带有嵌入式RFID标签的金属紧固件及其生产方法技术

本发明专利技术通常涉及与金属紧固件一起使用的RFID标签，其中该紧固件用作RFID标签的天线。RFID标签包括用于存储数据的微芯片。芯片电耦合到金属紧固件以便接收和发射RF信号，从而金属紧固件用作RFID标签的天线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带有嵌入式RFID标签的金属紧固件及其生产方法
本专利技术通常涉及金属紧固件，更具体地涉及具有嵌入到紧固件的头部或主体中的射频识别(RFID)标签的金属紧固件，其中金属紧固件用作RFID标签的天线。
技术介绍
射频识别系统(RFID)是一种利用无线电波识别和跟踪物体的无线通信形式。每个标签带有唯一的标识号；在制造时对其进行编程，以确保物体具有独特的身份和描述。传统的RFID系统，例如图1中所示的系统，通常包括读取器(或询问器)和标签(或应答器)。标签包括存储数据的微芯片和附接的天线。图2示出了具有简单偶极天线结构3的现有技术RFID标签。标签1包括耦合至偶极天线结构3的芯片2，其包括支撑在基底6上的一对天线元件4和5。RFID标签可以附接到物体(即基底)，并且可以存储或传输关于物体的信息，例如唯一的识别号、诸如打开或未打开的物体状态和位置等。与RFID标签通信的方法有两种——近场和远场，两种方法之间的主要区别是读取距离。通常将近场通信定义为具有小于1.5m的距离，而远场通信则大于1.5m。此外，RFID标签可以是无源的、有源的或半有源的。近场通信(NFC)通过读取器和标签之间的电感耦合或电容耦合来传输数据，在使用中电感耦合更为流行。电感耦合涉及使用磁场以激励RFID标签。在允许RFID读取器的天线激励RFID标签的近场区域创造磁场，然后通过在读取器将检测到的磁场中创造干扰来做出响应。在NFC中，电容耦合不如电感耦合常见，并且电容耦合利用读取器天线和标签天线之间的准静态电场。远场通信(FFC)通常通过使用电容耦合(或传播耦合)来发送和接收电磁(EM)波。读取器传输信号，然后该信号从标签反射出来并返回到读取器。通过调制标签上的负载，可以将数据编码在调制反射信号中。与NFC相比，FFC的读取距离通常大于1.5m。无源的标签没有电源，而是从读取器创造的场中汲取能量，并利用场中的能量为微芯片的电路供电。对于无源RFID，RFID标签会受到来自RFID读取器的射频波的辐射。RFID标签使用来自射频波的能量以发射RFID信号(包含RFID标签标识位置或其他数据)返回到RFID读取器。然后，RFID读取器接收RFID标签信息，并且可以使用软件来解释标签上的信息，例如计算标签的位置。有源的标签具有电源，并每隔一段时间地传播它们的信号，而不是依靠来自读取器的信号。有源的RFID标签具有独立的机载电源(例如电池)，或可连接到一个电源。有源RFID标签可以在选定的时间或在已编程的触发条件下(例如，从温度传感器)自主地发射射频信号。有源RFID标签上的电源也给有源RFID标签相较于无源RFID标签更长的范围。半有源的标签，类似于有源的标签，也具有电源，但是区别在于它们等待读取器与其通信，这与无源的标签类似。同样类似于无源标签，这些标签利用读取器传输的功率与读取器进行通信。与无源标签相比，半有源标签包含更复杂的电子设备，因此价格更高，但可以从更远的距离、更快地和不透明的材料中读取。尽管存在不同类型的RFID系统，但在大多数系统中读取器都会发出电磁波，而标签设计为接收电磁波。根据结构，RFID读取器可以识别几厘米到几米远的物品。RFID标签的内部天线的尺寸是标签范围的一项指标。通常，小型RFID标签包含小的天线和较短的读取范围，而大型RFID标签包含较大的天线并具有较长的读取范围。此外，RFID天线可能会受到其周围环境的强烈影响。水会吸收并反射RF能量，因此可能会降低RFID系统的性能，包括读取范围和读取速率。已经在各种产业上使用RFID技术。例如，RFID技术可用于产品识别。RFID标签中的微芯片可以包含有助于识别RFID标签所附着的物品的信息。与需要直接视距进行访问的条形码(即条形码需要可见才能被扫描)不同，RFID标签可以由RFID读取器读取，而无需直接视距。RFID标签还具有比条形码更大的容量，因为RFID标签上存储的信息要比条形码上打印的信息多得多。
技术实现思路
在诸如航空航天业之类的行业中，零件跟踪作为质量控制记录的一部分以及用于召回和更换老化零件的目的尤其有用。然而，当前常常由打印在零件上的零件号跟踪零件，并且零件号容易磨损，可能特别小，所有这些都可能对准确且可靠地跟踪零件提出挑战。尽管RFID标签发现在各种产品和行业中的用途，但标签天线通常必须放置在距金属基底超过0.05个波长的位置。在将RFID标签附接到金属基底的应用中，偶极天线阻抗通常变得太小且匹配变得成问题。因此，将RFID标签与具有金属基底的物品一起使用相对于其他物品提出了独特的挑战，特别是当由基底制成的部件的尺寸较小时，如金属紧固件具有在约3/16”至l/2”的范围中的头部直径或具有在约1/8”至l/4”(轴部直径)的范围中的轴部直径的情况下。本文公开了与金属紧固件一起使用的RFID标签，其中该紧固件用作RFID标签的天线。RFID标签包括用于存储数据的微芯片，该芯片被嵌入或以其他方式固定到金属紧固件中。芯片电耦合到金属紧固件以便接收和发送RF信号，金属紧固件由此用作RFID标签的天线。附图说明参考附图，下面讨论至少一个实施例的各个方面，这些附图不一定按比例绘制，而是着重于阐述本文公开的原理。将附图包括在内以提供对各个方面和实施例的说明和进一步的理解，并且将附图并入并构成本说明书的一部分，但并不旨在作为对任何特定实施例的限制的定义。附图与说明书的其余部分一起仅用于解释所描述的和要求保护的方面和实施例的原理和操作，而不能解释为限制性的实施例。在附图中，在各个附图中示出的每个相同或几乎相同的组件由相似的数字表示。为了清楚起见，可能未在每一个图中标记出每一个组件。图1是现有技术的RFID系统的示意图；图2是现有技术的RFID系统的透视图；和图3A是根据第一实施例，在头部(RFID紧固件)中包括RFID标签的紧固件的顶视图；图3B是图3A的RFID紧固件的侧、透视图，示出了在紧固件的头部和轴部中的RFID标签；图3C是包括轴部中的RFID标签的图3A的RFID紧固件的底视图；图4是根据本专利技术的与RFID标签通信连接的紧固件的第二实施例的侧透视图；图5是根据与本专利技术的紧固件一起使用的示例性实施例的RFID标签的电路的示意图，示出了天线、网络和RFID芯片；图6示出了为与RFID紧固件进行比较，根据本专利技术使用MATLAB天线工具箱计算出的理论反射系数数据的示例性代码；图7是根据示例性实施例的RFID紧固件的反射系数数据的图形表示；图8是与T型匹配网络一起使用的根据本专利技术的RFID紧固件的示例性电路的示意图；图9是与T型匹配网络一起使用的根据本专利技术的RFID紧固件的示例性印刷电路板占用面积(footprint)的示意图；图10是根据本专利技术和图12中提供的规格的，在环直径与最小读取通信的最大距离之间的关系的图形表示；和图11示出了Alien的ALR-H450RFID读取器的规格；图12示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RFID标签，包括半导体芯片和天线，其中所述天线包括金属紧固件，所述金属紧固件包括近端和远端，近端和远端构造和布置为将两个或更多个物体固定在一起。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180111 US 62/616,279;20181130 US 62/774,1321.一种RFID标签，包括半导体芯片和天线，其中所述天线包括金属紧固件，所述金属紧固件包括近端和远端，近端和远端构造和布置为将两个或更多个物体固定在一起。


