KR20020001885A - 오버몰드된 전자 장치 - Google Patents

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KR20020001885A
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마이클 에프. 크루즈
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Abstract

조성물 제조 방법 및 고주파 인증 장치용의 오버몰드된 트랜스폰더(10) 회로 등의, 상기 방법과 조성물에 의해 제조되는 오버몰드되는 부품의 성형 재료(32)가 제공된다.

Description

오버몰드된 전자 장치{OVERMOLDED ELECTRONICS}
페라이트 코어, 분말 금속 코어 및 사마륨 코발트 및 네오디뮴-철-보론 자석 등의 고에너지 생성 자석은 임의 타입의 전자 소자 및 회로에 이상적으로 사용되게 하는 임의의 유리한 자계 및 전계 특성을 갖는다. 상기 타입의 재료는 부서지기 쉽지만, 각종 형태로 제조될 수 있고, 일반적으로 압축 부하에서 양호한 기계적 특성을 나타낸다. 그러나, 상기 부서지기 쉬운 재료들은 일반적으로 장력에서 약하고, 비교적 적당한 장력의 적재, 결합 적재 또는 충돌 적재가 행해지면 금이 가거나 부서지는 경향이 있다. 상기 제조된 부서지기 쉬운 재료들 내의 갈라진 틈이나 조각들은 원하는 특성에 부정적으로 영향을 주어 유리한 전계 및 자계 특성을 상당히 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 타입의 부서지기 쉬운 재료들을 최대한 이용하기 위해서는 제한적인 물리적 특성을 고려하고 조절할 필요가 있다.
전자 회로의 일부로서 페라이트 코어를 사용하여 이익을 얻을 수 있는 예시적인 응용은 EDI 또는 RFID 시스템에 사용되는 전자 인증("EID") 또는 무선 주파수 인증("RFID") 트랜스폰더 회로이다. EID 및 RFID 시스템은 일반적으로 kHz 주파수 밴드 영역의 고주파 신호 또는 MHz 주파수 밴드 영역의 초고주파 신호를 방출할 수 있는 신호 방출기 즉 "판독기"를 포함한다. 판독기로부터 방출된 신호는 상기 판독기로부터 신호를 검출하거나 수신할 때 활성화되는 "트랜스폰더"에 의해 수신된다. 상기 EID 및 FRID 시스템에서, 트랜스폰더는 신호를 발생하거나 판독기와 유도 결합하여 판독기가 트랜스폰더의 메모리로부터 인증 코드 또는 데이터를 얻을 수 있게 한다.
일반적으로, EID 또는 RFID 시스템의 트랜스폰더는 코일 등의 안테나에 부착된 신호 처리 회로부를 포함한다. 어떤 응용에서는, 코일은 페라이트, 분말 금속 또는 자석 코어 등으로 싸여 있을 수 있다. 신호 처리 회로부는 본 기술에 공지된 바와 같이, 집적 회로들을 포함하는 다수의 상이한 연산 소자들을 포함할 수 있고, EID 및 RFID 장치들의 신호 처리 회로부의 주 소자인 신호 집적 회로에 제조될 수 있
예컨대, 임의 타입의 "액티브" RFID 트랜스폰더는 회로 기판과 집적 회로에 부착될 수도 있는 배터리 등의 전원을 포함할 수 있다. 상기 배터리는 트랜스폰더의 동작시 신호 처리 회로에 전원을 공급하는 데 사용된다. "반2중(Half Duplex)" ("HDX") 트랜스폰더 등의 다른 타입의 트랜스폰더는 판독기로부터 에너지를 수신하는 코일 등의 소자, 및 에너지를 변환하여 저장하는 소자, 예컨대 변압기/커패시터회로를 포함한다. HDX 시스템에서, 판독기에 의해 생성된 방출 신호는 주기적으로 ON/OFF하고, 방출 사이클인 경우에 코일과 유도 결합하여 커패시터를 충전시킨다. 판독기로부터의 방출 신호가 정지하면, 상기 커패시터는 트랜스폰더의 회로부에 방전하여 판독기에 의해 수신된 신호를 방출하거나 생성할 수 있는 트랜스폰더에 동력을 공급한다.
반면, "전2중"("FDX") 시스템은 일반적으로 배터리나 에너지를 저장하는 소자를 포함하지 않는 트랜스폰더를 포함한다. 대신에, FDX 트랜스폰더에서는, 판독기에 의해 방출된 필드의 에너지가 트랜스폰더의 안테나 또는 코일과 유도 결합되어 있고, 트랜스폰더의 신호 처리 회로부를 구동하고 판독기로부터 방출된 신호의 방출과 동시에 판독기에 대한 응답을 발생하기 위한 전원을 얻기 위해 정류기를 통과한다.
특히, 액티브, HDX, FDX 트랜스폰더용의 많은 상이한 회로 설계들이 공지되어 있고 다수의 발행된 특허에 기재되어 있기 때문에, 이하에 더 상세히 설명하지 않는다. 현재 상용되는 많은 타입의 EID 및 RFID 트랜스폰더는 시각적 검사 또는 검출로부터 나타나지 않는 방식으로 확인되어야 하는 물체에 삽입되거나 이식될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 이와 같은 경우에 있어서, 전체 트랜스폰더는 밀봉된 부재에 싸여져 있는 것이 바람직하고 예컨대 생물학적 항목으로의 이식이 확인되게 하거나, 수중의, 부식성 또는 적절하지 않은 환경에서 사용되도록 할 수 있다. 따라서, 미국 특허 제4,262,632호, 제5,25,550호, 제5,211,129호, 제5,223,851호, 제5,281,855호 및 제5,482,008호를 포함한 각종 레퍼런스는 세라믹, 유리 또는 금속 용기 내에 각종 트랜스폰더의 회로부를 완전히 봉입하고 있는 것을 개시하고 있다.
