RO132616A1 - Transponder de identificare prin radiofrecvenţă pentru medii agresive - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un transponder de identificare prin radiofrecvenţă, proiectat să funcţioneze în medii industriale agresive. Transponderul (1) conform invenţiei este alcătuit dintr-un circuit integrat (3), în carcasă SOT 323, şi dintr-o antenă (2) de câmp apropiat, având o formă spirală plană cu două spire, conectată la circuitul integrat (3) prin sudură, în două puncte de conexiune, aceste componente fiind încapsulate într-un material (4) izolator electric şi rezistent la stres chimic, mecanic, termic şi la presiune.

Description

Data depozit

Transponder IDRF pentru medii agresive

DESCRIERE [0001] Prezentul Brevet de invenție se încadrează în domeniul sistemelor de IDentificare prin Radio Frepvență, IDRF (în limba engleză RF|D adică Radio Frequency IDentification), în care, obiectelor li se atribuie o identitate unică jprin atașarea unor dispozitive electronice, pe care o corjiunică prin intermediul undelor electromagnetice din domeniul de radio frecvență, unui Cititoii-lnterogator, atunci când se află în raza acestuia de acțiune. Este astfel posibil să fie dezvoltate aplicații de identificare, urmărire, inventariere, criptare, securitate.

ι opi, [0002] Un Șistem IDRF 9 (Fig. 1) trebuie să inclRdă cel puțin un Cititor-lnterogator 11 prevăzut ~ cu o antenjă internă sau externă 12, conectat la un calculator gazdă 10, și etichete IDRF 5, (denumirea uzuală în limba engleză fiind RFID Tag), atașate obiectelor monitorizate. Eticheta IQRF 5, la modul general, este compqsă dintr-un circuit integrat 3, conectat electric la o antenă, și poate fi activă atunci când ane o sursă proprie de alimentare cu energie electrică, sau pasivă atunci când este energizatR de către Cititor-lnterogatorul 11.

[0003] Orice Etichetă IDRF 5, trebuie să conțiină un circuit integrat și o antenă. Funcție de domeniul de frecvență, eticheta IDRF 5 și infiplicit antena pe care o conține, au diferite performante, forme și dimensiuni. în domeniul)de înaltă frecvență, IF, (abrevierea HF-High Frequency^ în limba engleză), sistemele IDRF Ru o rază de acțiune mai mică de un metru, iar antena Etichetei IDRF are forma unei spirale plqne. în domeniul frecvențelor ultra-super înalte (Ultra HigK Frequency-Super High Frequency, ÎUHF-SHF în limba engleză), sistemele IDRF au o rază de acțiune de 3-7 metri, sau chiar sute de metri în cazul etichetelor IDRF active, iar antena etichetelor IDRF are formă de dipol. Informația este transmisă, în domeniul IF, prin modularea! sarcinii, iar în UIF-SIF, prin reflexia tindelor electromagnetice de pe eticheta IDRF, înapoi către Cititor-lnterogatorul care le-a generat (backscatter în limba engleză).

[0004] Fig.2a prezintă o Etichetă IDRF 5 deștinată funcționării în domeniul UIF. Pentru a realiza un transfer maxim de putere între antena UIF 6 și circuitul integrat 3, este necesară introducerea, între ele, a unei structuri de adaptare de impedanță 8. Antena UIF 6 și structura de adaptare de impedanță 8, sunt realizate dint(-un material conductor electric, sub formă de fir metalic, fir textil electroconductor, trasă de citcuit imprimat, sau structuri electroconductive tipărite. Cițcuitul integrat 3 este conectat electric la structura de adaptare de impedanță 8. Toate acește componente sunt atașate unui substrat electroizolant 7.

[0005] Ciijcuitul integrat 3, de dimensiuni extrjm de reduse (de până la 50-50pm), trebuie conectat efectric la a ansamblul masiv format Rin antena UIF 6 și structura de adaptare de impedanță! 8 ( 70mm lungime, 15mm lățime, 0.^-1mm lățime a trăsei conductoare). Există o discrepanță evidentă între dimensiunile celor două componente.

[0006] Pupctele de conxiune electrică dintre circuitul integrat 3 și și ansamblul masiv format din antenă UIF 6 și structura de adaptare de (impedanță 8, sunt punctele critice ( punctele a 2016 00791

07/11/2016 slabe) ale (Etichetei IDRF 5, în special atunci câhd sunt supuse unui stres chimic, mecanic, de presiune și termic, așa cum se întâmplă în spălătoriile industriale sau în alte medii agresive.

Aceste puncte de conxiune electrică trebuie pifotejate, și eticheta IDRF 5 este cu atât mai robustă cu cât numărul acestor puncte este mai Imic.

