BR0010643B1 - “transponder sobremoldado para um sistema eletrônico de identificação, e, método para formar um transponder sobremoldado para um sistema eletrônico de identificação” - Google Patents

Description

4TRANS.PONDER SOBREMOLDADO PARA UM SISTEMA

ELETRÔNICO DE IDENTIFICAÇÃO, E, MÉTODO PARA FORMAR UM TRANSPONDER SOBREMOLDADO PARA UM SISTEMA ELETRÔNICO DE IDENTIFICAÇÃO” Campo da invenção A presente invenção refere-se geralmente a produtos e materiais no campo de sobremoldagem de componentes eletrônicos e de dispositivos apresentando núcleos de ferrita, núcleos de metal cm pó e núcleos magnéticos de produto de alta energia, e, mais particularmente, a materiais para, e a produtos preparados por meio de sobremoldagem de componentes eletrônicos que incorporam tais materiais. A invenção tem aplicações particulares no campo dos componentes e dispositivos de identificação eletrônica ("EID": electronic Identification) ou ("RFID": radio frequency Identification) manufaturados através do processo de sobremoldagem.

Fundamentos da invenção Núcleos de ferrita. núcleos de metal em pó e magnetos de produto de alta energia, como magnetos de cobalto samãrío e neodímio-ferro-boro apresentam determinadas propriedades vantajosas de campo magnético e elétrico que os tornam ideais para uso em determinados tipos de componentes e circuitos eletrônicos. Estes tipos de materiais são frangíveis, embora os materiais possam ser fabricados numa variedade de formas e apresentam geralmente boas características mecânicas sob cargas de compressão. No entanto, estes materiais frangíveis são geral mente fracos no que se refere à resistência à tração, tendendo a rachar ou fraturar quando submetidos a cargas de tração, cargas de ligação ou cargas de impacto relativamente modestas, Rachaduras e fraturas dentro de materiais frangíveis fabricados podem reduzir substancialm.en.te as propriedades benéficas de campos magnéticos e elétricos, impactando negativamente suas características desejáveis. Assim, a utilização máxima destes tipos de materiais frangíveis requer a consideração de, e acomodação para, suas propriedades físicas limitadoras.

Uma aplicação exemplar que pode beneficiar-se do uso de um núcleo de ferrita como parte de um circuito eletrônico é um circuito transponder de identificação eletrônica ("EID") ou de identificação de radiofreqüência ("RFID") utilizado em sistemas de EID ou de RFID. Os sistemas de EID e RFID incluem geralmente um sinal emissor ou “leitor” que é capaz de emitir um sinal de alta freqüência na faixa de banda de freqüências de quilohertz (kHz) ou um sinal de frequência ultra-elevada na faixa da banda de freqüências de megahertz (MHz). O sinal emitido da leitora é recebido por um "transponder" que é ativado de alguma maneira quando da detecção ou recebimento do sinal pela leitora. Em sistemas de EID e RFID, o transponder gera um sinal ou acopla indutivamente à leitura para permitir que a leitora obtenha códigos ou dados de identificação da memória no transponder.

Geralmente, o transponder de um sistema de EID ou RFID incluirá circuito de processamento de sinal que é ligado a uma antena, como uma bobina. Para determinadas aplicações, a bobina pode ser enrolada em tomo de um núcleo de ferrita, metal em pó, ou magnético. O circuito de processamento de sinal pode incluir uma quantidade de diferentes componentes operacionais incluindo circuitos integrados, como conhecido na técnica, e muitos, senão todos os componentes operacionais podem ser fabricados em um único circuito integrado que o componente principal do circuito de processamento de sinal de dispositivos de EID e RFID.

Por exemplo, determinados tipos de transponders de RFID “ativos” podem incluir uma fonte de energia, como uma batería, que também pode ser ligada à placa de circuito e ao circuito integrado. A batería é utilizada para energizar o circuito de processamento de sinal durante a operação do transponder. Outros tipos de transponders, como transponders "Half Duplex" ("HDX") [semi-duplexados], incluem um elemento para receber energia da leitora, como uma bobina, e elementos para converter e armazenar a energia, por exemplo um circuito transformador/capacitor.

Em um sistema HDX, o sinal emitido gerado pela leitora é ciclizado, ligado e desligado, acoplando indutivamente à bobina quando no ciclo emissor para carregar o capacitor. Quando o sinal emitido pela leitora é interrompido, o capacitor descarrega para o circuito do transponder de modo a energizar o transponder que pode emitir ou gerar um sinal que é recebido pela leitora.

Um sistema "Full Duplex" ("FDX"), em comparação, inclui um transponder que geralmente não inclui nem uma batería nem um elemento para armazenar energia. Ao invés, em um transponder de FDX, a energia no campo emitida pela leitora é acoplada indutivamente na antena ou bobina do transponder e passada através de um retificador para se obter energia para acionar o circuito de processamento de sinal do transponder e gerar uma resposta para a leitora concorrentemente com a emissão do sinal emitido pela leitora.

