专利名称：聚合物射频谐振标签及制造方法
技术领域：
本发明涉及用于防止出售商品被盗的聚合物射频谐振标签以及制造聚合物射频谐振标签的方法。聚合物射频谐振标签通过常规印刷或数字印刷的方法被用在出售商品上。标签由电感元件制成，电感元件包括由聚合物基的导电涂料或油墨构成的第一和第二导电图案，每个导电图案与电容电极相连并由电介质膜分隔。电感元件的第一或第二导电图案内部的脆弱或易熔的连接导致去激活作用。通过粘结和交联工艺将涂层附着并粘结在衬底上，最好是在所售商品上，从而制造出聚合物射频谐振标签，其中在上述粘结和交联工艺中，每层中的聚合物粘合剂发生化学反应。
背景技术：
类似的多频标签在凯菲兹(Kajfez)等人的申请WO95/05647中已有描述。凯菲兹(Kajfez)等人描述的多频标签包括电介质衬底。第一谐振电路包含第一电感线圈并具有第一预置谐振频率，它位于衬底的第一表面上。第二谐振电路包含第二电感线圈并具有第二预置谐振频率，其中第二预置谐振频率最好不同于第一预置谐振频率，第二谐振电路位于衬底的第二表面上。第一电感线圈位于衬底上以使第一与第二线圈之间的磁耦合最小化的方式与第二电感线圈部分重叠。该标签可用于各种类型的监测系统，其中包括用于防止出售商品被盗的电子商品安全系统。这类标签是通过在电介质衬底上层叠铝铂制成的。衬底被顺序印刷和蚀刻以形成谐振线圈，然后被涂上粘结剂和可剥离的保护封皮。然后被切成所需的尺寸和形状。
用于相同目的的类似的谐振标签的相应制造方法已由艾麦齐(Imaichi)等人在EP070318 B1中公开。
凯菲兹(Kajfez)等人描述的谐振电路的优点在于它们不容易发生去激活作用并且不会被磁铁损坏。然而，制造这些装置的蚀刻工序要求对不可蚀刻的油墨精确印刷，从而只有铝铂的暴露区域通过蚀刻被去除。该工艺的不确定性加上电介质厚度不可避免的差异使得生产这些多频标签的过程非常复杂且费用昂贵。另外，由于谐振频率超出了合理的变化限度，因此用这种制造方法生产出许多带有缺陷响应的标签。
豪特克(Hultaker)在US专利No.4,9292,928中公开了将包含可磁化微粒的油墨应用在防盗装置上的实例。然而，作为防盗装置，可磁化微粒容易被那些携带可破坏装置磁性的工具的窃贼，例如通过使用磁铁所破坏。
艾派路齐(Appalucci)等人在US专利No.5,142,270和US专利No.5,241,299中公开了一种用于电子商品监视系统的稳定谐振标签电路和去激活器。在这些专利中公开的标签具有基本为平面的电介质衬底，衬底的各个面上带有导体，其中至少一个导体包括电感器。标签由柔韧的，基本为平面的，抗撕的聚合物膜固定，该聚合物膜粘结并覆盖其中一个导体和衬底。该膜提供防潮层使电路中的失调效果最小化，并提高标签的安全集成度。标签可进一步包括去激活器，去激活器响应电磁场去激活标签，其中电磁场具有足够破坏电路谐振特性的能量，去激活器为其中至少一个导体的锯齿部分，从而使导体在锯齿部分比在导体的其余部分相互更加靠近。该装置的导体由金属导体材料，如铝铂制成并通过未加以说明的挤压涂敷工艺制备。粘结在导体和衬底上的聚合物膜具有机械稳定性，而聚合物覆盖膜带有使水蒸气或其它可改变谐振频率的杂质不可透过的薄膜。
在本发明中，提供了总体为聚合物材料的射频谐振标签，这些标签通过快捷、可靠并具有有限可变性的工艺制造，仅当在选定谐振频率下暴露在强电磁场中时，才被去激活。
本发明简述本发明的目的之一是提供一种聚合物射频谐振标签，包括与附着在衬底上的第一电容器电极相连的第一导电图案；附着在第一导电图案和第一电容器电极上的电介质膜；和与附着在电介质膜上的第二电容器电极相连的第二导电图案，其中，所述第一导电图案与第二导电图案相连以形成电感元件。可选地，在通过局部电容器形成接触电极的区域，电介质膜被附着在第一电容器电极的电容器复合材料以及靠近电容器复合材料并附着在第一导电图案上的电介质膜所替代。本发明的聚合物射频标签可进一步包括位于所述第一导电图案与第一电容器电极和衬底之间的绝缘层，和附着在第二导电图案和第二电容器电极上的覆盖层。
