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Die Erfindung betrifft eine RFID-Elektronikanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine hiermit ausgestattete Fahrzeugkomponente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Insbesondere beschäftigt sich die Erfindung mit einer RFID-Elektronikanordnung zur berührungslosen Identifikation für Elektronikanordnungen aus mittels Leiterbahnen zu Elektronikschaltungen verbaute Elektronikbauteile tragenden Leiterbahnträgern, wie beispielsweise Leiterplatten, insbesondere in Fahrzeugleuchten.
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Weit verbreitetste Leiterbahnträger sind kurz als Leiterkarte, Platine oder gedruckte Schaltung (printed circuit board, PCB) bezeichnete, starre Leiterplatten.
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Eine Leiterplatte ist ein Träger für elektronische Bauteile. Sie dient der mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung. Nahezu jedes elektronische Gerät enthält eine oder mehrere Leiterplatten.
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Eine weitere Möglichkeit zur mechanischen Befestigung und elektrischen Verbindung elektronischer Bauteile stellen in MID-Technik (MID-Technik: Molded-Interconnect-Device-Technik) hergestellte spritzgegossene Schaltungsträger dar. Hierbei werden mit den elektrischen Anschlüssen eines elektronischen Bauteils beispielsweise durch Oberflächenmontagetechnik, Durchsteckmontagetechnik oder durch Draht- oder ACF-Bonding (ACF-Bonding: Anisotropie Conductive Film-Bonding; ungleichmäßig leitende Schicht-Verbindung) zu kontaktierende Leiterbahnen in ein Spritzgussteil, welches gleichzeitig als Träger des einen oder der mehreren elektronischen Bauteile dient, im Spritzgussprozess integriert.
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Aufgrund eines sich abzeichnenden Nachverfolgungswunsches sämtlicher Komponenten von Automobilen ist eine sowohl in der Herstellung, als auch in der Anwendung kostengünstige Identifikationsmöglichkeit notwendig.
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In der Anwendung kostengünstig sind berührungslose Verfahren.
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Für von Außerhalb unzugängliche Komponenten, wie üblicherweise im Inneren, beispielsweise im Inneren von Fahrzeugleuchten, angeordnete Elektronikanordnungen, wie Platinen für Scheinwerfer, Heckleuchten, Leuchten, Steuergeräte, etc., scheiden optische Verfahren aus.
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Geeignet für eine berührungslose Identifikation von auch im Inneren, von außerhalb nicht sichtbar angeordneten Elektronikanordnungen scheint die RFID-Technologie, teilweise auch nach dem verwendeten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums als UHF Technologie bezeichnet.
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UHF (UHF = englisch ultra high frequency, Dezimeterwellen, auch dm-Wellenbereich, UHF-Frequenzbereich, UHF-Frequenzband oder UHF-Band) RFID (RFID = englisch radio-frequency identification) Technologie, im Folgenden nur als RFID-Technologie bezeichnet, wird unter anderem zur eindeutigen Identifikation von Objekten verwendet.
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Die RFID-Technologie ist verfügbar in Form von:
- - RFID-Tags aus RFID-Chip und mit diesem verbundener Leiterschleife als Transceiver,
- - RFID-Labels bestehend aus auf einer Klebefolie angeordnetem RFID-Tag,
- - RFI D-Chips zur Anordnung auf einem Leiterbahnträger, wobei ein Teil der Leiterbahnen zu der mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind.
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Dabei können zum einen UHF RFID Labels verwendet werden, welche auf das zu identifizierende Objekt aufgeklebt werden. Ein solcher Aufkleber besteht in der Regel aus einem Substrat, wie etwa Papier, dem RFID-Chip, einer angefügten Antennenstruktur am Chip und einer Klebeschicht. Alternativ kann zum anderen ein UHF RFID-Chip/IC auf einer Leiterplatte, wie etwa einem PCB, gelötet werden.
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Generell wird für die ordentliche spezifikationsgemäße Funktion eines RFID-Chips auf einer Leiterplatte zum einen eine im Kupfer der Leiterplatte vorgesehene Leiterschleife, gegebenenfalls mit beispielsweise durch eine Mäanderstruktur erzeugbarer Impedanzanpassung benötigt. Zum anderen wird eine strahlende Fläche benötigt, auch als Antenne bezeichnet. Diese strahlende Fläche wird bei üblicherweise zum Aufbau von Elektronikschaltungen verwendeten, daher auch als Elektronikleiterplatten bezeichneten Leiterplatten durch eine Fläche aus einer Masse elektrisch leitfähigen Materials verwirklicht, vorteilhaft des selben wie auf der Leiterplatte für die Leiterbahnen verwendeten Materials, beispielsweise durch eine Kupfermassefläche, wobei auch andere elektrisch leitende Materialien außer Kupfer sowohl denkbar sind, als auch zum Einsatz kommen.
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In automobilen Anwendungen, wie etwa in beispielsweise als Heckleuchten ausgeführten Fahrzeugleuchten, werden zunehmend Kühlbleche für die kurz als Elektronikplatinen bezeichneten Leiterbahnträger der Elektronikanordnungen benötigt, um dem Temperaturmanagement von Leiterplatten gerecht zu werden, da Leiterplatten einerseits immer kompakter ausgeführt werden und andererseits einer immer höheren Wärmeentwicklung der darauf vorhandenen, mit zunehmender technischer Entwicklung immer leistungsfähigeren einzelnen, unter dem Begriff Elektronikbauteile zusammengefassten elektrischen und elektronischen Bauteile unterliegen. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads bei der Umwandlung von elektrischem Strom in für das menschliche Auge sichtbares Licht kommen als Lichtquellen von Leuchtmitteln für Fahrzeugleuchten vermehrt anorganische Leuchtdioden (LEDs) zum Einsatz. Das Problem des Temperaturmanagements wird durch den Einsatz von Hochleistungs-LEDs als Lichtquellen zur Erfüllung von immer mehr Lichtfunktionen von Fahrzeugleuchten weiter verschärft, die gemeinsam mit anderen Elektronikbauteilen auf den selben Elektronikplatinen angeordnet sind.
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Andere Lösungen wie etwa Lüfter und/oder unter dem Begriff Heatpipes bekannte Wärmerohre sind aus verschiedenen Gründen aktuell keine echte Alternative zu den insbesondere kostengünstigen Kühlblechen.
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Insbesondere in automobilen Leuchtenanwendungen, wo das Ziel eine berührungslose Abfrage der im Leuchteninnenraum angeordneten Elektronikanordnungen von außerhalb angestrebt ist, kommen aufgrund der hohen notwendigen Lichtleistungen Leiterbahnträger mit Kühlblechen oder Metallkernplatinen zum Einsatz.
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Grundsätzlich eignen sich RFID-Labels durch ihre elektrisch nichtleitende Klebefolie zur Anordnung auf elektrisch leitfähigen Materialien.
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Im Allgemeinen kann eine metallische Oberfläche jedoch nicht ohne weiteres mit einem herkömmlichen RFID-Label, also einem Aufkleber mit aus RFID-Chip und mit diesem verbundener Leiterschleife bestehendem RFID-Tag versehen werden. Zwar beabstandet die Klebefolie je nach Ausführung die Leiterschleife vom Objekt, auf welches das RFID-Label aufgebracht wird, mehr oder weniger, so dass die Funktion des RFID-Labels bei entsprechend großer Beabstandung durch die Klebefolie auch auf metallischen Objekten mehr oder minder gewährleistet sein kann, allerdings geschieht dies unter drastischer Einschränkung der Lesereichweite.
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Analog hierzu kann eine Leiterplatte mit Kühlblech auch nicht ohne weiteres mit einem RFID-Tag ausgestattet werden.
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Einerseits genügt bei diesen diese mit RFID-Labels erzielbare Lesereichweite wegen der Einschränkungen durch die Metallkernplatine oder durch das Kühlblech nicht. Andererseits stehen die Kosten für die erforderlichen RFID-Labels und deren einen zusätzlichen Arbeitsschritt darstellenden Aufkleben auf die Elektronikanordnungen einem Großserieneinsatz im Wege.
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Aus physikalischen Gründen scheidet die im vollautomatisierten Bestückungsprozess kostengünstige Anordnung eines RFID-Chips auf einem mit einem Kühlblech versehenen Leiterbahnträger bisher aus.