Notavelmente, muitos projetos de circuitos diferentes para transponders ativos, de HDX e FDX são conhecidos na técnica e foram descritos numa quantidade de patentes expedidas, e, portanto, não são descritos aqui em maior detalhe. Muitos dos tipos de transponders de EID e RFID presentemente em uso apresentam benefícios particulares resultantes de sua capacidade de serem embutidos ou implantados no interior de um objeto a ser identificado de uma maneira tal que sejam ocultados de detecção ou inspeção visual. Para essas aplicações, todo o transponder pode ser encapsulado num componente selado, por exemplo para permitir o implante em itens biológicos a serem identificados, ou para permitir o uso em ambientes submersos, corrosivos ou abusivos. Assim, várias referências, incluindo as patentes U.S. Nos. 4.262.632; 5.211.129; 5.223.851, 5.281.855 e 5.482.008 descrevem a encapsulação completa de vários transponders dentro de um recipiente cerâmico, de vidro ou metálico.

Para um transponder encapsulado, é prática geral montar o circuito de transponder e depois inserir o circuito no cilindro de vidro, cerâmica ou metálico, sendo que uma das extremidades já está selada. A extremidade aberta de um cilindro do tipo de vidro é geralmente fechada por fusão empregando-se uma chama, para criar uma cápsula hermeticamente selada. Outros tipos de recipientes de vidro, cerâmica ou metálicos utilizam uma tampa para selar a extremidade aberta, sendo que a tampa é colada ou conectada mecanicamente à extremidade aberta do cilindro, como discutido, por exemplo, na patente U.S. No, 5.482.008. Além disso, conforme discutido na patente indicada previamente, para prevenir que o circuito de transponder se mova no interior da cápsula, também é conhecido o uso de um material de epóxi para ligar o circuito do transponder à superfície interior da cápsula.

Como mostrado, por exemplo, na patente U.S. No. 4.262.632 (incorporada aqui por referência) as vantagens potenciais da utilização de dispositivos de EID e RF1D em aplicações biológicas, como a identificação de gado, têm sido objeto de investigação durante vários anos. Como discutido na patente 4.262.632, estudos mostram que um transponder de EID de "bolus" adequado para colocação no retículo de um animal ruminante permanecerá no retículo durante um período indefinido se o peso específico do transponder de bolus for de dois ou maior, e/ou o peso total do transponder de bolus exceder sessenta grani as. Assim, para essas aplicações, o transponder de bolus requer geral mente um elemento de peso porque o do circuito dc EID pode ser geralmente muito pequeno e até superleve, requerendo mera mente o circuito integrado e antena e outros poucos componentes. Portanto, foi revelado, por exemplo na patente 4,262,632, como incorporar um elemento de peso de íerríta dentro de um encapsulante que também contém um transponder de EID. O projeto de um transponder de bolus adequado para uso em um animal ruminante também pode beneficiar-se do uso apropriado de um magneto ou de um núcleo de ferrita para incrementar as características de transmissão de sinal do transponder ao mesmo tempo em que proporciona o peso necessário para manter o peso específico do transponder de bolus em dois ou maior, e/ou para manter o peso total do transponder de bolus excedendo sessenta gramas. Contudo, para se obter a ampla aceitação e o uso dos dispositivos de transponder de E1D de bolus para animais ruminantes os dispositivos também precisam ser projetados e fabricados com uma compreensão das exigências físicas e econômicas da aplicação em gado. Assim., embora transponders de bolus encapsulados em cerâmica adequados para o ambiente do retículo estejam sendo investigados, o custo de as frágeis características físicas das cerâmicas impactam sobre sua aceitação comercial. Assim, um encapsulante para fabricar a cápsula ou envolver transponders de E1D que não apresenta as limitações de encap sul antes de cerâmica, vidro ou metálicos, particular mente para transponders de bolus, seria altameníe benéfico.

Sumário da invenção A presente invenção contempla um método, aparelho e material para sobremoldar dispositivos eletrônicos que podem incluir materiais de núcleo de ferrita, metal em pó e núcleos magnéticos e circuitos associados, por exemplo circuitos para um transponder de EI D ou RFID, sendo que o encapsulante é um plástico, polímero ou elastômero ou outro material moldável por injeção compatível com o ambiente de aplicação intencionado. De acordo com a invenção, o material de envoltório pode ser aplicado em um processo de moldagem por injeção ou moldagem por extrusão para sobremoldar o núcleo e circuitos eletrônicos do transponder. Além disso, a invenção contempla um material de revestimento inédito, particularmente útil para a proteção de componentes eletrônicos contra degradação ambiental.

