用于实时编码无芯片RFID标签的打印系统架构的制作方法

本文中描述的实施例一般涉及定制的无芯片射频识别(RFID)标签，制造和使用无芯片RFID标签的方法以及用于制造定制的无芯片RFID标签的系统。

背景技术：

射频识别(RFID)技术作为存储和发射信息的装置已经获得巨大普及。RFID技术利用设置在物品上的标签应答器和阅读器来读和识别标签，阅读器在本文也称作询问器。RFID技术广义上分类为使用“有源”标签或者“无源”标签。有源标签有本地电源(诸如电池)，所以有源标签发送信号以由询问器阅读。有源标签有较长的信号范围。相反，“无源”标签没有内部电源。实际上，无源标签从阅读器获取功率，无源标签在从阅读器接收信号时重新发射或应答信息。无源标签具有更短的信号范围(通常小于20英尺)。

两种类型的标签都具有通常形式为集成电路或硅芯片的电子电路。电路存储并向阅读器传送识别数据。除芯片之外，标签包括电连接到芯片的某种形式的天线。有源标签包括通过标签自身的电源与阅读器通信的天线。对于无源标签，天线充当变换器，将源于阅读器的射频(RF)能量变换成电功率。芯片然后变成被加电的，执行与阅读器的通信功能。

另一方面，无芯片RFID标签既没有集成电路也没有分立的电子组件，诸如晶体管或线圈。此特征使无芯片RFID标签以比传统RFID标签更低的成本直接印刷到基底上。

实际情况是RFID技术使用比光信号好得多的材料穿透特征的射频，相比条形码标签在更加恶意的环境条件下工作。因此，RFID标签可以透过涂料、水、污垢、灰尘、人体、水泥或通过带标签的物品本身被阅读。RFID标签可以用在管理库存、自动识别繁忙道路上的汽车、安全系统、电子访问卡、无钥匙进入等等中。

天线是RFID标签的元件，通常通过压印/蚀刻技术制备，其中，箔母版被雕刻以产生最终结构。例如，每个RFID芯片通过将特定的一组谐振结构蚀刻到导电膜中而被编码。这些结构产生可以用来编码数据的随频率变化的天线负载，数据可以通过响应于宽带询问脉冲观察反射的或再次辐射的脉冲而被阅读。要求每个芯片必须被单独地制造，目前是通过激光蚀刻制造，这是一个费用高的工艺，因此此工艺增加了这类标签的成本。

已经对用于打印“自下而上”具有唯一的频谱特征的定制化RFID天线的替代方法进行了尝试。这种方法涉及使用导电金属油墨直接在基底上打印。喷墨打印已经被认为是用于此目的的一种可行的技术，原因是可以容易地单独用来打印结构和/或与其它工艺和机器集成。例如，混合打印技术将可以用于打印RFID天线的线段的模拟打印工艺(诸如平版印刷、苯胺印刷、蚀刻和凸版印刷)与用于打印导电油墨以互连线段的数字打印工艺(诸如喷墨打印)相结合。然而，喷墨打印已经证明对打印定制化RFID天线是不可靠的，原因是喷墨打印头的分辨率是不充分的，原因还有由喷墨打印头形成的导电材料的图案产生互连性变化的非均匀的打印结构，这对于RFID结构是不可接受的。此外，为了廉价地打印定制化RFID，油墨的导电颗粒也必须是廉价的。然而，这些颗粒通常是低成本的、颗粒大小变化的低导电率材料，这影响打印结构的整体互连性。另一方面，具有小颗粒直径，具有均匀的颗粒直径的导电油墨颗粒和/或由像金和银的高导电率的材料制成的导电油墨颗粒费用高，使他们不可用于提供便宜的定制RFID标签。

因此，喷墨打印头不适合在“自下而上”编码各个谐振结构的标度上图案化油墨。结果，用于打印RFID天线的喷墨技术完全不能比得过上文描述的平版印刷压印/蚀刻技术，但平版印刷压印/蚀刻工艺不能有效用于制造定制化标签，可能是费用高的，原因是这样做需要有激光消融步骤。因此，传统的制造定制化RFID标签的较低成本和更高效的替代方式在本领域是受欢迎的。

