专利名称：一种无源射频传感装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及射频通信领域，特别是近场无线通信领域；本发明也涉及化学及生物传感技术领域，特别是电子标签的化学和生物传感应用。本发明的技术可以广泛用于和物联网相关的基于电子标签的传感检测物质的变化过程和结果、有毒有害物质的安全检测和控制。
背景技术：
近年来，物联网概念的不断普及，推动了基于近场射频通信技术的普及。特别是各种形式的电子标签的出现和应用，让近场射频通信的大量应用成为可能。但是，常规的近场射频通信技术基本上处于初级的应用阶段，因为目前绝大多数的应用没有一种有效的手断让让近场射频通信可以主动去获取需要的信息，而是通过人为写入信息的方式以获得后续各个应用点的数据处理和流转。仅有极少数的情况下，采用有源传感器和电子有源标签相结合，来实现自动数据采集和应用。但是这种情况下，往往电路复杂、设备昂贵、可靠性无法满足恶劣环境的要求；加上必须使用有源电路系统，电池的使用寿命有限；因此无法大量推广到需要长期使用、环境恶劣、低成本等要求的情况。当前主要的近场射频通信技术主要分为无源和有源两种；无源近场射频通信技术包括以下几种类型125KHz 130KHz的低频无源电子标签、13. 56MHz的高频无源电子标签、85(T960MHz的超高频无源电子标签。基于无源电子标签技术无一例外地仅能做到数据记录应用。如低频的动物管理标签、高频的电子标签火车票和公交一卡通及中国的二代身份证、超高频物流电子标签等。有源近场射频通信技术包括以下几种类型13. 56MHz的高频有源NFC通信技术、85(T960MHz的超高频有源电子标签、2. 45GHz和5. 8GHz微波频段有源射频通信技术。当有源射频通信集成电路和微处理器有机连接后，在微处理器的输入端口连接指定功能的传感器，可以实现将传感器感应的信息存储在微处理器或射频芯片的存储区内，再通过射频芯片的无线传输功能将数据传输到读写设备上。比如在冷链运输的过程中，必须采用温度实时记录的功能才能追溯过程中的温度变化情况，以保证冷藏物品的安全。在中国出现的儿童疫苗变质造成疫苗种植后的异常反映，就是对运输过程中环境管控不合理造成的。又比如在中国前两年出现的毒奶粉事件中，生产工厂的品质管理部门和国家各级食品安全管理部门根本无法及时有效地对存在问题的奶粉进行判断，导致毒奶粉流入市场很长一段时期，造成了许多生命的健康损害！到目前为止，还没有一种手段可以真正有效地进行管控。因为不管是生产日期、配方描述，还是各种抽检，仅能在一定程度上做到比之前更严格的控制，但从根本上讲，实现这些管控的前提还是人为的处理。稍有不慎或利益驱使，还是无法杜绝此类事件的重演。在近场射频通信的应用中，传感器就成了让电子标签智能化的核心，只有通过传感器主动全面地对物体客观地检测，才能真正发挥电子标签的作用，为将来的安全、高效、健康的物联网服务。因此，如何能实现低成本的产品，使产品适应长期使用、符合各种恶劣环境的应用需求是传感器技术的关键。
发明内容
本发明针对目前近场射频通信所存在的缺陷而提供的一种无源射频传感装置，可实现无源射频电子标签的传感器功能，对固体、液体和气体等物质进行基础特性检测和特性变化的检测。同时，作为无源器件，产品的使用寿命长，无须维护，适合在各种恶劣环境下应用。为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案
一种无源射频传感装置，所述无源射频传感装置包含了天线、芯片、基材；部分应用还需要一种特殊的感应膜。进一步的，所述无源射频传感装置的天线可以是多圈电感式天线，也可以是极化天线。天线的加工形式可以通过蚀刻工艺获得，也可以通过印刷或打印方式获得。再进一步，所述无源射频传感装置的芯片符合射频电子标签要求，其存储空间可读可写。芯片和天线的连接可采用表面贴装技术、倒封装技术、引线邦定技术等各种形式。再进一步，所述无源射频传感装置的基材是一种绝缘介质，如环氧树脂基板、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、纸等材料，适合在基材的表面制作天线，焊接芯片和附着感应膜。再进一步，所述无源射频传感装置的感应膜为多种化合物，根据不同的检测对象， 需要使用由不同特性的感应膜。如在检测氨气时用到一聚苯胺感应膜；而在检测极性和非极性的有毒气体进行监测采用聚氨酯感应膜。