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                          NFC在印刷傳感器系統中的應用

                          發布:卡立方小編 瀏覽人數:00更新時間:2024-03-31 13:26:35

                          NFC傳感器系統的生產需要NFC功能組件和傳感器功能組件。目前,印刷銀軟制造和裝配工藝可以提高生產效率。

                          NFC在印刷傳感器系統中的應用

                          無線技術的進步為軟電子學開辟了新的機遇。近距離無線通信(NFC)可實現雙向短程無線通信,屬于一種新興技術,其市場定位是形成軟印刷傳感器系統的架構。印刷NFC傳感器設備,如可穿戴的溫度監測器或篡改檢測設備,不需要在電路板上提供電源、插頭或有線連接。當接近NFC功能的讀取器或蜂窩設備時,跳躍在線集成芯片將啟動。NFC傳感器系統的生產需要NFC功能組件和傳感器功能組件。目前,這兩種主要功能組件的生產效率可以通過印刷銀軟制造和裝配工藝來提高。

                          最近,隨著銀墨和印刷技術的發展,每個NFC標簽鑲嵌層或設備所需的導電天線圈可以印刷到高度耐用和靈活的聚合物基板上。與相同的銅電路相比,聚酯上的導電墨水可以顯著降低基板的成本。傳感器可以在相同的基板上形成,也可以將傳感器連接到其上,這個過程支持添加微控制器(MCU)實現單元等電子組件的全集成解決方案。NPC印刷傳感器系統現在正在轉移到許多需要一次性使用的行業,從貨運和物流行業到藥品和醫療設施中的患者監護。

                          圖1 代表性的Molex顯示在聚酯基板上 SilverFlex電路顯示了電路的小尺寸和柔軟度。

                           

                           指定成功轉化為銀軟技術

                          在指定導電墨水和基板材料的給定應用中,必須認真考慮多個因素。這種做法特別正確,從傳統的剛性電路或軟銅電路到具有NFC功能的印刷銀軟傳感器系統。NFC需要依靠天線線圈的導電性,蝕刻銅線是一種高導電性的基體材料,寬度可能小于0.003英寸。然而,印刷銀電路的導電性低于作為基體材料的銅,因此印刷布線需要更寬。由于聚合物基板在組件正常使用過程中會彎曲,因此更寬的布線特別能保持印刷布線的完整性。

                          成功轉換為銀軟組件需要有相關知識進行必要的調整,以正確形成更寬的布線,并設計與銅組件相同的天線。應部署經驗豐富的設計開發團隊,簡化這一過程,采用先進、專有的鈑金制造和滾動制造工藝,簡化智能標記、傳感器跳線等大批量產品的印刷工藝。與FR-4或銅軟電路板不同,印刷銀柔性技術增加了進一步轉換的選項和能力,如形成一個具有NFC功能的傳感器標記,或使用圖形貼紙進行美化。

                          根據印刷傳感器設計的復雜性及其預期功能,從FR-4電路板到低成本聚合物基板上的印刷銀電路可能是***方案。例如,對于復雜的應用程序,如果印刷電路板上的超威部件間距過密,傳統上使用銅的FR-4電路板很可能是***技術。對于組件數量較少(約20件或更少)的應用,銀軟技術的優勢將更加明顯,因為它可以降低銀線覆蓋的基板區域的比例。

                          例如,可穿戴健身或醫療傳感器上的跳線可以提供足夠的空間來支持更寬的銀線,并需要更柔軟和彎曲的基板材料,如聚酯。印刷銀軟技術在聚合物上重量較輕,在三維(3D)上靈活性極高,因此上述任何應用都可以從該技術中受益。另一個優點是,與銅相比,銀更環保,制造工藝更清潔,因為添加劑銀印刷工藝不會產生有害的化學蝕刻廢物。

                          一般來說,在電池供電設備中,任何無線數據通信協議消耗的功率都將占所需總功率的很大比例。由于無線數據通信的所有功率都是由NFC讀取器輸送的,因此使用NFC可以降低設備的總功率要求。提供無線讀取功能和啟用NFC的傳感器系統不需要功耗。讀取器可以將電源和數據指令發送到具有NFC功能的傳感器系統,然后系統將數據發送回讀取器進行響應。無線NFC傳感器系統設計為基于印刷的制造工藝,可采用多種方案。在設計時間上,應盡快識別出***方法。

                          圖2 Molex 實時讀取NFC溫度的卷標。

                           

                           NFC傳感器系統架構由應用驅動

                          一體化NFC和MCU(單片機)芯片的系統架構相對簡單。單芯片可提供定義明確的功能,成本效益高。然而,成品的功能將受到硬件的限制,因此綜合設計最適合滿足高度統一的應用要求,而獨立的NFC和MCU芯片通??梢愿玫刂С指鼜碗s的設備。雙芯片包裝將提高工程要求,增加工程成本,但允許更高程度的定制。例如,它可以支持多種應用程序或多條產品線,并監控仍在發展中的需求。在設計開發周期中,雙芯片解決方案可以提高多功能性,使數據記錄功能獨立于數據通信部分,提供更復雜、更穩定的功能。隨著時間的推移,MCU可以逐步執行數據記錄功能,并且不需要為NFC加電,從而延長設備的電池壽命。

                          NFC傳感器系統可集成到智能標記等設備中,適用于需要數據記錄功能的應用,有利于產品保質期的時間記錄和溫度記錄,或對熱敏或環境敏感產品的監控。條形碼或RFID讀取器只以單向的方式將數據從標記傳輸到讀取器,不同之處在于移動電話嵌入式NFC芯片可以部署在讀取器-寫入器模式下,用于數據采集和應用。然后,移動電話可以通過蜂窩數據連接或Wi-Fi連接促進已采集數據的遠程傳輸到服務器和云。

                          根據芯片和天線的不同,啟動NFC傳感器設備的典型距離不同,但一般為4cm(cm)在范圍內。非輻射NFC信號的近場范圍可以***限度地減少電磁干擾,同時降低數據泄漏或數據入侵的風險,提供更安全的通信平臺。從功率的角度來看,NFC設備的總功率低于藍牙無線技術,這意味著它可以延長傳感器系統的電池壽命。

                          圖3 Molex 智能標記NFC溫度測井,顯示柔軟度和透明度。

                           

                           推動數字時代創新

                          NFC是一項經驗豐富的技術,用于安全訪問、電子支付系統和其他短距離無線應用,但直到最近才被現代手機、家庭和辦公場所的許多平板電腦完全采用。這一發展趨勢代表了前進的一大步,可以建立所需的基礎設施,將NFC的部署提高到一個更高的水平。

                          在印刷制造技術中,發展潛力***的一個方面就是存在促進數字時代創新的潛力。結合NFC和蜂窩通信,充分利用銀印傳感器系統的應用,可以在數據驅動下提供前所未有的深入洞察力。移動設備和移動應用程序可以提供基于時間靈敏度、位置服務和遠程電力通信的固有功能,以支持NFC傳感器系統使用的新應用程序的開發。

                          NFC可以通過定制來滿足許多應用程序的一系列要求,并通過減少數據讀取所需的能量來重塑傳感器系統 架構。該技術還可以在沒有電池的情況下實現持續的自動監控,從而顯著延長設備的使用壽命,或降低傳感器系統的材料列表成本。NFC功能可以與銀軟印刷工藝和制造工藝相結合。

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