专利名称：一种物流中使用的无源rfid的制作方法
技术领域：
本文涉及一种RFID (射频识别)，更具体地，涉及一种物流中 j吏用的无源RFID。
背景技术：
RFID的英文全称是Radio Frequency Identification, RFID射频 识别简单地讲就是一种非接触式的自动识别技术，它是通过射频信号 自动识别目标对象并获取相关数据，整个识别工作无须人工干预，可 以工作于各种恶劣环境。它主要由带有芯片(chip)的电子标签、读 写器(writer-reader)、通讯系统等部分组成。主要工作原理是电 子标签进入读写器发射电磁波的磁场后，接受无线射频信号，凭借感 应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的数据信息，读写器读取信 息并解码后，送至中央信息系统进行相关数据处理。 L003]欧、美、日等国家依靠在技术方面的巨大优势，他们在RFID技 术的研究与应用方面处于领导地位。无论是在专业设备的设计制造， 还是在RFID标签的硅晶片、标签天线设计制造、封装、读写器的设 计开发等方面，均领先于其他国家和地区。在沃尔玛、麦德龙、辉瑞 制药、美国国防部等巨头的推动下，在世界范围内RFID技术的应用 发展非常迅猛。随着阅读器与标签价格的降低和全球市场的扩大，射频标识 RFID(以下简称RFID)的应用与日俱增。标签既可由阅读器供电(无源 标签)，也可以由标签的板上电源供电(半有源标签和有源标签)。由于 亚微型无源CMOS标签的成本降低，库存和其他应用迅速增加。 一些 评估表明，随着无源标签的价格持续下降，几乎每一个售出产品的内 部都将有一个RFID标签。由于无源RFID标签的重要性及其独特的工程实现的挑战性，本文将重点研究无源标签系统。当接收到来自阅读器的CW信号时，无源标签对射频RF(以下简 称RF)能量进行整流以生成保持标签工作所需的小部分能量，然后改 变其天线的吸收特点以调制信号，并通过反向散射反射给阅读器。 RFID系统通常使用简便的调制技术和编码体制。然而，简单调制技 术的频谱效率低，对于某一给定的数据速率，它所要求的RF带宽多。 在调制前，必须将数据进行编码形成一连续的信息流。可用的位编码 体制有很多类型，每一类编码都有其基带频谱性能的独特优势、编解 码的复杂性以及在时钟驱动下将数据写入到存储器的困难性。由于标 签板上定时源很难达到实际所需的准确性，以及挑战性的带宽要求和 最大化RF能量传输以向标签供应能量等原因，无源标签对所使用的 编码体制有独特的要求。最后，需要某种防冲突协议以便阅读器能够
读取其覆盖范围内的所有标签。无源RFID在低频(125kHz)和高频(13.56MHz)市场上出现已经有 一段时间了。在2003年以前，已经出现了多种UHFRFID标准。麻省 理工学院汽车标识中心(Massachusetts Instituteof Technology's Auto-ID Center)(位于马萨诸塞州剑桥)意识到了多种专利RFID标准 的问题，认识到地方性的协议会阻止RFID技术的发展和普及。为营 造互用和国际性遵从的规章，就需要单一、开放的标准。他们推荐的 下一代UHFRFID——即Gen2标准的前身有两个意义。 一旦单一国际 性标准确立下来，基于UHFRFID的系统应用将更快、使用更方便、 价格更便宜，会出现多供应商渠道。该汽车标识中心2003年6月在瑞 士苏黎世一个讨论会上提出启动Gen2的工作。他们最终将开发和商 业化该标准的工作转化成EPCglobal，2004年12月已将该标准批准为
"860MHz到960MHz第二代UHFRFID通讯协议，，。
从RFIDIC设计角度看，RFID存在两个主要的设计约束功率 可用性/带宽和应答器的复杂性。无源UHFRFID应答器设计要求折衷 考虑 率要求、复杂性和芯片尺寸等因素，以获得期望的性能。 [oos]目前， 一些主要国家对UHF工业、科学和医学(ISM)频段的频语分配、带宽和辐射功率的要求差异很大。辐射功率常被定义为有效的
