CN104078756A - 非接触通信天线、通信装置和制造非接触通信天线的方法 - Google Patents

非接触通信天线、通信装置和制造非接触通信天线的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种非接触通信天线、一种通信装置和一种制造非接触通信天线的方法。本发明提供了一种非接触通信天线，包括形成在基底材料的一个表面上的第一天线图案和形成在基底材料的所述一个表面的后表面上的第二天线图案。第一天线图案包括第一线圈部分和第一电极部分。第二天线图案包括第二线圈部分和第二电极部分。第一电极部分和第二电极部分的电容根据第一线圈部分和第二线圈部分的形成情形来补偿电容变化。

Description

非接触通信天线、通信装置和制造非接触通信天线的方法
技术领域
本公开涉及一种非接触通信天线、一种通信装置及一种用于制造非接触通信天线的方法。
背景技术
传输来自读/写器的信号和将信号传输至读/写器的便携式终端具有射频识别(RFID)天线。总体而言，RFID天线通过如下方法制成：通过防染印花(resist printing)将等效电路图案（比如线圈和电容器）印刷在原胶片的两个表面上，通过将导体（比如铝箔和铜箔）层压在柔性基底材料(比如塑料薄膜)的两个表面上而获得所述原胶片；以及使用蚀刻液（比如氧化铁）来移除(蚀刻)未印刷有抗蚀图案的区域。
关于防染印花，从成本角度出发，通常利用使用凹版印刷机的卷对卷方法(roll-to-roll method)，与丝网印刷方法相比，该方法可执行连续印刷(例如，参见JP2010-258381A)。
发明内容
当天线图案形成在用于天线的原胶片的两个表面上时，如果正常地执行印刷，则在前表面和后表面之间没有印刷偏差。然而，如果未正常地执行印刷，则在前表面和后表面之间产生印刷偏差。当形成线圈的天线图案形成在用于天线的原胶片的两个表面上时，根据形成时的精度，天线的两个表面之间的导体部分的重叠会发生变化。因此，天线的电容变得不稳定，天线的谐振频率的变化增加。
因此，本公开提供了一种新颖的和改进的非接触通信天线、通信装置和用于制造非接触通信天线的方法，在形成线圈的天线图案设置在两个表面上的情况下，可抑制在制造过程期间发生的谐振频率的变化。
根据本公开的实施例，提供了一种非接触通信天线，所述非接触通信天线包括形成在基底材料的一个表面上的第一天线图案和形成在所述基底材料的所述一个表面的后表面上的第二天线图案。第一天线图案包括第一线圈部分和第一电极部分。第二天线图案包括第二线圈部分和第二电极部分。第一电极部分的电容和第二电极部分的电容根据第一线圈部分和第二线圈部分的形成情形来补偿电容变化。
根据本公开的实施例，提供了一种用于制造非接触通信天线的方法，该方法包括在基底材料的一个表面上形成具有第一线圈部分和第一电极部分的第一天线图案；以及在基底材料的所述一个表面的后表面上形成具有第二线圈部分和第二电极部分的第二天线图案。根据在第一天线图案形成步骤中和在第二天线图案形成步骤中的第一线圈部分和第二线圈部分的形成情形，在第一天线图案形成步骤中所形成的第一电极部分和在第二天线图案形成步骤中所形成的第二电极部分补偿电容的变化。
如上所述，根据本公开，提供了一种新的且改进的非接触通信天线、通信装置和用于制造非接触通信天线的方法，在形成线圈的天线图案设置在两个表面上的情况下，可抑制在制造过程期间发生的谐振频率的变化。
附图说明
图1是示出LCR平行谐振电路的说明图；
图2是示出通过现有方法形成的天线图案的说明图；
图3是示出沿图2的线A-A’的横截面的说明图；
图4是示出根据本公开的实施例的RFID天线的天线图案的说明图；
图5是示出图4所示RFID天线100的横截面的示例的说明图；
图6是示出图4所示RFID天线100的横截面的示例的说明图；
图7是示出根据本公开的实施例的RFID天线的变型例的说明图；
图8是示出制造根据本公开的实施例的RFID天线的方法的流程图；以及
图9是示出通过比较所得的谐振频率和电容变化的说明图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。注意的是，在说明书和附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件由相同参考标号表示，并省略对这些结构元件的重复说明。
注意的是，描述会以如下顺序给出。
<1、现有RFID天线>
<2、本公开的实施例>
[RFID天线的构造示例]
[制造RFID天线的方法的示例]
[谐振频率变化的示例]
<3、结论>
<1、现有RFID天线>
在详细描述本公开的优选实施例之前，首先描述通常现有RFID天线的构造。
在RFID中，ISO/IEC18092(NFC IP-1)中使用的天线的等效电路(载波频率为13.56Mhz)仿造为LCR并联谐振电路。图1是示出LCR并联谐振电路的说明图，该LCR并联谐振电路是ISO/IEC18092(NFC IP-1)中使用的天线的等效电路(载波频率为13.56Mhz)。
