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Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ferritmaterial, einen aus dem Ferritmaterial gefertigten Ferritfilm und einer Radiofrequenzidentifikations(RFID)-Markierung mit dem Ferritfilm.

Generell umfasst ein RFID-System ein Nichtkontakt- bzw. kontaktfreies Modul oder eine Vorrichtung zur Kommunikation wie eine RFID-Markierung oder -Transponder, sowie ein Abfragegerät oder Lese/Schreib-Gerät, das mit dem Modul oder der Vorrichtung kommuniziert, und es ist seit kurzem in einem Managementsystem zum Verfolgen von Gegenständen oder Produkten in Gebrauch.

Es ist gut bekannt, dass Kommunikationseigenschaften einer RFID-Markierung stark von Bedingungen abhängen, wo die RFID-Markierung verwendet wird, z.B. einem Material eines Gegenstands, an den die RFID-Markierung geklebt oder angeheftet wird. Insbesondere wird eine RFID-Markierung nahe einer metallischen Struktur positioniert, so dass ihre Kommunikationseigenschaften verschlechtert sind.

Um das zuvor erwähnte Verschlechterungsproblem zu lösen, offenbart die JP-A-2006-5836 einen Weg zur Verwendung einer nichtleitfähigen magnetischen Lage, vorzugsweise einer Lage eines komplexen Materials, die weichmagnetische Pulverteilchen und ein die Teilchen bindendes Isolator-Bindemittel umfasst. Die Offenbarung der JP-A-2006-5836 wird hier durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen.

Die vorliegenden Erfinder haben jedoch gefunden, dass eine solche Lage eines komplexen Materials die Kommunikationseigenschaften einer RFID-Markierung nicht verbessern kann, wenn die RFID-Markierung in einem hohen Trägerfrequenzband verwendet wird. In Japan zum Beispiel besitzt eine Trägerfrequenzbande für ein RFID-System eine mittlere Frequenz von 13,56 MHz, 900 MHz oder 2,45 GHz. Unter diesen ist ein komplexes Material in einer Trägerfrequenzbande von 900 MHz oder 2,45 GHz nicht effektiv. Deshalb gibt es einen Bedarf an einem neuen magnetischen Material, das Kommunikationseigenschaften einer RFID-Markierung selbst dann verbessern kann, wenn die RFID-Markierung in einer hohen Trägerfrequenzbande verwendet wird, deren mittlere Frequenz z.B. 900 MHz, 2,45 GHz oder darüber beträgt.

Um den oben erwähnten Bedarf zu erfüllen, ist es nötig, dass ein magnetisches Material eine komplexe Permeabilität aufweist, deren Realteil &mgr;' größer ist, deren Imaginärteil &mgr;'' jedoch geringer ist als eine Ziel-Trägerfrequenzbande; d.h., dass eine natürliche Resonanzfrequenz fr des magnetischen Materials größer ist als die Ziel-Trägerfrequenzbande. Im Allgemeinen ist eine natürliche Resonanzfrequenz fr eines magnetischen Materials eine Frequenz, bei der eine Realteil-Permeabilität &mgr;' des Materials gleich der Hälfte der Anfangspermeabilität &mgr;i des Materials ist.

Als einem Ergebnis der Studien haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass ein spezielles NiZnCo-Ferrit den obigen Anforderungen genügt, wie durch Yoshida et al. in "Plated Ferrit Thin Films For RF Devices", Extrakte der 30. Jahreskonferenz über Magnetik, 11pG-AF6, S. 437–438, 2006, diskutiert, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig eingeschlossen wird.

Basierend auf den obigen Studien stellt die vorliegende Erfindung in einem Gegenstand ein Ferritmaterial zur Verfügung, das aus einer Oxid-Metallzusammensetzung besteht, deren Metallzusammensetzung die Formel FeaNibZncCod aufweist, worin:

a + b + c + d = 3,0; 2,1 ≤ a ≤ 2,7; 0 ≤ b ≤ 0,4; 0 ≤ c ≤ 0,4; und 0,1 ≤ d ≤ 0,5.

