ITMO20110331A1 - Metodo e apparato per la realizzazione di un dispositivo di identificazione a radio frequenza dotato di antenna realizzata con un filo elettricamente conduttore - Google Patents

Description

Descrizione

Metodo e apparato per la realizzazione di un dispositivo di identificazione a radio frequenza dotato di antenna realizzata con un filo elettricamente conduttore.

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per la realizzazione di dispositivi di identificazione a radiofrequenza, comunemente noti come transponder RFID, dotati di antenne in filo elettricamente conduttore, ad esempio in filo di rame.

I transponder RFID sono composti da due parti essenziali, la cosiddetta antenna, realizzata in materiale elettricamente conduttore e un circuito integrato, o microchip, connesso alle due estremità dell’antenna.

E’ noto realizzare l’antenna con un sottile filo in materiale elettricamente conduttore, ad esempio un filo di rame di diametro non superiore a 150Î1⁄4m collegando le estremità a un modulo detto anche strap o interposer, che comprende il circuito integrato, o microchip.

Nello stato della tecnica sono noti metodi e apparati per realizzare antenne in filo di rame che prevedono di formare l’antenna del transponder RFID su un substrato deponendo e fissando il filo sul substrato utilizzato poi nelle lavorazioni successive. Tuttavia questi metodi e apparati presentano un tempo elevato per ogni ciclo di produzione in quanto à ̈ necessario “disegnare†l’antenna.

Infatti, per la deposizione del filo su essi sono costituiti da un certo numero di testate, ad esempio sei, ognuna delle quali, alimentata da un rocchetto di filo di rame, depone il filo su un substrato, normalmente in PVC. Queste testate si muovono, tracciando col filo il disegno dell’antenna e attaccando il filo al substrato tramite un martelletto vibrante a frequenza ultrasonica che segue la testata nel suo movimento. Il substrato deve essere o di un materiale che col calore generato dal martelletto vibrante si ammorbidisce, trattenendo il filo, come il PVC, oppure deve essere preventivamente spalmato con un prodotto che faccia la stessa funzione.

Le testate di deposizione del filo devono essere in grado di ruotare di 360° perché nello sviluppo del tracciato dell’antenna il martelletto deve sempre seguire la deposizione del filo.

Le testate così costruite sono dei meccanismi relativamente complessi e pesanti, il che comporta che, sia per questioni economiche, sia per questioni di inerzia al moto, il numero di teste applicabili su un apparato sia relativamente piccolo. Ciò determina un rapporto costo/produttività molto alto.

Un apparato del tipo sopra menzionato à ̈ descritto nella domanda di brevetto internazionale WO2011/098892.

È inoltre noto formare, utilizzando una macchina bobinatrice, un’antenna in banda ad alta frequenza (HF ovvero High Frequency 13,56MHz) la cui forma à ̈ sempre composta da una spirale, vedi ad esempio WO 91/16718.

Nei transponder RFID funzionanti nella banda UHF(Ultra High Frequency), con frequenza variabile da 860 a 960MHz a seconda delle normative dei vari stati, l’antenna non à ̈ mai a forma di spirale ma à ̈ composta da un monopolo, un dipolo, da un circolo formato da una sola spira o da una combinazione delle suddette forme.

Per motivi di spazio o di efficienza i tratti normalmente rettilinei dei monopoli o dipoli possono essere curvati formando anse o meandri.

In ogni caso un’antenna in banda UHF non potrà mai essere fabbricata usando una macchina bobinatrice.

La presente invenzione si propone di fornire un metodo e un apparato per realizzare transponder RFID in banda UHF dotati di antenna in filo elettricamente conduttore, ad esempio filo di rame, che consentano di incrementare la produttività e ridurre i costi, rispetto ai metodi e agli apparati noti dallo stato della tecnica.

In particolare, la presente invenzione si propone di fornire un metodo e un apparato che consentano di realizzare completamente un’antenna in filo elettricamente conduttore prima di deporla su un substrato sul quale viene completato un dispositivo RFID.

