超高频抗金属电子标签及生产方法与流程

本发明涉及一种超高频抗金属电子标签及生产方法，属于射频识别技术领域。

背景技术：

如图13所示，在很多应用中，rfid标签需要贴附于金属物体表面，具有类偶极子天线的普通无源超高频rfid标签应用于金属表面时，性能会急剧下降，甚至不能被有效读取。

金属物体对于标签天线参数及性能的影响，主要有两个方面，一个是天线场，一个是天线参数，如：阻抗，s参数，辐射效率。天线所工作的场中有rfid阅读器发射的入射波9和被金属表面6反射回来的金属表面反射波11，而rfid阅读器发射的入射波9与金属表面反射波11存在着一定的相位差，导致两者之间在一定程度上相互抵消使得场强减弱，这样，工作在此环境下的rfid电子标签7的天线便无法感应出足够的电流来为标签芯片提供能量，rfid电子标签7的天线无法反射出rfid电子标签的天线反射波10，使得标签芯片无法被激活导致无法工作：而天线参数变化是由于天线工作在金属表面的时候，将金属板看做天线自身的一部分，这样即使天线的物理尺寸没有发生变化，其阻抗值，s参数等等还是发生了改变，从而导致天线性能的下降。因此，在适用于金属环境时，设计合适的抗金属标签，是保证rfid系统应用效果的一个前提。超高频抗金属电子标签主要类型：常见的抗金属标签主要有abs类、pcb类、滴胶类、陶瓷类、泡棉类、柔性抗金属电子标签，并且可以制作成各种样式和形状，如条形、方形、圆形。抗金属标签被广泛应用在电力资产管理、企业资产管理、设备管理、危险品管理野外金属管理、物流里的托盘管理、资产追踪、金属货架管理等。

1、abs抗金属标签

该类标签结构主要是通过abs塑料外壳，增加标签与金属表面的距离来达到超高频标签抗金属的目的，缺陷是尺寸太大，读取效果一致性较差。

2、pcb抗金属标签

在众多pcb标签材料中，由阻燃剂4，fr-4，层压材料制成的抗金属rfid标签，虽然性能稳定，但是工序过程复杂，成本较高。

3、滴胶抗金属标签

采用泡棉与滴胶相结合的基材封装，成本较高，主要适合高频类抗金属电子标签的封装，相对而言读取距离有限。

4、陶瓷抗金属标签

采用特种陶瓷基材封装，可安装于金属物质表面，具有较强的防腐蚀性，可适用恶劣的工作环境。该类标签的最大缺陷是，工艺过程复杂，成本太高。

5、柔性抗金属标签

具有一定的柔性，可弯曲，其尺寸较小，具有一定的柔软性可贴弧度大的被贴物，但是读写距离较近，识别效果不好。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超高频抗金属电子标签，提升了电子标签的读写性能，保证了电子标签的读写距离。

本发明的另一目的是提供一种超高频抗金属电子标签的生产方法，工艺简单，生产效率高，成本低。

本发明所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设u型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。

介质基板的相对介电常数<2.8。通过设置一定厚度的低介电常数介质基板，消除了金属物表面与电子标签的天线反射电子波相位差造成的损耗，保证了电子标签的读写距离。

所述的天线主体辐射层两侧开设u型槽。

所述的天线主体辐射层两侧的u型槽交错布置。

所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带，第一天线微带设有第一触点；还包括设于天线底层上的第二天线微带，第二天线微带设有第二触点，第一触点和第二触点绑定芯片。

本发明所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：通过化学药剂蚀刻，得天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线主体辐射层两侧开设u型槽；

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：介质基板一端开设芯片避让孔；

(5)带胶的电子标签湿inlay产品的芯片对准介质基板的芯片避让孔，并以芯片为对称中心，对折天线的天线辐射主体层和天线底层，将天线辐射主体层和天线底层分别张贴到介质基板的两个面上，得超高频抗金属电子标签。

可以通过如下方法调节所述的超高频抗金属电子标签的中心频率，以便更好地匹配芯片的电性能。一是调整天线整体的长度和宽度；二是调整u型槽的长度和宽度，三是调整介质基板的厚度。上述三种调节方法可以选择任一种方法，或者任意两种及以上的组合。

根据微带天线的辐射原理，一个微带贴片天线的结构由辐射体、介质层和接地面组成。与天线性能相关的参数包括辐射体的长度l、辐射体的宽度w、介质的相对介电常数εr、损耗正切、介质层的长度和宽度。在给定上述参数的情况下，矩形微带天线的工作频率和辐射体的长度l、辐射体的宽度w相关。