봉입된 트랜스폰더에서는, 트랜스폰더 회로부를 조립한 후 상기 회로부를 일단부가 미리 밀봉된 유리, 세라믹 또는 금속 실린더에 삽입하는 것이 일반이다. 유리형 실린더의 개방된 단부는 보통 불꽃으로 녹여져서 폐쇄되고, 이에 의해 밀봉된 캡슐이 생성된다. 미국 특허 제5,482,008의 예로 설명한 바와 같이, 다른 타입의 유리, 세라믹 또는 금속 용기들은 개방된 단부를 밀봉하기 위해 밀착되거나 단부가 개방된 실린더에 기계적으로 접속되는 캡을 이용한다. 또한, 상기 특허에 개시된 바와 같이, 트랜스폰터 회로부가 캡슐의 내부 주위를 이동하지 못하게 하기 위해, 트랜스폰더의 회로부를 캡슐의 내부 표면에 접합하기 위해 에폭시 재료를 사용하는 것도 알려져 있다.
미국 특허 제4,262,632호(이하 레퍼런스에 포함)의 예에 도시된 바와 같이, 가축의 인증 등의 생물학적 응용에서 EID 및 RFID 장치를 사용하는 잠재적인 장점은 수년간의 연구하에서 이루어지고 있다. 상기 제4,262,632호 특허에 개시된 바와 같이, 반추 동물의 위의 위치에 적합한 EID "환약(bolos)" 트랜스폰더는, 환약의 특정 중력이 2 이상이고, 또는 환약 트랜스폰더의 총 무게가 6그램을 초과하면 무한정 시간동안 위에 남아있을 것이라는 연구에 의해 알 수 있다. 따라서, 이와 같은 응용에 있어서, 환약 트랜스폰더는 일반적으로 EID 회로부가 매우 소형이고 경량이기 때문에 중량 재료를 필요로 하며, 또한 집적 회로 및 안테나와 다른 부품들을 필요로 한다. 따라서, 예컨대 제 4,262,632호 특허에 EID 트랜스폰더를 포함하는 봉입체 내에 페라이트 중량 재료를 포함하고 있는 것이 개시되어 있다.
반추 동물에 사용되기에 적합한 환약 트랜스폰더의 설계는 또한 트랜스폰더의 신호 전송 특성을 향상시키기 위해 자석 또는 페라이트 코어를 적절히 사용하여 이익을 볼 수 있는 반면 환약 트랜스폰더의 특정 비중을 2 이상으로 유지하고, 또는 환약 트랜스폰더의 총 중량이 60 그램이 되도록 하는데 필요한 중량을 제공할 수 있다. 그러나, 반추 동물용 EID 환약 트랜스폰더의 폭넓은 인정과 사용을 얻기 위해, 상기 장치는 가축에 적용한 경우의 물리적, 경제적 필요성을 이해하면서 설계되고 제조되어야 한다. 따라서, 위의 환경에 적합한 세라믹이 봉입된 환약 트랜스폰더가 조사되고 있는 반면, 세라믹의 비용과 부서지기 쉬운 물리적 특성이 상업적으로 이용되는 것에 영향을 미치고 있다. 따라서, 세라믹, 유리, 금속의 봉입체의 제한을 갖지 않는 EID 트랜스폰더, 특히 환약 트랜스폰더용 캡슐이나 케이싱을 제조하기 위한 봉입체는 매우 유익할 것이다.
본 발명은 일반적으로 페라이트 코어, 분말 금속 코어 및 고에너지 생성 자석 코어를 갖는 오버-몰딩 전자 소자 및 장치 분야의 제품 및 재료에 관한 것으로, 특히 이와 같은 재료를 포함한 오버몰딩 전자 소자에 의해 형성된 제품 및 그 재료에 관한 것이다. 본 발명은 특히 오버몰딩 과정에 의해 제조된 전자 인증("EID") 또는 무선 주파수 인증("RFID") 소자와 장치 분야에 적용된다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 오버몰딩된 코어를 포함하는 트랜스폰더의 측단면도이다.
도 2는 도 1의 트랜스폰더의 단면도이다.
도3은 도 1의 트랜스폰더를 제조하기 위해 오버몰딩 과정에 이용되는 금형의 사시도이다.
도 4는 금형에 성형 재료를 사출하는 초기 단계동안 도 3의 금형을 통한 단면도이다.
도 5는 성형 과정의 다음 단계를 나타낸 도 3의 금형의 제 2 단면도이다.
도 6은 성형 과정의 다른 단계를 나타낸 도 3의 금형의 또 다른 단면도이다.
도 7은 코어 중앙 위치 확보 핀(core centering pin)이 금형으로 철회되는 성형 과정을 나타낸 도 3의 금형의 또 다른 단면도이다.
도 8은 성형 재료로 코팅되지 않는 트랜스폰더의 다른 구성의 측면도이다.
도 9는 도 8의 트랜스폰더의 정면도이다.