Lo scopo dell’invenzione à ̈ raggiunto con un metodo secondo la rivendicazione 1 e con un apparato secondo la rivendicazione 4.

Grazie all’invenzione, à ̈ possibile realizzare completamente un’antenna in filo elettricamente conduttore, ad esempio in filo di rame, senza che sia necessario depositare il filo su un substrato durante la realizzazione dell’antenna, l’antenna potendo essere fissata ad un substrato al termine della sua realizzazione.

L’apparato secondo l’invenzione comprende dei mezzi di formatura dell’antenna che sono di semplice realizzazione e di massa ridotta.

Ciò consente di ottenere una produttività molto elevata, notevolmente superiore alla produttività degli apparati noti dallo stato della tecnica grazie al tempo di ciclo per la formatura dell’antenna estremamente ridotto.

Un esempio di realizzazione dell’invenzione, non limitativo, à ̈ descritto nel seguito, con riferimento ai disegni allegati, in cui:

Figura 1 à ̈ una vista prospettica di un apparato secondo l’invenzione in una prima fase di realizzazione di un’antenna in filo elettricamente conduttore;

Figura 2 à ̈ una vista dall’alto di un particolare della Figura 1;

Figura 3 à ̈ una vista prospetti come quella di Figura 1, relativa ad una seconda fase di realizzazione dell’antenna; Figura 4 à ̈ un’ulteriore vista prospettica dell’apparato secondo l’invenzione in una terza fase di realizzazione dell’antenna;

Figura 5 à ̈ un’ancora ulteriore vista prospettica dell’apparato secondo l’invenzione in una quarta fase di realizzazione dell’antenna;

Figura 6 illustra un’antenna realizzata con un apparato secondo l’invenzione, fissata ad un substrato e connessa ad un microchip per ottenere un dispositivo RFID;

Figure 7, 8, 9 illustrano una variante dell’apparato secondo l’invenzione;

Figura 10 illustra una configurazione di antenna realizzabile con la variante dell’apparato secondo l’invenzione illustrata nelle Figure 7, 8 e 9.

Con riferimento alla Figura 1, un apparato 1 secondo l’invenzione comprende un elemento a portale 2 fissato ad un elemento di supporto (non raffigurato). L’elemento a portale 2 può ruotare intorno ad un asse 3 sostanzialmente verticale e può spostarsi in una direzione parallela a detto asse 3. L’elemento a portale à ̈ dotato, alle sue estremità inferiori 4a e 4b di un primo elemento a pinza 5a e di un secondo elemento a pinza 5b atti ad afferrare un filo 6 in materiale metallico elettricamente conduttore, ad esempio un filo di rame, che viene svolto da una bobina (non raffigurata) ed à ̈ destinato a costituire un’antenna per un dispositivo RFID. L’apparato 1 comprende inoltre un primo elemento formatore 7a e un secondo elemento formatore 7b, tra loro affacciati, destinati a dare ad un’antenna 8 (Figura 7) una forma desiderata, ad esempio una forma ad anse. Il primo elemento formatore 7a e il secondo elemento formatore 7b sono entrambi mobili in una direzione perpendicolare a detto asse 3.

Il primo elemento formatore 7a, comprende una prima traversa 9a alla quale à ̈ fissata una pluralità di prime aste 10a, tra loro parallele, ciascuna delle quali termina con un’estremità 11a che comprende un elemento sagomatore 12a, ad esempio cilindrico, scorrevole all’interno di detta estremità 11a. Le aste 10a, nell’esempio di realizzazione mostrato, sono in numero di tre, ma possono essere anche in numero maggiore o minore di tre.

Il secondo elemento formatore 7b comprende una seconda traversa 9b alla quale à ̈ fissata una pluralità di seconde aste 10b, tra loro parallele e una coppia di terze aste 10c poste da parti opposte rispetto alle seconde aste 10b e parallele ad esse. Ciascuna seconda asta 10b e ciascuna terza asta 10c termina con una rispettiva estremità 11b, 11c, che comprende un rispettivo elemento sagomatore 12b, 12c, ad esempio cilindrico, scorrevole all’interno della rispettiva estremità 11b, 11c.