In einem anderen Gegenstand stellt die vorliegende Erfindung einen aus dem oben erwähnten Ferritmaterial gefertigten Ferritfilm zur Verfügung.

In einem anderen Gegenstand stellt die vorliegende Erfindung eine RFID-Markierung zur Verfügung, welche umfasst: ein Hauptelement einschließlich einem Antennenleiter; und den oben erwähnten Ferritfilm, wobei der Ferritfilm mit dem Hauptelement in Kontakt ist oder in der Nähe des Hauptelements angeordnet ist.

Eine Würdigung der Gegenstände der vorliegenden Erfindung und ein vollständigeres Verständnis ihrer Merkmale können durch Studium der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen und der Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen gewonnen werden.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine RFID-Markierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;

2 ist eine auseinandergezogene, perspektivische Ansicht, die die RFID-Markierung von 1 zeigt;

3 ist eine Ansicht, die schematisch eine Filmbildungsvorrichtung zeigt, die zum Bilden eines in 2 gezeigten Ferritfilms verwendet wird;

4 ist eine Draufsicht von oben, die schematisch eine Anordnung zum Prüfen der RFID-Markierung von 1 zeigt, wobei nun eine Dipolantenne eines Lesegeräts gezeigt wird;

5 ist eine Seitenansicht, die schematisch die Anordnung von 4 zeigt, welche ebenfalls die Dipolantenne einschließt;

6 ist eine Grafik, die ein Ergebnis der Prüfung gemäß den Anordnungen von 4 und 5 zeigt;

7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation der obigen RFID-Markierung von 1 zeigt; und

8 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Modifikation der obigen RFID-Markierung von 1 zeigt.

Während die Erfindung unterschiedlichen Modifikationen und alternativen Ausführungsformen zugänglich ist, werden spezifische Ausführungsformen davon beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und hier im Detail beschrieben. Es sollte jedoch klar sein, dass die Zeichnungen und die detaillierte Beschreibung dazu nicht so zu verstehen sind, dass sie die Erfindung auf die spezielle offenbarte Form begrenzen, sondern dass im Gegensatz dazu die Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdeckt, die in den durch die beigefügten Ansprüche definierten Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

Auf 1 und 2 Bezug nehmend weist eine RFID-Markierung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Hauptelement 101 und eine Ferritlage 140 auf, die an die untere Oberfläche des Hauptelements 101 geklebt ist. Das veranschaulichte Hauptelement 101 weist ein Grundteil 110 der Markierung auf. In dieser Ausführungsform ist das Grundteil 110 der Markierung aus Polyethylenterephthalat (PET) gefertigt. Auf der oberen Oberfläche des Grundteils 110 der Markierung ist ein flacher Antennenleiter 120 mittels Aufdruck gebildet. Im Zentrum des Antennenleiters 120 ist ein integrierter Schaltungs(IC)-Chip aufgebracht.

Wie am besten in 2 gezeigt, weist die veranschaulichte Ferritlage 140 eine aus Polyimid gefertigte Trägerlage 142 auf, auf deren Oberfläche ein Ferritfilm 144 direkt durch ein Ferritplattierverfahren gebildet ist. Das Ferritplattierverfahren ist ein Verfahren, wie im US-Patent 4 477 319 offenbart, dessen Inhalt hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Das Ferritplattierverfahren der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Schritte: Herstellen einer speziellen Lösung, die zumindest Eisenionen enthält; Einbringen einer Oberfläche eines Zielobjekts in die spezielle Lösung, um Fe2+-Ionen, oder Fe2+-Ionen und andere Metallhydroxid-Ionen dazu zu veranlassen, auf der Oberfläche des Zielobjekts absorbiert zu werden; Oxidieren der absorbierten Fe2+-Ionen zum Erhalt von Fe3+-Ionen, um die Fe3+-Ionen und Metallhydroxid-Ionen in der speziellen Lösung dazu zu veranlassen, eine Ferritkristallisationsreaktion zu durchlaufen derart, dass ein Ferritfilm auf der Oberfläche des Zielobjekts gebildet wird. Das Zielobjekt der Ferritplattierung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Trägerlage 142.

