TWI433389B - Packaging bag with radio frequency identification capability and its manufacturing method - Google Patents

Description

具備射頻識別能力之包裝袋及其製法

本發明係關於一種具備射頻識別能力之包裝袋及其製法，該包裝袋主要包括一金屬層，該金屬層上開設有一第一縫隙，使該金屬層成為一縫隙天線(Slot antenna)，二導電薄膜能耦合至該縫隙天線之二饋入點，使一射頻識別晶片能固定至該二導電薄膜上，俾便該射頻識別晶片能藉由該縫隙天線收發電磁波訊號。

按，射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)技術，又稱為射頻識別標籤(RFID tag)，係一種通信技術，可令一識別系統(如：讀取器，reader)，透過電磁波訊號，識別一特定目標，並讀寫該特定目標中之相關數據，且在該識別系統與特定目標間完全無需建立機械或光學之接觸。相對於條碼(Barcode)技術，射頻識別標籤可存儲一定容量的資訊並具一定的資訊處理功能，且識別系統可通過無線電訊號以一定的數據傳輸率與射頻識別標籤交換資訊。因此，射頻識別標籤可應用的領域十分廣泛，包括：

(1)　鈔票及產品之防偽技術；

(2)　身份證、通行證及門票；

(3)　電子收費系統，如香港的八達通與台灣的悠遊卡；

(4)　家畜或野生動物識別；及

(5)　病人識別及電子病歷。

在分類上，射頻識別標籤可分為被動式、半被動式(也稱作半主動式)、主動式三類，其主要性質及差異如下列所示：

(1)　被動式：射頻識別標籤本身沒有內部供電電源，其內部積體電路係藉由接收到的電磁波驅動，這些電磁波是來自於讀取器。當被動式射頻識別標籤接收到足夠強度的電磁波訊號時，即可向讀取器回傳數據。

(2)　半被動式：類似於被動式，但其內多設置了一個小型電池，其電力恰可驅動標籤內的積體電路，使積體電路處於工作狀態，以增加射頻識別標籤的反應速度及效率。

(3)　主動式：與被動式和半被動式不同的是，主動式標籤本身具有內部電源供應器，用以供應內部積體電路所需電源，以產生對外的訊號。主動式標籤通常會擁有較長的讀取距離和較大的記憶體容量，以儲存讀取器所傳送來的附加訊息。

本發明在以下敘述中所稱之射頻識別標籤，主要係指被動式射頻識別標籤，該種標籤目前已成為射頻識別標籤市場的主流產品，且擁有下列各項優點：

(1)　可容納較多資料量；

(2)　有較長的通訊距離；

(3)　難以複製；

(4)　對環境變化有較高的忍受能力；及

(5)　閱讀器可同時讀取多個射頻識別標籤。

基於射頻識別標籤的各項優異性質，目前射頻識別標籤已被大量應用至物流管理領域，透過射頻識別標籤，可達成生產、運輸、配送、銷售等各環節的即時監控，令使用者能準確地掌握產品的相關資訊(如：產品類型、生產商、尺寸、數量、到達地、接收者等資訊)。第1圖所示者，即為一般市售之射頻識別標籤10，該射頻識別標籤10係由一收發天線11、一晶片12及一基材13所構成，該基材13一般是以聚醯亞胺(Polyimide)材料製成，該收發天線11係佈設在該基材13上。一般的作法是，先在基材13上貼附上一層銅箔後，再依據事先設計的天線圖形，以蝕刻技術形成該收發天線11。該晶片12的兩端係分別與該收發天線11的饋入端相連接，俾便該晶片12能透過該收發天線11接收或發射無線電訊號。

當該射頻識別標籤10被貼附至非導電性物體(如：塑膠、玻璃等)時，該射頻識別標籤10能保持其正常的訊號傳輸效果，而能在預先設計的範圍(距離)內與讀取器交換資訊，惟，當該射頻識別標籤10被貼至金屬物體的表面，且該收發天線11發射電磁波訊號時，該金屬物體便會因映像理論(Image Theory)，產生一映像脈波。該映像脈波之相位與該收發天線11發射之電磁波訊號之相位相反，故會與該電磁波訊號發生相消干涉，使得該電磁波訊號被破壞，而無法傳輸至讀取器，導致讀取器無法正常讀取該射頻識別標籤10內的資訊。所謂相消干涉，係指一波的波峰與另一波的波谷同時抵達同一地點，當兩波重疊時，合成波的振幅小於成分波的振幅，若兩波恰好反相干涉，則會產生最小的振幅，此現象稱為完全相消干涉。

