專利名稱：制造用于輪胎的電子裝置的天線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于輪胎的電子裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
包括連接到電子元件(例如芯片)的兩根天線，所述電子元件安裝在支撐板上的電子裝置在相關(guān)技術(shù)中是公知的。每根天線具有大致為螺旋狀的形狀。每根天線包括直接地涂覆有黃銅鍍層的鋼芯，黃銅為銅和鋅的合金，銅和鋅的比例分別約為75%和25%。眾所周知，對于這樣的天線，電磁傳導(dǎo)主要通過集膚效應(yīng)發(fā)生，也就是說，電磁傳導(dǎo)主要是在天線的外層發(fā)生。集膚深度尤其取決于輻射的頻率和傳導(dǎo)層的構(gòu)成材料的頻率。舉個例子，對于UHF頻率(例如915MHz)，對于銀的集膚深度為2.1 μ m，對于銅為2. 2 μ m并且對于黃銅為
4.4 μ m為了制造該天線，從存儲盤架展開的裸絲狀芯通過對其進行可塑性地變形而形成，以便使其呈螺旋狀的形狀。接著，將螺旋狀芯切割成段，并且裸螺旋狀芯被涂覆有黃銅鍍層。涂覆步驟在電解液中執(zhí)行。如上文所回顧的，對于在UHF頻率涂覆有黃銅的天線的最佳操作來說，涂覆層的厚度必須不小于4微米。此外，由于芯的螺旋狀幾何形狀，涂覆所述芯的條件是難以控制的，尤其是在圈的內(nèi)部。而且，由于其由合金制成，難以精確地控制其成分，并且需要對沉積工藝的參數(shù)(電流、通過電解液的時間和電解液的成分)進行精確的調(diào)節(jié)?？傊练e物的質(zhì)量以及必要的厚度導(dǎo)致了相對長的沉積時間，所述沉積時間在產(chǎn)品的成本方面具有主要的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供工業(yè)上穩(wěn)定且成本低的工藝，使得能夠獲得具有最佳特性的天線。為了滿足該目標(biāo)，本發(fā)明的一個主題為用于制造包括芯的天線的工藝，旨在將該天線集成到輪胎的橡膠化合物內(nèi)，其中絲狀芯被涂覆有與芯的材料不同的材料的涂覆層；以及在涂覆步驟后，被涂覆的芯的至少一部分進行可塑性地變形。通過在芯進行可塑性地變形之前涂覆芯，也就是說在芯仍具有絲狀的形狀時，從而提高了涂覆步驟的效率。這是因為，由于芯具有絲狀的形狀，涂覆層可以一致且均勻地覆蓋裸芯。因此，涂覆步驟相對地快速，從而能夠限制每層的厚度并減少在涂覆步驟的能量消耗，與此同時仍然提高涂覆的質(zhì)量。因此獲得了起作用的天線。此外，工藝是連續(xù)的，也就是說涂覆步驟能夠覆蓋絲狀芯的大部分長度，然后將所述絲狀芯定長切割。因此，根據(jù)本發(fā)明的工藝能夠減少人工干預(yù)及因此產(chǎn)生的成本?；炯儍舻慕饘贋橐源笥?5%的比例包括所述金屬的金屬，最多5%的剩余物僅僅構(gòu)成與制造金屬的工藝相關(guān)聯(lián)的雜質(zhì)。需要引用的是，通常由至少兩種不同的金屬制成了金屬的合金的較大一部分，也就是說其組合在一起超過了合金重量的50%，并且附加成分(additifs)根據(jù)其用途為合金提供了特殊的屬性；根據(jù)工藝的某些可選擇的特征-芯由鋼制成；-被涂覆的芯的部分進行可塑性地變形，以便使其呈現(xiàn)螺旋狀的形狀。旨在將天線集成到輪胎的橡膠化合物內(nèi)。在輪胎的運行期間，輪胎受被傳遞至天線的壓力和張力。螺旋狀的形狀使其能夠相對于由天線經(jīng)受的壓力而提高天線的耐久性。這是因為螺旋狀的形狀賦予天線以柔韌性，使其能夠在沒有碎裂風(fēng)險的情況下變形，所述碎裂能夠破壞輪胎。特別地，螺旋狀的形狀在平行于螺旋軸的方向上賦予其彈性；-芯被涂覆有電磁信號傳導(dǎo)層。傳導(dǎo)層能夠通過集膚效應(yīng)在天線和連接至其上的電子兀件之間傳導(dǎo)電磁信號。-傳導(dǎo)層由基本純凈的金屬制成，例如銅。在使用基本純凈的金屬時，涂覆步驟具有最大的效率。此外，銅是良好的導(dǎo)體，可幫助提高天線的傳導(dǎo)性能。此外，由基本純凈的金屬(例如銅)制成的涂層來涂覆芯的措施，與使用由合金(例如黃銅)制成的涂層的工藝相比，使其能夠在本質(zhì)上顯著地提高了天線的生產(chǎn)速度，實際上提高了可以為高達10的因數(shù)；-芯直接地被涂覆有傳導(dǎo)層。作為變體，裸芯可以被涂覆有置于裸芯和傳導(dǎo)層之間的一個或多個中間層。