技术实现要素：

在一个实施例中，提供了一种用于实时编码无芯片RFID标签的方法。所述方法包括暴露无芯片RFID应答器，RFID应答器包括天线和多个谐振结构，多个谐振结构一起限定第一频谱特征。多个谐振结构中的每一个包 括相应的一个频率域。所述方法还包括在至少一个谐振结构上沉积导电材料，以使至少一个谐振结构短路。不被导电材料短路的多个谐振结构的剩余部分限定RFID应答器的第二频谱特征。

在另一实施例中，提供一种跟踪库存的方法。所述方法包括：在物品上设置无芯片RFID应答器。所述RFID应答器包括一起限定第一频谱特征的多个谐振结构，其中，多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域；在至少一个谐振结构上沉积导电油墨，以使至少一个谐振结构短路，其中，不被导电油墨短路的所述多个谐振结构的剩余部分限定所述RFID应答器的第二频谱特征。

在又一实施例中，提供一种跟踪库存的方法。所述方法包括：提供无芯片RFID应答器，所述RFID应答器包括一起限定第一频谱特征的多个谐振结构，其中，多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域；在至少一个谐振结构上沉积导电油墨，以使至少一个谐振结构短路，其中，不被导电油墨短路的多个谐振结构的剩余部分限定所述RFID应答器的第二频谱特征；以及在沉积完导电材料之后，在物品上设置所述RFID应答器。

在又一实施例中，提供一种无芯片RFID应答器，包括：一起限定RFID应答器的频谱特征多个谐振结构，其中，所述多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域；以及设置于所述谐振结构的至少一个上的导电油墨，所述导电油墨使至少一个谐振结构短路，其中，所述RFID应答器的频谱特征从所述短路的谐振结构的自然频率移开。

在再一实施例中，提供一种跟踪库存的方法。所述方法可以包括提供无芯片RFID应答器，所述RFID应答器包括一起限定第一频谱特征的多个谐振结构，其中，多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域；在至少一个谐振结构上沉积导电油墨，以使至少一个谐振结构短路，不被导电油墨短路的多个谐振结构的剩余部分限定RFID应答器的第二频谱特征；以及在物品上设置RFID应答器；在沉积导电材料之后用RFID应答器对物品加标签。

在另一实施例中，提供一种无芯片RFID应答器，包括：一起限定RFID应答器的频谱特征的多个谐振结构，其中，多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域；和设置于至少一个谐振结构上的导电油墨，所述导电油墨使至少一个谐振结构短路，其中，RFID的频谱特征从短路的谐振结构的自然频率移开。

在另一实施例中，提供一种物品识别系统，包括：打印机，所述打印机用于在RFID应答器的至少一个谐振结构上沉积导电材料；以及至少一个控制器，所述至少一个控制器与所述打印机通信，所述控制器包括：存储数据和指令的至少一个存储器；以及至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置成访问所述至少一个存储器，并执行指令，所述指令包括：从所述至少一个存储器检索识别数据，所述识别数据对应于物品的身份信息，检索无芯片RFID应答器的设计数据，所述设计数据包括与所述无芯片RFID应答器的多个谐振结构中的每一个对应的频率域信息，基于所述识别数据和所述设计数据，产生代码；将频谱特征与所述代码关联，以及通过从所述设计数据识别所述多个谐振结构中哪些一起限定所述频谱特征，所述多个谐振结构中哪些对所述频谱特征没有贡献来产生图案数据；以及激活所述打印机，以根据所述图案数据沉积所述导电材料，使得所述导电材料使所述RFID应答器的至少一个谐振结构短路，这样它的频率移动到所述频谱特征之外的域。

