一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签制造技术

本发明专利技术是一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，包括RFID芯片及标签天线，所述的RFID芯片焊接在PCB板上，RFID芯片一侧与接地结构连接，另一侧与标签天线连接，所述的标签天线印刷在PCB板上，所述的标签天线采用离散化设计；所述的PCB板包括电路印刷区和废料区，所述的电路印刷区内印刷有电路结构，电路印刷区设置在的PCB板的中央，所述的电路印刷区的外围为废料区，标签的接地结构、RFID芯片和标签天线均设置在废料区内；电路印刷区和标签区之间设置有隔离结构，隔离结构能够减少标签天线与电路结构之间的影响。该种标签可以利用面积较小的PCB废料区，通过离散型的天线实现标签功能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签
本专利技术是涉及电子信息工程
，具体的说是一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签。
技术介绍
射频识别(RFID)技术是一项基于非接触式的目标识别技术，通过在发射机(阅读器)发出的射频信号的基础上，接收并处理应答器(标签)返回的电磁信号实现收发系统间的信息传递。RFID系统一般由标签、阅读器和后台处理器三个部分组成。标签由RFID芯片及标签天线构成，标签芯片中存储着唯一的用于标识所附着物体的数字身份信息。阅读器通过其自身的天线发射和接收射频信号，以修改和读取标签内部的信息。后台处理器包括了中间件、信息处理系统和数据库等，通常用于对数据进行管理，实现通信及数据传输。近期，得益于其低成本、信息可交互性等优点，RFID技术开始被应用于PCB生产过程记录和产品追踪。要实现PCB生产过程记录和产品追踪，即要求贴附于PCB表面的RFID标签在PCB生产、存储、运输过程中可读，即要求RFID标签具有抗金属特性。目前已发表的相关研究中，性能最佳的是英国JulienViret等人提出的将RFID标签嵌入PCB板的设计，需要预先在PCB内部开槽以放置标签并避免其芯片受到压力，生产过程复杂且破坏了PCB结构、不适用于已出产的PCB。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，该种标签可以利用面积较小的PCB废料区，通过离散型的天线实现标签功能。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，其特征是：包括RFID芯片及标签天线，所述的RFID芯片焊接在PCB板上，RFID芯片一侧与接地结构连接，另一侧与标签天线连接，所述的标签天线印刷在PCB板上，所述的标签天线采用离散化设计；所述的PCB板包括电路印刷区和废料区，所述的电路印刷区内印刷有电路结构，电路印刷区设置在的PCB板的中央，所述的电路印刷区的外围为废料区，所述的废料区内设置有标签区，所述的接地结构、RFID芯片和标签天线均设置在标签区内；所述的电路印刷区和标签区之间设置有隔离结构，所述的隔离结构能够减少标签天线与电路结构之间的影响。为优化上述专利技术，采取的具体措施还包括：所述的标签天线为倒F结构，标签天线所在的区域为天线辐射区域，所述的天线辐射区域由若干小尺寸线段矩阵设置组成，每段小尺寸线段上设置有实体金属段或为空白段，实体金属段连接形成标签天线。所述的天线辐射区域内的标签天线形状是通过设计目标函数，再将目标函数通过仿真软件HFSS和VisualC开展优化得出，其优化目标是提高增益，提高能量传输系数。目标函数为：其中wi代表权重，表示915MHz频率下标签沿+z方向的增益，τi表示在其周围有/无同类型标签时标签与芯片间的能量传输系数，目标函数1是搜索最大增益，目标函数2和3是分别搜索有无其他标签靠近时最大传输系数。所述的标签天线印刷在介质层表面，标签天线的实体金属段由PCB板表面的金属涂层蚀刻形成。所述的PCB板为单层PCB板或多层PCB板。所述的隔离结构为隔槽，所述的隔槽设置在电路印刷区和废料区的交界处。设计过程中，根据废料区的形状和尺寸，选定一种天线结构，该种天线结构可为环状结构，倒F结构，PIFA结构等，利用选定的天线结构作为设计基础，在标签区中的选定的设计区域中进行全部或部分离散化设计，形成较小的碎片或网格，通过对每个碎片或网格进行赋值，通过多目标优化算法，搜索到满足设计需求的标签结构，其中对每个碎片或网格进行的赋值能够表示每个碎片或网格的金属存在状态。同时电路印刷区和废料区之间引入特定的隔离结构，隔离电路间耦合的影响，尽可能降低印刷电路对标签的影响，即可使本结构适用于不同的电路结构。该种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签能够达到的有益效果为：本装置利用PCB板废料区开展标签设计，节约成本，且无需特殊的制作工艺。同时，该种天线结构利用多目标优化算法对较小的碎片或网格结构进行优化设计，使天线的结构能够有最大的传输系数，同时具有最大的增益。同时该种天线结构不仅适用于单层PCB板同样也适用于多层PCB板。电路印刷区和标签区间引入特殊的隔离结构，使标签对于未印刷电路的PCB板、印刷了不同电路结构的PCB具有通用性，在电路印刷区内印刷电路结构之后，能够降低电路结构和天线结构的耦合。附图说明图1为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中PCB板的结构原理图。图2为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签结构离散方法示意图。