在另一變體中，裸芯可以被涂覆有多個傳導(dǎo)層，每個傳導(dǎo)層都可以由基本純凈的金屬制成，例如銅。在該另一變體中，傳導(dǎo)層之一可以直接地涂覆芯，否則中間層將置于裸芯和該傳導(dǎo)層之間；并且-芯被涂覆有旨在將橡膠和化學(xué)隔離層涂覆的層化學(xué)隔離的化學(xué)隔離層。傳導(dǎo)層可以包含一種或多種與輪胎的橡膠不相容的材料，否則材料可以與該橡膠起反應(yīng)。這將導(dǎo)致傳導(dǎo)層的惡化和圍繞天線的橡膠的老化。相對于橡膠，該化學(xué)隔離層在化學(xué)上是惰性的?；瘜W(xué)隔離層因而能夠阻止在傳導(dǎo)層與圍繞的橡膠之間的化學(xué)反應(yīng)。特別地，當(dāng)傳導(dǎo)層由銅制成時，化學(xué)隔離層阻止了銅的硫化。換句話說，化學(xué)隔離層具有保護橡膠及其涂覆的層的功能。因此，使用具有兩個獨立的功能的層，即傳導(dǎo)功能和化學(xué)隔離功能，使得能夠優(yōu)化每一層所需的厚度，并且因此優(yōu)化與涂覆芯相關(guān)的成本；-化學(xué)隔離層由基本純凈的金屬或金屬合金制成，例如選自鋅、鎳、錫和黃銅。在使用基本純凈的金屬時，涂覆步驟具有最大的效率。此外，這些金屬和黃銅相對于橡膠在化學(xué)上是惰性的，并且提供了化學(xué)隔離層到傳導(dǎo)層的良好的粘合。此外，在鋅或鎳的情況下，它們提供了化學(xué)隔離層到橡膠的良好的粘合。而且，這些金屬和黃銅使得天線能夠容易地連接到例如芯片的電子元件，這歸功于它們可焊接的屬性；-傳導(dǎo)層被直接地涂覆有化學(xué)隔離層。作為變體，傳導(dǎo)層可以涂覆有置于傳導(dǎo)層和化學(xué)隔離層之間的一個或多個中間層。在另一個變體中，傳導(dǎo)層可以涂覆有多個化學(xué)隔離層，每個化學(xué)隔離層均由基本純凈的金屬或金屬合金制成，例如選自鋅、鎳、錫和黃銅。在該另一變體中，化學(xué)隔離層之一可以直接地涂覆傳導(dǎo)層，否則中間層將置于傳導(dǎo)層和該化學(xué)隔離層之間；-在一個實施方案中，芯被直接地涂覆有旨在將橡膠和化學(xué)隔離層涂覆的層化學(xué)隔離的電磁信號傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層，所述傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層由金屬合金組成，優(yōu)選為黃銅；
-芯被直接地涂覆有傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層。作為變體，芯可以被涂覆有置于芯和傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層之間的一個或多個中間層。在另一個變體中，裸芯可以被涂覆有數(shù)個傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層，每個傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層均由金屬合金制成，優(yōu)選為黃銅。在該另一個變體中，傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層之一可以直接地涂覆芯，否則中間層將置于裸芯和該傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層之間；-化學(xué)隔離層或者傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層被涂覆有用于將天線粘合至橡膠的外部粘合層。所述粘合層使制造輪胎變得容易。這是因為，在將天線放置在橡膠化合物上之后，粘合層將天線固定在橡膠化合物上，天線沒有滑動的風(fēng)險；-在一個實施方案中，外部粘合層由至少一種基本純凈的金屬或金屬合金制成，例如選自鋅、鎳和黃銅。這些金屬能夠使天線粘附在周圍的橡膠上；-在另一個實施方案中，外部粘合層包括非金屬粘合劑；-優(yōu)選地，化學(xué)隔離層或者傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層直接地被涂覆有粘合層。作為變體，化學(xué)隔離層或者傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層可被涂覆有置于化學(xué)隔離層或傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層與粘合層之間的一個或多個中間層。