CN102208045B - 分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板，所述分体式无源电子标签包括标签芯片元件和感应天线，其中，所述标签芯片元件和感应天线分开设置，所述感应天线为开环线圈，所述线圈的两端连接有探针，所述线圈和探针主体封装在非金属壳体中，所述探针头部留在非金属壳体外面；所述标签芯片元件两端设有和开环线圈的探针头相连的金属引脚。本发明提供的分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板，将现有的内置感应天线和标签芯片分开设置，使用时分体式感应天线通过探针与标签芯片元件相连成为无源电子标签，从而避免感应天线占用安装空间及易引起干扰的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子标签及采用该标签的印制电路板，尤其涉及一种分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板。
背景技术
在航空航天等重要项目中，对有产品代号并独立交付的组件，设备（含）以上级别的产品，要求建立产品质量履历书，产品履历书应在产品装配开始时建立，主要记载产品交付出厂前的质量和性能状况，产品出厂后发生的质量问题，产品履历书中的各项内容应具有可追溯性，产品履历书由生产单位负责制备、填写、保存、归档，保证及时提供查询和使用，并负责按总装单位要求提供副本。产品履历书中的各项内容应及时、准确地填写，并按规定签署。产品履历书的采用，对产品的批次化管理、产品质量的监管与追溯起到了非常重要的作用。
目前航空航天领域产品采用的产品质量履历书基本上都是纸质化履历书，即生产单位根据规范要求对不同产品事先制备不同的纸质产品履历书，按工艺流程由专人在现场负责记载，再输入计算机保存，需要时打印纸质副本交总装单位。现有的履历管理方法存在以下缺点：（1）纸质化填写，不同产品要求不同的表格内容，制备纸质履历书增加成本，浪费时间；（2）纸质履历书现场手工填写，规范性控制较难，容易存在填写内容不清；（3）纸质文档现场保管不方便，事后还需要再次录入计算机，增加工作负担，及时性不够；（4）纸质文档查询和使用很不方便，同时纸质履历书难以与对应实物邦定，纸质文档与印制电路板对应是件较为困难的事情；（5）纸质履历书副本传输给总装单位后，使用单位难以及时有效地进行质量分析；（6）纸质履历书内容难以进行及时调阅、分级查询、补充修改等的授权操作管理，给外场用户调试和质量检查带来很大的不变。
随着电子信息技术的飞速发展，纸质履历书电子化是发展的必然趋势，如何将电子履历书用于印制电路板，目前可以选择的方案有SD卡、接触式SIM卡、无源RFID标签。这些电子产品都有相对较大的存储容量，但SD卡和接触式SIM卡连接线较多、成本高、加工使用复杂，嵌入在印制电路板上使用不是很合适。
RFID是一种简单的无线***，由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成。RF技术利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向传输数据，以达到目标识别和数据交换的目的。最基本的RF***由三部分组成：1）、标签（Tag，即射频卡）：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。2）、阅读器：读取（在读写卡中还可以写入）标签信息的设备；3）、射频天线：在标签和读取器间传递射频信号。
RFID标签俗称电子标签，也称应答器（tag, transponder, responder），根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类，被动式RFID标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通讯。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bits、96bits甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。当RFID标签进入读写器的作用区域，就可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就将激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能，非常适合用于制作印制电路板电子履历书。
目前应用在物品监管领域的RFID标签基本都是无源的RFID软质标签，RFID软质标签就是将金属感应天线印刷在纸张、PVC薄膜等软质材料上，IC芯片倒扣封装在感应天线上形成RFID标签，再将RFID软质标签涂覆上背胶，具体应用时可直接粘帖在物品上。