本发明的另一个目的是提供一种制作聚合物射频谐振标签的方法，包括将与第一电容器电极相连的第一导电图案层附着在衬底上；将电介质膜层附着在第一导电图案和第一电容器电极上；将与第二电容器电极相连的第二导电图案层附着在电介质膜上，从而第一导电图案和第二导电图案形成电感元件；和将所述层与衬底进行交联或粘结。可选地，在通过局部电容器形成接触电极的区域，电介质膜被附着在第一电容器电极的电容器复合材料以及靠近电容器复合材料并附着在第一导电图案上的电介质膜所替代。本发明的方法可进一步包括在第一导电图案与衬底之间附着绝缘层，和在衬底上隐藏标签以保护电感元件。
附图简要说明
图1为本发明的聚合物射频谐振标签的优选实施例各层的示意侧视图。
本发明详述目前已经研制出在谐振频率内具有有限可变性的可靠谐振RLC电路的快捷和可靠的制作方法，RLC电路包括相互串联的电阻(R)，电感(L)和电容(C)。该方法可用于制作具有轮廓分明的RLC谐振的谐振标签。本发明的方法可以不使用化学蚀刻，挤压箔片，或冲压箔片来印刷电路，并使电路的形式受到更小的限制，不规则形状可用于将该装置隐藏在其它印刷特征中，从而减小对该装置的恶意破坏或去除的危险。
在该方法中，第一导电图案由导电涂料或油墨制成，并与第一电容器电极相连。可以通过在聚合物粘合剂中混合导电粒子材料来制备适用于该目的的导电涂料或油墨。聚合物粘合剂可选自任何聚合物材料，其中由小分子量的前体液态或可塑形态向包括三维化学键合的前体的固态的转化可以通过聚合工艺来实现。另一个原则就是聚合物粘合剂必须与衬底相容并可粘合在衬底上。在商业上，具有这些特性的涂料或油墨可以从瑞典TABY的杜邦(DuPont)电子公司获得，作为CB聚合物厚膜涂胶。例如，CB210铜导体聚合物厚膜涂胶，特别适合用于柔性衬底上。可选地，可以通过在树脂基中混合精细配份的导电材料，例如金属粉末，导电碳黑或石墨，来生产具有良好粘合特性的导电涂料或油墨。
然后附着电介质膜和/或电容器复合材料，接着附着第二导电图案，其中第二导电图案类似于第一导电图案，与第二电容器电极相连，从而第一导电图案与第二导电图案相连构成电感元件。电感元件的第一或第二导电图案中的脆弱或易熔连接能够去激活。随后，通过粘结和交联将各层附着并粘结在衬底上，例如所售商品上，制作出整个聚合物层组合体。
电容器复合材料和电介质膜可分别作为聚合物粘结复合材料被相互靠近地附着在第一导电图案上。复合材料可被用于需要大电容的地方。然而，如那些精通本领域的技术人员所熟知的，简单的聚合物材料可具有适当的介电性质，以提供必要的电容。这种材料被称作“电介质膜”。在文献中以及精通本领域的人员可以找到合适的复合材料。例如，金格瑞(Kingery)等人，(美国纽约John Wiley & Sons公司出版的“制陶术介绍”第二版，书号为ISBN 0-0471-47860-1)公开了钙钛矿类的铁电材料，如钛酸钡，钛酸锶，钛酸钡锶或钛酸铅，它们可用于制作具有高介电常数的叠片电容器。这些材料可被结合到聚合物膜或涂料中。可选地，可以将它们冲压或模型铸造，随后烧结制成硬质电容材料。可选地，这些材料可作为以液态固化聚合物作为基体的流体混合物。分散相的容量和沉积膜的厚度决定了可获得的电容值，其中分散相为具有高介电常数的材料。这些材料的钛酸钡，钛酸锶或钛酸铅的含量具有很宽的变化范围。流变学理论将钛酸盐的最大体积分数限制在低于70％。对于附着厚度在10-50微米之间的粘接剂，最佳的固体含量接近60％。
