下的足夠的銀。此外，與模板法制造的天線相比，使用較少爭導(dǎo)電油墨的網(wǎng)板印刷天線在經(jīng)濟方面較優(yōu)越。形成于非紙質(zhì)基板上的銀導(dǎo)電油墨天線的示例例20用模板法制備的天線形成在裝飾表面行業(yè)中所用的工業(yè)乙烯樹脂，即聚氯乙烯薄膜上。這種乙烯樹脂薄膜的一面印有裝飾性的木紋圖案。天線用模板印刷在背面或無裝飾的一面上。晾干后，對乙烯樹脂膜在例1中的常規(guī)加壓條件下進行處理。測量加壓前和后的DC電阻。
例21用模板法制備的天線形成在用聚氯乙烯和丙烯酸聚合物制備的工業(yè)用薄膜上，這種材料也稱為Kydex，即美國Pennsylvania州BloomsburgKleerdex公司的一個注冊商標(biāo)。這種薄膜在某些裝飾表面應(yīng)用中已普遍使用。天線用模板印刷在薄膜較光滑的一面上。晾干后，對Kydex膜在例1的常規(guī)加壓條件下進行處理。測量了加壓前、后的DC電阻。
例21A天線是用110目網(wǎng)板，以標(biāo)準(zhǔn)Noelle公司的銀導(dǎo)電油墨網(wǎng)板印刷方法在6mm厚的商品名稱為Hyzod，即法國Bayer A.G.of Leverkusen的子公司Sheffield Plsatics的一個注冊商標(biāo)，的聚碳酸脂薄板上制備的。晾干后，對薄板在例1的常規(guī)加壓條件下進行處理。測量了加壓前，后的DC電阻。
表5示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)2010.56 0.870216.47 1.1021A 19.8 1.80當(dāng)聚碳酸脂薄板有邊際數(shù)用(marginal utility)時，兩個薄膜基板適合于工作頻率為13.56MHz的天線。由于銀顆粒沉積在薄膜/薄板的表面上而不滲入多孔的紙表面內(nèi)，所以與紙質(zhì)基板相比，可形成較低的加壓前DC電阻值。加壓后DC電阻接近于在紙質(zhì)材料上制備的示例，這表明銀顆粒之間的物理接觸是相似的。雖然用Hyzod制備的天線的DC電阻并不理想，但如果在最終應(yīng)用中需要聚碳酸脂薄板的性能，人們?nèi)詴邮苓@種較高的加壓后電阻值。
在不相容基板上制備的天線示例例22用模板印刷法在厚度為0.005時的Dylark(見前面)薄膜上制備天線。Dylark是一種受歡迎的塑料薄膜，因為它與用來制造高壓裝飾層壓板的酚醛牛皮紙層是相容的并可緊密結(jié)合在一起。在1999年11月23日授予Nelson等人并轉(zhuǎn)讓給Premark Holdings的美國專利No.5,989,668中討論了Dylark薄膜在層壓板中的應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在樣品晾干時，用在前面所有示例中的導(dǎo)電油墨都使薄膜軟化了?？諝飧稍锝Y(jié)束后，發(fā)現(xiàn)在天線下面和周圍的薄膜縮短或變形了。天線在例1條件下受壓。測量了加壓前和后的DC電阻。
表6示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)2226.1 15.32這個例子給出了加壓前的典型紙質(zhì)DC電阻值，但加壓后的值則出乎意料。這一相當(dāng)高的加壓后DC電阻值一般被認(rèn)為是不適合于13.56MHz的天線工作頻率的，它可能是因為油墨中溶劑系統(tǒng)的存在而引起油墨系統(tǒng)的粘合劑與Dylark薄膜相互混合造成的結(jié)果。在Dylark與油墨系統(tǒng)混合的情況下，銀顆粒的分離增加了，后者則使天線的DC電阻增高。
適合于低壓應(yīng)用的紙上示例例23經(jīng)蜜胺處理的雙面，B-階段的單色裝飾紙質(zhì)薄板的非裝飾表面上制備有一模板印制的天線。晾干后，樣品與例1一樣加壓。測量了加壓前、后的DC電阻。
例24未經(jīng)蜜胺處理的，或干的，木紋印制的，裝飾紙質(zhì)薄板的非裝飾表面上用模板印制方法印刷了一個天線。晾干后，樣品與例1一樣加壓。測量了加壓前、后的DC電阻。
表7示例號加壓前的DC電阻(Ω)加壓后的DC電阻(Ω)2334.8 3.912440.6 1.82例23的加壓后DC電阻值是例1中工作在13.56MHz頻率的環(huán)形天線尺寸所不能接受的?？赡茉诩訅哼^程中有蜜胺樹脂流入銀油墨區(qū)域中。生產(chǎn)高壓和低壓層壓板過程中蜜胺的流出是本領(lǐng)域中公知的。如果密胺樹脂與銀油墨混合，會生產(chǎn)出較高電阻值的天線成品。密胺樹脂通常具有很好的絕緣性質(zhì)，因此，導(dǎo)電銀顆?；旌线M絕緣的樹脂中不會生產(chǎn)出低電阻的產(chǎn)品。