各向同性辐射功率(EIRP)。根据"EPC全球"标准，UHF频段范围从 860MHz到960MHz，允许的功率水平为4W。但不同地区对UHFISM 频段的要求不同在北美，UHFISM频段为902MHz到928MHz,最 大EIRP为4W;在欧洲，UHFISM频段为865MHz到868MHz,最 大EIRP为2W;在日本，UHFISM频段为952MHz到954MHz，最 大EIRP为4W。无源RFID标签本身不带电池，依靠读卡器发送的电磁能量工作。 由于它结构简单、经济实用，因而获得广泛的应用。无源RFID标签 由RFIDIC、谐振电容C和天线L组成，天线与电容组成谐振回路， 调谐在读卡器的载波频率，以获得最佳性能。生产厂商大多遵循国际电信联盟的规范，RFID使用的频率有6 种，分别为135KHz、 13.56MHz、 43.3-92MHz、 860-930MHz(即UHF )、 2.45GHz以及5.8GHz。无源RFID主要使用前二种频率。
我国物流行业虽然处于快速发展阶段，但成本的严格要求有利于 物流公司业务的迅速拓展。市场上现有的RFID多数都是有源的 RFID,虽然这种RFID在适用范围等方面具有优势，但对于处在发展 初期的众多物流乂>司而言，其成本较高，不利于把RFID这种先进的 物流技术应用和推广到现代化的物流实践中。
发明内容
为了降低在物流领域现有技术中已有的有源RFID较高的成本，
本发明提供了一种在物流中使用的无源RFID,具有如下组成部分-阅读器读取/写入标签信息的设备；-天线在标签和读取器间传递射频信号；其特征在于，该无源RFID使用在介质硅板上压印或印刷刻腐的
盘旋状天线，具有直接贴接在天线上的棵芯片COB,且该棵芯片直接贴接在所述天线上。所述无源RFID的阅读器可设计为手持式或固定式。
所述COB采用IOA2封装。所述无源RFID的存储器数据可以托付生产厂在出厂前编程好， 也可以在现场用接触式编程器编程。
图1:本发明的无源RFID的构造图。
图2:本发明中MCRF355的连接方法。
图3:本发明中MCRF360的连接方法。
图4:无源RFID的制造方法流程框图。
具体实施例方式本发明中，无源RFID的结构详述如下 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，用于和射频天线进行通信。每个标签具有唯一的电子编码， 附着在物体上标识目标对象。 2.阅读器(Reader):读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可 设计为手持式或固定式。 3.天线(Antemm):在标签和阅读器问传递射频信号。该无源RFID使用在介质硅板上压印或印刷刻腐的盘旋状天线，
具有直接贴接在天线上的棵芯片COB，且该棵芯片直接贴接在所述天线上。所述无源RFID的阅读器可设计为手持式或固定式。
所述COB采用IOA2封装。所述无源RFID的存储器数据可以托付生产厂在出厂前编程好， 也可以在现场用接触式编程器编程。 RFID系统的基本工作流程是阅读器通过发射天线发送一定频 率的射频信号，当射频卡进入发射天线的工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内的内置天 线发送出去系统接收天线接收到的从射频卡发送来的载波信号，经 天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然 后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合 法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行 机构动作。有些系统还通过阅读器的RS232或RSR4855接口与外部 计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。 RFID标签天线有两种天线形式(1)线绕电感天线；(2)在 介质基板上压印或印刷刻腐的盘旋状天线。天线形式由载波频率、标 签封装形式、性能和组装成本等因素决定。例如，频率小于400KHz 时需要mH级电感量，这类天线只能用线绕电感制作；频率在4 30MHz 时，仅需几个碘，几圏线绕电感就可以，或使用介质基板上的刻腐天 线。选择天线后，下一步就是如何将硅IC贴接在天线上。IC贴接也 有两种基本方法(1)使用板上芯片(COB) ; (2)棵芯片直接贴 接在天线上。前者常用于线绕天线；而后者用于刻腐天线。CIB是将 谐振电容和RFID IC —起封装在同 一个管壳中，天线则用烙铁或熔焊 工艺连接在COB的2个外接端了上。由于大多数COB用于ISO卡， 一种符合ISO标准厚度(0.76 )规格的卡，因此COB的典型厚度约为 0.4mm。两种常见的COB封装形式是1ST采用的IOA2 ( MOA2 )和 美国HEI公司采用的World n 。棵芯片直接贴接减少了中间步骤，广泛地用于低成本和大批量应
