NFC在印刷傳感器係統中的應用詳解
發布時間:2018-10-26 責任編輯:xueqi
【導讀】無線技術上的進步為柔性電子學開辟了新的機會。近距離無線通訊(NFC)可以實現雙向的短程無線通訊,屬於一類新興的技術,其市場定位是形成柔性印刷型傳感器係統的架構。從貨運和物流業直到藥物與醫療設施中的病人監護,NPC印刷型傳感器係統現在正在轉移到要求一次性使用的眾多產業。
印刷型NFC傳感器設備,例如佩戴式的溫度監測器或篡改檢測設備等,並不需要在電路板上提供電源、插頭或有線的連接方式,跳線上的集成芯片在靠近具有NFC功能的讀取器或蜂巢設備時才會啟動。生產NFC傳感器係統需要NFC功能元件及傳感器功能元件。現在,透過采用印刷型銀柔性製造和裝配工藝,可以提高這兩類主要功能元件的製造效率。
最近在銀墨和印刷技術上的發展,可以將每個NFC標簽鑲嵌層或設備所需的導電天線線圈走線印刷到高度耐久、高(gao)度(du)靈(ling)活(huo)的(de)聚(ju)合(he)物(wu)基(ji)板(ban)上(shang)。與(yu)同(tong)等(deng)的(de)銅(tong)電(dian)路(lu)相(xiang)比(bi),聚(ju)酯(zhi)上(shang)的(de)導(dao)電(dian)墨(mo)水(shui)可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhe)降(jiang)低(di)基(ji)板(ban)的(de)成(cheng)本(ben)。在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)基(ji)板(ban)上(shang)可(ke)以(yi)形(xing)成(cheng)傳(chuan)感(gan)器(qi),或(huo)者(zhe)將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)連(lian)接(jie)到(dao)其(qi)上(shang),而(er)且(qie)這(zhe)一(yi)工(gong)藝(yi)支(zhi)持(chi)添(tian)加(jia)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)(MCU)單元及其他電子元件,實現全整合的解決方案。從貨運和物流業直到藥物與醫療設施中的病人監護,NPC印刷型傳感器係統現在正在轉移到要求一次性使用的眾多產業。
為成功轉換到銀柔性技術而指定
在為給定的應用指定導電墨水和基板材料時,必須認真的考慮多個因素。當從傳統的剛性電路或柔性銅電路過渡到具有NFC功能的印刷型銀柔性傳感器係統時,這種做法尤其正確。NFC需要依賴於天線線圈走線的導電性,蝕刻的銅走線是一種高導電性的基體材料,寬度可能小至0.003yingcun。raner,yinshuaxingyindianludedaodianxingyaodiyuzuoweijiticailiaodetong,suoyiyinshuadezouxianxuyaogengkuanyixie,youyujuhewujibanzaiyuanjiandezhengchangshiyongguochengzhonghuiququ,jiaokuandezouxiantebiekeyibaochiyinshuazouxiandewanzhengxing。
chenggongdezhuanhuandaoyinrouxingyuanjian,xuyaojubeixiangguandezhishilaijinxingbiyaodetiaozheng,congerzhengquedexingchenggengkuandezouxian,bingqieshejichugongnengyujiyutongdeyuanjianxiangtongdetianxian。yingdangbushufuyoujingyandeshejikaifatuanduijianhuazheyiliucheng,caiyongxianjin、專有的鈑金製造與滾動式製造工藝可以簡化智慧標簽、傳感器跳線,以及其他大批量產品上銀走線的印刷工藝。與FR-4或銅柔性電路板不同的是,印刷型銀柔性技術增加了進行進一步轉換的選項和能力,例如可以形成一卷具有NFC功能的傳感器標簽,或者采用圖形貼紙來進行美化。
根據印刷型傳感器設計的複雜性及其預期的功能,從FR-4電dian路lu板ban過guo渡du到dao成cheng本ben更geng低di的de聚ju合he物wu基ji板ban上shang的de印yin刷shua型xing銀yin電dian路lu,可ke能neng就jiu是shi最zui佳jia的de方fang案an。對dui於yu複fu雜za的de應ying用yong來lai說shuo,例li如ru,如ru果guo印yin刷shua電dian路lu板ban上shang超chao微wei型xing化hua的de元yuan件jian間jian距ju過guo於yu稠chou密mi,那na麼me傳chuan統tong上shang使shi用yong銅tong的deFR-4電路板非常有可能作為首選的技術。對於元件數量較少(約為20件或更少一些)的應用,銀柔性技術的優勢則會更加明顯,原因在於可以降低銀走線覆蓋住的基板區域的占比。
