专利名称：针对基于pcb的自动可跟踪性的系统、装置及方法
技术领域：
本发明涉及使用蜂窝电话接地面作为RFID IC管芯的天线的系统、装置及方法，所 述RFID IC管芯安装在PCB表面上或嵌入附着于天线的PCB层中，以形成RFID应答器。更 具体地，本发明涉及除了裂缝接地面之外还使用已有或添加的迹线(trace)作为RFID IC 的天线。最具体地，利用本发明通过使用修改为包括根据本发明的应答器的PCB，增强了对 PCB和包含PCB的最终产品的RFID供应链管理，以实现装配级的自动化跟踪能力。
背景技术：
电子印刷电路板(PCB)的生产和使用在复杂度和多样性方面不断提高，这需要相 应地在PCB装配级增强供应链以管理生产过程。此外，可以对其应用电子标签(electronic tagging)的供应链过程包括PCB的后勤和跟踪。蜂窝电话制造商需要在装配级的PCB可跟 踪性，使得蜂窝电话PCB生产过程需要在电路板生产的每个阶段识别和监控PCB，以精确知 道产品的位置及产品的当前测试状态。 典型地，使用视线条形码2D系统来实现PCB的供应链跟踪。在装配过程中的不同 步骤有读取条形码的问题，并且条形码也会遭到破坏或丢失。例如，需要瞬间高温来将组件 焊接到PCB，并且PCB清洁过程需要酸、溶剂和碱金属，所有这些都会在一定程度上破坏胶 粘标签以至于胶粘标签脱落或变得难以辨认。RFID IC不大可能遭遇这些情况，并且，如果 将RFID IC安装于蜂窝电话上作为第一组件，则RFID IC在任何阶段/测试中提供PCB位 置信息。因此，使用RFID IC来监控/记录PCB进程可以提供对于蜂窝电话PCB而实现的 生产活动的审计尾迹(audit trail)。 现有技术PCB RFID规定通过近场(Fresnel)现象使用环路迹线来与RFID设备通 信。这种类型的现有技术PCB RFID在PCB上占用了额外的昂贵面积。
发明内容
本发明利用PCB的已有电路迹线或接地面。本发明的一个实施例使用接地面，以
使需要去除的接地面最小的方式在接地面上形成裂缝(形成偶极或折叠偶极天线)，从而 对包含PCB的最终产品(例如蜂窝电话)的操作造成最小的影响，并利用了Frauhaufer区，
其中与仅有磁场相比，由于电磁场而导致了更为高效的通信。 这就是说，本发明提供了 使用IC表面安装倒装片(flip chip)或嵌入技术，以 在PCB内包含RFID IC以及偶极天线，在裂缝接地面天线的示例中，这并不占用任何额外面 积。可以在所有的PCB装配过程(跟踪和记录SMT缺陷、实时SMT过程控制、修复以及重做 历史)、测试(测试期间的重做、测试过程控制)、最终产品装配(混合线装配跟踪、自动化
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装配管理)以及供应链管理(更为精确的发货量、提高的劳动力利用率、更短的交付周期、
降低零售脱销、提高供应链效率以及防止偷窃和伪造)跟踪RFID IC和天线。 PCB的裂缝接地面仅是本发明天线设计的一个实施例，在其他实施例中，可以将其
他已有或添加的迹线而不是裂缝接地面作为天线与RFID IC—起使用。 本发明还为PCB以及包含PCB的产品提供了改进的供应链管理。主要蜂窝电话制
造商需要在装配级的PCB可跟踪性，以便在相同装配线上以略微不同的选项和B0M(材料
单)同时制造相似产品以满足地理性市场需求时，使这种PCB的板上组装自动化。典型地，
最终将所制造的RFID IC嵌入PCB层中或嵌入安装在附着于天线的PCB的表面上的倒装片
中。本发明的一个新方法是利用PCB的已有接地面。在本发明的实施例中，在PCB的所有
层上的接地面上形成裂缝允许偶极天线结构，该偶极天线结构提供所接收的足够的能量级
以将电路供电至开启状态，从而允许RFID/电子产品码事务。 例如，使用与IT网络连接的专用RFID询问器来进行RFID供应链管理，使得可以 在PCB的整个装配过程中以自动化方式实现材料单。最终产品的制造商也可以在制造商的 项目级供应管理(例如存货量、发货量以及返回量)中使用专用RFID询问器。