Breve descrição dos desenhos A Fig. 1 é uma vista em seção transversal lateral de um transponder incluindo um núcleo sobremotdado fabricado de acordo com a presente invenção; a Fig. 2 é uma vista em seção transversal do transponder da Fig. 1; a Fig. 3 ilustra uma vista em perspectiva da ferramenta de molde utilizado para o processo de sobremoldagem para fabricar o transponder da Fig. 1; a Fig. 4 ilustra uma vista em seção transversal através da ferramenta de molde da Fig. 3 durante o estágio inicial de injeção de material de sobremoldagem na ferramenta de molde; a Fig, 5 ilustra uma segunda vista em seção transversal da ferramenta de molda da Fig. 3 mostrando um estágio ulterior no processo de moldagem; a Fig. 6 ilustra outra vista em seção transversal da ferramenta da Fig. 3 mostrando um estágio ulterior no processo de moldagem; a Fíg. 7 ilustra outra vista em seção transversal da ferramenta da Fig. 3 mostrando o processo de moldagem em que pinos de centralização de núcleo são retraídos na ferramenta; a Fig. 8 ilustra uma vista lateral de uma configuração alternativa para um transponder que ainda não foi revestido com material de moldagem; a Fíg. 9 ilustra a vista frontal do transponder da Fig. 8; a Fig. 10 ilustra o transponder das Figs. 8 e 9 colocado no interior da ferramenta de molde da Fig, 3 durante o processo de moldagem por injeção no mesmo estágio ilustrado na Fig. 6; a Fig. 11 ilustra um elemento de núcleo frangível colocado no interior da ferramenta da Fig. 3 durante o processo de injeção por sobremoldagem no mesmo estágio da etapa ilustrada na Fig. 6; a Fig. 12 ilustra uma vista em seção transversal de um núcleo frangível sobremoldado com um material de sobremoldagem de acordo com o processo da presente invenção; a Fig, 13 ilustra uma vista em perspectiva de um transponder em um projeto alternativo para a ferramenta de molde, e posicionado na mesma por meio de um ou mais elementos centralizadores durante o processo de sobremoldagem, a Fig. 14 ilustra uma vista em perspectiva de um elemento centralizador como mostrado na Fig. 13, Descrição detalhada da concretização preferida A Fig. 1 ilustra uma vista em seção transversal lateral de um transponder 10 preparado de acordo com a presente invenção, A Fig, 2 ilustra um vista de topo do transponder 10 da Fig. 1. O transponder 10 inclui circuito de processamento de sinal, como um circuito integrado 12, montado sobre uma placa de circuito 14 juntamente com outros elementos de circuito, como um eapacitor 16, O circuito de processamento de sinal pode ser um circuito de transponder ativo, semi-duplexado (HDX) ou total mente duplexado (FDX). O circuito integrado 12 e eapacitor 16 são fixados na placa de circuito 14 e acoplados eletricamente a um fio 18 conformado em bobina 20, nas extremidades ou pontas 22 e 24 do fio 18. Na concretização ilustrada nas Figs. 1 e 2, a bobina 20 é enrolada em tomo de um corpo de bobina 26 e, depois, posicionada sobre um núcleo 30, sendo que a placa de circuito 14 c fixada a uma extremidade do núcleo 30 para formar um conjunto de transponder 10a. Como discutido abaixo, o conjunto de transponder 10a pode ser, de preferência, sobremoldado com. um material de moldagem por injeção 32, que pode ser um material plástico, polimérico ou de epóxi, para formar o transponder 10 completo. A localização axial relativa da bobina 20 em tomo do núcleo 30 pode ser importante para a operação ótima do transponder 10. Especificamente, o transponder 10 inclui, de preferência, uma combinação sintonizada de bobina 20 e capacitor 16. Geralmente, em um transponder, a sintonia é realizada casando-se o comprimento do fio 18 que forma a bobina 20 com a capacitância do capacitor 16. No entanto, quando o fio 18 precisa ser enrolado em tomo do corpo de bobina 26 e instalado sobre o núcleo 30, o comprimento exato do fio 18, e também sua indutância, não pode ser controlado vantajosamente durante o projeto e a fabricação de modo a permitir o casamento da indutância da bobina 20 com a capacitância do capacitor 16 de modo a sintonizar o circuito do transponder 10. Deve-se considerar que se o transponder não é sintonizado adequadamente, as capacidades de leitura e de transferência de dados podem ser diminuídas.

Contudo, verificou-se que, através da disposição axial apropriada do núcleo 30 dentro da bobina 20, o transponder 10 pode ser sintonizado mesmo sem a otimização do comprimento do fio 18, visto que a indutância da bobina 20 se modifica em virtude do posicionamento axial do núcleo de ferrita 30. Para um dado conjunto de parâmetros de projeto para uma combinação de núcleo de ferrita 30 e bobina 20, incluindo a circunferência e o comprimento do núcleo, e também o comprimento do fio 18 e a capacitância do capacitor 16, é possível fabricar um conjunto de transponder 10a sintonizado através do movimento axial da bobina 20 ao longo do eixo longitudinal do núcleo de ferrita 30 até que se estabeleça um sistema indutor/capacitor sintonizado e, depois, fixando-se o corpo de bobina 26 e a bobina 20 ao núcleo de ferrita 30 durante o processo de manufatura.

