CN102054194B - Rfid轮胎电子标签及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所述RFID轮胎电子标签及其制造方法，提供一种采用弹簧式天线的电子标签结构，同时从各部件连接结构和加工方法提高RFID轮胎电子标签的鲁棒性，以保证该电子标签能够承受轮胎加工及使用过程中的高温、各种应力及曲挠形变，并且在轮胎的整个生命周期中不会与轮胎脱层，使其能在轮胎的全生命周期中与外部读写设备正常通讯。该RFID轮胎电子标签主要组成包括特殊形状的基板、贴装在基板上的射频模块和一对螺旋状延伸的弹簧天线。经过特殊加工的基板、射频模块及天线通过一定的加工工艺焊接在一起，完全能适用于轮胎的全生命周期。
Description
技术领域
本发明是针对提高RFID轮胎电子标签的鲁棒性，以适应轮胎的加工过程及使用环境，属于橡胶机械和电子信息领域。
背景技术
随着轮胎制造技术的创新，特别是汽车制造、销售单位计算机网络管理技术的引进结合，将RFID电子标签作为数据信息载体、反馈终端而植入到轮胎中以实现对轮胎全生命周期进行信息化管理，已不再仅是一种技术概念。
植入到轮胎中的RFID电子标签，实质上起到“电子身份证”的作用，即带有此类电子标签的轮胎从出厂、使用期间的维修及翻新、直至报废的整个生命周期内，所有标识码均完整地保存在RFID电子标签中。在轮胎送入检修、或者是轮胎运行的过程中，上述标识码等重要信息能够被发送/接收、读取和识别，因此轮胎使用状态是可以实时监控的。
将RFID电子标签植入或贴到轮胎上的方法有很多种，但每一种方法都要保证标签在使用过程中的鲁棒性及保证轮胎的质量不受影响。如何设计该RFID标签以保证其能够承受轮胎加工及使用过程中的高温、各种应力及曲挠形变，并且在轮胎的整个生命周期中不会与轮胎脱层，使RFID标签在轮胎的整个生命周期中都能与读写器正常通信是设计的关键技术。
如公开以下方案的在先申请，申请号为ZL03808314，名称为轮胎状态获取设备。在车轮、车体一侧的多个部位设置有从上述安装部位发送的信息、获取轮胎状态的获取设备，以及发射一连串包括表示由该轮胎状态检测装置检测的轮胎状态的轮胎状态数据的轮胎信息的发射装置。
在上述在先申请中，未充分地说明如何在制造过程中保证各部件焊接的鲁棒性、以及如何保证各部件能承受在轮胎整个生命周期中的恶劣环境。因为轮胎全生命周期中所经受的高温、周期应力及形变等都可能损坏标签，使其不能正常与外部读写装置通信。
发明内容
本发明所述的RFID轮胎电子标签及其制造方法，其目的在于解决上述问题而提供一种采用弹簧式天线的电子标签结构，同时从各部件连接结构和加工方法提高RFID轮胎电子标签的稳定性，以实现RFID标签在整个轮胎生命周期中的鲁棒性，使其在轮胎的整个生命周期中都能与外部读写设备进行通讯。
为实现上述发明目的，所述RFID轮胎电子标签主要包括有，设置在基板上的射频模块。
在射频模块的两侧，对称地连接有一组呈螺旋状延伸的弹簧式天线。
如上述基本方案，采用两侧呈螺旋状延伸的弹簧式结构，可以在RFID轮胎电子标签封装后，提高天线的抗应力和曲挠能力，从而实现射频模块与天线之间保持良好的、稳定的连接性能。
同时，呈螺旋状延伸的弹簧式结构还有助于提高其自身韧性，以具有较好的缓解外界应力的作用，这对于应用在高速运转的轮胎中、或是对于轮胎运行在剧烈颠覆的路面、轮胎内压不稳定的情况下，具有至关重要的作用。
另外，采用上述呈螺旋状延伸的弹簧式结构，在随同轮胎橡胶进行硫化时，液态胶料可以流入到弹簧式天线的内腔并融合为一体，因此可辅助地提高天线自身的机械强度。