在另一個變體中，化學(xué)隔離層或者傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層可以被涂覆有數(shù)個粘合層，每個粘合層由至少一種基本純凈的金屬或者由金屬合金制成，例如選自鎳和黃銅，或者包括非金屬粘合劑。在該另一變體中，粘合層之一可以直接地涂覆化學(xué)隔離層或傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層，否則中間層將置于化學(xué)隔離層或傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層與粘合層之間；以及-有利地，在涂覆步驟或多個涂覆步驟后，天線通過加熱進行熱處理。這促進了從傳導(dǎo)層到化學(xué)隔離層的金屬遷移。如果傳導(dǎo)層由基本純凈的第一金屬制成，并且化學(xué)隔離層由基本純凈的第二金屬制成，從第一金屬向第二層的遷移導(dǎo)致在表面上形成合金。因此，不采用合金涂覆步驟，并因此沒有與涂覆合金相關(guān)的缺點，從而獲得了具有通過合金保護的芯的天線。如果第一和第二金屬分別為銅和鋅，則因此在表面上形成黃銅。此外，在可塑性變形步驟期間，該熱處理步驟幫助緩解了在天線中產(chǎn)生的應(yīng)力。


通過閱讀僅通過非限制性的實例給出的如下說明書并同時參照附圖可更好地理解本發(fā)明，附圖中圖1為根據(jù)依據(jù)本發(fā)明的第一實施方案的工藝制造的包括天線的電子裝置的透視圖；圖2為圖1的天線的詳細視圖；圖3至圖6為在根據(jù)實施本發(fā)明的第一方法的制造工藝的不同步驟期間，圖2的天線的橫截面的透視圖；圖7為在圖3至圖6的工藝步驟之后的工藝步驟期間，類似于圖1的視圖；圖8為根據(jù)實施本發(fā)明的第一方法，顯示工藝的不同步驟的示意圖；圖9為類似于圖2的視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的天線；圖10和圖11為類似于圖4至圖6的的視圖，示出通過根據(jù)實施本發(fā)明的第二方法的工藝制造的天線。
具體實施例方式圖1顯示了由一般附圖標(biāo)記(r6f6rence g6n6rale) 10表示并且旨在被嵌入橡膠化合物內(nèi)的電子裝置。在已示出的例子中，電子裝置10為RFID類型，并包括兩根連接到電子元件14 (此處為芯片)的天線12，所述電子元件安裝在支撐板16上。在下文中，由于兩根天線12是相同的，參照圖2將僅描述一根天線12。兩根天線12—起形成了偶極子天線。天線12具有大體上絲狀螺旋狀的形狀，并且根據(jù)電子裝置的使用條件定義其長度、外徑和螺旋間距。舉個例子，螺旋的間距可以為每厘米13圈，外徑可以為1. 2mm并且長度可以大約為25_。這種特性的組合在電子裝置以UHF頻率運行于輪胎內(nèi)的情況下尤其地有用。天線12包括具有外徑為O. 2mm的鋼芯18。天線12也包括直接地涂覆芯18的用于傳導(dǎo)電磁信號的第一層20。傳導(dǎo)層20由基本純凈的金屬制成并且與芯18接觸，在本例子中為金屬銅(由于其電氣特性和成本而被選擇)。層20具有大于2微米的厚度，優(yōu)選地在4微米和5微米之間。天線12也包括旨在化學(xué)隔離傳導(dǎo)層20的橡膠的第二化學(xué)隔離層22。層22直接地涂覆第一層20。層22由基本純凈的金屬制成并且與第一層20接觸，在本例子中為金屬鋅。層22具有大于O. 2微米的厚度，優(yōu)選地在O. 4微米和O. 6微米之間。作為變體，層22由鎳或錫制成。在另一變體中，層22由金屬合金制成，例如黃銅。在其他變體中，天線12包括數(shù)個化學(xué)隔離層22，每一層由不同的基本純凈的金屬或者金屬合金制成。天線12也包括用于將天線粘合至橡膠的第三粘合層24，所述層直接地涂覆第二層22。層24包括非金屬粘合劑并且與第二層22接觸，在本例子中粘合劑為LORD公司銷售的商標(biāo)名稱為“Chemlok”或者“Chemosil”的粘合劑。作為變體，第三層由基本純凈的金屬或金屬合金制成，例如選自鎳和黃銅?，F(xiàn)在將參照圖3至圖8描述根據(jù)第一實施方案的用于制造天線12的工藝的不同步驟。通過將包括芯18的絲狀金屬線纏繞到盤架上而開始所述工藝。該裸絲狀芯18如圖3所示。