Após a montagem do circuito do conjunto de transponder 10a, o conjunto de transponder 10a é transferido para uma máquina de moldagem por injeção. Especificamente, o conjunto de transponder 10a é colocado dentro da ferramenta de molde 40, 42 ilustrada nas Figs. 3-7. A Fig. 3 ilustra uma vista em perspectiva da ferramenta de molde 40, 42 sem o conjunto de transponder 10a instalado em seu interior. A ferramenta de molde 40, 42, quando fechada, define uma cavidade dimensionada para receber o transponder 10a em preparação para a sobremoldagem com o material de moldagem por injeção plástico, polimérico ou de epóxi 32. No entanto, deve-se observar que, embora ilustradas como cilíndricas, as paredes interiores da ferramenta de molde 40, 42 podem apresentar características de superfície para definir uma variedade de formas ou de padrões sobre a superfície exterior do transponder 10 completo, conforme pode ser benéfico para aplicações particulares. As variações potenciais para o projeto da forma exterior do transponder completo, assim, por exemplo, podem ser cilíndricas, em forma de projétil, afuniladas em lados opostos, ou um oval achatado, e as paredes exteriores podem ser lisas, rugosas ou dotadas de calombos, dependendo da aplicação intencionada.

Como ilustrado na Fig. 3, a ferramenta de molde 40, 42 inclui pinos que se projetam para dentro 46, 48 que servem para posicionar e fixar o conjunto de transponder 10a no interior da ferramenta de molde 40, 42 durante o processo de injeção. Os pinos 46, 48 são configurados de modo a poderem ser retraídos por retratores de pinos acionados por resposta a pressão 50, 52 na ferramenta de molde 40, 42 próximo do fim do ciclo de injeção. Em uma extremidade da ferramenta de molde 40, 42 encontra-se um jito 56 através do qual o material de moldagem por injeção 32 é injetado por meio de uma máquina de moldagem por injeção (não mostrada). Como também se observa na vista em perspectiva da Fig. 3, a ferramenta de molde 40, 42 pode incluir pinos guia 60 na ferramenta 42 que se alinham e acoplam com orifícios de recepção de pinos guias 62 na ferramenta 40 quando a ferramenta de molde é fechada, de modo a manter o alinhamento da ferramenta de molde 40, 42 durante o ciclo de injeção.

As Figs. 4-7 ilustram vistas em seção transversal da ferramenta de molde 40, 42 e um conjunto de transponder 10a posicionado em seu interior, ilustrando em seqüência o avanço do material de moldagem plastificado 32 durante o processo de moldagem por injeção. Como ilustrado, os pinos 46, 48 atuam posicionando coaxialmente e centralizando o conjunto de transponder 10a dentro da cavidade do molde 44. Quando o material de moldagem 32 quente e plastificado é injetado sob pressão pela máquina de moldagem por injeção, o material de moldagem 32 plastificado penetra fluindo através do jito 56 e impinge sobre a extremidade 64 do núcleo 30 como mostrado pela seta 70, e comprime axialmente o núcleo 30 contra os pinos 48 que se encontram posicionados para contactar a extremidade oposta 66 do conjunto de transponder 10a. O material de moldagem 32 flui então radialmente para fora ao longo da extremidade 64 do núcleo de ferrita 30 conforme ilustrado pelas setas 72 nas Figs. 4 e 5. Quando suficiente material de moldagem 32 foi injetado para preencher a extremidade da cavidade 44, então a face de avanço do material de moldagem 32 prossegue longitudinalmente ao longo da superfície radialmente exterior 68 do conjunto de transponder 10a, como mostrado pelas setas 74 na Fig. 6. Este processo de injeção por sobremoldagem só submete o núcleo 30 a cargas de compressão, e não submete o núcleo 30 a cargas de tração em qualquer momento durante todo o ciclo de injeção. Assim, através do processo de injeção com sobremoldagem da presente invenção o núcleo 30 não será danificado de uma maneira que pudesse diminuir as propriedades elétricas ou magnéticas do núcleo.

Quando a cavidade do molde 44 está completamente preenchida com o material de moldagem 32 plastificado, a pressão interna dentro da cavidade 44 aumenta. Os pinos 46, 48, que posicionam o conjunto de transponder 10a dentro da cavidade 44, são conectados com retratores de pinos 50, 52, que são sensíveis a pressão. Quando a pressão na cavidade do molde atinge um nível predeterminado, os pinos 46, 48 retraem-se na parede da cavidade do molde conforme mostrado por setas 76, 78, e o espaço desocupado pelos pinos 46, 48 é preenchido com o material de moldagem 32 conforme mostrado na Fig. 7. Contudo, como o material de moldagem 32 já encapsulou o transponder 10, o material de moldagem 32 manterá o transponder 10 em seu lugar durante o estágio de cura ou endurecimento do ciclo de sobremoldagem por injeção. Uma vez completado o processo de sobremoldagem, a ferramenta de molde 40, 42 é aberta e o transponder 10 completo é ejetado.