2.根据权利要求1所述的RFID标签，其中半导体芯片与金属紧固件通信地连接。


3.根据权利要求2所述的RFID标签，其中金属紧固件包括：
头部，其包括第一直径和顶部表面；和
轴部，其从头部延伸并包括第二较小直径和底部表面。


4.根据权利要求3所述的RFID标签，其中半导体芯片安装到金属紧固件的头部。


5.根据权利要求3所述的RFID标签，其中半导体芯片安装到金属紧固件的轴部。


6.根据权利要求5所述的RFID标签，其中半导体芯片安装在远离头部的轴部上。


7.根据权利要求2所述的RFID标签，其中使用一个或多个连接器将半导体芯片连接到金属紧固件。


8.根据权利要求7所述的RFID标签，其中一个或多个连接器是导线。


9.根据权利要求4所述的RFID标签，其中半导体芯片安装在头部内的凹部中，使得集成电路延伸不超过顶部表面。


10.根据权利要求6所述的RFID标签，其中半导体芯片安装在轴部的远端内的凹部中，使得集成电路延伸不超过底部表面。


11.根据权利要求2所述的RFID标签，进一步包括匹配网络。


12.根据权利要求11所述的RFID标签，其中匹...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·格罗夫，魏韬，O·格雷戈里，
申请(专利权)人：G·格罗夫，魏韬，O·格雷戈里，
类型：发明
国别省市：美国;US