In dieser Ausführungsform wird die so erhaltene Ferritlage 140 so an das Hauptelement 101 geklebt, dass der Ferritfilm 144 in Kontakt mit der unteren Oberfläche des Grundteils 110 der Markierung gebracht wird. Der Ferritfilm 144 der vorliegenden Ausführungsform weist eine Flächengröße auf, die der unteren Flächengröße des Hauptelements 101 entspricht, d.h. der unteren Flächengröße des Grundteils 110 der Markierung. Der Ferritfilm 144 kann durch ein anderes Verfahren wie einem Spritzverfahren gebildet werden. Ferner kann die Ferritlage 140 gebildet werden durch Sintern des folgenden Ferritmaterials als solchem.

Der Ferritfilm 144 der vorliegenden Ausführungsform ist aus einem Ferritmaterial gebildet, das aus einer Oxid-Metallzusammensetzung besteht, wobei die Metallzusammensetzung die Formel FeaNibZncCod aufweist, worin: a + b + c + d = 3,0; 2,1 ≤ a ≤ 2,7; 0 ≤ b ≤ 0,4; 0 ≤ c ≤ 0,4; und 0,1 ≤ d ≤ 0,5. Im Allgemeinen folgt die Menge an Sauerstoff der Formel der Ferritzusammensetzung M3O4, worin M die Metallzusammensetzung ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht streng darauf begrenzt, sondern gestattet einen Überschuss oder einen Unterschuss an Sauerstoff.

In Anbetracht der Technik einer RFID-Markierung, d.h. einer Vorrichtung mit einer Antenne, ist es bevorzugt, dass der Ferritfilm 144 einen höheren Realteil &mgr;' der Permeabilität aufweist. Der Ferritfilm 144 weist vorzugsweise eine relativ dickere Dicke t auf, jedoch kann sogar eine Dicke t von 3 &mgr;m zu einem guten Ergebnis beitragen. Es sei hier angemerkt, dass, wenn die Dicke t des Ferritfilms 144 größer als 30 &mgr;m beträgt, seine Magnetresonanz ähnlich zu derjenigen eines Ferritmasseblocks wird, so dass seine natürliche Resonanzfrequenz fr relativ niedrig wird. In Anbetracht der Technik einer RFID-Markierung ist es deshalb bevorzugt, dass der Ferritfilm 144 eine Dicke von nicht mehr als 30 &mgr;m aufweist. Ferner ist es bevorzugt, dass der Ferritfilm 144 ein Längenverhältnis (Schlankheitsverhältnis) von nicht weniger als 30 aufweist. In dieser Ausführungsform weist der Ferritfilm 144 eine rechteckige Gestalt auf, die durch seitliche Seiten und längliche Seiten definiert ist. In diesem Fall ist das Längenverhältnis (Schlankheitsverhältnis) repräsentiert in Form von l/t, worin l die Länge der seitlichen Seite des Ferritfilms ist und t die Dicke des Ferritfilms ist. Wenn der Ferritfilm ein tan&dgr; (= &mgr;''/&mgr;') von mehr als 1,0 aufweist, ist zudem seine Verlusteigenschaft zu hoch, um für eine Antennenvorrichtung wie einer RFID-Markierung verwendet zu werden. In Anbetracht der Technik einer RFID-Markierung ist es deshalb bevorzugt, dass der Ferritfilm ein tan&dgr; (= &mgr;''/&mgr;') von 1,0 oder weniger bei 900 MHz aufweist. Es ist ferner bevorzugt, dass der Ferritfilm einen spezifischen Widerstand von 0,1 &OHgr;cm oder mehr aufweist, weil ein niedrigerer spezifischer Widerstand die Antenneneigenschaften einer RFID-Markierung verschlechtert.