通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其他特征以及优点将变得更为明 显，附图中 图1A是示出了采用100%接地面裂缝的本发明的实施例的视图； 图1B是示出了长度为L的部分裂缝接地面的本发明实施例的视图； 图2示出了具有多个单独PCB的PCB面板，每个单独PCB各自的裂缝接地面天线
连接至具有唯一序列号的RFID IC。 图3示出了安装在与裂缝接地面天线连接的PCB的表面上的RFIDIC倒装片的示 例。 图4是示出了根据本发明的RFID IC管芯的焊盘布置的示例的视图； 图5是示出了根据本发明的使用询问器的RFID IC的操作的视图； 图6是产品的装配过程的系统的视图，所述装配过程利用了天线的使用并需要自
动可跟踪性，其中，嵌入式RFID IC附着于天线并且所述嵌入式RFID IC是在所述过程的第
一步骤中被嵌入的，针对过程中的每个步骤，使用由所附着的天线提供的电源，由专用询问
器来询问所述嵌入式RFID IC。 图7是示出了根据本发明的包括具有嵌入式RFID管芯的PCB在内的蜂窝电话的 视图。
具体实施例方式
在以下论述中，使用关于PCB的装配跟踪过程作为示例。可以使用本发明来对需 要装配过程自动可跟踪性并包括根据本发明的PCB在内的任何最终产品进行跟踪。
本发明提供了一种系统、装置及方法，使用IC嵌入技术来将RFIDIC与偶极天线一 起嵌入PCB内，所述RFID IC在裂缝接地面天线的示例中不占用PCB内的任何额外面积。这 种配置允许偶极结构提供所接收的足够的能量级以将RFID IC 101电路供电至"开启"状
7态，从而允许RFID IC 101/电子产品码事务。包括嵌入式RFID IC IOI在内的管芯允许薄 型(low profile)配置，这在RFID加标记应用中是必需的。可以在所有装配过程中对以这 样的RFID IC 101标记(即包含这样的RFIDIC 101)并且包括这样的用于向RFID IC 101 供电的天线的PCB或最终产品进行跟踪，在最终产品中完成装配过程之后使用所述PCB或 最终产品来进行进一步的跟踪(例如为PCB提供服务)、真实性验证以及供应链管理活动。
在本发明的第一实施例中，参见图1A， PCB 100包括裂缝接地面天线102和RFID IC管芯101，所述RFID IC管芯101包括PCB的唯一 ID，PCB 100是嵌入PCB 100中的第一 组件，以对PCB 100的制造过程进行管理。如图IA所示，接地面可以形成100%裂缝102，或 如图IB所示形成部分裂缝103至预定长度。裂缝的长度和形状基于最终产品所需要的特 定接地以及RFID IC阻抗与裂缝接地面天线之间的匹配，以使转移至RFID IC以及从RFID IC转移来的功率最大。该长度和形状直接影响RFID天线的性能。可选地，在可选实施例中 使用其他已有或添加的迹线来代替裂缝接地面作为天线，其中将所述天线作为第一组件与 包含PCB的唯一 ID在内的RFID IC —起添加。 在图2中示出了实现RFID的PCB面板的示例，所述PCB面板在面板内的每个单独 PCB 100上包括RFID IC和裂缝接地面天线。如图3所示，根据本发明，面板内的每个PCB IOO包括附着于RFID IC 101的裂缝接地面天线，并且具有唯一的序列号以及可以使用用 于跟踪和自动化的附加信息来编程的附加存储器。 图4示出了根据本发明的RFID IC的PCB焊盘布置的示例。如所示出的，在裂缝 接地面天线的一端，PCB焊盘布置具有附着有RFID IC101的4个I/0焊盘连接点。RFID IC 4个连接点由两个测试焊盘TP1 401和TP2 402组成，这两个测试焊盘是在晶片处理测试 期间使用的，并且还用于对PCB的机械附着支撑。根据本发明，RFN 403和RFP 404是RFID IC 101的RF端口，所述RF端口附着于PCB上的偶极天线或裂缝接地面的每一侧，在所述 RF端口处，将从询问器发送至裂缝接地面天线的能量传递至RFID IC 101。焊盘的大小以 及焊盘之间的距离由RFID IC IOI来确定，并且根据其制造商的不同而不同。
