CN113811891A - 通过多重切割处理过程形成的射频识别天线 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造用于射频识别(RFID)设备的天线的方法，包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行另外的切割处理过程以界定最终天线，而所述第一与任一后续切割处理过程不同。所述后续切割处理过程能够更精细地界定所述天线的区域，比如在一些实施例中，当所述第一切割处理过程是模切处理过程并且第二切割处理过程是激光切割处理过程的时候。同时，所述后续切割处理过程能够比所述第一切割处理过程更精细地界定所述天线的区域。通过结合多重切割处理过程，可以用更低成本制造出相当于仅用所述后续切割处理过程之中一个或多个所制成的最终天线。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求享有在2019年3月12日提交的美国临时专利申请序列号62/817,196的优先权，该美国临时专利申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
本发明涉及射频识别(radio frequency identification，“RFID”)设备。更具体地，本发明涉及用于射频识别设备的天线和用于制造这种天线的方法。
背景技术
融合射频识别技术的设备广泛用于各种不同应用，包括：汽车安全锁、建筑物门禁控制以及制造业、仓库、实体店零售业的库存追踪系统以及其他通过追踪功能增强的操作。
射频识别设备可以具有各种集成部件，在这些集成部件中，包含数据(例如识别码)的射频识别芯片和与该芯片电连接的天线负责向另一个射频识别设备(例如射频识别阅读器系统)发射信号和/或接收信号。
射频识别设备的天线可以通过各种方式制造，例如通过图案化、蚀刻或在基材上印制导体而制得。这些天线的构造对于正确调谐天线以实现与射频识别阅读器系统的通信以及实现天线的最佳性能非常重要。一些传统的在基材上形成天线的方法成本很低，但对所得天线的结构有所限制。例如，传统模切(die cutting)程序所形成的天线的中央变压器区段可能有比理想宽度更宽的线路(lines)和空隙(gaps)和/或比理想半径更大的环路(loops)。这种对模切处理过程所形成的天线的尺寸和/或形状的限制，是由于模切处理过程的固有限制。模切处理过程的另一缺点是，每个天线设计都需要新的模具。每个天线设计都需要设计、制造和使用新的模具，这一需要导致时间和费用增加。而其他方法虽然能够更精确地形成天线，但它们往往比不太精确的方法更昂贵。
发明内容
本发明有若干方面，可以单独或一起体现在下文所描述和要求保护的设备和系统中。这些方面可以被单独使用，也可以与本文所描述发明的其他方面相结合使用，并且，对这些方面的共同描述并不旨在排除：对这些方面的单独使用、或对这些方面的单独保护或对这些方面的根据本文随附权利要求所记载的不同组合的保护。
在一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程以界定最终天线，而所述第一切割处理过程与所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是不同的。在一些实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程包括第二切割处理过程。在一些实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程包括第二切割处理过程和第三切割处理过程。在一些实施例中，可以进行四个或更多个切割处理过程。
在另一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并通过模切对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。通过激光切割对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程以界定最终天线，而所述激光切割将所述初始天线的至少一部分从所述基材上吹走。在一些实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程包括通过激光切割进行的第二切割处理过程。在一些实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程包括第二切割处理过程和第三切割处理过程，其中，所述第二和所述第三切割处理过程之中的一个或两个包括激光切割。
根据另一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在纸质材料的基材上提供铝箔导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程以界定最终天线，而所述第一切割处理过程与所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是不同的。在一些实施例中，所述第一切割处理过程是模切处理过程，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是激光切割处理过程。在一些实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程包括至少第二和第三切割处理过程，并且，所述第二或第三切割处理过程之中一个与所述第一切割处理过程不同，而所述第二或第三切割处理过程之中另一个与所述第一切割处理过程相同。例如，所述第一和第二切割处理过程可以都是模切处理过程，而所述第三切割处理过程可以是激光切割处理过程。在其他实施例中，所述第一和第三切割处理过程都是模切过程，而所述第二切割处理过程是激光切割处理过程。
