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DE20106542U1 - Identifikationselement für Gegenstände - Google Patents

Identifikationselement für Gegenstände

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DE20106542U1
DE20106542U1 DE20106542U DE20106542U DE20106542U1 DE 20106542 U1 DE20106542 U1 DE 20106542U1 DE 20106542 U DE20106542 U DE 20106542U DE 20106542 U DE20106542 U DE 20106542U DE 20106542 U1 DE20106542 U1 DE 20106542U1
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DE
Germany
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identification element
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semiconductor chip
carrier
electrochemical cell
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DE20106542U
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KSW Microtec Gesellschaft fuer Angewandte Mikrotechnik Mbh
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KSW Microtec Gesellschaft fuer Angewandte Mikrotechnik Mbh
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Description

KSW microtec Ges. f. angewandte Mikrotechnik...
Identifikationselement für Gegenstände
Die Erfindung betrifft Identifikationselemente für die unterschiedlichsten Gegenstände, wie beispielsweise Waren, Gepäck, Einweg- oder Mehrwegverpackung, Behälter und anderes mehr.
Je nach dem zu identifizierenden Gegenstand kann ein Identifikationselement in unterschiedlichster Form am jeweiligen Gegenstand befestigt bzw. mit diesem verbunden werden. Ein solches Identifikationselement kann beispielsweise ähnlich wie ein Etikett oder ein entsprechender Anhänger am jeweiligen Gegenstand befestigt sein.
Insbesondere beim Transport und der Lagerung von Gegenständen sind die äußeren Einflüsse während dieser Zeiträume, die mehr oder weniger Einfluss auf die Eigenschaften des jeweiligen Gegenstandes oder Teilen davon haben können, von Interesse, so dass die Kennt-
nis über die auftretenden Umwelteinflüsse und möglichst
auch deren Chronologie gewünscht ist. Ein typisches Beispiel für solche Gegenstände sind beispielsweise
tiefgefrorene Lebensmittel, Pharmaerzeugnisse und hier insbesondere Blutprodukte, Gewebeproben oder Implantate, die beispielsweise bei Überschreiten/Unterschreiten
bestimmter Grenztemperaturwerte während des Transportes oder der Lagerung für
den Verzehr bzw. den eigentlichen Verwendungszweck
nicht mehr bzw. nur noch unter bestimmten Voraussetzungen in Grenzfällen benutzt werden können. So wird beispielsweise Vollblut in einem Temperaturbereich
zwischen 4 und 7 0C nach der Entnahme bis zur letztendlichen Verwendung (z.B. bis zur Separation des
Blutplasmas) gelagert und transportiert.
So sind unterschiedliche Identifikationselemente, die im täglichen Umgang auch als „Smart-Labels" bezeichnet werden, für sich gesehen bekannt. Eine entspre-
chende Lösung ist beispielsweise in DE 196 39 934 Al beschrieben. Hierbei werden Halbleiter-Chips auf einen Träger mit einer Leitbahnstruktur kontaktiert,
die zum einen eine drahtlose Informationsübertragung aus bzw. in den Halbleiter-Chip und zum anderen die
drahtlose Elektroenergieversorung für den Betrieb des Halbleiter-Chips gewährleisten kann.
Dabei dient der Halbleiter-Chip im Wesentlichen als
Speicher für bestimmte Informationen, die Identifikationsfunktion erfüllen.
Die eingangs genannten Umwelteinflussinformationen
können mit einer solchen Lösung nicht berücksichtigt werden.