As Figs. 8 e 9 ilustram uma vista lateral e uma vista frontal, respectivamente, de uma concretização alternativa de um transponder 80 que não inclui o núcleo 30 do transponder 10 da Fig. 1. Em lugar disso, para o transponder 80, o fio que forma a bobina 20 é enrolado em tomo da placa de circuito 14 sobre a qual o circuito integrado 12 e o capacitor 16 estão montados. A bobina 20 é interconectada com a placa de circuito 14 e o circuito integrado 12 sobre a mesma, via fios 22 e 24 geralmente como discutido acima com respeito à Fig. 1. O transponder 80 das Figs. 8 e 9 é geralmente muito menor do que o conjunto da Fig. 1. pelo fato de que ele particularmente não inclui o núcleo 30 e o peso adicional e tamanho correspondente ao uso do núcleo 30 conforme ilustrado na Fig. 1. Contudo, o transponder 80 das Figs. 8 e 9 também pode ser sobremoldado por meio de um processo semelhante ao processo descrito com respeito às Figs. 4-7.

Para ilustrar brevemente este processo, o transponder 80 é ilustrado dentro da ferramenta de molde montada conforme mostrado na Fig. 10, que é comparável à ferramenta de molde 40 e 42 discutida acima com respeito às Figs. 3-7. Na ilustração da Fig. 10, a injeção do material de moldagem 32 plastificado progrediu para essencialmente o mesmo estágio conforme mostrado na Fig. 6, pelo fato de que a face de avanço do material de moldagem 32 está prosseguindo longitudinalmente ao longo da superfície exterior do transponder 80 e os pinos 46 e 48 estão posicionando centralmente o transponder 80 dentro da ferramenta de molde 40, 42. Novamente, a configuração exterior do conjunto de transponder sobremoldado 80 resultante pode ter qualquer forma desejada, limitada apenas pela moldabilidade da forma. Deve-se observar que o transponder 80 pode ser encapsulado em vidro antes do processo de sobremoldagem, no entanto a cápsula de vidro não é mostrada. A Fig. 11 ilustra outra aplicação para o processo de sobremoldagem de acordo com a presente invenção em que um núcleo 110 frangível é colocado dentro da ferramenta de molde 40 e 42 da Fig. 3 e posicionado por meio de pinos 46 e 48 durante o processo de sobremoldagem. O processo de sobremoldagem prossegue geralmente da mesma maneira como discutido acima com respeito às Figs. 4-7. Assim, a Fig. 11 ilustra o estágio que corresponde geralmente à Fig. 6, em que a face de avanço do material de moldagem 32 plastificado está prosseguindo longitudinalmente ao longo da superfície radial exterior do núcleo frangível 110. Após o término do processo de sobremoldagem, o núcleo frangível 110 encapsulado é ejetado da ferramenta de molde. O conjunto completo 100, como mostrado na vista em seção transversal da Fig. 12, é um núcleo frangível 110 encapsulado em um material de sobremoldagem 112. Nesta concretização, o núcleo frangível pode constituir-se de ferrita, metais em pó ou magnetos de produto de alta energia, como materiais de cobalto samádio e neodímio-ferro-boro. A Fig. 13 ilustra uma vista em seção transversal de um transponder dentro de um projeto alternativo para a ferramenta de molde, e posicionado na mesma por meio de um ou mais elementos centralizadores 120 durante o processo de sobremoldagem para fabricar o transponder como aquele da Fig. 1. Os elementos centralizadores 120 são projetados com uma porção central em forma de uma manga 122, projetada para ajustar-se em tomo do núcleo 30. Os elementos centralizadores 120 também podem incluir aletas ou pinos que se projetam radialmente para fora 124, que centralizarão o transponder no interior da ferramenta durante o processo de sobremoldagem, e, com isto, se eliminará a necessidade de pinos retraíveis ilustrados e descritos acima. O processo de sobremoldagem da presente invenção encapsula o núcleo frangível 110 em uma concha protetora, o que permite a utilização de materiais de núcleo frangível em aplicações que de outra forma a propriedade física frangível desses materiais não permitiría. Por exemplo, seria possível utilizar magnetos de cobalto samário e neodímio-ferro-boro encapsulados em um revestimento relativamente fino de materiais plásticos ou poliméricos proporcionado pelo processo de sobremoldagem em objetos sujeitos a choque, impacto ou cargas de vibração que, de outra forma, levam ao trincamento, a fratura ou outra degradação física ou magnética do núcleo magnético. A Fig. 14 ilustra uma vista em perspectiva do elemento centralizador 120, mostrando a manga 122 e as aletas ou pinos 124 que se projetam radialmente. O elemento centralizador 120 pode ser constituído de plástico, ou do mesmo tipo de material utilizado para sobremoldar o transponder. Considera-se também que o elemento centralizador pode simplesmente ser parte de, ou estar conectado a, o corpo de bobina 26 da Fig. 1, sendo que os pinos 124 simplesmente se estendem radialmente para fora de uma extremidade ou de ambas as extremidades da bobina. O material selecionado para a sobremoldagem do conjunto de transponder 10a, transponder 80 ou núcleo frangível 110, depende em parte da aplicação específica para o componente completado. Vários tipos de materiais termoplásticos são disponíveis para a moldagem por injeção desses componentes. Como usado aqui, termoplástico deve ser interpretado amplamente, incluindo, por exemplo, polímeros lineares e macromoléculas de cadeia linear ou de cadeia ramificada que amolecem ou plastificam quando expostos a calor e retomam ao um estado endurecido quando resfriados a temperaturas ambientes. O termo polímero deve ser compreendido amplamente como incluindo qualquer tipo de polímero, como polímeros randômicos, polímeros em bloco, e polímeros de enxerto.