为提高与轮胎橡胶的结合效果、以及与射频模块的焊接质量，可采取如下改进措施，
弹簧式天线是外层镀有黄铜的钢丝。
采用钢丝是因为其具有较好的导电性能、弹性和韧性，较适合于在恶劣环境下完成射频信号的传播。
由于钢丝不能和橡胶进行结合，在焊接时也很难与焊锡结合，因此在外面镀上黄铜，黄铜与橡胶中的硫磺易于发生化学反应而与橡胶形成较强的结合力。
具体地，化学反应式为2Cu+S＝Cu2S。
又因为黄铜能很好的与焊锡结合，从而提高弹簧式天线与射频模块及基板的焊接质量。
为进一步改善与射频模块的焊接紧密性，在连接射频模块的弹簧式天线端部，至少有2个螺距的弹簧固定在一起。
在天线需进行焊接的端部，将至少2个螺距的弹簧进行固定，增加了焊接部位弹簧的厚度，因此可在焊接时增加可焊性和焊接后的稳定性。
为提高射频模块与基板、弹簧式天线连接的稳定性，虽然射频芯片上只有两个PAD邦定点，对应两个对称的天线，但将射频芯片封装成的射频模块可以选用两侧为2管脚或4管脚的表面贴装形式封装。采用这种封装形式在焊接时将每一侧的管脚焊接在一起，这样射频模块可以很牢固的与天线和基板进行焊接，等同于外部每一侧多个管脚与内部一个PAD绑定点相连。
为了使RFID电子标签能够承受轮胎加工及使用过程中的高温及各种应力及形变，基板在选材上要选用耐高温，且有很好的抗曲挠特性及抗剥离特性。例如高玻璃化温度值的FR-4 A1级材料等。
基板材料选定后，可进一步提高基板抗剥离强度，可在基板的一侧面上设置有覆铜层，在覆铜层上设置有通孔，在通孔上覆盖有铜；
在基板的另一侧面上、通孔的边缘上套设有铜环。
在焊接射频模块、弹簧式天线时，液态的焊锡可以注入到通孔中，待焊锡固化以后上述通孔就会形成类似铆钉状的连接结构，从而提高基板的抗剥离强度、以及射频模块、弹簧式天线与基板三者之间焊接的紧密性。
覆铜层的厚度对于基板的抗剥离强度具有较为关键的影响力，对于同种基板材料，铜箔厚度越大其抗剥离强度越强，经过试验，本发明铜箔厚度为2盎司，超过2盎司对增加剥离强度功效不大，小于2盎司则降低剥离强度。
为提高针对弹簧式天线的保护作用，防止出现天线过弯或断裂，可在基板的两侧端分别设置有一组半圆形开槽，半圆形开槽的直径大于弹簧式天线。
基于上述半圆形开槽，可以在弹簧式天线垂向弯曲时提供相应地保护，并且限制在侧向上的左右弯曲程度。
本发明还提供有如下制造方法：
即在连接于基板上的射频模块两侧，对称地设置一组呈螺旋状延伸的、外层镀有黄铜的钢丝弹簧式天线；
在基板的一侧面上设置焊接弹簧式天线的覆铜层，在覆铜层上设置有通孔，在通孔上覆盖有铜；
在基板的另一侧面上、通孔的边缘上套设有铜环。
综上内容，本发明RFID轮胎电子标签及其制造方法具有以下优点：
1、采用镀黄铜钢丝材料的弹簧式天线结构不仅使天线能很好的与橡胶结合，增加可焊性，而且提高了天线的抗弯曲及抗疲劳程度；采用表面贴多引脚封装形式的射频模块提高了焊接了牢靠性；采用带有过孔及半圆形开槽结构的覆有铜箔的基板材料不仅保证了了整个焊接的稳定性，而且能有效的保护天线。
2、制造出的RFID轮胎电子标签，能够适用于封装在轮胎内部、以及类似于从弹性状态到固态变化的加工过程，如放置在橡胶补片、玻璃装置中。
附图说明
现结合附图对本发明做进一步的说明
图1是所述RFID轮胎电子标签的结构示意图；
图2是所述基板的结构示意图；
图3是图2的后视示意图；
如图1至图3所示，射频模块1，弹簧式天线2，基板3，管脚11，覆铜层31，通孔32，半圆形开槽33，铜环34。
具体实施方式
实施例1，如图1至图3所示，所述RFID轮胎电子标签主要包括有：