在又一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料的至少一个离散区域进行第一切割处理过程，以界定初始天线。通过去除所述初始天线的所述至少一个离散区域处基本上所有所述导电材料来进行一个或多个后续切割处理过程导电材料来进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线。
根据一新增方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料的至少一个离散区域进行第一切割处理过程，以界定初始天线。通过去除所述初始天线的所述至少一个离散区域处基本上所有所述导电材料来进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线，其中，所述至少一个或多个后续切割处理过程之中至少一个施用激光于所述至少一个离散区域内的多个偏移通道中，从而至少部分重叠的激光切割线去除所述至少一个离散区域中基本所有所述导电材料。
根据另一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程以界定最终天线，而所述第一切割处理过程与所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是不同的。所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述初始天线的至少一个离散区域进行，并且，所述至少一个离散区域中的所述导电材料的第一部分被去除，而同时保留并隔离所述至少一个离散区域中的所述导电材料的第二部分。
根据一新增方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程，以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线，而所述第一切割处理过程与所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是不同的。在所述一个或多个后续切割处理过程期间或之后，所述初始天线的一离散区域中的所述导电材料的一部分从所述基材上被去除。
根据另一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线，而所述第一切割处理过程与所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是不同的。所述初始天线具有一些部分，其选自：具有至少一毫米的宽度的至少一条线路和/或具有至少0.75毫米的半径的至少一个环路；并且，进行所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个，以减小所述至少一条线路的宽度和/或减小所述至少一个环路的半径。
在另一方面，提供了一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法。该方法包括：在基材上提供导电材料，并对所述导电材料进行第一切割处理过程以界定初始天线。对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线，而所述第一和第二切割处理过程是不同的。所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述最终天线的中央变压器区段的至少一条线路和/或环路的至少一部分进行。
在进一步的实施例中，相对于所述第一切割处理过程，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个补偿第一切割处理过程所提供的尺寸的不精确性。
在进一步的实施例中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是在射频识别标签被贴附了芯片(chip)或连接带(strap)之后进行，并且，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是基于对射频识别标签进行的测量(例如工作频率)来修改使用第一切割处理过程所形成的结构的尺寸，以允许对制造偏差进行补偿。
附图说明
图1A是使用第一切割处理过程在基材上形成的第一导电图案的俯视平面图；
图1B是图1A的第一导电图案的俯视平面图，其被构造为在第二切割处理过程后的初始天线；
图2是图1B的初始天线在后续切割处理过程期间的俯视平面图；以及
图3是图1B的初始天线的俯视平面图，其被构造为在后续切割处理过程后的最终的或完全加工后的天线。
具体实施方式
本文所公开的实施例是出于提供本发明的描述的目的，并且应了解本发明可以以未详细示出的各种其它形式和组合来体现。因此，本文所公开的具体设计和特征不应被解释为对随附权利要求中所限定的发明的限制。
