专利名称：可转移的薄膜电气元件的制作方法
背景技术：
本发明总体上涉及可转移的薄膜，尤其涉及包含电气元件的可转移薄膜。本发明适于但不限于制造在电子物品监视和识别系统中使用的谐振标签。
传统的电子物品监视系统被广泛用来有效地防止未经许可从规定的监视区取走物品。在这类监视系统中，被监视的物品配有谐振标签，当物品通过监视区时，这些标签可用来检测物品的存在。监视区一般包括一个在控制区内产生的电磁场，电磁场具有预定的频率。标签以电磁场的频率或另一预定频率谐振。系统检测到该谐振频率，然后发出警报，提醒有标签存在，从而表示有物品存在。为了去激励，可以在谐振标签中引入强浪涌电流，以产生短路。
目前有用的谐振标签包括由一介电层隔开的多个导电层。具体地说，这类标签包括具有介电承载薄膜的电路，在薄膜的一侧施加一电感螺旋，诸如适当构造的金属箔，它通过第一和第二导电区终止于每一端。将匹配的导电区施加在介电承载薄膜的另一侧，以形成一电容器，由此当在介电薄膜两侧的导电区之间建立直接电气连接时，完成了电感-容调谐的谐振电路。
由于依赖相对较厚的薄膜，作为用物理方式隔开和支承电路各导电部分的电介媒体，所以标签厚度明显增加。由于施加附加薄膜或涂层，用以保护和稳定标签，所以厚度将进一步增加。所得标签的总厚度会使得如果不是不可能也难以有效地隐藏它们而不被发现，以及不被那些打算阻挠监视系统的人在未经许可的情况下去除标签。
关于识别系统，传统的方法一般包括自动读取容纳标记的标签上提供的条形码(UPC)。不幸的是，条形码系统存在一个缺点，它要求施加标签的物品以及条形码本身有一定取向，以便阅读或检测光束可以合适地读到条形码信息。如果正在识别的物体要分类，并且物体的外形和取向是随机的，那么这个问题会很严重。
因此，本发明的一个目的是提供一种谐振标签，该标签由许多薄的涂层构成，致使例如可以将标签伪装在传统印刷标签的下面。
本发明的另一个目的是提供一种谐振标签以及制造该标签的方法，所述方法利用最少的元件，并且在构造标签期间，可以将谐振标签与最初使用的初始薄膜分离。
本发明的再一个目的是提供一种能够响应多个频率的谐振标签。
本发明的又一个目的是提供一种谐振标签，无论标签的取向如何，它都能提供适当的电子识别信息。
本发明的另一个目的是提供一种薄的且易碎的谐振标签，该谐振标签实质上需要一个施加标签的衬底薄膜或者衬底对象，以便保持适用的结构。
本发明的再一个目的是用一种极薄的导电材料提供便宜的依靠粘性施加的电路，以及电路的各部分。
发明内容
因此，本发明提供了一种易碎的衬底，它包括多个整体相连的层，这些层相继沉积在一可去除的承载薄膜上。这些层中的一层或多层是导电的，并且将导电层构造成在一个电路内起作用。衬底可以从承载薄膜转移到一接受面上，或者不能与承载薄膜分离，不对导电部分产生附带的破坏。在另一实施例中，衬底包括一标签和一粘合层，其中粘合层将标签施加到接受面上，致使包含电气元件的多个整体相连的层可以转移到接受面上，或者不能与承载薄膜分离，不破坏电气元件。
通过适当选择导电材料、介电涂层和粘合剂，可以如此设计本发明的谐振标签，使得源标签包装很容易重复使用。传统标签并不是这样，它们使用聚乙烯之类的薄膜，以及铝箔之类的导电层。薄膜和箔片的混合物与其它包装材料一起使得难以循环使用该包装。另外，本发明容易转移的电气元件能够以某种方法与现有标签或电路结构或者现有标签的其它部分相结合，不阻碍包装上的重要信息，或者大幅度地改变包装的美学效果。对于给定的成本以及对包装的环境约束，改变美学效果并不是一个小问题。另外，由于使用薄膜结构，所以本发明具有很隐藏的优点，此外还允许包含在可变形的包装或容器内。
依照本发明的另一实施例，提供了一种谐振标签，以及制造该标签的方法。所述谐振标签包括第一导电图案，它施加在第一介电层上；一介电涂层，它至少与第一导电图案粘合；第二导电天线图案，它与介电涂层粘合；以及第二介电层，它至少施加在第二导电图案上。依照本发明的一个实施例，第一介电层是一个可分离的承载薄膜，而第二介电层是一粘合层。可以将粘合剂施加到一衬底上，并且粘合剂的剥离强度大于将承载薄膜与标签结构剩余部分分离所需的剥离强度。
依照本发明的另一实施例，将第三导电图案与第二介电层粘合，致使第二和第三导电图案形成第二频率调谐天线电路。在另一方面，在叠层结构中，分别将附加的导电图案和介电涂层交替粘合到第二介电层上，以便形成多个附加频率调谐天线电路。
在另一实施例中，在第一介电层中靠近第一频率调谐天线电路的部分上，按平面结构构造相同结构的天线电路，以便形成多个频率调谐天线电路。
在本发明的另一实施例中，可以将包含导电元件的、薄的且易碎的薄膜转移到接收电路上，并且电气元件可以与接收电路电感耦合，或者与接收电路直接相连。
附图概述参照附图，可以进一步理解本发明的以下描述。附图中没有按比例给出元件厚度和其它尺寸，并且为便于说明，对各元件作了夸大。具体有
