DE69609765T2

DE69609765T2 - Radiofrequenzidentifikationsanhänger

Info

Publication number: DE69609765T2
Application number: DE69609765T
Authority: DE
Inventors: Don Harold Ferguson; Mircea Paun
Original assignee: Kasten Chase Applied Res Ltd
Current assignee: Kasten Chase Applied Res Ltd
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: US6195858B1; CA2176625A1; EP0743615B1; US6075707A; DK0743615T3; US5914862A; EP0743615A1; CA2176625C; DE69609765D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine gedruckte Schaltung, die folgendes aufweist: ein biegbares Schaltplattensubstrat; eine eingebettete Antennenspule, die auf dem biegbaren Schaltplattensubstrat gedruckt ist; ein integriertes Schaltungsgebiet neben der eingebetteten Antennenspule, um Schaltungselemente zu tragen; und ein elektrisches Anschlußmittel zwischen der Antennenspule und dem integrierten Schaltungsgebiet. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Identifikationsanhängers bzw. einer Identifikationskennung, das folgendes aufweist: Liefern eines biegbaren Schallplattensubstrats mit einem Antennenteil und einem integrierten Schaltungsteil; Bilden einer Antenne auf dem Antennenteil des Substrats; Bilden einer Abtast- bzw. Leseschaltung auf dem integrierten Schaltungsteil des Substrats; und Bilden einer Verbindung zwischen der Abtastschalltung und der Antenne auf dem Substrat.
Herkömmliche Schaltplattenanordnungen (Schaltungsplatinenanordnungen) verwenden steife isolierte Materialien zum Bilden eines Substrats für das Montieren elektronischer Komponenten. Gemäß wohlbekannter Entwürfe nach dem Stand der Technik wird der Signalfluß zwischen elektronischen Komponenten bzw. Bauteilen durch Drahtverbindungen (z. B. Kupfer-Leiterbahnen) bewirkt, die auf dem Substrat gednuckt sind. Die elektronischen Komponenten selbst sind mit diesen Draht- Leiterbahnen über ein Lötmittel verbunden. Die Starrheit bzw. Steifheit des Substratmaterlals verhindert ein Zerbrechen der Kupfer-Lötmittel- Anschlußverbindungen und stellt die Unversehrtheit dieser Verbindungen sicher, wenn die Vorrichtung einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt wird.
Bestimmte spezialisierte Anwendungen benötigen Schaltplattenanordnung mit einer Größe, die größer als etwa 4 cm² ist, um biegbar zu sein. Eine solche Anwendung ist eine Posteffizienz-Verarbeitungsmessung, wobei die Schaltplattenanordnunden innerhalb oder auf Briefumschlägen angeordnet sind, die durch eine Postsortieranlage laufen. Die Schaltplattenanordnungen bei einer solchen Anwendung können derart entworfen sein, daß sie Antennen für eine niedrige Frequenz und eine zugehörige elektronische Schaltung enthalten. Die Schaltplattenanordnung muß derart entworfen sein, daß sie die Belastungen aushält, wenn sie durch mechanische Sortiermaschinen geführt wird.
Aus EP-A-0 595 549 ist es bekannt, eine Antenne auf einem biegbaren Substrat anzubringen, und zwar für den Zweck eines Erleichterns einer Gepäck- bzw. einer Balasthandhabe. Das biegbare Substrat weist weiterhin eine integrierte Schaltung neben der Antenne und elektrische Anschlüsse zwischen der integrierten Schaltung und der Antenne auf. Die Wicklungen der Antenne sind auf einer Seite des Substrats gedruckt und ein kleiner Teil der Antenne ist auf der anderen Seite des Substrats gedruckt. Eine gedruckte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Antennenspule, die eine erste Wicklung aufweist, die auf einer Seite des Substrats gedruckt ist, und eine zweite Wicklung, die auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats gedruckt ist, wobei die ersten und zweiten Wicklungen durch das Substrat an einem Ende aneinander angeschlossen sind, und an das elektrische Anschlußmittel an jeweiligen gegenüberliegenden Enden davon, und wobei Leiterbahnen bzw. Linien der ersten Wicklung und Leiterbahnen bzw. Linien der zweiten Wicklung voneinander versetzt sind, um eine parasitäre Kapazität dazwischen zu verringern. (siehe Anspruch 1)
Vorzugsweise umfaßt eine gedruckte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Schicht aus halbfestem Material, die das integrierte Schaltungsgebiet einkapseit, um das Substrat in dem Fall zu stärken, wenn es sich biegt. Noch bevorzugter umfaßt eine solche gedruckte Schaltung eine Membrane, die über der Schicht aus halbfestem Material, dem biegbaren Schaltplattensubstrat bzw. Schaltungstafelsubstrat mit der eingebetteten Antennenspule und dem elektrischen Anschlußmittel gelagert ist, um eine Gleitoberfläche zwischen den Schaltungselementen zu liefern. Noch bevorzugter umfaßt eine solche gedruckte Schaltung weiterhin eine Widerstandsbeschichtung, die auf der Membrane abgelagert ist, um einen elektrostatischen Ladungsaufbau zu verringern und Oberflächenladungs- und - entladungsströme darauf zu vermindern.