在图1中，示出具有电感L的线圈、具有电阻R的电阻器和具有电容C的电容器。图1还示出线圈与电阻器串联连接、且线圈和电阻器与电容器并联连接的情形。
为了实现图1的这种等效电路，关于通用RFID天线，感应线圈和电容部件的电容器的等效电路图案形成在塑料薄膜的原胶片上，比如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸(PEN)和聚酰亚胺(PI)，导电箔(Al,Cu)层压在所述原胶片的两个表面上。通过将抗蚀材料印刷在导体的表面上并通过蚀刻导体来形成所述等效电路。
图2是示出通过现有方法形成的RFID天线的天线图案的说明图，图3是示出沿图2的线A-A’的横截面的说明图。
图2所示参考标号11是形成在薄膜基底材料10的一个表面上的线圈部分。参考标号12是形成在薄膜基底材料10的所述一个表面(形成有线圈部分11)的相对表面上的线圈部分。参考标号13和14是可产生预定电容的电极部分。
如上所述，通过匹配前侧导体的位置与后侧导体的位置来产生天线的电容，所述天线通过将抗蚀材料印刷在导体表面上且通过蚀刻导体而形成。
在通过使用卷对卷方法将抗蚀材料印刷在导体表面上而使线圈部分11和12分别形成在薄膜基底材料10的前表面和后表面上的情况下，由于在将天线图案印刷在原胶片的前表面和后表面上时的精度，整个RFID天线的电容会变化。
在现有技术中，在形成天线图案时，薄膜基底材料10的前表面和后表面之间与制造时所期望的位置相比的最大误差为约±0.5mm。换言之，当形成天线图案时，线圈部分11与线圈部分12的偏差高达±0.5mm。在此，当使用卷对卷方法形成天线图案时原胶片移动的方向(流动方向)定义为正方向。
如图2所示，关于具有小直径(例如，小于或等于1cm)的RFID天线，由于对图案布局和蚀刻量的限制，天线的每个线宽和间隔为约0.3mm。因此，天线图案的前表面和后表面之间±0.5mm的最大差别对应于约一个线圈的偏差，单个天线的谐振频率明显地改变。
由于线圈部分11和12的电容或电极部分13和14的电容根据在前表面和后表面上形成天线图案时的偏差而产生或消失，所以单个天线的谐振频率改变。通过该谐振频率的改变，由RFID(安装有天线)中的IC芯片接收的电能改变。因此，与读/写器通信的通信范围变得不稳定。
在本公开的下列实施例中，描述了一种RFID天线及其制造方法，该RFID天线能够通过抑制电容的变化而抑制谐振频率的变化，即使在前表面和后表面上形成天线图案时发生偏差也如此。
<2、本公开的实施例>
[RFID天线的构造示例]
图4是示出根据本公开的实施例的RFID天线的构造示例的说明图。在下文中，将参考图4描述根据本公开的实施例的RFID天线的构造示例。
图4所示RFID天线100的构造示例是示出从一个表面观察时的RFID天线100的图。如图4所示，根据本公开的实施例的RFID天线100包括天线图案110和120。天线图案110包括线圈部分111和电极部分112，天线图案120包括线圈部分121和电极部分122。包括线圈部分111和电极部分112的天线图案110可通过防染印花形成在薄膜基底材料101的一个表面上。包括线圈部分121和电极部分122的天线图案120可通过防染印花形成在薄膜基底材料101的所述表面(形成有天线图案110)的相对表面上。
线圈部分111和121对应于在图1所示等效电路中具有电感L的线圈。由线圈部分111和线圈部分121产生的电容以及由电极部分112和电极部分122产生的电容之和对应于在图1所示等效电路中的电容C。在图4所示示例中，形成线圈部分111和线圈部分121以使线圈的位置在薄膜基底材料101的两个表面上彼此匹配。
RFID天线100可通过使用凹版印刷机等的卷对卷方法制造。即，例如，将导电糊压入形成在凹版滚筒表面上的凹印制板中的细线图案的槽中，并将导电糊传输在薄膜基底101的两个表面上，使得天线图案形成在薄膜基底材料101的两个表面上。随后，通过使用蚀刻液(比如氧化铁)移除(蚀刻)未印刷有抗蚀图案的区域，以便制造RFID天线100。
如上所述，当通过使用卷对卷方法使天线图案形成在薄膜基底材料101的前表面和后表面上时，根据将天线图案印刷在薄膜基底材料101的前表面和后表面上时的精度，天线图案可能不会形成在制造时所期望的位置上。如果天线图案未形成于制造时所期望的位置，则整个RFID天线的电容会发生变化，如上所述。
电极部分112和电极部分122的作用是抑制整个RFID天线的电容变化，即使天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置也如此。
当形成天线图案110和120时，在线圈部分111和线圈部分121的线圈位置在薄膜基底材料101的两个表面上未彼此匹配的情况下，对由于位置偏差产生的电容，电极部分112和电极部分122的作用是补偿线圈部分111和121由于位置偏差而损失的电容。
图5是示出图4所示RFID天线100的横截面的示例的说明图。图5示出在天线图案110和120形成于制造时所期望的位置时的RFID天线的横截面的示例。