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Bei RFID-Labels gibt es als Lösung sogenannte Metalllabels, welche auch ihre Funktion mit gegenüber herkömmlichen RFID-Labeln verbesserter Lesereichweite auf metallischen Oberflächen behalten. Diese RFID-Labels sind durch eine Zwischenschicht, beispielsweise aus einem Schaumstoff, von der metallischen Oberfläche beispielsweise eines Kühlblechs oder einer Metallkernplatine beabstandet, um ihr Funktionsfähigkeit zu erhalten. Insbesondere ihre hohen Kosten sind ein großer Nachteil, die gegen ihren Einsatz für ein Massenprodukt wie eine beispielsweise als Heckleuchte ausgeführte Fahrzeugleuchte sprechen.
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Des Weiteren sind sogenannten RFID-Flaglabel kommerziell verfügbar. Bei dieser Art von RFID-Label steht der Teil des RFID-Labels um vorzugsweise 90° senkrecht von der Metallfläche ab, welcher die Energie aus dem elektromagnetischen Feld absorbiert. Dadurch wird dem störenden Einfluss der Metallfläche räumlich entgangen. Auch abweichende Winkel zur Senkrechten sind möglich, verringern aber in der Regel die sich anhand der erzielbaren Sende- und Empfangsleistung sowie -qualität widerspiegelnde Systemleistung.
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Bei RFID-Chips, die direkt auf Leiterplatten aufgebracht sind und diese mit einem Kühlblech versehen sind, ist aktuell keine technische Lösung bekannt.
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Bei Leiterplatten mit Kühlblech wird anstatt eines direkt aufgebrachten RFID-Chips ein Metalllabel oder Flaglabel verwendet.
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Zusammengefasst ist zur berührungslosen Identifikationsmöglichkeit von Elektronikanordnungen in Verbindung mit Kühlblechen oder Metallkernplatinen bekannt:
- - Verwendung eines Metalllabels oder Flaglabels. Diese Labels sind allerdings teurer als ein auf eine Platine aufgebrachter RFID-Chip.
- - Platinen mit herkömmlichen DMC-Code-Aufklebern (DataMatrix-Code) zu versehen und durch ein Kamerabild mit entsprechender Bildauswertung identifizieren. Der DMC-Code-Aufkleber muss jedoch von außen sichtbar angeordnet sein.
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Durch
US 2011/0147466 A1 ist bekannt, einen RFID-Chip mit externer Antenne getrennt von einer LED-Hochleistungselektronik mit Kühlblech anzuordnen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine berührungslose Identifikationsmöglichkeit von Elektronikanordnungen insbesondere in Verbindung mit Kühlblechen oder Metallkernplatinen zu schaffen, welche eine hohe Systemleistung aufweist, in einen kostengünstigen, automatisierten Bestückungsprozess zur Herstellung von Elektronikanordnungen integrierbar ist, und welche von außen uneinsehbar im Inneren von Fahrzeugkomponenten anordbar ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen, den Zeichnungen sowie in der nachfolgenden Beschreibung, einschließlich der zu den Zeichnungen zugehörigen, wiedergegeben.
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Ein erster Gegenstand der Erfindung betrifft demnach eine kurz als RFID-Elektronikanordnung bezeichnete Elektronikanordnung mit einem Elektronikbauteile tragenden Leiterbahnträger.
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Unter dem Begriff Elektronikbauteile zusammengefasst sind dabei elektrische und elektronische Bauteile, wie etwa Widerstände, Spulen, einfache Halbleiterbauteile, wie etwa Dioden, Transistoren, LEDs bis hin zu integrierten Schaltungen (IC: Integrated Circuits), um ohne Anspruch auf Vollständigkeit dieser Aufzählung eine kurze Übersicht darzulegen.
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Die Elektronikbauteile sind mittels der Leiterbahnen des Leiterbahnträgers elektrisch kontaktiert.
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Die RFID-Elektronikanordnung umfasst ein Kühlblech, wobei entweder der Leiterbahnträger der RFID-Elektronikanordnung auf einem Kühlblech angeordnet ist, oder es sich bei dem Leiterbahnträger der RFID-Elektronikanordnung um eine Metallkernplatine handelt, deren Metallkern das Kühlblech bildet oder als Kühlblech dient.
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Die RFID-Elektronikanordnung umfasst ferner einen RFID-Chip.
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Ein Teil der Leiterbahnen des Leiterbahnträgers sind zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife ausgeführt, welche sowohl als Empfänger zur Energieversorgung, als auch als Sendeantenne für eine in dem RFID-Chip gespeicherte Identifikationsinformation, kurz als Transceiver dient.
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Das Kühlblech weist zwei gegenüberliegende, durch einen umlaufenden Rand miteinander verbundene Flachseiten auf.
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Das Kühlblech weist eine Aussparung mindestens in Form und Größe der Leiterschleife auf.
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Die Aussparung ist deckungsgleich mit der Leiterschleife ausgeführt.
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Die Aussparung reicht von der einen zur anderen Flachseite. Sie durchdringt damit das Kühlblech in seiner ganzen Stärke.
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Zumindest hat die Aussparung eine Öffnung zum Rand hin, das heißt sie reicht mindestens in Form eines Schlitzes oder eines Spalts bis zum Rand des Kühlblechs, so dass sie innerhalb einer zwischen den beiden Flachseiten parallel zu diesen liegenden Ebene gesehen nicht allseitig vom Kühlblech umgeben ist oder gar im Inneren des Kühlblechs liegt.
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Im Sinne der voranstehenden Definition, wonach die gegenüberliegenden Flachseiten des Kühlblechs durch den umlaufenden Rand miteinander verbunden sind, weist die Aussparung demnach eine Verbindung zum Rand des Kühlblechs hin auf. Durch den Schlitz geht der Rand hinein zur Aussparung, um die Aussparung herum und durch den Schlitz wieder hinaus.
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Die Erfindung löst demnach die zugrunde liegenden Aufgabe vollständig unter Behebung sämtlicher Nachteile des Standes der Technik anhand einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Chip und mit einem auf einem Kühlblech angeordneten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, wobei:
- - das Kühlblech mit umlaufendem Rand eine Aussparung mindestens in Form und Größe der Leiterschleife aufweist, welche deckungsgleich mit der Leiterschleife ausgeführt ist, und
- - die Aussparung, beispielsweise mindestens in Form eines Spalts, bis zum Rand des Kühlblechs reicht beziehungsweise eine Verbindung zu einem Rand des Kühlblechs aufweist, so dass das Kühlblech die Aussparung nicht vollständig umgibt.
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Die Erfindung schafft damit eine Integration von RFID-Chips auf Leiterplatten mit Kühlblech oder auf Metallkernplatinen.
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Technische Vorteile ergeben sich durch eine Verbesserung der Lesereichweite, weil das Kühlblech mit der beispielsweise zum Rand hin geschlitzten Ausnehmung die Lesereichweite erhöht.
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Dafür wird im Bereich der Leiterschleife und Impedanzanpassung des RFID-Chips auf der Leiterplatte ein Ausschnitt im Kühlblech vorgesehen.
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Praktische Messungen bei Versuchsanordnungen zeigen die erfolgreiche Funktion eines RFID-Chips auf einer Leiterplatte mit Kühlblech.
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Darüber hinaus wirkt das Kühlblech zusätzlich als Antenne für die einfallende elektromagnetische Welle aus der RFID Leseeinheit und gegebenenfalls vorhandener Schreibeinheit und kann sich vorteilhaft für den RFID-Chip auswirken, welcher die Energie aus dem elektromagnetischen Feld für dessen Funktion benötigt.
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Ein RFID-Chip mit Leiterschleife und Impedanzanpassung und Antenne wird als RFID-Einheit bezeichnet.
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Im Allgemeinen wird eine möglichst hohe Performance oder Leistungsfähigkeit der RFID-Einheit angestrebt. Eine bessere Performance spiegelt sich beispielsweise in einer höheren Leseentfernung oder höheren Leserate pro Zeitabschnitt wider. Dasselbe Kriterium kann auf die Schreibentfernung oder -rate bezogen angewendet werden.
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Da ein Kühlblech in Elektronikanordnungen von beispielsweise als automobile Heckleuchten ausgeführten Fahrzeugleuchten meist eine größere Abmessung als die eigentlich zu kühlende Leiterplatte oder Platine aufweist und somit die effektive Antennenfläche vergrößert wird, kann ein Kühlblech bei geeignetem Kühlblechausschnitt die Leistungsfähigkeit einer RFID-Einheit sogar verbessern.
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Ein zweiter Gegenstand der Erfindung betrifft eine mit einer voranstehend beschriebenen RFID-Elektronikanordnung ausgestattete Fahrzeugkomponente, bevorzugt eine als automobile Heckleuchte ausgeführte Fahrzeugleuchte.