Vorzugsweise ist das biegbare Schaltplattensubstrat aus Epoxydharz- Glasfaserhartgewebe bzw. Glas-Epoxyd-Laminat hergestellt.
Vorzugsweise umfaßt das elektrische Anschlußmittel eine Vielzahl elektrisch leitendler Linien bzw. Leiterbahnen, die auf dem Substrat abgelagert sind.
Eine gedruckte Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt vorzugsweise eine auf die Antennenspule angewendete Goldplattierung zum Erhöhen ihrer Leitfähigkeit.
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe Anspruch 8) ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Bilden einer Antenne folgendes umfaßt:
Bilden einer ersten Wicklung auf einer Oberseite des Substrats;
Bilden einer zweiten Wicklung, die Linien bezüglich zu den Linien der ersten Linien versetzt hat, auf einer Unterseite des Substrats;
Bilden eines einzigen plattierten Lochs zwischen der ersten und der zweiten Wicklung; und
Verbinden der ersten und der zweiten Wicklung an einem Ende durch das Substrat über das einzige plattierte Loch und an das elektrische Anschlußmittel an jeweiligen gegenüberliegenden Enden davon, wobei die Versetzung parasitäre Kapazität dazwischen verringert.
Vorzugsweise umfaßt das Verfahren zusätzlich den Schritt zum Einkapseln der Abtastschaltung, um ein halbfestes Gebiet auf dem Substrat zu bilden, während das Antennenteil biegbar bleibt.
Noch bevorzugter umfaßt der Schritt zum Einkapseln der Abtastschaltung zum Bilden eines halbfesten Gebiets auf dem Substrat ein Auftragen eines Einkapselungsmaterials über die Abtastschaltung und ein Härten des Einkapselungsmaterials, um eine Einkapselung zu bilden. Noch bevorzugter enthält der Schritt zum Auftragen eines Einkapselungsmaterials über der Abtastschaltung den Schritt zum Auftragen eines UV-Klebstoffs über die Abtastschaltung, wobei der UV-Klebstoff einen begrenzten Grad von Biegbarkeit hat, so daß er während einer Beanspruchund bzw. Belastung nicht reißen oder brechen wird. Noch bevorzugter umfaßt das Verfahren weiterhin den Schritt zum Bilden einer Druckfarbensperre (9) um das halbfeste Gebiet, um das Einkapselungsmaterial in dem halbfesten Gebiet zu halten.
Vorzugsweise umfaßt ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin den Schritt zum Auftragen eines Schutzfilms über das Antennenteil und das integrierte Schaltungsteil des Substrats. Bevorzugter umfaßt der Schritt zum Auftragen eines Schutzfilms über das Antennenteil und das integrierte Schaltungsteil des Substrats ein Rollen eines Mylarfilms auf das halbfeste Gebiet und ein Schneiden des Mylarfilms mit einer gerollten Schneidplatte.
Vorzugsweise umfaßt ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin den Schritt zum Ausschneiden eines überschüssigen Teils des Substrats in der Mitte der ersten und der zweiten Wicklung.
Vorzugsweise enthält der Schritt zum Bilden einer Verbindung zwischen der Abtastschaltung und der Antenne auf dem Substrat ein Bilden einer Vielzahl von parallelen elektrisch leitenden Linien zwischen der Abtastschaltung und der Antenne, so daß in dem Fall, daß eine der Linien wegen Biegens des Substrats gebrochen wird, eine andere Spur bzw. Linie leitend bleibt.
Vorzugsweise umfaßt ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin die folgenden Schritte:
Messen der lnduktanz der Antenne;
Messen der Kapazität der Antenne;
Messen des Widerstands der Antenne; und
Koppeln bzw. Schalten eines Kondensators parallel zu der Antenne, um die sich ergebende Schaltung so einzustellen, um bei einer ausgewählten Erregungsfrequenz zu schwingen.
Hierin nachfolgend wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen detaillierter beschrieben, wobei:
Fig. 1A und 1B Draufsichten von oben und von unten auf den Radiofrequenz- Identifikationsanhänger gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 2 ein Querschnitt durch die Linie II-II in den Fig. 1A und 1B ist;
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des in einem phantommäßigen Umriß in Fig. 1A gezeigten Teils ist; und
