一種物流中使用的無源rfid的製作方法

2023-05-11 09:42:21 1

專利名稱：一種物流中使用的無源rfid的製作方法
技術領域：
本文涉及一種RFID (射頻識別)，更具體地，涉及一種物流中 j吏用的無源RFID。
背景技術：
RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification, RFID射頻 識別簡單地講就是一種非接觸式的自動識別技術，它是通過射頻信號 自動識別目標對象並獲取相關數據，整個識別工作無須人工幹預，可 以工作於各種惡劣環境。它主要由帶有晶片(chip)的電子標籤、讀 寫器(writer-reader)、通訊系統等部分組成。主要工作原理是電 子標籤進入讀寫器發射電磁波的磁場後，接受無線射頻信號，憑藉感 應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的數據信息，讀寫器讀取信 息並解碼後，送至中央信息系統進行相關數據處理。 L003]歐、美、日等國家依靠在技術方面的巨大優勢，他們在RFID技 術的研究與應用方面處於領導地位。無論是在專業設備的設計製造， 還是在RFID標籤的矽晶片、標籤天線設計製造、封裝、讀寫器的設 計開發等方面，均領先於其他國家和地區。在沃爾瑪、麥德龍、輝瑞 製藥、美國國防部等巨頭的推動下，在世界範圍內RFID技術的應用 發展非常迅猛。隨著閱讀器與標籤價格的降低和全球市場的擴大，射頻標識 RFID(以下簡稱RFID)的應用與日俱增。標籤既可由閱讀器供電(無源 標籤)，也可以由標籤的板上電源供電(半有源標籤和有源標籤)。由於 亞微型無源CMOS標籤的成本降低，庫存和其他應用迅速增加。 一些 評估表明，隨著無源標籤的價格持續下降，幾乎每一個售出產品的內 部都將有一個RFID標籤。由於無源RFID標籤的重要性及其獨特的工程實現的挑戰性，本文將重點研究無源標籤系統。當接收到來自閱讀器的CW信號時，無源標籤對射頻RF(以下簡 稱RF)能量進行整流以生成保持標籤工作所需的小部分能量，然後改 變其天線的吸收特點以調製信號，並通過反向散射反射給閱讀器。 RFID系統通常使用簡便的調製技術和編碼體制。然而，簡單調製技 術的頻譜效率低，對於某一給定的數據速率，它所要求的RF帶寬多。 在調製前，必須將數據進行編碼形成一連續的信息流。可用的位編碼 體制有很多類型，每一類編碼都有其基帶頻譜性能的獨特優勢、編解 碼的複雜性以及在時鐘驅動下將數據寫入到存儲器的困難性。由於標 籤板上定時源很難達到實際所需的準確性，以及挑戰性的帶寬要求和 最大化RF能量傳輸以向標籤供應能量等原因，無源標籤對所使用的 編碼體制有獨特的要求。最後，需要某種防衝突協議以便閱讀器能夠
讀取其覆蓋範圍內的所有標籤。無源RFID在低頻(125kHz)和高頻(13.56MHz)市場上出現已經有 一段時間了。在2003年以前，已經出現了多種UHFRFID標準。麻省 理工學院汽車標識中心(Massachusetts Instituteof Technology's Auto-ID Center)(位於麻薩諸塞州劍橋)意識到了多種專利RFID標準 的問題，認識到地方性的協議會阻止RFID技術的發展和普及。為營 造互用和國際性遵從的規章，就需要單一、開放的標準。他們推薦的 下一代UHFRFID——即Gen2標準的前身有兩個意義。 一旦單一國際 性標準確立下來，基於UHFRFID的系統應用將更快、使用更方便、 價格更便宜，會出現多供應商渠道。該汽車標識中心2003年6月在瑞 士蘇黎世一個討論會上提出啟動Gen2的工作。他們最終將開發和商 業化該標準的工作轉化成EPCglobal，2004年12月已將該標準批准為
"860MHz到960MHz第二代UHFRFID通訊協議，，。
從RFIDIC設計角度看，RFID存在兩個主要的設計約束功率 可用性/帶寬和應答器的複雜性。無源UHFRFID應答器設計要求折衷 考慮 率要求、複雜性和晶片尺寸等因素，以獲得期望的性能。 [oos]目前， 一些主要國家對UHF工業、科學和醫學(ISM)頻段的頻語分配、帶寬和輻射功率的要求差異很大。輻射功率常被定義為有效的