带背胶的RFID软质标签，其优点是不需要印制电路板预先处理，直接在印制电路板上粘贴使用。存在的缺点是：（1）印制电路板上要增加一定面积的空间供RFID软质标签粘贴，对于小型或异形的印制电路板较难以满足；（2）RFID软质标签靠胶粘贴在印制电路板上的，不便于印制电路板经受溶剂的清洗，同时在印制电路板环境试验和使用时，由于环境应力的因素，容易造成RFID软质标签脱落或标签芯片与感应天线连接不畅等问题；（3）RFID软质标签感应天线是导电体，一旦损毁或脱落会产生电气多余物；（4）RFID软质标签的电气参数容易受到印制电路板周边环境影响；（5）RFID软质标签感应天线本身就是一个电感线圈有时会存在对印制电路板本身的电气参数产生影响。
若将无源RFID标签感应天线直接设计在印制电路板上，同样存在下列问题：（1）印制电路板上要增加较大的空间供RFID标签感应天线铺设，对于小型或异形的印制电路板较难以满足；（2）RFID标签感应天线的设计有专业电气参数要求，而且感应天线的形状和附著的介质环境都会相关，这将会给印制电路板设计人员增加很多工作难度；（3）RFID标签感应天线设计在印制电路板上有时会存在对印制电路板本身的电气参数产生影响；（4）设计在印制电路板上的RFID标签感应天线各种各样，不利用标准化应用。因此有必要提供分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板，避免感应天线占用安装空间及易引起干扰的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板，能够避免感应天线占用安装空间及易引起干扰的缺点。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种分体式无源电子标签，包括标签芯片元件和感应天线，其中，所述标签芯片元件和感应天线分开设置，所述感应天线为开环线圈，所述线圈的两端连接有探针，所述线圈和探针主体封装在非金属壳体中，所述探针头部留在非金属壳体外面；所述标签芯片元件两端设有和开环线圈的探针头相连的金属引脚。
上述的分体式无源电子标签，其中，所述标签芯片元件背部设有元件焊点。
上述的分体式无源电子标签，其中，所述探针表面镀金，其尾端和线圈连接处设有弹簧。
上述的分体式无源电子标签，其中，所述标签芯片元件厚度在1mm，所述金属引脚的面积为2mm×4mm。
本发明为解决上述技术问题还提供一种包含上述分体式无源电子标签的印制电路板，所述标签芯片元件直接焊接在印制电路板上。
上述的印制电路板，其中，所述标签芯片元件背部设有元件焊点，所述印制电路板上设有表贴焊盘，所述标签芯片元件贴装在表贴焊盘上，所述标签芯片元件表面设有防静电涂覆层。
上述的印制电路板，其中，所述标签芯片元件的存储容量至少8K字节，所述标签芯片元件内存储有印制电路板的履历信息。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的分体式无源电子标签及采用该标签的印制电路板，将现有的内置感应天线和标签芯片分开设置，使用时分体式感应天线通过探针与标签芯片元件相连成为无源电子标签，从而避免感应天线占用安装空间及易引起干扰的缺点，分体式RFID标签芯片元件和分体式RFID标签感应天线可预先按技术规范要求制作和测试，分体式RFID标签感应天线与分体式RFID标签芯片元件之间可以预先做到最佳的参数匹配。此外，通过进一步在标签芯片元件背部设置元件焊点，使得标签芯片元件既可以在元件装配时直接焊接在印制电路板上，也可以贴装在现有的印制电路板上。
附图说明
图1为本发明分体式无源电子标签元件正视图；
图2为本发明分体式无源电子标签元件截面示意图；
图3为本发明分体式无源RFID标签感应天线截面示意图；
图4为本发明分体式无源RFID印制电路板履历标签制作顺序结构示意图；
图5为本发明分体式无源RFID印制电路板履历标签工作构成方块示意图。
图中：
101 RFID标签芯片元件 1012 标签芯片元件金属引脚
1013 芯片封装胶及邦定块 201 RFID标签芯片
202 芯片封装胶 203 邦定线
204 PCB载片 2041 PCB载片金属引脚
2042 PCB载片背部焊点 301 RFID感应天线
3011 感应线圈 3012 探针
3013 弹簧 3014 非金属壳体
3015 感应线圈与探针连接点 401 印制电路板
4011 表贴焊盘 402 防静电涂覆层
501 RFID读写器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供的分体式无源电子标签包括标签芯片元件和感应天线，其中，所述标签芯片元件和感应天线分开设置，即将现有无源RFID标签中的芯片与感应天线分离开来，成为分体式RFID标签芯片元件和分体式RFID标签感应天线；所述分体式RFID标签芯片元件，指的是将无源RFID标签芯片元件，通过COB封装工艺，制作成为厚度在1mm左右，两端有较大面积（2mm×4mm）金属引脚，背部有焊点的元件，较大面积金属引脚方便手工进行电气连接，背部有焊点可以直接贴装在印制电路板上。如图1、图2所示，首先运用COB封装工艺将RFID标签芯片201邦定在PCB载片204上成为一个可以直接贴片焊接在印制电路板401上的分体式RFID标签芯片元件101。