도 10은 도 6에 도시된 것과 동일한 단계에 사출 성형 과정 동안 도 3의 금형내에 배치된 도 8 및 도 9의 트랜스폰더를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 6에 도시된 단계와 동일한 단계에 상기 오버몰딩 사출 과정동안 도 3의 금형내에 배치된 부서지기 쉬운 코어 소자를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 처리에 의한 오버몰딩 재료로 오버몰딩된 부서지기 쉬운 코어의 단면도이다.
도 13은 금형에 대한 다른 설계로, 오버몰딩 과정동안 하나 이상의 센터링 소자들에 의해 금형에 배치된 트랜스폰더의 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 바와 같은 중앙 위치 확보 요소의 사시도이다.
본 발명은 페라이트, 분말 금속 및 자석 코어 재료를 포함하는 전자 부품 및 관련 회로, 예컨대 EID 또는 RFID 트랜스폰더용 회로를 오버몰딩하기 위한 방법, 장치 및 재료에 관한 것으로, 봉입재는 플라스틱, 중합체, 또는 엘라스토머 또는 원하는 응용 환경과 양립할 수 있는 다른 사출 성형이 가능한 재료이다. 본 발명에 따르면, 봉입 재료는 트랜스폰더의 코어와 전자 회로부를 오버몰드하기 위한 사출 성형 또는 압축 성형에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 전자 부품들을 환경 열화로부터 보호하는데 특히 유용한 새로운 코팅 물질에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의해 제조된 트랜스폰더(10)의 측단면도를 나타낸다. 도 2는 도 1의 트랜스폰더의 단부 도면을 나타낸다. 상기 트랜스폰더(10)는 커패시터(16) 등의 다른 회로 소자들과 함께 회로 기판(14)에 장착된 집적 회로(12) 등의 신호 처리 회로부를 포함한다. 신호 처리 회로부는 액티브, 반2중(HDX) 또는 전2중(FDX) 트랜스폰더 회로일 수 있다.
집적 회로(12) 및 커패시터(16)는 회로 기판(14)에 고정되고 와이어(18)의 리드 또는 단부(22,24)에서, 코일(20)로 형성된 와이어(16)와 전기적으로 결합된다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에서, 코일(20)은 보빈(26) 둘레에 감겨진 후 코어(30) 위에 배치되고, 회로 기판(14)은 코어(30)의 단부에 부착되어 트랜스폰더 조립체(10a)가 형성된다. 이하에 기술하는 바와 같이, 트랜스폰더 조립체(10a)는 완전한 트랜스폰더(10)를 형성하기 위해 가소성, 중합체 또는 에폭시 재료 등의 사출 성형 재료(32) 내에 오버몰딩되는 것이 바람직하다.
코어(30) 주위의 코일(20)의 상대적인 축 위치는 트랜스폰더(10)의 최적 동작에 중요하다. 특히, 트랜스폰더(10)는 동조 코일(20)과 커패시터(16) 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 트랜스폰더에서, 동조는 커패시터(16)의 커패시턴스와 코일(20)을 형성하는 와이어(18)의 길이를 매칭시킴으로써 달성된다.그러나, 와이어(18)가 보빈(26) 주위에 감겨져야 하고 코어(30) 위에 설치되어야 하는 경우, 트랜스폰더(10)의 회로를 동조시키기 위해 코일(20)의 인덕턴스를 커패시터(16)의 커패시턴스에 일치시키도록, 설계 및 제조시 그 인덕턴스 뿐만 아니라 와이어(18)의 정확한 길이를 유리하게 제어할 수 없다. 트랜스폰더가 적절히 동조되지 않으면, 트랜스폰더의 독출 및 데이터 전송 능력이 감소될 수 있다.
그러나, 코일(20)의 인덕턴스가 페라이트 코어(30)의 축 배치에 의해 변하기 때문에, 코일(20) 내에 코어(30)의 축을 적절히 배치함으로써, 트랜스폰더(10)는 와이어(18)의 길이를 최적화시키지 않고도 동조될 수 있다. 와이어(18)의 길이 및 커패시터(16)의 커패시턴스뿐만 아니라 코어의 주변을 포함하여, 페라이트 코어(20)와 코일(20)의 조합에 대해 주어진 설계 파라미터의 세트에 대해, 동조된 인덕터/커패시터 시스템이 성립되고 나서 제조 과정 동안 페라이트 코어(30)에 코일(20)을 감은 로빈(26)을 확보할 때까지 페라이트 코어(30)의 장축을 따라 코일을 이동시켜 동조된 트랜스폰더 조립체(10a)가 제조된다.