如本领域的技术人员所知，可以通过多种方法施用聚合物电绝缘电介质膜和/或电容器复合材料。这些方法可包括砑光或冲压层叠薄片，刮刀涂敷法，印刷或通过数控喷墨打印装置印刷。其它方法包括将聚合约束粉末状材料聚结，粉末状材料随后被热熔化为不透膜，直接附着在预先通过数控激光打印装置印刷的导电图案上。
数字印刷技术和计算软件的应用使得电感元件的形态可被随意改变，因而这些工艺可以被结合到印刷特性中。
在电介质膜和/或电容器复合材料的另一个表面上，与第二电容器电极相连的第二导电图案可以穿过绝缘膜上的通孔附着并连接到第一导电图案上，从而整个组件形成具有明确谐振频率的谐振RLC型电路。
然后通过例如热或紫外线等常规手段将聚合物层组件交联和粘合在一起，并与衬底连接。每种方法都有优点，但由于对热稳定性和/或透明性的要求又都受到限制。优选地，通过采用加速处理方法，从而使生产各阶段中，标签的生产速度一致。可以通过化学方法利用高密度射线，例如美国专利4,830,939中所教导的紫外光，伽马射线或电子束来创建活性自由基，以实现上述目的。
本发明还涉及用来防止消费者零售商品被窃的聚合物射频谐振标签。聚合物射频谐振标签通过常规丝网印刷或数字打印方法被直接附着在商品上。
图1描绘了本发明的聚合物射频谐振标签。如图1所示，聚合物射频谐振标签包括附着在衬底1上，优选附着在出售物品的纸壳包装或标签上的多个附着层3-7。在衬底1具有不适当电特性的情况下，该装置中包括可选的第一绝缘层2，第一绝缘层2包括粘性绝缘材料，优选为由杜邦(DuPont)de Nemours的电介质CB018 UV，或装置中包括聚异丁烯，可由位于比利时Kraainem B.1950 Mechelsesteenweg 363的Exxon国际化工企业得到的聚异丁烯M。优选可以采用聚乙烯，聚氯乙烯或聚脂，例如可由英国伦敦Millbank的ICI公司得到的聚脂薄膜，或由位于瑞士Geneva，52 Rte des Acacias的DuPont de Nemours提供的聚脂薄膜。当采用绝缘层2时，可以稳定衬底1并增强后续层3-7和衬底1的附着力。第一导电图案12与第一电容器电极3相连，并被直接附着在衬底1或可选绝缘层2上，接下去是电容器复合材料5和紧邻电容器复合材料5的电介质膜4，以及与第二电容器电极6相连的第二导电图案13，其中第二电容器电极6附着在电容器5和电介质4的组合体上。当第一导电图案12和第二导电图案13穿过层4，5中的孔11相互连接从而产生电感元件时，电介质膜4和电容器复合材料5向形成的电路提供另一绝缘层和电容。可选地，电介质膜5只作为具有适当介电特性的单聚合复合材料，以提供横跨整个第一导电图案12和第一电容器电极3的必要的电容。
在一个优选实施例中，在第一导电图案12或第二导电图案13中包括脆弱或易熔的连接9，通过以选定的谐振频率向易熔连接9施加电磁场使能去激活。在一个优选实施例中，如常规天线技术一样，选定的去激活频率为8.2MHZ。去激活点10优选被包括在电介质膜或电容器复合材料中，以便于确定去激活装置的最有效布局。去激活点10包括位于具有较低击穿电压的电介质复合材料中的狭小区域，以便于该装置去激活。
第一导电图案12和第二导电图案13包括导电复合粘胶。可选地，这些线圈元件的电感可采用常规工艺提供铁磁磁芯。可以通过在导电线圈的中心开口部分使用铁酸盐复合材料8来增大电感。可以通过将CB018 UV固化电介质等粘合剂聚合物与本领域技术人员所熟知的，常用于类似电子器件中的铁酸盐材料混合来制造适合的材料。可选的，可以采用德国西门子公司生产的合成铁酸盐粉末复合材料(FPC)。
电介质复合材料4为电绝缘聚合物材料，例如可用于绝缘层2。