所述分体式RFID标签感应天线，指的是将感应天线制作成端头连接有探针的开环线圈，线圈和探针主体封装在非金属壳体中，探针头部留在非金属壳体外面。非金属壳体3014可以为玻璃、塑料、环氧树脂或木板等。分体式RFID标签感应天线通过探针部位与分体式RFID标签芯片元件连接成为无源RFID标签。前端感应天线特有的设计结构，可调整天线的各参数以实现与标签芯片之间的频率匹配。无源RFID标签的工作频率点为13.56MHz。如图3所示，分体式RFID标签感应天线301生产厂商根据RFID标签芯片201的电气参数要求设计感应天线圈数和形状，天线的两个端头分别焊接两个探针3012，将感应线圈3011和探针3012封装固定在硬质非金属壳体3014中，制作成为分体式RFID标签感应天线301。 本发明提供的分体式RFID标签感应天线301具有体积小巧，安全可靠，接触点少，减少了像SD卡或SIM卡类存储器读写设备那样至少要引出五根以上接触引脚，用于电源及通信讯号传输，从而造成易用性和经济性大受影响。
本发明提供的分体式电子标签，将现有的内置感应天线和标签芯片分开设置，使用时分体式感应天线通过探针与标签芯片元件相连成为无源电子标签，从而避免感应天线占用安装空间及易引起干扰的缺点，特别适用实现印制电路板履历书电子化。
如图4所示，需要进行履历管理的印制电路板401，在设计时可预先增加一个供分体式RFID标签芯片元件101贴装的表贴焊盘4011；在印制电路板401装配阶段，分体式RFID标签芯片元件101可随元器件一起通过背部焊点贴装到印制电路板401上。为防止静电打击，贴装后的分体式RFID标签芯片元件101表面可以加喷防静电涂覆层402。
如图5所示，具体应用时，将分体式RFID标签感应天线301两个探针3012头部穿过防静电涂覆层402刺入分体式RFID标签芯片元件101上的金属引脚2041表面，探针3012表面镀金，其尾端有弹簧3013，容易使得探针3012和分体式RFID标签芯片元件101金属引脚2041之间形成稳定电气连接，使得分体式RFID标签芯片元件101和分体式RFID标签感应天线301临时结合成为一个标准的无源RFID标签。RFID读写器501与临时组合成的无源RFID标签之间非接触完成读、写、认证等RFID相关应用操作，完成印制电路板履历内容的RFID标签写入、读取以及RFID标签芯片内部存储履历内容的防复制、防篡改设置或验证等授权操作，实现印制电路板履历书电子化。无源RFID标签芯片，数据保存时间至少40年，存储容量至少8K字节、数据读写有安全认证措施保护。
综上所述，本发明提供的分体式RFID标签芯片元件和分体式RFID标签感应天线可预先按技术规范要求制作和测试，分体式RFID标签感应天线与分体式RFID标签芯片元件之间可以预先做到最佳的参数匹配，分体式RFID标签感应天线在使用时可以调整角度，避开周围环境如结构件阻挡，金属件、元器件电磁影响，从而能很好地保证RFID读写器与RFID标签之间非接触通信的距离和效果。封装的标签芯片元件可以像常规表贴元件一样，按正常印制电路板贴装工艺加工装配，易用性和经济性好。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种分体式无源电子标签，包括标签芯片元件和感应天线，其特征在于，所述标签芯片元件和感应天线分开设置，所述感应天线为开环线圈，所述线圈的两端连接有探针，所述线圈和探针主体封装在非金属壳体中，所述探针头部留在非金属壳体外面；所述标签芯片元件两端设有和开环线圈的探针头相连的金属引脚。
2.如权利要求1所述的分体式无源电子标签，其特征在于，所述标签芯片元件背部设有元件焊点。
3.如权利要求1或2所述的分体式无源电子标签，其特征在于，所述探针表面镀金，其尾端和线圈连接处设有弹簧。
4.如权利要求1或2所述的分体式无源电子标签，其特征在于，所述标签芯片厚度在1mm，所述金属引脚的面积为2mm×4mm。
5.一种包含如权利要求1所述的分体式无源电子标签的印制电路板，其特征在于，所述标签芯片元件直接焊接在印制电路板上。
6.如权利要求5所述的印制电路板，其特征在于，所述标签芯片元件背部设有元件焊点，所述印制电路板上设有表贴焊盘，所述标签芯片元件贴装在表贴焊盘上，所述标签芯片元件表面设有防静电涂覆层。
7.如权利要求5或6所述的印制电路板，其特征在于，所述标签芯片元件的存储容量至少8K字节，所述标签芯片元件内存储有印制电路板的履历信息。
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