트랜스폰더 조립체(10a)의 회로부의 조립체 다음에, 트랜스폰더 조립체(10a)를 사출성형기로 전송한다. 특히, 트랜스폰더 조립체(10a)는 도 3 내지 도 7에 도시한 금형 내에 배치된다. 도 3은 트랜스폰더 조립체(10a)가 설치되지 않은 금형(40,42)의 사시도를 나타낸다. 상기 금형(40,42)은 닫혔을 경우 경화성, 중합체 또는 에폭시 사출 성형 재료(32)로 오버몰딩되기 전에 트랜스폰더(10a)를 수용할 수 있는 크기의 공동(44)이다. 그러나, 금형(40,42)의 내부 벽은, 원통형으로 설명하였지만, 특정 응용에 유리하도록 완성된 트랜스폰더(10)의 외부 표면상에 각종 형태와 패턴을 정의하는 표면 특징을 가질 수 있다. 상기 완성된 트랜스폰더의 외부 모양의 설계를 위한 포텐셜 변경은 원통형, 탄환 모양, 양 단부가 가늘어지거나 편평한 달걀꼴일 수 있고, 외부 벽은 원하는 응용에 따라 부드럽거나, 거칠거나 또는 울퉁불퉁할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 금형(40,42)은 트랜스폰더 조립체(10a)를 사출 과정 중에 금형(40,42) 내에 배치하여 보유하도록 작용하는 내측으로 돌출된 핀(46,48)을 포함한다. 상기 핀(46,48)은 압력 감응성 견인기(50,52)에 의해 사출 사이클의 말기 부근에 금형(40,42)으로 철회되도록 구성된다. 금형(40,42)의 일 단부는 사출 성형 재료(32)가 사출성형기(도시 안됨)에 의해 사출되는 탕구(sprue)이다. 또한, 도 3의 사시도에 도시된 바와 같이, 금형(40,42)은 함께 정렬되는 금형(40) 위의 안내 핀(60)을 포함하고, 사출 주기 동안 금형(40,42)의 정렬을 유지하기 위해, 상기 금형이 닫혀 있는 경우 금형(40) 위의 안내 핀 수용 구멍(62)과 결합될 수 있다.
도 4 내지 도 7은 사출 성형 과정 동안 가소성 성형 재료(32)의 진행을 슨서대로 설명하는, 금형(40,42) 및 금형에 배치된 트랜스폰더 조립체(10a)의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 핀(46,48)은 동축에 배치되고 성형 공동(44) 내에 트랜스폰더 조립체(10a)를 중심에 두도록 작용한다. 가열되어 가소화된 성형 재료(32)가 사출성형기에 의해 가압되어 사출되면, 상기 가소성 성형 재료(32)는 탕구를 통해 흘러 들어가서, 화살표(7)로 나타낸 바와 같이 코어(30)의 단부(64)와 충돌하고, 트랜스폰더 조립체(10a)의 대향 단부(66)에 접촉하도록 배치된 핀(48)에 대해코어(30)를 동축으로 압축한다.
그 후, 성형 재료(32)는 도 4 및 5에서 화살표(72)로 나타낸 바와 같이 페라이트 코어(30)의 단부(64)를 따라 반경방향 바깥쪽으로 유동한다. 충분한 성형 재료(32)가 공동(44)의 단부를 충전하도록 사출된 때, 성형 재료(32)의 진행 방향은 도 6에 화살표(74)로 나타낸 바와 같이 트랜스폰더 조립체(10a)의 반경방향 바깥쪽 표면을 따라 길이방향으로 진행한다. 상기 오버몰딩 사출 과정은 코어(30)에 압축 부하만을 가하게 되며, 전체 사출 사이클 중의 어떠한 시기에도 코어(30)에 인장 부하를 가하지 않는다. 따라서, 본 발명의 오버몰딩 사출 과정에 의해, 상기 코어(30)는 그의 전기 또는 자기 특성을 떨어뜨리는 방식으로 손상 받지 않게 된다.
금형 공동(44)이 가소성 성형 재료(32)로 완전하게 충전될 때, 공동(44)내의 내부 압력이 증가한다. 공동(44)내에 트랜스폰더 조립체(10a)를 위치시키는 핀들(46,48)이 압력 감응형 핀 견인기(retractor)(50,52)에 연결된다. 금형 공동내의 압력이 소정 레벨에 도달될 때, 핀들(46,48)은 화살표(76,78)로 나타낸 바와 같이 금형 공동 벽으로 철회되며, 핀들(46,48)에 의해 비워진 공간은 도 7에 도시된 바와 같이 성형 재료(32)로 충전된다. 성형 재료(32)가 이미 트랜스폰더(10)를 둘러싸고 있으므로, 성형 재료(32)는 오버몰딩 사출 사이클의 경화 또는 담금질 단계 중에 트랜스폰더(10)를 제 위치에 보유하게 된다. 오버몰딩 과정의 완료 시에, 금형(40,42)이 개방되고 완성된 트랜스폰더(10)가 배출된다.
도 8 및 9는 각각 도 1의 트랜스폰더(10)의 코어(30)를 포함하지 않는 트랜스폰더(80)의 다른 실시예의 정면도이다. 상기 트랜스폰더(80)에 대해서, 코일(20)을 형성하는 와이어(18)가 회로기판(14) 둘레에 감겨있으며 그 기판 상에 집적회로(12) 및 커패시터(16)가 장착된다. 상기 코일(20)은 도 1에서 설명된 바와 같이 통상 리드(22,24)를 통해 회로기판(14)과 집적회로(12)를 상호접속한다. 도 8 및 9의 트랜스폰더(80)는 일반적으로 도 1의 조립체 보다 작고, 특히 도 1에 도시된 바와 같이 코어(30)를 이용함에 따라 중량과 크기가 증가되는데 상기 트랜스폰더는 코어(30)를 포함하지 않는다. 그러나, 도 8 및 9의 트랜스폰더(80)도 도 4 내지 7을 참조하여 설명한 과정과 유사한 과정에 의해 오버몰딩될 수 있다.