35
In US 5,897,522 ist eine Möglichkeit beschrieben, wie
dieses Erfordernis mit einem zusätzlichen geeigneten Sensor und einem elektrochemischen Zellaufbau, der im Wesentlichen in Form einer flachen, auch flexiblen Batterie ausgebildet ist und dementsprechend verwendet wird, beschrieben. Mit dieser Lösung können aber die mit dem Sensor erfassten Messwerte mittels eines entsprechend geeigneten Halbleiter-Chips lediglich in der Form verarbeitet werden, dass entweder die entsprechenden Messwerte über ein unmittelbar angeschlossenes Display angezeigt oder über entsprechend vorhandene Kontakte durch Anschluss einer entsprechenden Verbindung ausgelesen und beispielsweise in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage weiter verarbeitet und benutzt werden können.
Dies bereitet aber größere Probleme beim Auslesen der entsprechenden Daten über die Kontakte aus dem Halbleiter-Chip, da entsprechende Identifikationselemente in der Regel unmittelbar am entsprechenden Gegenstand befestigt sind, so dass die Zugänglichkeit zumindest erschwert, wenn gar überhaupt nicht gegeben ist.
Des weiteren bereitet es natürlich auch Probleme, von außen Einfluss auf eine geänderte Programmierung des Halbleiter-Chips zu nehmen.
Hier setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, Identifikationselemente für Gegenstände zur Verfügung zu stellen, die in der Lage sind, zusätzlich bestimmte Umwelteinflüsse, die auf die Gegenstände wirken zu erfassen, zu speichern und diese Informationen für eine Auswertung sehr einfach und mit geringem Aufwand ausgelesen werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Identifikationselement, das die Merkmale des Anspruchs 1
aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen erreicht werden.
5
Das erfindungsgemäße Identifikationselement für die unterschiedlichsten Gegenstände, wobei Beispiele bereits vorab genannt worden sind, besteht aus einem flächigen Träger, der unmittelbar an einem jeweiligen Gegenstand oder seiner Verpackung befestigt oder damit verbunden werden kann.
Auf diesem flächigen Träger ist mindestens ein Halbleiter-Chip mit Speicherfunktion aufgebracht, der mit einer ebenfalls auf dem Träger ausgebildeten Leitbahnstruktur verbunden ist. Des weiteren ist ein elektrochemischer Zellaufbau als Elektroenergiespeicher vorhanden.
Die Leitbahnstruktur erfüllt Antennenfunktion und mit ihr können Informationen aus dem Halbleiter-Chip, aber auch in den Halbleiter-Chip drahtlos übertragen werden.
Zusätzlich ist mindestens ein Sensor auf dem Träger angeordnet oder ein solcher Sensor ist in den Halbleiter-Chip integriert, mit dem die unterschiedlichsten je nach verwendeten Sensortyp messbaren physikalischen Größen erfasst und im Halbleiter-Chip gespeichert werden können.
Der elektrochemische Zellaufbau soll im Wesentlichen die Energieversorgung für die Messungen des Sensors und den Betrieb des Halbleiter-Chips bei der Speicherung und gegebenenfalls Verarbeitung der Mess-Signale bilden.
Der elektrochemische Zellaufbau soll flach und möglichst auch flexibel ausgebildet sein und in einer Alternative eine Batterie darstellen.
Beispiele für geeignete elektrochemische Zellaufbauten sind in US 5,897,522 beschrieben, so dass sich eine weitergehende Beschreibung für geeignete elektrochemische Zellaufbauten erübrigen kann.
Der elektrochemische Zellaufbau kann aber auch so ausgebildet und ausgewählt werden, dass er wiederaufladbar, also in Form eines Akkumulators ausgebildet ist, wobei entsprechend geeignete Schichtmaterialien für die beiden Pole und einen zwischen diesen angeordneten Elektrolyten ausgewählt werden können. Das Wiederaufladen eines solchen elektrochemischen Zellaufbaus als Elektroenergiespeicher kann ebenfalls
vorteilhaft drahtlos über die Leitbahnstruktur erfolgen.
Der gleiche Effekt kann aber auch ausgenutzt werden, um beispielsweise die Elektroenergiereserven eines nicht wiederaufladbaren elektrochemischen Zellaufbaus zu schonen, wenn sich ein entsprechend ausgebildetes erfindungsgemäßes Identifikationselement im Bereich geeigneter elektromagnetischer Strahlung befindet.
