Sistemi Rfid più semplici, grazie a nuovi micromoduli

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Autore: Giorgio Fusari

La linea di dispositivi di ‘radio frequency identification’ di Murata si chiama Magicstrap e facilita la progettazione di soluzioni d’identificazione meno complesse, più robuste ed economiche

Semplificare la realizzazione di applicazioni d’identificazione basate su Rfid (Radio frequency identification), renderle più resistenti ai fattori ambientali e anche meno costose: tre obiettivi che di recente hanno spinto Murata a introdurre sul mercato un modulo Rfid di nuova concezione. Il suo nome è Magicstrap ed è un dispositivo Rfid passivo Uhf conforme allo standard Epc Gen2 (Electronic product code Generation 2). Questo micromodulo, spiega il product marketing manager Mario Manzoni, è formato appunto da un tag passivo (di Nxp) montato su un substrato ceramico Ltcc (Low temperature co-fired ceramic), una tecnologia multilayer vantaggiosa nell’integrazione di circuiti Rf. Ciascun modulo Rfid è leggibile fino a cinque metri di distanza e dotato di un filtro antenna che gli consente di operare sulle frequenze Rfid su scale mondiale, in bande comprese fra 860 e 960 MHz. Si tratta di una copertura in grado di assicurare il funzionamento in Europa, Stati Uniti e Giappone, e quindi una compatibilità essenziale per assicurare l’interoperabilità con i sistemi di tracciabilità inventariale e logistica dei diversi paesi.

Fig. 1 – Mario Manzoni, product marketing manager di Murata

La prima generazione di Magicstrap è entrata in produzione all’inizio di quest’anno e ha un formato di 3,2×1,6×0,55 millimetri. Con questo spessore (550 µm), i moduli Rfid di Murata di prima generazione vengono indirizzati in particolare alle applicazioni di ‘Pcb traceability’, ossia quelle che consentono ai produttori di schede elettroniche l’identificazione e la tracciabilità di ogni singola unità di prodotto. «In questo caso – spiega Manzoni – non vi sono particolari esigenze di miniaturizzare il modulo Rfid, perché sulla scheda sono presenti componenti con spessori anche rilevanti». Qui il vantaggio è che l’applicazione Rfid si può realizzare direttamente sul circuito stampato, perché il modulo con il tag è posizionabile alla stregua di un normale condensatore, attraverso le tradizionali apparecchiature di ‘pick and place’, mentre l’antenna e progettabile all’interno dello stesso Pcb e, per tale operazione, Murata è pronta a fornire ai propri utenti tutto il supporto tecnico necessario (reference design) nelle attività di sviluppo.

Inlay ancora più sottili

La tracciabilità delle Pcb non è comunque la sola applicazione: in lavorazione c’è già una seconda generazione di prodotti Magicstrap, ancora più sottili (1,6×1,0x0,25 mm), e la cui entrata in produzione è prevista in autunno, anche se sono già disponibili campionature. Grazie alle loro dimensioni ridotte, questi moduli saranno utilizzati soprattutto per realizzare inlay (la struttura formata da chip e antenna) in applicazioni Rfid su carta o materiali plastici, da usare nei sistemi d’identificazione e tracciabilità per le catene di fornitura del retail, ad esempio, in prodotti alimentari, farmaceutici o capi d’abbigliamento. E qui sta un’altra sfida fondamentale a cui Murata vuole rispondere con questi nuovi tag: normalmente infatti, spiega Manzoni, le difficoltà di produzione dei tag in questo ambito stanno nei notevoli costi da sostenere, perché il circuito Rfid deve essere collegato all’antenna tramite adesivi di tipo conduttivo e il posizionamento deve avvenire in maniera molto precisa (dell’ordine del micron) utilizzando macchinari molto costosi. Inoltre è richiesta una circuiteria esterna (antenna matching, filtro antenna, e così via) e la progettazione di diverse soluzioni funzionanti su differenti frequenze a seconda del paese di utilizzo. Da questi punti di vista, i chip Magicstrap vengono proposti come un sistema di progettazione più semplice, veloce e in grado di assicurare l’assenza di difetti: ad esempio, l’accoppiamento fra chip e antenna è di tipo induttivo. «Ciò significa – sottolinea Manzoni – che non vi è necessità di contatto diretto con l’antenna, ma basta usare un punto di colla anche non conduttiva». Questo è un punto di forza, perché diventa in tal modo possibile eseguire il posizionamento dei componenti con un minor livello di precisione, utilizzando i tradizionali macchinari e non apparecchiature costose. Se poi l’applicazione non necessita di una lettura a cinque metri, ma è sufficiente una distanza minore, il chip, dice Manzoni, può operare anche senza antenna.

Fig. 2 – I chip Rfid Magicstrap

Questa maggior semplicità strutturale dei chip significa anche maggior resistenza, che torna utile soprattutto quando occorre fabbricare inlay per applicazioni in ambienti con condizioni severe di temperatura e umidità, come ad esempio quelli industriali, dove i punti di contatto dei componenti possono essere soggetti a deterioramenti, con conseguenti modificazioni delle prestazioni di lettura.
Un’altra caratteristica importante è fornita da un circuito completamente integrato nel chip per eseguire il matching dell’antenna, funzionalità non presente, precisa Manzoni, in altri tag disponibili sul mercato. Questa operazione di norma deve essere eseguita in maniera molto precisa, perché l’antenna deve essere calibrata in funzione dell’impedenza del chip Rfid. Dunque disporre di una funzionalità di matching già dentro il componente semplifica tale operazione al progettista, consentendo un accoppiamento ottimale.
C’è poi la caratteristica di protezione dall’Esd (Electrostatic discharge), cioè dalle scariche elettrostatiche, data dal fatto che il substrato Ltcc del chip funziona da filtro, rendendo questi tag passivi molto più robusti. Secondo Manzoni, in base ad alcuni test effettuati (Machine Model – MM), tale robustezza risulta fino a dieci volte superiore rispetto ai tag passivi convenzionali. Per facilitare ulteriormente le attività di design di soluzioni Rfid per i diversi comparti applicativi, Murata mette anche a disposizione degli utenti progetti di riferimento standard, in modo da non richiedere competenze specifiche nel settore dei circuiti elettronici Rfid per la realizzazione della soluzione.

Compatibilità con macchinari Mühlbauer

I requisiti di non elevata precisione nel posizionamento dei componenti del tag Rfid Magicstrap permettono di evitare il ricorso a complessi e costosi macchinari. Tuttavia, Murata ha un accordo anche con la Mühlbauer, società di punta nel comparto, fornitrice di macchinari sofisticati per la fabbricazione di inlay e etichette Rfid e in grado di supportare sulle proprie attrezzature anche i prodotti Magicstrap. «Collaboriamo con Mühlbauer – spiega Manzoni, product marketing manager di Murata – che ha già sottoposto a test i nostri prodotti, e offriamo la possibilità ai clienti che possiedono i macchinari di questa azienda di utilizzare per i componenti i ‘wafer ring’ come supporti standard».

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