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Die RFID-Elektronikanordnung ist hierbei bevorzugt in einem von außerhalb der Fahrzeugleuchte vom menschlichen Auge nicht einsehbaren Bereich angeordnet, beispielsweise in einem beim Blick von außerhalb eines Leuchteninnenraums der Fahrzeugleuchte durch eine den Leuchteninnenraum gemeinsam mit einem Leuchtengehäuse zumindest zum Teil umschließende Lichtscheibe hindurch nicht einsehbaren und damit direkten Blicken entzogenen Bereich.
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Hierdurch wird die grundlegende Idee, wonach eine Aussparung im Kühlblech im Bereich der Leiterschleife und Impedanzanpassung auf der Leiterplatte die ordentliche Funktion des RFID Tags zumindest erhält oder gar erhöht, auf Fahrzeugleuchten übertragen, um hierdurch eine berührungslose Identifikationsmöglichkeit von Elektronikanordnungen und hiermit ausgestatteten Fahrzeugkomponenten, wie etwa von Fahrzeugleuchten, insbesondere automobile Heckleuchten, bereitzustellen, die außerhalb des zerstörungsfrei von außen einsehbaren Bereichs berührungslos abrufbar ist.
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Zusätzliche, über eine vollständige Lösung der zu Grunde liegenden Aufgabe hinausgehende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind, dass:
- - hierdurch ein RFID-Chip auf einer Leiterplatte mit Kühlblech oder auf einer Metallkernplatine verwendet werden kann, deren Metallkern das Kühlblech bildet und/oder es umfasst, und/oder von diesem umfasst wird. Generell ist ein RFID-Chip signifikant günstiger als ein RFID-Metalllabel oder RFID-Flaglabel, wodurch Kosten eingespart werden und die Technologie erst zielführend massentauglich eingesetzt werden kann.
- - der RFID-Chip im maschinellen Leiterplatten-Bestückungsprozess kostengünstig aufgebracht werden kann. Hierdurch ist kein händisches und somit teures Aufkleben eines RFID-Labels nötig.
- - frühzeitiges taggen der Leiterplatte bereits beim Elektroniklieferant möglich ist.
- - kleine Leiterplatten oder Platinen, wie etwa kleine LED-Platinen, die nur zur Einspeisung von Licht in einen Lichtleiter eingesetzt werden, mithilfe von Kühlblechen eine signifikante Performanceverbesserung erhalten können - um beispielsweise die Lesereichweite zu erhöhen.
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Die RFID-Elektronikanordnung kann einzelne oder eine Kombination der zuvor und/oder nachfolgend in Verbindung mit der Fahrzeugleuchte beschriebene Merkmale aufweisen, ebenso wie die Fahrzeugleuchte einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor und/oder nachfolgend in Verbindung mit der RFID-Elektronikanordnung beschriebene Merkmale aufweisen und/oder verwirklichen kann.
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Die RFID-Elektronikanordnung kann alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer einleitend in Verbindung mit dem Stand der Technik und/oder in einem oder mehreren der zum Stand der Technik erwähnten Dokumente und/oder in der nachfolgenden Beschreibung zu den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschriebene Merkmale aufweisen.
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Weitere, über die vollständige Lösung der gestellten Aufgabe und/oder über die voran zu den einzelnen Merkmalen genannten Vorteile hinausgehende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind nachfolgend aufgeführt.
- - Leiterplatten mit Kühlblech können mittels eines RFID-Chips getaggt werden.
- - Ein aufgelöteter RFID-Chip auf einer Leiterplatte oder Platine ist signifikant kostengünstiger im Vergleich zu Alternativen wie RFID-Flaglabel oder RFID-Metalllabel.
- - Das Aufbringen des RFID-Chips auf den Leiterbahnträger ist im automatisierten Bestückungsprozess von elektronischen Bauteilen möglich.
- - Leiterplatten, vor allem relativ kleine, erhalten durch das Kühlblech einen Performanceschub, da das Kühlblech als Antenne für das elektromagnetisches Feld wirkt.
- - Eine Kühlblechaussparung ist einfach bei der Produktion des Kühlbleches zu erzeugen.
- - Die thermische Kopplung zwischen Leiterplatte und Kühlblech wird nur im vernachlässigbaren Maß verringert.
- - Es wird lediglich eine geringe Kühlblechfläche von der Dimension der Leiterschleife des RFID-Tags durch den Ausschnitt eingebüßt.
- - Die Position des RFID-Chips muss nicht am Rand des Kühlbleches angeordnet sein. Mithilfe eines Schlitzes im Kühlblech kann die benötigte Antennenschleife offen gehalten und die Funktion des RFID-Chips weiterhin garantiert werden.
- - Mit Hilfe des Schlitzes im Blech können zusätzlich auch Bereiche des Blechs thermisch voneinander entkoppelt werden.
- - Ein Kühlblech auf der Rückseite einer Leiterplatte schirmt den RFID-Chip nun nicht mehr ab. Der RFID-Chip kann nach wie vor von beiden Seiten gelesen werden.
- - Generell wird für die ordentliche Funktion des RFID-Tags eine möglichst große strahlende Fläche beziehungsweise Antenne benötigt. Auf einer Leiterplatte ohne Kühlblech wird die Antenne durch eine Kupfermassefläche, meist der GND-Kupferfläche, verwirklicht. Im Falle einer Leiterplatte mit Kühlblech kann das Kühlblech die Funktion der strahlenden Fläche beziehungsweise Antenne übernehmen, wodurch eine große Kupfermassefläche auf der Leiterplatte nicht mehr benötigt wird. Daraus resultierend wird die benötigte Leiterplattenfläche zur Integration eines RFID-Chips mit vergleichbarer Performance deutlich verringert.
- - Kleine Leiterplatten erhalten erst durch das Kühlblech ausreichend strahlende Fläche, um die benötigte Performance zu erreichen. In diesem Fall ist ein Kühlblech besonders vorteilhaft.
- - Eine Metallkernplatine mit einem RFI D-Chip ausgestattet werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die Erfindung ausgestaltet sein kann und stellen keine abschließende Begrenzung dar. Es zeigen in schematischer Darstellung:
- 1 ein RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, als Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, in einer Draufsicht.
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit dem RFID-Leiterplattentag aus 1 und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech mit einer am Kühlblechrand angeordneten, zum Kühlblechrand hin offenen Kühlblechaussparung in einer Draufsicht.
- 3 die RFID-Elektronikanordnung aus 2 in einer Seitenansicht.
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit dem RFID-Leiterplattentag aus 1 und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem im Gegensatz zu der RFID-Elektronikanordnung aus 2 die Kühlblechaussparung nicht am Kühlblechrand, sondern mittig mit einer Öffnung zum Kühlblechrand in Form eines von der Kühlblechaussparung zum Kühlblechrand hin verlaufenden Schlitzes ausgeführt ist, in einer Draufsicht.
- 5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, im Gegensatz zu dem RFID-Leiterplattentag aus 1 als kleine Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung wie bei der RFID-Elektronikanordnung aus 4 mittig mit einer Öffnung zum Kühlblechrand in Form eines von der Kühlblechaussparung zum Kühlblechrand hin verlaufenden Schlitzes ausgeführt ist, in einer Draufsicht.
- 6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit dem RFID-Leiterplattentag aus 1 und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung mittig mit einer Öffnung zum Kühlblechrand in Form eines von der Kühlblechaussparung zum Kühlblechrand hin schräg verlaufenden Schlitzes ausgeführt ist, in einer Draufsicht.
- 7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit dem RFID-Leiterplattentag aus 1 und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem im Gegensatz zu der RFID-Elektronikanordnung aus 4 ein zusätzlicher Schlitz im Kühlblech am der die Kühlblechaussparung mit dem Kühlblechrand verbindenden Öffnung in Form eines von der Kühlblechaussparung zum Kühlblechrand hin verlaufenden Schlitzes gegenüberliegenden Kühlblechrand ausgeführt ist, wobei der zusätzliche Schlitz weder die Kühlblechaussparung erreicht, noch das Kühlblech teilt, in einer Draufsicht.
- 8 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, im Gegensatz zu dem RFID-Leiterplattentag aus 1 als entweder kleine Leiterplatte und/oder als Leiterplatte mit kleiner Kupfermassefläche ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung wie bei der RFID-Elektronikanordnung aus 2 am Kühlblechrand, zum Kühlblechrand hin offen angeordnet ist, in einer Draufsicht.
- 9 ein siebtes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, im Gegensatz zu dem RFID-Leiterplattentag aus 1 als kleine Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung in Form eines vom Kühlblechrand bis hin zur Kühlblechmitte reichenden Schlitzes ausgeführt, und das RFID-Leiterplattentag am Kühlblechrand über dem Schlitz angeordnet ist, in einer Draufsicht.
