CN102375965A - 电感性耦合的射频识别应答器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使用在带有电感性耦合的射频识别装置中的射频识别应答器，其中为了引导磁通设计有发送和接收线圈(SP)与铁氧体部件(LAFC)的共同作用。在此，铁氧体部件(LAFC)包括复合材料，用于引导磁通，该复合材料由塑料和铁氧体粉末组成，其中塑料以激光结构化方式来配备，使得发送和接收线圈(SP)通过至少一个借助激光加工预构造的并且接着金属化的印制导线(LB)形成在部件的表面中或该表面上。这种射频识别应答器是牢固的、轻的并且能够容易地制造。

Description

电感性耦合的射频识别应答器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的射频识别(RFID)应答器，以及一种根据权利要求4的前序部分所述的用于制造射频识别(RFID)应答器的方法。
背景技术
为了标记货物、机器和其他对象，经常使用移动的数据存储器，其可以以无接触方式来读取。在此，可以以光学方式读取的条形码标签越来越多地通过电磁的或者可以以磁性方式读写的RFID标签(RFID＝射频标识)、也称为RFID应答器来取代。在一个优选的实施形式中，该RFID应答器在没有自己的能量供给装置、例如电池的情况下也能够应付。
根据使用情况将不同的技术使用在RFID应答器中。于是，例如为了给衣服加标签和其他远场应用，RFID应答器通过无线电，即借助电磁波与读取装置耦合。然而，下面将考虑电感性耦合的RFID应答器。该RFID应答器可以借助交变磁场与读写装置(简称：读取装置)耦合并且通常使用在必须跨接短距离(所谓的近场检测)的工业应用中。
电感性耦合的RFID应答器经常具有一个或多个发送和接收线圈，读取装置所产生的磁通借助这些线圈转换为交变电压，其中该交变电压一方面为RFID应答器的工作电子装置供给能量，而另一方面包含如下信息，信息从读取设备传输至RFID应答器，反之亦然。对于RFID应答器的功能必要的是，由读取装置产生的磁通基本上通过线圈的表面传导，然而这在如下情况下是有问题的，在这些情况中RFID应答器在金属表面上或者在金属工件的凹穴或孔中工作。在这些情况下，通常磁通的大部分通过金属工件并且侧向地经过发送和接收线圈(简称：线圈)来传导，其中交变磁场的能量大部分通过涡流损耗转换为热并且由此不再可用于供给RFID应答器。相反，RFID应答器的发射在布置在金属工件上的情况下也大部分直接传导到金属工件中，使得同样会观察到所不希望的衰减。
为了解决该问题，已知的是，在RFID应答器的发送和接收线圈与金属表面或金属工件之间设置铁氧体芯(与此关联的还有由铁氧体材料组成的板状和盆状的部件)，由此基本上来自与金属工件对置的接收侧的磁通、即磁场线通过发射和接收线圈的表面传导并且随后又从金属工件离开朝着接收侧传导。
于是，这里所描述的RFID应答器是如下构造，其至少由三个部件组成，即工作电子装置、发送和接收线圈以及铁氧体芯。通常附加有两件式外壳，使得通常五个部件彼此间必须被处理。除了由此在安装时既成的开销之外，还不利的是，常见的铁氧体芯由易脆的材料组成并且因此不能由使用者即RFID的制造商事后改变，例如通过机械加工等等来改变，其中制造商通常并不自己制造铁氧体芯。因此，不能容易地以机械方式改变RFID应答器的布局。
发明内容
于是，本发明的任务是简化常见RFID应答器的机械结构。
本发明的核心思想是代替常见的铁氧体芯将包括复合材料的铁氧体部件用于电感性耦合的RFID应答器，该复合材料由带有嵌入的铁氧体颗粒(铁氧体粉末)的塑料组成并且因此可以用于在线圈的区域中引导磁通。为此，铁氧体部件所基于的塑料以可激光激活的方式来配备，其中在铁氧体部件的表面以激光束来加工的区域中接着可以施加导电的金属层。根据本发明，通过该方法将平面的线圈作为发送和接收线圈施加到铁氧体部件的表面上，其中在本发明的一个有利的扩展方案中通过同样的方法可以将用于工作电子装置的焊接垫和印制导线施加到铁氧体部件上。