在第一清洗步驟100期間，將芯18通過堿性電解液。在步驟102期間，通過持續(xù)地電極沉積使芯18直接地涂覆有第一傳導(dǎo)層20。線貫穿適合于沉積金屬的類型的電解液，也就是說，在銅沉積的情況下為氰化物電解液，對于鋅沉積為堿性電解液或者對于錫沉積為酸性電解液。如圖4所示，其結(jié)果是芯18涂覆有層20。接著，在步驟104期間，通過再次穿過電解液，第一層20直接地被涂覆有第二化學(xué)隔離層22，所述電解液的成分對化學(xué)隔離層的材料是適當(dāng)?shù)?。如圖5所示，其結(jié)果是芯18被涂覆有層20、22。接著，在步驟106期間，第二層22直接地被涂覆有第三粘合層24。如圖6所示，其結(jié)果是芯涂覆有層20、22、24。在第三層由基本純凈的金屬或者金屬合金制成的變體中，第三層通過“閃(flash)”工藝沉積，所述“閃”工藝對應(yīng)使第三層能夠獲得的厚度小于O.1微米的相對短的電極沉積工藝。這樣的“閃”工藝使用高電流密度和具有低離子濃度的電解液。接著，在步驟108期間，涂覆有層20、22和24的芯18被清洗(去除來自沉積電解液的殘渣，緊接著沖洗)，并且然后通過在其上通過熱清潔空氣流而使其變干。在步驟110中，檢查層20、22和24中的每一個的成分，例如通過X射線熒光光譜儀或通過極譜分析法。也檢查層20、22和24的每一個的厚度，例如通過掃描電子顯微鏡、極譜分析法或ICP-AES (電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法)。也檢查天線12的表面外觀，以便驗證沉積的均勻性。也可以執(zhí)行表征芯的機械壽命潛力和涂覆層粘合力的機械壽命潛力的測試。接著，在步驟112期間，使被涂覆的絲狀芯可塑性地變形，以便通過卷簧車床使其呈螺旋狀的形狀。在這種情況下，使涂覆有層20、22和24的芯在其全部長度上連續(xù)地進行可塑性地變形。然后獲得的是如圖7所示的涂覆有層20、22和24的芯。作為變體，涂覆有層20、22和24的芯的僅僅一部分周期性地沿著涂覆有層20、22和24的芯進行可塑性地變形。接著，在步驟114期間，被涂覆的螺旋狀芯18被切割成具有預(yù)先確定的長度(此處約為20至30毫米)的部分24。接著，在步驟116期間，通過在至少200° C的溫度下將天線12加熱30分鐘而對天線12進行熱處理，以便釋放機械應(yīng)力。如圖2所示，然后獲得螺旋狀的天線12。最后，在步驟118期間，將天線12連接到電子元件14的終端并且連接到支撐板16，以便獲得裝置10，如圖1所示。圖9至圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方案的天線以及根據(jù)實施本發(fā)明的第二方法的工藝。以相同的附圖標(biāo)記表示類似于天線的元件的元件以及第一實施方案的工藝。與第一實施方案不同，天線12包括由金屬合金制成的傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層26。在這種情況下，合金為黃銅。層26直接地涂覆天線的芯18。天線12也包括與根據(jù)第一實施方案的天線12相類似的粘合層28?，F(xiàn)在將參照圖10和圖11描述根據(jù)第二實施方案的制造工藝的不同步驟。根據(jù)第二實施方案的工藝與根據(jù)第一實施方案的步驟102和104的工藝不同。這是因為在清洗步驟100后，芯18被直接地涂覆有黃銅傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層26。然后獲得在圖10中示出的涂覆有層26的芯18。接著，層26被直接地涂覆有粘合層28。然后獲得在圖11中示出的涂覆有層26和28的芯。本發(fā)明并不限于如上描述的實施方案或?qū)嵤┑姆椒?。這是因為能夠使被涂覆的芯在其整體上或僅其一部分上進行變形。此外，被涂覆的芯的多個部分能夠以不同的方式進行可塑性地變形。使用金屬或者合金的涂覆步驟通常在電解液中執(zhí)行。作為變體，能夠使用其他已知的技術(shù)使它們被執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種用于制造包括芯(18)的天線(12)的工藝，所述天線(12)旨在被集成在橡膠化合物內(nèi)，尤其是輪胎的橡膠化合物，其特征在于 -絲狀芯(18)被涂覆有與芯(18)的材料不同的材料的涂覆層(20、22、24 ;26、28);以及 -在涂覆步驟后，被涂覆的芯(18)的至少一部分進行可塑性地變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其中所述芯由鋼制成。