Entwicklung eines Verfahrens zur Qualitätsprüfung von UHF-Transpondern (TAGQUALITY)

Problemstellung
In Industrie und Handel werden Warenströme in zunehmendem Maße automatisch verfolgt. Dabei kommen elektronische Funketiketten (Transponder) zum Einsatz, welche auf der Verpackung von Waren aufgebracht werden. Transponder bestehen aus einem Chip, der mit einer flachen Antenne verbunden ist. Gelangt das Etikett einer Ware in die Nähe einer geeigneten Kontrolleinheit, so kann es mit dieser über Funk kommunizieren. Die Kontrolleinheit kann beispielsweise Teil eines automatischen Kassensystems sein. Kommt der Kunde zur Kasse, so werden dort alle Artikel in seinem Einkaufswagen erfasst und die Preise addiert. Gleichzeitig erfährt das Warenlager von dem Warenausgang und kann diese Information für die Lagerhaltung nutzen.
Für eine reibungslose Kommunikation zwischen Transponder und Kontrolleinheit wird eine immer gleiche Sende- und Empfangsleistung benötigt. Die Eigenschaften der einzelnen Komponenten des Transponders unterscheiden sich jedoch oft erheblich. Dies hat eine entsprechende Streuung des Endproduktes zur Folge.
Ein Transponder besteht aus einem Mikrochip und einer Antenne. Die Fertigung eines UHF-Transponders in Smart-Label-Bauform erfolgt in mehreren Teilschritten, von der Fertigung des Mikrochips bis zum Auflaminieren einer Schutzfolie. Die Funktionalität des Transponders wird unter Anderem beeinflusst vom Trägermaterial, den Leiterzügen der Antenne, den spezifischen Eigenschaften des Chips, sowie der Gestaltung des Chiplandeplatzes.
Die meist erheblichen Schwankungen in der Qualität führen zu Problemen bei anspruchsvolleren, vom Kunden jedoch geforderten, Anwendungen. Hierzu zählen insbesondere die Pulklesung, bei der eine Reihe von Transpondern mehr oder weniger gleichzeitig ein Lesegerät passieren und Einsatzbedingungen, bei denen das elektromagnetische Feld durch Metallteile oder Flüssigkeiten gestört ist. Des Weiteren ist eine Bestimmung der Position des Transponders in der Regel nicht möglich.

Projektziel
Ziel von TAGQUALITY ist es daher die Streuung der Sende- und Empfangseigenschaften von Transpondern in Smart-Label-Technik erheblich zu reduzieren. Dazu sollen Prüfverfahren und -systeme entwickelt werden, welche es erlauben bereits die einzelnen Komponenten des Transponders in der Fertigung zu überprüfen. Dies gestattet es nicht nur ungenügende Komponenten bereits in einem frühen Stadium zu verwerfen, sondern auch Teile mit unterschiedlichen Eigenschaften gezielt zu kombinieren und damit die Streuung des Gesamtproduktes zu minimieren. Gelingt es die Prüfungen in einer ausreichenden Geschwindigkeit vorzunehmen, so ist darüber hinaus eine Einteilung der Transponder in Qualitätsklassen möglich. Innerhalb der Klasse ist damit die Streuung weiter reduziert.

Vorgehensweise
Zunächst werden die Fertigungsverfahren für die einzelnen Komponenten des Transponders detailliert untersucht. Dabei gilt das besondere Augenmerk der möglichen Integration der zu entwickelnden Prüftechnik und der gezielten Zusammenführung der Komponenten. Aus der Analyse werden messbare Qualitätskennzahlen abgeleitet und die Anforderungen an die Transponder für konkrete Anwendungen präzisiert. Die Erkenntnisse dienen auch zum Entwurf eines Zertifizierungsverfahrens für Transponder. Es wird der Demonstrator einer Prüfanlage zur Messung der Qualitätskennzahlen entwickelt und aufgebaut. Er soll sowohl direkt in die Fertigungslinie integrierbar, als auch als auch als separater Teststand nutzbar sein. Dabei liegt eine der Herausforderungen in der elektromagnetischen Abschirmung gegen das Produktionsumfeld. Im Anschluß wird die Prüfanlage zunächst unter Laborbedingungen überprüft. Abschließend erfolgt der Test unter Produktionsbedingungen bei dem produzierenden Partner.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Der Markt für elektronische Funketiketten ist stark wachsend. Mit diesem Wachstum steigt gleichzeitig die Nachfrage nach geeigneter Produktionstechnik und der dazu gehörenden Prüftechnik. Die in diesem Projekt zu entwickelnden Prüfverfahren und -anlagen decken einen weiten Bereich der Fertigungskette für die Transponder ab. Sie erlauben die Herstellung von qualitativ gleichmäßigeren bzw. definierteren Produkten.
Hochwertigere Funketiketten können anspruchsvollere Aufgaben erfüllen, welche derzeit aufgrund der noch erhebliche Probleme nicht oder nur zögernd realisiert werden. Hierzu zählt beispielsweise die Erfassung von Warenströmen im Einzel- und Zwischenhandel, sowie im produzierenden und weiterverarbeitenden Gewerbe.

• etifix GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• metraTec GmbH
• SMARTRAC TECHNOLOGY Dresden GmbH