图1是一组件分解透视图，示出了依照本发明的谐振标签；图2是一截面图，示出了谐振标签的一部分，其中位于介电层两侧的导体彼此电感耦合；图3是一截面图，示出了图1的谐振标签，其中导体彼此直接电气接触；图4是一透视图，示出了依照本发明另一实施例的谐振标签；图5是一透视图，示出了依照本发明另一实施例的谐振标签，其中天线电路按叠层构造提供；图6是一平面图，示出了依照本发明另一实施例的谐振标签，其中天线电路按相邻布置的平面结构提供；图7-11是截面图，分别示出了依照本发明其它实施例的谐振标签；图12A是一透视图，示出了依照本发明的薄膜可转移电路；图12B是一截面图，示出了沿图12A中直线12B-12B取得的薄膜可转移电路；图12C是一截面图，示出了将图12A和12B的薄膜可转移电气元件加在包括接收电路的接受衬底上；图12D是一截面图，示出了图12A-12C的薄膜可转移电气元件与接受电气衬底电气连接；图13A是一截面图，示出了本发明另一实施例的薄膜可转移电气元件；
图13B是一截面图，示出了将图13A的薄膜可转移电气元件加在包括接收电路的接受衬底上；图14A是一截面图，示出了本发明另一实施例的薄膜可转移电气元件；图14B是一截面图，示出了将图14A的薄膜可转移电气元件加在包括接收电路的接受衬底上；图15A是一截面图，示出了本发明另一实施例的薄膜可转移电气元件；图15B是一截面图，示出了将图15A的薄膜可转移电气元件加在包括接收电路的接受衬底上；图15C是一截面图，示出了本发明另一实施例的薄膜可转移电气元件；图16一截面图，示出了将本发明另一实施例的薄膜可转移电气元件加在两个轧辊之间的承载衬底上；图17是一部件分解图，示出了本发明的薄膜可转移电气元件、将与电气元件电感耦合的接收电路，以及中间电介质；以及图18示出了使用本发明可转移电气元件的薄膜开关。
对说明性实施例的详细描述现在参照附图，图1示出了依照本发明一实施例的谐振标签10。首先，提供一个承载薄膜12，它用作标签结构的稳定的基底。作为举例，承载薄膜可以是以下形式中的任何一种厚度最好为2.0mil的聚丙烯；厚度最好为0.50至1.5mil的聚酯；厚度最好为2.5mil的聚乙烯；厚度最好在2.0和5.0mil之间的PVC，或者厚度最好为1.4到6mil的常规纸张。如以下将更详细描述的，承载薄膜可以作为标签结构的一部分予以保留，用来接纳标记，或者如本较佳实施例叙述的那样，在向衬底粘贴标签时，去除承载薄膜。
承载薄膜12包括一个用来构成标签结构的表面。最好，将这个承载薄膜表面构造成诸如聚丙烯等表面能量较低的薄膜，这时薄膜的固有表面张力使其成为一种可脱开的或低粘性的表面。另一种方法是，为薄膜12提供一个脱开涂层(release coating)或分离涂层(breakcoat)14。至于分离涂层与脱开涂层或固有脱开材料之间的区别，将在以后作更详细的描述。然而，一般来说，将脱开涂层(或材料)设计成，当承载薄膜从其所粘贴的接受衬底上分离时，使脱开涂层与承载薄膜保持在一起；而将分离涂层设计成，与承载薄膜分离，并转移到接受衬底上。
一般，谐振标签的具体应用以及下面的承载薄膜的类型决定了可以使用哪种分离涂层。此类应用的一个例子是，热转移要求使得当温度高到足以软化将标签粘到衬底上的热反应粘合剂时，分离涂层或转移树脂不应熔化。这种情形限制了所用树脂的类型。另外，如果使用聚酯承载薄膜，那么可以要求使用位于聚酯一侧的脱开涂层，而不是转移涂层。决定要使用分离涂层的类似的例子包括需要提高潮汽阻挡层的性能；以及其它耐环境/产品性的要求。另外，应该理解，薄膜12不需要可脱开表面、分离涂层等，从而可以对薄膜永久地施加后继层。在另一些实施例中，除了使用转移到接受衬底上的材料，或者代替使用这种材料之外，还可以使用与承载薄膜一起去除的材料。
首选使用的脱开涂层是聚硅酮，可以是纯的丙烯酸类塑料，或者是用聚硅酮改性的丙烯酸类塑料。另一种方法是提供一真正的分离涂层，该涂层被设计成对要转移的生长在涂层上的各层具有优先的粘附强度。
上述承载薄膜12和可选的分离涂层最好都是柔性的。因此，如本领域众所周知的，这些组成部分将用来制造谐振标签10，用一连续的卷材过程(webprocess)制造出一系列标签。
将第一导电图案16(例如，一块平板)施加到承载薄膜表面或其分离涂层14上。图案16用一选择性的金属化过程产生，最好是在标签款式内的特定位置上对准沉积一种导电材料。例如，施加导电油墨或进行无电极金属沉积。导电油墨涂层产生0.05至0.5mil的厚度，而无电极沉积的范围为0.001至0.1mil。本领域的技术人员应该理解，这里描述的任何导电图案可以是金属的，或者导电的非金属，诸如基于碳或硅的导体。