在本发明的所有实施例中，如图6所示，RFID供应链管理采用与IT网络连接的 RFID询问器/读取器501，并且允许在整个PCB SMT装配过程中以自动化方式来完成材料 单、进行过程控制、跟踪SMT缺陷等。询问器/读取器501通过天线601向RFID IC 101发 送事务请求，所述RFID IC 101然后发送对所请求的事务的响应，例如，如图5所示，将其 ID 502发送至RFID天线601和询问器501。在制造商自己的项目级供应管理中(例如存 货量、发货量以及返回量)，包含PCB 100在内的最终产品制造商还可以使用这种RFID IC 101以及自己专用RFID询问器/读取器501和天线601。 现在参考图6，在装配过程的每一站都有天线601和读取器/询问器501，它们可 以与过程中处于该阶段的PCB 100通信。可选地，还可以对整条线有几个询问器501，这些 询问器501分别与多根天线连接。针对特定装配应用控制而开发的软件/中间件系统602 与询问器501通信，以确定哪个询问器和天线正在与PCB IOO通信，并确定PCB 100处于 SMT装配过程中的哪个位置。从实现RFID IC 101的PCB 100中读取信息，并且，还在该过 程中的每个阶段将所述信息写入PCB 100上RFIDIC IOI的附加存储器。
现在参考图7，示出了将蜂窝电话修改为包括根据本发明的PCB100的步骤。图7. 1 示出了在PCB 100表面安装的封装的RFID IC管芯lOl。图7.2是空的蜂窝电话的示例。图7. 3示出了根据本发明实施例的在具有裂缝接地面天线102的蜂窝电话中安装的实现RFID 的PCB 100。裂缝的长度和形状确定了天线的阻抗特征和谐振频率。天线阻抗与RFID IC 匹配得越好，并且对于工作频率优化得越好，则RFID的性能越好。在图l所示的示例中，与 图1B所示的裂缝接地面天线相比，图1A中的天线与RFID IC更好地匹配，并且具有更好的 RFID性能，然而图IB是对RFID性能(预先设定的准则)与最终产品所需的接地面连续性 (预先设定的标准)的更好折衷。图7.4示出了针对蜂窝电话的金属显示器与PCB 100之 间的隔离物而添加的RF屏蔽材料。图7. 5示出了在屏蔽材料上添加的显示器。图7. 6示 出了安装于蜂窝电话中的实现RFID的PCB IOO，其中去除了实现RFID的PCB 100的顶盖。 图7. 7示出了在适当位置有盖并且供电至开启的蜂窝电话。
本发明的实施例示例包括 1、第一实施例将如图1A和图1B所示的PCB 100设计中已有的接地面分离。裂缝 的长度和形状是预定的，并基于最终产品所需要的具体接地，根据本发明，在该最终产品中 嵌入或附着有RFID管芯101。该长度直接影响RFID天线的性能。可以将RFID管芯101 嵌入PCB内或通过使用传统的"倒装片"技术(如图2和图3所示)来附着所述RFID管芯 101，以实现可操作的RFID应答器。 2、可选实施例使用至少一条已有的信号线，所述信号线不会导致在线上具有RFID IC 101的最终产品的性能退化。 3、另一可选实施例在PCB IOO上添加至少一条迹线，所述迹线用作天线，以允许 通过所述天线来传输能量和要传送至RFID IC 101请求以及对RFID IC 101的响应。
本发明适用于采用接地面或包括可用信号线(对所述信号线的使用并不降低包 含PCB的最终产品的性能)或可以添加合适迹线以及需要自动可跟踪性的任何PCB 100。 还可以使用本发明对需要自动可跟踪性并包含这样的PCB 100在内的任何最终产品进行