再进一步，所述无源射频传感装置在射频天线发生谐振的情况下，通过感应膜提高被检测物体的相对介电常数的变化的灵敏度，最终对原谐振特性产生的影响来判断物质变化的情况。再进一步，所述无源射频传感装置对物体相对介电常数的检测可以是非入侵检测，感应膜和被测物体不直接接触，也可以是入侵检测，感应膜和被测物体可直接接触。根据上述技术方案形成的无源射频传感装置，可以对固体、液体和气体在各种情况下的相对介电常数的变化，从而准确地判断出物体的即时状态。当射频电子标签接受到外部读写设备提供的射频信号时，芯片内部的整流电路将天线接收到的载波转换成直流电使芯片工作。芯片发出握手信号，使读写设备和芯片取得可信的通信。在初始化过程中，读写设备将标签所检测的当前信息写入标签的存储器内，作为一个基础数据。这个基础数据应该有一个指导性的范围，如果超出了范围，则被检测物体不符合预定的要求；反之，则认为基础数据是正确的，在下一次检测时将以基础数据作为参考。利用本发明的技术可实现对各种食品的安全标识和检测，如奶制品和饮料的配料符合性及新鲜度检测；奶粉及粉末类食品的配方及比率符合性检测；肉制品、蔬菜等食品的新鲜度检测；水果类食品新鲜度检测；危险气体检测，如矿井安全应用；河流、海洋水质监测；土壤监测等等。
以下结合附图
和具体实施方式
来进一步说明本发明。图I为本发明无源射频传感装置立体外观示意图。图2为本发明无源射频传感装置多圈天线平面及剖面结构示意图。
图3为本发明无源射频传感装置极化天线平面及剖面结构示意图。图4为利用本发明无源射频传感装置进行非入侵检测的方法示意图。图5为利用本发明无源射频传感装置进行入侵检测的方法示意图。图6为本发明的射频信号频率特性示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。本发明的目的是通过射频电子标签和感应膜的配合使用，对被检测物的相对介电常数的变化进行比较，从而获得物质变化的依据。为此，本发明提供一种无源射频传感装置7，该无源射频传感装置7与专用的读写设备9配合使用，形成完整的双向射频信号收发电路，带传感器的射频电子标签7和射频读写器9进行直接或间接的数据交换，形成一个完整的射频通信系统。上述无源射频传感装置7适合应用在低频、高频和超高频等通信频段的射频通信系统中使用；
实施例一
该实施例为采用芯片倒装技术，如图3所示，将具有IS018000-6C通信协议的超高频无源射频芯片4和柔性线路板的线路3贴合，使芯片4上的功能焊盘和柔性线路板上的功能焊盘通过接着剂可靠连接。该实施例中内置超高频无源射频电路的915MHz无线射频通信功能的芯片4为核心，一片集成了极化射频天线3的柔性线路板组成。芯片4通过植球工艺，在焊盘上加工了用于和天线焊盘直接连接的凸点，该凸点为金球，具有良好的导电性、极小的接触阻抗、在空气中具有优良的稳定性。金球在芯片I表面凸出一定的高度，适合芯片倒装工艺的要求。同时，芯片需要通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。本实施例的厚度选择250um，在不同的厚度要求中，可以减薄成任何需要的厚度，以实现需要的产品厚度要求。经过凸点加工好的芯片4贴装到柔性线路板上之前，需要在柔性线路板上对应的焊盘上加上接着剂，这种接着剂可以是单向异性导电胶，也可以是非导电胶。芯片4通过倒装设备贴装到对应位置，然后通过加热、加压工序使芯片上的金球与柔性线路板上的焊盘有效连接并将接着剂固化。如图4和图5所示，射频天线在射频通信电路中既承担了提供射频芯片工作所需要的电能的作用，也是传递射频通信信号8的载体。为了能使天线发挥良好的效果，必须使天线具有足够的灵敏度。在本实施例中，我们使天线的尺寸符合应用的要求，设计成开放式极化型天线，使天线的阻抗和芯片的特性相匹配。在零件安装面，采用喷涂技术在天线表面涂上一层0. Imm厚度的感应膜2，该感应膜是胶状物，需要在适当的温度下烘干、固化。加工后的产品通过冲切工艺将产品外形加工到需要的尺寸。40X30mm。在零件安装面贴上一层带离型纸的胶带，在胶带的适当位置冲切出避空图形，保证在贴合时不和零件干涉。