如图5所示，当天线图案110和120形成于制造时所期望的位置时，线圈部分111和121的线圈部分在薄膜基底材料101的两个表面上彼此匹配。另一方面，当天线图案110和120形成于制造时所期望的位置时，电极部分112和122的位置在薄膜基底材料101的两个表面上不彼此匹配。
如上所述，当天线图案110和120形成于制造时所期望的位置时，线圈部分111和121产生电容，而电极部分112和122不产生电容。在设计天线图案时，根据天线图案110和120可形成于制造时所期望的位置的假设来设计具有恰当谐振频率的天线图案。
然而，在天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置的情况下，与天线图案110和120形成于制造时所期望的位置的情况相比，线圈部分111和121的电容减小。图6是示出图4所示RFID天线100的横截面的示例的说明图。图6示出在天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置时的RFID天线的横截面的示例。
如图6所示，当天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置时，线圈部分111和121的线圈位置在薄膜基底101的两个表面上不彼此匹配。确切地，在沿薄膜基底材料101在制造时的移动方向的方向上，线圈部分111和121的线圈位置不会彼此匹配。比较图5和图6，应理解的是，与天线图案110和120形成于制造时所期望的位置的情况相比，当天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置时，线圈部分111和121的电容减小。
因此，电极部分112和122对线圈部分111和121的电容减小进行补偿。如图6所示，当天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置时，电极部分112和122的位置在薄膜基底材料101的两个表面上彼此匹配。通过在薄膜基底材料101的两个表面上匹配电极部分112和122的位置，会产生电极部分112和120的电容。
如上所述，当天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置时，根据本公开的实施例的RFID天线100用电极部分112和122产生的电容来对线圈部分111和121的电容减小进行补偿。通过提供电极部分112和122，根据本公开的实施例的RFID天线100可根据形成天线图案110和120的情形来抑制整个RFID天线的电容变化。
在图4所示示例中，线圈部分111和121的线圈均具有大致圆形形状。然而，本公开不限于此。图7是示出RFID天线100’的构造示例的说明图，是根据本公开的实施例的RFID天线的变型例。如图7所示，线圈部分111’和121’的线圈均具有大致矩形形状。根据本公开的实施例的线圈部分的形状当然不限于上述示例。线圈部分可具有均除圆形形状和矩形形状之外的形状。
尽管在图4所示的示例中，电极部分112和122分别设置在线圈部分111和121的线圈的内侧，但是本公开不限于上述示例，电极部分112和122可分别设置在线圈部分111和112的线圈的外侧。然而，为了不扩大天线的区域，优选地，电极部分112和122分别设置在线圈部分111和121的内侧。
在图4所示的示例中，在天线图案110和120未形成于制造时所期望的位置的情况下，根据形成线圈部分111和121的情况而产生的电容减小可由电极部分112和122产生的电容补偿。然而，本公开不限于此。
例如，在根据本公开的实施例的RFID天线100中，当天线图案精确地形成时，产生电极部分112和122的电容。然而，在天线图案110和120的位置偏离，且未精确地形成于前表面和后表面的情况下，可形成电极部分112和122的电容减小的天线图案110和120。
在天线图案110和120的位置偏离，未精确地形成于前表面和后表面，且电极部分112和122的电容减小的情况下，产生线圈部分111和121的电容，整个RFID天线100的电容变化可以被补偿。
上面描述了根据本公开的实施例的RFID天线的构造示例。下面，将描述制造根据本公开的实施例的RFID天线的方法。
[制造RFID天线的方法的示例]
图8是示出制造根据本公开的实施例的RFID天线100的方法的流程图。在下文中，将参考图8描述制造根据本公开的实施例的RFID天线100的方法。
图8所示的流程图示出当PEF膜用作薄膜基底材料101且铝箔用作导电箔时制造RFID天线100的方法。薄膜基底材料和导电箔的材料当然不限于这些示例。此外，RFID天线100可通过如上所述的卷对卷方法来制造。
首先，将具有预定厚度的铝箔层压在具有预定厚度的PET膜的两个表面上(步骤S101)。随后，通过防染印花将天线图案110和120的形状印刷在PET膜的两个表面(层压有铝箔)上(步骤S102)。如上所述，天线图案110和120分别包括线圈部分111和121以及电极部分112和122，如图4所示。如上所述，电极部分112和122根据在PET膜移动方向上形成天线图案110和120的情形来补偿电容变化。