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer repräsentativen Schaltung ist, die durch das integrierte Schaltungsgebiet des in den Fig. 1-3 gezeigten Anhängers getragen wird.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Radiofrequenz-Anhänger gezeigt, der ein biegbares Substrat 1 umfaßt, an dessen gegenüberliegenden Seiten eine Empfangsantennenspule 2 vorgesehen ist. Die Antennenspule 2 umfaßt eine erste Wicklung 2A auf der Oberseite des Substrats und eine zweite Wicklung 2B auf der Unterseite des Substrats, wie es am besten jeweils in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist. Das Substrat 1 ist vorzugsweise aus Glas-Epoxyd-Laminat vom Typ FR-4 industrieller Standardqualität hergestellt, wie es beispielsweise von ADJ/Isola oder NANYA hergestellt wird. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kerndicke des Substrats zu 8 mils mit einer Toleranz der Klasse 3 (d. h. 0,203 mm ± 0,0254 mm (8 ± 1 mil)) gemacht.
Die Größe und die Effizienz der Antenne 2 wird durch die folgenden Variablen bestimmt:
1. die Erregungsfrequenz,
2. Empfindlichkeitsanforderungen,
3. effektives Gebiet der Spute,
4. Anzahl von Wicklungen der Spule,
5. Q- bzw. Gütefaktor der Spule, von welchen alte beschränkt sind durch
6. die Paketgröße.
Die Größe der LF-Antenne 2 für die Postverarbeitungsanwendung, die oben diskutiert ist, ist durch die Postumschlagsgrößenspezifikationen beschränkt, wie sie durch eine bestimmte Anwendung vorgegeben ist. Eine Antenneneffizienz wird durch Maximieren einer Antennengröße und durch Minimieren von Widerstandsverlusten in einer abgestimmten Schaltungskonfiguration innerhalb der Grenzen optimiert, die durch die Paketierungsbeschränkungen bestimmt sind. Es sollte beachtet werden, daß die Antenne 2 für alle Niederfrequenz-Erregungsanwendungen derart entworfen sein sollte, daß sie für eine maximale Effizienz so groß wie möglich ist.
Ein Abstimmen der Antenne 2 im Identifikationsanhänger der vorliegenden Erfindung wird dadurch erreicht, daß zuerst die Induktanz, die parasitäre Kapazität und der Widerstand der Antenne an ihren Anschlüssen (d. h. an Mehrfachanschlüssen bzw. -verbindungen 3 zwischen den eingebetteten Antennenwicklungen 2A und 2B und dem integrierten Schaltungsgebiet 4, was nachfolgend detaillierter diskutiert wird) gemessen werden. Die lnduktanz, die parasitäre Kapazität und der Widerstand der Antenne 2 werden bei der beabsichtigten Erregungsfrequenz gemessen (im Fall der Postanhängeranwendung, auf die hierin oben Bezug genommen ist - 135 kHz). Ein Vermindern der parasitären Kapazität verbessert die Antenneneffizi enz. Wenn die charakteristische Impedanz der Antenne 2 einmal gemessen worden ist, wird eine berechnete parallele Kapazität hinzugefügt, um die Schaltung derart abzustimmen bzw. einzustellen, daß sie bei der ausgewählten Erregungsfrequenz eine Resonanz hat. Wendet man sich kurz dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Fig. 4 zu, wird diese Kapazität durch Kondensatoren C1 und C2 geliefert, die zur Antenne 2 parallel geschaltet sind.
Ohne das Hinzufügen eines externen Kondensators (z. B. eine durch die Kondensatoren C1 und C2 in Fig. 4 gelieferte parallele Kapazität) ist die eingebettete Antenne 2 durch ihre Eigenresonanz charakterisiert, die durch ihre lnduktanz und ihre parasitäre Kapazität bestimmt ist.
Die gewünschte parallele Kapazität C ist gegeben durch:
C = l/Lω²
wobei L die gemessene lnduktanz ist, ω = 2πf&sub0; und f&sub0; die Erregerfrequenz ist.
Es ist wichtig, zu beachten, daß die Größe, die Form und die Anzahl von Wicklungen der eingebetteten Spule 2 durch Paketierungsbeschränkungen und die Erregerfrequenz (f&sub0;) beschränkt sind, und daß diese Variablen sich mit Änderungen in bezug auf die ausgewählte Erregerfrequenz und Paketierungsanforderungen ändem können.
Zum Erhöhen der Induktanz der eingebetteten LF-Antennenspule 2 sind die Wicklungen 2A und 2B auf beiden Seiten des Substrats 1 gedruckt und sind über ein einziges plattiertes Durchgangsloch 5 miteinander verbunden.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Antennenlinien bzw. - feiterbahnen 2A auf der Oberseite des Substrats 1 gegenüber den Antennenünien bzw. -leiterbahnen 2B auf der Unterseite des Substrats versetzt, um eine parasitäre Kapazität dazwischen zu minimieren. Das Ausmaß des Versatzes basiert auf dem Abstand zwischen den Linien bzw. Leiterbahnen und der Breite der Linien selbst. Allgemein sollten die Linien 2B auf der Unterseite des Substrats 1 so versetzt sein, daß die Mitte der Breite jeder Linie auf den mittleren Abstand zwischen den Linien 2A auf der Oberseite des Substrats 1 bezogen ist.
Es sollte beachtet werden, daß jede Anwendung, die eine spezifische Empfangsfrequenz verwendet, ein spezifisches Entwurfslayout haben muß, das für die Frequenz und die Anwendung optimiert ist. Anwendungen, bei welchen der Anhänger eine andere empfangene Frequenz benötigt, werden normalerweise ein anderes Layout benötigen.
