高频rfid柔性标签的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高频RFID柔性标签，包括RFID芯片、RFID芯片保护胶体、天线、基板和柔性封装外壳；还包括凹形天线保护盖和密封保护盖，所述凹形天线保护盖完全覆盖于天线上，且凹形天线保护盖中心设有开孔，所述开孔暴露出RFID芯片与天线的固定处，所述密封保护盖完全覆盖开孔且设置于凹形天线保护盖的上侧；所述基板的下侧设置有凹形基板保护盖，并与凹形天线保护盖接触；所述RFID芯片包括连接在天线两端的防静电模块，以及一个电压钳位电路模块和一个整流器模块。本实用新型对RFID芯片进行三重保护，从而使得RFID标签具有承受外部压力、耐高温和防腐蚀等优势。另外，极大地降低了RFID的制造成本和芯片的长期可靠性。
【专利说明】高频RFID柔性标签
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线通信领域，具体是一种高频RFID柔性标签。
【背景技术】
[0002]近年来，随着通信技术的不断发展，以射频技术为依托，以无线通信技术为手段的近距离通信得到不断完善，RFID (Rad1 Frequency Identificat1n,简称RFID)射频识别技术应运而生。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它可以透过外部材料，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术不仅可以识别高速运动物体而且可以同时识别多个标签，操作方便快捷。电子标签RFID便是在此技术基础上产生的。
[0003]由于电子标签RFID具有非常大的信息储存量，因此，在现代物流、电力资产管理及食品溯源等领域具有非常广泛的应用，从而电子标签RFID的制作和封装成为RFID射频识别技术得以在相关领域应用的硬件保障。现有的RFID标签设计虽然能够减少部分弯曲应力对电路芯片的影响，但是当物体处于弯曲压力、高温、腐蚀等恶劣环境条件下时，RFID芯片及天线容易因弯曲压力、高温和腐蚀等因素影响而从基材板上脱落，从而严重影响扫描设备对电子标签RFID内置信息的读取。
[0004]另外，高频无源RFID标签(13.56MHz)包含天线、模拟前端、数字处理部分及存储单元。从设计方面来说，由于标签是无源的，即内部电路所需能量均来自与读卡器天线间的祸合，并通过整流器模块将耦合到的交流电转换成直流电作为内部其它模块的电源电压，因此要求RFID标签具备低功耗、内部稳定电源和较大的动态范围等特点。当磁场强度较高时，在RFID标签天线上会感应高达十几至二十伏的交变电压，而RFID中部分电路可能因为需要有EEPROM而采用低压制造工艺制造。通常为了耐高压，需要额外的二十伏的器件作为模拟前端的整流器模块器件，这大大增加了成本。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的在于提供一种高频RFID柔性标签，该标签在弯曲情况下可以进行正常读取数据信息；另外，采用低电压器件电路设计，减少了制造工艺的难度，降低了芯片的成本，提闻了芯片的使用寿命。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案:
[0007]一种高频RFID柔性标签，包括RFID芯片、RFID芯片保护胶体、天线、基板和柔性封装外壳，所述RFID芯片与天线进行导电连接，天线设置在基板上，RFID芯片保护胶体覆盖于RFID芯片上；还包括凹形天线保护盖和密封保护盖，所述凹形天线保护盖完全覆盖于天线上，且凹形天线保护盖中心设有开孔，所述开孔暴露出RFID芯片与天线的固定处，且凹形天线保护盖的厚度大于RFID芯片的厚度，所述密封保护盖完全覆盖开孔且设置于凹形天线保护盖的上侧；所述基板的下侧设置有凹形基板保护盖，且凹形基板保护盖完全覆盖基板，并与凹形天线保护盖接触；所述RFID芯片包括连接在天线两端的防静电模块，以及一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块与整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据整流器模块的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。
