Плоский листовой материал с радиочастотной идентификацией
FLAT SHEET MATERIAL WITH RADIO-FREQUENCY IDENTIFICATION

Изобретение относится к области радиочастотной идентификации, в частности к материалам, содержащим радиочастотные метки в своих слоях и предназначенным для печати и высечки общедоступными типографскими способами.
Далее по тексту будут использованы следующие термины и сокращения.
Радиочастотная идентификация (сокр. РЧИД, RFID - англ. Radio Frequency IDentification) - метод беспроводной передачи информации, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах или RFID метках. Как правило RFID метки пассивные, то есть не содержат в своем составе элементов питания.
Чип - интегральная (микро)схема - микроэлектронное устройство с комплексами входных сопротивлений и/или согласующих контуров, изготовленная из полупроводниковой пластины. Чип выполняет функцию обработки сигналов при приеме-передачи информации посредством радиочастотного обмена со считывателем, содержит защищенную память, пользовательскую память, уникальный идентификационный номер, может содержать процессор для обработки криптографии, программируемую область для выполнения микропрограмм и др.
Антенна - конфигурация проводника, геометрически и технически выполненная в соответствии с применяемым типом чипа. Антенна может быть замкнутого (ВЧ диапазон) и открытого типа (СВЧ диапазон). Антенна имеет различную форму: круг, овал, квадрат, прямоугольник и другие свободные геометрические формы. Форма антенны проектируется в соответствии со спецификацией используемого чипа. Антенна выполняется из материалов, содержащих в своем составе токопроводящие вещества, такие как алюминий, медь, серебро, олово, золото, графит и другие материалы. Антенна наносится на подложку, выполненную из тонкопленочных синтетических материалов и бумаги методом травления, шелкографии (трафаретная печать), термотрансферного переноса, тиснения, струйной, офсетной, флексографской и цифровой печати специальными красками.
RFID Инлей (англ. Inlay) - часть RFID изделия, состоящая из подложки и содержащая в своем составе не менее одного чипа и одной антенны. Расположение антенн и чипов может быть как синхронно относительно сторон листового материала с радиочастотной меткой, так и асинхронно, в зависимости от предполагаемого дизайна и конфигурации будущего RFID изделия. На инлее могут быть расположены дополнительные электронные компоненты, например конденсаторы, резисторы, сенсоры, микроконтроллеры и др.
RFID метка - совокупность чипа и антенны.
RFID изделие - конечный продукт, содержащий RFID метку, например, карта, бирка, этикетка, наклейка, упаковка, браслет и другие формы изделия, который можно получить методом высечки из листового RFID материала, внутри которого есть RFID инлей.
RFID считыватель (ридер) - устройство, предназначенное для обмена данными с RFID изделиями, например, чтение и запись информации.
Полимерный композит - композитный материал, матрица которого образована из полимеров или эластомеров.
Традиционно, чтобы получить достаточно плоскую поверхность материала с RFID меткой, используется пухлая бумага, которую называют сырой, не обработанной каландровым прессом, например, с коэффициентом пухлости более 1,30. В такую бумагу при воздействии внешнего давления вжимается чип для обеспечения приемлемой плоскости поверхности материала.
Такой способ подвергает чип существенному давлению, что влияет на возникновение деформаций кристалла и возможный выход чипа из строя. Также возможен скрытый брак, о возникновении которого невозможно узнать в процессе производства. Толщина пухлой бумаги должна быть достаточной для создания кармана для чипа. Пухлая бумага как правило дороже, так как является редким материалом на рынке типографии. Пухлая бумага имеет ограничение в выборе и способах типографской печати. В течении времени, особенно при изменении климатических условий хранения, чип из такой конструкции может вылезти. Такой способ ограничивает ассортимент используемых поверхностных материалов.
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является листовой материал с радиочастотной идентификацией, известный из патента JP 5916028. Материал имеет подобную бумаге структуру, в которой размещается RFID-метка между первым бумажным слоем и вторым бумажным слоем. Материал снабжен прорезью, соответствующей RFID-чипу. При этом высота верхней поверхности защитного материала больше, чем высота верхней поверхности чипа RFID.
