CN101203868A - 将rfid元件直接集成在折叠盒子中 - Google Patents

Abstract

为简化将RFID芯片或者说RFID应答器施加在包装上的过程，按本发明提出，所述RFID芯片与应该在功能上配设给这些RFID芯片的天线元件一起作为单构件的RFID标签来制造。可以通过相应的装置在制造印刷材料的过程中、在对印刷材料进行再加工或调质的过程中、在对包装进行预处理的过程中、在制造包装的过程中或者在给包装填装的过程中施加在包装上。可以与施加过程一起对RFID芯片进行检查和初始化。由此大大简化了复杂的用于将所述RFID芯片集成在不同的包装中的过程。

Description

将RFID元件直接集成在折叠盒子中

本发明说明用于将具有集成天线的RFID芯片施加在包装中、优选施加在用于最终用户的销售包装中的方法和装置。本发明的另一主题是可以在包装生产的任意阶段中使用的、用于芯片的施加装置。

RFID表示通过无线电对目标进行自动识别的方法。原则上RFID系统可以在所有必须自动进行标识、识别、记录、存储、监控或输送的地方使用。可以以各种方案来提供RFID系统。尽管RFID解决方案具有大的带宽，但每个RFID系统都由以下三个性能所确定：

1.电子识别：该系统能够通过电子存储的数据来明确标识目标。

2.无接触的数据传输：为识别目标可以通过射频通道来无线地读出数据。

3.根据调用发送(on call)：被标识的目标只有在为其设置的阅读机调用这个过程时才发送其数据。

RFID系统在技术上看包括两个部件，应答器和阅读机：所述应答器-也称为“标签”-起到真正的数据载体的作用。它安置在目标上(比如商品或包装上)或者集成在目标中(比如芯片卡中)，并且可以无接触地通过无线电技术读出，并且按技术也可以再度得到描述。原则上所述应答器由集成电路和射频模块组成。在所述应答器上保存了识别号和其它关于所述应答器本身或者说与该应答器相连接的目标的数据。

今天的RFID技术基于所谓的智能标签(Smart Labels)，也就是粘贴到包装上的标签。这些标签在大件货物的物流中经受考验，但不适合于在销售包装上应用。一方面这些标签因智能标签的开销很大的和复杂的制造过程而十分昂贵，施加的标签的最终价格在0.25欧元和1.00欧元之间。如果将这些成本与真正的用于销售包装的制造成本联系起来，那就发现，这样的智能标签在最终用户范围内仅仅值得用于非常昂贵的物品。但在这样的最终用户范围内，被包装的物品的生产商也由于极高的成本在使用这种标签时犹豫不决。

另一个反对将所述智能标签用在用于最终用户的包装上的方面就是以下事实，即销售包装不仅具有保护功能，还具有营销功能。但是后来贴上的智能标签很难集成在包装设计中并向用户传递产品的廉价形象。

因此，用于用户安全及跟踪的RFID技术在制药及食品领域的使用以及RFID技术作为保险元件在高档物品上的使用，使得人们相对于目前的智能标签的技术要明显地降低费用。就象智能标签的制造的生产链所表明的一样，这一点仅仅部分地通过成本低廉的芯片的开发来实现。总成本中的一大部分则由所述智能标签的目前非常复杂的加工结构所引起。

降低用于最终用户包装的成本的第一种方案在于，直接将天线印刷在折叠盒子上并且在另一道工序中将对RFID功能所必需的芯片粘合、装订或者以某种其它方式固定在所述天线结构上。在此减少载体材料并且以低廉的成本来印刷天线结构，由此明显降低了成本，当然芯片的施加过程还总是产生很大开销，因为必须将很小的、高精度的芯片固定在天线的触点上。在此也必须在整个产品使用周期过程中保证芯片和天线之间的接触。但是所述触点始终隐藏着功能性故障的危险，在施加芯片时、在折叠盒子的运输过程中经受弯曲负荷时或者在折叠盒子的装填过程中都会产生所述功能性故障。