[0008]作为本实用新型进一步的方案:所述密封保护盖、凹形天线保护盖和凹形基板保护盖采用耐高温材料制作；所述柔性封装外壳采用柔性材料制作。
[0009]作为本实用新型进一步的方案:所述电压钳位电路模块从整流器模块输出与地之间依次串联有N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5，以及一个电阻R1，所述N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5的栅极都与其各自的漏极相连接，前一个N型场效应管的源极与后一个N型场效应管的漏极相连接，所述N型场效应管Ml的漏极连接整流器模块的输出，N型场效应管M5的源极连接电阻Rl的一端，N型场效应管M6的栅极和漏极都连接到N型场效应管Ml的源极，N型场效应管M7的栅极连接N型场效应管M2的源极，N型场效应管M7的源极连接N型场效应管M5的源极，N型场效应管M6的源极连接N型场效应管M7的漏极以及N型场效应管M3的栅极，N型场效应管M3的源极接地，所述天线两端之间还串联连接有两个N型场效应管M8和N型场效应管M9，所述N型场效应管M8的栅极和漏极都接到所述天线的一端，所述N型场效应管M9的栅极和漏极都接到天线的另一端，所述N型场效应管M8和N型场效应管M9的源极都连接到N型场效应管M3的漏极。
[0010]作为本实用新型进一步的方案:所述整流器模块与电压钳位电路模块整合在一起，所述整流器模块包括N型场效应管M10，N型场效应管M11，N型场效应管M12和N型场效应管M13，所述N型场效应管MlO的漏极，N型场效应管Ml I的栅极，以及M12的栅极和漏极连接到所述天线的一端，所述N型场效应管MlO的栅极，N型场效应管Mll的漏极，以及N型场效应管M13的栅极和漏极连接到天线的另一端，所述N型场效应管MlO的源极和N型场效应管Mll的源极都接地，所述N型场效应管M12的源极和N型场效应管M13的源极相连接作为整流器模块的输出。
[0011]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:本实用新型密封保护盖、凹形天线保护盖和凹形基板保护盖对RFID芯片进行三重保护，同时标签的外封装采用柔性材料制作，承受外部压力，从而使得RFID标签具有承受外部压力、耐高温和防腐蚀等优势，提高了实际应用中对RFID标签中储存信息的读取速度和可靠性。另外，采用电压钳位电路模块使整流器上的高压可以通过并行的支路放掉，而在低磁场强度时该电压钳位电路模块不起作用，这样只需常规器件就可完成RFID标签的芯片设计和制造，避免开发用于RFID整流器的高压器件，节省了光刻板的层数，极大地降低了 RFID的制造成本和芯片的长期可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为高频RFID柔性标签的结构示意图。
[0013]图2为高频RFID柔性标签中RFID芯片的整体电路图。
[0014]图3为RFID芯片中电压钳位电路模块和整流器模块的电路图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016]请参阅图1，一种高频RFID柔性标签，包括RFID芯片1、RFID芯片保护胶体2、天线6、基板7和柔性封装外壳9，所述RFID芯片I与天线6进行导电连接，天线6设置在基板7上，RFID芯片保护胶体2覆盖于RFID芯片I上；还包括凹形天线保护盖5和密封保护盖3，所述凹形天线保护盖5完全覆盖于天线6上，且凹形天线保护盖5中心设有开孔4，所述开孔4暴露出RFID芯片I与天线6的固定处，且凹形天线保护盖5的厚度大于RFID芯片I的厚度，所述密封保护盖3完全覆盖开孔4且设置于凹形天线保护盖5的上侧；为了对RFID芯片1、天线6和基板7进行进一步地固定和保护，所述基板7的下侧设置有凹形基板保护盖8，且凹形基板保护盖8完全覆盖基板7，并与凹形天线保护盖5接触。
[0017]所述密封保护盖3、凹形天线保护盖5和凹形基板保护盖8采用耐高温材料制作；例如，耐高温材料可以采用耐高温PET材料等耐高温材料制作；所述柔性封装外壳9采用柔性材料制作。柔性材料可以选择硅胶或者塑料或者石油衍生品等柔性材料。