比(bi)如(ru)說(shuo),佩(pei)戴(dai)式(shi)的(de)健(jian)身(shen)或(huo)醫(yi)療(liao)傳(chuan)感(gan)器(qi)上(shang)的(de)跳(tiao)線(xian)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)充(chong)裕(yu)的(de)空(kong)間(jian),支(zhi)持(chi)更(geng)寬(kuan)的(de)銀(yin)走(zou)線(xian),並(bing)且(qie)需(xu)要(yao)更(geng)加(jia)柔(rou)軟(ruan)易(yi)彎(wan)的(de)基(ji)板(ban)材(cai)料(liao),例(li)如(ru)聚(ju)酯(zhi)等(deng)。聚(ju)合(he)物(wu)上(shang)的(de)印(yin)刷(shua)型(xing)銀(yin)柔(rou)性(xing)技(ji)術(shu)重(zhong)量(liang)更(geng)輕(qing)、在三維(3D)shangjuyoujigaodelinghuoxing,yinciyishangrenyizhongyingyongdouhaikeconggaijishuzhonghuoyi。lingyixiangyoushizezaiyuyutongxiangbi,yingengjiahuanbao,qizhizaoguochengyegengjiaqingjie,zheshiyinweizengcaixingdeyinyinshuagongyibuhuichanshengyouhaidehuaxueshikefeiliao。

圖1:在聚酯基板上展示了具有代表性的Molex SilverFlex電路,顯示了電路的小尺寸與柔性
一般來說,在電池供電的設備中,任何無線資料通訊協定消耗的功率在所需的總功率中都會占很大的比重。使用NFC則可以降低設備的總功率要求,因為無線資料通訊的全部功率都是從NFC讀取器中輸送過來。提供無線讀出功能、啟用了NFC的傳感器係統並不需要消耗功率,讀取器可以將供電和資料指令發送到具有NFC功能的傳感器係統,然後係統會將資料發送回讀取器,作出回應。為基於印刷的製造工藝設計無線NFC傳感器係統,可以采用多種方案。在設計階段,則應盡早辨別出最佳的方法。

圖2:olex NFC溫度即時讀出標簽
應用驅動的NFC傳感器係統架構
一體化的NFC和MCU芯(xin)片(pian)的(de)係(xi)統(tong)架(jia)構(gou)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)一(yi)些(xie)。單(dan)芯(xin)片(pian)可(ke)提(ti)供(gong)定(ding)義(yi)明(ming)確(que)的(de)功(gong)能(neng),成(cheng)本(ben)效(xiao)益(yi)極(ji)高(gao)。然(ran)而(er),成(cheng)品(pin)的(de)功(gong)能(neng)將(jiang)受(shou)到(dao)硬(ying)件(jian)的(de)局(ju)限(xian),因(yin)此(ci)一(yi)體(ti)化(hua)的(de)設(she)計(ji)最(zui)適(shi)合(he)用(yong)來(lai)滿(man)足(zu)高(gao)度(du)專(zhuan)一(yi)的(de)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu),相(xiang)互(hu)獨(du)立(li)的(de)NFC和MCU芯片則通常可以更好的為複雜性較高的設備提供支持。雙芯片的封裝會提高工程上的要求、zengjiagongchengchengben,danshiyouyunxugenggaochengdudedingzhi,liru,keyizhichiduozhongyingyonghuoduotiaochanpinxian,bingqieduirengzaifazhanzhongdexuqiujinxingjiankong。zaishejihekaifadezhouqizhong,shuangxinpiandejiejuefangankeyitigaoduogongnengxing,shiziliaojilugongnengduliyuziliaotongxunbufenerdanducunzai,tigonggengjiafuzaeryouwenjiandegongneng。MCU可以隨著時間而逐漸的執行資料記錄功能,而且無需為NFC加電,進而延長設備的電池壽命。