在有些芯片中已经集成了所述天线，这样的芯片提供一种补救方法。这样的芯片是一种部件，也就是说，本来在折叠盒子上分两个阶段生产RFID标签，即首先印刷天线并且随后将芯片粘合到天线上，这样的双阶段生产的问题消除了。触点不会松开并且不再需要对芯片进行高精度的定位。通过这样的具有集成天线的芯片的使用，可以在对折叠盒子进行多阶段生产的过程中在高工艺速度下进行集成，因为在双阶段制造方法中恰好是所要求的用于芯片施加的定向精度明显降低了工艺速度。具有集成天线的芯片因此可以简单地集成在折叠盒子中，因为对定位的要求很低。所述芯片必须存在，但不存在象在双阶段生产方法中那样的对位置和定向的要求。具有集成在所述芯片上的天线的应答器芯片也可以用专业概念“coil-on-chip”来说明。

所述具有集成天线的芯片的另一优点在于，整个RFID元件(芯片和天线)的结构尺寸很小，如果将芯片和天线集成在一个模块中。这种很小的结构尺寸实现了与折叠盒子装饰的设计相匹配的集成，不过在所述出于空间位置原因没有集成更大的RFID智能标签的折叠盒子的区域中也能进行这种集成。由此可以简单地实现一种隐藏的、恰好出于商品保护原因经常期望使用的集成。这种具有集成天线的芯片的缺点是可以实现的读取距离短。因此，这样的芯片首先适合用在商品保护方面，因为它们能够明确识别产品包装。将来通过集成密度的提高，也可以设想应用在物流领域，比如应用在商店货架中的存货维护或者支付过程的清算。

以下对折叠盒子的典型的制造过程进行描述。为制造折叠盒子，在多数情况下将纸盒纸张印刷成多个有用片段(Nutzen)。出于防刮擦的原因以及出于外观原因，为提高精美度，在大多数情况下要对这种经过印刷的纸张进行涂装。这种涂装可以在印刷机内部在涂装机组中或者在印刷机外部在单独的涂装机中进行。而后这种经过印刷的纸张可以经受其它的调质步骤，比如压印过程。在整张纸张上进行最后的调质步骤之后，折叠盒子有用片段(Faltschachtelnutzen)在纸张冲压机中冲制成单个的有用片段或折叠盒子区段。与此同时或者紧接在冲压过程之后也加入对折叠盒子的折叠来说所必需的沟槽。所述单个的折叠盒子在修剪装置中分开或者手动分开，其中与此同时去除不需要的纸张组成部分。所述单个的折叠盒子有用片段或者折叠盒子区段而后在粘合机中成形为制好的折叠盒子。为此，在所述折叠盒子区段或者折叠盒子有用片段的一个或多个粘合连接片上涂上粘结剂，并且随后通过一个带式导向装置如此折叠所述折叠盒子，使得所述粘合连接片与对置的折叠盒子区段的内侧相接触，并且与其粘接在一起。通常通过挤压机来增加在所述粘合连接片和背面之间的接触，以此促进粘接效果。

本发明的目标是，如此在折叠盒子的制造过程中设置具有集成在芯片上的天线的RFID芯片，从而尽可能降低用于施加芯片的开销并且最佳地保护所施加的芯片。在此也对用于施加芯片的设备的特殊设计方案进行说明。

在按本发明的第一设计方案中，将所述具有集成的天线的芯片在粘合机内部施加在所述粘合连接片上。在此优选将粘合胶涂在所述折叠盒子的粘合连接片上，将所述芯片通过相应的装置放到所涂覆的粘合胶上，将折叠盒子折叠起来并且使所述粘合连接片与所述折叠盒子的背面的内侧粘接在一起。所述芯片现在处于两个纸盒层之间，通过粘合胶得到固定并且通过两层纸盒层得到最佳保护。所述芯片没有针对定位提出特殊要求并且将数据传输给RFID应答器不要求可视接触，由此实现上述方法。这种处理方法对于后来的使用者比如在收款处的使用者来说具有这样的优点，即所述芯片处于指定的位置上，也就是粘合连接片上。另一个重要的优点是，所述芯片通过纸盒层得到很好的保护。因为总是必须破坏包装才碰到芯片，所以它不容易遭到破坏，并且该芯片在填装过程中也不会在无意中遭到损坏。由此可以在很高的程度上保证理想的、对连续的跟踪和物流方案来说强制需要的运行可靠性。