公式中：

l为辐射体的长度、w为辐射体的宽度、c为电磁波传输速度、f0为电磁波频率、εγ为介质介电常数、δl为辐射缝隙尺寸。

根据上述理论依据和计算公式，对于不同的应用条件，可以通过调整各种参数和变量，让标签的电性能达到所希望的数值和目标。

本发明所述的超高频抗金属电子标签，天线主体辐射层即为辐射体，介质基板即为介质层，天线底层即为接地面。

所述的天线的材质为铝箔层通过胶粘剂层复合pet膜层。

所述的介质基板材质为聚丙烯pp。

所述的天线主体辐射层两侧的u型槽交错布置。

与现有技术相比，本发明所述的超高频抗金属电子标签的有益效果是：

1、本发明通过天线微带连接天线辐射主体层和天线底层，有效降低了电子标签阻抗实部，减少了能量在电子标签上的损耗，提升了电子标签的读写性能；

2、通过设置一定厚度的低介电常数介质基板，消除了金属物表面与电子标签的天线反射电子波相位差造成的损耗，保证了电子标签的读写距离；

3、天线底层与金属表面靠近或接触后，借助金属表面对电磁波的反射，提高电磁波的反射效率，对天线有增益效应。

与现有技术相比，本发明所述的超高频抗金属电子标签的生产方法有益效果是：

本发明工艺简单，生产效率高，成本低。

附图说明

图1是本发明的一实施例的结构示意图，

图2是本发明实施例1中天线结构示意图，

图3是图2中a处芯片绑定局部放大图，

图4是天线材质结构示意图，

图5是介质基板结构示意图，

图6是本发明的一实施例的张贴示意图。

图7是本发明实施例1在聚丙烯板上读取距离测试图，

图8是本发明实施例1在不锈钢板上读取距离测试图，

图9是本发明实施例2中天线结构示意图，

图10是本发明实施例2在聚丙烯板上读取距离测试图，

图11是本发明实施例2在不锈钢板上读取距离测试图，

图12是微带天线工作原理结构示意图，

图13是现有技术中rfid电子标签应用于金属表面时电子标签性能下降原理图。

图中：1、天线2、介质基板3、芯片4、金属物品表面5、超高频抗金属电子标签6、金属表面7、rfid电子标签8、rfid读写器9、rfid读写器发射的入射波10、rfid电子标签的天线反射波11、金属表面反射波12、辐射体13、辐射缝隙14、介质层15、接地面；

1.1、天线主体辐射层1.2、天线底层1.3、u型槽1.4、第一天线微带1.5、第二触点1.6、第二天线微带1.7、第一触点1.8、铝箔层1.9、胶粘剂层1.10、pet膜；

2.1、芯片避让孔。

图12中，l表示辐射体长度，w表示辐射体宽度，⊿l表示辐射缝隙。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案作进一步清楚、完整地描述：

实施例1

本发明所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：如图4所示，采用厚度30微米的pet膜层，胶粘剂层采用铝塑复合胶水，采用厚度10微米的铝箔层1.8，铝箔层通过胶粘剂层1.9复合pet膜层1.10，经过熟化后做成天线蚀刻材料；通过化学药剂蚀刻，得如图2所示的天线1，天线1包括天线主体辐射层1.1和天线底层1.2，天线主体辐射层1.1和天线底层1.2之间通过天线微带连接，天线主体辐射层1.1两侧开设u型槽1.3；所述的天线主体辐射层1.1两侧的u型槽1.3交错布置。

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：如图5所示，选用5毫米厚的聚丙烯pp作为介质基板材质，介质基板2一端开设芯片避让孔2.1；聚丙烯pp有很好的电性能，包括高介电强度，低介电常数和低损耗因子。其中电力应用一般选择均聚物。

(5)如图1所示，带胶的电子标签湿inlay产品的芯片3对准介质基板2的芯片避让孔2.1，并以芯片3为对称中心，对折天线1的天线辐射主体层1.1和天线底层1.2，将天线辐射主体层1.1和天线底层1.2分别张贴到介质基板2的两个面上，得超高频抗金属电子标签5。

可以通过如下方法调节所述的超高频抗金属电子标签的中心频率，以便更好地匹配芯片的电性能。一是调整天线整体的长度和宽度；二是调整u型槽的长度和宽度；三是调整介质基板的厚度。上述三种调节方法可以选择任一种方法，或者任意两种及以上的组合。

如图12所示，根据微带天线的辐射原理，一个微带贴片天线的结构由辐射体12、介质层13和接地面14组成。接地面14用于直接接触物品表面。与天线性能相关的参数包括辐射体的长度l、辐射体的宽度w、介质的相对介电常数εr、损耗正切、介质层的长度和宽度。在给定上述参数的情况下，矩形微带天线的工作频率和辐射体的长度l、辐射体的宽度w相关。