承上，目前在許多物流系統中，為保持待送物品乾燥，避免待送物品因濕氣而生鏽或發霉，或為了配合部分待送物品不可受光線直射的特性，使用者(物流系統業者)必須以金屬袋體(如：鋁箔袋)包裝待送物品，以進行輸送程序，而由於金屬袋體具有強度高、韌性高、防潮等優點，故已日漸普及至各領域的物流系統。然而，上述射頻識別標籤10卻因上述映像脈波問題，而無法適用於金屬袋上。若使用者將該射頻識別標籤10貼附在金屬袋上，極有可能導致該射頻識別標籤10的發射距離下降到接近0公尺，使讀取器幾乎無法讀取到該射頻識別標籤10，造成使用者無法準確地管理各待送物品，非常不理想。

因此，如何改善習知射頻識別標籤的諸多問題，直接以金屬袋體作為射頻識別晶片的天線，並維持良好的傳輸性質，即為本發明在此欲探討的一重要課題。

有鑑於前揭諸多問題，發明人經過長久努力研究與實驗，終於開發設計出本發明之具備射頻識別能力之包裝袋及其製法，期以包裝袋內的金屬層作為射頻識別晶片的縫隙天線，以解決傳統射頻識別標籤的問題。

本發明之一目的，係提供一種具備射頻識別能力之包裝袋，包括一袋體、二導電薄膜及一射頻識別晶片，其中該袋體至少包括一金屬層(如：鋁箔)、一絕緣層(如：PET(聚對苯二甲酸乙二酯))及一貼合層(如：PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯))，該金屬層的外側面係披覆在該絕緣層的內側面上，該金屬層的內側面則係披覆在該貼合層的外側面上，以在該貼合層的對應邊緣相互封合(如：熱封合)後形成該袋體，且在該袋體內形成一容置空間。該金屬層在鄰近該袋體之一邊緣的位置開設有一第一縫隙，該第一縫隙的構形能使該金屬層作為一縫隙天線。該二導電薄膜之間保持一第二縫隙，該第二縫隙之大小必須能使該射頻識別晶片之二對應側之接腳能分別被固定至該二導電薄膜，以利用該二導電薄膜分別增加該射頻識別晶片之二對應側之接腳之耦合面積，該二導電薄膜係分別被固定在該絕緣層的外側面對應於該第一縫隙的位置，以使該二導電薄膜能耦合至該縫隙天線之二饋入點，俾便該射頻識別晶片能藉由該縫隙天線(金屬層)收發電磁波信號。如此，由於本發明係利用該袋體內的金屬層作為該射頻識別晶片的縫隙天線，因此，製造廠商無需額外採購一般的射頻識別標籤(包含射頻識別晶片及天線)，僅需將該射頻識別晶片，透過該二導電薄膜，固定至該絕緣層的外側面對應於該第一縫隙位置，即能以該金屬層作為縫隙天線，實現射頻識別訊號之收發功效。此外，若以該包裝袋包裝金屬物體，由於該金屬層能有效抑制該金屬物體因映射原理(Image Theory)所形成之映像脈波，因此，該射頻識別晶片的電磁波收發距離，不會因映像脈波而大幅下降，令該射頻識別晶片能維持良好的傳輸性能。

本發明之另一目的，係提供一種具備射頻識別能力之包裝袋之製法，其製法係將一金屬層的外側面披覆在一絕緣層的內側面上，並在該金屬層鄰近一邊緣的位置上開設一第一縫隙，且將該金屬層的內側面披覆在一貼合層的外側面上，再將該貼合層的對應邊緣相互封合，以形成一袋體，嗣，將一射頻識別晶片之二接腳分別固定至二導電薄膜，再將該二導電薄膜黏貼固定在該絕緣層的外側面上對應於該第一縫隙的位置上，即可形成具備射頻識別能力之包裝袋。