足艮S宗。 尽管参考本发明的特定示例实施例示出并描述了本发明的系统、装置以及方法， 然而本领域技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的前 提下，可以对本发明进行各种形式和细节上的改变。相应地，上述实施例不能将本发明的范 围仅限于跟踪PCB产品，本发明的范围由权利要求及其等效物来限制。
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权利要求
一种作为跟踪设备包含在最终产品中的PCB装置，所述PCB装置包括RFID IC管芯，具有所述PCB的唯一ID，并具有用于对跟踪事务请求进行响应的电路；以及RFID天线，操作连接至RFID IC电路，并由所述PCB的至少一个组件整体形成，用于接收所述跟踪事务请求以及将所述跟踪事务请求转发至所述RFID IC电路，以及发送来自所述RFID IC电路的响应，使得所述PCB用作包括所述PCB在内的最终产品的跟踪设备。
2. 根据权利要求l所述的PCB装置，其中，所述RFID IC管芯和RFID天线是第一组件，分别添加至并创建自所述PCB的至少一个组件，使得由RFID天线接收的信号对所述电路供电，以接收跟踪事务请求并对所述跟踪事务请求进行响应。
3. 根据权利要求l所述的PCB装置，其中，所述RFID IC管芯还包括本地存储器，用于存储并从中检索多个跟踪数据，所述跟踪数据包括-装配阶段和日期，_测试类型、结果和日期，-唯一PCB ID，以及-最终产品类型。
4. 根据权利要求3所述的PCB装置，其中，所述RFID IC管芯和RFID天线是第一组件，分别添加至并创建自所述PCB的至少一个组件，使得由RFID天线接收的信号对所述电路供电，以接收跟踪事务请求并对所述跟踪事务请求进行响应。
5. 根据权利要求4所述的PCB装置，其中，使用从由以下技术构成的组中选择的技术来将所述RFID IC管芯包括在所述PCB中将RFID IC管芯嵌入PCB中；使用倒装片技术将RFID IC管芯作为RFID IC倒装片附着至PCB，以便与RFID天线相结合，由RFID IC管芯形成RFID应答器；以及将预先封装的RFID IC附着至PCB。
6. 根据权利要求5所述的PCB装置，还包括接地面，所述接地面具有通过PCB所有层的裂缝，使得裂缝的长度和形状是预定的并基于最终产品的具体接地要求，其中，由PCB的裂缝组件形成RFID天线作为裂缝接地面天线，所述裂缝接地面天线用作偶极天线，并且，裂缝的长度和形状根据预先设定的性能准则直接确定性能。
7. 根据权利要求5所述的PCB装置，其中，所述RFID天线包括由操作连接至所述RFIDIC的PCB的至少一条已有信号线组件形成的天线，以允许通过所述RFID天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述RFID天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应，使得当RFID IC在至少一条信号线上操作时，最终产品的性能不退化。
8. 根据权利要求5所述的PCB装置，其中，所述RFID天线包括由操作连接至所述RFIDIC的向PCB添加的至少一条迹线形成的天线，以允许通过所述天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应。
9. 根据权利要求6所述的PCB装置，还包括焊盘布置，所述焊盘布置在裂缝接地面天线的一端具有附着有RFID IC倒装片的4个I/0焊盘连接点，所述4个连接点包括RFID IC上的两个RF端口 ，这两个RF端口均附着于偶极天线的一侧，在所述RF端口处将由天线接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC电路。
10. 根据权利要求9所述的PCB装置，其中，所述I/O焊盘连接点的大小以及I/O焊盘连接点之间的距离由RFID IC来确定，并且根据其制造商的不同而变化。