Zum Prüfen der Eigenschaften des Ferritfilms wurden unterschiedliche Arten Ferritfilme gebildet, wie in der nachfolgenden Tabelle gezeigt, wobei die Beispiele 1 bis 15 Zusammensetzungen aufweisen, die jeweils zur Formel gemäß dieser Ausführungsform gehören, wohingegen Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 nicht dazu gehören.

Die Ferritfilme wurden durch Verwendung einer wie in 3 schematisch gezeigten Filmbildungsvorrichtung gebildet. Die veranschaulichte Filmbildungsvorrichtung weist Düsen 11, 12, einen Drehtisch 13, Tanks 15, 16 und Gaseinlässe 17 auf. Die Tanks 15, 16 enthalten die Lösungen zum Ferritplattieren und andere Lösungen zur Oxidation; die Lösungen zur Ferritplattierung weisen die jeweiligen Zusammensetzungen auf, wie in der obigen Tabelle gezeigt. Die Gaseinlässe 17 werden zum Einführen von Stickstoffgas in die Düsen verwendet.

Um durch Verwendung der Vorrichtung von 3 einen Ferritfilm zu bilden, wurden Zielobjekte wie in dieser Ausführungsform die Trägerlagen 142 auf den Drehtisch 14 gelegt, und die Lösungen wurden aus den Tanks 15, 16 auf die Trägerlagen 142 aufgebracht durch die Düsen 11, 12 zusammen mit dem aus den Gaseinlässen 17 eingeführtem Stickstoffgas. Beim Aufbringen der Lösungen wurden die ersten und die zweiten Schritte wiederholt wechselseitig ausgeführt, um die Ferritlagen 140 zu erhalten, d.h. die Trägerlagen 142 mit den Ferritfilmen 144, wobei der erste Schritt der ist, dass die Lösung auf einem der Trägerlagen 142 durch die Düse 11 bereitgestellt wird, gefolgt von einem Entfernen von überschüssiger Flüssigkeit der Lösung durch Verwendung einer Zentrifugalkraft des Drehtischs 13; und der zweite Schritt entsprechend derart ist, dass die Lösung auf die Trägerlage 142 durch die Düse 12 aufgebracht wird, gefolgt von einem Entfernen von überschüssiger Flüssigkeit der Lösung durch Verwendung einer Zentrifugalkraft des Drehtischs 13.

Im Einzelnen wurden Polyimidlagen als Trägerlagen 142 hergestellt und auf den Drehtisch 13 gelegt, wobei jede Polyimidlage eine Dicke von 25 &mgr;m aufwies. Der Drehtisch 13 wurde bei 150 UPM gedreht, während deoxidiertes Ionenaustausch-Wasser unter einer Wärmebedingung bis zu 90°C auf die Polyimidlagen aufgebracht wurde. Als nächstes wurde Stickstoffgas in die Filmbildungsvorrichtung eingeführt, so dass in der Vorrichtung eine Nichtoxidationsatmosphäre geschaffen wurde. Jede Lösung zum Ferritplattieren (Reaktionslösung) wurde gebildet, indem FeCl2-4H2O, NiCl2-6H2O, ZnCl2, CoCl2-6H2O in eine nichtoxidierende Ionenaustauschlösung in Übereinstimmung mit einem in der obigen Tabelle gezeigten molaren Verhältnis aufgelöst wurden. Andererseits wird eine Oxidationslösung gebildet durch Auflösen von NaNO2 und CH3COONH4 in einem deoxidierten Ionenaustausch-Wasser. Die Reaktionslösung und die Oxidationslösung wurden durch die Düsen 11, 12 auf die Polyimidlagen aufgebracht, wobei die jeweiligen Flussraten etwa 40 ml/min betragen. Als einem Ergebnis der obigen Prozesse wurden auf den Oberflächen der Trägerlagen 142 jeweils schwarze Ferritfilme 144 gebildet.