本发明的另一种设计方案就是在印刷过程中施加芯片。印刷产品以及尤其折叠盒子出于装饰和防刮擦原因几乎总是要进行涂装。用于固定所述芯片的方案在于，在对印刷产品进行涂装之后将所述芯片在印刷机内部放在尚未干燥的和/或尚未硬化的油漆上，并且而后将带有芯片的油漆在穿过所述印刷机的印刷流程中输送给干燥装置或硬化装置，该干燥装置或硬化装置对油漆进行热干燥并且/或者引起漆膜的聚合作用。所述芯片在这种情况下通过漆膜固定在所述印刷产品上，也就是说所述油漆除了其基本的作为保护漆和/或装饰漆的功能之外，还用作芯片的固着剂。所述芯片要么可以间接地施加在所述印刷产品上，方法是将所述芯片输送给涂装机组的导送油漆的滚筒并且而后与油漆一起转移到该印刷产品上，要么该芯片在涂装过程之后在穿过印刷机的过程中直接施加在处于所述印刷产品上的油漆上。

所述具有集成天线的芯片的一个主要优点在于，与将芯片和天线分开的RFID技术相反，明显降低对芯片施加的匹配精度的要求。由此不要求比如用装配机器人对所述芯片进行接触式定位。比如用所提到的装配机器人进行的接触式装配要求在印刷机、粘合机、纸张冲压机或填装工位内部总是进行运动和位置搜索，这就减缓了真正的过程并且由此限制了生产率。而且一种这样的装配系统的可支配性也受到限制，因为要为位置搜索使用复杂的传感器并且因所要求的运动需要更多活动的元件。因为在具有集成天线的RFID芯片上，所有对应答器运行所必需的部件都处于一个部件上，所以对定位的要求就不太高。较低的要求产生这样的结果，即可以在基片和施加机组之间具有间距的情况下施加芯片。在此不再强制需要运动过程，并且复杂的搜索正确的装配位置这一过程也由此取消。由此，在施加芯片时可以实现相应的施加速度，用常见的工艺速度在所述折叠盒子制造的单个工艺步骤内就可以一同保持该施加速度。但是甚至在接触安装芯片时，可实现的速度也更高，因为省去了复杂的搜索正确的装配位置的过程。

施加可以单独地或者与固着剂共同进行。与固着剂共同进行，按本发明意味着，比如通过喷嘴将所述固着剂比如分散胶粘剂以及芯片施加在所述基片上。共同施加固着剂和芯片具有这样的优点，即所述芯片被粘结剂所包裹、润湿或包围并且无论如何通过所述固着剂固定在所述基片上。将固着剂和芯片分开地分两个阶段进行施加，按本发明这同样被视为一种方案，这种做法对定位提出更高要求，因为在施加芯片时必须碰到特定的位置，在该位置上已经在先前的工序中涂上了所述固着剂。

将单个的芯片在施加之前分开，这也是一种特殊的要求。目的是，通常使每个折叠盒子仅仅设有一个芯片，尽管出于功能可靠性的原因也可以设想施加多个芯片。但是，这样就不再通过固定地集成在芯片中的识别代码来明确地识别折叠盒子。所述芯片而后必须通过数据传输设置一致的代码。对防伪造安全性的特殊要求可以通过以下方法得到保证，即所述芯片仅仅可以一次性用数据进行说明或者在芯片上的数据具有加密。但是一种这样的加密也总是在阅读和识别仪器方面要求相应的解密软件。

但是对于单个产品的功能可靠性以及单个产品在整个物流过程中跟踪的普遍性来说要求每个包装包含至少一个芯片，在此要对芯片的功能能力进行检查。具有功能性故障的芯片因此必须在施加过程之前通过分离装置从工艺过程中分离出来。

可以借助于公知的拾放技术(Pick-and-Place)比如用吸取机臂从一定数量的单个芯片中进行分离。但是为此所述芯片通常必须有序地放好。利用所述拾放技术，可以将单个芯片放到小的具有分离装置的输送带上，在该输送带上方安装了相应的检测传感装置。而后芯片可以由该输送带通过气隙落到折叠盒子下料上的固着剂上或者输送给固着剂供给装置。

也可以设想利用其它的分离技术比如用蜗轮通过离心或者通过吹吸技术从大量无序放置的芯片中进行分离。在此也应该在施加芯片之前进行质量检查。

本发明的另一种设计方案将芯片输送给胶带，其中所述芯片落到该胶带的粘结面上或者输送给该粘结面。这种具有芯片的胶带而后由供给装置施加到所述包装上。此外可以使用商业上常用的胶带供给装置。这种方法的优点在于，所述具有芯片的胶带后来可以轻易地再度从包装上移去。客户在购买之后可轻易地去除该芯片，并且因此避免用户方面关于连续监控的担心。