公式中：

l为辐射体的长度、w为辐射体的宽度、c为电磁波传输速度、f0为电磁波频率、εγ为介质介电常数、δl为辐射缝隙尺寸。

根据上述理论依据和计算公式，对于不同的应用条件，可以通过调整各种参数和变量，让标签的电性能达到所希望的数值和目标。

本发明所述的超高频抗金属电子标签，天线主体辐射层即为辐射体，介质基板即为介质层，天线底层即为接地面。如图1-图6所示，本发明所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设u型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。所述的天线主体辐射层两侧开设u型槽。所述的天线主体辐射层两侧的u型槽交错布置。所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带1.4，第一天线微带1.4设有第一触点1.7；还包括设于天线底层1.5上的第二天线微带1.6，第二天线微带1.6设有第二触点1.5，第一触点1.7和第二触点1.5绑定芯片3。超高频抗金属电子标签在张贴使用时，要求天线底层1.2靠近金属物品表面4，天线辐射主体层1.1朝外进行固定使用。超高频抗金属电子标签也可以张贴在非金属物品表面使用。

如图7所示，uhf抗金属电子标签在非金属物品表面上时，经过聚星rfid综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925mhz，前向读取距离分别为：10.22米、11.08米、11.77米,平均11.02米。中心频率920-925mhz。

如图8所示，uhf抗金属电子标签在不锈钢板表面上时，经过聚星rfid综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925mhz，读取距离分别为：18.25米、19.92米、19.92米,平均19.36米。中心频率925-930mhz。

3个样品就是按照天线设计做成完全一致的3个电子标签，在聚星测试仪器上进行相同条件下的测试，测试结果反映在图纸的曲线形状上，可以对比标签性能的一致性和稳定性。

实施例2

本发明所述的超高频抗金属电子标签的生产方法，包括以下步骤：

(1)蚀刻天线：如图4所示，采用厚度30微米的pet膜层，胶粘剂层采用铝塑复合胶水，采用厚度10微米的铝箔层，铝箔层通过胶粘剂层复合pet膜层，经过熟化后做成天线蚀刻材料；通过化学药剂蚀刻，得如图9所示的天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线主体辐射层两侧开设u型槽；所述的天线主体辐射层两侧的u型槽交错布置。

(2)芯片绑定：在芯片绑定设备上，采用导电胶绑定芯片到天线微带上，得电子标签干inlay产品；

(3)电子标签干inlay产品涂布不干胶或复合不干胶后，经过模切排废，得带胶的电子标签湿inlay产品；

(4)介质基板：如图5所示，选用4毫米厚的聚丙烯pp作为介质基板材质，介质基板一端开设芯片避让孔；聚丙烯pp有很好的电性能，包括高介电强度，低介电常数和低损耗因子。其中电力应用一般选择均聚物。

(5)如图1所示，带胶的电子标签湿inlay产品的芯片对准介质基板的芯片避让孔，并以芯片为对称中心，对折天线的天线辐射主体层和天线底层，将天线辐射主体层和天线底层分别张贴到介质基板的两个面上，得超高频抗金属电子标签5。

可以通过如下方法调节所述的超高频抗金属电子标签的中心频率，以便更好地匹配芯片的电性能。一是调整天线整体的长度和宽度；二是调整u型槽的长度和宽度，三是调整介质基板的厚度。上述三种调节方法可以选择任一种方法，或者任意两种及以上的组合。

如图1、图3-图6和图9所示，本发明所述的超高频抗金属电子标签，包括天线，天线包括天线主体辐射层和天线底层，天线主体辐射层和天线底层之间通过天线微带连接，天线微带上绑定芯片；天线主体辐射层上开设u型槽，天线主体辐射层和天线底层之间夹装介质基板，介质基板位于天线微带一端开设芯片避让孔。所述的天线主体辐射层两侧开设u型槽。所述的天线主体辐射层两侧的u型槽交错布置。所述的天线微带包括设于天线主体辐射层上的第一天线微带，第一天线微带设有第一触点；还包括设于天线底层上的第二天线微带，第二天线微带设有第二触点，第一触点和第二触点绑定芯片。超高频抗金属电子标签在张贴使用时，要求天线底层靠近金属物品表面，天线辐射主体层朝外进行固定使用。

如图10所示，uhf抗金属电子标签在非金属物品表面上时，经过聚星rfid综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925mhz，读取距离分别为：9.23米、11.25米、11.54米，平均10.67米。中心频率925-930mhz。

如图11所示，uhf抗金属电子标签在不锈钢板表面上时，经过聚星rfid综合测试仪测试，在符合国家标准的频率范围，920-925mhz，读取距离分别为16.72米、19.01米、18.88米，平均18.02米。中心频率930-935mhz。

3个样品就是按照天线设计做成完全一致的3个电子标签，在聚星测试仪器上进行相同条件下的测试，测试结果反映在图纸的曲线形状上，可以对比标签性能的一致性和稳定性。

本发明中对结构的方向以及相对位置关系的描述，如前后左右上下的描述，不构成对本发明的限制，仅为描述方便。