Considera-se um grande número de materiais poliméricos termoplásticos úteis para a sobremoldagem de transponders e núcleos frangíveis da presente invenção. Os materiais termoplásticos podem ser empregados sozinhos ou em combinações. Materiais termoplásticos adequados incluem, embora sem limitação, poliolefinas modificadas com borracha, metaloceno, copolímeros em bloco de poliéter-éster, copolímeros em bloco de poliéter-amida, uretanos a base de termoplásticos, copolímeros de etileno com butano e anidrido maleico, anidrido maleico hidrogenado, poliéster policaprolactona, poliéster poliadipato, politetrametileno glicol éter, elastômero termoplástico, polipropileno, vinila, poliéter clorado, polibutileno tereftalato, polimetilpenteno, silicone, cloreto de polivinila, poliuretano termoplástico, policarbonato, poliuretano, poliamida, polibutileno, polietileno e misturas dos mesmos.

Materiais termoplásticos preferidos incluem poliolefinas modificadas com borracha, metalocenos, copolímeros em bloco de poliéter-amida, e copolímeros em bloco de poliéter-éster. Poliolefinas modificadas com borracha preferidas são comercialmente obteníveis sob os nomes comerciais VISTAFLEX® da Advanced Elastomer Systems Corporation, KRTON® da Shell Corporation, HIFAX® da Montell Corporation, X1019-28® da M.A. Hanna, SARLINK® da DSM Corporation, e SANTOPRENE® da Advanced Elastomer Systems Corporation. Metalocenos preferidos são obteníveis junto à Dow Corporation sob os nomes comerciais ENGAGE® e AFFINITY®. Copolímeros em bloco de poliéter-amida são obteníveis sob o nome comercial PEBAX® da EIG Auto-Chem. Copolímeros em bloco de poliéter-éster preferidos são obteníveis comercialmente junto à DuPont sob o nome comercial HYTREL®.

Os invólucros sobremoldados termoplásticos da presente invenção também podem incluir uma carga ou material de lastro apropriado para o ajuste das propriedades do invólucro e/ou transponder acabado. Por exemplo, a densidade ou o peso específico do invólucro sobremoldado pode ser ajustada com a adição de um material adequado, como sulfato de bário, óxido de zinco, carbonato de cálcio, dióxido de titânio, negro de fumo, caulim, silicato de alumínio magnésio, sílica, óxido de ferro, esferas de vidro e wollastonita. A carga ou material de lastro pode estar presente numa quantidade que ajustará o peso específico do invólucro sobremoldado e o transponder resultante. Assim, o material de lastro pode ser adicionado numa faixa de cerca de 5 porcento em peso a cerca de 70 porcento em peso. Adicionalmente, o material de sobremoldagem para os invólucros da presente invenção também podem incluir um plastificante ou outros aditivos adequados, de modo a aperfeiçoar a processabilidade e as propriedades físicas, como as propriedades de fluxo e ejetabilidade do material de sobremoldagem. O plastificante pode estar presente numa quantidade que ajustará as propriedades de fluxo durante o processo de moldagem por injeção conforme necessário para diversas aplicações.

Notavelmente, para muitos dos tipos de materiais de moldagem por injeção previamente indicados, particularmente aqueles cuja densidade é incrementada com a adição de um densificador, o material em seu estado plastificado para o processo de injeção apresenta uma baixa viscosidade. Assim, a moldagem por injeção desses materiais requer elevadas pressões de injeção, levando, por sua vez, à imposição de elevados esforços sobre os materiais de núcleo durante o processo de injeção. Por estas razões, a minimização ou eliminação de qualquer carga que não a carga compressiva sobre os núcleos frangíveis durante o processo de injeção é altamente preferida. O invólucro sobremoldado da presente invenção apresenta, de preferência, uma espessura de parede entre cerca de 0,03 cm até mais do que 2,54 cm, contudo, para a maior parte das aplicações, a espessura de parede será, de preferência, menor que 1,27 cm. Dependendo da forma exterior desejada do conjunto completado e da forma do núcleo, a espessura de parede do invólucro pode ser uniforme ou pode variar significativamente nos diversos locais em tomo do núcleo.

Para um transponder de bolus 10 destinado ao uso em animais ruminantes, é necessário apresentar propriedades físicas específicas para o material de invólucro de sobremoldagem. Assim, o material de invólucro de sobremoldagem precisa ser capaz de resistir ao ambiente ácido no trato digestivo de um animal ruminante, precisando ser impermeável aos micróbios e enzimas que estão ativos dentro do trato digestivo do animal ruminante, e deveria, de preferência, apresentar determinadas propriedades físicas para permitir facilidade de manuseio e transporte do transponder de bolus 10 antes da administração ao animal ruminante. Adicionalmente, é preferível que o transponder de bolus 10 possua um peso específico de pelo menos 1,7 e, de preferência de pelo menos 2. Assim, é geralmente desejável utilizar um material de lastro para aumentar a densidade volumétrica ou o peso específico do material de sobremoldagem de modo que o material de sobremoldagem apresente um peso específico que contribua para manter o peso específico do transponder de bolus 10 fabricado na faixa desejada.