图1A和图1B示出一个已部分制完的射频识别设备的基本结构。在图1A的实施例中，导电材料10被提供在基材12上。导电材料10可以被提供来覆盖基材12的表面之一的全部或部分。基材12、导电材料10的性质以及导电材料10与基材12相关联的方式可以在不脱离本公开的范围的情况下有变化。在一示例实施例中，导电材料10包括通过粘合剂固定到基材12上的薄金属层(例如铝箔)，该基材可由任何合适的纸质材料形成。在其他实施例中，导电材料10的材料成分可能有所不同(例如，作为一些其他导体而提供)，基材12的材料成分可能有所不同(例如，作为织物或玻璃或塑料或陶瓷材料而提供)，和/或该两者的连接方式可能有所不同(例如，导电材料10被压接(crimp)在基材12上)。
在一些实施例中，对导电材料10施加第一切割处理过程以将其从初始的或未加工的形状或状态转变成天线的大致界定的形状，该结构在本文被称为初始的或部分加工的天线15。在一些实施例中，第一切割处理过程和第二切割处理过程被用于将导电材料10从初始的或未加工的形状或状态转变成初始天线15。初始天线15的形状近似于导电材料10在其最终状态下作为最终的或完全加工后的天线16的形状(图3示出一个示例)，但在至少一处与最终天线16的形状不同。初始天线15和最终天线16的各自形状之间的差异是由于第一切割处理过程(可选地，以及第二切割处理过程)——与后续的不同的切割处理过程(下文将描述)的能力相比——的限制。
根据一些实施例，模切被用作第一切割处理过程。在这样的实施例中，一个限制是涉及——从中央变压器区段22的中心部分去除导电材料10以在其中形成空隙。由于在中央变压器区段22中所形成的空隙的尺寸相对较小，在模切处理过程中，导电材料10的一部分可能被卡在模具的一部分内。随着时间的推移，导电材料10可能会在模具的这一部分内堆积，这可能会阻碍模具有效地切割该区域中的导电材料10。结果，生产过程必须暂时停止，以便从模具的这一部分清除任何积聚的导电材料10。这有一个明显的缺点，就是增加了制造射频识别天线相关的时间和成本。
因此，根据一些实施例，第一切割处理过程包括模切处理过程，该模切处理过程以图1A中实线所示的第一导电图案14的形状切割导电材料10的外周，同时该模具可以在中央变压器区段22的中央部分内进行一次或多次额外的切割。例如，该模具可以沿着图1A中虚线28a、28b和28c所示的线条进行切割。在中央变压器区段22的中央部分内所进行的切割的具体数量或图案可以在不偏离本发明的范围的情况下有所变化，只要该切割不是：完全沿着中央变压器区段22的部分进行切割以在其中形成一空隙。以这种方式，中央变压器区段22的中央部分中的导电材料10在第一切割处理过程后仍留在基材12上，主要是因为该模切过程留下了一个或多个纽带(ties)，该一个或多个纽带助力将导电材料10保留在该区域中的基材12上。因此，根据这类实施例，第一切割处理过程并没有在中央变压器区段22中形成空隙。
根据一些实施例，进行后续切割处理过程，以完成中央变压器区段22内的空隙的形成。在一些实施例中，进行第二模切处理过程，以切割在第一模切处理过程中所形成的导电材料10中的一个或多个纽带。由于该第二切割处理过程中使用的模具只沿中央变压器区段22中正被形成的空隙的周长的一部分进行切割(即只沿第一切割处理过程中未被切割的那些部分进行切割)，导电材料10不会卡在第二模具的任何部分内。在完成该第二切割处理过程后，中央变压器区段内的导电材料10可从基材12上被去除，如本文进一步讨论的，从而得到图1B所示的初始天线15。
在其他实施例中，中央变压器区段22的内部部分是在第一切割处理过程中形成的。例如，第一模切处理过程可以从中央变压器区段22的中央部分内进行切割并去除导电材料10。在这类实施例中，该第一切割处理过程产生具有与图1B中所示初始天线15基本相似的形状的天线。也就是说，第一切割处理过程，如第一模切过程，将不会在中央变压器区段22内留下纽带、以形成第一导电图案14(如上文关于图1A所讨论的)，而是将形成图1B所示的初始天线15。
无论是否第一切割处理过程形成图1A所示的第一导电图案14(通过第二切割处理过程形成图1B所示的初始天线15)或是第一切割处理过程反而直接形成初始天线15，都可使用一个或多个附加切割处理过程来进一步完善初始天线15的形状。例如，初始天线15的各种线路和空隙可以通过模切处理过程来约束。例如，模切处理过程可以属于下述类型——允许最小宽度为大约一毫米，和/或可以属于下述类型——允许初始天线15的环路具有大约0.75毫米的最小半径。如本领域的技术人员所应理解的，更细的线路和/或具有更小半径的环路可能是为改善调谐和性能而优选或需要的。应当理解，这只是初始天线15的一个示例——该初始天线15具有的形式在某些方面不完整而妨碍了射频识别设备的最佳调谐和/或性能，初始天线15的形式可以在不偏离本公开的范围的情况下在某些其他方面不完整。
第一切割处理过程(可选地，以及第二切割处理过程)的性质可以在不偏离本公开的范围的情况下有所变化，但优选是：不是因为它能够创建出天线的精细界定区域而被选择，而是因为它具有——胜过于具有不同几何和/或材料处理特性的一个或多个后续切割工艺的——相对优势而被选择。图2示出下述示例：初始天线15的离散区域18a、18b和18c被施加置于一个或多个后续切割处理过程中以创建图3的最终天线16。图3的虚线示出初始天线15的同样离散区域18a、18b和18c，其在创建最终天线16时已被去除或电隔离。
