专利名称：弹簧定向的rfid板的制作方法
技术领域：
本主题涉及用于集成在轮胎中的RFID (射频识别)装置。更具体地，本主题涉及用于提供改进的抗天线疲劳故障的RFID设备。
背景技术：
电路用于可能存在特定的物理、化学、和电气因素的多种环境中，由于所述特定的物理、化学、和电气因素，电路必须受到保护或者设计成容许所述特定的物理、化学、和电气因素。本发明主要涉及物理因素，例如导致疲劳的机械应力，其接着能够由于物理折断或弱化电路的特定部分而造成电路不正常工作。这种不正常工作的典型部位位于电线、导线、或者其它导体与电路的连接点处或者连接点附近。在电线以及所连接的电路可以相对于彼此移动或旋转的情况下，电线可能引发与电路的连接点处或者连接点附近的机械应力和/或疲劳的集中。例如，机械应力(例如重复的弯曲或缠绕)能够造成电线的弱化直到折断发生。集成在轮胎或其它产品内的电子线路提供潜在优点，例如资产追踪以及对物理参数(例如温度和压力)的测量。为了本公开的目的，词语“集成在轮胎内”或者“轮胎内的集成”表示电子装置与轮胎的任何关联，其中包括但不限于完全或部分地封装或粘附在轮胎的任何部分内或封装或粘附至轮胎的任何部分，或者附连至轮胎的内表面或外表面。通常，这些系统中的多种系统依靠无线数据链路来与车辆之外的信息系统进行通信。这种信息系统可以包括机载计算机系统、路过式询问器(drive-by interrogators)、或者手持询问器作为非限制性示例。此外，通过这种无线数据链路进行通信的数据类型是广泛和不同的并且例如不仅包括上文所提到的温度和压力，还包括其它的物理参数(例如轮胎转速以及与制造数据和大量其它信息相对应的数据)。无论所传输的数据类型如何，无线数据链路都要求天线附连至轮胎中的电子设备。如果电子设备和/或天线粘附至轮胎橡胶、那么由于轮胎建造过程或者正常使用，轮胎的挠曲可能会造成天线因为开裂、折断、或疲劳而与电子设备分尚。美国专利No. 7，196，616 (Sinnett等人)公开了用于提供分级刚度、抵抗应变的电气连接的设备以及方法。一种材料构造成围绕导线并且靠近与电路的连接点，以便产生降低连接点附近的灵活性或分级刚度的区域。轮胎电子设备系统的另一个示例能够在美国专利No. 7，102，499 (Myatt)中找到，该专利涉及用于轮胎的电子通信装置，该电子通信装置包括无线电装置以及将附连至或嵌入在轮胎中的天线。美国专利申请公开No. US 2007/0274030 Al (Robert)也涉及轮胎电子设备，并且更具体地公开了电子模块，该电子模块设计成结合在轮胎中，该电子模块包括功能性装置、支承件以及用于电气连接电线和用于机械固定电线的装置的至少一个装置，用于机械固定电线的装置与电气连接装置分开，以用于将电线机械地固定至支承件。公开为国际公开号WO 2006/098710 Al (Sinnett等人)的PCT申请涉及用于将天线或者其它导电导线联接至电路的抵抗应变的电气连接。其它类似的主题在题目为“Electronic Tag For Tire And Pneumatic Tire” 的JP2007049351A中描述成具有连接至集成电路芯片的线圈形状的天线的电子标签。线圈形状的天线包括双节距卷绕部分，双节距卷绕部分具有联接至集成电路芯片的较高节距绕组。美国专利No. 6，836，253B2 (Strache等人)对用于建造在弹性结构(包括轮胎)中的发射器或接收器单元进行描述。该单元可以包括呈若干形式的天线，其中包括螺旋电线构造。公开为国际公开号WO 2009/134243 (Sinnett等人)的PCT申请涉及平面内RFID天线，该平面内RFID天线结合了用于将天线导线联接至电路的抵抗应变的电气连接。该公开申请所描述的技术与参照本文中在图2中所示的已知装置所描述的以及稍后对比本主题所描述的类似。尽管轮胎电子设备装置的各种实施方式(例如轮胎电子系统中的RFID装置)已经有所发展，并且尽管已经研发了各种方法来缓解电气联接点处的应力，但是并没有出现大体包括像下文根据本技术所提供的所有的期望特性的设计。
发明内容