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的工藝，其中所述被涂覆的芯(18)的部分進行可塑性地變形，以便賦予其螺旋狀的形狀。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的工藝，其中所述芯(18)被涂覆有電磁信號傳導(dǎo)層(20)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求所述的工藝，其中傳導(dǎo)層(20)由基本純凈的金屬制成，例如銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的工藝，其中所述芯(18)直接地被涂覆有所述傳導(dǎo)層(20)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的工藝，其中所述芯(18)被涂覆有化學(xué)隔離層(22)，旨在將橡膠和化學(xué)隔離層(22)涂覆的層化學(xué)隔離。
8.根據(jù)與權(quán)利要求4至6中的任意一項相結(jié)合的權(quán)利要求7所述的工藝，其中所述傳導(dǎo)層(20 )直接地被涂覆有所述化學(xué)隔離層(22 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的工藝，其中所述化學(xué)隔離層(22)由基本純凈的金屬或者金屬合金制成，例如選自鋅、鎳、錫和黃銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的工藝，其中所述芯(18)被涂覆有電磁信號傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層(26)，傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層(26)由金屬合金組成，優(yōu)選地為黃銅。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的工藝，其中所述芯(18)直接地被涂覆有所述傳導(dǎo)/化學(xué)隔尚層(26 )。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任意一項所述的工藝，其中所述化學(xué)隔離層(22)或所述傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層(26)被涂覆有用于將所述天線(12)粘合至橡膠的外部粘合層(24)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述外部粘合層(24)由至少一種基本純凈的金屬或者金屬合金制成，例如選自鋅、鎳和黃銅。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的工藝，其中所述外部粘合層(24)包括非金屬粘合劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14中的任意一項所述的工藝，其中所述化學(xué)隔離層(22)或所述傳導(dǎo)/化學(xué)隔離層(26)直接地被涂覆有粘合層(24)。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的工藝，其中在涂覆步驟或多個涂覆步驟后，天線(12)通過加熱進行熱處理。
全文摘要
在制造包括芯(18)的天線(12)的方法的過程期間，旨在使天線被集成到大量的輪胎的橡膠內(nèi)，芯(18)以螺紋狀方式被涂覆，具有由與芯(18)的材料不同的材料制成的涂覆層(20、22、24；26、28)。在涂覆步驟之后，被涂覆的芯(18)的至少一部分進行可塑性地變形。
文檔編號G06K19/077GK103069440SQ201180039008
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者M·羅伯特, J·C·辛尼特 申請人:米其林集團總公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司