Schaltungselemente, die durch das integrierte Schaltungsgebiet 4 des Anhängers getragen werden, sind über Kupfer-Leiterbahnen auf normale Weise miteinander verbunden. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kupferdicke beidseitig mit 153 g/m² (1/2 Unzen pro Quadratfuß). Dies resultiert in einer Anhänger-Nettodicke von 0,203 mm (0,008 Inches) von Kupfermaterial, das mit "1/2 Unzen" Kupfer gekoppelt ist, was in einer guten Biegbarkeit bei niedrigen Kosten resultiert.
Der Anhänger der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von standardmäßigen Industrieprozessen für die Herstellung biegbarer Schaltplatten hergestellt, wobei den Plattierungsanforderungen zum Bilden von Verbindungen über die Durclhgangslöcher von einer Seite des Substrats 1 zur anderen (z. B. das Loch 5) starke Aufmerksamkeit geschenkt wird. Ein exzessives Plattieren kann das Gesamtgewicht über akzeptierbare Grenzen erhöhen und die Platte bzw. Karte weniger biegbar machen, während ein unzulängliches Plattieren den Widerstand der Antenne 2 erhöhen kann, wodurch die Effizienz vermindert wird. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Schutzlötmittelmaskenbeschichtung über der Oberfläche des integrierten Schaltungsgebiets 4 nach einem Ätzen abgelagert. Es sollte beachtet werden, daß bei der Anwendung der Lötmittelmaske dafür gesorgt werden muß, daß eine dünne ebene Beschichtung sichergestellt wird. Wenn die Lötmittelmaske zu dick aufgetragen wird, kann der Anhänger Gewichtsanforderungen für eine bestimmte Anwendung übersteigen.
Nach einer Verarbeitung ist die auf dem Substrat 1 gebildete gedruckte Schaltplatte (PCB) durch die folgenden Spezifikationen charakterisiert:
Kupferdicke nach einem Plattieren (Zusatz - beide Seiten - gesamt): 12,7 mm (plus 5,08 0 um) (0,5 mils (plus 0,2 - 0 mils)).
Lötmlittelmaskendichte auf jeder Seite: 0,290 ± 0,0254 mm (11,4 ± 1 mils)
Gesamtgewicht der PCB: 5, 5 ± 0,5 g
Spuleninduktanz (640 ± 5) uH bei 135 kHz
Spulen-Q (Gütefaktor): 8,0 ± 0,5 bei 135 kHz
Zum weiteren Optimieren von Gewichtscharakteristiken des Identifikationsanhängers werden Teile des Substrats 1 ausgeschnitten, wo sie nicht erforderlich sind, um operative Schaltungselemente zu stützen. Wie es in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, ist ein rechteckiger Teil 8 des Substrats 1 aus der Mitte der Antennenspulenwicklungen 2A und 2B ausgeschnitten.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden eine Effizienz, eine Selektivität und eine Empfindlichkeit durch eine Goldplattierung der geätzten gedruckten Schaltplatte zum Erhöhen der Leitfähigkeit der Linien bzw. Leiterbahnen von Spulenwicklungen 2A und 2B weiter verbessert. Der Widerstand jeder Spulenwicklung 2A, 213 verringert sich, wenn die Kupferlinien goldplattiert sind. Als Ergebnis erhöht sich der Q-Wert der Spute. Der Q-Faktor ist ein Indiz für die Effizienz und Selektivität der Spule und ist gegeben durch:
Q = 2πf&sub0; L/R
wobei R der Widerstand der Antenne 2 ist.
Das integrierte Schaltungsgebiet 4 wird durch einen zähen UV-(ultraviolett)- Klebstoff 6 eingekapselt, wie beispielsweise den Klebstoff mit der Modellnummer 35241, der von Loctite inc. hergestellt wird. Der Klebstoff wird vorzugsweise durch eine programmierbare gesteuerte automatische Ausgabeeinheit zum Sorgen für ein konsistentes Auftragen des Klebstoffs zum integrierten Schaltungsgebiet mit daran gelöteten Komponenten aufgetragen. Ein Druckfarbendamm 9, der das integrierte Schaltungsgebiet 4 umgibt, ist zum Begrenzen des Flusses von Einkapselungsmaterial vorgesehen. Nach einem Auftragen des Klebstoffs 6 wird die Schaltplattenanordnung zum Härten sofort unter einer UV-Lampe plaziert. Das Profil der Einkapselung ist so, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
Ein Auftragen des UV-Klebstoffs 6 über dem Komponentengebiet 4 verstärkt dieses Gebiet, so daß es "halbfest" wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Gebiet gegensätzlich zu im wesentlichen vollständig fest halbfest gemacht, weil der UV-Klebstoff 6, der für die vorliegende Erfindung gewählt ist, einen begrenzten Grad von Biegbarkeit hat, so daß er während einer Beanspruchung nicht reißen oder brechen wird. Es ist durch Ausführen von Experimenten herausgefunden worden, daß das Substrat 1 die größte Beanspruchung und den größten Grad von Biegbarkeit am Rand des halbfesten Gebiets zwischen den auf der Oberfläche montierten Komponenten im Gebiet 4 und der eingebetteten Antennenspule 2 erfährt. Daher werden Mehrfachverbindungen 3 zwischen der eingebetteten Antennenspule 2 und der im Gebiet 4 angeordneten Abtastschaltung verwendet, um das Risiko eines Ausfalls zu reduzieren, wenn eine der Verbindungen aufgrund eines übermäßigen Biegens ausfallen sollte.