在另一实施例中，提供一种用于定制通用RFID应答器的方法。所述方法包括：将通用RFID应答器的至少一个谐振结构暴露于导电材料；以及通过在所述至少一个谐振结构上沉积导电材料，改变所述RFID应答器的至少一个谐振结构的谐振，其中，改变包括使所述谐振结构电短路，这样，其谐振从第一谐振移动到第二谐振。

实施例的另外的优点将部分在下面的说明中陈述，部分可从说明中理解，或者可以通过实践实施例来获得。这些优点通过特别在所附权利要求书中指出的元件和组合来实现和获得。

要理解前述的概括描述和后面的详细描述只是示例性和解释性的，不是对要求保护的实施例的限制。

附图说明

被包括并构成本说明书的一部分的附图连同说明一起图解说明本教导的实施例，用来解释本申请的原理。

图1描绘具有第一频谱特征的无芯片RFID应答器。

图2描绘通过设置于至少一个谐振结构上的导电材料并使至少一个谐振结构短路，图1的无芯片RFID应答器被修改为具有第二频谱特征。

图3描绘图2的无芯片RFID应答器设置于承载器上。

图4描绘作为物品识别系统的一部分的打印机和控制器。

图5A-5C图解说明一个实施例的用于编码无芯片RFID标签的方法的处理步骤。

图6A-6B分别是图5A-5B的处理步骤的顶视图。

具体实施方式

现在详细地介绍目前的实施例，其示例在附图中图解说明。在可能的情况下，相同的附图标记在图中用来指相同或相似部件。要理解图中描述的结构可以包括为简洁目的未描绘的附加特征，而描绘出的结构可以被去掉或修改。

尽管列出实施例的宽范围的数值范围和参数是近似值，但具体示例中列出的数字值尽可能被准确地叙述。不过，任何数值自然包含不可避免地由其相应的试验测量存在的标准偏差产生的某些误差。而且，本文中公开的所有范围要理解为包括任何和所有其中包含的所有子范围。例如，“小于10”的范围可以包括在最小值0和最大值10之间(包括0和10)的任何和所有子范围，即，具有等于或大于0的最小值和等于或小于10的最大值的任何和所有子范围，例如1到5。在特定情况下，针对参数表述的数值可以是负值。在此情况下，表述为“小于10”的范围的示例值可以认为是负值，例如-1，-2，-3，-10，-20，-30等。

以下实施例参照附图只是为图示目的描述的。本领域技术人员会认识到以下描述在本质上是示例性的，对本文中列出的参数的各个变形是在不偏离本实施例的范围下进行的。想要使说明书和示例只被认为是示例。各个实施例不一定是相互排斥的，一些实施例可以与一个或多个其它实施例结合形成新的实施例。