鉴于现有技术中所遇到的以及由本主题所解决的公认特征，提供了改进的设备和方法，所述改进的设备和方法所提供的改进的天线构造及其电气连接用于RFID装置。在本主题的示例性实施例中，提供一种用于集成至轮胎中的RFID装置。该装置包括印刷电路板(PCB)，印刷电路板具有由相对的端部和相对的侧面部分限定的顶部表面以及底部表面并且结合了位于所述PCB的顶部表面上的多个导电线路。该PCB包括一对非对称臂，一对非对称臂从PCB的一端延伸，从而在PCB的端部中形成凹口。电镀通孔从顶部表面穿透PCB至底部表面并且具有导电线路元件，导线线路元件在所述PCB的顶部表面处包绕孔，并且导电线路元件电气联接至多个导电线路。螺旋卷绕的天线元件的端部定位在凹口内和由PCB的顶部表面所限定的平面内。螺旋卷绕的天线元件以预定节距卷绕，使得一对非对称臂的长度差异为预定节距的二分之一，并且一对非对称臂的臂中的每一个臂的端部都延伸成使得其终止为邻近螺旋卷绕的天线元件的最近路径(nearest approach)。在某些实施例中，非导电弹性材料包绕PCB以及天线元件的至少一部分，并且填充凹口，以与天线在凹口和PCB的平面内的定位协同地提供用于天线连接至PCB的受控应力梯度。在特定实施例中，天线元件包括所具有的外径处于大约1. 15至1. 25mm之间的螺旋卷绕的导体，而在选定实施例中，天线元件包括所具有的外径为大约1. 2mm的螺旋卷绕的导体。在某些实施例中，螺旋卷绕的导体以处于每匝大约O. 735mm至O. 803mm之间的范围内的匝数之间的单个节距卷绕。在特定实施例中，匝数之间的单个节距为大约每匝O. 769mm。在更进一步的实施例中，该装置还包括由定位在所述PCB的相对端部处的第二对非对称臂形成的第二凹口，第二电镀通孔穿透PCB并且第二天线定位在所述第二凹口内和由PCB的顶部表面所限定的平面中。在本主题的具体实施例中，非对称臂的长度差异可以对应在大约O. 3675至
O.4015mm之间。在更具体的实施例中，非对称臂的长度差异可以对应于大约O. 3845mm。本文中的详细描述对本主题的其它的目标和优点进行了阐述，或者对于本领域普通技术人员而言，所述其它的目标和优点将是显而易见的。此外，还应当领会，可以在不偏离主题的精神和范围的前提下对本发明的实施例和用途实践具体示出、参照以及讨论的特征以及元件的改型和变型。变型可以包括但不限于对用于那些所示、参考、或者讨论的等同装置、特征、或步骤的置换，以及各种部件、特征、步骤等的功能、操作、或位置颠倒。此外，应当理解，本主题的不同的实施例以及不同的目前优选的实施例可以包括目前所公开的特征、步骤、或元件、或者其等同形式的各种组合或构造(包括未明确示于附图中或者在对这种附图的详细描述中陈述的其特征、部件、或者步骤或构造的组合)。本主题的其它实施例(不一定在发明内容部分中表述)可以包括并且结合上文所概括的目标中所参照的特征、部件、或步骤的各个方面的各种组合，以及/或者如在本申请中以其它方式所讨论的其它特征、部件、或步骤。通过阅览说明书的其余部分，本领域普通技术人员将更好地领会这种实施例以及其它实施例的特征和方面。
参照附图，说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开，这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明，包括本发明的最佳模式，在附图中图1示出了根据用于集成在轮胎中的本技术的示例性RFID装置的俯视图；图2示出了先前已知的RFID装置的俯视图；以及图3以放大比例示出了从图1的箭头3-3的视角截取的RFID装置的端视图。贯穿本说明书以及附图中重复使用的附图标记旨在代表本发明的相同或类似的特征或者元件。
具体实施例方式如发明内容部分中所讨论的，本主题具体涉及用于提供改进的对RFID装置的天线疲劳故障的抵抗力的设备。所公开的技术的各个方面的选定组合与本发明的多个不同实施例相对应。应当注意到，本文中所提供和讨论的示例性实施例中的每一个都不应当暗示对本主题的限制。示为或描述成一个实施例的一部分的特征或步骤可以结合另一个实施例的各个方面使用，以产生更进一步的实施例。此外，某些特征可以与执行相同或相似功能的未明确提到的相似的装置或特征互换。现在将详细参照主题RFID装置的目前优选的实施例，但是首先参照示出了先前已知的RFID装置200的俯视图的图2，以用于与本技术对比。如可以从图2看到的，RFID200包括印刷电路板(PCB)202，印刷电路202上设置有多个导电线路204。集成电路(IC)装置220以传统方式安装至PCB202并且电气连接至线路204且通过线路204的部分230A、230B连接至天线元件210、212。应当领会，图示的天线元件210、212并非按比例绘制并且期望跟随图示的螺旋形式延伸至至少大致与RFID系统的谐振频率相对应的长度。线路204的部分230A、230B包绕通过PCB202的电镀通孔(如由电镀通孔234A举例说明的)并且连接至位于PCB202的底部表面上的一对焊盘(未单独示出)。螺旋天线元件210的端部以未中断模式继续通过通孔334A及周围直到其接触焊盘。当螺旋天线元件210的端部接触焊盘时，其可以例如通过焊接粘结至焊盘。