[0007] Ni) este practic să protejăm întreagja etichetă IDRF 5, pentru că și-ar pierde flexibilitate^, lucru nedorit în cazul articolelor textile procesate în spălătoriile industriale. Pentru medii agresive a fost adoptat un design jnou (Fig 2 b). Eticheta IDRF 5, a fost divizata în două fiărți, o antenă LIIF 6, ușor de realizat din fir conductoar metalic, fir textil electroconductoar sau din structuri electroconductive tipărite, care necesită doar o protejare ușoară, și un transponder IDRF independent capsulat (protejat la medii agresive) 1. Aceste două părți, cuplate inductiv, creează o Eticheta (DRF 5 cu o rază de acțiune de 3-5 metri.

[0008] Trajnsponderul IDRF 1 conține circuitul integrat 3, conectat la o mică antenă de câmp apropiat 2,| de forma unei bucle sau a unei spirale plane. Ea poate lucra în mod independent în cazul aplicațiilor în care citirea se face de la ițiică distanță, sau cuplată inductiv la o antenă UHF 6, în jcazul aplicațiilor în care citirea se face de la distanțe de ordinul metrilor (3-5m). Transponderul IDRF 1 are într-o variantă de reâlizare preferată, o formă plată rotunjită, cu un diametru dje sub 10mm și o grosime de 1mm.

[0009] Designul descris mai sus a fost utilizaț în cazul transponderului capsulat propus de brevetul EjP 2 405 054 A1. Transponderului cjapsulat este compus dintr-un circuit integrat conectat electric ia o antenă de câmp apropiat El are o formă circulară, și prin antena de cîmp apropiat proprie, este cuplat inductiv la o antenă UHF de câmp îndepărtat, care îi înconjoarăj cel puțin jumătate de circumferință, în mod particular două treimi sau întrega circumfeririță.

în Brevetul DE 102007026720 A1, care umjiează același tip de design, transponderul capsulat, denumit “modul cip“ (“chip module”) are forma unui plasture, este construit pe un substrat flexibil din plastic, iar circuitul integrat Și antena de câmp apropiat sunt acoperite cu folii protectoare. “Modulul cip“ este plasat pește o antena dipol UIF în meandre cu care cuplează inductiv.

[0010] Utilizate în medii agresive chiar și transponderele capsulate sunt distruse prin întreruperea contactului electric dintre circuitul irfitegrat și antena de câmp apropiat.

[0011] Brevetele US 20070095926 A1 and EP 20405 054 A1 au descris un transponder independent cu o antenă de câmp apropiat dă formă spirală plană, dar ambele realizează contactul ejlectric între cele două pad-uri ale circuitului integrat și capetele spiralei antenei prin strap-uri conductoare. Procedând astfel, vor fi patru puncte de contact electric, două între un pad al circiiitului integrat și un capăt al antenei șpirale și două pentru celălalt pad al circuitului integrat, designul va avea patru puncte critiOe/slabe (punctele A, B, C, D din Fig. 4a). Deasemerțea, la variații repetitive de temperatură, strapul se poate comporta ca un bimetal, întrerupând contactul electric dintre circuitul integrat și antena de câmp apropiat și obiectul etichetat îșji va pierde identitatea.

[0012] Pentru a atinge importantul obiectiv, de ă avea un număr minim de puncte de contact electric si ide a elimina din construcția transponderului strapurile care se comportă ca un bimetal la Variații repetate de temperatură, prezentul brevet, prin alegerea unui circuit integrat ^a 2016 00791

07/11/2016 cu o carcasă de dimensiuni mai mari, carcasa !SOT 323, a permis realizarea unei geometrii particularei a antenei de câmp apropiat (Fig. 4b), care elimină strap-ul, și reduce la două, minimum posibil, numărul punctelor de contact Electric.

I j [0013] Conexiunile electrice dintre circuitul integrat 3 și antena de câmp apropiat 2, sunt realizate pjrin tehnologia de montare pe suprafață. Prin utilizarea carcasei SOT 323, pinii circuitului integrat 3 sunt semnificativ mai marii fata de cei ai versiunii circuitului integrat cu contactul Electric realizat prin atingere mecanică de tip “flip chip” si permit realizarea unor contacte electrice prin sudura. Contactele electrice sudate sunt mult mai rezistente la solicitări mecanice, |sunt stabile chimic și au anduranță ridicată la procese cu variații de temperatură repetate caracteristice mediilor industriale agresive.