如本文中使用的词语“无芯片”描述RFID应答器时，表示RFID应答器既没有集成电路也没有分立的电子元件，诸如晶体管或线圈。

如本文中使用的词语“谐振结构”表示具有与特征频率对应的关联谐振的结构。

如本文中使用的词语“频谱特征”指与应用的激励频率关联的至少一个识别谐振。频谱特征可以具有至少一个幅值分量和至少一个相位分量。

如本文中使用的词语“标签”指应答器或应答器和其上设置应答器的 承载器的组合。标签可以附连到物品。

如本文中使用的词语“应答器”指接收信号诸如由询问器发射的信号并响应于所接收的信号发送信号的装置。

如本文中使用的词语“蚀刻”指通常用在照相平版印刷中的一个工艺，通过该工艺，材料的各部分被化学去掉。

如本文中使用的词语“安全重叠层”表示衬里层(backing layer)，在被干预时，损坏、破坏或修改其上设置安全重叠层的结构。

如本文中使用的词语“通用RFID应答器”表示对于由发射器诸如询问器施加的每个频率域具有关联谐振结构的RFID应答器。

用于制造定制化RFID标签并解决现有技术的分辨率问题的较低成本的替代过程以提供相同的RFID应答器开始。相同的应答器对于可以通过相应的RFID阅读器被清楚地解析的每个波长间隔包含有一个谐振结构。一个或多个应答器的谐振结构然后可以被短路，例如通过使用沉积于一个或多个谐振结构之上的导电油墨，并使导电油墨干燥形成使谐振结构短路的膜。导电材料可以包括如现有技术已知的导电油墨，诸如美国专利号8,324,294中公开的导电油墨。在一个实施例中，导电材料可以包括包含金属纳米颗粒的油墨组成，其中，金属纳米颗粒可以包括银纳米颗粒。纳米颗粒可以重量占油墨组成总重量计的大约10％到大约85％的量存在，或者可以重量占油墨组成总重量计的大约20％到大约60％的量存在。词语“纳米”用在“金属纳米颗粒”中指例如小于大约1000nm的颗粒大小，比方说例如大约0.5nm到大约1000nm，大约1nm到大约500nm，大约1nm到大约100nm，大约1nm到大约25nm或大约1nm到大约10nm。颗粒尺寸指金属颗粒的平均直径，如由TEM(透射电子显微镜)或其它适当方法确定的。通常，多个颗粒尺寸可以存在于由本文中描述的工艺获得的金属纳米颗粒中。在实施例中，不同大小的包含金属的纳米颗粒的存在是可接受的。类似组分是已知的，可以使用许多导电材料中的任何一种，包括至少一种固有的高导电材料，例如铜、铝、银或金。实施例的导电材料可以包括导电聚合物，其可以包括于导电油墨组成中。其它导电材料包括任何导电膜，诸如包括由热带传送的层和导电涂料膜的薄的导电层。使谐振结构短路在频率上移动其自然频率，从询问和分析范围中去掉它。在示例性系统中，与沉积系统(诸如打印机，比如喷墨打印机)关联的控制器产生要编码于通用RFID应答器上的代码，将该代码与来自打印控制器的识别信 息关联，将该信息编码到RFID标签上，例如通过使用喷墨或类似的打印站来将导电材料，诸如导电油墨施加到多个谐振结构中的选定谐振结构。这种方法允许使用低成本的平版印刷技术用于制造RFID天线，低成本的沉积技术诸如喷墨打印以沉积导电材料——不需要高分辨率的沉积图案——从而降低总的制造成本。这是因为一些RFID应答器所需的线宽一致性是+/-2.5μm，相比用可用的喷墨打印机可获得的一致性好5到10的因数。因此，本文中的实施例通过改变现有的RFID应答器例如通过以使所选的RFID应答器的谐振结构短路的方式打印导电膜的图案来解决此问题。打印导电油墨的图案的一种方法可以使用传统的喷墨打印机来将导电材料注射到所选的谐振结构上，原因是使谐振结构短路不需要线宽一致性，而“自上而下”制造谐振结构则要求线宽一致性。

图1是无芯片RFID应答器100的视图。在一个实施例中，无芯片RFID应答器可以如WO/2009/126999中描述的。RFID应答器可以通过平版印刷、蚀刻/压印等技术形成。例如，负责产生应答器的频谱特征的RFID应答器的元件可以各自或独立地以蚀刻结构形成。RFID应答器100还可以是基于导电油墨的无芯片RFID应答器，其中所有组件(包括至少一个谐振结构)是通过图案化导电材料的膜形成的，包括通过打印(诸如喷墨打印)导电油墨。

RFID应答器100包括至少一个天线，诸如接收天线102和发射天线103。天线102和103可以作为电路的一部分被包括，电路包括多个谐振结构104a-104d，他们一起限定RFID应答器的频谱特征。例如，多个谐振结构104a-d中的每一个可以表现相应的谐振。此谐振与取决于相应谐振结构的几何形状及其它因素的自然频率关联。因此，多个谐振结构104a-d中的每一个可以用于独立编码单个位的信息。谐振结构可以是螺旋谐振器，诸如图1所示的，或者可以从其它谐振结构中选择，诸如但不限于蜿蜒和碎片形状的谐振结构。