在图示的实施例中，对天线的中央变压器区段22的一条线路20(区域18a)和中央变压器区段22的两个环路24和26(分别为区域18b和18c)进行所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个。如果第一切割处理过程是模切过程，则所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个可以将线路20的厚度减小到例如在区域18a中小于一毫米，同时将环路24和26的半径减小到例如小于0.75毫米。在实施所述一个或多个后续切割处理过程后，最终天线16将被正确成型，以实现所获得射频识别设备的最佳调谐和性能。
应当理解，图2中示出的一个或多个后续切割处理过程的施用区域只是示例性的。在其他实施例中，例如，可以仅对中央变压器区段22的一条线路20、仅对中央变压器区段22的一条环路24、26、仅对中央变压器区段22的两条环路24和26、或对中央变压器区段22的一条线路20和一条环路24、26进行一个或多个后续切割处理过程。在进一步的实施例中，一个或多个后续切割处理过程之中至少一个可被施用于中央变压器区段22之外的离散区域(与中央变压器区段22的区域一起或代替(instead of)中央变压器区段22的区域，以便也接受第二切割处理过程)。施用第二切割处理过程的确切区域将取决于天线的理想最终构造(即最终天线16)与使用第一(在一些实施例中，以及第二)切割处理过程所取得的形状(即初始天线15)之间的差异。
与第一(在一些实施例中，以及第二)切割处理过程相反，一个或多个后续切割处理过程之中至少一个因为其能够创建天线的精细界定区域而被选择。因此，只有在下述一个或多个选定区域中，才会进行一个或多个后续切割处理过程，即：在这些区域中，比使用第一(可选地，以及第二)切割处理过程所能够实现的更精确地界定最终天线16将是有利的(例如，如果一区域将要——比使用第一切割处理过程所能够实现的——更窄或有更小的半径)。虽然一个或多个后续切割处理过程之中至少一个可以被采用来创建整个最终天线16、而不首先使用第一(可选地，以及第二)切割处理过程形成初始天线15，但是，第一(可选地，以及第二)切割处理过程的优点使得：优选是，使用两个不同的处理过程而不是使用后续切割处理过程形成整个最终天线16。例如，第一切割处理过程的成本可能低于一个或多个后续切割处理过程之中至少一个的成本，在这种情况下，使用所述两个不同的处理过程(而不是单独使用一个或多个后续切割处理过程之中的该至少一个)所创建的最终天线16可能更廉价。在另一示例中，第一切割处理过程可能比第二切割处理过程更快，在这种情况下，使用所述两个不同的处理过程(而不是单独使用一个或多个后续切割处理过程之中的该至少一个)所创建的最终天线16可以被更快地制完。
如上所述，一个或多个后续切割处理过程的性质可以在不偏离本公开的范围的情况下有所变化。举例来说，一个或多个后续切割处理过程可以是相同的，也可以是不同的切割处理过程。例如，一个或多个后续切割处理过程中的每一个可以是激光切割处理过程，它——相比(例如)模切处理过程——能够创建天线的更精细界定的区域。在其他实施例中，一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是激光切割处理过程，而该一个或多个后续切割处理过程之中另一不同的至少一个是模切过程。
在一个实施例中，在该实施例中基材12由纸质材料形成并且导电材料10是铝箔，可以采用具有大约一微米的波长的光纤激光来切割所述铝箔，而不同时切割基材12。也可以采用其他的后续切割处理过程，而后续切割处理过程的选择至少部分地考虑第一切割处理过程的性质(例如，通常不首选第一切割处理过程比后续切割处理过程之中任何一个或多个更昂贵)。然而，采用激光切割处理过程作为第二道切割处理过程有几个优点。例如，根据被去除材料的尺寸，激光点(其在一个实施例中约为30微米至100微米)的冲击，连同通过施用激光而产生的热的气态铝和汽化的粘合剂，足以能够将初始天线15的至少一部分从基材12上吹走。
如果一离散区域中基本上所有导电材料10待被去除，则可以在执行一个或多个后续切割处理过程之中至少一个处理过程期间或之后去除它。在后续切割处理过程期间去除该材料的一个示例是当后续切割处理过程为激光切割处理过程时。在这种情况下，激光可被施用在一离散区域内的多个偏移通道中(例如，在螺旋图案(spiral pattern)中)，而至少部分重叠的激光切割线通过烧蚀去除该区域中基本上所有导电材料10。
或者，如上所述，不是去除一离散区域中基本上所有导电材料10，而是导电材料10的至少一部分可以保留在基材12上、但与最终天线16电隔离。这可以例如通过去除一条导电材料10线路来实现，以便在最终天线16与被保留在该区域中的导电材料10的该部分之间界定一空隙，这将该区域中的导电材料10有效地与最终天线16隔离。
如果导电材料10不是在一个或多个后续切割处理过程期间被去除，则它可以接在一个或多个后续切割处理过程之后被去除。该材料在一个或多个后续切割处理过程之后被去除的示例可以包括：在执行一个或多个后续切割处理过程之后，通过气刀(air knife)和/或真空系统将该材料从基材12上清除。
一旦最终的天线16被创建，射频识别芯片就可与之进行电耦合，以允许与另一启用射频识别的设备(如射频识别阅读器)进行通信。应当理解，除了射频识别芯片外，根据本公开的射频识别设备还可以包括图1至图3所示以外的另外部件。例如，基材12可以包括额外的层，比如与导电材料10所关联表面相对立的基材12表面相关联的衬垫。