Bei dem erfindungsgemäßen Identifikationselement können unterschiedliche Sensortypen, wie beispielsweise Temperatur-, Druck-, Luftfeuchtigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Lagesensoren einzeln oder in Kombination mehrerer dieser unterschiedlichen Sensoren auch in Kombination mit einer Zeitmeßeinrichtung eingesetzt werden. Mit Drucksensoren können Drücke ober-
halb und unterhalb des Atmosphärendruckes detektiert und gespeichert werden. So kann z.B. der Innendruck in Verpackungen erfaßt und überwacht werden.
So bieten sich insbesondere Temperatursensoren bei Identifikationselementen für tiefgefrorene Güter an. Ein hierfür sehr typisches Beispiel ist Blutplasma, das in sogenannten Bluttransferbeuteln schockgefroren gelagert und bei zeitlich späterem Bedarf für Transfusionen zur Verfügung gestellt werden kann. Bei diesem Blutplasma ist zum einen die Kenntnis wichtig, wann und in welchem Zeitraum sowie mit welchem zeitlichen Ablauf des Gefriervorganges das Einfrieren erfolgt ist und bei welchen Temperaturen die Lagerung, der Transport bis hin zur letztendlichen Transfusion erfolgt ist. Selbstverständlich ist auch das Alter des jeweiligen Blutplasmas von Interesse, was jedoch bereits mit aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen bereits möglich war.
So kann beispielsweise ein mit Blutplasma gefüllter Bluttransferbeutel unmittelbar mit einem erfindungsgemäßen Identifikationselement versehen und in dieser Form in eine entsprechende Kühleinheit zum Schockgefrieren des Blutplasmas gegeben werden, wobei unmittelbar am jeweiligen Bluttransferbeutel die Temperatur zeitaufgelöst gemessen und gespeichert werden kann. Nach Abschluß des Gefriervorganges können die Bluttransferbeutel aus der Gefriervorrichtung entnom-
3.0 men und die Messwerte drahtlos über an sich bekannte Lese- und Schreibgeräte auch Reader bzw. Scanner bezeichnet, ausgelesen und ausgewertet werden, um ausschließlich in zulässiger Form schockgefrorenes Blutplasma Patienten zur Verfügung stellen zu können.
Mit einem erfindungsgemäßen Identifikationselement
kann auf aufwendige Temperaturmesstechnik z.B. innerhalb einer entsprechenden Gefrier- oder Kühleinrichtung verzichtet werden. Es kann außerdem gewährleistet werden, dass die Temperaturen mit erhöhter lokaler Zuordnung für jeden einzelnen mit einem Identifikationselement versehenen Gegenstand unmittelbar daran gemessen und diesem zugeordnet werden können.
Vor der eigentlichen Transfusion bzw. in regelmäßigen Zeitabständen kann außerdem überprüft werden, ob die Lagerung der triefgefrorenen Bluttransferbeutel korrekt erfolgt ist und bestimmte Temperaturen nicht überschritten worden sind, so dass ausschließlich entsprechend nicht beeinflusstes Blutplasma für Transfusionen zur Verfügung gestellt wird.
Ähnlich kann natürlich auch für tiefgefrorene Lebensmittel, Pharmaka, Gewebe und Organe verfahren werden. Bei Lebensmitteln kann beispielsweise auch der Einsatz eines Luftfeuchtigkeitssensors und für bestimmte stoß-empfindliche Waren und Gegenstände ein Druck-, ein Beschleunigungs- bzw. Lagesensors vorteilhaft eingesetzt werden. Die Verwendung eines Lagesensors bietet sich insbesondere dann an, wenn bestimmte Waren oder Produkte in einer ganz bestimmten Position gelagert und transportiert werden sollen.