- 10 ein achtes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, im Gegensatz zu dem RFID-Leiterplattentag aus 1 als kleine Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung in Form eines vom Kühlblechrand bis hin zur Kühlblechmitte reichenden Schlitzes ausgeführt, und das RFID-Leiterplattentag in der Kühlblechmitte über dem Schlitz angeordnet ist, in einer Draufsicht.
- 11 ein neuntes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, im Gegensatz zu dem RFID-Leiterplattentag aus 1 als kleine Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech, bei dem die Kühlblechaussparung in Form eines vom Kühlblechrand bis hin zur Kühlblechmitte reichenden Schlitzes in T-Form mit einem Querschlitz an dessen Ende in der Kühlblechmitte ausgeführt, und das RFID-Leiterplattentag am Kühlblechrand über dem Schlitz angeordnet ist, in einer Draufsicht.
- 12 eine Darstellung der Funktionsweise einer erfindungsgemäßen RFID-Elektronikanordnung anhand der RFID-Elektronikanordnung aus 2.
- 13 eine Darstellung der Versagensweise einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, als Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und mit einem mit der Leiterplatte verbundenen, vollflächigen Kühlblech in einer Draufsicht, wobei die durch die Ströme I1 und I3 induzierten magnetischen Flussdichten B1 und B2 entgegengesetzt wirken und sich dadurch aufheben.
- 14 eine Darstellung der Versagensweise einer RFID-Elektronikanordnung mit einem RFID-Leiterplattentag aus einem RFID-Chip und einem den RFID-Chip tragenden, als Leiterplatte ausgeführten Leiterbahnträger, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife als Transceiver ausgeführt sind, und mit einem mit dem Leiterbahnträger verbundenen Kühlblech mit einer mittig im Kühlblech angeordneten, allseitig vom Kühlblech umgebenen Kühlblechaussparung ohne Verbindung zum Kühlblechrand, in einer Draufsicht, wobei die durch die Ströme I1 und I3 induzierten magnetischen Flussdichten B1 und B2 entgegengesetzt wirken und sich dadurch aufheben.
- 15 ein zehntes Ausführungsbeispiel einer RFID-Elektronikanordnung mit einer Metallkernplatine als Leiterbahnträger mit Leiterbahnen, deren Metallkern ein mit dem Leiterbahnträger verbundenes Kühlblech mit zwei gegenüberliegenden, durch einen umlaufenden Rand miteinander verbundenen Flachseiten bildet, und mit einem auf dem Leiterbahnträger angeordneten RFID-Chip, wobei ein Teil der Leiterbahnen des Leiterbahnträgers zu einer mit dem RFID-Chip verbundenen Leiterschleife ausgeführt sind, das Kühlblech eine Aussparung bevorzugt mindestens in Form und Größe der Leiterschleife aufweist, die Aussparung von der einen zur anderen Flachseite reicht, die Aussparung deckungsgleich mit der Leiterschleife ausgeführt ist, und die Aussparung eine Öffnung zum Rand hin aufweist, in einer Draufsicht.
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Eine in 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15 ganz oder in Teilen dargestellte RFID-Elektronikanordnung 01 umfasst ein auch als RFID-Leiterplattentag bezeichnetes RFID-Tag 9 aus einem RFID-Chip 2 und einem den RFID-Chip 2 tragenden, bevorzugt als Leiterplatte ausgeführten, auf einem Kühlblech 4 angeordneten und/oder mit einem Kühlblech 4 verbundenen Leiterbahnträger 1, ein Teil dessen Leiterbahnen zu einer mit dem RFID-Chip 2 verbundenen Leiterschleife 3 ausgeführt sind.
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Das Kühlblech 4 mit umlaufendem Rand weist eine kurz als Kühlblechausschnitt bezeichnete Aussparung 5, beispielsweise mindestens in Form und Größe der Leiterschleife 3 auf, welche Aussparung 5 vorteilhaft deckungsgleich mit der Leiterschleife ausgeführt ist.
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Die Aussparung 5 reicht beispielsweise mindestens in Form eines Spalts 51 bis zum Rand des Kühlblechs 4. Demnach weist sie eine Verbindung zu einem Rand des Kühlblechs 4 auf, so dass das Kühlblech 4 in einer Draufsicht auf die Aussparung 5 diese nicht vollständig umschließt.
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Die RFID-Elektronikanordnung 01 umfasst somit:
- - einen Leiterbahnträger 1 mit Leiterbahnen,
- - ein mit dem Leiterbahnträger 1 verbundenes Kühlblech 4 mit zwei gegenüberliegenden, durch einen umlaufenden Rand miteinander verbundenen Flachseiten, und
- - einen auf dem Leiterbahnträger 1 angeordneten RFID-Chip 2.
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Zumindest ein Teil der Leiterbahnen des Leiterbahnträgers 1 sind zu einer mit dem RFID-Chip 2 verbundenen Leiterschleife 3 ausgeführt. Diese dient beispielsweise sowohl als Empfänger zur Energieversorgung, als auch als Sendeantenne für eine in dem RFID-Chip 2 gespeicherte Identifikationsinformation.
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Das Kühlblech 4 weist eine Aussparung 5 bevorzugt mindestens in Form und Größe der Leiterschleife auf.
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Die Aussparung 5 reicht von der einen zur anderen Flachseite, wobei sie das Kühlblech 4 in seiner ganzen Stärke durchdringt.
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Die Aussparung 5 ist deckungsgleich mit der Leiterschleife ausgeführt.
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Die Aussparung 5 weist eine Öffnung zum Rand hin auf.
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Zumindest hat die Aussparung 5 eine Öffnung zum Rand hin, das heißt sie reicht mindestens in Form eines Schlitzes 51 oder eines Spalts bis zum Rand des Kühlblechs 4, so dass sie innerhalb einer zwischen den beiden Flachseiten parallel zu diesen liegenden Ebene gesehen nicht allseitig vom Kühlblech 4 umgeben ist oder gar im Inneren des Kühlblechs 4 liegt.
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Die Aussparung 5 weist demnach eine Verbindung zum Rand des Kühlblechs 4 hin auf. Durch die beispielsweise durch den Schlitz 51 oder Spalt gebildete Öffnung zum Rand hin geht der Rand hinein zur Aussparung, um die Aussparung herum und durch die beispielsweise durch den Schlitz 51 oder Spalt gebildete Öffnung wieder hinaus.
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Die generelle Funktionsweise eines RFID-Tags 9 ist nachfolgend anhand der 12, 13, 14 erläutert.
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12 zeigt einen UHF RFID Leiterplattentag 9 bestehend aus der Leiterplatte 1 mit vollflächiger Kupferschicht, dem RFID-Chip 3 und der Leiterschleife 3 mit Impedanzanpassung und einem Kühlblech 4. Die Fläche unterhalb des RFID-Chips 2 ist dabei auf allen Leiterplattenebenen von Kupfer freigestellt. Zusätzlich ist ein Kühlblechausschnitt 5 in demselben Bereich angeordnet.
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Eine einfallende horizontal polarisierte elektromagnetische Welle erzeugt sowohl im Kühlblech 4, als auch auf der Leiterplatte 1 einen Stromfluss, in 12 als 10, I1 und I2 gekennzeichnet. Dieser Stromfluss erzeugt wiederum eine magnetische Flussdichte B, wobei die Richtung des Vektors B mit der sog. Rechten-Hand-Regel bestimmt werden kann. Somit zeigt der Vektor B innerhalb der Leiterschleife 3 in die Bildebene hinein, dargestellt durch einen Kreis mit einem X darin. Außerhalb der Leiterschleife zeigt der Vektor B aus der Bildebene heraus, dargestellt durch einen Kreis mit einem Punkt in dessen Mitte.
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Gemäß dem Durchflutungsgesetz induziert die sich zeitlich ändernde magnetische Flussdichte B eine Spannung U in der Leiterschleife 3. Der RFID-Chip 2 kann mit Energie versorgt werden.
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In 13 ist eine ähnliche Anordnung wie in der zuvor beschrieben dargestellt. Der Unterschied liegt hierbei darin, dass kein Kühlblechausschnitt unterhalb der mit dem RFID-Chip 200 verbundenen Leiterschleife 300 vorgesehen ist. Ferner wird ein Stromfluss I3 unterhalb der Leiterschleife 300 ermöglicht. Dabei erzeugen der Strom I1 und der Strom I3 die magnetischen Flussdichten B1 und B2, welche sich im Bereich der Leiterschleife 300 zumindest zum Teil gegenseitig aufheben. Unter der vereinfachenden Annahme, dass deren Betrag gleich groß ist kommt es zur vollständigen gegenseitigen Aufhebung. Es wird sich keine resultierende Spannung am RFID-Chip 200 ergeben und es kann dem RFID-Chip 200 keine Energie bereitgestellt werden.
