DE19523521A1 - Transponder-Drahtspule - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transponderanord­ nung sowie eine Drahtspule für eine solche Anordnung.

Zur Herstellung von Transpondern werden Drahtspulen benö­ tigt, die als Antenne und als Induktivität für einen Reso­ nanzkreis verwendet werden. Transponder mit solchen Drahtspulen werden z. B. in dem Prospekt "Elektronische Identifikation System Trovan" der Firma AEG AG Ulm vom Juni 1992 oder in der Patentanmeldung P 43 37 637.1 be­ schrieben. Für diese Art von Transponder sind die Her­ stellkosten und die geringe Größe von entscheidender Be­ deutung. Aus diesen Gründen muß auch die Transponder- Drahtspule möglichst klein, billig und einfach weiterzube­ arbeiten sein.

Üblicherweise besteht ein Transponder aus einer oder meh­ reren solcher Transponder-Drahtspulen und einem Transpon­ derelektronikmodul, das z. B. nur aus einem unverpackten integrierten Schaltkreis bestehen kann oder auch als eine kleine Baugruppe aus bestehend aus einem Trägermaterial und mehreren elektrischen Komponenten ausgeführt sein kann. Die Drahtenden der Transponder-Drahtspulen werden üblicherweise direkt mit dem Transponderelektronikmodul verbunden. Da die Spulendrähte üblicherweise jedoch sehr dünn sind (<50µm) besteht der Nachteil, daß diese Verbin­ dung nur manuell unter einem Mikroskop, oder durch eine teuere Sondermaschine die die Spulenwickelmaschine enthal­ ten muß durchgeführt werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, eine kleinvolumige und in der Herstellung günstige Transponderanordnung sowie eine hierfür besonders ge­ eignete Drahtspule anzugeben.

Die erfindungsgemäße Transponderanordnung ist im Pa­ tentanspruch 1, eine Drahtspule hierfür im Patentanspruch 9 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen.

Die erfindungsgemäße Transponderanordnung zeichnet sich durch besonders einfache Herstellbarkeit aus, da erprobte automatische Bestückungsverfahren wie z. B. SMD-Technik ge­ nutzt werden können.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die Abbildungen noch eingehend veranschau­ licht.

Fig. 1 zeigt zwei nach dem Stand der Technik gebräuchliche Transponderanordnungen, die aus einer Transponder- Drahtspule A und einem Transpondermodul M bestehen. Die Enden des Spulendrahts sind direkt mit dem Transpondermo­ dul oder über mit der Spule fest verbundenen Anschlußstif­ ten oder Steckkontakte verbunden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung nach der Erfindung, wobei hier wesentlich ist, daß die Transponder-Spule als Spulen­ modul mit auf dem Spulenträger ST realisierten Kontaktflä­ chen ausgeführt ist und die elektrische Verbindung zum elektrischen Schaltkreis über die Kontaktflächen erfolgt. Die Drahtenden der Spulenwicklung E sind modulintern mit den Kontaktflächen elektrisch verbunden. Die Kontaktflä­ chen sind für die Herstellung elektrischer Verbindungen wesentlich einfacher handhabbar und unempfindlicher als die freien Drahtenden der Spule nach den Anordnungen der Fig. l. Die Kontaktflächen können insbesondere nach Art der SMD-Technik mit leitenden Flächen S auf dem Trägersub­ strat B an den Stellen c verlötet werden.

Die Bausteine V der Transponderelektronik enthalten bei­ spielsweise gleichrichtende Mittel zur Ableitung einer Versorgungsgleichspannung aus dem von der Drahtspule auf­ genommenen Wechselfeld, einen Modulator, einen Demodula­ tor, Speichereinrichtungen etc. Die Bausteine V sind vor­ zugsweise unverpackt, d. h. nicht in ein Gehäuse eingegos­ sen.

Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer solchen SMD fähigen Transponder-Drahtspule wobei F die Kontaktierflä­ che, E den Drahtwickel und D den Spulenkern darstellen.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsart der SMD fähigen Kontak­ tierflächen. An die Enden des Wickelkörpers D werden die Befestigungskörper G aus elektrisch nicht leitfähigen oder gering leitfähigen Materials befestigt. Von der Wickelma­ schine kann nun der Drahtwickel E gewickelt werden und an­ schließend der Draht zur dauerhaften Befestigung an die Positionen H geführt werden. Eine besondere Möglichkeit der Befestigung des Drahtes ist, die Stelle H als Kerbe auszuführen und den Draht in dieser Kerbe durch einige we­ nige Wicklungen zu fixieren. Um Drahtknickungen zu vermei­ den kann die Führung des Drahtes vom Drahtwickel zur Befe­ stigungsstelle H als schräge Rampe I ausgeführt sein. Als SMD-Kontaktierfläche kann zum Beispiel die Seite F verwen­ det werden. Um die Zuverlässigkeit der Verbindung zu ver­ bessern kann zusätzlich die Spule so in ein Tauchlötbad eingetaucht werden, daß der Drahtwickel nicht benetzt, je­ doch die Kontaktierstelle vom Lot L benetzt wird. Dadurch wird die Drahtbefestigung zusätzlich gesichert und die Kontaktierfähigkeit verbessert. Weiterhin kann zur besse­ ren Kontaktierfähigkeit die Kontaktfläche F flächig mit einem elektrisch leitendem Material bedeckt werden. Eine spezielle Ausführung des Befestigungskörpers zeigt die Fig. 5.

Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführung der SMD fähigen Kon­ taktierflächen. An den Enden des Spulenkerns D befinden sich die großflächigen elektrisch leitende Kontaktierflä­ chen F. Diese Flächen müssen jedoch elektrisch derart un­ terbrochen sein (z. B. durch Schlitze), daß sich keine Wir­ belströme in der Ebene senkrecht zur Spulenachse ausbilden können. Die Kontaktierflächen können entweder Teil des Spulenkerns sein, oder an den Spulenkern geklebt oder auch gesteckt sein. Die SMD-Kontaktierflächen können aus der Frontansicht rund, wie auf Fig. 6 Frontansicht dargestellt sein, oder vorzugsweise eine nicht runde Form aufweisen, um zu vermeiden, daß die SMD-Verbindung ungewollt an der Stelle der elektrischen Unterbrechung angebracht wird. Die Spulendrähte können mit den Kontaktierflächen von der Wic­ kelmaschine durch Klemmen, Löten, Anwickeln, Schweißen oder ähnliches durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise kann der Durchmesser der Kontaktierfläche kleiner als der des Drahtwickels gewählt werden. Ein gleich großer oder größe­ rer Durchmesser hat den Vorteil, daß neben Backlackdraht auch Kupferlackdraht verwendet werden kann, und die Spu­ lenaufnahmestelle eines Trägersubstrats B keine Aussparung für den Spulenkörper benötigt.

In Fig. 7 ist eine Transponderanordnung skizziert, bei welcher ein SMD-kontaktierbares Spulenmodul mit einer Drahtwicklung E an den Stirnflächen des Spulenkörpers ST Kontaktflächen FS1, FS2 aufweist, die mit je einem Drahtende des Spulenwickels modulintern verbunden sind. Das Modul ist mittels die Kontaktflächen FS1, FS2 mit ent­ sprechend positionierten Leiterbahnen L1, L2 des Träger­ substrats auf diesem befestigt und über die Leiterbahnen, die zu dem ebenfalls auf dem Trägersubstrat befestigten Schaltkreis V führen, sowie über Banddrähte Dr mit Kon­ taktflächen KC (Pads) des Schaltkreises verbunden.

In der Fig. 8 ist eine Transponderanordnung dargestellt, bei welcher auf dem Spulenmodul ST zum direkten Bonden ge­ eignet angeordnete Kontaktflächen FR vorgesehen und die Verbindungen zum Schaltkreis mittels Bonddrähten Dr zwi­ schen den Kontaktflächen FR des Spulenmoduls und den Pads KC des Schaltkreises hergestellt sind. Die Art der Befe­ stigung auf dem gemeinsamen Trägersubstrat ist beliebig.

Die Fig. 9 zeigt eine besonders kompakte Anordnung, bei welcher der Trägerkörper ST des Spulenmoduls eine Träger­ fläche TF für den integrierten Schaltkreis V aufweist und der Schaltkreis auf dieser Trägerfläche befestigt ist. Die Trägerfläche ist beispielsweise an einer Stirnfläche des Spulenträgers vorgesehen. Die Kontaktflächen F sind vor­ zugsweise in unmittelbarer Nähe von oder auf der Träger­ fläche angeordnet. Die elektrische Verbindung des Schalt­ kreises mit den Kontaktflächen F kann wiederum nach be­ kannten Kontaktierungsverfahren wie z. B. über Kontaktfah­ nen KB wie skizziert oder mittels- Bonddrähten, über Leit­ kleberverbindungen, in Flip-chip-Technik usw. vorgenommen werden.

Anstelle der in den konkreten Beispielen jeweils angegebe­ nen zwei Kontaktflächen des Spulenmoduls können für Spu­ lenmodule mit mehreren getrennten oder mit angezapten Drahtwicklungen selbstverständlich auch weitere Kontakt­ flächen in prinzipiell gleicher Weise auf dem Spulenträger vorgesehen sein.

Claims (26)

1. Transponderanordnung mit mindestens einer Drahtspule und mindestens einem integrierten elektronischen Schalt­ kreis, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtspule als ein Spulenmodel mit Spulenträger, Spulenwicklung und auf dem Spulenträger angebrachten Kontaktflächen ausgeführt ist und der Schaltkreis mit der Spulenwicklung über die Kon­ taktflächen des Spulenträgers elektrisch verbunden ist.

2. Transponderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spulenkörper eine Trägerfläche für den Schaltkreis aufweist und der Schaltkreis auf dieser Trä­ gerfläche befestigt ist.

3. Transponderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Spulenmodul und Schaltkreis auf einem ge­ meinsamen Trägersubstrat angeordnet sind.

4. Transponderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis unverpackt ist.

5. Transponderanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen Schaltkreis und Spulenwicklung Leiterbahnen auf dem Trägersubstrat umfaßt.

6. Transponderanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung zwischen Schaltkreis und Spulenwicklung Drahtbondverbin­ dungen umfaßt.

7. Transponderanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Bondverbindungen unmittelbar von Kon­ taktflächen des Schaltkreises zu den Kontaktflächen des Spulenmoduls führen.

8. Transponderanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen des Spulen­ moduls elektrisch leitend mit Gegenflächen des- Trägersub­ strats verbunden sind.

9. Transponder-Drahtspule bestehend aus einem Drahtwickel gewickelt aus einem mit Backlack, Lack oder anderem Mate­ rial isolierenden Metalldraht, wobei der Drahtwickel auf einen Spulenkern gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Kontaktierstellen fest mit der Spu­ lenbaugruppe verbunden sind und daß der Spulendraht mit diesen Kontaktierstellen mechanisch fest verbunden ist und daß diese Kontaktierstelle zur mechanischen Befestigung und gleichzeitig zur Kontaktierung der Spule mit anderen Elektronikteilen oder einem Träger für Elektronikteilen geeignet sind und diese Befestigungsstellen zur Befesti­ gung mit anderen Elektronikteilen oder Träger für Elektro­ nikteile zur Befestigung im wesentlichen eine flache oder leicht gewölbte Form aufweisen.

10. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spulenkern aus einem stabförmigen ferromagnetischen Material besteht.

11. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern aus FPC (Fer­ rite Polymer Composite) besteht.

12. Transponder-Drahtspule nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, daß neben den Kontaktierstel­ len eine oder weitere Stellen nur zur mechanischen Befe­ stigung der Transponderdrahtspulen vorhanden sind.

13. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierstellen aus elektrisch leitendem Material sind und diese Kontaktier­ stellen fest mit dem Spulenkern verbunden sind.

14. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktierstelle als ein an einer Stelle unterbrochener Ring ausgeführt ist.

15. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktierstelle als ein in eine in etwa dreieckige Form gebogenes Blech mit einer elektri­ schen Unterbrechung an einer Stelle ausgeführt ist.

16. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierstellen so über den Spulenkern hochstehen, daß sie neben der Kontaktierung auch dazu dienen ein Herunterrutschen des Drahtwickels vom Spulenkern beim oder nach dem Wickeln zu verhindern.

17. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierstelle aus einem elektrisch nicht leitendem Material besteht und an diesem nichtleitenden material eine elektrisch leitender Bereich befestigt ist und dieser elektrisch leitende Bereich mit dem Spulendraht verbunden ist.

18. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kontaktierstelle mit dem nichtlei­ tenden Teil fest mit dem Spulenkern verbunden ist.

19. Transponder-Drahtspule nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierstelle so ausgebildet ist, daß sie durch Stecken mit dem Spulenkern verbunden wird und nachträglich durch einen Druck Richtung Spulenmitte endgültig fixiert wird und dabei gleichzeitig die Spannung des Spulendrahtstückes zwischen Drahtwickel und Befestigungsstelle an der Kontaktierstelle verringert wird.

20. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 18 oder 19, da­ durch gekennzeichnet, daß der nichtleitende Teil der Kon­ taktierstelle in Frontansicht im wesentlichen rechtwin­ kelig ist und eine der Seitenteile als Befestigungsstelle zu den anderen Elektronikteilen oder Träger für Elektro­ nikteile gewählt wird.

21. Transponder-Drahtspule nach einem der Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulendraht dadurch an der Kontaktierstelle befestigt wird, daß ein Teil der Kontaktierstelle mit einigen Wicklungen umwickelt wird.

22. Transponder-Drahtspule nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierstelle eine Drahtführung enthält durch die scharfwinkelige Biegungen des Spulendrahtes vermieden werden.

23. Transponder-Drahtspule nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Befesti­ gung wie auch die Kontaktierfähigkeit durch eine Lötung an der Stelle an der der Spulendraht an der Kontaktierstelle befestigt ist verbessert wird.

24. Transponder-Drahtspule nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Spulendraht mit der Kontaktierstelle durch Klemmung, oder Umwicklung der Kontaktierstelle oder eines Teils der Kontaktierstelle, oder durch Schweißung oder durch Lötung verbunden ist.

25. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Transponderdrahtspulen zur Weiterverarbeitung lageorientiert in Blister verpackt oder auf Gurt befestigt sind.

26. Transponder-Drahtspule nach den Ansprüchen 9 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Drahtenden verseilt sind, d. h. für ein gewisses Stück mehrfach hin und her gelegt und gegeneinander verdrillt sind.