Однако такой предшествующий уровень техники имеет недостатки. Для изготовления материала требуется наличие дополнительного слоя, в котором предварительно сделаны отверстия, совпадающие с расстановкой чипов на RFID инлее, геометрический размер отверстия должен быть близким к размеру чипа, а толщина этого слоя должна соответствовать высоте чипа. Требуется роторное высокоточное оборудование для совмещения, при смене геометрических размеров чипа - смена оснасток в оборудовании. Само наличие такого слоя удорожает продукцию, усложняет процесс производства, снижает гибкость при смене раскладки RFID инлея.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании листового материала с радиочастотной идентификацией, поверхность которого является достаточно плоской с обоих сторон листа для печати обычным типографским способом, а способ изготовления такого материала - простым и экономически эффективным. При изменении раскладки RFID инлея не нужно изменять технологический процесс изготовления.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение гибкого плоского листового материала, в котором находящиеся внутри него чипы и другие электронные компоненты, не оказывают влияние на уровень плоскости поверхности листового материала.
Изготовление заявляемого материала не предъявляет особых требований и не требует дополнительной адаптации его слоев. Независимо от высоты чипа или используемых электронных компонентов и их конфигурации расположения на инлее внешняя поверхность материала получается плоской и гладкой. Поверхность не изменяется со временем.
Использование заявляемого изобретения позволяет упростить и ускорить производство листовых материалов, подходящих для типографской печати с обеих сторон и содержащие RFID и другие электронные компоненты в своем составе.
Заявляемый материал обеспечивает печать различными типографскими способами: офсетная печать, шелкография, струйная или цифровая печать. Гибкость и эластичность материала позволяет свободно проходить по тракту печатных станков, как обычная бумага. Материал не изменяет свою плоско-параллельность после нагрева в печатном оборудовании и при хранении. В месте нахождения чипов и электронных компонент краска ложится без изъянов.
Такой результат достигается за счет того, что внутри материала содержится полимерная пленка, которая по своей геометрии сформирована уже с учетом всех выступающих элементов, например чипа, содержащихся на поверхности инлея, причем с обеих его сторон. Полимерная пленка закреплена с одной или обоих сторон RFID инлея.
Такая полимерная пленка формируется в процессе производства листового материала из полимерного композита за одну технологическую операцию. Полимерный композит наносится в жидком состоянии, что позволяет покрывать выступающие элементы RFID инлея, обтекая их. Полимерную пленку можно формировать с обоих сторон инлея, в том числе в случае наличия на обратной стороне инлея дополнительных электронных компонентов. Полимерный композит имеет в том числе свойства клея, что позволяет надежно склеивать два соседних материала.
Такая полимерная пленка является отличным диэлектриком, может свободно контактировать с RFID чипом и антенной, электронными компонентами и токопроводящими дорожками, что дополнительно позволяет гарантировать использования продукта во влажной среде. Полимерная пленка обладает свойством эластомера, имеет обширные температурные интервалы эксплуатации от -60 до +120 °C без потери технических характеристик, что позволяет его использовать в цифровых печатных машинах, подвергающих материал нагреву. Благодаря этому материалы не изменяется вследствие влияния тепловых или механических воздействий, при необходимости материал может, например, изгибаться, но после всегда возвращается к своей изначальной форме.
Полимерная пленка на основе полиуретана не изменяет своих свойств в процессе времени, не изменяет цвет, имеет защиту от УФ лучей. Цвет формируемой полимерной пленки может быть прозрачный или любой другой при добавлении красителей.
Чип и другие электронные изделия внутри материала надежно защищены от механического воздействия, так как полностью со всех сторон находятся внутри сформированной полимерной пленки, что существенно увеличивает срок эксплуатации изделий и механическую устойчивость при эксплуатации.