设置在基板3上的射频模块1，
在射频模块1的两侧，对称地连接有一组呈螺旋状延伸的弹簧式天线2，弹簧式天线2是外层镀有黄铜的钢丝。
在连接射频模块1的弹簧式天线2端部，有2个螺距的弹簧固定在一起。
在连接弹簧式天线2的射频模块1两侧端部，分别设置有4个连接射频模块1内部PAD邦定点的管脚11。
如图2所示，在基板3的一侧面上设置有覆铜层31，覆铜层31的厚度为2盎司。
在覆铜层31上设置有通孔32，在通孔32上覆盖有铜。
如图3所示，在基板3的另一侧面上、通孔32的边缘上套设有铜环34。
在基板3的两侧端分别设置有一组半圆形开槽33，半圆形开槽33的直径大于弹簧式天线2。
基于上述RFID轮胎电子标签，本实施例实现的制造方法是：
在连接于基板3上的射频模块1两侧，对称地设置一组呈螺旋状延伸的、外层镀有黄铜的钢丝弹簧式天线2；
在基板3的一侧面上设置焊接弹簧式天线2的覆铜层31，在覆铜层31上设置有通孔32，在通孔32上覆盖有铜；
在基板3的另一侧面上、通孔32的边缘上套设有铜环34。
所述制造方法的实现步骤如下：
第一步，采用红胶工艺，
在基板3上点上红胶，然后在基板3的覆铜层31上进行丝印锡膏，并将锡膏全部地覆盖射频模块1的管脚11，并且锡膏的厚度至少达到管脚11高度的50％；
第二步，采用SMT表面贴装工艺，
将射频模块1粘贴到基板3上，通过模具将弹簧式天线2放置在基板3上并进行回流焊接；
第三步，清洗和喷涂，
将RFID轮胎电子标签整体地放置在弱酸或弱碱清洗液中进行浸泡和清洗，以保证其表面没有油污等杂质残留；
然后，在RFID轮胎电子标签表面喷涂粘合剂。因为该电子标签要应用到轮胎内部，但基板、射频模块的材料不能与橡胶进行结合，为了保证该射频装置应用到轮胎中且不与橡胶脱层，可同时喷涂开姆洛克chemlok205和chemlok220型号粘合剂，或是仅喷涂开姆洛克chemlok250型号粘合剂。
第四步，封装前的预处理，
将RFID轮胎电子标签进行烘干、性能检测和包装以备用。
如上所述，本实施例提供的制造方法可实现RFID轮胎电子标签应用于各种轮胎的内部，如在成型工艺中植入胎体中。
或是，将RFID轮胎电子标签预先封装到一轮胎补片中，通过冷补或热补的方式贴合在胎侧外壁或内壁上。
Claims (1)
1.一种RFID轮胎电子标签的制造方法，该RFID轮胎电子标签包括设置在基板(3)上的射频模块(1)、以及在射频模块(1)两侧对称设置的一组呈螺旋状延伸的、外层镀有黄铜的钢丝弹簧式天线(2)；
在具有通孔(32)的基板(3)一侧面上，设置有用于焊接弹簧式天线(2)的覆铜层(31)，在覆铜层(31)上设置上述通孔(32)，在通孔(32)表面上覆盖有铜；
在基板(3)的另一侧面上、通孔(32)的边缘上套设有铜环(34)，其特征在于：包括以下步骤，
第一步，采用红胶工艺，
在基板(3)上点上红胶，然后在基板(3)的覆铜层(31)上进行丝印锡膏，并将锡膏全部地覆盖射频模块(1)的管脚(11)，并且锡膏的厚度至少达到管脚(11)高度的50％；
第二步，采用SMT表面贴装工艺，
将射频模块(1)粘贴到基板(3)上，通过模具将弹簧式天线(2)放置在基板(3)上并进行回流焊接；
第三步，清洗和喷涂，
将RFID轮胎电子标签整体地放置在弱酸或弱碱清洗液中进行浸泡和清洗，以保证其表面没有杂质残留；
然后，在RFID轮胎电子标签表面喷涂粘合剂；
第四步，封装前的预处理，
将RFID轮胎电子标签进行烘干、性能检测和包装以备用。
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