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In 14 ist ebenfalls eine ähnliche Anordnung wie in der zuvor beschriebenen dargestellt mit dem Unterschied, dass eine Kühlblechaussparung 500 unterhalb der Leiterschleife 300 vorgesehen ist. Jedoch ist kein eine Öffnung zum Kühlblechrand hin bildender Schlitz zwischen Kühlblechaussparung 500 und dem Rand des Kühlblechs 400 vorhanden, wodurch weiterhin ein Stromfluss I3 ermöglicht wird. Die durch die Stromflüsse I1 und I3 erzeugten magnetischen Flussdichten B1 und B2 können sich erneut gegenseitig aufheben und es steht keine resultierende Spannung am RFID-Chip 200 zur Verfügung. Damit kann keine Energie dem RFID-Chip 200 zugeführt werden und dessen ordentliche Funktion ist nicht gegeben.
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Um eine Elektronikanordnung mit einem oder mehreren Elektronikbauteilen anhand einer in einem RFID-Chip gespeicherten Information eindeutig derührungslos identifizieren zu können, sind demnach weder die in 13 gezeigte Anordnung, noch die in 14 gezeigte Anordnung geeignet.
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Generell haben metallische Objekte Auswirkung auf elektromagnetische Felder, da diese Felder von Metall reflektiert und absorbiert werden.
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Vor allem im Ultrahochfrequenzbereich von 860 MHz bis 960 MHz, in welchem die UHF RFID Technologie arbeitet, werden elektromagnetische Felder durch Metall stark beeinflusst.
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So wird die Funktion eines auf einer Leiterplatte 100 aufgebrachten RFI D-Chips 200 von einem Kühlblech 400, welches beispielsweise auf der Rückseite derselben Leiterplatte 100 angeordnet ist, unterbunden, sofern das Kühlblech 400 auch unterhalb des RFID-Chips 200 verläuft (13). Dies ist dadurch begründet, dass unter der Fläche der Leiterschleife 300 ein Stromfluss I3 stattfinden kann. Dieser Stromfluss erzeugt eine magnetische Flussdichte, welche generell eine Spannung in der Leiterschleife 300 induzieren kann. Allerdings durchdringt die von I3 entstandene magnetische Flussdichte die Leiterschleife 300 in beide Richtungen, weshalb laut Durchflutungsgesetz keine Spannung induziert wird. Auch die Komponenten B1 und B3 der magnetischen Flussdichten heben sich gegenseitig auf. Es verbleibt keine resultierende magnetische Flussdichte, wodurch keine Spannung am RFID-Chip 200 entstehen kann.
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Abhilfe schafft eine Aussparung 5 im Bereich der Leiterschleife 3 mit einer Öffnung zum Rand des Kühlbleches 4, wie dies beispielsweise in 2 dargestellt ist. In 2 ist die Aussparung 5 am Rand des Kühlblechs 4 angeordnet, so dass sie eine großzügige Öffnung zum Rand des Kühlblechs 4 hin aufweist.
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14 zeigt eine mittig im Kühlblech 410 angeordnet Leiterplatte 100 mit einem Kühlblechausschnitt 500 unterhalb der Leiterschleife des RFID-Chips. Die magnetischen Flussdichten B1 und B2 verlaufen hierbei im Bereich der Fläche der Leiterschleife 300 entgegengesetzt, wodurch sie sich gegenseitig aufheben und nach dem Durchflutungsgesetz keine Spannung in die Leiterschleife 300 induziert wird.
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Um Abhilfe zu schaffen, wird eine beispielsweise durch einen Schlitz 7 vom Kühlblechausschnitt zum Kühlblechrand gebildete Öffnung des kurz als Kühlblechausschnitt bezeichneten Ausschnitts des Kühlblechs zum kurz als Kühlblechrand bezeichneten Rand des Kühlblechs im Kühlblech benötigt, welcher den in 14 verlaufenden Strom I4 unterbinden würde, wie dies beispielsweise in 4 dargestellt ist.
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Ist die Leiterplatte 100 und somit der RFID-Chip 200 mittig im Kühlblech 410 positioniert, so genügt eine Aussparung 500 unterhalb der RFID-Chip 200 Leiterschleife 300 nicht aus (14). Vielmehr muss ein von der Kühlblechausschnitt zum Kühlblechrand führender Schlitz 7 zwischen Kühlblechaussparung 5 und Kühlblechrand vorgesehen werden, wie beispielsweise in 4 dargestellt.
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Sich hierdurch ergebende Vorteile sind unter Anderem, dass dadurch Leiterbahnträger 1, wie etwa Leiterplatten, mit einem UHF RFID-Chip zur eindeutigen Identifikation ausgestattet und getaggt werden können.
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RFID-Chip in herkömmlichen SMD Bauform verfügbar und mit kommerziellem Bestückungsprozess auf Leiterplatten 1 lötbar.
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Unter bestimmten Umständen kann die Performance des RFID-Tags 9 durch die Nähe eines Kühlbleches 4 sogar verbessert werden. Die als Performance bezeichnete Leistungsfähigkeit kann beispielsweise anhand typischer Kennzahlen wie etwa einer Lesereichweite oder einer Leserate bestimmt oder festgemacht werden. Je höher die Lesereichweite oder -rate des Tags, desto höher dessen Performance. Bei einem RFID-Tag handelt es sich dabei um einen Verbund aus RFID-Chip 2 und Leiterschleife 3, gegebenenfalls mit Impedanzanpassung und Antenne. Bei einem RFID-Leiterplattentag 9 ist die Leiterschleife 3 zumindest durch einen Teil der Leiterbahnen der Leiterplatte 1 gebildet.
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Vor allem kleine Leiterplatten 1 besitzen eine kleine Antenne, womit die effektiv strahlende Fläche für elektromagnetische Felder begrenzt ist. Bei Leiterplatten 1 wird die strahlende Fläche vorteilhaft durch eine möglichst große Kupferschicht gebildet, daher wird meist die GND-Massefläche verwendet. Eine kleine strahlende Fläche führt zu einer geringen Performance des RFID-Tags 9, welches wiederum zu Problemen bei der benötigten Lesereichweite führen kann. Andererseits besitzen häufig kleine Leiterplatten 1 in automobilen Heckleuchten aufgrund von Thermomanagementgründen ein Kühlblech 4. Dies stellt sich mit dieser Erfindung als besonders vorteilhaft heraus, indem nun das Kühlblech 4 der Leiterplatte 1 auch als Antenne und somit als strahlende Fläche verwendet werden kann, um die benötigte Performance des RFID-Tags 9 zu ermöglichen.
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Somit bleibt die Möglichkeit zur Integration eines RFID-Chips 2 auf einer Leiterplatte 1 mit Kühlblech 4 nicht nur bestehen, sondern wird unter Umständen vor allem bei kleinen Leiterplatten 1 erst ermöglicht.
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Die Leiterplatte 1 und das Kühlblech 4 sind vorteilhaft wenigstens mechanisch miteinander verbunden. Die Verbindung besteht beispielsweise aus einem doppelseitigen Klebeband. Die Leiterplatte 1 und das Kühlblech 4 können aber auch anderweitig verbunden sein, wie etwa durch Verstemmen. Die Verbindung zwischen Kühlblech 4 und Leiterplatte 1 kann elektrisch isoliert oder auch elektrisch leitfähig sein. Eine elektrisch leitfähige Verbindung kann sich bei entsprechender Anordnung positiv auf die Performance auswirken. Hierbei ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen Leiterplatte 1 und Kühlblech 4 einen Stromfluss, der zur Induktion von Spannung am RFID-Chip 2 führt und somit Energie für den RFID-Chip 2 bereitstellt.
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Die Fläche des Leiterbahnträgers 1 unterhalb des RFID-Chips 2 ist vorteilhaft frei von Leiterbahnen ausgeführt, so dass sie auf allen Leiterplattenebenen von Kupfer beziehungsweise dem für die Leiterbahnen des Leiterbahnträgers 1 verwendeten Material freigestellt ist.
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1 zeigt ein UHF RFID-Leiterplattentag 9. Dabei ist die Fläche unterhalb des RFID-Chips ist dabei auf allen Leiterplattenebenen von Kupfer freigestellt.