本發明之又一目的，乃該包裝袋尚包括一保護貼紙，該保護貼紙係覆蓋在該二導電薄膜上，以保護該射頻識別晶片及該二導電薄膜，避免上述該等元件受撞擊而損壞或脫落。

為便　貴審查委員能對本發明之目的、結構及其功效，做更進一步之認識與瞭解，茲舉實施例配合圖式，詳細說明如下：

本發明主要是利用縫隙天線(Slot antenna)原理，使包裝袋內的金屬層成為射頻識別晶片的天線。關於縫隙天線的原理，請參閱第2圖所示，一無限大的平面導體板21上開設有一縫隙22，該縫隙22的長度為L，且其寬度為W，當長度L遠大於寬度W的情況下，若在長度較長的兩側邊施加一電壓差，則會產生如第2圖所示之電場E及磁場B，使得縫隙天線產生接收及傳送電磁波信號的功能。

本發明係利用上述縫隙天線之特性，改變一般包裝袋的結構，以設計出具備射頻識別能力之包裝袋，在本發明之一較佳實施例中，請參閱第3圖所示，該包裝袋3包括一袋體30、二導電薄膜31及一射頻識別晶片32，其中該射頻識別晶片32即為一般射頻識別標籤上之晶片。該袋體30包括一金屬層301、一絕緣層302及一貼合層303，該金屬層301係一鋁箔，且該金屬層301的外側面係披覆在該絕緣層302的內側面上，該絕緣層302可由PET(Polyethylene Terephthalate)聚酯系材質、ONY聚醯胺系材質或OPP(Oriented Polypropylene)聚烴系材質所構成，該等材質具有優良的堅韌性，拉伸及抗衝擊強度高，且耐熱、耐磨，並有良好的電絕緣性，使得該絕緣層302能保持優異的機械性質以及絕緣性。該金屬層301的內側面則披覆在該貼合層303的外側面上，該貼合層303可由CPE(Chlorinated Polyethylene)聚烴系或CPP(Cast Polypropylene)聚烴系材質所構成，該等材質均能抗多種有機溶劑和酸鹼腐蝕，為常見的高分子材料。

另，在本較佳實施例中，請參閱第3、4圖所示，當該貼合層303的對應邊緣相互封合(如：熱封合)後，即可形成該袋體30，且該袋體30內形成有一容置空間304。在本較佳實施例中，該貼合層303係被對折，使得該貼合層303的對應邊緣相互疊合，但並不以此為限，製造廠商亦能改變上述設計，將二貼合層303相互重疊，並封合該二貼合層303的對應邊緣，以形成該袋體30，凡本技術領域之人士，所能輕易思及之變化，均應涵蓋在本發明所欲保護之技術特徵內。又，該金屬層301在鄰近該袋體30之一邊緣的位置開設有一第一縫隙305，該第一縫隙305的構形能使該金屬層301作為一縫隙天線301a，該第一縫隙305的構形係配合該射頻識別晶片32所設計，由於不同的射頻識別晶片具有相異的阻抗性質，故應搭配相對應的縫隙形狀，因此，第4圖中所示之該第一縫隙305的構形，僅為本發明之一種實施態樣，製造廠商在實際生產本發明所揭露之包裝袋時，並不以此為限，合先陳明。

復請參閱第3、4圖所示，該二導電薄膜31之大小係大於該射頻識別晶片32，且彼此間保持一第二縫隙310，由於該射頻識別晶片32之二對應側之接腳320會分別固定至各該導電薄膜31上，故該第二縫隙310之大小必須維持一適當大小。藉由該二導電薄膜31，即可增加該射頻識別晶片32之二接腳320與該金屬層301的耦合面積。所謂耦合，是指兩個或兩個以上的電路元件，其輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響之現象，藉由兩者的相互作用，使得能量從其中一電路元件傳輸至另一電路元件。該二導電薄膜31分別被黏貼固定在該絕緣層302的外側面上，且對應於該第一縫隙305的位置，如此，該二導電薄膜31便能耦合至該縫隙天線301a(該金屬層301)之二饋入點。惟，本發明並不以此為限，為確保該二導電薄膜31能分別與該縫隙天線301a的饋入點相電氣連接，製造廠商可利用穿刺方式，使該二導電薄膜31與該縫隙天線301a的饋入點直接連接。請參閱第5圖所示，在各該導電薄膜31被固定在該絕緣層302上的狀態下，各該導電薄膜31被穿刺出孔洞311，使該導電薄膜31鄰近孔洞311周緣的部分，因塑性變形向下延展，而接觸到該金屬層301(該縫隙天線301a)。