另一例施加导电图案的过程是真空沉积诸如铝或银等金属，这种方法是结合一种连续的掩模带而实现的，所述掩模带具有许多定位孔，允许被蒸发的金属通过并凝聚在承载薄膜卷材上。另一种产生导电图案的方法包括使整个承载薄膜表面区金属化，然后使承载薄膜经历一个选择性的去金属化过程，以获得所需的图案。最好，真空金属沉积物的厚度大约在75至300，000的数量级，最好在10，000到50，000的范围。
通过测量沉积导电层的电阻，并且已知电阻等于材料固有电阻乘以长度再除以截面积的关系，可以确定导电层的厚度，例如，以下是某些材料的固有电阻值银为0.63；铜为0.60；金为0.45；以及铝为0.38。同样，如果非导电材料的厚度太薄以致于不能用测微计测量，那么在将该材料用作电介质时也可以确定其厚度。其依据是，已知非导电材料的测得的电容，并且已知该电容等于介电常数乘以平行电容器板的重叠面积再除以平板之间的距离。因此，沉积材料的实际厚度可以不均匀，并且还可以是不精确地依赖材料的电学性质。
产生导电图案的另一种方法包括施加一连续的导电层，然后化学蚀刻、激光切割，或者电弧切割所需的图案。连续导电层可以用真空金属沉积、溅射沉积(25至12，000，最好在大约500至3，000之间)、等离子体沉积(50至10，000)，或者传统的金属转移技术来获得。
接着，将介电涂层18至少施加到第一导电图案16上。根据谐振标签10需要的整体尺寸，可以将涂层18与导电图案重叠，施加到承载薄膜12上。提供介电涂层的较佳方法是有选择地将介电材料印刷到指定区域。介电材料可以包括任何数量的市场上可买到的传统聚合物材料，诸如丙烯酸类塑料、聚酯、聚氨酯和聚硅酮等。该涂层的较佳厚度范围为0.025至1.2mil。
第二导电图案包括导体板20和螺旋天线图案21，该第二导电图案施加在介电涂层上。导电图案16和20与螺旋天线图案21一起形成一个电感调谐的电容电路，以所需的频率谐振。按照对第一导体16描述的类似过程，在介电涂层18上形成导体20和螺旋图案21。第一和第二导体通过介电涂层18作电感耦合。
依照本发明的另一实施例，如图1和图3所示，电介质18带有一缝隙或通孔19，它在导体16和20之间提供了直接的电气接触。
现在参照图4，该图示出了作为另一实施例的谐振标签30。谐振标签30包括承载薄膜12和分离涂层14，上面施加了两块导电板16a和16b，或者单个连续导体。然后，将介电涂层18至少施加在导体板16a和16b上，并且在介电涂层18的另一侧，施加一导电图案，该导电图案包括导电板20a和20b以及螺旋天线图案21，用以产生一电感电容电路。此结构是用来产生合适的电容从而传递所需谐振频率的另一种方法。
现在回过来参照图1-3，将粘合层22施加到至少第二导电天线图案上。粘合层是一种传统的压敏或热激励粘合层，较佳厚度为0.1至1.0mil。用该粘合层将谐振标签10与将要固定该标签的特定衬底(未图示)结合。还可以单独地或者与粘合层22相结合的方式施加一介电涂层，事实上，这也起到了电介质的作用。
本领域的熟练技术人员应该理解，可以用下述方法构造上述谐振标签的另一种形式，即首先从介电涂层而不是承载薄膜12开始，事实上，该承载薄膜也起电介质的作用。不同的是，将承载薄膜施加到粘合层22的顶部，从而提供这样一种结构，即产生向粘性标签下侧转移，允许粘合层22靠近标签坯料上的粘合剂。另外，还可以将天线电路构造在标签坯料本身上。
可以对上述谐振标签10进行玻璃的等离子沉积，从而用一玻璃层将导电图案和介电涂层包封起来，从而提高介电强度和/或标签的总的耐环境性。在这些情况下，可以将玻璃涂层施加到分离涂层的顶部，以便在施加粘合层22之前，玻璃涂层存在于第一导电图案以下和第二导电图案的顶部。玻璃涂层的范围可以是60至5000。
在操作过程中，用粘合系统22将谐振标签10施加到一特定的衬底上。然后，从如此施加的标签结构上去除承载薄膜12和分离涂层14。粘合系统22具有的剥离强度最好大于从标签结构上分离承载薄膜所需的剥离强度。因此，当用在衬底上时，谐振标签10不包括作为标签结构的一部分的薄膜。而如上所述，它是导电薄层和介电涂层的组合。承载薄膜在标签结构中起到的唯一作用是，在向特定衬底施加标签之前，为标签的组成部分提供初始的支承。
所用谐振标签的总厚度是传统的谐振标签之厚度的几分之一。本发明的厚度宜在0.05mil至2.5mil之间，并且最好在大约0.05mil(5.0×10-4英寸)至1.2mil(1.2×10-3英寸)之间，不包括粘合层，这一厚度使得标签很容易施加到各种类型的衬底上。因此，该标签还更容易隐藏在其它图形类型的标签的后面。另外，本发明的谐振标签具有薄且易碎的特性，当从固定标签的衬底上取下标签时，会留下损坏的迹象。使用上述薄层结构的一个好处是，每一层都可以彼此精确地对准，并且定位到薄膜上的特定位置，从而为标签结构中后继或先前的层提供所需的间隔。
本发明的另一个实施例是将承载薄膜12用作谐振标签10之结构的一个永久部分。为了实现该结构，用一粘合涂层或其它表面处理或准备来代替表面14或可选的分离涂层。在该结构中，可以将承载薄膜12的外表面用作标签表面，以接受标记，并且还起到伪装下面电路的作用。