应当理解，上文所描述的方面、实施例和示例是本发明原理的一些应用的说明示例。本领域技术人员可以在不偏离所要求保护的主题的精神和范围的情况下做出许多修改，包括在本文逐个地公开或要求保护的特征的那些组合。由于这些原因，本发明的范围并不局限于上文的描述，而是在以下发明要求保护范围中所阐述，并且应当理解，发明要求保护范围可以针对本发明的特征，包括在本文中逐个地公开或要求保护的特征的组合。
Claims (20)
1.一种用于制造用于射频识别设备的天线的方法，包括：
在基材上提供一种导电材料；
对所述导电材料进行第一切割处理过程，以界定初始天线；以及
对所述初始天线进行一个或多个后续切割处理过程，以界定最终天线，其中，所述第一与一个或多个后续切割处理过程不同。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一切割处理过程包括模切处理过程。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个包括使用激光的激光切割处理过程。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述激光切割处理过程包括将所述初始天线的至少一部分从所述基材上吹走。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述激光包括光纤激光。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，
所述激光具有约为一微米的波长，所述基材包括纸质材料，所述导电材料包括铝箔。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一切割处理过程包括模切处理过程，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个包括激光切割处理过程。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程是对所述初始天线的至少一个离散区域进行，并且包括：基本上去除所述至少一个离散区域中所有所述导电材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个包括：在所述至少一个离散区域内的多个偏移通道中施用激光，从而至少部分重叠的激光切割线去除所述至少一个离散区域中基本所有所述导电材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程是对所述初始天线的至少一个离散区域进行，并且包括：去除所述导电材料的第一部分、而同时保留所述至少一个离散区域中所述导电材料的第二部分，并且使所述至少一个离散区域中所述导电材料的所述第二部分电隔离于所述最终天线。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述一个或多个后续切割处理过程期间，所述初始天线的一离散区域中的所述导电材料的至少一部分被从所述基材上去除。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，接于所述一个或多个后续切割处理过程之后，所述初始天线的一离散区域中的所述导电材料的至少一部分被从所述基材上去除。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述离散区域中的所述导电材料的所述至少一部分被用气刀去除。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述离散区域中的所述导电材料的所述至少一部分被用真空去除。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述初始天线包括具有至少一毫米的宽度的至少一条线路，以及
所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述至少一条线路进行，以将所述至少一条线路的至少一部分的宽度减小到小于一毫米。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述初始天线包括具有至少0.75毫米的半径的至少一条环路，
所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述至少一条环路进行，以将所述至少一条环路的至少一部分的半径减小到小于0.75毫米。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述最终天线的中央变压器区段的至少一条线路的至少一部分进行。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述最终天线的中央变压器区段的至少一条环路的至少一部分进行。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述最终天线的中央变压器区段的至少一条线路的至少一部分和所述中央变压器区段的至少一条环路的至少一部分进行。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个后续切割处理过程之中至少一个是对所述最终天线的中央变压器区段的至少一条线路的至少一部分和所述中央变压器区段的多个环路的至少一部分进行。
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