In vorteilhafter Form sollte der Träger, auf dem die bereits erwähnten einzelnen Komponenten aufgebracht sind, aus einem flexiblen Material bestehen, so dass eine einfache und sichere Befestigung auch auf unterschiedlichen Untergrundmaterialien und Konturen einfach und sicher erfolgen kann. Geeignete Trägermaterialien sind beispielsweise Kunststoff-Folien, Papier, Pappe oder textile Materialien. Diese können zumindest Bereichsweise mit einer Haftvermittler-
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schicht versehen sein, so dass ein entsprechend ausgebildetes Identifikationselement, ähnlich wie ein Etikett auf den Gegenstand bzw. dessen Verpackung aufgeklebt werden kann. So kann man sich sehr einfach und anschaulich vorstellen, dass ein solcher flexibler Träger auf einen ebenfalls flexiblen Untergrund, wie dies die bereits erwähnten Bluttransferbeutel vor dem Schockgefrieren sind, ohne weiteres aufgeklebt werden kann.
Die als Antenne fungierende Leitbahnstruktur ist günstigerweise in Form einer Spule, die mindestens eine Windung aufweist, ausgebildet. Die Leitbahnstruktur kann aber auch als einfacher Dipol ausgebildet sein, wobei die Frequenz, mit der die Informationssignale übertragen werden, auf die jeweilige Leitbahnstruktur angepaßt werden kann.
Geeignete Materialien für die Leitbahnstruktur sind beispielsweise Kupfer, Aluminium und es kann aber auch eine Leitbahnstruktur aus elektrisch leitfähiger Paste, wobei für letztgenanntes ebenfalls genügend Beispiele aus dem Stand der Technik und hier insbesondere der Flip-Chip-Technik bekannt sind, eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist es außerdem, den Halbleiter-Chip und gegebenenfalls einen gesondert dazu verwendeten Sensor in Flip-Chip-Technik mit der Leitbahnstruktur zu kontaktieren und verbinden.
Der elektrochemische Zellaufbau kann vorteilhaft in an sich ebenfalls bekannter Siebdrucktechnik auf dem Träger ausgebildet und aufgebracht werden. 35
Wie bereits erwähnt, kann es insbesondere für einen
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wiederaufladbaren elektrochemischen Zellaufbau vorteilhaft sein, diesen ebenfalls mit der Leitbahnstruktur elektrisch leitend zu verbinden.
Vorteilhaft ist es außerdem, den Halbleiter-Chip drahtlos programmieren zu können, was insbesondere zur Beeinflussung der Zeitabstände, in denen mit dem Sensor gemessen und die Messwerte gespeichert werden, sowie das Rücksetzen des Speichers von Interesse ist.
So können beispielsweise bei dem Blutplasma z.B. die Abstände zwischen den einzelnen gemessenen Temperaturen während des Schockgefrierens wesentlich kürzer eingestellt werden, als dies im Nachgang dazu, also während der Lagerungs- und Transportzeiten erforderlich ist. Dies zu ermöglichen, ist in den Halbleiter-Chip ein Zeittaktgeber zur zeitgetakteten und/oder zeitaufgelösten Messung und Speicherung der Mess-Signale integriert.
Das erfindungsgemäße Identifikationselement kann aber auch mit optisch detektierbaren Informationen versehen sein. Solche Informationen können beispielsweise auf einen Träger aufgedruckt oder in das Trägermaterial eingeprägt werden. Es können beispielsweise Strichcodes in herkömmlicher Art und Weise einfach aufgedruckt werden. In anderer Form können aber auch sensitive Farbschichten ausgebildet werden, wobei beispielsweise sich die Färbung reversibel oder irreversibel bei unterschiedlichen Temperaturen ändern kann.
Ein weiteres Beispiel sind Hologramme.
