智能消耗品/标识符标签以及用于智能消耗品/标识符标签的天线的制作方法

智能消耗品/标识符标签以及用于智能消耗品/标识符标签的天线
1.本发明涉及智能消耗品/标识符标签和用于这种智能消耗品/标识符标签的天线。特别地，本技术涉及一种rfid标签，其用于通过将rfid层粘合到容器或装备的表面来标记容器或装备，该容器或装备优选地在实验室环境中并且特别地包括圆柱形瓶、管瓶、注射器等。
2.该标签在单个芯片上组合了如下两者：即，用于远距离应用的uhf（超高频）天线和用于近距离应用的nfc（近场通信）天线。这两个天线共享存储器以及需要的其他电子处理元件。通过组合uhf和nfc，该镶嵌物（inlay）非常适合于产品认证和品牌保护、供应链管理和仓库库存。尤其是在医学和药物领域中，由于减小的瓶、管瓶、注射器大小，需要具有小尺寸的标签。
3.基本上，具有29mm*13mm的大小的这种标签从http://www.lab-id.com/wordpress/wp-content/uploads/2017/08/b34.pdf中已知。
4.一般来说，智能消耗品/标识符标签或rfid标签在市场上可获得。需要不同类型的标签以在各种区域中使用。此外，用于与外部器件通信的频率范围根据地理区域或读取rfid标签的预期应用而不同。例如可能发生的是，在欧洲和美国，将不可能使用rfid标签。针对标签中的nfc（和uhf）使用双频率范围被高度地限制。
5.此外，篡改检测、对于在实验室领域中遇到的不同容器、特别是具有不同曲率、或组合到一个rfid标签中的耐化学性的具有圆柱形外表面的不同大小/体积的这种容器（如瓶、管瓶、注射器等）的任何表面上的使用的灵活性在市场上是不可获得的。
6.在实际使用中，需要这些标签是小的并且具有大读取范围，如果可能的话，针对nfc和uhf两者。不幸的是，已经示出，在实际使用中，即当标签牢固地贴附到容器（如玻璃或塑料瓶）时，由于电磁耦合，已知标签的读取范围并不始终是令人满意的。
7.其他已知标签可能示出更好的读取范围，然而由于不满足针对上述小的瓶、管瓶、注射器的大小限制。
8.因此，本发明的目的是提供一种包括天线的rfid标签，其允许更大的读取范围，同时保持标签是小的并且实现两种类型的通信，即nfc和uhf。
9.智能消耗品/标识符标签特别地要满足以下要求中的一个或多个：
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全球可用性；
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在具有有限尺寸的玻璃和塑料上的扩展读取范围；
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使用的高温范围；
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足够的灵活性，以粘在具有变化大小的不同容器上；
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对实验室环境中的常见溶剂和清洁物质（例如，丙酮、乙腈、乙醇、异丙醇）的耐化学性；
‑ꢀ
篡改检测，优选地针对一次可用性的篡改检测。
10.为了满足这些要求中的一个或多个，本发明提供了具有权利要求1或9的特征的智能消耗品/标识符标签和对应的uhf天线。从属权利要求中定义了优选实施例。
11.在第一个解决方案中，本发明特别地提供了一种智能消耗品/标识符标签，其用于通过将rfid标签粘合到容器（优选地是瓶、管瓶、注射器等）或装备的表面来标记容器或装备，该标签包括支撑材料基底、被包括在支撑材料基底中的至少一个rfid微电子器件、以及与至少一个rfid微电子器件连接并且被包括在平坦支撑材料基底中的多个天线，其中该多个天线包括第一天线，第一天线用于860至960mhz的频率范围，并且当被提供在玻璃表面上时具有大于4m的理论读取范围峰值，其中该标签具有40mm*20mm或更小的尺寸。
12.在第二个解决方案中，本发明特别地提供了一种用于具有40mm*20mm或更小的尺寸的rfid标签的天线，该rfid标签用于通过将rfid标签粘合到容器或装备的表面来标记容器或装备，该天线当被提供在玻璃表面上时在860mhz至960mhz之间的范围内具有大于4m的理论读取范围峰值。
13.优选地，上述天线包括第一、第二和第三部分，第一部分邻近于该rfid标签的较短侧之一而提供，并且包括以蛇形形式布置的线天线、以及板状端部元件，该线天线具有五个矩形或正弦形状半波，第二部分邻近于相同表面上的该rfid标签的相对的较短侧而提供，并且包括以蛇形形式布置的线天线、以及较大的板状端部元件，该线天线具有一个或两个矩形或正弦形状半波，并且第三部分邻近于相同表面上的该rfid标签的较长侧而提供，并且连接第一部分和第二部分。