Заявляемый технический результат достигается за счет того, что плоский листовой материал с радиочастотной идентификацией содержит последовательно расположенные первый слой гибкого материала, первый промежуточный слой, слой подложки с антенной и чипом, второй промежуточный слой, второй слой гибкого материала, при этом первый промежуточный слой выполнен из полимерного композита.
Изобретение поясняется с помощью фиг. 1-3, на которых показаны:
Фиг. 1 - общий вид листового материала с двадцатью четырьмя радиочастотными метками;
Фиг. 2 - листовой материал в разрезе.
На фиг. 1-2 позициями 1-9 обозначены:
1 - листовой материал;
2 - первый слой гибкого материала;
3 - первый промежуточный слой из полимерного композита;
4 - чип;
5 - слой подложки с антенной и чипом;
6 - второй промежуточный слой;
7 - второй слой гибкого материала;
8 - антенна;
9 - скошенный угол.
Плоский листовой материал 1 с радиочастотной идентификацией содержит последовательно расположенные первый слой 2 гибкого материала, первый промежуточный слой из полимерного композита 3, слой подложки 5 с антенной 8 и чипом 4, второй промежуточный слой 6, второй слой гибкого материала 7.
Устройство представляет собой сендвич структуру (фиг. 1).
Первый 2 и второй 7 слои гибкого материала являются слоями для печати.
Первый 2 и второй 7 слои гибкого материала могут быть выполнены из офсетной, крафтовой или переработанной бумаги, картона, синтетической бумаги, представлять собой PET (Полиэтилентерефталат), PVC (Поливинилхлорид), PP (Полипропилен), PE (Полиэтилен), натуральную или синтетическую ткань, искусственную кожу на основе PVC (ПВХ - поливинилхлорид) или PU (Полиуретан) или слой иного подходящего материала. Гибкий материал может быть как белым, так и окрашенным в любой цвет, иметь маркировку, рисунок или надписи, иметь фактурную поверхность или дополнительное покрытие, включая праймер, обеспечивающий лучшее удержание краски на поверхности, содержать металлизированные слои, слои магнита, металлической крошки и другие материалы.
Плоский листовой материал с радиочастотной идентификациейможет иметь первый 2 и второй 7 слои из различного гибкого материала, лицевую и оборотную сторону, выполненную из одного или различных сортов и цветов бумаги или содержать с одной стороны бумагу, а с другой стороны синтетический материал, ткань или иметь с одной из сторон бумагу с содержанием силиконизированного слоя и другие комбинации, в том числе содержать в своем составе металлизированные слои, слои магнита и другие материалы.
В качестве полимерного композита использован полимерный композит из группы полиуретанов (полиэфир-полиолов).
Первый 3 и второй 6 промежуточные слои могут быть выполнены из одинакового материала или иметь различные свойства. Например, второй промежуточный слой 6 может обладать свойствами остаточной липкости, тогда в комбинации со вторым слоем гибкого материала 7, покрытым силиконом, можно получить этикетку.
Подложка 5 может быть выполнена, например, из PET, специальной бумаги или другого подходящего гибкого материала.
Антенна 8 может быть выполнена травлением или напылением из алюминия, сплавов на основе меди, серебра, золота, графита или любого другого токопроводящего материала, подходящего для работы чипа 4.
Антенна 16 в частном случае выполнена прямоугольной (фиг.2). В зависимости от назначения в листе может быть расположено более одной антенны с чипом. На фиг. 2 показано двадцать четыре RFID метки, которые, соответственно, содержат двадцать четыре антенны на подложке.
Листовой материал может быть выполнен в виде прямоугольного листа стандартных размеров: A4 размером 210 мм на 297 мм, SRA3 размером 320 мм на 460 мм, SRA3+ размером 325 мм на 480 мм, SRA2+ размером 520 мм на 720, в виде рулона шириной от 210 мм до 850 мм и других размеров.
Листовой материал может быть выполнен в виде прямоугольного листа, у которого  один из углов геометрически отличается от трех других, например, имеет скос 45°, радиус, внутреннюю выемку.