在上述較佳實施例中，請參閱第4圖所示，當該二導電薄膜31被固定至該袋體30上，且該射頻識別晶片32被固定至該二導電薄膜31後，請參閱第6圖所示，該射頻識別晶片32便能藉由該縫隙天線301a(該金屬層301)接收電磁波信號，或送出電磁波信號。由於本發明係利用該金屬層301本身作為縫隙天線301a，自然不會有金屬物體產生映像脈波等問題，且若以該包裝袋3包裝金屬物體，由於該金屬層301能有效抑制該金屬物體因映射原理產生映像脈波，因此，該射頻識別晶片32的電磁波收發距離，不會因映像脈波而大幅下降，而能維持良好的傳輸性能。再者，製造廠商無需額外採購一般的射頻識別標籤(包含射頻識別晶片及天線)，僅需將該射頻識別晶片32，透過該二導電薄膜31，固定至該絕緣層302的外側面對應於該第一縫隙305位置，即能以該金屬層301作為縫隙天線301a，實現射頻識別訊號之收發功效，完全省去傳統射頻識別標籤的設計及材料成本。不僅如此，透過本發明尚能大幅縮小傳統無射頻識別標籤所佔用的面積，除使該包裝袋3之外觀更為美觀外，亦有效避免傳統無射頻識別標籤容易剝落等問題。

在上述較佳實施例中，復請參閱第6圖所示，為避免該射頻識別晶片32因受碰撞而損毀或掉落，同時保護該二導電薄膜31，該包裝袋3尚包括一保護貼紙33，該保護貼紙33的內側係貼附至該二導電薄膜31上裝設有該射頻識別晶片32之一側，以覆蓋住該二導電薄膜31及該射頻識別晶片32，藉此保護該射頻識別晶片32及該二導電薄膜31。另一方面，製造廠商在設計製造本包裝袋時，亦可預先將該射頻識別晶片32安裝在該二導電薄膜31上，再將該保護貼紙33貼於該二導電薄膜31上，如此，製造廠商僅需在後續的製造流程中，將該保護貼紙33連同該二導電薄膜31貼附至該袋體30上，即可完成本發明之包裝袋3，有效簡化生產流程。

除上述較佳實施例之結構外，以下茲配合圖式，針對該包裝袋3之製法進行說明。請參閱第3、4、7圖所示，該包裝袋3係透過下列流程製作而成：(701)將該金屬層301的外側面披覆在該絕緣層302的內側面上；(702)　在該金屬層301鄰近一邊緣的位置上開設該第一縫隙305(如：以化學蝕刻方式開設該第一縫隙305)；(703)將該金屬層301的內側面披覆在該貼合層303的外側面上；(704)　將該貼合層303的對應於該第一縫隙305之邊緣相互封合，以形成該袋體30；(705)　將該射頻識別晶片32之二接腳320分別固定至各該導電薄膜31上，且各該導電薄膜31彼此間保持一第二縫隙310；及(706)　將該二導電薄膜31黏貼固定在該絕緣層302的外側面上對應於該第一縫隙305的位置上。

需特別一提的是，製造廠商亦可在上述步驟(701)、(702)中，以蒸鍍方式，在該絕緣層302上形成具有該第一縫隙305的金屬層301。或者，改變上述步驟(701)～(703)，在該金屬層301、該絕緣層302及該貼合層303相互結合後，再以沖壓方式形成該第一縫隙305。另，在上述流程中，若製造廠商欲以該保護貼紙33覆蓋住該二導電薄膜31(如第6圖所示)，製造廠商可選擇在上述步驟(706)之後黏貼該保護貼紙33，或選擇在上述步驟(705)之後，將該保護貼紙33黏貼至該二導電薄膜31上，以保護該二導電薄膜31及該射頻識別晶片32。上述流程步驟的更動，均屬本技術領域之人士，在參考本案後所能輕易聯想者，均應屬於本案所欲保護之範圍內。