图5示出了依照本发明另一实施例的谐振标签，其中第一天线图案46施加在承载薄膜42的表面44上。最好，承载薄膜单独包括一介电涂层，或者使介电涂层与承载薄膜相结合。将包括带有通孔49的第一介电涂层48和导电板50施加到第一天线图案46上，以形成按第一预定频率调谐的第一调谐天线电路52。然后，将带有通孔55的第二介电涂层54和第二天线图案56所组成的相邻层施加到导电板50上，以形成按第二预定频率调谐的第二调谐天线电路58上。将最后的粘合涂层59施加到如此构造的标签上。
因此，图5的谐振标签是相对两个不同频率进行工作的。作为该实施例的另一方面，可以将附加的交替层施加到标签结构上，其中所述附加交替层包括多个导电板、多个天线图案以及位于两者之间的多个介电涂层，这样可以使谐振标签相对多个频率进行工作。应该理解，通过改变导电图案或介电层中任何一个的大小和/或厚度，都可以改变调谐频率。
参照图6，该图示出了谐振标签60的另一实施例。标签60按平面方式构造，例如在图中排成一行，标签60包括相邻布置的调谐天线电路62a、62b至62n。这些天线电路中的每一个都可以根据图1、2或3中揭示的标签结构制作。与图5所示的叠层结构的标签40相比，平面结构的标签60为能够响应多个频率的谐振标签提供了更低成本的生产过程。另一种方法是，相邻结构或叠层结构用单个频率来激励，并且发射多个可能不同的频率。
谐振标签40和60都可以应用在识别和监视系统中。例如，可以用十个以不同频率调谐的天线构造一谐振标签，以便暴露在一个多频率发生源下。在理想情况下，十个频率分别对应于十个天线中的每一个。在操作中，在构造期间或者应用之前，有选择地对预定的一些天线去激励，例如在构造期间，有选择地去金属化，或者在应用之前破坏频率场，或者进行机械干扰等。
对于具有十个天线电路的谐振标签，当排除所有电路都被去激励从而不作任何响应的组合时，存在1023个离散的调谐天线响应的组合。因此，对于N个天线电路，存储2N-1个离散的工作响应。例如，这种类型的标签结构的操作适用于使带标签的物体随机取向的分类过程。与条形码(UPC)不同，本发明的谐振标签可以提供与取向无关的频率响应。
现在参照图7，该图示出了依照本发明另一实施例的薄的且可转移的谐振标签70。谐振标签70包括承载薄膜71，形成图案的分离涂层72施加在承载薄膜71的一个表面上。然后，将第一导电层73施加到薄膜71和分离涂层图案72的整个表面上。例如，如上所述，可以用在此以前的任何传统的涂覆技术形成导电层73。然后，将一介电涂层74施加到导电层73上，使得缝隙或通孔75对准导电层73的预定部分。将第二导电层76施加到整个介电涂层上，包括与通孔75对准的区域。因此，通孔为第一和第二导电层提供了接触，从而形成了谐振电路的线路接法。最后，施加粘合层77，以覆盖在第二导电层76上。
还可以用对准的方式施加粘合层，以便只覆盖标签70中构造在形成图案的分离涂层72顶部的那些部分。在任何一种结构中，通过将粘合层77粘附在所需的接受面上，然后去除承载薄膜，便形成了谐振标签70的电路。覆盖形成图案的分离涂层的那些区域只是转移到接受面的区域，因为在本较佳实施例中，粘合剂的剥离强度大于从分离涂层上分离承载薄膜所需的剥离强度，但小于从导电层73上分离承载薄膜所需的剥离强度。因此，由于不覆盖分离涂层的那些标签部分没有与承载薄膜71脱开，所以要从接受面上剥掉那些标签部分。
因此，谐振标签70是一种易碎结构，并且至少包括两个导电层，在去除承载薄膜时，会破坏这两个导电层，并且形成一个电路。标签可以从承载薄膜转移到一接受面上，或者与承载薄膜不可分离，对谐振标签电路不产生附带的破坏。
图8和图9分别示出了依照本发明另一些实施例的谐振标签80和90。谐振标签80包括承载薄膜81，承载薄膜81上至少具有一个脱开表面82，其上施加了带有图案的导电层83。导电层83可以是连续施加的，然后有选择地去金属化，留下缝隙84，从而提供谐振电路结构。应该理解，形成图案的导电层83还可以通过对可脱开表面82进行带图案金属化涂膜，或者通过诸如蚀刻金属箔等其它传统的金属化图案形成技术来提供。然后，用对准的方式施加介电涂层85，以便仅覆盖带有图案的导电层83。还对准介电涂层85，以包括孔86，允许形成电路。
然后，将第二连续导电层87施加到结构上，覆盖所有表面，包括通过孔86与第一导电层83的连接。最后，用对准的方式，将带有图案的粘合层88施加到将转移到所需的接受面上的那些区域。只有在粘合层图案下面的那些区域才会转移到接受面上，从而当去除承载薄膜时，形成谐振标签的电路。
图9示出了一类似的结构。谐振标签90具有承载薄膜91，其上有一脱开表面92，首先在脱开表面92上施加第一导电图案93。将带有图案的介电涂层94施加到带定位孔95的导电图案93上。然后，施加第二定位导电图案96，覆盖介电涂层。通过定位孔95在第一和第二导电图案之间进行连接。最后，施加连续的粘合层97，覆盖标签结构的整个表面。