Для листового материала скошенный угол является позиционным углом и обеспечивает правильное расположения листа на различных этапах производства конечной продукцией типографиями: печать и высечка. Позиционный угол, в отличие от нанесенной графическим образом угла, более удобен, так как позволяет проверить верное расположение листа, находящегося в середине пачки.
Внутри листа также могут быть размещены светодиоды, сенсоры, датчики, тонкопленочные батареи и другие электронные компоненты.
Внутри листа могут быть расположены позиционные элементы, с помощью которых за счет индукционных датчиков находят местоположение RFID метки для позиционирования листа при печати, вырубке или других необходимых операциях в вырубных и прочих типографских станках.
Получаемая толщина листа варьируется от 0,15 мм до 5,0 мм.
На каждом листе может быть нанесен машиночитаемый уникальный номер листа, например, штрих код, QR код и другие элементы. По этому номеру расположенные на листе RFID метки связаны. При формировании файла печати уникальные номера расположенных внутри листового материала RFID меток заранее известны типографии, что позволяет при печати за один проход нанести эту информацию, тем самым избежав дополнительных манипуляций для считывания данных с RFID меток и их графическое нанесение на RFID изделия.
После печати листовой материал с радиочастотной идентификациейможет быть дополнительно обработан, например, произведено частичное тиснение фольгой, покрытие лаком, нанесение ламинирующих пленок на основе BOPP (биаксиально-ориентированная полипропиленовая пленка), PVC, PET.
Листовой материал изготавливают следующим образом.
Между первым слоем 2 гибкого материала и слоем подложки 5 с антенной 8 и чипом 4 наносят первый промежуточный слой 3 из полимерного композита в жидком виде вязкостью от 500 до 20000 mPA.s (милипаскаль в секунду) и толщиной от 0,01 мм до 3 мм. Затем между вторым слоем 7 гибкого материала и слоем подложки 5 с антенной 8 и чипом 4 наносят второй промежуточный слой 6 из полимерного композита в жидком виде толщиной от 0,01 мм до 3 мм и вязкостью от 500 до 20000 mPA.s (милипаскаль в секунду) или клей при необходимости.
Материал проходит через систему прессов, что позволяет зафиксировать толщину материала на выходе и зафиксировать в жидком полимерном композите углубления от выступающих компонент. В таком состоянии нанесенный полимерный композит проходит стадию полимеризации и становится полимерной пленкой.
Толщина нанесения полимерного композита подбирается эмпирическим путем в зависимости от использованных материалов, свойств растекания по поверхности, высоты электронных компонент и других факторов.
Вязкость зависит от технических свойств используемого полимерного композита и температуры нанесения. Подбирается эмпирически и как правило находится в диапазоне от 500 до 20000 mPA.s (милипаскаль в секунду). Полимерный композитный материал может быть трехкомпонентный, двухкомпонентный и однокомпонентный.
После полимеризации полимерного композита формируется высокопрочная полимерная пленка, более не подвергающаяся геометрическим изменениям даже в процессе нагрева, благодаря чему на первый 2 и второй 7 слои гибкого материала не возникает давления чипа и электронных компонентов, находящихся на подложке, т.к. их высоту начинает компенсировать сформированная полимерная пленка. Материал получается плоским, гибким, обеспечивая плоскую поверхность с обеих сторон, пригодную для печати.
Заявляемый листовой материал может быть использован для производства изделий, содержащих в своем составе RFID метки и другие электронные компоненты в форме этикеток, бирок, открыток, наклеек, коробок, RFID карт, NFC визиток, и других подобных изделий.
Особенностью заявляемого материала является его плоская поверхность и эластичность для выполнения печати типографским способом.
Второй особенностью является то, что сформированная полимерная пленка в составе листового материала не пропускает кислород, что позволяет использовать полученный материал при изготовлении упаковок с радиочастотной идентификацией для пищевых продуктов.