Ferner wurden gegenüber den so erhaltenen Ferritfilmen Analysen durchgeführt. Speziell wurde ein Rasterelektronenmikroskop (REM) zur Strukturanalyse verwendet. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass jeder Ferritfilm eine gleichförmige Dicke aufweist. Die chemische Zusammensetzung von jedem Film wurde untersucht, indem jeder Film in ein Stück von 3 cm2 bis 5 cm2 geschnitten wurde, gefolgt vom Auflösen des Stücks in einer Salzsäurelösung, um die erhaltene Lösung mittels der induktiv gekoppelten Plasmaspektroskopie(ICPS)-Methode zu analysieren. Die Permeabilität von jedem Film wurde gemessen durch Verwendung eines Permeabilitätsmessgeräts auf der Basis einer Methode mit abgeschirmter Magnetspulschlaufe. Die Ergebnisse der Analysen sind in der vorangehenden Tabelle gezeigt.

Wie auf dem Inhalt der Tabelle ersichtlich, besaßen jeder der plattierten Ferritfilme der Beispiele 1 bis 15 eine natürliche Resonanzfrequenz fr von 1 GHz oder mehr und einen spezifischen Widerstand von 0,1 &OHgr;cm oder mehr. Andererseits besaßen jeder der plattierten Ferritfilme der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 eine niedrigere natürliche Resonanzfrequenz fr oder einen niedrigeren spezifischen Widerstand.

Die Wirkung des Bereitstellens eines Ferritfilms 144 für die RFID-Markierung 100 wurde geprüft, wobei die Art des untersuchten Ferritfilms 144 dem Beispiel 1 entsprach. Die untersuchten RFID-Markierungen 100 dienten für die 900 MHz-Frequenzbande und besaßen jeweils den Antennenleiter 120, der eine Länge von etwa 10 cm und eine Breite von etwa 2 cm aufwies. Eine der untersuchten RFID-Markierungen 100 war mit einer einzelnen Lage der Ferritlage 140 ausgestattet. Eine andere untersuchte RFID-Markierung war mit drei gestapelten Ferritlagen 140 ausgestattet. Als Vergleichsstück wurde auch eine herkömmliche RFID-Markierung ohne Ferritfilm hergestellt. Die Untersuchungen wurden im Innern einer echofreien Elektrowellenkammer in Übereinstimmung mit einer in 4 und 5 gezeigten Anordnung durchgeführt. Die Untersuchungsbedingungen sind wie folgt:

RFID-Lesemodul: MP9311, ein Produkt der SAMSys Technologies, Inc.;

Kommunikationsantenne des Lesegeräts: vom Dipoltyp, horizontal fixiert;

RFID-Markierung: Dipolantenne von etwa 10 cm × 2 cm, horizontal fixiert;

Metallplatte: 25 cm × 10 cm;

Anordnung: RFID-Markierung wird vor der Kommunikationsantenne des Lesegeräts positioniert;

Polarisation: horizontale Polarisation; und

Leistung: 50 mW.

Die Untersuchungen waren gerichtet auf die Beziehung zwischen einem Abstand D1 und einem maximal detektierbaren Abstand D2, wobei der Abstand D1 ein Abstand ist zwischen der Metallplatte 200 und der untersuchten RFID-Markierung 100, wohingegen der maximal detektierbare Abstand D2 ein Abstand ist zwischen der Kommunikationsantenne 300 des Lesegeräts und der RFID-Markierung 100 und es dem Lesegerät ermöglicht, die RFID-Markierung zu detektieren. Das Ergebnis der Beziehung ist in 6 gezeigt. Wie aus 6 ersichtlich ist, verbesserte der Ferritfilm 144 des vorliegenden Beispiels die Fähigkeit zur Kommunikation der untersuchten RFID-Markierung 100, selbst wenn die RFID-Markierung in der Nähe der Metallplatte positioniert war.

Obgleich die vorliegende Erfindung mit der oben erwähnten konkreten Ausführungsform erläutert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf begrenzt. Modifikationen sind möglich, voraussgesetzt, dass der mit der oben erwähnten Formel in Zusammenhang stehende Ferritfilm mit dem Antennenleiter 120 in Kontakt ist, oder in der Nähe des Antennenleiters 120 angeordnet ist.