在上述較佳實施例及製作流程中，該二導電薄膜係被固定在該絕緣層的外側面上，惟，本發明並不以此為限，製造廠商亦可採取下列流程，將二導電薄膜及射頻識別晶片固定在貼合層的內側面上，請參閱第8圖所示下列流程：(801)　將金屬層的外側面披覆在絕緣層的內側面上；(802)　在該金屬層鄰近一邊緣的位置上開設第一縫隙；(803)　將該金屬層的內側面披覆在一貼合層的外側面上；(804)　將射頻識別晶片之二接腳分別固定至二導電薄膜上，且該二導電薄膜彼此間保持一第二縫隙；(805)　將該二導電薄膜(包括該射頻識別晶片)固定於該貼合層的內側面對應於該第一縫隙的位置上；及(806)　將該貼合層對應於該第一縫隙之邊緣相互封合，以形成袋體。

需特別一提的是，製造廠商亦可將上述步驟(804)置於步驟(801)之前，預先將上述射頻識別晶片及二導電薄膜結合完成，凡本技術領域之人士在參考本發明後，能輕易聯想之變化，均應屬本發明所欲保護之範圍。藉由上述製作流程，該二導電薄膜及射頻識別晶片便被封合在貼合層中，不僅能發揮本發明之射頻識別功效，更能保護該射頻識別晶片不致受損。

綜上所述，藉由本發明，不僅能省去傳統射頻識別天線的設計及製作成本，發明人在實際測試本發明之包裝袋的天線特性後，所得之實部阻抗、虛部阻抗及史密斯圖形分別如第9、10、11圖所示，經查，該包裝袋的電磁波訊號發射距離最遠可達2公尺，遠較過去將射頻識別標籤貼附於金屬物體者(距離幾乎為0公尺)為高，證實本發明確實已達到實用階段。

按，以上所述，僅為本發明之一較佳實施例，惟本發明之技術特徵並不侷限於此，凡任何熟悉該項技藝者，在本發明之技術領域內，可輕易思及的變化或修飾，皆應涵蓋在以下本發明的申請專利範圍中。

21．．．平面導體板

22．．．縫隙

L．．．長度

W．．．寬度

E．．．電場

B．．．磁場

3．．．包裝袋

30．．．袋體

301．．．金屬層

301a．．．縫隙天線

302．．．絕緣層

303．．．貼合層

304．．．容置空間

305．．．第一縫隙

31．．．導電薄膜

310．．．第二縫隙

311．．．孔洞

32．．．射頻識別晶片

320．．．接腳

33．．．保護貼紙

第1圖係習知射頻識別標籤之立體示意圖；

第2圖係縫隙天線之原理結構圖；

第3圖係本發明之較佳實施例之分解圖；

第4圖係本發明之較佳實施例之另一分解圖；

第5圖係導電薄膜被穿刺出孔洞之剖面示意圖；

第6圖係本發明之較佳實施例之示意圖；

第7圖係本發明之製法之流程圖；

第8圖係本發明之另一製法之流程圖；

第9圖係本發明之較佳實施例之實部阻抗曲線圖；

第10圖係本發明之較佳實施例之虛部阻抗曲線圖；及

第11圖係本發明之較佳實施例之史密斯圖。

3．．．包裝袋

30．．．袋體

301a．．．縫隙天線

303．．．貼合層

304．．．容置空間

305．．．第一縫隙

31．．．導電薄膜

310．．．第二縫隙

32．．．射頻識別晶片

320．．．接腳

Claims (14)