Nachdem der UV-Klebstoff 6 aufgetragen und gehärtet ist, wird ein MylarTM- Schutzfilm 7 auf das integrierte Schaltungsgebiet 4 aufgetragen, um irgendwelche Diskontinuitäten oder Unregelmäßigkeiten bei der Auftragung des UV-Klebstoffs 6 zu kompensieren. Der MylarTM-Film 7 wird auf das eingekapselte Gebiet gerollt und dann mit einer gerollten Schneidplatte geschnitten. Der MylarTM-Film 7 minimiert auch irgendwelche scharfen Ränder, die nicht durch eine Einkapselung durch den UV-Klebstoff bedeckt sind. Dies minimiert die Oberflächenbeanspruchung, die vom Anhänger erfahren wird, um dadurch zuzulassen, daß er durch die Rollen und Bänder einer Sortiermaschine "gleitet". Dies ist für die beabsichtigte Postanhängeranwendung des bevorzugten Ausführungsbeispiels nützlich. Weiterhin kann der MylarTM-Film oder die Membrane 7 bei Anwendungen, wo ein statischer Elektrizitätsaufbau normal ist, mit einer Widerstandsbeschichtung versehen sein, die eine Oberflächenwiderstandsfähigkeit von Zehnfachen von Megaohms pro Quadratinch hat, um einen Oberflächenladungsaufbau zu reduzieren und einen Entladestrom zu verringern, wenn eine Entladung auftritt.
Wendet man sich nun der Fig. 4 zu, ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Empfänger/Sender-Abtastschaltung gezeigt, die auf dem integrierten Schaltungsgebiet 4 des Anhängers hergestellt ist. Das physikalische Layout dieser Schaltungselemente ist in der vergrößerten Ansicht der Fig. 3 gezeigt.
Der Empfangsantennenabschnitt umfaßt eine eingebettete Antennenspule 2, Abstimmkondensatoren C1 und C2, eine duale bidirektionale Diodenklemme D1 und eine RF-Schottky-Diode D2 hoher Empfindlichkeit.
Die Kondensatoren C1 und C2 sind zur Empfangsantenne 2 parallel geschaltet, d. h. mit den Antennenwicklungen 2A und 2B verbunden. Die Werte der Kondensatoren C1 und C2 werden basierend auf der erforderlichen Empfangssignalfrequenz, dem Induktanzwert der Antenne 2 und der parasitären Kapazität der eingebetteten Antenne 2 ausgewählt, wie es oben diskutiert ist. Beim Vorhandensein des erwünschten Niederfrequenz-Erregungssignals wird elektromagnetische Energie in die eingebettete Antenne und die Kondensatoren C1 und C2 gekoppelt. Eine duale bidirektionale Diodenklemme bzw. -fassung D1 ist parallel zur Empfangsantenne 2 angeordnet, um die Signalamplitude zu begrenzen. Das Signal wird dann durch eine Diode D2, die eine RF-Schottky-Diode ist, halbwellen-gleichgerichtet. Die Kathode der Diode D2 ist mit einem Widerstand R16 verbunden. Weil sich der Widerstandswert der Diode D2 direkt mit der Temperatur erhöht, wird der Widerstand R16 derart ausgewählt, daß er viele Male größer als der maximale Widerstandswert der Diode D2 ist, um adäquate Signalpegel am Eingang eines Verstärkers UIA sicherzustellen. Gemäß dem in Fig. 4 gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Verstärker UIA als dualer Operationsverstärker MAX417ESA implementiert. Die interne seriell geschaltete Kapazität des Verstärkers MAX4I7ESA ist ungefähr 2,0 pF. Diese Kapazität, die mit dem Eingang hoher Impedanz von UIA kombiniert ist, und die durch die Diode D2 gelieferte Gleichrichtung resultiert in einer Spitzenspannungserfassung des ankommenden Signals. Die resultierende in bezug auf die Spitze erfaßte Spannung ist in bezug auf Erde positiv (minus dem D2-Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung) und ist vollständig abhängig von der gekoppelten Energie vom ankommenden Signal.
Widerstände R14 und R15 sind vorgesehen, um Schwankungen in bezug auf die Spannungseingabe-Versatzcharakteristiken von Verstärkern UIA und UIB zu komlpensieren. Gemäß dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist herausgefunden worden, daß der serielle duale Operationsverstärker MAX417ESA einen übermäßigen Strom verbraucht, wenn die Differenz bei den zwei Eingangsspannungen in bezug auf Erde (die Spannung zwischen den Pins 2 und 3) kleiner als die charakteristische Eingangsversatzspannung für den Verstärker ist. Nichtsdestoweniger wurde der duale Operationsverstärker MAX417ESA beim bevorzugten Ausführungsbeispiel aufgrund seines extrem niedrigen Vorspannungsstroms ausgewählt, welcher zur Zeit des Einreichens dieser Anmeldung offensichtlich von keinem anderen Bauteil verfügbar ist.