分别具有特定谐振频率的任何一个谐振结构104a-104d的存在导致在响应总RFID应答器100时在该频率下的相应衰减。因此，每个谐振结构104a-104d的存在或缺失决定了具有特定特征频率和相位响应例如可以用来编码一位数字信息的相应谐振的存在或缺失。

图2是一个实施例的无芯片RFID应答器200的视图。RFID应答器200可以是RFID应答器100的修改形式。例如，RFID 200另外包括设置 于至少一个谐振结构104a-104d上的导电材料。换言之，RFID应答器200包括至少一个天线，诸如接收天线102和发射天线103。天线102和103可以作为电路的一部分被包括，电路包括多个谐振结构104a-104d，他们一起限定RFID应答器200的频谱特征。此外，RFID应答器200包括设置于至少一个谐振结构上的导电材料105，诸如谐振结构104a和104c上显示的。注意，谐振结构104a上的导电材料105可以与谐振结构104c上的导电材料105’相同或不同。此外，导电材料105可以与谐振结构104a-104c的材料相同或不同，可以与天线102和103的材料相同或不同。

导电材料105可以一开始沉积为导电油墨，例如通过打印机，诸如喷墨打印机。因此，导电材料可以按预定图案沉积。在一个实施例中，导电材料沉积为膜，以覆盖一个或多个谐振结构104a-104d的至少一部分。

至少一个谐振结构上沉积的导电材料105用来使相应的(若干)底层谐振结构短路，从而“关断”该(若干)谐振结构的谐振响应，或者至少移动(若干)谐振结构的自然频率。换言之，导电材料，诸如导电油墨将RFID应答器的频谱响应从(若干)短路的谐振结构的自然频率移开。因此，通过以预定图案沉积导电材料，一个或多个谐振结构可以被导电材料短路。

沉积导电材料可以包括用如对谐振结构104c所示的导电材料完全覆盖至少一个谐振结构，谐振结构104c被导电材料105’覆盖。在这个实施例中，导电材料105’不只是覆盖谐振结构的几何形状，而是几何形状的所有孔隙空间。在一方面，导电材料覆盖足够的谐振结构，以移动至少一个谐振结构的自然频率。例如，沉积于至少一个谐振结构上的导电材料将谐振结构的自然频率移到微波检测之外的频率。在一个实施例中，导电材料以至少一个谐振结构没有任何电磁谐振的方式沉积。因此，在一个实施例中，在沉积导电材料之后，至少一个谐振结构并不对应答器200的第二频谱特征有贡献。

除了在至少一个谐振结构上沉积导电材料外，可以去掉至少一个谐振结构的若干部分。例如，谐振结构104a的不被导电材料105覆盖的部分可以被去掉。在一个实施例中，至少一个谐振结构的不被导电材料覆盖的至少一部分可以通过机械切割或激光消融来被去掉。实际上，其上沉积导电材料的谐振结构的至少一部分106可以在沉积导电材料之前被去掉。在一些实施例中，RFID应答器中的一些谐振结构可以通过激光消融被破坏 或对于检测是无用的，而谐振结构的其它部分可以用导电油墨短路，而还有一些部分可以既被激光消融又用导电油墨短路。在一些实施例中，一些谐振结构可以部分用导电材料覆盖，而其它的谐振结构可以被完全覆盖，诸如基本上被完全覆盖，以便将其谐振移动到微波检测之外的谐振或移动到无谐振，诸如无电磁谐振。

如图3A中所示，应答器200可以沉积于承载器301上，诸如直接在物品上或在中间粘合衬里上以附连到物品上。承载器301可以是一开始在其上制造RFID应答器的基底，或者可以是制造完之后RFID应答器被传送到其上的承载器。粘合衬里承载器301允许RFID应答器被容易地附连(即加标签)到物品上。此外，为了防止对通过在一个或多个谐振结构上沉积导电材料而使得其自然频率响应被改变的RFID应答器进行进一步操作，可以在RFID应答器之上设置安全重叠层303。