Claims (23)

1.由纸张、纸盒或者塑料制成的具有集成的RFID应答器(射频识别应答器)的包装，其特征在于，在单件的、构成所述包装的组成部分的芯片上映射了所述RFID应答器的全部功能，也就是所述芯片除了数据之外还映射了振荡回路的全部功能。

2.用于制造按权利要求1所述的包装的方法，其特征在于，所述芯片通过固着剂与所述包装相连接。

3.按权利要求1所述的包装和按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固着剂是分散胶粘剂。

4.按权利要求1所述的包装和按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固着剂是热熔性胶粘剂。

5.按权利要求1所述的包装和按权利要求2所述的方法，其特征在于，所述固着剂是一种双组分胶粘剂或者一种基于聚亚安酯的胶粘剂。

6.用于制造按权利要求1和2所述的包装的方法，其特征在于，所述芯片与所述固着剂一起从供给装置施加到所述包装上。

7.用于制造按权利要求1和2所述的包装的方法，其特征在于，首先将所述固着剂施加到所述包装上并且而后在接下来的步骤中施加芯片。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述芯片供给装置的供给口以及所述包装上的固着剂之间在施加芯片的时刻存在气隙，也就是说无接触地施加所述芯片。

9.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述芯片通过芯片施加装置浸入所述固着剂中，也就是说至少与所述固着剂相接触地施加芯片。

10.制造按权利要求1和2所述的包装的方法，其特征在于，首先将所述芯片施加到胶带的粘结面上，并且随后将所述胶带与所述芯片一起施加到所述包装上。

11.按权利要求6、7或10所述的方法，其特征在于，所述固着剂的施加和芯片的施加在印刷机内部进行真正的印刷过程之前、期间或之后在印刷流程中进行。

12.按权利要求6、7或10所述的方法，其特征在于，所述固着剂的施加和芯片的施加在冲压机内部进行真正的冲压过程之前、期间或之后在冲压流程中进行。

13.按权利要求6、7或10所述的方法，其特征在于，所述固着剂的施加和芯片的施加在折叠盒子粘合机内部进行真正的粘合过程之前、期间或之后在穿过所述粘合机的过程中进行。

14.按权利要求13所述的方法，其特征在于，所述芯片与所述粘合胶一起或者分开地施加到折叠盒子的粘合连接片上，随后将所述粘合连接片与所述折叠盒子的对置的侧面汇合，并且随后使所述芯片在所述折叠盒子的粘合连接片上处于两个彼此粘接在一起的纸盒层之间。

15.按权利要求13和14所述的方法，其特征在于，通过所述粘合胶供给装置的触发装置来触发所述芯片供给装置。

16.按权利要求1到13所述的方法和包装，其特征在于，在将所述芯片分离之后作为单件并且在施加到包装上之前对所述芯片功能进行检查。

17.按权利要求1到13所述的方法和包装，其特征在于，在将所述芯片施加和固定到包装上之后对其功能进行检查。

18.按权利要求11或12和16和/或17所述的方法，其特征在于，通过标记装置比如喷墨打印机、激光标记装置或其它合适的标记设备将没有足够功能的包装标记为有缺陷的包装，并且将具有多个有用片段的有缺陷的印张或者被作上标记的单个有用片段在冲制过程之后或者在经过所述折叠盒子粘合机的过程中从生产过程中分离出去。

19.用于制造按权利要求1和2所述的包装的方法，其特征在于，在折叠盒子矫准机中就在包装设备中进行装填过程之前通过供给装置点状施加固着剂，并且随后将所述芯片固定在这个粘合点上。

20.按权利要求19所述的方法，其特征在于，施加所述固着剂的过程以及施加芯片的过程在所述包装设备的一个工序中完成。

21.按权利要求19所述的方法，其特征在于，施加所述固着剂的过程以及施加芯片在所述包装设备的两道工序中完成。

22.用于制造按权利要求1所述的包装的方法，其特征在于，在穿过印刷机的印刷流程中在涂装之后在处于印张上的油漆层中通过至少一个芯片供给装置或施加装置进行芯片的施加并且将漆膜用作所述芯片的固着剂。

23.按权利要求22所述的方法，其特征在于，在施加芯片之后所述漆膜通过干燥装置干燥和/或硬化。