在步骤S102印刷天线图案110和120之后，蚀刻在步骤S101层压在PET膜上的铝(步骤S103)。最后，通过使用蚀刻液(比如氧化铁)移除未印刷有抗蚀图案的区域(步骤S104)。
通过图8所示制造方法来制造根据本公开的实施例的RFID天线100。可根据在步骤S102印刷天线图案110和120时的情形来抑制整个RFID天线电容变化。
参考图8，上面描述了用于制造根据本公开的实施例的RFID天线100的方法。下面，将描述与现有通常RFID天线相比，根据本公开实施例的RFID天线100的谐振频率的变化的示例。
[谐振频率变化的示例]
图9是比较并示出图2所示的现有通用RFID天线与图4所示的根据本公开实施例的RFID天线100的谐振频率和电容变化的说明图。
如图9所示，在现有通用RFID天线的情况下，基于在大规模生产期间关于加工能力的假设，由于形成偏差为±0.5mm，整个天线的电容在约6pF的范围内变化，整个天线的谐振频率在约2.65MHz的范围内变化。
另一方面，如图9所示，在根据本公开实施例的RFID天线100的情况下，基于在大规模生产期间关于加工能力的假设，由于形成偏差为±0.5mm，整个天线的电容在约1pF的范围内变化，整个天线的谐振频率在约500kHz的范围内变化。换言之，与现有通用RFID天线相比，根据本公开实施例的RFID天线100可将整个天线的电容变化抑制至约1/6，并可将整个天线的谐振频率变化抑制至1/5。
根据本公开实施例的RFID天线100可通过使用电极部分112和122来抑制整个天线的电容变化。因此，RFID天线100可设置为具有低成本和高产量的RFID天线。
上述根据本公开实施例的RFID天线100可通过与IC芯片连接而形成入口。通过将入口层压在薄膜或纸上，可制造RFID标签。因此，使用根据本公开实施例的RFID天线100的RFID标签可根据大规模生产期间的加工能力产生的形成偏差而抑制谐振频率变化。
此外，可提供一种包括根据本公开实施例的RFID天线100的通信装置。例如，如上所述，包括根据本公开实施例的RFID天线100的通信装置可以是包括RFID天线100的RFID标签和包括RFID天线100的IC卡。
<3、结论>
如上所述，本公开的实施例提供了RFID天线100，所述RFID天线100通过形成在薄膜基底材料101的两个表面上的电极部分112和122来补偿线圈部分111和121的电容变化，所述变化由在将天线图案110和120印刷在薄膜基底材料101上时的偏差产生。
根据本公开实施例的RFID天线100可通过在薄膜基底材料101的两个表面上形成电极部分112和122来抑制整个天线的电容变化。由于根据本公开实施例的RFID天线100可抑制整个天线的电容变化，所以还可以抑制谐振频率变化。因此，根据本公开实施例的RFID天线100可具有用于与读/写器通信的稳定通信范围，即使在形成天线图案时因大规模生产期间的加工能力而发生偏差时也如此。
本领域技术人员应理解的是，根据设计要求和其它因素，可以进行许多修改、组合、子组合和改变，只要它们落入所附权利要求书及其等同物的范围内即可。
另外，本技术还可如下构造。
(1)一种非接触通信天线，包括：
第一天线图案，形成在基底材料的一个表面上；以及
第二天线图案，形成在所述基底材料的所述一个表面的后表面上，
其中，所述第一天线图案包括第一线圈部分和第一电极部分，
所述第二天线图案包括第二线圈部分和第二电极部分，
所述第一电极部分和所述第二电极部分的电容根据所述第一线圈部分和所述第二线圈部分的形成情形来补偿电容变化。
(2)如(1)所述的非接触通信天线，
其中，由于所述第一线圈部分的位置和所述第二线圈部分的位置之间的不对应而损失的电容由所述第一电极部分和所述第二电极部分产生的电容补偿。
(3)如(1)所述的非接触通信天线，
其中，由所述第一电极部分和所述第二电极部分损失的电容由所述第一线圈部分的位置和所述第二线圈部分的位置之间的对应而产生的电容来补偿。
(4)如(1)至(3)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分和所述第二线圈部分均具有大致圆形形状。
(5)如(1)至(3)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分和所述第二线圈部分均具有大致矩形形状。
(6)如(1)至(5)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分分别形成在所述第一线圈部分的内侧和所述第二线圈部分的内侧。
(7)如(1)至(6)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分的直径大于所述第二线圈部分的直径。
(8)如(1)至(7)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述第一天线图案和所述第二天线图案通过防染印花而形成。