图3a为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签结构俯视图。图3b为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签结构侧视图。图4为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签能量传输系数示意图。图5a为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签应用于单层PCB板时的三维辐射方向图。图5b为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中标签应用于多层PCB板时的三维辐射方向图。图6a为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中隔离结构的结构原理图。图6b为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中引入隔离结构后PCB板电流分布示意图。图7a为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中引入隔离结构和电路后标签能量传输系数示意图。图7b为本专利技术一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签中引入隔离结构和电路后三维辐射方向图。图例说明：1、电路印刷区；2、废料区；3、标签区；4、接地结构；5、RFID芯片；6、标签天线；7、实体金属段；8、空白段；9、介质层；10、隔离结构。具体实施方式以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本专利技术作进一步描述。如图1所示，一块PCB板通常被分为两大区域：电路印刷区域1和废料区2。废料区2不印刷任何电路结构，在生产过程中仅供装配使用，而装配所占区域极小，一般在角落打孔、装配，即废料区有大部分区域可供利用。因此，可在废料区2内设置标签区3。本实施例中，选取的电路板长为L＝92mm、宽为W＝46mm，仅选取最下方的小片区域作为标签设计区域3，其尺寸为6mm×46mm，仅占整个PCB约6％面积。如图2所示，标签区3设置成长方形结构，包括接地结构4、RFID芯片5和标签天线6，所述的RFID芯片5焊接在PCB板上，RFID芯片5一侧与接地结构4连接，另一侧与标签天线6连接，所述的标签天线6印刷在PCB板上，所述的标签天线采用离散化设计。本实施例中，标签天线6选取倒F结构作为标签的基本结构，标签天线6的辐射区域用小尺寸的线段进行离散化，图2中，实线段表示实体金属段，虚线段表示空白段，即金属线不存在，由此辐射区域可以用一个“0”、“1”矩阵表示。其中0代表虚线段，1代表实线段。本实施例中，选取MOEA/D-GO算法，并利用三维电磁仿真软件HFSS和VisualC开展优化设计。设计目标函数为：其中wi代表权重，表示915MHz频率下标签沿+z方向的增益，τi表示在其周围有/无同类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，其特征是：包括RFID芯片(5)及标签天线(6)，所述的RFID芯片(5)焊接在PCB板上，RFID芯片(5)一侧与接地结构(4)连接，另一侧与标签天线(6)连接，所述的标签天线(6)印刷在PCB板上，所述的标签天线采用离散化设计；所述的PCB板包括电路印刷区(1)和废料区(2)，所述的电路印刷区(1)内印刷有电路结构，电路印刷区(1)设置在的PCB板的中央，所述的电路印刷区(1)的外围为废料区(2)，所述的废料区(2)内设置有标签区(3)，所述的接地结构(4)、RFID芯片(5)和标签天线(6)均设置在标签区(3)内；所述的电路印刷区(1)和标签区(3)之间设置有隔离结构(10)，所述的隔离结构(10)能够减少标签天线(6)与电路结构之间耦合的影响。

【技术特征摘要】
1.一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，其特征是：包括RFID芯片(5)及标签天线(6)，所述的RFID芯片(5)焊接在PCB板上，RFID芯片(5)一侧与接地结构(4)连接，另一侧与标签天线(6)连接，所述的标签天线(6)印刷在PCB板上，所述的标签天线采用离散化设计；所述的PCB板包括电路印刷区(1)和废料区(2)，所述的电路印刷区(1)内印刷有电路结构，电路印刷区(1)设置在的PCB板的中央，所述的电路印刷区(1)的外围为废料区(2)，所述的废料区(2)内设置有标签区(3)，所述的接地结构(4)、RFID芯片(5)和标签天线(6)均设置在标签区(3)内；所述的电路印刷区(1)和标签区(3)之间设置有隔离结构(10)，所述的隔离结构(10)能够减少标签天线(6)与电路结构之间耦合的影响。2.根据权利要求1所述的一种用于PCB生产过程跟踪与控制的无源RFID标签，其特征在于：所述的标签天线(6)为倒F结构，标签天线(6)所在的区域为天线辐射区域，所述的天线辐射区域由若干小尺寸线段矩阵设置组成，每段小尺寸线段上设置有实体金属段(7)或为空白段，实体金属段(7)连接形成标签天线(6)。3.根据权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永会，胡国兵，杨晨蔚，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32