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In 2 ist eine RFID-Elektronikanordnung umfassend das UHF RFID-Leiterplattentag 9 aus 1 inklusive Kühlblech 4 dargestellt. Die Leiterplatte 1 ist dabei direkt auf dem Kühlblech 4 bevorzugt mit einem doppelseitigen Klebeband angebracht, welches eine thermische Kopplung und eine elektrische Isolation zwischen Leiterplatte 1 und Kühlblech 4 garantiert. Das Kühlblech 4 besitzt im Idealfall eine größere Abmessung als die Leiterplatte 1, kann allerdings auch dieselbe oder eine kleinere Abmessung als die Leiterplatte 1 haben. Ein Kühlblechausschnitt 5 mit einer Öffnung zum Kühlblechrand hin ist unterhalb der Leiterschleife 3 des RFID-Chips 2 vorgesehen. Dieser direkt zum Kühlblechrand hin offene Kühlblechausschnitt 5 besitzt im Idealfall dieselbe Abmessung wie die Leiterschleife 3, kann allerdings auf Kosten der Performance auch kleiner oder größer dimensioniert werden, wobei dadurch die Resonanzfrequenz verstimmt wird. Durch eine entsprechende Impedanzanpassung kann dem wieder entgegengewirkt werden.
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In 3 ist die Seitenansicht der Anordnung von 2 gezeigt. Deutlich zu erkennen ist der Kühlblechausschnitt 5 unterhalb des RFID-Chips 2 im Bereich der Leiterschleife 3. Die Leiterplatte 1 und das Kühlblech 4 sind mit einem doppelseitigen Klebeband 6 miteinander verbunden und dabei miteinander thermisch gekoppelt und voneinander elektrisch isoliert.
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Anstelle einer mit der Leiterschleife 3 übereinstimmenden Form und Größe des Kühlblechausschnitts 5, wie beispielsweise in 2 dargestellt, kann der Kühlblechausschnitt 5 auch als einfacher Schlitz unterhalb der Leiterschleife 3 ausfallen, wie dies beispielsweise in 9, 10 und 11 dargestellt ist. Hierdurch kann es allerdings zu Performanceeinbußen kommen.
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4 zeigt eine Anordnung eines Kühlblechausschnitts 5 mittig im Kühlblech 4. Dabei ist ein die Öffnung der Aussparung 5 zum Kühlblechrand hin bildender Schlitz 7 vorgesehen, der von der Aussparung 5 zum Kühlblechrand reicht. Der Schlitz 7 verläuft bei der in 4 gezeigten RFID-Elektronikanordnung 01 in gerader Linie auf direktem Weg vom Rand des Kühlblechs 4 hin zur Aussparung 5. Der Schlitz 7 unterbindet einen Stromfluss im Kühlblech 4 unterhalb der Leiterschleife 3 und hält die Leiterschleife 3 dadurch offen und garantiert somit die ordentliche Funktion des RFID-Chips 2.
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Der Schlitz 7 muss nicht auf direktem Weg zum Kühlblechrand geführt werden, sondern kann beispielsweise schräg verlaufen, wie in 6 dargestellt.
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Das Kühlblech 4 der RFID-Elektronikanordnung 01 kann mit einem zusätzlichen Schlitz 8 auf der anderen, der Öffnung gegenüberliegenden Seite des Kühlblechs 4 versehen sein, wobei der zusätzliche Schlitz 8 weder die Kühlblechaussparung 5 erreicht, noch das Kühlblech 4 teilt.
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7 zeigt voran beschriebene Anordnung mit zusätzlichem Schlitz 8 auf der anderen Seite des Kühlblechs 4, ohne jedoch die Kühlblechaussparung 5 zu erreichen und ohne das Kühlblech 4 zu teilen. Praktische Messungen zeigen: Je näher der gegenüberliegende Schlitz an den Kühlblechausschnitt 5 herangeführt wird, desto besser wird die Performance. Allerdings darf das Kühlblech 4 nicht komplett durchtrennt werden, da dann kein Stromfluss zwischen den Kühlblechflügeln entstehen kann, sofern die Leiterplatte 1 elektrisch isoliert auf dem Kühlblech 4 angebracht ist.
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Ist die Leiterplatte 1 hingegen elektrisch an das Kühlblech 4 kontaktiert, so darf der gegenüberliegende Schlitz 8 das Kühlblech 4 sogar durchtrennen, da der Stromfluss über die Leiterplatte 1 nach wie vor erhalten bleibt.
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In 8 ist eine weitere Integrationsmöglichkeit eines RFID-Chips 2 auf einer Leiterplatte 1 mit Kühlblech 4 dargestellt. Dabei besitzt die Leiterplatte 1 beziehungsweise die verfügbare Kupfermassefläche auf der Leiterplatte 1 lediglich eine geringe Dimension. Ohne Kühlblech 4 besitzt diese Anordnung eine sehr geringe Performance, da die effektiv strahlende Fläche sehr klein ist. Die Anwesenheit eines Kühlblechs 4 auf der Rückseite der Leiterplatte 1 führt jedoch zu einem Performanceschub, da das Kühlblech 4 hier als die benötigte Kupfermassefläche beziehungsweise Antenne fungieren kann und somit die Funktion des RFID-Tags 9 ermöglicht.
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Bei der RFID-Elektronikanordnung 01 in 9 ist ein die Aussparung 5 mit einer Öffnung zum Kühlblechrand hin bildender Schlitz 51 vom Rand des Kühlbleches 4 bis in dessen Mitte hin zu sehen. Eine kleine Leiterplatte 1 ist mit einem RFID-Chip 2 und einer Leiterschleife 3 am Rand des Kühlbleches 4 oberhalb des Schlitzes 51 vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte im ersten Schritt elektrisch isoliert angeordnet. Die Funktion des RFID-Chips 2 ist bei dieser Anordnung aufgrund des Schlitzes 51 vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte gegeben.
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Bei der in 10 dargestellten RFID-Elektronikanordnung 01 sind das Kühlblech 4 und der vom Rand des Kühlbleches 4 bis in dessen Mitte hin führende Schlitz 51 genauso ausgeführt, wie bei der in 9 gezeigten und zuvor beschriebenen Ausführung der RFID-Elektronikanordnung 01. Im Unterschied zu der in 9 gezeigten Ausgestaltung ist die Leiterplatte 1 mittig auf dem Kühlblech 4 und oberhalb des Schlitzes 51 vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte zuerst elektrisch isoliert angeordnet. In der Praxis stellt sich diese Anordnung als vorteilhafter heraus im Vergleich zur Anordnung aus 9, da eine höhere Performance erreicht werden kann. Der Grund liegt darin, dass die Stromdichte in der Mitte des Kühlbleches 4 höher ist als die Stromdichte am Rand des Kühlbleches 4 und somit eine höhere Spannung in der Leiterschleife 3 der Leiterplatte 1 induziert werden kann.
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Wird die Leiterplatte aus 9 jedoch elektrisch mit dem Kühlblech 4 verbunden, so kann ein weiterer Performanceschub beobachtet werden, da nun der Strom über die Leiterplatte 1 und somit nahe der Leiterschleife 3 fließen und eine Spannung in der Leiterschleife 3 induzieren kann.
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Eine weitere vergleichbare Anordnung ist in 11 dargestellt. Hierbei ist die durch einen Schlitz 51 vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte und einen an dessen Ende anschließenden Querschlitz 52 gebildete Aussparung 5 im Kühlblech 4 in T-Form ausgeführt. Die Leiterplatte 1 kann dabei am Rand des Kühlbleches 4 oberhalb des vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte führenden Schlitzes 51 oder auch im Bereich der T-Form oberhalb des Querschlitzes 52 positioniert werden. Dabei können die Leiterplatte 1 und das Kühlblech 4 sowohl elektrisch isoliert, als auch elektrisch kontaktiert sein. Durch die elektrische Kontaktierung kann sich die Performance des RFID-Chips 2 verbessern, da dies ein elektrischer Stromfluss nahe der Leiterschleife 3 ermöglicht und die Induktion der Spannung in der Leiterschleife 3 vergrößern kann.
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Wie bereits anhand der Verbindungsmöglichkeiten mittels doppelseitigem Klebeband oder durch Verstemmen angedeutet, kann der Leiterbahnträger 1 der RFID-Elektronikanordnung 01 auf dem Kühlblech 4 angeordnet sein.
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Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar. Beispielsweise kann es sich bei dem Leiterbahnträger 1 der RFID-Elektronikanordnung 01 um eine Metallkernplatine 10 handeln, deren Metallkern das Kühlblech 4 bildet.