[0018]本实用新型中所述RFID芯片I与天线6之间采用点胶方式进行固定，为了限制点胶在高温状态下流动，使凹形天线保护盖5不至于因点胶凝固而呈凸起状从而影响密封保护盖3的固定效果，在此所采取的措施是在凹形天线保护盖5上设置开孔4。在使用过程中为了避免天线6因标签弯折、扭曲等外力影响造成的损害，凹形天线保护盖5完全覆盖天线6，凹形天线保护盖5的厚度大于RFID芯片I的厚度，当对RFID芯片I与天线6以点胶的方式进行固定后，RFID芯片I与天线6的固定处便处于凹形天线保护盖5的开孔4内，从而可以避免周围压力的影响，起到了保护作用。所述密封保护盖3完全覆盖开孔4，可以使得RFID芯片I与天线6的固定处处于一个由凹形天线保护盖5和密封保护盖3围成的封闭空间内，从而减少了外部压力、温度等因素的影响。
[0019]请参阅图2，所述RFID芯片I包括连接在天线6两端的防静电(ESD)模块，以及一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块与整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据整流器模块的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值；所述预设值为5V。
[0020]所述整流器模块和模拟及数字电路模块采用低压器件工艺制造。本实用新型通过与读卡器天线间的耦合，标签天线两端得到频率为13.56MHz的交变电压和电流，经过桥式整流器模块(Rectifier)整流，将交变电压变为直流电压，作为后继模拟和数字模块的电源电压。当标签与读卡器距离很近，即磁场强度较高时，标签天线两端将藕合到很高的电压，此时电压钳位电路模块将对地放电，限制天线电压；反之，当天线电压较低(小于5V)时，电压钳位电路模块将不起作用。这样，在不同距离处均保证天线电压不超过5V，从而可以在天线ESD保护电路和整流器模块电路中使用低压常规器件。
[0021]请参阅图3，所述电压钳位电路模块从整流器模块输出与地之间依次串联有N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5，以及一个电阻Rl，所述N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5的栅极都与其各自的漏极相连接，前一个N型场效应管的源极与后一个N型场效应管的漏极相连接，所述N型场效应管Ml的漏极连接整流器模块的输出，N型场效应管M5的源极连接电阻Rl的一端，N型场效应管M6的栅极和漏极都连接到N型场效应管Ml的源极，N型场效应管M7的栅极连接N型场效应管M2的源极，N型场效应管M7的源极连接N型场效应管M5的源极，N型场效应管M6的源极连接N型场效应管M7的漏极以及N型场效应管M3的栅极，N型场效应管M3的源极接地，所述天线6两端之间还串联连接有两个N型场效应管M8和N型场效应管M9，所述N型场效应管M8的栅极和漏极都接到所述天线的一端，所述N型场效应管M9的栅极和漏极都接到天线6的另一端，所述N型场效应管M8和N型场效应管M9的源极都连接到N型场效应管M3的漏极。
[0022]本实用新型中，VDD为交流电压经过整流得到的直流电压，N型场效应管M1，N型场效应管M2，N型场效应管M4，N型场效应管M5均为二极管接法，Rl为限流电阻，对VDD进行串联分压，得到N型场效应管M6，N型场效应管M7的栅极工作电压；N型场效应管M3为对地钳位管，栅极电压经过N型场效应管M6，N型场效应管M7分压得到，即通过控制栅极电压可以调整放电的强弱程度。N型场效应管M8，N型场效应管M9为二极管接法，对称连接于天线两端，由于天线6两端antl，ant2输入的是差分信号，因此在一个交流周期内N型场效应管M3分别对天线6两端放电。
[0023]电压钳位电路模块的工作原理是:当天线感应电压峰值大于5V时，VDD的值也会相应较高，由N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4，N型场效应管M5，N型场效应管M6和N型场效应管M7构成的电压检测电路将控制N型场效应管M3管放电，天线电压越高，N型场效应管M3的栅极偏置电压也越高，放电能力也越强；反之，当天线电压小于5V时，N型场效应管M3管的栅极偏置电压变低，当低于N型场效应管M3的闰值电压时，放电管就会关断，电压钳位电路模块不再起作用。