Unter Bezugnahme auf 7 ist eine geeignete Modifikation 100a gebildet durch Ankleben einer Ferritlage 140a an das Hauptelement 101 derart, dass ihr Ferritfilm in Kontakt mit dem Antennenleiter 120 ist. Die Ferritlagen 140, 140a können in den Ausführungsformen der 1 und 7 jeweils umgekehrt angeordnet sein.

Unter Bezugnahme auf 8 wird eine andere Modifikation 100b hergestellt durch Bilden eines Ferritfilms 144b direkt auf dem Antennenleiter 120, ohne dass die Trägerlage 142 verwendet wird. In dieser Modifikation wird der Ferritfilmbildungsprozess nach einem Maskierprozess für den IC-Chip 130 ausgeführt, um den IC-Chip 130 vor dem Ferritfilmbildungsprozess zu schützen. Ein Ferritfilm kann direkt auf der unteren Oberfläche des Hauptelements 101 gebildet werden. Zusätzlich kann das Grundelement 110 der Markierung weggelassen werden, wenn der Antennenleiter 120 aus einem harten Material gefertigt ist.

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der beim Japanischen Patentamt am 14. März 2006 eingereichten japanischen Patentanmeldung JP 2006-069378, deren Inhalt hier durch Bezugnahme eingeschlossen ist.

Während das beschrieben wurde, was als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angesehen wird, wird ein Fachmann erkennen, dass andere und weitere Modifikationen gemacht werden können, ohne sich vom Kern der Erfindung zu entfernen, und es ist beabsichtigt, alle solche Ausführungsformen zu beanspruchen, die in den wahren Umfang der Erfindung fallen.


Anspruch[de]
Ferritmaterial aus einer Oxid-Metallzusammensetzung, wobei die Metallzusammensetzung die Formel FeaNibZncCod aufweist, worin:

a + b + c + d = 3,0;

2,1 ≤ a ≤ 2,7;

0 ≤ b ≤ 0,4;

0 ≤ c ≤ 0,4; und

0,1 ≤ d ≤ 0,5.
Ferritmaterial gemäß Anspruch 1, mit einer natürlichen Resonanzfrequenz von 1 GHz oder mehr. Ferritmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem tan&dgr; (= &mgr;''/&mgr;') von 1,0 oder weniger bei 900 MHz. Ferritmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem spezifischen Widerstand von 0,1 &OHgr;cm oder mehr. Ferritfilm, gefertigt aus dem Ferritmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4. Ferritfilm gemäß Anspruch 5, gebildet durch ein Ferritplattierverfahren. Ferritfilm gemäß Anspruch 5 oder 6, mit einer Dicke von 30 &mgr;m oder weniger. Ferritfilm gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, mit einem Längenverhältnis von 30 oder mehr. Radiofrequenzidentifikations(RFID)-Markierung, umfassend:

ein Hauptelement, das einen Antennenleiter einschließt; und

den Ferritfilm gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Ferritfilm mit dem Hauptelement in Kontakt ist, oder in der Nähe des Hauptelements angeordnet ist.
RFID-Markierung gemäß Anspruch 9, wobei das Hauptelement ferner ein Grundteil der Markierung aufweist, wobei das Grundteil der Markierung eine obere Oberfläche aufweist, wobei der Antennenleiter auf der oberen Oberfläche des Grundteils der Markierung vorgesehen ist. RFID-Markierung gemäß Anspruch 10, wobei das Grundteil der Markierung eine untere Oberfläche aufweist, wobei der Ferritfilm in Kontakt ist mit der unteren Oberfläche des Grundteils der Markierung. RFID-Markierung gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Ferritfilm in direktem Kontakt mit dem Antennenleiter ist. RFID-Markierung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, ferner mit einem Träger, wobei der Ferritfilm auf dem Träger gebildet ist.






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