例24中的加壓后DC電阻值也不能制造有例1中的尺寸和工作在13.56MHz的優(yōu)良天線。這個示例中所用的干的，或未經(jīng)處理的紙是多孔(疏松)的，導(dǎo)電油墨中的部分銀顆?？赡軡B入紙中，這實際上促進了銀顆粒的分離，因而增大了電阻值。
雖然本發(fā)明可以有各種改進和其他形式，但附圖中和此間已詳細說明的則是以示例形式給出的若干具體實施例。但是，應(yīng)該理解，本發(fā)明并無限制于所公開的具體形式之意圖。相反，本發(fā)明應(yīng)涵蓋落入由下面所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)的所有修改，等價物，和替代實施例。
權(quán)利要求
1.用來與RFID標(biāo)簽保持通信聯(lián)系的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個多層表面，包括一個基板層；基板層上的印刷導(dǎo)電天線；覆蓋在天線上的至少一層附加基板層；構(gòu)造成可通過天線與RFID標(biāo)簽保持通信聯(lián)系的收發(fā)機；構(gòu)造成可通過收發(fā)機為RFID標(biāo)簽提供數(shù)據(jù)或從RFID標(biāo)簽提取的一個或多個計算機化的數(shù)據(jù)庫。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，天線是用模板印刷或網(wǎng)板印刷方法布置在基板層上的。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，天線是包括布置在基板層上的單條導(dǎo)電材料軌線的單環(huán)天線。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，天線是包括布置在基板層上的至少二條平行導(dǎo)電材料軌線的多環(huán)天線。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，基板層和至少一層附加基板層形成高壓裝飾層壓板。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，基板層是乙烯樹脂板。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，天線構(gòu)造成可發(fā)射和接收頻率大約為13.56MHz的信號。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，天線構(gòu)造成可發(fā)射和接收頻率大約為915MHz的信號。
9.一種多層擱架，包括擱架基板；貼在擱架基板第一表面的第一層壓板結(jié)構(gòu)，其中，第一壓層板結(jié)構(gòu)包括第一層，印刷在第一層上的導(dǎo)電天線，和粘結(jié)至第一層上使天線被蓋住的至少一層附加層。
10.一種制造層壓板結(jié)構(gòu)的方法包括在酚醛浸漬層上印刷導(dǎo)電天線；在酚醛浸漬層上布置至少一層密胺浸漬層；給多層板一次或多次加熱和加壓，以將各層相互粘結(jié)在一起，而天線則夾在它們中間。
全文摘要
提供了一種用導(dǎo)電油墨將RFID天線印刷在基板上并將該基板作為一層結(jié)合進諸如高壓裝飾層壓板的裝飾表面內(nèi)的技術(shù)。此外，還提供了一種可將導(dǎo)電網(wǎng)結(jié)合進諸如高壓裝飾層壓板的表面內(nèi)，以形成可防止雜散信號到達RFID天線的RFID屏蔽板的技術(shù)。還提供了一種技術(shù)，該技術(shù)用于將印刷天線和導(dǎo)電網(wǎng)屏蔽二者都集成于一個如裝飾表面的表面內(nèi)，以在避免讀取不想要的RFID標(biāo)簽的同理，仍可讀取想要的RFID標(biāo)簽的技術(shù)。
文檔編號G06K7/00GK1694112SQ200410037279
公開日2005年11月9日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者羅伯特R·克雷布斯 申請人:伊利諾斯器械工程公司