Die Widerstände R14 und R15 sind über der Versorgungsspannung in Reihe geschaltet konfiguriert, um ein Spannungsteilemetzwerk zur Verfügung zu stellen, wobei auf einen Anschluß der eingebetteten Antennenspule 2 durch die Verbindungsstelle der zwei Widerstände Bezug genommen ist. Der Widerstand R15 ist so ausgewählt, daß der Spannungsabfall über R15 ein positives Spannungsdifferenti al zwischen den Pins 2 und 3 des Operationsverstärkers UIA verursacht, das größer als die Eingangsoffset-Charakteristik von UIA ist.
Die Widerstände R2 und R3, die den Operationsverstärker UIA umgeben, werden beim bevorzugten Ausführungsbeispiel zum Konfigurieren des Verstärkers als nichtinvertierenden Verstärker mit einer Verstärkung von 10 verwendet. D3 ist eine bidirektionale Diodenklemme und ist über dem Rückkoppelwiderstand R3 zum Liefern einer automatischen Verstärkungssteuerung angeordnet. D3 hat beim bevorzugten Ausführungsbeispiel einen äquivalenten Widerstand R03 von 480 Kiloohm. Die Verstärkerverstärkung ist gegeben durch:
Aa = 1 + ((R&sub3; RD3(R&sub3;+RD3)/R2)
Ein Kondensator C3 ist vom Ausgang von UIA mit dem Eingang eines Bandpaßfilters verbunden, das die Bauteile R1, C14, R4, C15, R5, R17, R13 aufweist, die U1B umgeben, um dadurch ein Bandpaßfrlter zweiter Ordnung mit einer Verstärkung von 16,5 und einem Durchlaßband von 80 Hz mit der Mitte bei 610 Hz zu erzeugen. Der Kondensator C3 koppelt das Signal wechselstrommäßig vom Verstärker UIA einer ersten Stufe zum Verstärker U1 B einer zweiten Stufe zum Bandpaßfilter der zweiten Stufe. Die Verstärkerverstärkung ist gegeben durch:
AB = R&sub5;/2R&sub1;
Das Durchlaßband ist gegeben durch:
Δω = 2/C&sub1;&sub5;R&sub5;
Die Mittenfrequenz ist gegeben durch:
Die zwei Verstärker U1A und U1B sind zueinander kaskadenförmig angeordnet, um eine Gesamtverstärkung von 165,5 zu liefern, wie es folgt:
At = AA · AB
Der Ausgang von U1B ist mit dem Kondensator C16 verbunden, der das Signal zu einer Spitzendetektorschaltung koppelt, die D6, C17 und R18 aufweist. Die duale Diode D6 weist zwei Dioden auf, und dann, wenn sie wie für das bevorzugte Ausführungsbeispiel konfiguriert ist, leitet sie während des negativen Zyklus des verstärkten Signals, um hierdurch den Kondensator C16 zu laden. Während des negativen Zyklus des verstärkten Signals leitet die Diode D6A nicht und blockiert daher einen negativen Stromfluß.
Die über dem Kondensator C16 akkumulierte positive Ladung wird zum Signal beim nächsten positiven Zyklus des erfaßten Signals hinzugefügt, was effektiv die Spannung erhöht, die über dem Kondensator C17 auftritt. Der Widerstand R6 ist vom Knoten des Kondensators C17 und des Widerstands R18 mit der Basis eines Transistors Q1 verbunden. Wenn die resultierende Spannung über der Spitzendetektorschaltung die Einschaltspannung von Q1 übersteigt (die beim bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 0,45 Volt ist), schaltet der Transistor Q1 ein, um dadurch die Spannung über dem Widerstand R7 auf Erde zu ziehen. Somit arbeitet der Transistor Q1 als Schalter. Ein Transistor Q3 ist zu Q1 parallel geschaltet. Der Transistor Q3 ist ein Phototransistor, der insbesondere zum Schreiben von Informationen in den Mikroprozessor des Anhängers verwendet wird. Wenn er Infrarotlicht ausgesetzt wird, schaltet der Transistor Q3 ein. Informationen werden durch Modulieren des Infrarotlichts mit codierten Informationen zum Anhänger gesendet.
Die übrigen Teile der in Fig. 4 gezeigten Schaltung sind im wesentlichen identisch zu der Schaltung, die in WO-A-9117515 offenbart ist.
Zusammenfassend kann mittels der vorliegenden Erfindung ein Radiofrequenz- Identifikationsanhänger hergestellt werden, der von einem robusten biegbaren Design bzw. Entwurf ist. Ein solcher Anhänger zeigt eine größere Effizienz, niedrigere Kosten und ein niedrigeres Gewicht als Entwürfe nach dem Stand der Technik und kann beachtliche Beanspruchungen aushalten, die bei Anwendungen, wie beispielsweise einer Posteffizienzverarbeitungsmessung, erfahren werden.
Andere Ausführungsbeispiele und Variationen der Erfindung sind möglich. Beispiellsweise kann, obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel auf einen Radiofrequenz-Identifikationsanhänger für Postsortier-Effizienzanwendungen gerichtet ist, das biegbare Substrat der vorliegenden Erfindung mit eingebetteter Antennenspule und benachbartem halbfesten Schaltungsbauteilegebiet bei anderen Konfigurationen für andere Anwendungen verwendet werden, wie beispielsweise eine Inventarsteuerung, eine Fahrzeugidentifikation, etc.