Portanto, para um transponder de bolus 10, determinou-se que uma combinação preferida de um elastômero de poliéster termoplástico vendido pela DuPont sob o nome comercial HYTREL 3078®, combinado com sulfato de bário como um densificador proporciona uma combinação aceitável para uso como material de sobremoldagem para um bolus, e, em proporções apropriadas, proporciona um material de moldagem por injeção na faixa de entre 1,7 e 2.

Visando proporcionar um exemplo específico, um material de sobremoldagem aceitável pode ser constituído de uma mistura de HYTREL 3078®, ou um elastômero de poliéster termoplástico (TPE: thermoplastic polyester elastomer) semelhante, misturado com sulfato de bário numa proporção de entre cerca de 20 a 90% de TPE e 80% a 10% de sulfato de bário. Esta combinação proporciona um material de sobremoldagem adequado para formar o invólucro do transponder de bolus 10. Sulfato de bário purificado de grau USP ou finos de barita são preferidos como agentes de adensamento porque estes materiais foram previamente misturados com uma cera de carnaúba e um agente para formar bolus para animais ruminantes, conforme descrito, por exemplo, na patente U.S. n° 5.322.692 expedida para a American Cyanamid Company.

As vantagens do método precedente para uso na fabricação de bolus mostraram ser significativas. Primeiramente, a eliminação da necessidade do encapsulado cerâmico resultou numa redução substancial de custos de material se comparado com os custos de fabricação de um bolus encapsulado em cerâmica. Adicionalmente, os custos de fabricação, i.e. os custos de manufatura do bolus separados e distintos dos custos dos componentes, são reduzidos substancialmente devido à eficiência e à automação associados com o processo de moldagem por injeção. Conseqüentemente, a economia global de custos relativamente aos custos equivalentes da fabricação do transponder de bolus encapsulado em material cerâmico pode exceder 50%. Enquanto que bolus encapsulados em cerâmica mostraram ser relativamente frágeis de modo que podem ser danificados se forem derrubados ou mesmo sacudidos uns com os outros durante o transporte, os bolus encapsulados com o material de sobremoldagem de elastômero de poliéster termoplástico (TPE) com sulfato de bário apresentaram características físicas que eliminaram estes problemas.

Adicionalmente, o transponder de bolus 10 da presente invenção pode ser embalado a granel com um mínimo de material de embalagem porque as vibrações entre os respectivos bolus durante o transporte não causa quebra. Finalmente, a combinação de TPE-sulfato de bário proporciona a características físicas requeridas para a utilização no estômago de um animal ruminante. A combinação não é afetada pelas condições ácidas, é neutra para a fauna biológica, micróbios e enzimas, e apresenta um peso específico suficiente para manter sua retenção no estômago do animal ruminante.

Para o transponder 80 das Figs. 8-10 que é destinado a aplicações de implante, pode ser preferível utilizar um epóxi de classe médica grau 6. Altemativamente, o transponder 80 pode ser encapsulado em um material de vidro por meio de processos conhecidos, e, depois, ser sobremoldado com os materiais plásticos ou poliméricos aqui discutidos para proporcionar resistência, resistência aos impactos, e solidez adicionais, propriedades que faltam nos transponders encapsulados em vidro.

Aqueles versados na técnica hão de considerar que, revendo a descrição precedente da presente invenção, outras alternativas e variações da presente invenção tomar-se-ão aparentes. Assim, a abrangência da proteção proporcionada deve limitar-se apenas pelas reivindicações anexas.

Claims (11)

1. Transponder sobre moldado (10, 80) para um sistema eletrônico de identificação, compreendendo: uma antena (20): um circuito de transponder de identificação por radiofrequência (12) incluindo circuitos de processamento de sinal interconectados eletricamente à referida antena (20); um elemento de núcleo (30, 14, 110) tio qual dita antena (20) e dito circuito de transponder (12) são montados; e um material de envoltório sobremoldado (32), envolvendo o circuito de transponder (12) e elemento de núcleo (30, 14, 110), o material de envoltório (32) do envoltório sobremoldado sendo moldado por injeção sobre o circuito de transponder (12) e elemento de núcleo (30, 14, 110) no interior de uma cavidade formada pela ferramenta de molde em uma máquina de moldagem por injeção, caracterizado pelo fato de que: o circuito de transponder (12) é montado em uma extremidade (66) do elemento de núcleo (30, 14, 110) que se opõe àquela extremidade (64) sobre a qual o material de envoltório (32) adentra mediante injeção no interior da dita cavidade (44) a partir da base e então fluindo longitudinalmente ao longo da superfície externa do elemento de núcleo (30, 14, 110) para comprimir axialmente o elemento de núcleo (30, 14, 110) e assim exercer cargas de compressão e nenhuma carga de tensão e flexão nos referidos elemento de núcleo (30, 14, 110), circuito de transponder (12) e antena (20).