' i [0014] Antena de câmp apropiat 2 (Fig. 4b) este o spirală plană, cu un factor de formă redus, care trecej printre picioarele circuitului integrșt 3. Este realizată în tehnologia circuitelor imprimate pe o placă subțire de circuit imprimat | și are un diametru de circa 5mm.

ί !

[0015] Anjsamblul circuit integrat 3- antenă de câmp apropiat 2, va fi capsulat într-un material dielectric, ștabil chimic si rezistent din punct de yedere mecanic, izolant termic și apoi decupat în piese de) forma unor pilule rotunjite rezultând ransponderul IDRF 1.

[0016] Trahsponderul IDRF 1, poate fi atașat și fixat de obiectele pe care le identifică, în cavități, lipjit sau laminat pe suprafațe, sau cusut în buzunare, tivuri sau căptușeli în cazul articolelor de îmbrăcăminte și poate funcționa cla un dispozitiv de sine stătător în aplicațiile în care obiecțele sunt citite în imediata proximitate la Cititorului-lnterogatorului.

El poate fij plasat prin aceleași metode lângă d antenă UIF realizată anterior pe obiectul pe care-l ideritifică, putând funcționa și în aplicații care necesită o zonă de citire de ordinul metrilor (3H5m).

' i [0017] Prezentul brevet, prin proiectarea unȘi geometrii particulare a antenei de câmp apropiat 2J, reușește conectatarea acesteia Ija circuitului integrat 3, în două puncte de conexiune i electrică, minimum posibil. Conexțunenile electrice sunt realizate prin sudură rezultând âstfel un dispozitiv electronic robust și de încredere.

Claims (8)

1. Un tran^ponder IDRF 1, care conține:

- un) circuit integrat 3, în carcasă SOT 32^.

- o antenă de câmp apropiat 2 cu o geontietrie particulară, conectată electric la circuitul integrat 3 prin sudură, în două puncte de conexiune, numărul minim posibil, prin utilizarea tehnologiei de montare pe șuprafață, toate acestea încapsulate într-un material 4 rezistent la stres chimic, mecapic, de presiune, termic și izolant din punct de vedere electric. )

2. Antena) de câmp apropiat 2 are o geometrie particulară (Fig. 3), posibilă datorită dimensiunilor circuitului integrat 3 în carcasă SOT 323, caracterizată de forma spirală plană cu două spire, care trece printre picioarele circuftului integrat 3. Această geometrie particulară creează posibilitatea realizării a numai două puncte de conexiune electrică, minimum posibil, prin sudarea în tehnologia de montare pe suprafață, a circuitului integrat 3 la antena de câmp apropiat 2.) !

3. Varianta de realizare preferată utilizează tehnologia de montare pe suprafață, pentru realizarea {conexiunilor electrice sudate între circuitul integrat 3 și antena de câmp apropiat 2, dar pentru {reducerea costurilor de producție, circuitul integrat 3 și antena de câmp apropiat 2 pot fi lipită cu adeziv electroconductor sau filate mecanic printr-o construcție adecvată a capetelor antenei de câmp apropiat 2.

ί I

4. Domeniul de frecvență în care poate opera transponderul IDRF 1, este UIF sau SIF.

I

5. Transponderul IDRF 1, ca dispozitiv de sine {stătător, este un dispozitiv electronic cu rază mică de acțiune. Pentru ca raza sa de acțiune să crească, poate fi cuplat inductiv cu o antenă UIF-SIF. Pentru a realiza un cuplaj inductiv putârnic, antena UIF-SIF trebuie să înconjoare pe o lungime jpe cât posibil mai mare, și cât se poate de strâns, circumferința sau perimetrul antenei de)câmp apropiat 2 din componența traifisponderul IDRF 1.

6. Transpcfnderul IDRF 1, este protejat chimic, {mecanic, termic și izolat din punct de vedere electric, prin încapsulare într-un material adebvat, rezistent la stres chimic, mecanic, de presiune, termic și izolant din punct de vedere efectric.

I

7. Pentru Aplicații cu raza scurtă de acțiune, Transponderul IDRF 1, poate fi atașat și fixat, ca un dispozițiv de sine stătător, la obiectele pe care le identifică, în cavități, lipit sau laminat pe suprafețele! acestora, sau în buzunare, tivuri, Căptușeli ale obiectelor de îmbrăcăminte prin coasere, poate fi atsat si fixat prin aceleași metode, în imediata proximitate a unor antene UIF-SIF. ’ ’ ’ )

8. Transponderul IDRF 1, în varianta de realizate preferată, are o formă de pilulă rotunjită, cu un diametriu mai mic de 10mm, și circa 1mm gtosime, dar, funcție de aplicație, poate avea și alte forme geometrice, (e.g. paralelipiped rotunjit cilindru filiform)