将加工好的产品的离型纸剥离，参见图4和图5，即可贴到非金属容器6的表面， 容器内有需要检测的物体5 ;需要检测的物体5可以是液体，也可以是粉末状固体或者其他形态的物质。当读卡器和本发明的无源射频传感装置发生通信的时候，专用读卡器9发送一组指令，通过无线载波8激活了无源射频传感装置，同时反馈一个指令给专用读卡器9，这时候的频率特性如图6的10曲线所示，其工作频点为13. 56MHz，波形幅度为6. 6DIV，经过读写器运算，可以将相关的数据如Q值和基础介电常数等重要数据写入芯片的存储区域内； 当到了下一个检测时间点，测出的频率特性如图6的11曲线所示，其工作频点为13. 86MHz, 波形幅度为5. 8DIV，同时，读写器将基础数据读出后和当前的数据进行比较，参数的差异部分经过和读写器的数据库查表后，反映出当前的状态及具体说明，这样就完成了整个带传感器的射频电子标签的加工和应用过程。实施例二
该实施例为采用芯片直接邦定技术将具有IS015693通信协议的高频无源射频芯片和环氧树脂线路板连接，参见图2，芯片上的功能焊盘和线路板上的功能焊盘通过超声波引线可靠连接，再用包封胶将芯片和引线封装在包封体4内，以保护芯片和引线。芯片通过减薄工艺将本体的厚度减薄到适当的厚度，以获得符合要求的产品厚度。本实施例的厚度选择80um，在不同的厚度要求中，可以减薄成任何需要的厚度，以实现需要的产品厚度要求。首先，通过点胶设备在线路板对应的位置上点上适量的接着剂，如银浆。然后通过芯片贴装设备将芯片贴装到线路板对应的位置，接着将半成品通过加热炉使接着剂固化。固化后的半成品通过引线焊接设备将芯片上的焊盘和线路板上的焊盘连接起来。连接用的引线可以是金线、铝线或铜线。最后通过封装工艺将芯片和引线包封起来。包封方式可以是采用液态树脂胶点胶包封或者固态树脂胶射出成型封装。电容器选择体积小、厚度薄的标准产品。本实施例的电容器选择长度为1.2mm,宽度为0.6mm，厚度为0.5mm的标准规格电容器，其容量为39pF，电容值精度为±5%。电容器的容值和精度是为了配合谐振天线的谐振频率来确定的，在本实施例中，为保证谐振频率在13. 56MHz ±300KHz的要求，电容器的精度不能大于±5%。电容器通过表面贴装工艺和线路板进行焊接。首先在线路板对应的焊盘上印刷焊锡膏，再通过表面贴装设备将电容器贴装到对应位置，最后通过回流焊炉加热使焊锡膏固化，完成电容器的加工。射频天线3在射频通信电路中既承担了提供射频芯片工作所需要的电能的作用， 也是传递射频通信信号的载体。为了能使天线发挥良好的效果，必须使天线具有足够的电感量，也要使天线的线圈截面积足够大。在本实施例中，我们使天线的尺寸符合应用的要求，设计8圈的饶线式天线,线径为0. 15mm,线与线之间的间距为0. 15mm。其他过程和实施例一相同。
权利要求
1.一种无源射频传感装置，所述无源射频传感装置包含了天线、芯片、基材；部分应用还需要一种特殊的感应膜。
2.权利要求I所述的无源射频传感装置的天线可以是多圈电感式天线，也可以是极化天线； 天线的加工形式可以通过蚀刻工艺获得，也可以通过印刷或打印方式获得。
3.权利要求I所述的无源射频传感装置的芯片符合射频电子标签要求，其存储空间可读可写；芯片和天线的连接可采用表面贴装技术、倒封装技术、引线邦定技术等各种形式。
4.权利要求I所述的无源射频传感装置的基材是一种绝缘介质，如环氧树脂基板、聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜、纸等材料，适合在基材的表面制作天线，焊接芯片和附着感应膜。
5.权利要求I所述的无源射频传感装置的感应膜为多种化合物，根据不同的检测对象，需要使用由不同特性的感应膜；如在检测氨气时用到一聚苯胺感应膜；而在检测极性和非极性的有毒气体进行监测采用聚氨酯感应膜。
6.权利要求I所述的无源射频传感装置在射频天线发生谐振的情况下，通过感应膜提高被检测物体的相对介电常数的变化的灵敏度，最终对原谐振特性产生的影响来判断物质变化的情况。
7.权利要求I所述的无源射频传感装置对物体相对介电常数的检测可以是非入侵检测，感应膜和被测物体不直接接触，也可以是入侵检测，感应膜和被测物体可直接接触。
全文摘要
一种无源射频传感装置，当外部射频信号激励本装置后，通过在射频天线上3的表面增加一种感应膜2，对感应区的物质介电常数或介电常数的变化进行检测，并把检测的结果记录在芯片4的存储空间里，再通过外部射频装置将芯片内的信息读取，从而实现对物质或物质的变化进行非入侵检测。本装置可应用于任何环境下的物体的特性检测，而且采用无源工作方式，适合长时间使用。
文档编号G06K17/00GK102622641SQ20111003248
公开日2012年8月1日 申请日期2011年1月30日 优先权日2011年1月30日
发明者杨阳, 陆红梅 申请人:上海祯显电子科技有限公司