1. 一種具備射頻識別能力之包裝袋，包括：一袋體，至少包括一金屬層、一絕緣層及一貼合層，該金屬層的外側面係披覆在該絕緣層的內側面上，該金屬層的內側面係披覆在該貼合層的外側面上，該貼合層的對應邊緣係相互封合以形成該袋體，且該袋體內形成有一容置空間，該金屬層在鄰近該袋體之一邊緣的位置開設有一第一縫隙，該第一縫隙的構形能使該金屬層作為一縫隙天線；二導電薄膜，該二導電薄膜彼此間保持一第二縫隙，該二導電薄膜係分別被固定在該絕緣層的外側面對應於該第一縫隙的位置；及一射頻識別晶片，其大小係小於各該導電薄膜，且該射頻識別晶片之二對應側之接腳分別被固定至該二導電薄膜上。
2. 如請求項1所述之包裝袋，在各該導電薄膜被固定至該絕緣層的狀態下，各該導電薄膜被穿刺出孔洞，使該導電薄膜鄰近該孔洞周緣的部分，因塑性變形延展，而接觸到該金屬層。
3. 如請求項1或2所述之包裝袋，尚包括一保護貼紙，該保護貼紙的內側係貼附至該二導電薄膜上裝設有該射頻識別晶片之一側上。
4. 如請求項3所述之包裝袋，其中該金屬層為一鋁箔。
5. 如請求項4所述之包裝袋，其中該絕緣層係由PET聚酯系材質、ONY聚醯胺系材質或OPP聚烴系材質所構成。
6. 如請求項5所述之包裝袋，其中該貼合層係由CPE聚烴系或CPP聚烴系材質所構成。
7. 一種具備射頻識別能力之包裝袋，包括：一袋體，至少包括一金屬層、一絕緣層及一貼合層，該金屬層的外側面係披覆在該絕緣層的內側面上，該金屬層的內側面係披覆在該貼合層的外側面上，該金屬層之一邊緣的位置開設有一第一縫隙，該第一縫隙的構形能使該金屬層作為一縫隙天線；二導電薄膜，該二導電薄膜彼此間保持一第二縫隙；及一射頻識別晶片，其大小係小於各該導電薄膜，且該射頻識別晶片之二對應側之接腳分別被固定至該二導電薄膜上，該二導電薄膜被固定於該貼合層的內側面對應於該第一縫隙的位置上，該貼合層的對應邊緣係相互封合以形成該袋體，且該袋體內形成有一容置空間。
8. 如請求項7所述之包裝袋，其中該金屬層為一鋁箔。
9. 如請求項8所述之包裝袋，其中該絕緣層係由PET聚酯系材質、ONY聚醯胺系材質或OPP聚烴系材質所構成。
10. 如請求項9所述之包裝袋，其中該貼合層係由CPE聚烴系或CPP聚烴系材質所構成。
11. 一種具備射頻識別能力之包裝袋之製法，包括：將一金屬層的外側面披覆在一絕緣層的內側面上，且在該金屬層鄰近一邊緣的位置上開設一第一縫隙；將該金屬層的內側面披覆在一貼合層的外側面上；將該貼合層對應於該第一縫隙之邊緣相互封合，以形成一袋體；將一射頻識別晶片之二接腳分別固定至二導電薄膜上，各該導電薄膜之大小係大於該射頻識別晶片，且各該導電薄膜彼此間保持一第二縫隙；及將該二導電薄膜固定在該絕緣層的外側面對應於該第一縫隙的位置上。
12. 如請求項11所述之包裝袋之製法，尚包括：穿刺該導電薄膜，以產生至少一孔洞，使該導電薄膜鄰近該孔洞周緣的部分，因塑性變形延展，而接觸到該金屬層。
13. 如請求項11或12所述之包裝袋之製法，尚包括：將一保護貼紙的內側貼附至該二導電薄膜裝設有該射頻識別晶片之一側上。
14. 一種具備射頻識別能力之包裝袋之製法，包括：將一金屬層的外側面披覆在一絕緣層的內側面上，且在該金屬層鄰近一邊緣的位置上開設一第一縫隙；將該金屬層的內側面披覆在一貼合層的外側面上；將一射頻識別晶片之二接腳分別固定至二導電薄膜上，各該導電薄膜之大小係大於該射頻識別晶片，且各該導電薄膜彼此間保持一第二縫隙；將該二導電薄膜固定於該貼合層的內側面對應於該第一縫隙的位置上；及將該貼合層對應於該第一縫隙之邊緣相互封合。