Claims

1. Gedruckte Schaltung, die folgendes umfasst:

ein biegbares Schaltplattensubstrat (1);

eine eingebettete Antennenspule (2), die auf dem biegbaren Schaltplattensubstrat (1) gedruckt ist;

ein integriertes Schaltungsgebiet (4) neben der eingebetteten Antennenspule (2), um Schaltungselemente zu tragen; und

ein elektrisches Anschlussmittel (3) zwischen der Antennenspule (2) und dem integrierten Schaltungsgebiet (4),

in der die Antennenspule (2) eine erste Wicklung (2A) umfasst, die auf einer Seite des Substrats (1) gedruckt ist, und eine zweite Wicklung (2B), die auf einer gegenüberliegenden Seite des Substrats (1) gedruckt ist,

wobei die ersten und zweiten Wicklungen (2A, 2B) durch das Substrat (1) an einem Ende aneinander angeschlossen sind, und an das elektrische Anschlussmittel (3) an jeweiligen gegenüberliegenden Enden davon, und

wobei Linien der ersten Wicklung und Linien der zweiten Wicklung (2A, 2B) voneinander versetzt sind, um parasitäre Kapazität dazwischen zu verringern.

2. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, die weiterhin eine Schicht aus halbfestem Material (6) umfasst, die das integrierte Schaltungsgebiet (4) einkapselt, um das Substrat in dem Fall zu stärken, wenn es sich biegt.

3. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 2, die weiterhin eine Membrane (7) umfasst, die über der Schicht aus halbfestem Material (6) gelagert ist, dem biegbaren Schahtungstafelsubstrat (1) mit der eingebetteten Antennenspule (2) und dem elektrischen Anschlussmittel (3), um eine Gleitoberfläche zwischen den Schaltungselementen zu liefern.

4. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, in der das biegbare Schaltplattensubstrat (1) aus Epoxydharz-Glasfaserhartgewebe hergestellt ist.

5. Gedruckte Schaltung nach einen vorhergehenden Anspruch, in der das elektrische Anschlussmittel (3) eine Vielzahl von elektrisch leitenden Linien umfasst, die auf dem Substrat abgelagert sind.

6. Gedruckte Schaltung nach einem vorhergehenden Anspruch, die weiterhin Goldplattierung umfasst, die auf die Antennenspule (2) aufgetragen wird, um die Leitfähigkeit davon zu erhöhen.

7. Gedruckte Schaltung nach Anspruch 3, die weiterhin eine Widerstandsbeschichtung umfasst, die auf der Membrane (7) abgelagert ist, um elektrostatischen Ladungsaufbau zu verringern, und Oberflächenladungs- und -entladungsströme darauf zu vermindern.

8. Verfahren zum Herstellen eines Identifikationsanhängers, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Liefern eines biegbaren Schaltplattensubstrats (I) mit einem Antennenteil und einem integrierten Schaltungsteil (4);

Bilden einer Antenne (2) auf dem Antennenteil des Substrats (1);

Bilden einer Abtastschaltung auf dem integrierten Schaltungsteil des Substrats; und

Bilden einer Verbindung zwischen der Abtastschaltung und der Antenne (2) auf dem Substrat (1),

wobei der Schritt des Bildens einer Antenne (2) folgendes umfasst:

Bilden einer ersten Wicklung (2A) auf einer Oberseite des Substrats (1),

Bilden einer zweiten Wicklung (2B), die Linien bezüglich zu den Linien der ersten Wicklung (2A) versetzt hat, auf einer Unterseite des Substrats (1),

Bilden eines einzigen plattierten Lochs zwischen der ersten und zweiten Wicklung, und

Verbinden der ersten und zweiten Wicklungen (2A, 2B) an einem Ende durch das Substrat (4) über das einzige plattierte Loch und an das elektrische Anschlussmittel an jeweiligen gegenüberliegenden Enden davon,

worin die Versetzung parasitäre Kapazität dazwischen verringert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, worin das Verfahren zusätzlich den Schritt des Einkapselns der Abtastschaltung umfasst, um ein halbfestes Gebiet (6) auf dem Substrat (1) zu bilden, während das Antennenteil biegbar bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin der Schritt des Einkapselns der Abtastschaltung, um ein halbfestes Gebiet auf dem Substrat zu bilden, umfasst, ein Einkapselungsmaterial über die Abtastschaltung aufzutragen und das Einkapselungsmaterial zu härten, um eine Einkapselung zu bilden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, in dem der Schritt des Auftragens eines Einkapselungsmaterials über der Abtastschaltung den Schritt einschließt, einen UV- Klebstoff über die Abtastschaltung aufzutragen, wobei der UV-Klebstoff einen begrenzten Grad von Biegbarkeit hat, so dass er während Beanspruchung nicht reißen oder brechen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, in dem das Verfahren weiterhin den Schritt umfasst, einen Druckfarbendamm (9) um das halbfeste Gebiet zu bilden, um das eingekapselte Material in dem halbfesten Gebiet zu halten.

13. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin den Schritt umfasst, einen schützenden Film (7) über das Antennenteil und das integrierte Schaltungsteil des Substrats (1) aufzutragen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, in dem der Schritt des Auftragens eines schützenden Films (7) über das Antennenteil und das integrierte Schaltungsteil (4) des Substrats umfasst, einen Mylarfilm auf das halbfeste Gebiet (6) zu rollen und den Mylarfilm mit einer gerollten Schneidplatte zu schneiden.

15. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin den Schritt umfasst, ein überschüssiges Teil des Substrats (1) in der Mitte der ersten und zweiten Wicklungen (2A, 2B) auszuschneiden.

16. Verfahren nach Anspruch 8, in dem der Schritt des Bildens einer Verbindung zwischen der Abtastschaltung (3) und der Antenne (2) auf dem Substrat (1) einschließt, eine Vielzahl von parallelen elektrisch leitenden Linien zwischen der Abtastschaltung und der Antenne (2) zu bilden, so dass in dem Fall, dass eine der Linien wegen Biegens des Substrats gebrochen wird, eine andere Spur leitend bleibt.

17. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst:

Messen der Induktanz der Antenne (2);

Messen der Kapazität der Antenne (2);

Messen des Widerstands der Antenne (2); und

Schalten eines Kondensators (C1, C2) parallel zu der Antenne, um die sich ergebende Schaltung so einzustellen, um bei einer ausgewählten Erregungsfrequenz zu schwingen.