该任务的解决方案尤其是设计根据权利要求1所述的用于使用在具有电感性耦合的RFID装置中的RFID应答器，其中设计有发送和接收线圈与铁氧体部件的共同作用，用以引导磁通，其中铁氧体部件包括复合材料，用于引导磁通，该复合材料由塑料和铁氧体粉末组成。塑料在此以可激光结构化方式来配备，使得发送和接收线圈可以通过借助激光加工来预构造的和金属化的至少一个印制导线形成在部件的表面中或部件的表面上。在这种RFID应答器中，铁氧体部件与发送和接收线圈形成集成部件，使得得到简单的安装，减小了所安装的部件的数目并且可以实现RFID应答器的较小结构形式。
该任务的解决方案进一步设计一种根据权利要求4所述的用于制造可电感性耦合的RFID应答器的方法，其中工作电子装置与发送和接收线圈连接，并且其中具有铁氧体的部件设计用于通过发送和接收线圈来引导磁通。在此，部件由复合材料成形，该复合材料由塑料和铁氧体粉末成形，其中塑料以可激光激活的方式来配备，使得借助激光束将印制导线的轮廓引入或施加到部件的表面中或部件的表面上，用于构建发送和接收线圈，此后将轮廓金属化并且与工作电子装置接触。通过该方法可以以简单且成本低廉的方式来制造小的结构大小的RFID应答器，其中避免了由于在常见的易脆的铁氧体部件中的裂缝或破裂引起的故障。
根据本发明的RFID应答器的有利的扩展方案在从属权利要求2和3中说明，根据本发明的方法的有利的扩展方案在从属权利要求5和6中说明。
优选地，液晶聚合物(LCP＝Liquid Crystal Polymer)用作塑料，液晶聚合物具有对化学环境影响的良好耐受性和牢固的机械特性。由此可能的是，铁氧体部件同时也形成RFID应答器的壳体的一部分。此外，尤其是通过浇注方法或注射模塑方法可以容易地处理液晶聚合物，使得在必要时所需的铁氧体部件的形状改变只须注塑模具进行适配并且省去制造新的硬铁氧体芯的委托。
在铁氧体部件借助激光加工也包括用于工作电子装置的部件的预构造的并且金属化的印制导线，此后工作电子装置的电子器件例如通过焊接、接合、粘合或其他接触方式可以直接安置在铁氧体部件上时，用于工作电子装置的单独的电路板可以省去。
附图说明
根据本发明的RFID应答器和用于制造该RFID应答器的方法的一个实施例在下文中借助该附图来阐述。
在此，唯一的图以示意图示出了带有发送和接收线圈的铁氧体部件，其借助激光结构化方法和金属化方法来施加。
具体实施方式
在该图中，示意性地示出了铁氧体部件LAFC(“激光激活的铁氧体化合物(Laser-Activated Ferrit-Compound)”)，其在其基础方面由液晶聚合物(“LCP”＝Liquid Crystal Polymer)组成并且以可激光激活的方式来配备。这意味着，借助激光束可以在铁氧体部件LAFC的表面上绘出线和面，由此在以激光加工的区域中形成表面特性的改变，也谈及的是，在被加工的区域中存在所谓的修改后的聚合物。该方法作为LDS(激光-直接-结构化)而公知。已证明的是，修改后的液晶聚合物于是配备有激光可激活性的添加剂，该液晶聚合物可以增加铁氧体颗粒，而不妨碍绝缘特性(电绝缘性)和激光可激活性。这里所示的铁氧体部件LAFC由如此增加铁氧体颗粒的并且可激光激活的塑料组成，其中借助激光束通过激光绘出用于可电感性耦合的RFID应答器的至少一个线圈SP并且通过接着的金属化方法构建为导电的线圈SP，该线圈由印制导线LB组成。与这里示意性示出的线圈SP相反，实际布置的线圈SP构建有尽可能大面积的芯区域，该芯区域没有印制导线，其中线圈的卷集中在边缘区域中。
根据激光加工的强度，印制导线LB可以设置在铁氧体部件LAFC的表面上或以嵌入方式设置在铁氧体部件LAFC的表面中。在一个有利的、在此未示出的实施形式中，也可以制造具有带导电结构的多个层的所谓的“多层”布置；尤其可能的是，铁氧体部件的背侧设置有印制导线并且背侧借助穿通接触与前侧连接。