电容器复合材料5可以使用与电介质层4相同的材料。优选地，电容器复合材料5包括聚合约束(polymer bound)铁电复合混合物，混合物包括电介质聚合物，例如CB018 UV固化电介质和铁电陶瓷材料，优选采用热液制备的钛酸钡或热液制备的钛酸锶，钛酸钡锶或钛酸铅，其中铁电陶瓷材料的体积分数含量在20％到70％之间。
通过覆盖非屏蔽层或遮蔽层7，如艺术图片，可以使整个组件在包装上隐藏起来。
以下非限定性实例用来进一步说明本发明。实例实例1首先将绝缘材料涂敷或印刷到需要保护的商品纸质表面上，以附着第一绝缘层。适合用作第一绝缘层的材料为环氧聚亚安脂漆Lotstopplack UV/L4-F(德国D.90451 Nurenberg，Mainstrasse 99，coatesScreen Inks GmbH)，该材料能够增强后续层和衬底的附着力。可以通过在(日本Nissin高电压)固化粒子加速机EBC-220-AA#中，使用电子束以每分钟3米的速度，190的KV电压和3mA的电流将这种材料固化。
第一导电图案包括银质Electrodag 820B可印刷导电油墨(英国普利茅斯，Acheson胶体公司)，油墨通过传统的丝网印刷工艺被印刷在底层的涂敷的衬底上。附着第一导电图案后，在进行下一步之前，组件在150℃的温度下被干燥5分钟。
在该实施例中，第一导电图案被构造为4转，螺旋缠绕的正方形线圈段，线圈段的一端与在局部电容中形成接触电极的正方形接触区相连。导体的宽度为1500μm，厚度为35μm。正方形线圈形成55mm的方形图案并终止在连接点，该连接点为接下来将要附着的第二导电图案提供跳转接头。
接下来的几层按照顺序被附着，并按照与上层类似的方式在150℃的温度下被干燥5分钟。绝缘电介质复合层被附着在线圈段的上表面。可通过数字印刷或丝网印刷来附着电介质复合材料，电介质复合材料由UV/L-4F可固化电介质构成。该产品具有厚度为100μm的电介质复合层。
然后采用类似的转换工艺将介电常数为5的电容器复合材料附着到电容器电极的表面。该实施例采用的复合材料由散布在UV/L-4F可固化电介质中的粉末混合物构成。将5倍体积的钛酸钡粉末混入电介质中，并通过丝网印刷附着该材料。然而，对于本领域的技术人员非常明显，可以采用任何能够根据所需精度控制附着厚度的适当方法。
由Electrodag 820B组成的第二导电图案构成了感应线圈的最终段，其中感应线圈还与相应的电容器电极相连。该第二线圈段与下面的线圈段具有相同的尺寸，但是轨迹相互并不重叠，从而使上层轨迹位于下层轨迹间隙的上方。
导电图案之间的间距与导体宽度和导体厚度相等，大约为35微米。导电线圈的两段提供了自感应线圈的导电部分。
然后附着上层导电图案，以完成电感元件。该线圈段包括一段宽为500μm的导体，以提供可熔连接。可以通过提供高强度的局部场来消耗谐振装置中足够的能量，从而由于最大阻抗点的电阻热使该连接熔断，该连接因此能够被破坏。
然后在上层和下层之间的连接点处，通过半径1.0mm的销钉施加轻微压力，以确保在形成感应线圈的上层和下层导电段之间具有足够的导电性。最后在组件上覆盖电介质UV/L4-F层，以便隐藏和保护电感组件。在与施加在第一导电图案下面的第一电介质层相同的条件下(固化离子加速机中3米/分钟，190kV，3mA)，整个组件被电子束固化。
上面制作的标签具有8.2MHZ的谐振频率和超过80的品质因数Q，因而适合于在常规防盗谐振监测装置中使用。实例2采用类似于实例1中的工艺来制备电感元件。本质的区别包括使用CB018电介质作为衬底上的以及上层和下层导电图案之间的绝缘层，并作为最外层遮罩。电容材料由相同的CB018电介质组成。下层导电图案包括从连接点到下层导电图案的电容器电极之间的直线连线。上层导电图案包括一个8匝线圈，与实例1中的线圈具有相同的厚度，宽度和间距。
其应用步骤与实例1相似。