各向同性輻射功率(EIRP)。根據"EPC全球"標準，UHF頻段範圍從 860MHz到960MHz，允許的功率水平為4W。但不同地區對UHFISM 頻段的要求不同在北美，UHFISM頻段為902MHz到928MHz,最 大EIRP為4W;在歐洲，UHFISM頻段為865MHz到868MHz,最 大EIRP為2W;在日本，UHFISM頻段為952MHz到954MHz，最 大EIRP為4W。無源RFID標籤本身不帶電池，依靠讀卡器發送的電磁能量工作。 由於它結構簡單、經濟實用，因而獲得廣泛的應用。無源RFID標籤 由RFIDIC、諧振電容C和天線L組成，天線與電容組成諧振迴路， 調諧在讀卡器的載波頻率，以獲得最佳性能。生產廠商大多遵循國際電信聯盟的規範，RFID使用的頻率有6 種，分別為135KHz、 13.56MHz、 43.3-92MHz、 860-930MHz(即UHF )、 2.45GHz以及5.8GHz。無源RFID主要使用前二種頻率。
我國物流行業雖然處於快速發展階段，但成本的嚴格要求有利於 物流公司業務的迅速拓展。市場上現有的RFID多數都是有源的 RFID,雖然這種RFID在適用範圍等方面具有優勢，但對於處在發展 初期的眾多物流乂>司而言，其成本較高，不利於把RFID這種先進的 物流技術應用和推廣到現代化的物流實踐中。

發明內容
為了降低在物流領域現有技術中已有的有源RFID較高的成本，
本發明提供了一種在物流中使用的無源RFID,具有如下組成部分-閱讀器讀取/寫入標籤信息的設備；-天線在標籤和讀取器間傳遞射頻信號；其特徵在於，該無源RFID使用在介質矽板上壓印或印刷刻腐的
盤旋狀天線，具有直接貼接在天線上的棵晶片COB,且該棵晶片直接貼接在所述天線上。所述無源RFID的閱讀器可設計為手持式或固定式。
所述COB採用IOA2封裝。所述無源RFID的存儲器數據可以託付生產廠在出廠前編程好， 也可以在現場用接觸式編程器編程。


圖1:本發明的無源RFID的構造圖。
圖2:本發明中MCRF355的連接方法。
圖3:本發明中MCRF360的連接方法。
圖4:無源RFID的製造方法流程框圖。
具體實施例方式本發明中，無源RFID的結構詳述如下 1.標籤(Tag，即射頻卡)由耦合元件及晶片組成，標籤含有內 置天線，用於和射頻天線進行通信。每個標籤具有唯一的電子編碼， 附著在物體上標識目標對象。 2.閱讀器(Reader):讀取(有時還可以寫入)標籤信息的設備，可 設計為手持式或固定式。 3.天線(Antemm):在標籤和閱讀器問傳遞射頻信號。該無源RFID使用在介質矽板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線，
具有直接貼接在天線上的棵晶片COB，且該棵晶片直接貼接在所述天線上。所述無源RFID的閱讀器可設計為手持式或固定式。
所述COB採用IOA2封裝。所述無源RFID的存儲器數據可以託付生產廠在出廠前編程好， 也可以在現場用接觸式編程器編程。 RFID系統的基本工作流程是閱讀器通過發射天線發送一定頻 率的射頻信號，當射頻卡進入發射天線的工作區域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內的內置天 線發送出去系統接收天線接收到的從射頻卡發送來的載波信號，經 天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然 後送到後臺主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合 法性，針對不同設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行 機構動作。有些系統還通過閱讀器的RS232或RSR4855接口與外部 計算機(上位機主系統)連接，進行數據交換。 RFID標籤天線有兩種天線形式(1)線繞電感天線；(2)在 介質基板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線。天線形式由載波頻率、標 籤封裝形式、性能和組裝成本等因素決定。例如，頻率小於400KHz 時需要mH級電感量，這類天線只能用線繞電感製作；頻率在4 30MHz 時，僅需幾個碘，幾圏線繞電感就可以，或使用介質基板上的刻腐天 線。選擇天線後，下一步就是如何將矽IC貼接在天線上。IC貼接也 有兩種基本方法(1)使用板上晶片(COB) ; (2)棵晶片直接貼 接在天線上。前者常用於線繞天線；而後者用於刻腐天線。CIB是將 諧振電容和RFID IC —起封裝在同 一個管殼中，天線則用烙鐵或熔焊 工藝連接在COB的2個外接端了上。由於大多數COB用於ISO卡， 一種符合ISO標準厚度(0.76 )規格的卡，因此COB的典型厚度約為 0.4mm。兩種常見的COB封裝形式是1ST採用的IOA2 ( MOA2 )和 美國HEI公司採用的World n 。棵晶片直接貼接減少了中間步驟，廣泛地用於低成本和大批量應