图10示出了本发明另一实施例的谐振标签100。谐振标签100包括承载薄膜101，承载薄膜上具有一脱开表面102，其上施加了一连续的粘合层103。粘合层最好是压敏类型的。用传统的对准技术或者对连续涂层去金属化，将第一导电图案104施加到粘合层上。施加介电层105，覆盖粘合层和导电图案102。介电层105包括定位孔106，用于提供与后继导电层的电气连接。然后，将连续的第二导电层107施加到该结构上，其一部分通过介电层中的定位孔106与导电图案104接触。能施加可选的第二粘合层108以覆盖整个标签结构。
谐振标签100特别适用于接受面包括其自身粘合涂层的场合，例如预先涂覆的压敏标签的背面。在该结构中，衬底标签背面上的粘合剂起结合力的作用，以便从承载薄膜101上去除谐振标签100的电路结构。谐振标签的转移将允许粘合层103面向与衬底标签上粘合剂的相同方向。因此，该结构为标签背面提供了更加完全的粘合覆盖，并用于将衬底标签和谐振标签两者接着施加到第二接受面上。
在谐振标签100的结构中使用可选的第二粘合层108，这适于施加至不包括粘合层的接受面，在转移了标签100之后，暴露粘合层103，以便将来与任何需要的二次接受面结合。另外，根据应用环境的严酷性，可能需要进一步增加介电层，以覆盖第二导电层107，或者使其位于粘合层102和其余的电路结构之间，从而增加结构的完整性，和/或保护不受恶劣环境(热、冲击、潮湿、化学等)的影响。
图11示出了依照本发明另一实施例的谐振标签110。谐振标签110包括承载薄膜111，在承载薄膜111一个表面上施加了一连续的分离涂层112。通过有选择地金属化或者施加导电油墨，将连续的第一导电层113施加到分离涂层112上。将带定位孔115的介电层114施加到导电层113上。然后，将连续的第二导电层116施加到介电层上，并且第二导电层116通过定位孔115与第一导电层113接触。然后，将一选出的粘合层图案117施加到第二导电层上。在施加谐振标签110期间，分离涂层112将以粘合剂确定的图案中与承载薄膜111脱开。因此，只将粘合剂下面的那些层转移到所需的接受面上。
尽管上面将本发明描述成一个形成谐振标签的多层结构，但是本领域的熟练技术人员应该理解，可以用同样的构造技术形成单层的谐振标签，或者是不同于电感电容谐振电路的单层电路或多层电路。例如，结构可以包括单个导电层，除了谐振标签系统的那些特性外，此单个导电层还构成了应用中使用的电阻或电容特性。这里描述的制造技术提供了几乎可以在任何电路结构中使用的、薄的且可转移的电路系统。
图12A-12D示出了薄膜可转移组合件120的实施例。如图12A所示，组合件120包括承载薄膜121，承载薄膜上有脱开涂层122。如图12B所示，将形成所需电路的导电图案123施加到脱开涂层122上。按对准的方式施加介电层126，以便提供孔127，它们用于露出导电图案中用作电路接触点的部分。如图12B-12D所示，外露一侧的开口125也可用作电路接触点。然后，如图12A和图12C所示，按对准图案将粘合剂128施加到电介质126的露出表面上，以回避孔127(如果有的话)。另一种方法是，在结构上，用粘合层代替介电层126。
如图12C所示，薄膜可转移组合件120包括电气元件123，并且可以通过粘合剂128将薄膜可转移组合件120施加到包括接收电路132的接受衬底130上。如标号134所示，将组合件120放置成留有一小的空隙。然后，如图所示，将承载薄膜121和脱开涂层122与所施加的导体-电介质-粘合剂结构分离。然后，通过将导电油墨沉积到空隙134中，使导电图案123与电路132电气连接，从而使导电图案123与接收电路132直接连接。在其它实施例中，可以将图案123与电路132电感耦合。
相应地，电路组合件120是易碎结构，并且包括一个导电层，该导电层限定了一个电气元件。标签可以从承载薄膜转移到接受面上，或者不能与承载薄膜分离，对电气元件不产生附带的破坏。
这种电路系统的一个优点是，在总体电路设计中，可以将单个导电层或单个导电图案对准一特定的位置。如本文所描述的，通过层的堆叠可以用多个层设计更复杂的系统，其中每一层都包含选择性的电容、电阻或其它电路元件。
另外，直到将薄膜可转移电气元件转移到接受结构上，才算完成了最终需要的电路。例如，被转移的电气元件可以是电感器线圈。本发明可以用来制造各种对电气敏感的(和/或对电磁敏感的)器件和元件。例如，可以按所需的电气元件图案将一分离涂层预先印刷到一连续卷材或承载物上。