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Durch eine entsprechende Aussparung 5 zumindest im Metallkern der Metallkernplatine 10 mit einer Öffnung der Aussparung 5 zum Rand der Metallkernplatine 10 hin und mit einer mit einem RFID-Chip 2 verbundenen, durch zumindest einen Teil der Leiterbahnen der Metallkernplatine gebildete Leiterschleife 2 kann auch die Metallkernplatine 10 zu deren eindeutiger, berührungsloser Identifikation mit einem RFID-Chip 2 ausgestattet sein (15).
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15 zeigt eine RFID-Elektronikanordnung mit einer Metallkernplatine 10 mit einem RFID-Chip 2 und entsprechender Leiterschleife 3 mit Impedanzanpassung. Eine Aussparung 5 oder Fräsung der Metallkernplatine 10 ist in einem Bereich beispielsweise zwischen den zur Leiterschleife 3 verbundenen Leiterbahnen vorgesehen. In 15 ist eine zur Erzeugung der Aussparung verwendete Fräskontur gestrichelt dargestellt. Mit dieser Anordnung kann eine Metallkernplatine 10 mit einem RFID-Chip 2 getaggt werden.
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Wie bereits angedeutet kann die Leiterschleife 3 mit einer Impedanzanpassung ausgeführt sein.
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Die Impedanzanpassung kann beispielsweise eine Mäanderstruktur der Leiterschleife 3 innerhalb der durch die Leiterbahnen des Leiterbahnträgers aufgespannten Fläche umfassen.
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Die RFID-Elektronikanordnung 01 kann zusätzlich zu dem RFID-Chip 2 mindestens ein weiteres auf dem Leiterbahnträger 1 oder der Metallkernplatine 10 angeordnetes und via dessen Leiterbahnen elektrisch kontaktiertes Elektronikbauteil umfassen.
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Ein oder mehrere Elektronikbauteile können via zumindest eines Teils der verbleibenden Leiterbahnen des Leiterbahnträgers 1 elektrisch kontaktiert sein.
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Unter dem Begriff Elektronikbauteile zusammengefasst sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit der Aufzählung beispielsweise elektrische und elektronische Bauteile, wie etwa Widerstände, Spulen, einfache Halbleiterbauteile, wie etwa Dioden, Transistoren, LEDs bis hin zu integrierten Schaltungen (IC: Integrated Circuits). Auch der RFID-Chip ist ein Elektronikbauteil im Sinne dieser Definition, wobei der RFID-Chip vorzugsweise ausschließlich mit der oder den zur Leiterschleife 3 ausgeführten Leiterbahnen des Leiterbahnträgers 1 verbunden ist.
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Messergebnisse zeigen, dass ein Kühlblech mit einer zum Kühlblechrand hin offenen oder eine andersartige Öffnung zum Kühlblechrand hin aufweisenden Aussparung 5 an entsprechender Stelle unterhalb der Leiterschleife 3 die Funktion der RFID Technologie mit RFID-Chip 2 weiterhin ermöglichen.
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Des Weiteren zeigen die Messergebnisse einen Performanceschub von vor allem kleinen Leiterplatten mit im Verhältnis größerem Kühlblech.
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In Tabelle 1 sind die Messergebnisse verschiedener Prototypen dargestellt.
Tabelle 1: Messergebnisse für drei verschieden aufgebaute Prototypen.
| UHF RFID Tag | Geometrische Maße (mm) | Ansprechleistung |
| Leiterplatte ohne Kühlblech | 50 × 27 (Antenne) | 18 dBm |
| 0 × 0 (Kühlblech) | (63 mW) |
| Leiterplatte mit Kühlblech aus 2 | 50 × 27 (Antenne) | 8,5 dBm |
| 150 × 80 (Kühlblech) | (7 mW) |
| Kleine Leiterplatte am Rand mit Kühlblech aus 8 | 10 × 10 (Antenne) | 10,75 dBm |
| 150 × 80 (Kühlblech) | (12 mW) |
| Kleine Leiterplatte in der Mitte mit Kühlblech aus 5 | 10 × 10 (Antenne) | 7,75 dBm |
| 150 × 80 (Kühlblech) | (6 mW) |
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Dabei bedeutet eine kleinere Ansprechleistung ein besseres Ergebnis. Die Messergebnisse zeigen, dass ein Kühlblech eine vorteilhafte Auswirkung auf die Performance der UHF RFID Technologie haben kann. Eine Leiterplatte mit Kühlblech (Tabelle 1, Zeile 2) zeigt im Vergleich zu einer Leiterplatte ohne Kühlblech (Tabelle 1, Zeile 1) eine bessere Performance, da die Ansprechleistung um 9,5 dB gesenkt werden kann.
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Außerdem kann eine Verbesserung in der Performance beobachtet werden, wenn eine Leiterplatte mittig im Kühlblech angeordnet wird, sofern eine Kühlblechaussparung unterhalb der Leiterschleife der Leiterplatte und ein Kühlblechschlitz vorgesehen sind. Die Messergebnisse zeigen hierbei eine um 3 dB geringere Ansprechleistung (vgl. Tabelle 1, Zeile 3 und 4).
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Eine voranstehend beschriebene RFID-Elektronikanordnung 01 kann vorteilhaft in Verbindung mit einer Fahrzeugkomponente Anwendung finden, beispielsweise zu deren berührungsloser Nachverfolgung durch eine in dem RFID-Chip 2 abspeicherbare und via der Leiterschleife 3 berührungslos abrufbare, eindeutige Identifikationsmöglichkeit.
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Bei einer solchen Fahrzeugkomponente, die mindestens eine voranstehend beschriebene RFID-Elektronikanordnung 01 umfasst, kann es sich beispielsweise um eine Elektronikbauteile und hieraus aufgebaute Elektronikschaltungen beherbergende Fahrzeugkomponente handeln, wie etwa eine Fahrzeugleuchte mit mindestens einer zum Betrieb deren als LEDs oder OLEDs ausgeführten Lichtquellen erforderlichen elektronischen Steuerschaltung, einem Fahrzeugsteuergerät, einer Sensoranordnung oder dergleichen.
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Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Fahrzeugkomponente um eine Fahrzeugleuchte mit mindestens einem wenigstens eine Lichtquelle umfassenden Leuchtmittel für zumindest eine Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte und mit mindestens einer voranstehend beschriebenen RFID-Elektronikanordnung 01.
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Eine Fahrzeugleuchte umfasst beispielsweise einen im Wesentlichen von einem Leuchtengehäuse und einer Lichtscheibe umschlossenen Leuchteninnenraum und mindestens ein darin beherbergtes, mindestens eine Lichtquelle umfassendes Leuchtmittel für wenigstens eine Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte.
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Jede Fahrzeugleuchte erfüllt je nach Ausgestaltung eine oder mehrere Aufgaben bzw. Funktionen. Zur Erfüllung jeder Aufgabe bzw. Funktion ist eine Lichtfunktion der Fahrzeugleuchte vorgesehen. Lichtfunktionen sind beispielsweise bei einer Ausgestaltung als Scheinwerfer eine die Fahrbahn ausleuchtende Funktion, oder bei einer Ausgestaltung als Signalleuchte eine Signalfunktion, wie beispielsweise eine Wiederholblinklichtfunktion zur Fahrtrichtungsanzeige oder eine Bremslichtfunktion zur Anzeige einer Bremstätigkeit, oder z.B. einer Begrenzungslichtfunktion, wie etwa einer Schluss- oder Rücklichtfunktion, zur Sicherstellung einer Sichtbarkeit des Fahrzeugs bei Tag und/oder Nacht, wie etwa bei einer Ausgestaltung als Heckleuchte oder Tagfahrleuchte. Beispiele für Fahrzeugleuchten sind am Fahrzeugbug, an den Fahrzeugflanken und/oder an den Seitenspiegeln sowie am Fahrzeugheck angeordnete Blinkleuchten, Ausstiegsleuchten, beispielsweise zur Umfeldbeleuchtung, Begrenzungsleuchten, Bremsleuchten, Nebelleuchten, Rückfahrleuchten, sowie typischerweise hoch gesetzte dritte Bremsleuchten, sog. Central, High-Mounted Braking Lights, Tagfahrleuchten, Scheinwerfer und auch als Abbiege- oder Kurvenlicht verwendete Nebelscheinwerfer, sowie Kombinationen hiervon.
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Die Fahrzeugleuchte kann mehrere Elektronikanordnungen mit einem ein oder mehrere Elektronikbauteile tragenden Leiterbahnträger mit Leiterbahnen umfassen, wobei wenigstens eine der Elektronikanordnungen als eine voranstehend beschriebene RFID-Elektronikanordnung ausgeführt ist.