(9)如(1)至(8)任一项所述的非接触通信天线，
其中，所述非接触通信天线通过卷对卷方法来形成。
(10)如(9)所述的非接触通信天线，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分根据所述第一天线图案和所述第二天线图案在基底材料的流动方向上的形成情形来补偿电容变化。
(11)一种通信装置，包括：
如权利要求1所述的非接触通信天线。
(12)一种用于制造非接触通信天线的方法，所述方法包括：
在基底材料的一个表面上形成具有第一线圈部分和第二电极部分的第一天线图案；以及
在所述基底材料的所述一个表面的后表面上形成具有第二线圈部分和第二电极部分的第二天线图案，
其中，根据第一天线图案形成步骤和第二天线图案形成步骤中的所述第一线圈部分和所述第二线圈部分的形成情形，在第一天线图案形成步骤中形成的所述第一电极部分和在第二天线图案形成步骤中形成的所述第二电极部分补偿电容变化。
(13)如(12)所述的制造非接触通信天线的方法，
其中，所述非接触通信天线通过卷对卷方法来形成。
(14)如(13)所述的制造非接触通信天线的方法，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分根据所述第一天线图案和所述第二天线图案在基底材料的移动方向上的形成情形来补偿电容变化。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年3月29日提交的日本优先权专利申请JP2013-073978的权益，该申请的全部内容作为引用并入本文。

Claims (14)

1.一种非接触通信天线，包括：
第一天线图案，形成在基底材料的一个表面上；以及
第二天线图案，形成在所述基底材料的所述一个表面的后表面上，
其中，所述第一天线图案包括第一线圈部分和第一电极部分，
所述第二天线图案包括第二线圈部分和第二电极部分，
所述第一电极部分的电容和所述第二电极部分的电容根据所述第一线圈部分和所述第二线圈部分的形成情形来补偿电容变化。
2.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，由于所述第一线圈部分的位置和所述第二线圈部分的位置之间的不对应而损失的电容由所述第一电极部分和所述第二电极部分产生的电容补偿。
3.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，由所述第一电极部分和所述第二电极部分损失的电容由所述第一线圈部分的位置和所述第二线圈部分的位置之间的对应而产生的电容来进行补偿。
4.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分和所述第二线圈部分均具有大致圆形形状。
5.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分和所述第二线圈部分均具有大致矩形形状。
6.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分分别形成在所述第一线圈部分的内侧和所述第二线圈部分的内侧。
7.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述第一线圈部分的直径大于所述第二线圈部分的直径。
8.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述第一天线图案和所述第二天线图案通过防染印花而形成。
9.如权利要求1所述的非接触通信天线，
其中，所述非接触通信天线通过卷对卷方法来形成。
10.如权利要求9所述的非接触通信天线，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分根据所述第一天线图案和所述第二天线图案在基底材料的流动方向上的形成情形来补偿电容变化。
11.一种通信装置，包括：
如权利要求1所述的非接触通信天线。
12.一种用于制造非接触通信天线的方法，所述方法包括：
在基底材料的一个表面上形成具有第一线圈部分和第二电极部分的第一天线图案；以及
在所述基底材料的所述一个表面的后表面上形成具有第二线圈部分和第二电极部分的第二天线图案，
其中，根据第一天线图案形成步骤和第二天线图案形成步骤中的所述第一线圈部分和所述第二线圈部分的形成情形，在第一天线图案形成步骤中形成的所述第一电极部分和在第二天线图案形成步骤中形成的所述第二电极部分补偿电容变化。
13.如权利要求12所述的制造非接触通信天线的方法，
其中，所述非接触通信天线通过卷对卷方法来形成。
14.如权利要求13所述的制造非接触通信天线的方法，
其中，所述第一电极部分和所述第二电极部分根据所述第一天线图案和所述第二天线图案在基底材料的移动方向上的形成情形来补偿电容变化。
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