此外，应当注意到，在图2的先前已知的构造中，天线元件210、212被放置在PCB202的平面内，并且更具体地，被放置在臂部282、286以及284、288之间。电气连接的分级刚度通过臂、天线元件与位于臂之间并且包络天线元件的非导电弹性材料250的协同配合得以实现。在已知的布置以及本实施例中，在将组装装置嵌入非导电弹性材料中之前，组装装置的所有部分都可以涂覆粘结剂，例如可从LORD Corporation获得的Chemlol^。将天线放置在PCB202的平面内允许增大PCB202的厚度T (图3)的机会，由此提供更强的组
装装置。进一步参照图2，将看到PCB202设置有位于臂282、286以及284、288之间的带有凹口的部分。凹口部分构造成提供弯曲形状部分，弯曲形状部分限定螺旋弹簧电线天线元件210、212的部位。应当观察到，臂部分282、286以及284、288成对地与如由图2的右端上的垂线242所示的等长臂相对应，垂线242同时与分别位于臂284、288的最末端处的臂端262和264相交。这使得将天线212定位成使点274可以靠近臂288的端点264并置的可能性提高，但是由于臂284和288等长，因此靠近臂284的端点262的天线212上的大体对应的点276由于螺旋天线绕组的节距而定位成与端点262成一定距离。现在参照图1，其中示出了根据用于集成到轮胎中的本技术的示例性RFID装置100的俯视图。本领域普通技术人员应当领会，尽管本文中所描述的装置在涉及轮胎技术方面具有特定用途，但是这并不是对装置本身的限制，原因是当可能由于所引起的应力而对装置或电气连接造成损坏时，这种装置也可以用于其它技术。可以通过RFID装置100识别的用于移动货物的航运托盘或集装箱是一个这种示例。根据本技术的RFID装置100包括上文参照已知装置200所描述的所有特征，如由相应的100系列附图标记所示的。总体而言，装置100提供了安装在印刷电路板(PC) 102上的集成电路装置120。PC板102包括导电线路104以及包绕电镀通孔的部分130A、130B，天线元件110、112可以以与已知装置200相对应的图2中所示的完全类似的方式通过电镀通孔延伸和焊接。相比之下，根据本技术的RFID装置100提供非对称的臂182、186以及184、188，使得两对臂中的每一对的臂的长度都不同。该差异由分别接触臂184、188的端部162、164的垂线142、144之间的间距的差异示出。示出了关于臂182、186的臂的长度的类似差异但并未单独标出，以减少附图上的杂乱。进一步参照图1中所示的实施例，应当注意到，天线元件110、112的线圈节距构造成使得臂184、188的端部162、164延伸成使得其终止为直接邻近形成天线元件112的螺旋弹簧的最近路径172、174。通过该方式，通过使由臂所提供的增强相对于形成天线元件110、112的螺旋弹簧的单独转弯精确定位，与灌封材料250组合的臂282、284、286、288设计成将相对于图2的已知装置200所解决的天线电线疲劳故障上升至新的并且显著改进的水平。通过该方式，上文参照图2的现有技术注意到的臂182、184、186、188、天线元件110,112与包络臂和天线元件的非导电弹性材料150的协同配合得到改进。在如上文所提到的已知布置的本实施例中，在将臂和天线嵌入在弹性材料150中之前，组装装置的所有部分都可以涂覆粘结剂，例如Chemjok 通过将臂182、184、186、188的端部定位成使其终止为直接邻近形成天线元件并且包络粘结至部件的弹性材料中的组件的螺旋弹簧的最近路径，可以实现天线元件的显著改进的疲劳抵抗力。在示例性构造中，螺旋线圈天线元件110、112可以与所具有的外径D (图3)处于大约1. 15至1. 25mm之间的螺旋线圈相对应。更具体地，外径D可以为1. 2mm+/-0. 025mm。形成螺旋线圈天线元件110、112的电线可以具有处于大约O. 152至O. 254_之间的直径d (图3)。更具体地，电线直径d可以是O. 203mm+/_0. 0508mm。形成天线元件110、112的螺旋弹簧的螺距可以处于从7. 35mm至8. 03mm/10匝的范围内。更具体地，螺距可以是