11. 一种用于对包括PCB在内的最终产品的装配进行跟踪的系统，包括由至少一个装配站组成的预定序列，对最终产品进行装配，使得所述序列的第一装配站向PCB添加RFID应答器，所述RFID应答器包括(1)由PCB的至少一个组件形成的RFID天线，以及(2)包括电路和PCB的唯一标识符在内的RFID IC管芯，所述天线操作连接至所述RFID IC;以及至少一个RFID收发器，与所述序列相关联，用于向RFID应答器发送能量以及跟踪事务请求，以分别对电路供电并将跟踪事务请求发送至电路，并接收从所述电路发送的对所述跟踪事务请求的响应。
12. 根据权利要求11所述的系统，其中，所述RFID IC管芯还包括本地存储器，用于存储并从中检索多个跟踪数据，所述跟踪数据包括-装配阶段和日期，_测试类型、结果和日期，-唯一PCB ID，以及-最终产品类型。
13. 根据权利要求ll所述的系统，其中，使用从由以下技术构成的组中选择的技术来将所述RFID IC管芯包括在所述PCB中将RFIDIC管芯嵌入PCB中；使用倒装片技术将RFID IC管芯作为RFID IC倒装片附着至PCB ;以及将预先封装的RFID IC附着至PCB。
14. 根据权利要求13所述的系统，其中，所述RFID IC管芯还包括本地存储器，用于存储并从中检索多个跟踪数据，所述跟踪数据包括-装配阶段和日期，_测试类型、结果和日期，-唯一PCB ID，以及-最终产品类型。
15. 根据权利要求14所述的系统，其中，所述PCB还包括接地面，所述接地面具有通过PCB所有层的裂缝，使得裂缝的长度和形状是预定的并基于最终产品的具体接地要求，其中，由PCB的裂缝组件形成RFID天线作为裂缝接地面天线，所述裂缝接地面天线用作准偶极天线，并且，裂缝的长度根据预先设定的性能准则直接确定RFID天线的性能。
16. 根据权利要求14所述的系统，其中，所述RFID天线包括由操作连接至所述RFID IC的PCB的已有信号线组件形成的天线，以允许通过所述RFID天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述RFID天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应，使得当RFID IC在信号线上操作时，最终产品的性能不退化。
17. 根据权利要求14所述的系统，其中，所述RFID天线包括由操作连接至所述RFID IC的向PCB添加的至少一条迹线形成的天线，以允许通过所述天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应。
18. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述PCB还包括焊盘布置，所述焊盘布置在裂缝接地面天线的一端具有附着有RFID IC倒装片的4个I/O焊盘连接点，所述4个连接点包括RFID IC上的两个RF端口 ，这两个RF端口均附着于偶极天线的一侧，在所述RF端口处将由天线接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC电路。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述I/O焊盘连接点的大小以及I/O焊盘连接点之间的距离由RFID IC来确定，并且根据其制造商的不同而变化。
20. —种将PCB包括在最终产品中作为跟踪设备的方法，包括以下步骤将RFID IC管芯附着至所述PCB，所述RFID IC管芯具有所述PCB的唯一 ID，并具有用于对发送的跟踪事务请求进行响应的电路；由所述PCB的至少一个组件整体形成RFID天线；以及将RFID天线操作连接至附着的RFID IC电路，以接收跟踪事务请求并将所述跟踪事务请求转发至所述RFID IC电路，以及发送来自所述RFID IC的响应，使得所述PCB用作PCB所附着的最终产品的跟踪设备。