用。直接贴接也有两种方法可供选择，(1)引线焊接；(2)倒装工 艺。采用倒装工艺时，芯片焊盘上需制作专门的焊球，材料是金的， 高度约25价，然后将焊球倒装在天线的印制走线上。引线焊接工艺较 简单，棵芯片直接用引线焊接在天线上，焊接区再用黑色环氧树脂密 封。对小批量生产，这种工艺的成本较低；而对于大批量生产，最好 采有倒装工艺。本发明中所述的无源RFID的制造方法以下步骤
(1) 切割硅芯片作为无源RFID的基底； (4) 对所述RFID进行封装。所述制造过程中的导电油墨印刷还可以用胶印、柔性版印刷来替 代。所述天线的贴附是使用直接贴接、引线焊接或倒装工艺中的任意 一种。所述封装使用的形式是FPGA封装形式。 MCRF 355/360是Microchip公司生产的13.56MHz器件。355 既可用于COB,也可用于直接贴接；而360内部有1个lOOpf电容， 只需外部电感。该器件近乎以100%调制发送数据，调制深度决定了 标签的线圏电压从"高"至"低"的变化，亦即区分调谐状态和去调 谐状态。外接元件值通常在三分之一至二分之一处优化。例如，在天线A 与天线B之间电感线圏是3圏的话，那未天线B至VSS之间为1圏。 当MCRF355制作成COB时，内置2个串联的68Pf相同电容。电容 Cl连接在天线A至天线B之间，C2在天线B至Vss之间。
为了达到设计的性能，标签应准确地调谐在读卡器的载波频率。 然而使用的元件总会有偏差的，引起读数距离的变化。电感的误差可 控制在1 2%以内，因此读数距离主要由电容误差引起的。外接电容 的误差应在5%以内，Q值大于100。 MCRF360R的内部电容是用氧 化硅制作的，同一硅片上的误差在5%以内，而不同批次的误差在10% 左右。 MCRF355/360的存储器数据可以托付生产厂在出厂前编程好， 也可以在现场用接触式编程器编程。图2-3示出了器件的连接方法。图2是为MCRF355设计的，外 接2个电感和1个电容，相应的谐振频率为 f(调谐)4/2p
f(去调谐)-l/2p
LT=L1+L2+Lm上式中，Lm是互感系数K;K是两个电感间耦合系数(0《K《1 )。
图3是MCRF360连接方法，由于它内部有一个电容，所以只需 外接2个电感就可以了，频率计算公式与MCRF355相同。
权利要求
1.一种在物流中使用的无源RFID，具有如下组成部分-标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；-阅读器，读取/写入标签信息的设备；-天线在标签和读取器间传递射频信号；其特征在于，该无源RFID使用在介质硅板上压印或印刷刻腐的盘旋状天线，具有直接贴接在天线上的裸芯片COB，且该裸芯片直接贴接在所述天线上。
2. 根据权利要求1的一种在物流中使用的无源RFID,所述无源RFID 的阅读器可设计为手持式或固定式。
3. 根据权利要求1的一种在物流中使用的无源RFID,所述COB采 用K)A2封装。
4. 根据权利要求1的一种在物流中使用的无源RFID,所述无源RFID 的存储器数据可以托付生产厂在出厂前编程好，也可以在现场用接触 式编程器编程。
全文摘要
为了降低在物流领域现有技术中已有的有源RFID较高的成本，本发明提供了一种在物流中使用的无源RFID，具有如下组成部分-标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；-阅读器，读取/写入标签信息的设备；-天线在标签和读取器间传递射频信号；其特征在于，该无源RFID使用在介质硅板上压印或印刷刻腐的盘旋状天线，具有直接贴接在天线上的裸芯片COB，且该裸芯片直接贴接在所述天线上。
文档编号G06K19/077GK101604405SQ200810112899
公开日2009年12月16日 申请日期2008年5月26日 优先权日2008年5月26日
发明者马玉清 申请人:北京中食新华科技有限公司