2. Transponder sobremoldado (10, 80), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um elemento de núcleo (30, 14, 110) cilíndrico constituído de um material frangível; e o invólucro sobremoldado formado pela colocação do referido elemento de núcleo (30, 14, 110) no interior de uma cavidade (44) formada pela ferramenta de molde em uma máquina de moldagem por injeção e injetando-se um material de envoltório (32) na referida cavidade (44) de modo a encapsular o referido material frangível do referido elemento de núcleo (30, 14, 110) sem submeter o referido material frangível a carga de tração.

3. Transponder sobremoldado (10, 80), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material de envoltório (32) adequado para revestir o dito componente eletrônico é um elastômero de poliéster termoplástico (TPE) misturado com sulfato de bário.

4. Transponder sobremoldado (10, 80), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material de envoltório (32) adequado para revestir o núcleo e os componentes eletrônicos compreende um material termoplástico selecionado de um ou mais do grupo que consiste de poliolefinas modificadas com borracha, metaloceno, copolímeros em bloco de poliéter-éster, copolímeros em bloco de poliéter-amida, uretanos a base de termoplásticos, copolímeros de etileno com butano e anidrido maleico, anidrido maleico hidrogenado, poliéster policaprolactona, poliéster poliadipato, politetrametileno glicol éter, elastômero termoplástico, polipropileno, vinila, poliéter clorado, polibutileno tereftalato, polimetilpenteno, silicone, cloreto de polivinila, poliuretano termoplástico, policarbonato, poliuretano, poliamida, polibutileno e polietileno; e um material de lastro selecionado do grupo que consiste de sulfato de bário, óxido de zinco, carbonato de cálcio, dióxido de titânio, negro de fumo, caulim, silicato de magnésio alumínio, sílica, óxido de ferro, esferas de vidro e wollastonita.

5. Transponder sobremoldado (10, 80), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material de envoltório (32) é uma mistura de um elastômero de poliéster termoplástico (TPE) com sulfato de bário numa proporção entre 20% a 90% de TPE e 80% a 10% de sulfato de bário.

6. Método para formar um transponder sobremoldado para um sistema eletrônico de identificação, compreendendo as etapas de: proporcionar um circuito de transponder (12) incluindo circuitos de processamento de sinal interconectados eletricamente com uma antena (20); montar a referida antena (20) e o referido circuito de transponder (12) sobre um elemento de núcleo (30, 14, 110) para formar um conjunto; e colocar o referido conjunto de circuito de transponder (12) e elemento de núcleo (30, 14, 110) no interior de uma cavidade (44) formada por ferramenta de molde em uma máquina de moldagem por injeção e injetando-se um material de envoltório (32) na referida cavidade (44) de modo a sobremoldar e encapsular o referido elemento de núcleo (30, 14, 110) e o referido circuito de transponder (12), caracterizado pelo fato de que o material de envoltório (32) é injetado na dita cavidade (44) a partir da base em direção ao interior da cavidade (44) de forma a preencher a cavidade (44) através do avanço longitudinal ao longo da superfície do elemento de núcleo (30, 14, 110) de modo a sobremoldar e encapsular o referido elemento de núcleo (30, 14, 110) e o referido circuito de transponder (12) sem exercer cargas de tensão e flexão no referido elemento de núcleo (30, 14, 110).

7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido material de envoltório (32) é um material termoplástico selecionado do grupo que consiste de polímeros lineares e macromoléculas de cadeia linear e de cadeia ramificada que amolecem ou plastificam quando expostos a calor, e retomam a um estado endurecido quando resfriados.

8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o material de envoltório (32) é selecionado de um ou mais do gmpo que consiste de poliolefinas modificadas com borracha, metaloceno, copolímeros em bloco de poliéter-éster, copolímeros em bloco de poliéter-amida, uretanos a base de termoplásticos, copolímeros de etileno com butano e anidrido maleico, anidrido maleico hidrogenado, poliéster policaprolactona, poliéster poliadipato, politetrametileno glicol éter, elastômero termoplástico, polipropileno, vinila, poliéter clorado, polibutileno tereftalato, polimetilpenteno, silicone, cloreto de polivinila, poliuretano termoplástico, policarbonato, poliuretano, poliamida, polibutileno, polietileno e misturas dos mesmos.

9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o material de envoltório (32) compreender um material de lastro selecionado do gmpo que consiste de sulfato de bário, óxido de zinco, carbonato de cálcio, dióxido de titânio, negro de fumo, caulim, silicato de magnésio alumínio, sílica, óxido de ferro, esferas de vidro e wollastonita.

10. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o material de lastro está presente numa quantidade de entre 5% em peso a 70% em peso.

11. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o referido material de envoltório (32) é um elastômero de poliéster termoplástico (TPE), misturado com sulfato de bário numa proporção de entre 20% a 90% de TPE e 80% a 10% de sulfato de bário de modo a apresentar um peso específico na faixa de 1,7 a 2.