NFC傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)整(zheng)合(he)到(dao)智(zhi)慧(hui)標(biao)簽(qian)和(he)其(qi)他(ta)設(she)備(bei)中(zhong),適(shi)合(he)需(xu)要(yao)資(zi)料(liao)記(ji)錄(lu)功(gong)能(neng)的(de)應(ying)用(yong),並(bing)且(qie)有(you)益(yi)於(yu)產(chan)品(pin)保(bao)質(zhi)期(qi)方(fang)麵(mian)的(de)時(shi)間(jian)記(ji)錄(lu)和(he)溫(wen)度(du)記(ji)錄(lu),或(huo)者(zhe)對(dui)熱(re)敏(min)或(huo)環(huan)境(jing)敏(min)感(gan)型(xing)產(chan)品(pin)的(de)監(jian)測(ce)。條(tiao)碼(ma)或(huo)RFID讀取器隻是以單向的方式將資料從標簽傳遞到讀取器,與此不同的是,移動電話中嵌入的NFC芯片可以在讀取器-寫入器的模式下部署,供資料獲取應用使用。然後,移動電話可透過蜂巢資料連接或Wi-Fi連接來促進已采集資料向服務器及雲端的遠距離傳輸。
根據芯片和天線的不同,啟動NFC傳感器設備的典型距離有所不同,但是一般在4公分(cm)的範圍以內。非輻射的NFC訊xun號hao的de近jin場chang範fan圍wei可ke使shi電dian磁ci幹gan擾rao降jiang至zhi最zui低di,在zai降jiang低di了le資zi料liao外wai泄xie或huo資zi料liao入ru侵qin風feng險xian的de同tong時shi,可ke以yi提ti供gong一yi個ge更geng為wei安an全quan的de通tong訊xun平ping台tai。從cong功gong率lv的de觀guan點dian來lai說shuo,與yu藍lan牙ya無wu線xian技ji術shu相xiang比bi,NFC設備消耗的總功率要低一些,這就意味著可以為傳感器係統延長電池壽命。

圖3:Molex NFC溫度測井智慧標簽,顯示了柔性和透明度
推動數字時代的創新
對於安全訪問、電子支付係統和其它短距無線應用來說,NFCdoushiyizhongjiujingkaoyandejishu,danshizhidaozuijincaibeixiandaideshoujihejiatingjibangongchangsuozhongdexuduozhongpingbandiannaosuowanquancaiyong。zheyifazhanqushidaibiaolexiangqianmaijindeyidabu,keyijianliqisuoxudejichusheshi,jiangNFC的部署提升一個層次。
印刷製造技術中發展潛力最大的一個方麵就是存在著潛力來推動數字時代的創新。結合NFC和he蜂feng巢chao通tong訊xun來lai充chong分fen利li用yong銀yin印yin刷shua型xing傳chuan感gan器qi係xi統tong的de應ying用yong,可ke以yi在zai前qian所suo未wei有you的de程cheng度du上shang提ti供gong一yi種zhong可ke資zi利li用yong而er又you受shou資zi料liao驅qu動dong的de深shen入ru洞dong察cha力li。移yi動dong設she備bei與yu移yi動dong應ying用yong可ke以yi提ti供gong基ji於yu時shi間jian的de靈ling敏min度du、位置服務,以及遠端電力通訊之類的固有功能,為NFC傳感器係統使用的新應用的開發工作提供支持。
NFC可ke經jing定ding製zhi來lai滿man足zu一yi係xi列lie眾zhong多duo應ying用yong的de要yao求qiu,透tou過guo減jian少shao資zi料liao讀du出chu所suo需xu的de能neng量liang,正zheng在zai重zhong新xin塑su造zao傳chuan感gan器qi係xi統tong的de架jia構gou。這zhe一yi技ji術shu還hai可ke在zai無wu需xu電dian池chi的de情qing況kuang下xia實shi現xian持chi續xu的de自zi動dong化hua監jian控kong,這zhe樣yang就jiu可ke以yi顯xian著zhe的de延yan長chang設she備bei的de壽shou命ming,或huo者zhe降jiang低di傳chuan感gan器qi係xi統tong的de物wu料liao清qing單dan成cheng本ben。NFC功能可以與銀柔性印刷工藝與製造工藝良好的結合。
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