이 과정을 간단하게 설명하면, 상기 트랜스폰더(80)는 도 3 내지 7에서 설명된 금형(40,42)에 비교할 수 있는 도 10에 도시된 조립된 금형 내에 도시되어 있다. 도 10에서, 가소성 성형 재료(32)의 사출은 도 6에서와 동일한 과정으로 진행되며, 성형 재료(32)의 진행 방향은 트랜스폰더(80)의 외측 표면으로 길이방향 상방으로 진행하고 핀들(46,48)은 트랜스폰더(80)를 금형(40,42) 내의 중앙에 위치시킨다. 또한, 오버몰드된 트랜스폰더 조립체(60)의 외형은 성형가능한 것이라면 어떠한 형상으로도 될 수 있다. 상기 트랜스폰더(80)는 오버몰딩 과정 전에 유리 내에 둘러싸여 있을 수도 있지만, 유리 캡슐은 도시되지 않았다.
도 11은 부서지기 쉬운 코어(110)가 도 3의 금형(40,42)에 배치되어 오버몰딩 과정 중에 핀들(46,48)에 의해 배치되는 본 발명의 또 다른 오버몰딩 과정을 나타낸다. 상기 오버몰딩 과정은 도 4 내지 7에서 설명된 바와 동일한 방식으로 진행된다. 따라서, 도 11에서는 도 6에 대응하는 단계를 나타내며, 가소성 성형재료(32)의 진행 방향은 부서지기 쉬운 코어(110)의 외측 반경방향 표면을 따라 길이방향으로 진행한다. 오버몰딩 과정의 완료 시에, 봉입된 상기 부서지기 쉬운 코어(110)가 금형에서 배출된다. 도 12에 단면도로 나타낸 바와 같이 완성된 조립체(100)는 오버몰딩 재료(112)내에 둘러싸여 있는 부서지기 쉬운 코어(110)이다. 이 실시예에서, 상기 부서지기 쉬운 코어는 사마륨 코발트 및 네오디뮴-철-보론 재료 등의 페라이트, 분말 금속 또는 고에너지 생성 자석들로 형성될 수 있다.
도 13은 도 1과 유사한 트랜스폰더를 제조하도록 오버몰딩 과정 중에 하나 이상의 중앙 위치 확보 요소들(120)에 의해 금형 내에 배치되어 있는, 또 다른 설계의 금형 내에 있는 트랜스폰더의 단면도이다. 상기 중앙 위치 확보 요소(120)는 코어(30) 둘레에 끼워지도록 설계된 슬리브(122) 등의 중앙 부분을 가진다. 또한, 상기 중앙 위치 확보 요소(120)는 오버몰딩 과정 중에 트랜스폰더를 금형의 중앙에 위치시키는 반경방향 바깥쪽으로 돌출하는 핀 또는 핀들(124)을 포함하며, 따라서 상기한 바와 같이 철회가능한 핀들을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 오버몰딩 과정은 부서지기 쉬운 코어(110)를 보호용 쉘에 봉입하여, 상기한 재료들의 부서지기 쉬운 물리적 특성이 허용될 수 없는 응용예들에서 상기 부서지기 쉬운 코어 재료들이 이용될 수 있게 한다. 예컨대, 오버몰딩 과정에 의해 플라스틱 또는 중합체 재료의 비교적 얇은 코팅 내에 봉입되는 사마륨 코발트 및 네오디뮴-철-보론 자석을, 통상의 경우에 금이 가거나, 파쇄되거나 또는 자석 코어의 다른 물리적 특성 및 자성의 열화를 초래하게 되는, 충격 또는 진동 부하가 가해지는 대상물에 이용할 수 있게 된다.
도 14는 슬리브(122)와 반경방향으로 돌출하는 핀들(124)로 된 중앙 위치 확보 요소(120)의 사시도이다. 상기 중앙 위치 확보 요소(120)는 플라스틱, 또는 트랜스폰더를 오버몰딩하도록 사용되는 재료와 동일 타입의 재료로 형성될 수 있다. 또한, 상기 중앙 위치 확보 요소는 단순하게 도 1의 보빈(26)의 일부 또는 그에 연결된 요소로 될 수 있고, 핀들(124)도 단순하게 보빈의 일 단부 또는 양 단부에서 반경방향 바깥쪽으로 연장될 수 있다.
트랜스폰더 조립체(10a), 트랜스폰더(10) 또는 부서지기 쉬운 코어(10)의 오버몰딩을 위해 선택되는 재료는 완성된 제품의 특수 응용에 따라 부분적으로 의존한다. 이러한 제품의 사출 성형을 위해 여러 가지 타입의 열가소성 재료가 사용가능하다. 본 명세서에서, 열가소성은 예컨대 열에 노출될 때 연화 또는 가소화되고 대기 온도로 냉각될 때 경화된 상태로 복귀되는 선형 중합체 및 곧은 사슬 또는 측쇄 고분자를 포함하여 넓은 의미로 해석되는 것이다. 용어 중합체는 랜덤 중합체, 블록 중합체 및 그라프트 중합체 등의 임의 타입의 중합체를 포함하여 넓게 해석된다.
본 발명의 트랜스폰더 및 부서지기 쉬운 코어의 오버몰딩에는 다수의 열가소성 중합체 재료가 유용하다. 열가소성 재료는 자체로 또는 혼합되어 사용될 수 있다. 이들로 제한되는 것은 아니지만, 적절한 열가소성 재료로는 고무 개질된 폴리올레핀, 메탈로센, 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체, 폴리에테르-아미드 블록 공중합체, 열가소성 우레탄, 에틸렌과 부텐 및 말레산 무수물과의 공중합체, 수소화 말레산 무수물, 폴리에스테르 폴리카프로락톤, 폴리에스테르 폴리아디페이트,폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르, 열가소성 탄성중합체, 폴리프로필렌, 비닐, 염소화 폴리에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸펜텐, 실리콘, 폴리비닐 클로라이드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 이들의 혼합물을 포함한다.