在一个实施例中，一个或多个相同的RFID应答器可以施加到承载器。通过每个频率域存在谐振结构，RFID标签可以全部具有相同的编码。例如，相同的RFID应答器可以是传统的具有第一频率响应的RFID应答器，诸如RFID应答器100。如图4所示，每个RFID应答器100然后可以进一步被例如打印机400处理，打印机400具有喷墨打印头401或类似的能够以预定图案沉积导电材料105(例如导电喷墨或膜)的书写头。如上文描述，沉积的导电材料105可以选择性使一个或多个谐振结构短路，从而导致形成如上文描述的具有第二频率响应的RFID应答器200。即，一旦短路，其上通过打印头401沉积导电油墨的(若干)谐振结构频率移动到询问脉冲的范围之外的域-因此，在将RFID应答器加标签到物品上之后或直接在此之前，编码为1或0。

打印机400可以被包括以用在物品识别系统。物品识别系统可以包括至少一个打印机和与打印机400通信402的至少一个控制器403。控制器可以包括存储数据和指令的至少一个存储器405；和被配置成访问至少一个存储器并执行指令的至少一个处理器。指令可以包括：从至少一个存储器检索识别数据，识别数据对应于物品的识别信息；检索无芯片RFID应答器的设计数据，设计数据包括与无芯片RFID应答器诸如RFID 100的多个谐振结构中的每一个对应的频率域信息；基于识别数据和设计数据产生代码；将频谱特征与代码关联；通过由设计数据识别RFID 100的多个谐振结构中哪些一起限定频谱特征，RFID 100的多个谐振结构中哪些不对频 谱特征做贡献来产生图案数据；激活打印机，例如打印机400的打印头401，以根据图案数据沉积导电材料，诸如导电材料105，使得导电材料使RFID应答器的至少一个谐振结构短路，并使得频率移动到频谱特征之外的域，从而形成RFID应答器200。

图5A-5C图解说明用于例如实时地编码无芯片RFID标签的方法。图6A-6C分别是图5A-5C的顶视图。在该方法中，如图5A和6A所示，提供无芯片RFID应答器100。RFID应答器可以提供于承载器301上。RFID应答器可以被配置成上文描述的RFID应答器100。换言之，RFID应答器包括天线和多个谐振结构。方法在图5A和6A中继续步骤：在至少一个谐振结构上沉积导电材料105，以使至少一个谐振结构短路，从而形成RFID应答器200。导电材料105可以是按照预定图案沉积到至少一个谐振结构上的导电油墨，诸如通过由喷墨打印头401喷射图案105’。替代性地，导电材料105可以沉积为膜。在一些实施例中，导电材料可以通过热传递、静电印刷或丝网印刷来沉积。

RFID应答器100中的多个谐振结构一起限定第一频谱特征。即，多个谐振结构中的每一个包括相应的一个频率域。在至少一个谐振结构上沉积导电材料改变了RFID应答器的第一频谱特征，例如通过将至少一个谐振结构的自然频率移动到询问器可能不能阅读的另一频率。即，RFID应答器200中不被导电材料短路的多个谐振结构的剩余部分限定RFID应答器的第二频谱特征，第二频谱特征可以与第一频谱特征不同。第一频谱特征可以包括用于询问脉冲的第一吸收范围，第二频谱特征包括用于询问脉冲的第二吸收范围。此外，如图5C和图6C所示，可以在RFID应答器300之上和承载器301之上增加重叠层，诸如安全重叠层303。重叠层303可以是不导电、耐磨的。

RFID应答器200可以沉积于承载器301和重叠层303之间，RFID应答器200可以设置于物品上。不过，RFID应答器100可以只沉积于承载器301上(即没有重叠层303)，RFID应答器100可以首先设置于物品上，之后在其谐振结构的至少一个上增加导电材料，随后增加重叠层303。换言之，RFID应答器200可以在设置于物品上时在现场形成。

总之，本文中描述的实施例降低了RFID标签的成本，降低了复杂性，提高了将RFID标签与给定物品关联的过程的可靠性。