如图13A所示，本发明另一实施例的薄膜可转移组合件138提供了形成图案的分离涂层140，该分离涂层沉积在承载薄膜142上。将由真空沉积铝组成的一连续的不形成图案的导电层144施加到承载薄膜142中涂有图案的一侧，其中沉积厚度在大约1，000-300，000之间，较佳薄膜在大约10，000至30，000之间。与分离涂层140对准，将介电层146施加到导电层144的顶部。与分离涂层140以及电介质146对准，施加形成图案的粘合剂148，由此完成了所需的可转移系统。在其它实施例中，介电材料本身可以具有足够的粘合性质，使得电介质可以单独起到电介质和粘合剂的双重作用。在任何情况下，介电涂层146与导电层144粘合的结合强度必须大于分离涂层140与承载薄膜142粘合的结合强度。还可以将一可脱开的表面提供在承载薄膜142与分离涂层140相对的一侧，以允许薄膜可转移组合件可以自卷，即承载薄膜142的下方(如图13A所示)不会粘住粘合层148。
如图13B所示，通过粘合剂148将薄膜可转移组合件138施加到包括接收电路152的接受衬底150上。当去除承载薄膜142时，组合件138中与分离涂层图案140对准的部分都留在接受衬底上，包括分离涂层图案140本身。施加到衬底上时，连续的金属导体144分裂开，形成薄膜可转移组合件中形成图案的电气元件。然后，如上所述，使形成图案的电气元件与接收电路直接连接或电感连接。例如，如图13B所示，可以将一滴导电油墨沉积在由接收电路和被转移组合件限定的开口154中。
在其它实施例中，除了在可转移组合件上提供粘合剂，或者代替提供粘合剂之外，还可以将粘合剂施加在接受衬底上。例如，如果用粘合剂148(或者具有粘合性质的电介质)直接与承受导电层结合，那么可以用这种薄膜可转移组合件中的电气元件来实现EAS标签中的电容器。
图14A和14B示出了本发明另一实施例的薄膜可转移组合件，该组合件与图13所示的类似(并且用类似的标号表示相同的部件)，不同之处在于导体144′的沉积图案与分离涂层140的图案相匹配，并且介电层146′沉积为一连续层。如图14B所示，当施加到接受衬底150上然后去除承载薄膜142时，介电层146′分裂开。
在另一些实施例中，可以用具有不同分离涂层图案设计的其它薄膜可转移组合件将电感器或可熔链接等转换到承受结构上。在图13A和图13B所示的实施例中，形成图案的导电层144被分离涂层140所覆盖。在其它实施例中，可以要求在转移后将薄膜可转移组合件的电气元件露出来。
如图15A所示，本发明另一实施例的薄膜可转移组合件158包括一连续的导电层160，该导电层160施加到承载薄膜162上。例如，承载薄膜162可以是聚乙烯，其固有表面能量较低，因此本性上可脱开。在其它实施例中，在沉积导电材料160之前，可以先将聚硅酮的脱开涂层施加到承载薄膜162上，致使脱开涂层介于承载薄膜162和导电材料160之间。然后，将形成图案的粘合剂施加到导电材料160露出的表面上。粘合剂应该具有要转移的所需电气元件的图案。
如图15B所示，当把组合件158施加到接受衬底166上并且去除承载薄膜162时，导电组合件分裂，形成所需的图案。导电材料160与承载薄膜162之间的粘合强度必须小于导电材料160与承载薄膜162之间的粘合强度。然后，如上所述，用一种导电油墨使组合件158的带图案导电元件160与接收电路168直接连接。在其它实施例中，可以在施加形成图案的粘合剂164之前，按与粘合剂164相同的图案，将形成图案的介电材料沉积到导电材料160上。在另一些实施例中，在将组合件158转移到衬底166上之前，可以将粘合剂沉积到接受衬底166上。
图15C示出了本发明另一实施例的薄膜组合件170，其中将由聚硅酮构成的脱开涂层172沉积在1.5mil厚的聚酯薄膜174上。然后将由铝构成的导电元件176作为一连续层真空沉积在脱开涂层172上。然后，按所需电路的形状(例如，薄膜开关)，将形成图案的粘合层178施加到导电层上。然后，如上所述，将该组合件转移到一接受衬底上。
在另一些实施例中，施加一薄的溅射沉积涂层，涂层材料例如为铟/锡氧化物或In/SnO，涂层厚度为60-4，000，并且最好为100-1，000，然后施加一层厚的由铝构成的导电层。这会在较低的总成本下，产生一种具有较高电导率的材料，该材料具有较高的表面耐磨性。这还降低了腐蚀的可能性，因为可以将中间层沉积在互相腐蚀的材料之间。类似地，可以使用其它金属组合来优化电导率、耐腐蚀性和成本。
在另一些实施例中，可以用导电油墨(例如，含有铝、银或碳的油墨)来代替金属转移。这种组合件适于作为电池测试器进行现场应用。在该情况下，当电路与电池相连时，必需有改变温度的电路电阻的受控值。然后，热色油墨改变颜色，表示电池中可使用的容量。当使用导电油墨时，必须注意材料成本、油墨混合物的均匀性、金属颗粒的大小、印刷的均匀性，以及例如在干燥和/或固化过程中包含的制造费用。
可以将本发明薄的可转移组合件中的导电元件制成具有一较窄的范围的电阻，并且这种导电元件的施加相对较容易。由于很容易改变长度和宽度，所以容易将与导电元件附着的电路调谐到所需的电平。依照本发明导电元件的转移便于制造智能卡或施加在各种物品上的智能标签，并且接收导体可以包括一集成电路芯片。