14.优选地，该天线的第一和第二部分彼此间隔开，以便在它们之间嵌套第二天线，第二天线被配置用于13mhz范围内的nfc通信。
15.优选地，该天线的第一和第二部分具有0.5mm
±
0.2mm的线天线部分的宽度。
16.优选地，该天线的第一和第二部分具有矩形半波，其中线天线部分的宽度为0.5mm
±
0.2mm，并且该矩形的两侧之间的净空间为0.5mm
±
0.2mm。
17.优选地，第一和第二部分的相应外部部分之间的在该rfid标签较长侧方向上的距离是36.0mm
±
0.2mm。
18.优选地，第一和第二部分的相应内部部分之间的在该rfid标签较长侧方向上的距离是24.8mm
±
0.2。
19.优选地，第一和第二部分的每个半波包括沿着该rfid标签的较长方向延伸且具有5.6mm
±
0.2的长度的第一段、沿着较短方向延伸且具有1.5mm
±
0.2的长度的第二段、以及沿着该rfid标签的较长方向延伸且具有5.6mm
±
0.2的长度的第三段。
20.本发明附加地提供了一种容器，其特别地包括圆柱形瓶、管瓶、注射器等，在其表面上具有根据权利要求1至8中任一项所述的rfid标签（1）和根据权利要求9至16中任一项所述的用于rfid标签（1）的天线。
21.现在将参考作为示例示出了两个不同实施例的附图来描述本发明。
22.图1示出了根据第一实施例的rfid标签的俯视图。
23.图2示出了图1的rfid标签的示意性横截面。
24.图3示出了根据第二实施例的rfid标签的俯视图。
25.图4示出了当根据第一实施例的标签被放置在不同材料上时针对不同uhf频率的性能或可达范围。
26.图5示出了当根据第二实施例的标签被放置在不同材料上时针对不同uhf频率的性能或可达范围。
27.图6示出了如结合图4所解释的多个标签，该多个标签被提供在载体网（carrier web）上，并且详细地示出了实际尺寸。
28.图7示出了最先进技术的标签的布局，以及图8示出了针对图6的标签与图4相同的示图。
29.如图1至3中所示的本发明的rfid标签1、1’一般包括平坦的柔性支撑材料基底11、被包括在平坦支撑材料基底中的至少一个rfid微电子器件5c、以及与至少一个rfid微电子器件5c连接并且被包括在平坦支撑材料基底11中的至少一个天线5a、5b。
30.平坦支撑材料基底11在俯视图中基本上是矩形的，并且由塑料或纸基材料形成，在该塑料或纸基材料形的表面上印刷有包括该天线的功能电路，并且优选地印刷有稍后描述的用于篡改保护的导电环路5d，或者平坦支撑材料基底11由金属层2（优选地是铝板）形成，该金属层2被切割或蚀刻以形成功能电路，并且与保护层（未示出）层压或完全密封在保护层（未示出）内。
31.该rfid芯片（例如，来自em microelectronic-marin sa的芯片em4423t ic）优选地是包括必要的rfid功能的集成电路组件5c，并且其被布置在金属层2或印刷塑料或纸基材料的表面上，并且具有与外部电路（（一个或多个）天线、导电环路）连接的相应端子。
32.平坦支撑材料基底11进一步具有被层压在印刷塑料或纸基材料或金属层2上的pp（聚丙烯）合成顶部表面层4。pp合成顶部表面层4提供了针对实验室环境中通常遇到的不同化学品和酸（例如，丙酮、乙腈、异丙醇、甲醇和30%盐酸）的临时耐化学性，并且其保护rfid微电子器件5c和外部电路5a、5b、5d。pp合成顶部表面层4可以通过丙烯酸粘合层3粘合到塑料或纸基材料或金属层2。可以根据需要来提供类似的pp合成底部表面层（未示出）优选地，平坦支撑材料基底11在其底部表面上具有粘合底部层6或被施加到底部表面的粘合剂。粘合底部层6可以由丙烯酸粘合剂制成，并且由释放衬垫7来覆盖，该释放衬垫7将在标签被施加到期望表面之前被移除（剥离）。
33.被包括在支撑材料基底11中的rfid微电子器件5c（例如，上面提到的芯片em4423t ic）被配置成经由两个不同的频率范围（即，uhf和nfc）与外部器件进行通信，并且因此具有两个不同的天线5a、5b，天线5a、5b与rfid微电子器件连接并且也被包括在平坦支撑材料基底11中。nfc频段的频率是13,55-13,58mhz。可以选择uhf频谱中的频率范围，以适应该标签将在其中使用的相应地理区域。
34.图4和图5示出了当根据第一实施例或第二实施例的标签分别被放置在不同材料的瓶上时针对不同uhf频率的性能或可达范围。例如，当标签1、1’被放置在玻璃瓶上时，uhf性能或范围在eu频段（865-868mhz）中是4.8m，并且在us频段（902-928mhz）中是4.7-3.7m。