7.69mm+/-0. 17mm/10匝。通过这些测量，在示例性构造中，臂182、186以及184、188的长度差异可以为大约O. 3675mm至O. 4015mm。更具体地，臂182、186以及184、188的长度差异可以为 O. 3845mm+/_0. 0085mm。尽管已经参照其具体实施例对本主题进行了详细描述，但是本领域技术人员应当领会，通过获得对上文的理解，可以易于实现这种实施例的备选、变型、以及等同形式。因此，如对于本领域普通技术人员而言将是非常显而易见的，本公开的范围是示例性而非限制性的，并且主题公开并不排除包括对本主题的这种改型、变型和/或添加。
权利要求
1.一种用于集成至轮胎中的RFID装置，所述装置包括 印刷电路板(PCB)，所述印刷电路板具有由相对的端部和相对的侧面部分限定的顶部表面以及底部表面； 位于所述PCB的所述顶部表面上的多个导电线路； 一对非对称臂，所述一对非对称臂从所述PCB的一端延伸，从而形成凹口 ； 电镀通孔，所述电镀通孔从所述顶部表面穿透所述PCB至所述底部表面； 导电线路元件，所述导线线路元件在所述PCB的所述顶部表面处包绕所述孔，所述线路元件电气联接至所述多个导电线路；以及 螺旋卷绕的天线元件，所述螺旋卷绕的天线元件具有端部，所述端部定位在所述凹口内和由所述PCB的所述顶部表面所限定的平面内， 其中所述螺旋卷绕的天线元件以预定节距卷绕，其中所述一对非对称臂的长度差异为所述预定节距的二分之一，并且其中所述一对非对称臂的臂中的每一个臂的端部都延伸成使得其终止为邻近所述螺旋卷绕的天线元件的最近路径。
2.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括非导电弹性材料，所述非导电弹性材料包绕所述PCB以及所述天线元件的至少一部分，并且填充所述凹口， 由此所述弹性材料以及所述天线在所述凹口和所述PCB的所述平面内的定位之间的协同作用提供用于所述天线连接至所述PCB的受控应力梯度。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述天线元件包括螺旋卷绕的导体，所述螺旋卷绕的导体具有处于大约1. 15至1. 25mm之间的外径。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述天线元件包括螺旋卷绕的导体，所述螺旋卷绕的导体具有大约1. 2mm的外径。
5.根据权利要求3所述的装置，其中所述螺旋卷绕的导体以匝数之间的单个节距卷绕，所述节距处于每Bi大约O. 735mm至O. 803mm之间的范围内。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述螺旋卷绕的导体以大约每匝O.769mm的匝数之间的单个节距卷绕。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述非对称臂的长度差异为大约O.3675mm至O.4015mm。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述非对称臂的长度差异为大约O.3845mm。
9.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括由定位在所述PCB的相对端部处的第二对非对称臂形成的第二凹口，第二电镀通孔穿透所述PCB并且第二天线定位在所述第二凹口内和由所述PCB的所述顶部表面所限定的平面中。
10.根据权利要求1所述的装置，所述装置还包括非导电弹性材料，所述非导电弹性材料包绕所述PCB以及所述天线元件的至少一部分，并且填充所述凹口， 由此所述弹性材料以及所述天线在所述凹口和所述PCB的所述平面内的定位之间的协同作用提供了用于所述天线连接至所述PCB的受控应力梯度。
11.根据权利要求10所述的装置，所述装置还包括用于将所述非导电弹性材料固定至所述天线元件和所述PCB的粘结剂。
全文摘要
本发明公开一种用于提供RFID装置的设备，该RFID装置用于集成至轮胎中。印刷电路板(PCB)设置有一对非对称臂，从而在PCB的相对端部中形成凹口。螺旋卷绕的天线元件定位在凹口中，使得非对称臂的端部定位成邻近单独的螺旋卷绕的天线元件的最近路径。
文档编号B60C23/00GK103068598SQ201080068781
公开日2013年4月24日 申请日期2010年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者J·C·辛尼特 申请人:米其林集体总公司, 米其林研究和技术股份有限公司