如图16所示，在本发明的另一实施例中，连续地将厚度大约为300-300，000的铝导体160真空沉积到具有较低固有表面能量的承载薄膜162上。然后，也连续地将加热起作用的粘合涂层164施加到导体160上。然后在两个轧辊168和170之间输送此薄膜组合件166。轧辊168包括加热模具172，其图案与所需带图案电气元件的相同。每个模具172可以是完整元件的图案，或者表示所需元件图案的一部分。在转移过程中，当模具172的凸起区接触组合件时，粘合剂熔化，并且由轧辊间的挤压所提供的压力使组合件与接受衬底174结合在一起。衬底174与粘合剂164的粘合强度大于导电层160的剪切强度，因此实现了转移。在导电材料160上存在粘合剂164为极薄的导电层160增加了结构强度，填满了导电层160中的任何缺陷，从而便于处理组合件166。在另一实施例中，转移可以通过将粘合剂加在接受衬底上来实现。在该情况下，不需要模具172也能实现结合。
如图17所示，本发明的薄膜可转移组合件另一应用是将形成图案的粘合剂和导体组合件180施加到接收电路182上。为清楚起见，如部件分解图所示，接收电路182包括第一导体184和导体184上的介电材料186。根据上述任何一个实施例的转移方式，将组合件180转移到接受衬底上。
介电材料186覆盖了导体184中的电容器板部分，并且向电感器线圈188的相对端延伸。组合件180包括形成图案的粘合剂190以及相匹配的形成图案的导体192。如图17所示，组合件180延伸到电感器线圈的端部188。由A表示的重叠区在组合件180和接受衬底之间提供了电感耦合。在A处的重叠量是EAS标签电路所需电阻、所需电容、所需厚度和所需介电常数的函数。注意，粘合剂190足够柔软，它将接触位于线圈端部188之区域中的介电材料186以及下面的电感器线圈184。在其它实施例中，可以省略电容器186，并且EAS标签电路的电容可以仅依赖于粘合剂190的介电性质。在任何一种情况下，可以在两个导体184和192之间建立电感耦合。
本发明中包含印刷粘合剂的实施例的一个优点是，按所需的形成图案电气元件的图案印刷粘合剂，然后转移形成图案的电气元件，从而使得制造电路的费用低于传统的铜蚀刻技术(该技术一般会产生相对较厚的衬底)，或者传统的用导电油墨形成较大的导电区(这相对较贵)。
例如，本发明还适用于制造微动(或薄膜)开关，例如触摸屏。如图18所示，这些开关一般包括两个衬底196和198，每个衬底都有一个形成图案的导电表面200和202，它们位于衬底196和198彼此相对的一侧，并且如图所示，在衬底导电表面之间还有一间隔膜204。凸起的导电油墨部分206位于形成图案的导体200和202上，它们与间隔膜204中的开孔206对准，以提高耐磨性。凸起部分是由导电油墨形成的，当衬底196和198通过开关动作而合在一起时，凸起部分彼此接触。在某些实施例中，可以一种压敏粘合剂在间隔膜204两侧涂覆，以便将三层粘结在一起。当粘结时，油墨部分206并不完全接触，它需要一略微的按压，用以在两个导电部分200和202之间形成桥接。
传统的薄膜开关一般用铜蚀刻电路图案形成导体部分200和202，或者用大量的导电油墨形成这些导体部分。依照本发明，衬底196以及导电图案200和202可以由一薄膜可转移组合件来形成。
在另一些实施例中，可以施加介电层和附加导电层，允许选定的平面间接触，以产生叠层的或三维的电路设计。
应用本发明的薄膜可转移组合件还包括将金属天线沉积在物品上，以便与其它元件共同作用，形成射频标签。例如，可以将这种标签装在车窗上，以提供快速识别(例如，用在收税亭)。
已通过以上描述说明了本发明，但这些描述不同限制性的。由于本领域的熟练技术人员可以对包含本发明精神和实质的所述实施例进行变化，所以本发明的范围应该仅受后附权利要求书及其等效物的限制。
权利要求
1．一种薄膜可转移的组合件，其特征在于，包括承载薄膜；第一导电材料，它作为沉积物形成于所述承载薄膜上，整体地与所述组合件的第一部分相关，并且分开地与所述组合件的第二部分相关；和粘合装置，它与所述第一导电材料共同行动，将所述组合件施加到一接受面上，所述承载薄膜可以与所述导电材料的所述第二部分分离，而所述导电材料的所述第一部分与所述承载薄膜留在一起，所述导电材料的所述第二部分限定了一个可转移的电气元件。
2．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述组合件还包括一种介电材料。
3．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述粘合装置还包括一粘合涂层，所述粘合涂层施加在所述导电材料露出的表面上。