上面制作出的标签具有9.8到10.5MHZ的谐振频率和超过60的品质因数Q，因而适合于在常规防盗谐振监测装置中使用。
权利要求
1.一种聚合物射频谐振标签，包括a)与附着在衬底上的第一电容器电极相连的第一导电图案；b)附着在所述第一导电图案和所述第一电容器电极上的电介质膜；和c)与附着在所述电介质膜上的第二电容器电极相连的第二导电图案；其中，所述第一导电图案与第二导电图案相连以形成电感元件。
2.根据权利要求1的聚合物射频谐振标签，进一步包括位于与所述第一电容器电极相连的所述第一导电图案和衬底之间的绝缘层。
3.根据权利要求1的聚合物射频谐振标签，进一步包括附着在所述第二导电图案和所述第二电容器电极上的覆盖层。
4.根据前述任一权利要求的聚合物射频谐振标签，进一步包括在第一导电图案或第二导电图案中的可熔连接结构，使得可以通过向可熔连接结构施加谐振频率的电磁场，使聚合物射频谐振标签被去激活。
5.一种聚合物射频谐振标签，包括a)与附着在衬底上的第一电容器电极相连的第一导电图案；b)附着在所述第一电容器电极上的电容器复合材料；c)附着在所述第一导电图案上，并紧邻所述电容器复合材料的电介质薄膜；和d)与附着在电容器复合材料和电介质复合材料上的第二电容器电极相连的第二导电图案；其中，第一导电图案与第二导电图案相连，以形成电感元件。
6.根据权利要求5的聚合物射频谐振标签，进一步包括位于所述第一导电图案与第一电容器电极和衬底之间的绝缘层。
7.根据权利要求5或6的聚合物射频谐振标签，进一步包括附着在所述第二导电图案和第二电容器电极上的覆盖层。
8.根据权利要求5至7中的任意一个的聚合物射频谐振标签，进一步包括第一导电图案或第二导电图案中的可熔连接结构，使得可以通过向可熔连接结构施加谐振频率的电磁场，使聚合物射频谐振标签被去激活。
9.一种制作聚合物射频谐振标签的方法，包括a)将与第一电容器电极相连的第一导电图案层附着在衬底上；b)将电介质膜层附着在所述第一导电图案和第一电容器电极上；c)将与第二电容器电极相连的第二导电图案层附着在电介质膜上，使得第一导电图案与第二导电图案连接形成电感元件；和d)将所述各层与衬底进行交联或粘结，以形成聚合物射频谐振标签。
10.权利要求9的方法，进一步包括在所述第一导电图案层和第一电容电极以及衬底之间附着绝缘层。
11.权利要求9或10的方法，进一步包括隐藏衬底上的标签，以保护电感元件。
12.一种制作聚合物射频谐振标签的方法，包括a)将与第一电容器电极相连的第一导电图案层附着在衬底上；b)将电容器复合材料层附着在所述第一电容器电极上；c)将电介质薄膜层紧邻所述电容器复合材料附着在所述第一导电图案层上；d)将与第二电容器电极相连的第二导电图案层附着在所述电容器复合材料和电介质薄膜层上，从而所述第一导电图案和所述第二导电图案形成电感元件；和e)对所述各层与衬底进行交联和粘结，以形成聚合物射频谐振标签。
13.权利要求12的方法，进一步包括在所述第一导电图案层和衬底之间附着绝缘层。
14.权利要求12或13的方法，进一步包括隐藏衬底上的标签，以保护电感元件。
全文摘要
本发明提供了一种用于防止商品被盗的聚合物射频谐振标签及其制造方法。所述标签包括:与附着在衬底1上的第一电容器电极3相连的第一导电图案12;附着在所述第一导电图案和第一电容器电极上的电介质薄膜4;和与附着在所述电介质薄膜4上的第二电容器电极6相连的第二导电图案13,其中所述第一导电图案与第二导电图案相连以形成电感元件。
文档编号G08B13/24GK1266523SQ98808128
公开日2000年9月13日 申请日期1998年8月7日 优先权日1997年8月8日
发明者瑟伦·雅各布森, 约翰·恩格尔, 约恩·谢宁·伦斯高, 戴卫·摩根·托马斯 申请人:Ird股份有限公司