而在该图中出于清楚性原因示出了仅仅一个线圈SP，在实际部件中也可以在铁氧体部件上实现多个线圈，其中这些线圈例如并联连接或者借助开关矩阵尤其是借助Butler矩阵彼此链接，使得形成相对于单个线圈SP改进的发送和接收特性。
线圈SP设置有接触弹簧LP1、LP2(“焊接垫”)，由此RFID应答器的(未示出的)工作电子装置可以连接到线圈SP上。接触例如可以通过焊接、接合、弹簧接触部、卷边等等实现。
尽管在该图中将铁氧体部件作为矩形板来示出，但根据要制造的RFID应答器的尺寸和特定的安装情况也可以制造其他几何形状，其中由于优选要应用的注射模塑方法针对改变的几何形状而仅须改变所使用的注塑模具。此外，由于在这里所建议的材料组成的浇注的工件可以事后进行加工，例如通过机械加工来加工。这在传统的铁氧体芯中通常是不可能的，因为易脆的材料在机器加工中通常会带来裂缝或破裂。在铁氧体部件LAFC的(未示出的)背侧上模制进或模制上距离保持器和固定装置，所谓的“卡锁突出部”或用于塑料搭扣连接的啮合部。
在一个特别有利的扩展方案中，除了印制导线LB和接触面LP1、LP2之外也可以将用于(未示出的)RFID应答器的工作电子装置的所有其他的印制导线和接触面施加在铁氧体部件LAFC上，使得在装备电子部件之后不必设置另外的电路板或导体膜，并且可以省去与外部器件的接触。形成了所谓的“MID”(moulded interconnected device(模塑互连器件))，其中附加地将磁通的引导部集成到部件中。
总之，用于根据本发明的RFID应答器的材料是成形的支承体材料，其可以作为部件支承体来使用并且其具有印制导线结构，借助其可以模仿电感器(天线结构)。为此，通过所使用的化合物材料的磁特性可以形成复杂的铁氧体结构，由此可以实现通过天线结构(线圈SP)限定地引导磁通。

Claims (6)

1.一种射频识别应答器，用于使用在具有电感性耦合的射频识别装置中，
其中设计有发送和接收线圈(SP)与铁氧体部件(LAFC)的共同作用，用以引导磁通，
其特征在于，
用于引导磁通的铁氧体部件(LAFC)包括复合材料，该复合材料由塑料和铁氧体粉末组成，
塑料以能够激光结构化的方式来配备，以及
发送和接收线圈(SP)通过借助激光加工来预构造的并且金属化的至少一个印制导线(LB)形成在部件的表面中或者形成在部件的表面上。
2.根据权利要求1所述的射频识别应答器，其特征在于，塑料是液晶聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的射频识别应答器，其特征在于，铁氧体部件(LAFC)包括工作电子装置的借助激光加工来预构造的并且金属化的印制导线(LB)，其中工作电子装置的电子器件安置在铁氧体部件(LAFC)上。
4.一种用于制造能够电感性耦合的射频识别应答器的方法，
其中工作电子装置与发送和接收线圈(SP)连接，并且其中设置有用于通过发送和接收线圈(SP)引导磁通的铁氧体部件(LAFC)，
其特征在于，
铁氧体部件(LAFC)包括复合材料，该复合材料由塑料和铁氧体粉末成形，其中塑料以能够激光激活的方式来配备，
借助激光束将印制导线(LB)的轮廓施加或引入到部件的表面中或部件的表面上，用于构建发送和接收线圈(SP)，以及
该轮廓被金属化并且与工作电子装置接触。
5.根据权利要求4所述的射频识别应答器，其特征在于，液晶聚合物用作塑料。
6.根据权利要求4或5所述的射频识别应答器，其特征在于，铁氧体部件(LAFC)借助激光加工设置有工作电子装置的预构造的并且金属化的印制导线(LB)，此后工作电子装置的电子器件安置在铁氧体部件(LAFC)上。
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