35.该理论读取范围（前向）是使用voyanticrfid测量柜获得的，该测量柜具有tagformance lite、800mhz的起始频率、1000mhz的停止频率、27dbm的tx功率（4w eirp）和6dbi的天线增益。
36.如图1和图3中所示，用于hf和uhf的两个天线5a、5b被布置在金属层2或印刷塑料或纸基材料上，使得第二天线（即，hf或nfc天线5b）以针对不同频带的两种配置被布置在第一天线（即，uhf天线5a）的第一与第二部分之间。也就是说，第二天线被嵌套在第一天线内，以减少用于容纳这些天线所需的空间，并且由此尽管扩展了通信功能，也限制了该标签的所需大小。
37.该rfid标签的篡改检测功能以不同的方式来实现。在两个实施例中，平坦支撑材料基底11可以具有关于其外周而分布的多个预定义切口8。切口8基本上是笔直切口或切入口（incision），其穿过或基本上穿过支撑材料基底11的厚度，优选地穿过pp合成顶部表面层4，但是不穿过金属层2或印刷电路。切口不一定必须穿通整个材料厚度，但是可以被限制到一定程度上的削弱（weakening），即拉动该标签打开该切口，而没有重新布置该标签的可能性。
38.切口8被定向成在俯视图中相对于平坦支撑材料基底的外边缘倾斜。切口8优选地在俯视图中基本上朝向平坦支撑材料基底的中心部分——其不一定是单个点而是更大的区域——而定向，但是它们也可以从一个或多个点被径向地定向。因此，边缘的纵向延伸的中心处的一些切口与边缘轮廓可以具有约为90
°
的角度，而其他切口以不同于90
°
的角度而倾斜。
39.切口用作安全性切口，在标签粘合到相应容器或一件装备的表面之后，如果有人试图拉下该标签，则该安全性切口将容易地破裂或打开。
40.切口8在平坦支撑材料基底11的外边缘的长度的3%与10%之间的长度上延伸，切口8在该外边缘处被提供或者它们在该外边缘的方向（图1中的x-或y-方向）上延伸。此外，切口8沿着外边缘的纵向方向彼此间隔开如下长度：该长度在平坦支撑材料基底的外边缘的长度的5%与30%之间，切口8在该外边缘处被提供或者它们在该外边缘的方向上延伸。例如，如果平坦支撑材料基底具有如图1和3中所示的具有20mm x 40mm的典型尺寸的矩形轮廓，则进入该标签中的切口的深度（即，俯视图中的长度）优选地是1.5mm，并且沿着外边缘轮廓的间距是5mm。
41.围绕该外周的切口的分布不仅提供了针对篡改或移除的安全性功能，而且还赋予该标签一定的附加柔性，以适应沿着其将贴附到的表面的延伸方向的不同曲率，并且改进该标签的长期粘合性。
42.在图3中所示的标签1’的优选实施例中，平坦柔性支撑材料基底11包括与支撑材料基底11一体形成的细长柔性延伸条带10，以便从边缘在某个方向上延伸。条带10被配置成使得：在施加一定的拉力时，条带10能够在预定义的分离结构9处与支撑材料基底11至少部分地（或完全地）分离。分离结构9优选地采用由材料中的多个间隔开且对齐的预定义切入口形成的预定义撕开线的形式。条带10、特别是其宽度和长度被定尺寸为使得：当标签被贴附到容器的外周表面时，该条带10能够通过容器的喷口（spout）或开口或盖/塞来行进。该条带可以在其远端部分处包含粘合区段12，该粘合区段12可以附加地被提供有所定义的撕开部分13，该撕开部分13在不破坏该区中的条带的情况下防止粘合区段12的剥离。多个条带10可以被提供在支撑材料基底11的不同侧处。
43.优选地采用撕开线形式的分离结构9优选地是不对称的，以在一侧处定义优选的撕开起始，并且最终在另一侧处停止撕开，以避免条带10的完全分离。
44.在图3中所示的标签1’的优选实施例中，至少一个rfid微电子器件5c包括篡改检测功能，并且该标签包括相关联的导电环路或图案5d，其被印刷在塑料或纸基材料上或被包括在金属层2中，并且与rfid微电子器件5c的篡改检测功能端子导电连接，从而被包括在平坦支撑材料基底11中。如果试图从容器中移除该标签，则导电环路5d被撕开，并且该中断可以被rfid微电子器件5c检测到，并且在询问时作为密封破裂的指示被传送到外部。如果
如图3的实施例中那样，导电环路5d在预定义的分离结构9（撕开线）上延伸，则该功能特别有用，这是因为其中断指示在移除条带10之后该容器的潜在打开。
45.导电环路也可以行进穿过该标签的其他相关部分。此外，可以在该标签中提供分离的导电环路，以保护例如对rfid微电子器件5c的篡改。此外，导电环路可以被布置在与（一个或多个）天线相同的侧表面上，或者可以被引导和布置到天线层2的背侧，以具有针对外部冲击的更好保护和增加的布置灵活性，而不与（一个或多个）天线冲突（见图3）。如图3中所示，导电环路被布置成朝向uhf天线的一侧，以与nfc天线结合地减少导电环路区域上的电流。