[0024]本实用新型中，所述整流器模块与电压钳位电路模块整合在一起，所述整流器模块包括N型场效应管M10，N型场效应管M11，N型场效应管M12和N型场效应管M13，所述N型场效应管MlO的漏极，N型场效应管Mll的栅极，以及M12的栅极和漏极连接到所述天线的一端，所述N型场效应管MlO的栅极，N型场效应管Ml I的漏极，以及N型场效应管M13的栅极和漏极连接到天线6的另一端，所述N型场效应管MlO的源极和N型场效应管Mll的源极都接地，所述N型场效应管M12的源极和N型场效应管M13的源极相连接作为整流器模块的输出。
[0025]N型场效应管MlO—M13是全波整流结构，CO为滤波电容。根据上述钳位电路的工作原理天线的峰值电压将被有效钳制在5V以内，因此与天线有直接连接关系的器件，如整流器模块，将可以用5V低压工艺实现。
[0026]综上所述，本实用新型采用电压钳位电路模块使整流器模块上的高压可以通过并行的支路放掉，而在低磁场强度时该电压钳位电路模块不起作用，这样只需常规器件就可完成RFID标签的芯片设计和制造，避免开发用于RFID整流器模块的高压器件，节省了光刻板的层数，极大地降低了 RFID芯片的制造成本和芯片的长期可靠性。
[0027]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0028]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
【权利要求】
1.一种高频RFID柔性标签，包括RFID芯片、RFID芯片保护胶体、天线、基板和柔性封装外壳，其特征在于，所述RFID芯片与天线进行导电连接，天线设置在基板上，RFID芯片保护胶体覆盖于RFID芯片上；还包括凹形天线保护盖和密封保护盖，所述凹形天线保护盖完全覆盖于天线上，且凹形天线保护盖中心设有开孔，所述开孔暴露出RFID芯片与天线的固定处，且凹形天线保护盖的厚度大于RFID芯片的厚度，所述密封保护盖完全覆盖开孔且设置于凹形天线保护盖的上侧；所述基板的下侧设置有凹形基板保护盖，且凹形基板保护盖完全覆盖基板，并与凹形天线保护盖接触；所述RFID芯片包括连接在天线两端的防静电模块，以及一个电压钳位电路模块和一个整流器模块，所述电压钳位电路模块与整流器模块并联连接，所述整流器模块的输出同时提供给电压钳位电路模块和后续的模拟及数字电路模块，所述电压钳位电路模块根据整流器模块的电压输出控制天线两端的电压值不超过一个预设值。
2.根据权利要求1所述的高频RFID柔性标签，其特征在于，所述密封保护盖、凹形天线保护盖和凹形基板保护盖采用耐高温材料制作；所述柔性封装外壳采用柔性材料制作。
3.根据权利要求1所述的高频RFID柔性标签，其特征在于，所述电压钳位电路模块从整流器模块输出与地之间依次串联有N型场效应管Ml，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5，以及一个电阻R1，所述N型场效应管M1，N型场效应管M2，N型场效应管M4和N型场效应管M5的栅极都与其各自的漏极相连接，前一个N型场效应管的源极与后一个N型场效应管的漏极相连接，所述N型场效应管Ml的漏极连接整流器模块的输出，N型场效应管M5的源极连接电阻Rl的一端，N型场效应管M6的栅极和漏极都连接到N型场效应管Ml的源极，N型场效应管M7的栅极连接N型场效应管M2的源极，N型场效应管M7的源极连接N型场效应管M5的源极，N型场效应管M6的源极连接N型场效应管M7的漏极以及N型场效应管M3的栅极，N型场效应管M3的源极接地，所述天线两端之间还串联连接有两个N型场效应管M8和N型场效应管M9，所述N型场效应管M8的栅极和漏极都接到所述天线的一端，所述N型场效应管M9的栅极和漏极都接到天线的另一端，所述N型场效应管M8和N型场效应管M9的源极都连接到N型场效应管M3的漏极。
4.根据权利要求1或3所述的高频RFID柔性标签，其特征在于，所述整流器模块与电压钳位电路模块整合在一起，所述整流器模块包括N型场效应管M10，N型场效应管M11，N型场效应管M12和N型场效应管M13，所述N型场效应管MlO的漏极，N型场效应管Mll的栅极，以及M12的栅极和漏极连接到所述天线的一端，所述N型场效应管MlO的栅极，N型场效应管Mll的漏极，以及N型场效应管M13的栅极和漏极连接到天线的另一端，所述N型场效应管MlO的源极和N型场效应管Mll的源极都接地，所述N型场效应管M12的源极和N型场效应管M13的源极相连接作为整流器模块的输出。
【文档编号】G06K19/077GK203941543SQ201420323183
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】郭文卓 申请人:江苏省烟草专卖局