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Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads bei der Umwandlung von elektrischem Strom in für das menschliche Auge sichtbares Licht kommen als Lichtquellen von Leuchtmitteln für Fahrzeugleuchten vermehrt anorganische Leuchtdioden (LEDs) oder organische Leuchtdioden (OLEDs) zum Einsatz.
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Elektronikanordnungen kommen in modernen Fahrzeugleuchten mit LEDs und/oder OLEDs als Lichtquellen vermehrt zum Einsatz, beispielsweise in Form von elektronischen Steuerschaltungen.
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Zum Betrieb sowohl von LEDs, als auch von OLEDs als Lichtquellen für ein Leuchtmittel beispielsweise einer Fahrzeugleuchte können eine oder mehrere mehr oder minder komplexe elektronische Steuerschaltungen vorgesehen sein, die beispielsweise auf einem oder mehreren Leuchtmittelträgern des Leuchtmittels angeordnet und in dem Leuchteninnenraum beherbergt sein können.
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Ein einfaches Beispiel für eine elektronische Steuerschaltung betrifft die Angleichung unterschiedlicher Helligkeiten einzelner LEDs oder von LED-Strängen innerhalb einer Gruppe gemeinsam betriebener, auf einem oder mehreren Leuchtmittelträgern angeordneter LEDs. Eine solche elektronische Steuerschaltung besteht aus mindestens einem oder mehreren Vorwiderständen zur Anpassung der Vorwärtsspannung der LEDs an das Bordnetz oder Fahrzeugbordnetz. Beispielsweise ist bekannt, die LEDs im sogenannten Binning nach Vorwärtsspannung und Intensität zu sortieren. Um Unterschiede zwischen mehreren LED-Strängen auszugleichen, die jeweils aus in Reihe geschalteten LEDs gleicher Vorwärtsspannung und Intensität bestehen, und um eine homogene Helligkeitsverteilung der benachbarten LED-Stränge aus LEDs mit unterschiedlicher Vorwärtsspannung und Intensität zu erhalten, wird zumindest jeder LED-Strang mit einem anderen Vorwiderstand versehen.
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LEDs sowie OLDEs bedürfen darüber hinaus beim Einsatz als Lichtquelle insbesondere in Fahrzeugleuchten oft einer separaten Ausfallerkennung. Dies ist bedingt durch die geringe Leistungsaufnahme von LEDs und OLEDs im Allgemeinen. Beispielsweise ist ein in einem Fahrzeug untergebrachtes Steuergerät nicht in der Lage, eine dem Ausfall einer oder weniger LEDs oder OLEDs entsprechende Änderung der Leistungsentnahme aus dem Fahrzeugbordnetz zu erkennen, da eine hieraus resultierende Bordnetzspannungsänderung unterhalb der im normalen Betrieb eines Fahrzeugs auftretenden Bordnetzspannungsschwankungen liegt. Eine beispielsweise in der Fahrzeugleuchte untergebrachte elektronische Schaltungsanordnung zur Ausfallerkennung erfasst den Ausfall einer oder mehrerer Leuchtdioden in der Fahrzeugleuchte z.B. mittels eines oder mehrerer Komparatoren und teilt dies dem Steuergerät mit. Diese elektronische Schaltungsanordnung zur Ausfallerkennung kann durch eine beispielsweise auf dem Leuchtmittelträger aufgebrachte elektronische Steuerschaltung verwirklicht sein.
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Darüber hinaus können sowohl LEDs, als auch OLEDs weiterer elektronischer Steuerschaltungen bedürfen. Beispiele hierfür sind elektronische Steuerschaltungen:
- - zur Regelung und/oder Steuerung der Helligkeit bzw. Leuchtkraft der LEDs und/oder OLEDs, beispielsweise durch eine pulsweitenmodulierte Taktung der Stromversorgung für einen außerhalb des für das menschliche Auge wahrnehmbaren Bereichs gepulsten Betrieb,
- - zur Kompensation oder Vermeidung elektromagnetischer Störungen, beispielsweise aufgebaut aus Kondensatoren und/oder Ferriten,
- - zum Schutz der LEDs und/oder OLEDs z.B. vor einer Überspannung des Bordnetzes oder vor fehlerhafter Polung, beispielsweise umfassend eine oder mehrere Zenerdioden.
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Zusammengefasst muss für fast alle LED- und/oder OLED-Anwendungen eine mehr oder minder umfangreiche, für die speziellen LEDs und/oder OLEDs ausgelegte elektronische Steuerschaltung z.B. auf den mindestens einen Leuchtmittelträger aufgebracht werden. Die elektronische Steuerschaltung umfasst im einfachsten Fall einen Vorwiderstand und eine Schutzdiode, kann aber je nach Anwendung auch wesentlich mehr Elektronikbauteile enthalten, wie z.B. Mikrokontroller bzw. Kontroller, Komparatoren, Transistoren, Schutzdioden, elektrische Widerstände z.B. als Vorwiderstand, Kondensatoren, Ferrite, etc.
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Somit umfasst ein Leuchtmittel mit einer oder mehreren LED und/oder OLED als Lichtquelle meist zusätzlich zu einer oder mehreren aufgrund ihres Diodenaufbaus Elektronikbauteile darstellenden LEDs und/oder OLEDs zumindest ein weiteres zuvor genanntes Elektronikbauteil. Demnach kann ein Leuchtmittel mit einer oder mehreren LEDs und/oder OLEDs als Lichtquellen neben der mindestens einen LED und/oder OLED zumindest noch über ein weiteres Elektronikbauteil verfügen.
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Besonders vorteilhaft ist die Fahrzeugleuchte als automobile Heckleuchte ausgeführt oder bildet eine solche automobile Heckleuchte. Als automobile Heckleuchte ausgeführte Fahrzeugleuchten können über die voranstehend beschriebenen elektronischen Schaltungsanordnungen hinausgehender Elektronikschaltungen bedürfen, beispielsweise zur Verwirklichung animierter, sog. dynamischer Lichtfunktionen.
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Vorteilhaft ist die RFID-Elektronikanordnung 01 in einem von außerhalb der Fahrzeugkomponente insbesondere vom menschlichen Auge nicht einsehbaren Bereich angeordnet, beispielsweise in einem beim Blick von außerhalb eines Leuchteninnenraums einer als Fahrzeugleuchte ausgeführten Fahrzeugkomponente durch eine den Leuchteninnenraum gemeinsam mit einem Leuchtengehäuse zumindest zum Teil umschließende Lichtscheibe hindurch nicht einsehbaren und damit direkten Blicken entzogenen Bereich.
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Die RFD-Elektronikanordnung 01 kann alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer einleitend in Verbindung mit dem Stand der Technik und/oder in einem oder mehreren der zum Stand der Technik erwähnten Dokumente und/oder in der voranstehenden Beschreibung erwähnte Merkmale - auch solche, die in Verbindung mit der Fahrzeugleuchte erwähnt worden sind - aufweisen.
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Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
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Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Herstellung von Fahrzeugleuchten, insbesondere Kraftfahrzeugleuchten gewerblich anwendbar. Beispielsweise ist die Erfindung gewerblich anwendbar in Fahrzeugbauteilen, wie Platinen für Scheinwerfer, Heckleuchten, Leuchten, Steuergeräte, etc.
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Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- RFID-Elektronikanordnung
- 1
- Leiterplatte
- 2
- UHF RFID-Chip
- 3
- Leiterschleife
- 4
- Kühlblech
- 5
- Kühlblechaussparung mit Öffnung zum Kühlblechrand hin
- 6
- doppelseitiges Klebeband
- 7
- Schlitz von der Kühlblechaussparung zum Kühlblechrand
- 8
- zusätzlicher Schlitz auf der gegenüberliegenden Seite
- 9
- RFID-Leiterplattentag
- 10
- Metallkernplatine
- 51
- Schlitz vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte
- 52
- Querschlitz am Ende des vom Kühlblechrand bis in die Kühlblechmitte führenden Schlitzes 51
- 100
- Leiterplatte
- 200
- UHF RFID-Chip
- 300
- Leiterschleife
- 400
- Kühlblech (frei von einer Aussparung ausgeführt)
- 410
- Kühlblech
- 500
- Kühlblechaussparung (frei von einer Verbindung zum Kühlblechrand)
- B
- magnetische Flussdichte
- B1
- magnetische Flussdichte
- B2
- magnetische Flussdichte
- I0
- elektrischer Strom
- I1
- elektrischer Strom
- I2
- elektrischer Strom
- I3
- elektrischer Strom
- U
- elektrische Spannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2011/0147466 A1 [0027]