La distanza tra le prime aste 10a, tra le seconde aste 10b e tra le terze aste 10c à ̈ scelta in modo tale che le prime aste 10a possano inserirsi negli interspazi tra le seconde e terze aste 10b, 10c, e le seconde aste 10b possano inserirsi negli interspazi tra le prime aste 10a.

Ciascuna terza asta 10c à ̈ dotata, su una sua faccia posta da parte opposta rispetto alla seconda asta 10b adiacente, di un elemento di taglio 13 destinato a tagliare il filo 6.

Il numero delle seconde aste 10b à ̈ pari al numero delle prime aste 11a diminuito di un’unità. Nell’esempio di attuazione illustrato le seconde aste 11b sono in numero di due.

Nel seguito, à ̈ descritto il funzionamento dell’apparato 1 secondo l’invenzione.

In una prima fase, rappresentata nella figura 1, il primo elemento a pinza 5a afferra l’estremità libera del filo 6. Successivamente, in una seconda fase, l’elemento a portale 2 ruota di 180° intorno all’asse di rotazione 3mentre il filo 6 viene mantenuto in tensione tramite un apposito dispositivo di tensionamento non raffigurato.

In una terza fase, mostrata in Figura 3, dopo che il tratto A di filo 6 à ̈ stato afferrato dal primo elemento a pinza 5a, il portale 2 si abbassa, fino a che detto tratto di filo A si trova al livello degli elementi 12a, 12b e 12c che sporgono inferiormente dalle estremità 11a, 11b e 11c delle prime aste 10a, delle seconde aste 10b e delle terze aste 10c, rispettivamente.

Successivamente, il primo elemento sagomatore 7a e il secondo elemento sagomatore 7b vengono mossi, l’uno verso l’altro, in una direzione perpendicolare all’asse di rotazione 3 del portale 2. Durante questo movimento, le prime aste 10a si inseriscono negli interspazi tra le seconde aste 10b e tra queste ultime e le terze aste 10c e gli elementi 12a, 12b e 12c interagiscono con il tratto A di filo 6 facendo in modo che assuma una configurazione ad anse, come quella mostrata in Figura 6, che costituisce il profilo dell’antenna 8.

Durante questo movimento il dispositivo di tensionamento rilascia la quantità necessaria di filo e al termine del movimento la pinza 5b si chiude.

Successivamente, il portale 2 e gli elementi sagomatori 7a e 7b vengono abbassati fino a che l’antenna 8, costituita dal tratto di filo A sagomato, non viene premuta su un substrato 14 destinato a fungere da supporto per il dispositivo RFID. Durante il movimento verso il basso del portale 2, gli elementi 12a, 12b e 12c, venendo a contatto con il substrato 14, si ritraggono scorrendo verso l’alto. La superficie del substrato 14 sulla quale viene premuta l’antenna 8 à ̈ vantaggiosamente ricoperta di uno strato di sostanza adesiva, in modo da garantire che l’antenna 8 aderisca al substrato 14. In alternativa il substrato à ̈ ricoperto di una sostanza pastosa in cui il filo possa penetrare e rimenare trattenuto come ad esempio la gomma o il silicone non ancora vulcanizzati. Una ulteriore alternativa prevede che gli elementi formatori 7a e 7b e, conseguentemente, il filo 6 vengano scaldati permettendo a quest’ultimo di penetrare in qualsiasi materiale termoplastico tramite calore e pressione. Mentre l’antenna 8 viene premuta sul substrato 14 gli elementi di taglio 13 separano l’antenna 8 dal resto del filo 6 e, infine, l’elemento a pinza 5a si apre eliminando il ritaglio di filo rimasto nella pinza 5a e consentendo all’apparato 1 di riportarsi nella posizione iniziale illustrata in Figura 1, per ricominciare il ciclo di formatura di un’antenna 8.

Altre configurazioni sono possibili utilizzando elementi formatori di forma diversa o movimentandoli tramite motori, camme o altro.