바람직한 열가소성 재료는 고무 개질된 폴리올레핀, 폴리에테르-아미드 블록 공중합체 및 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체이다. 바람직한 고무 개질된 폴리올레핀은 어드밴스드 엘라스토머 시스템 사의 비스타플렉스TM, 쉘 사의 크라톤TM, 몬텔 사의 하이팩스TM, 엠에이(M.A.) 한나 사의 X1019-28TM, 디에스엠(DSM) 사의 사링크TM, 및 어드밴스드 엘라스토머 시스템 사의 산토프렌TM이라는 상표명으로 시판되고 있다. 바람직한 메탈로센은 다우 사에서 엔가게TM및 애피니티TM라는 상표명으로 시판되고 있다. 바람직한 폴리에테르-아미드 블록 공중합체는 이아이지(EIG) 오토켐 사에서 페박스TM라는 상표명으로 시판되고 있다. 바람직한 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체는 듀폰 사에서 하이트렐TM이라는 상표명으로 시판되고 있다.
또한, 본 발명의 열가소성의 오버몰드된 케이싱은 완성된 케이싱 및/또는 트랜스폰더의 특성을 조정하도록 적절한 충전 재료 또는 중량 재료를 포함할 수 있다. 예컨대, 오버몰드된 케이싱의 비중 또는 밀도는 황산 바륨, 산화 아연, 탄산 칼슘, 티타늄 이산화물, 카본 블랙, 카올린, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 실리카, 산화철, 유리구 및 월라스토나이트 등의 적절한 재료의 첨가에 의해 조정될 수 있다. 상기 충전 또는 중량 재료는 오버몰드된 케이싱 및 그 결과의 트랜스폰더의 비중을 조정하는 양으로 존재할 수 있다. 따라서, 상기 중량 재료는 약 5% 중량 내지 약 70% 중량의 범위 내에서 첨가될 수 있다. 또한, 본 발명의 케이싱용 오버몰딩 재료는 그 재료의 유동 특성 및 배출성 등의 공정 특성 및 물리적 특성을 개선시키도록 적절한 가소제 또는 다른 첨가제를 포함할 수 있다. 상기 가소제는 여러 가지 응용을 위해 필요한 경우 사출 성형 과정 중에 유동 특성을 조정하는 양으로 존재할 수 있다.
상기한 여러 가지의 사출 성형 재료 타입들 중에서, 특히 밀도 증가제의 첨가에 의해 밀도가 증가하는 재료에 있어서는, 사출 과정을 위해 가소화된 상태에서 상기 재료는 낮은 밀도를 가진다. 따라서, 이러한 재료의 사출 성형에서는 사출 과정 중에 코어 재료 상에 부여되는 압력이 커지게 되는 높은 사출 압력을 필요로 한다. 이러한 이유들 때문에, 사출 과정 중에 부서지기 쉬운 코어 상에 압축 부하 이외의 어떠한 부하도 제거하거나 또는 최소화하는 것이 매우 바람직하다.
본 발명의 오버몰드된 케이싱은 약 0.010 인치 내지 1 인치 사이의 벽두께를 가지지만, 대부분의 경우에 상기 벽두께는 0.5 인치 미만이 바람직하다. 완성된 조립체의 원하는 외부 형상과 코어의 형상에 따라, 케이싱의 벽두께가 균일하거나 또는 코어 주위의 여러 위치들에서 크게 변화할 수 있다.
반추 동물에 사용하고자 하는 큰 알약 트랜스폰더(10)에서는, 오버몰드된 케이싱 재료에 대해 특수한 물리적 특성을 가질 필요가 있다. 따라서, 오버몰드된 케이싱 재료는 반추 동물의 소화 계통의 산성 환경에 견딜 수 있어야 하며, 반추 동물에 투여하기 전에 큰 알약 트랜스폰더(10)의 선적 및 취급을 용이하게 하는 물리적 특성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 큰 알약 트랜스폰더(10)는 적어도 1.7의 비중, 바람직하게는 비중이 2로 되어야 한다. 따라서, 오버몰딩 재료의 용적 밀도 또는 비중을 증가시키도록 중량 재료를 이용함이 바람직하므로, 오버몰딩 재료가 제조된 큰 알약 트랜스폰더(10)의 비중을 바람직한 범위 내에 유지하는 데 도움이 되는 비중을 갖게 된다.
따라서, 상기 큰 알약 트랜스폰더(10)에서는, 조밀화제로서의 황산 바륨과 혼합된 듀폰 사의 하이트렐 3078TM이라는 상표명의 열가소성 폴리에스터 중합체의 조합이 큰 알약에 대한 오버몰딩 재료로서 이용되기에 적합한 조합이며, 적절한 비율에서, 1.7 내지 2 사이의 비중을 갖는 사출 성형 재료를 제공하는 것으로 결정되었다.