46.围绕该标签的外周分布的切口8的安全性特征和导电环路5d的安全性特征可以被组合在相同的标签中，如图3中所示的那样，或者可以被独立地应用（如图1中就切口而言所示的那样）。
47.图4和图5示出了上面描述的两个标签的理论读取范围（前向）。在这两个图中，可以观察到，贴附在或多或少平坦的玻璃表面上的标签的理论读取范围在eu频段（865-868mhz）和us频段（902-928mhz）之间具有最大值。该最大值高于4m，并且确保在相应频段中仍可以提供4m或更大的高理论读取范围。
48.要在40mm至20mm的减小的标签空间上形成具有高理论读取范围的良好天线、并且同时证明有足够的空间以用于可以针对nfc使用的第二天线是特别困难的。
49.发明人发现：利用如图7中所示的天线，只要遵守以下大小限制，就可以实现该目的。
50.尺寸a
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镶嵌物宽度
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36.0mm
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+/-0.2mmb
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镶嵌物长度
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16.0mm
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+/-0.2mmc
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标签宽度
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40.0mm
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+/-0.5mmd
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标签长度
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20.0mm
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+/-0.5mme
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标签间距
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27.94mm
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+/-1.0mmf
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镶嵌物至模具切口
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2.0mm
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+/-1.6mmg
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模具切口至网边缘
ꢀꢀꢀꢀ
2.5mm
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+/-1.0mmh
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网宽度
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45.0mm
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+/-1.0mm天线尺寸a
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8.9mm
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+/-0.2mmb
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18.6mm
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+/-0.2mmc