Il ciclo ricomincia con la pinza 5b chiusa e la 5a aperta. Durante la rotazione viene recuperato le spezzone di filo che rimane all’esterno dell’elemento di taglio.

Infine, un modulo a microchip 15, precedentemente applicato al substrato 14, viene saldato all’antenna 8 per completare il dispositivo RFID, come mostrato in Figura 6.

La fase di saldatura può essere effettuata contemporaneamente alla fase di deposizione mediante dispositivi di saldatura non raffigurati posizionati in idonea posizione direttamente negli elementi di formatura.

Nelle Figure 7, 8 e 9 à ̈ illustrata una variante 1a di un apparato secondo l’invenzione, adatta per realizzare un’antenna 16 a forma di loop, cioà ̈ avente forma di un semianello 17 con estremità 18 e 19 tra loro convergenti. Nelle Figure 7, 8 e 9 sono mostrati, in una vista in pianta, solo gli elementi formatori 20a e 20b, in tre diverse posizioni operative, mentre à ̈ stato omesso l’elemento 2 a portale, in quanto identico all’elemento a portale della versione di apparato 1 illustrata nelle Figure da 1 a 5.

Il primo elemento formatore 20a comprende una prima traversa 21a alla quale à ̈ fissata rigidamente una prima asta 22a terminante con un’estremità 23a nella quale à ̈ scorrevole un elemento sagomatore 24a. Il secondo elemento formatore 20b comprende una seconda traversa 21b alla quale à ̈ connessa una coppia di seconde aste 22b terminanti ciascuna con una rispettiva estremità 23b nella quale à ̈ scorrevole un rispettivo elemento sagomatore 24b. Le seconde aste 22b sono connesse alla seconda traversa 21b in modo da poter ruotare su un piano perpendicolare all’asse di rotazione B del portale 2.

Nella Figura 7 à ̈ illustrata una prima posizione operativa degli elementi formatori 20a e 20b nella quale vi à ̈ un certo spazio tra l’estremità 23a dell’asta 22a e le estremità 23b delle aste 22b e l e aste 22b sono tra loro parallele. Il tratto di filo A bloccato tra l’elemento a pinza 5a del portale 2 e un dispositivo tensionatore, non raffigurato, si trova in detto spazio.

Nella Figura 8 à ̈ illustrata una seconda posizione operativa degli elementi formatori 20a e 20b, che sono stati avvicinati l’uno all’altro fino a far inserire l’estremità 23a della prima asta 22a tra le estremità 23b delle seconde aste 22b, in modo da provocare una divaricazione di dette seconde aste 22b. In questa seconda posizione operativa, una porzione intermedia A1 del tratto A di filo viene piegata ad arco intorno all’elemento sagomatore 24a della prima asta 22a, fino a che le porzioni di estremità A2 e A3 del tratto A di filo si dispongono tra loro parallele.

Nella Figura 9 à ̈ illustrata una terza posizione operativa degli elementi formatori 20a e 20b, nella quale questi ultimi sono stati ulteriormente avvicinati, fino a che l’estremità 23a della prima asta 22a non supera le estremità 23b delle seconde aste 22b, in modo che dette seconde aste 23b si riportino, ad esempio per l’effetto di mezzi di ritorno elastici, non raffigurati, in posizioni reciprocamente parallele. In tal modo, le estremità A2 e A3 vengono piegate in modo da convergere tra loro fino ad ottenere un’antenna 16 in configurazione loop (Figura 10) costituita da un semianello 17 con estremità 18 e 19 tra loro convergenti.

L’antenna 16 così formata viene infine pressata sul substrato 14 per aderire ad esso e un microchip viene saldato alle estremità 18 e 19 dell’antenna 16.