21. 根据权利要求20所述的方法，还包括以下步骤添加RFID IC管芯以及RFID天线作为PCB的第一组件，使得RFID天线所接收的信号对电路供电，以接收跟踪事务请求并对所述跟踪事务请求进行响应。
22. 根据权利要求21所述的方法，还包括以下步骤向RFID IC管芯提供本地存储器，所述本地存储器用于存储并从中检索多个跟踪数据，所述跟踪数据包括-装配阶段和日期，_测试类型、结果和日期，-唯一PCB ID，以及-最终产品类型。
23. 根据权利要求22所述的方法，还包括以下步骤通过首先执行从由以下步骤构成的组中选择的步骤来形成RFID应答器(1) 将RFID IC管芯嵌入PCB中，以及(2) 采用倒装片技术将RFID IC管芯作为RFID IC倒装片附着至PCB，以及(3) 将预先封装的RFID IC附着至PCB ;以及然后将RFID IC操作连接至RFID天线。
24. 根据权利要求23所述的方法，还包括以下步骤向PCB提供接地面，所述接地面具有通过PCB所有层的裂缝组件，使得裂缝的长度和形状是预定的并基于最终产品的具体接地要求，以及由PCB的裂缝组件形成RFID天线作为裂缝接地面天线，所述裂缝接地面天线用作偶极天线，使得裂缝的长度根据预先设定的准则直接确定RFID天线的性能。
25. 根据权利要求23所述的方法，还包括以下步骤由操作连接至所述RFID IC的PCB的至少一条已有信号线组件形成RFID天线，以允许通过所述RFID天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述RFID天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应，使得当RFID IC在至少一条信号线上操作时，最终产品的性能不退化。
26. 根据权利要求23所述的方法，还包括以下步骤向PCB添加与RFID IC操作连接的至少一条迹线；以及由所添加的至少一条迹线形成RFID天线，以允许通过所述天线将所接收的能量和跟踪请求传送至RFID IC，以及通过所述天线发送来自所述RFID IC的对所述跟踪请求的响应。
27. 根据权利要求24所述的方法，还包括以下步骤提供焊盘布置，所述焊盘布置在裂缝接地面天线的一端具有4个I/O焊盘连接点，所述4个连接点包括两个RF端口 ，这两个RF端口位于偶极天线的一侧，在所述RF端口处传送由天线接收的能量和跟踪请求；以及在所述4个I/O焊盘连接点处连接RFID IC倒装片，使得所述RFIDIC上的两个RF端口连接至天线一侧上相应的两个RF点。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述I/O焊盘连接点的大小以及I/O焊盘连接点之间的距离由RFID IC来确定，并且根据其制造商的不同而变化。
全文摘要
本发明提供了一种使用PCB组件作为天线以允许UHF频段的RFID通信的系统、装置以及方法。本发明通过实现在装配级对PCB进行跟踪，使得在电路板生产的每个生产阶段中能够精确知道产品的位置及其当前测试状态，从而能够对PCB以及包含PCB的产品进行供应链管理。一个实施例使用PCB的已有接地面，在PCB的所有层的接地面上形成裂缝，允许偶极结构提供足够的接收能量级以将电路供电至“开启”状态，从而允许RFID/电子产品码事务。在可选实施例中，使用已有或添加的迹线来代替裂缝接地面作为RFID IC的天线。供应链管理可以采用专用RFID询问器，所述专用RFID询问器与IT网络连接并允许在整个PCB装配过程中以自动方式完成材料单。最终产品的制造商还可以在自己的最终产品项目级供应管理系统中使用RFID IC，所述最终产品项目级供应管理系统包括存货量、发货量以及返回量。
文档编号H01Q1/38GK101707887SQ200780041350
公开日2010年5月12日 申请日期2007年11月7日 优先权日2007年11月7日
发明者查克·帕加诺, 理查德·肯南 申请人:Nxp股份有限公司