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2.35mm
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+/-0.2mmd
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2.35mm
ꢀꢀꢀꢀ
+/-0.2mme
ꢀꢀꢀꢀꢀ
3.3mm
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+/-0.2mmf
ꢀꢀꢀꢀꢀ
3.1mm
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+/-0.2mmg
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0.5mm
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+/
‑ꢀ
0.2mmh
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0.5mm
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+/-0.2mm对于图3的标签，这些尺寸几乎相同。然而，当比较图1和图3时，明显的是，图3中用于uhf通信的第一天线具有与第二天线部分略微不同的布局。为了补偿篡改环路5d的影响，
向第二天线部分提供了两个半波，而在图1的实施例中仅提供了一个半波。
51.此外，发明人发现：uhf天线的第一与第二部分之间的不对称配置是尤其有利的。
52.尽管已经示出了rfid标签的两个示例，但是本发明不限于这些示例。
53.例如，天线的第一和第二部分中的一个或两个的半波的矩形形状可以取而代之被设计成或多或少正弦波的形状。
54.此外，发明人发现：理论读取范围（前向）受容器的实际形状所影响，也就是说，在小容器的情况下，由于标签的明显弯曲，理论读取范围可能更小，但是在类似条件下仍将高于常规理论读取范围。
55.尤其是，将标签的大小限制到40mm*20mm使得该标签特别适合用于与药物装备（如小的圆柱形瓶、管瓶或注射器）结合使用。
56.图7和图8示出了常规标签的布局和理论读取范围（前向），其没有被本发明所覆盖。如可以看出的，对于玻璃支撑物，常规天线没有示出在860mhz与920mhz之间的理论读取范围的最大值。这导致了如下缺陷：读取范围远小于本发明下的读取范围。
57.如上面所解释的并且如图1和图3中可以看到的，uhf天线包括第一、第二和第三部分。第一部分邻近于rfid标签的较短侧之一而提供，并且包括以蛇形形式布置的“线”天线、以及板状端部元件，该“线”天线具有五个矩形半波。
58.第二部分邻近于相同表面上的该标签的相对的较短侧而提供，并且包括以蛇形形式布置的“线”天线、以及较大的板状端部元件，该“线”天线具有一个（图1）或两个（图3）矩形半波。
59.最后，第三部分邻近于相同表面上的该标签的较长侧而提供，并且连接第一和第二部分。第三部分可以由细长板状元件来形成，其在与微电子器件的连接区域中具有切除部分。优选地，切除部分相对于该天线的第一和第二部分不对称地布置。
60.在实施例中，该天线的第一和第二部分彼此间隔开，以便在它们之间嵌套第二天线（即，由多个环路形成的nfc天线）。第二天线被配置用于13mhz的范围内、尤其是在13.2mhz与13.6mhz之间的nfc通信。
61.在上述实施例中，该天线的第一和第二部分具有0.5mm
±
0.2mm的“线”天线部分的宽度。
62.优选地，该天线的第一和第二部分具有矩形半波，其中导线天线部分的宽度为0.5mm
±
0.2mm，并且每个矩形的两侧之间的净空间为0.5mm
±
0.2mm。
63.在实施例中，第一和第二部分的相应外部部分之间的在该rfid标签较长侧方向上的距离是36.0mm
±
0.2mm，使得该天线可以布置在40mm*20mm的标签上，该标签具有用于安全性切口的足够余量。
64.优选地，第一和第二部分的相应内部部分之间的在该rfid标签较长侧方向上的距离是24.8mm
±
0.2。这允许提供用于nfc通信的第二天线，该第二天线与用于uhf通信的第一天线具有足够的距离。
65.优选地，第一和第二部分的每个半波包括沿着该rfid标签的较长方向延伸且具有5.6mm
±
0.2的长度的第一段、沿着较短方向延伸且具有1.5mm
±
0.2的长度的第二段、以及沿着该rfid标签的较长方向延伸且具有5.6mm
±
0.2的长度的第三段。利用这种构造，可以实现该天线的所需总长度以及用于与支撑物的电介质的电容耦合的必要面积。