특정 예를 제공하기 위해, 적절한 오버몰딩 재료는 하이트렐 3078TM의 혼합물, 또는 약 20 내지 90%의 열가소성 폴리에스터 중합체(TPE) 및 80 내지 10%의 황산 바륨의 범위로 황산 바륨과 혼합된 유사한 열가소성 폴리에스터 중합체로 형성될 수 있다. 이 혼합물은 큰 알약 트랜스폰더(10)의 케이스를 형성하기에 적합한 오버몰딩 재료를 제공한다. 정화된 USP 그레이드 황산 바륨 또는 정제된 중정석(barite fines)은 아메리칸 사이아나미드 컴퍼니에 허여된 미국 특허 제 5,322,697호에 개시된 바와 같이 반추 동물용 큰 알약을 제조하도록카르나우바(carnauba) 왁스와 혼합되는 것들이므로, 이 재료들이 조밀화제로서 적합하다.
큰 알약을 제조하도록 이용되는 상기한 방법의 장점은 상당한 것으로 판명되었다. 먼저, 세라믹 봉입의 필요성이 없게 됨으로써 세라믹 봉입 알약을 제조하기 위한 비용에 비교할 때 재료면에서 상당한 비용을 절감하게 된다. 또한, 제조 비용, 즉 성분의 비용과 분리된 큰 알약 제조 비용도 사출 성형 과정과 연계된 효율성과 자동화에 의해 크게 감소된다. 따라서, 세라믹 재료로 봉입된 큰 알약 트랜스폰더 제조 비용에 대한 전체 비용 절감액은 50%를 넘는다. 세라믹으로 봉입된 알약은 비교적 부서지기 쉬워서 선적 중에 떨어뜨리거나 또는 심지어 함께 흔들거릴 경우 손상 받을 수 있는 반면에, 황산 바륨 오버몰딩 재료로 된 열가소성 폴리에스터 중합체(TPE)로 봉입된 알약은 이 문제들이 제거된 뛰어난 물리적 특성을 가진다. 또한, 본 발명의 큰 알약 트랜스폰더(10)는 선적 중에 각각의 알약들 사이에서의 진동에 의해 부서지지 않기 때문에 최소의 포장 재료로 벌크로 포장할 수 있다. 마지막으로, 상기 TPE-황산 바륨 조합은 반추 동물의 위에 사용하도록 요구되는 물리적 특성을 제공한다. 이 혼합물은 산성 조건에 영향 받지 않고, 생물학적 푸아나(fuana), 미생물 및 효소에 대해 중성이며, 반추 동물의 위에서 보유되기에 바람직한 비중을 가진다.
주입을 위한 도 8 내지 10의 트랜스폰더(80)에서는, 클라스 6 메디칼 그레이드 에폭시를 사용함이 바람직하다. 이와 다르게, 상기 트랜스폰더(80)는 알려져 있는 방식으로 유리 재료로 봉입된 후, 유리 재료로 봉입된 트랜스폰더에서 특성이부족하게 되는, 강도 보강, 충격에 대한 저항 및 강성을 제공하도록 상기한 플라스틱 또는 중합체 재료로 오버몰딩된다.
이상 설명된 본 발명을 이해한다면, 당업자들이 본 발명을 다양하게 변화시킬 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 제한되는 것이다.

Claims (20)

  1. 안테나;
    상기 안테나에 전기 접속된 신호 처리 회로를 포함하는 트랜스폰더 회로;
    상기 안테나 및 트랜스폰더 회로가 장착되는 코어 요소; 및
    사출성형기의 금형에 의해 형성된 공동 내에 상기 안테나, 트랜스폰더 회로 및 코어 요소를 배치하여, 상기 코어 요소, 트랜스폰더 회로 및 안테나를 봉입하도록 상기 공동 내로 케이싱 재료를 사출함에 의해 형성되는 오버몰드 케이싱을 포함하는 전자 인증 시스템용의 오버몰드된 트랜스폰더.
  2. 부서지기 쉬운 재료로 형성된 코어 요소; 및
    사출성형기의 금형에 의해 형성된 공동 내에 상기 코어 요소를 배치하여 상기 부서지기 쉬운 재료에 인장 부하를 가하지 않고 상기 부서지기 쉬운 재료를 봉입하도록 상기 공동으로 케이싱 재료를 사출함에 의해 형성된 오버몰드된 케이싱을 포함하는 오버몰드된 성분.
  3. 안테나에 전기 접속된 신호 처리 회로를 포함하는 트랜스폰더 회로를 제공하는 단계;
    코어 요소 상에 상기 안테나 및 트랜스폰더 회로를 장착하여 조립체를 형성하는 단계; 및
    사출성형기의 금형에 의해 형성된 공동 내에 상기 트랜스폰더 회로 및 코어 요소 조립체를 배치하고 상기 코어 요소 및 트랜스폰더 회로를 오버몰드하여 봉입하도록 상기 공동 내로 케이싱 재료를 사출하는 단계를 포함하는 전자 인증 시스템용의 오버몰드된 트랜스폰더 형성 방법.
  4. 사출성형기의 금형에 의해 형성된 공동 내에 부서지기 쉬운 코어를 배치하는 단계;
    상기 금형으로부터 부서지기 쉬운 코어를 분리시키도록 상기 부서지기 쉬운 코어를 위치시키는 단계;
    상기 부서지기 쉬운 코어 상에 압축 부하만을 가하고 인장 및 굽힘 부하는 가하지 않도록 상기 공동으로 케이싱 재료를 사출하여 상기 부서지기 쉬운 코어를 케이싱 재료 내에 봉입하는 단계;
    상기 케이싱 재료를 경화시키는 단계; 및
    상기 요소를 공동으로부터 배출시키는 단계를 포함하는 부서지기 쉬운 코어를 가진 요소를 오버몰딩하는 방법.