Nell’attuazione pratica, i materiali, le dimensioni e i particolari esecutivi potranno essere diversi da quelli indicati, ma ad essi tecnicamente equivalenti, senza per questo uscire dall’ambito della presente invenzione

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per realizzare un’antenna (8; 16) per un dispositivo di identificazione a radiofrequenza in banda UHF, detta antenna essendo realizzata con un filo (6), o una treccia di fili, in materiale elettricamente conduttore, caratterizzato dal fatto che comprende: - sagomare, tramite mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b), un tratto (A) di detto filo (6), o treccia di fili, per ottenere un’antenna (8; 16) di forma prestabilita, detto tratto (A) essendo trattenuto e supportato da detti mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b), durante detto sagomare; - deporre e fissare su un substrato (14) detta antenna (8; 16).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre connettere a detta antenna (8; 16) un microchip mentre essa viene deposta su detto substrato (14), o dopo che essa à ̈ stata deposta e fissata su detto substrato (14).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta antenna (8; 16) viene associata ad un dispositivo di identificazione a radiofrequenza per amplificare le prestazioni di detto dispositivo di identificazione a radiofrequenza, o modificarne la frequenza di risonanza.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto filo (6), o treccia di fili, ha un diametro non superiore a 150Î1⁄4m.
5. 5. Apparato per realizzare un’antenna (8; 16) per un dispositivo di identificazione a radiofrequenza, detta antenna essendo realizzata con un filo (6), o una treccia di fili, in materiale elettricamente conduttore, caratterizzato dal fatto che comprende: - un elemento (2) di supporto e bloccaggio dotato di mezzi a pinza (5a, 5b) atti ad afferrare e supportare un tratto (A) di detto filo (6); - mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b) atti a sagomare detto tratto (A) secondo una forma prestabilita.
6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 5, in cui detto elemento di supporto e bloccaggio (2) Ã ̈ atto a ruotare intorno ad un asse (3) di rotazione e a traslare in una direzione parallela a detto asse (3) di rotazione.
7. 7. Apparato secondo la rivendicazione 5, oppure 6, in cui detti mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b) sono atti a traslare secondo una prima direzione perpendicolare a detto asse (3) di rotazione e secondo una seconda direzione parallela a detto asse (3) di rotazione.
8. 8. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui detto elemento di supporto e bloccaggio (2) ha forma come di portale ed à ̈ dotato, alle sue estremità inferiori (4a; 4b) di un rispettivo primo elemento a pinza (5a) e di un rispettivo secondo elemento a pinza (5b).
9. 9. Apparato secondo una delle rivendicazioni da 5 a 8, in cui detti mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b) comprendono un primo elemento formatore (7a; 20a), detto primo elemento formatore (7a; 20a) comprendendo una prima traversa (9a; 21a) alla quale à ̈ fissata almeno una prima asta (10a; 22a), che termina con un’estremità arrotondata (11a; 23a) all’interno della quale à ̈ scorrevole un elemento sagomatore (12a; 24a).
10. 10. Apparato secondo la rivendicazione 9, in cui in cui detti mezzi formatori (7a, 7b; 20a, 20b) comprendono un secondo elemento formatore (7b; 20b), detto secondo elemento formatore (7b; 20b) comprendendo una seconda traversa (9b; 21b) alla quale son fissate almeno due seconde aste (10b; 22b), ciascuna delle quali termina con un’estremità arrotondata (11b; 23b) all’interno della quale à ̈ scorrevole un elemento sagomatore (12b; 24b), dette seconde aste (10b; 20b) avendo la stessa lunghezza.
11. 11. Apparato secondo la rivendicazione 10, in cui a detta seconda traversa (9b) sono fissate due terze aste (10c), ciascuna delle quali termina con un’estremità arrotondata (11c) all’interno della quale à ̈ scorrevole un elemento sagomatore (12c), dette terze aste (10c) essendo disposte da parti opposte rispetto a dette seconde aste (10b).
12. 12. Apparato secondo la rivendicazione 11, in cui ciascuna di dette terze aste (10c) Ã ̈ dotata di un rispettivo elemento di taglio (13), atto a tagliare detto filo (6).
13. 13. Apparato secondo la rivendicazione 9, oppure 10, in cui dette seconde aste (22b) son fissate a detta seconda traversa (21b) in modo da poter ruotare su un piano perpendicolare a detto asse (B).