Die Identifikationselemente können, ähnlich wie herkömmliche Etiketten mittels eines Haftvermittlers auf
entsprechende Gegenstände appliziert und mit den erfindungsgemäß möglichen zusätzlichen Funktionen ausgestattet sein.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Beispiels
eines erfindungsgemäßen Identifikationselementes mit einem Halbleiter-Chip, in den ein Sensor bereits integriert ist;
Figur 2 ein zweites Beispiel mit einem gesondert
angeordneten Sensor und
Figur 3 ein Beispiel mit im Halbleiter-Chip integriertem Sensor und zusätzlicher elektrisch leitender Verbindung zwischen einem elek
trochemischen Zellaufbau und Leitbahnstruktur.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Identifikationselementes wird ein Träger 1 in Rechteckform verwendet, der aus einem flexiblen Material, beispielsweise einer Kunststoff-Folie, die rückseitig mit einer Haftvermittlerschicht, die temporär mit einer abziehbaren Folie geschützt sein kann, beschichtet ist. Selbstverständlich kann der Träger 1 auch in anderen, je nach Bedarf angepassten geometrischen Formen ausgebildet sein.
Auf der in Figur 1 erkennbaren Oberfläche des Trägers 1 ist eine Leitbahnstruktur 4, hier der Einfachheit in Form einer Spule mit lediglich einer Windung aus-
gebildet und diese ist wiederum mit dem Halbleiter-Chip 2, in den ein entsprechend geeigneter Sensor bereits integriert ist, kontaktiert. Mittels dieser Leitbahnstruktur 4 kann der Datentransfer auf drahtlosem Wege in bzw. aus dem Halbleiter-Chip 2 erfolgen, wobei die mit dem Sensor erfassten Messwerte gegebenenfalls im Halbleiter-Chip 2 entsprechend aufbereitet und gespeichert werden können, so dass sie in mehr oder weniger großen Zeitabständen bzw., je nach Bedarf drahtlos ausgelesen werden können.
Insbesondere für die Elektroenergieversorgung des Sensors ist der Halbleiter-Chip über die Leitungen 5 und 6, die in gleicher zumindest jedoch in ähnlicher Form wie die Leitbahnstruktur 4 auf der Oberfläche des Trägers 1 aufgebracht bzw. ausgebildet sein kann, elektrisch leitend mit mindestens einem elektrochemischen Zellaufbau 3 verbunden. Selbstverständlich können bei Bedarf auch mehrere solcher elektrochemischen Zellaufbauten 3 Verwendung finden, die wiederum entsprechend der erforderlichen Strom- und Spannungsversorgung des Halbleiter-Chips 2 bzw. Sensors in Reihen- oder auch Parallelschaltung angeordnet sein können.
Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel wird ein gesonderter oder zusätzlicher Sensor 7 verwendet, der elektrisch leitend an den elektrochemischen Zellaufbau 3 angeschlossen ist bzw. angeschlossen werden kann und über die Leitungen 8 und 9 die Messwerte zum Halbleiter-Chip 2 überträgt, der im Wesentlichen die Aufgaben, die bei der Beschreibung von Figur 1 bereits erläutert worden sind, erfüllt.
Dabei kann mit dem Sensor 7 eine zusätzliche physikalische Messgröße gemessen oder auf einen in den Halb-
leiter-Chip integrierten Sensor verzichtet werden.
Das in Figur 3 gezeigte Beispiel entspricht im Wesentlichen dem Beispiel nach Figur 1 und es sind Iediglich in gestrichelter Form Verbindungsleitungen 10 und 11 von der Leitbahnstruktur 4 zum elektrochemischen Zellaufbau 3 hinzugefügt, was insbesondere für den Fall, dass es sich um einen wiederaufladbaren elektrochemischen Zellaufbau 3 handelt, vorteilhaft ist.
Selbstverständlich kann auch das Beispiel, wie es in Figur 2 gezeigt und entsprechend beschrieben worden ist, mit zusätzlichen Leitungen 10 und 11 modifiziert werden.