  5. 약 20 내지 90%의 가소성 폴리에스터 중합체(TPE) 및 80 내지 10%의 황상 바륨의 비율로 황산 바륨과 혼합된 열가소성 폴리에스터 중합체를 포함하는 전자 부품을 코팅하기에 적합한 케이싱 재료.
  6. 고무 개질된 폴리올레핀, 메탈로센, 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체, 폴리에테르-아미드 블록 공중합체, 열가소성 우레탄, 에틸렌과 부텐 및 말레산 무수물과의 공중합체, 수소화 말레산 무수물, 폴리에스테르 폴리카프로락톤, 폴리에스테르 폴리아디페이트, 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르, 열가소성 탄성중합체, 폴리프로필렌, 비닐, 염소화 폴리에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸펜텐, 실리콘, 폴리비닐 클로라이드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌으로 구성된 그룹중에서 하나 이상으로 선택된 열가소성 재료의 약 20 내지 90 중량 %; 및
    황산 바륨, 산화 아연, 탄산 칼슘, 티타늄 이산화물, 카본 블랙, 카올린, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 실리카, 산화철, 유리구 및 월라스토나이트로 구성된 그룹중에서 선택된 중량 재료의, 상기 선택된 열가소성 재료의 중량 퍼센트에 따른, 80 내지 10 중량 %를 포함하는 전자 또는 부서지기 쉬운 성분을 코팅하기에 적합한 케이싱 재료.
  7. 제 1 항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 약 0.010 인치 내지 1 인치 사이의 벽두께로 도포되는 발명.
  8. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 플라스틱, 중합체 및 에폭시 재료로 구성된 그룹에서 선택되는 발명.
  9. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 약 20 내지 90%의 가소성 폴리에스터 중합체(TPE) 및 80 내지 10%의 황산 바륨의 비율로 황산 바륨과 혼합된 열가소성 폴리에스터 중합체 혼합물인 발명.
  10. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 열에 노출될 때 연화 또는 가소화되고 냉각될 때 경화된 상태로 복귀되는 선형 중합체 및 곧은 사슬 또는 측쇄 고분자로 구성된 그룹에서 선택된 열거소성 재료인 발명.
  11. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 랜덤 폴리머, 블록 폴리머, 및 그라프트 폴리머로 구성된 그룹에서 선택된 폴리머인 발명.
  12. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 고무 개질된 폴리올레핀, 메탈로센, 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체, 폴리에테르-아미드 블록 공중합체, 열가소성 우레탄, 에틸렌과 부텐 및 말레산 무수물과의 공중합체, 수소화 말레산 무수물, 폴리에스테르 폴리카프로락톤, 폴리에스테르 폴리아디페이트, 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르, 열가소성 탄성중합체, 폴리프로필렌, 비닐, 염소화 폴리에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸펜텐, 실리콘, 폴리비닐 클로라이드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹중에서 선택된 열가소성 재료인 발명.
  13. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 황산 바륨, 산화 아연, 탄산 칼슘, 티타늄 이산화물, 카본 블랙, 카올린, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 실리카, 산화철, 유리구 및 월라스토나이트로 구성된 그룹중에서 선택된 중량 재료를 포함하는 발명.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 중량 재료는 약 5 중량 % 내지 약 70 중량 % 사이의 양으로 존재하는 발명.
  15. 제 1 항 내지 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 사출 성형 과정 중에 유동 특성을 조정하기에 충분한 양의 가소제를 더 포함하는 방법.
  16. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 황산 바륨 및 조밀화제와 혼합된 가소성 폴리에스터 중합체(TPE)인 발명.
  17. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 :
    고무 개질된 폴리올레핀, 메탈로센, 폴리에테르-에스테르 블록 공중합체, 폴리에테르-아미드 블록 공중합체, 열가소성 우레탄, 에틸렌과 부텐 및 말레산 무수물과의 공중합체, 수소화 말레산 무수물, 폴리에스테르 폴리카프로락톤, 폴리에스테르 폴리아디페이트, 폴리테트라메틸렌 글리콜 에테르, 열가소성 탄성중합체, 폴리프로필렌, 비닐, 염소화 폴리에테르, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리메틸펜텐, 실리콘, 폴리비닐 클로라이드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리부틸렌, 폴리에틸렌 및 그들의 혼합물로 구성된 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 열가소성 재료; 및
    황산 바륨, 산화 아연, 탄산 칼슘, 티타늄 이산화물, 카본 블랙, 카올린, 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 실리카, 산화철, 유리구 및 월라스토나이트로 구성된 그룹중에서 선택된 중량 재료의 조합인 발명.
  18. 제 1 항 내지 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱 재료는 약 1.7 내지 2 사이의 비중을 가지도록 약 20 내지 90%의 가소성 폴리에스터 중합체(TPE) 및 80 내지 10%의 황산 바륨의 비율로 황산 바륨과 혼합된 열가소성 폴리에스터 중합체인 발명.
  19. 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어 요소는 부서지기 쉬운 코어를 형성하는 부서지기 쉬운 재료로 된 발명.
  20. 제 4 항 또는 제 19 항에 있어서, 상기 부서지기 쉬운 재료는 사마륨 코발트 및 네오디뮴-철-보론 재료 등의 고에너지 생성 자석 및 분말 페라이트 금속으로 구성된 그룹에서 선택된 재료로 형성되는 발명.
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