用。直接貼接也有兩種方法可供選擇，(1)引線焊接；(2)倒裝工 藝。採用倒裝工藝時，晶片焊盤上需製作專門的焊球，材料是金的， 高度約25價，然後將焊球倒裝在天線的印製走線上。引線焊接工藝較 簡單，棵晶片直接用引線焊接在天線上，焊接區再用黑色環氧樹脂密 封。對小批量生產，這種工藝的成本較低；而對於大批量生產，最好 採有倒裝工藝。本發明中所述的無源RFID的製造方法以下步驟
(1) 切割矽晶片作為無源RFID的基底； (4) 對所述RFID進行封裝。所述製造過程中的導電油墨印刷還可以用膠印、柔性版印刷來替 代。所述天線的貼附是使用直接貼接、引線焊接或倒裝工藝中的任意 一種。所述封裝使用的形式是FPGA封裝形式。 MCRF 355/360是Microchip公司生產的13.56MHz器件。355 既可用於COB,也可用於直接貼接；而360內部有1個lOOpf電容， 只需外部電感。該器件近乎以100%調製發送數據，調製深度決定了 標籤的線圏電壓從"高"至"低"的變化，亦即區分調諧狀態和去調 諧狀態。外接元件值通常在三分之一至二分之一處優化。例如，在天線A 與天線B之間電感線圏是3圏的話，那未天線B至VSS之間為1圏。 當MCRF355製作成COB時，內置2個串聯的68Pf相同電容。電容 Cl連接在天線A至天線B之間，C2在天線B至Vss之間。
為了達到設計的性能，標籤應準確地調諧在讀卡器的載波頻率。 然而使用的元件總會有偏差的，引起讀數距離的變化。電感的誤差可 控制在1 2%以內，因此讀數距離主要由電容誤差引起的。外接電容 的誤差應在5%以內，Q值大於100。 MCRF360R的內部電容是用氧 化矽製作的，同一矽片上的誤差在5%以內，而不同批次的誤差在10% 左右。 MCRF355/360的存儲器數據可以託付生產廠在出廠前編程好， 也可以在現場用接觸式編程器編程。圖2-3示出了器件的連接方法。圖2是為MCRF355設計的，外 接2個電感和1個電容，相應的諧振頻率為 f(調諧)4/2p
f(去調諧)-l/2p
LT=L1+L2+Lm上式中，Lm是互感係數K;K是兩個電感間耦合係數(0《K《1 )。
圖3是MCRF360連接方法，由於它內部有一個電容，所以只需 外接2個電感就可以了，頻率計算公式與MCRF355相同。
權利要求
1.一種在物流中使用的無源RFID，具有如下組成部分-標籤由耦合元件及晶片組成，每個標籤具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；-閱讀器，讀取/寫入標籤信息的設備；-天線在標籤和讀取器間傳遞射頻信號；其特徵在於，該無源RFID使用在介質矽板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線，具有直接貼接在天線上的裸晶片COB，且該裸晶片直接貼接在所述天線上。
2. 根據權利要求1的一種在物流中使用的無源RFID,所述無源RFID 的閱讀器可設計為手持式或固定式。
3. 根據權利要求1的一種在物流中使用的無源RFID,所述COB採 用K)A2封裝。
4. 根據權利要求1的一種在物流中使用的無源RFID,所述無源RFID 的存儲器數據可以託付生產廠在出廠前編程好，也可以在現場用接觸 式編程器編程。
全文摘要
為了降低在物流領域現有技術中已有的有源RFID較高的成本，本發明提供了一種在物流中使用的無源RFID，具有如下組成部分-標籤由耦合元件及晶片組成，每個標籤具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；-閱讀器，讀取/寫入標籤信息的設備；-天線在標籤和讀取器間傳遞射頻信號；其特徵在於，該無源RFID使用在介質矽板上壓印或印刷刻腐的盤旋狀天線，具有直接貼接在天線上的裸晶片COB，且該裸晶片直接貼接在所述天線上。
文檔編號G06K19/077GK101604405SQ200810112899
公開日2009年12月16日 申請日期2008年5月26日 優先權日2008年5月26日
發明者馬玉清 申請人:北京中食新華科技有限公司