Wird beispielsweise ein Halbleiter-Chip 2 mit integriertem Temperatursensor oder ein gesonderter Temperatursensor 7 bei einem erfindungsgemäßen Identifikationselement verwendet, können Messungen im Temperaturbereich zwischen - 40 0C und + 70 0C ohne weiteres und mit einer relativ hohen Langzeitdauerstabilität durchgeführt werden, wobei die Messgenauigkeit ± 0,5 K betragen kann.
Die drahtlose Datenübertragung kann ohne weiteres bis zu einem Abstand von mindestens 1 m erfolgen, wobei dies auch selbstverständlich für die drahtlose Zufuhr von Elektroenergie über die Leitbahnstruktur 4 zum Halbleiter-Chip 2 und/oder elektrochemischen Zellaufbau 3 zutrifft.
Der Halbleiter-Chip 2 kann ohne weiteres so programmiert werden, dass bei Über- bzw. Unterschreiten von entsprechend vorgebbaren Schwellwerten der jeweiligen Messgröße ein entsprechendes Signal generiert wird,
das dann wiederum beim drahtlosen Auslesen der entsprechenden Informationen aus dem Halbleiter-Chip 2 an erster Stelle übertragen werden kann. Dadurch kann beispielsweise auf eine unzulässige Beeinträchtigung, die vorab aufgetreten ist, hingewiesen und ein Verbraucher entsprechend geschützt werden.

Claims (16)

1. Identifikationselement für Gegenstände, bei dem auf einem flächigen Träger mindestens ein Halbleiter-Chip mit Speicherfunktion mit einer auf dem Träger ausgebildeten Leitbahnstruktur und mindestens einem elektrochemischen Zellaufbau, als Elektroenergiespeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnstruktur (4) als Antenne zur drahtlosen Informationsübertragung aus/in den Halbleiter-Chip (2), der mindestens mit einem Sensor (7) verbunden oder in den mindestens ein Sensor zur Erfassung physikalischer Größen integriert ist, ausgebildet ist.
2. Identifikationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flach und flexibel ausgebildete elektrochemische Zellaufbau (3) eine Batterie ist.
3. Identifikationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flache und flexible elektrochemische Zellaufbau (3) ein wiederaufladbarer Akkumulator ist.
4. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der/die integrierte oder separate Sensor(en) (7) ein Temperatur-, ein Druck-, ein Luftfeuchtigkeits-, ein Beschleunigungs- und/oder Lagesensor ist/sind.
5. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der flächige Träger (1) aus einem flexiblen Material gebildet ist.
6. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) aus Kunststoff, Papier, Pappe oder einem textilen Material gebildet ist.
7. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) zumindest bereichsweise mit einem Haftvermittler versehen ist.
8. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnstruktur (4) in Form einer Spule mit mindestens einer Windung oder eines Dipols ausgebildet ist.
9. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitbahnstruktur (4) aus Kupfer, Aluminium oder elektrisch leitfähiger Paste gebildet ist.
10. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Halbleiter-Chip (2) in Flip-Chip- Technik mit der Leitbahnstruktur (4) kontaktiert ist.
11. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Zellaufbau (3) mit der Leitbahnstruktur (4) elektrisch leitend verbunden ist.
12. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiter-Chip (2) drahtlos programmierbar ist.
13. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Halbleiter-Chip (2) ein Zeittaktgeber zur zeitgetakteten Messung und/oder zeitaufgelösten Speicherung von Mess-Signalen integriert ist.
14. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche des Trägers optisch detektierbare Informationen aufgedruckt oder eingeprägt sind.
15. Identifikationselement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen in Form eines Strichcodes, einer sensitiven Farbschicht und/oder eines Hologrammes ausgebildet sind.
16. Identifikationselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationselement mit einem Bluttransferbeutel verbunden ist.
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