4．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述粘合装置还包括一形成图案的粘合剂，所述粘合剂施加在所述导电材料露出的表面上，并且所述图案是所需电路的形式。
5．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述导电材料作为一连续层被沉积，并且所述导电材料的所述第二部分形成所需的电气元件。
6．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件包括一电感器。
7．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件包括一电容器板。
8．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件适合与所述接受面上的接收电路电气耦合。
9．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件适合与所述接受面上的接收电路电感耦合。
10．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述组合件的所述导电元件具有在大约10和50，000 之间的厚度。
11．如权利要求1所述的组合件，其特征在于，所述导电元件不能与所述承载薄膜分离，不会对所述导电元件产生附带的破坏。
12．一种薄膜可转移的组合件，其特征在于，包括易碎的导电材料；一承载衬底；和粘合装置，其中所述粘合装置用于将所述组合件粘贴到一接受衬底上，致使当把所述组合件施加到接受衬底上时，可以将所述承载薄膜与所述导电材料的至少一部分分离，从而将所述导电材料中被分离的所述部分转移到接受衬底上。
13．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述组合件还包括一种介电材料。
14．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述粘合装置还包括一粘合涂层，所述粘合涂层施加在所述导电材料露出的表面上。
15．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述粘合装置还包括一形成图案的粘合剂，所述粘合剂施加在所述导电材料露出的表面上，并且所述图案是所需电路的形式。
16．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述导电材料作为一连续层被沉积，并且所述导电材料的所述剩余部分形成所需的电气元件。
17．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件包括一电感器。
18．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件包括一电容器板。
19．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件适合与所述接受衬底上的接收电路电气耦合。
20．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述被转移的电气元件适合与所述接受衬底上的接收电路电感耦合。
21．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述组合件的所述导电元件具有在大约10 和50，000 之间的厚度。
22．如权利要求12所述的组合件，其特征在于，所述导电元件不能与所述承载薄膜分离，不会对所述导电元件产生附带的破坏。
23．一种在衬底上以所需图案形成导电材料的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将一种导电材料沉积到一承载薄膜上；用一粘合剂将所述承载薄膜施加到所述衬底上，致使所述导电材料中至少有一部分与所述衬底粘合；以及从所述衬底上去除所述承载薄膜，致使所述导电材料的所述部分以所述需要的导电材料图案的形式属于所述衬底。
全文摘要
本发明提供了一种薄膜可转移组合件,它包括承载薄膜、第一导电材料和粘合剂。第一导电材料作为沉积物形成于承载薄膜上,并且整体地与所述组合件的第一部分相关,并且分开地与所述组合件的第二部分相关。粘合剂涂在第一导电材料上,用于将组合件施加到一接受面上。承载薄膜可以与导电材料的第二部分分离,而导电材料的第一部分与承载薄膜留在一起。导电材料的第二部分限定了一个可转移的电气元件。
文档编号H05K3/38GK1296728SQ9980488
公开日2001年5月23日 申请日期1999年1月29日 优先权日1998年2月6日
发明者N·麦克多诺, D·P·泽加尔, M·E·保罗, T·J·科默福德, J·R·彭纳斯 申请人:弗莱康股份有限公司