專利名稱：集成pcb uhf rfid匹配網(wǎng)絡(luò)/天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成PCB UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)/天線。
技術(shù)背景
在電子工業(yè)中，典型地期望能夠精確跟蹤生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品。此外，典型地期望高效且精確地管理產(chǎn)品的生命周期。
為了在產(chǎn)品的生命周期期間精確地跟蹤產(chǎn)品，典型地需要可以容易地記錄并提供諸如產(chǎn)品加工歷史之類的信息的解決方案。這可以通過在產(chǎn)品上附著獨(dú)立的標(biāo)簽來完成。 目前，條形碼是用于獨(dú)立識(shí)別產(chǎn)品的電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但是這些條形碼缺少記錄附加信息的能力。允許存儲(chǔ)與產(chǎn)品生命周期相關(guān)的信息的解決方案是射頻識(shí)別(RFID)解決方案。
因?yàn)橛糜谥圃斓闹T如回流工藝、熱工藝和化學(xué)工藝之類的工藝與RFID標(biāo)簽的使用不相容，所以基于標(biāo)簽的典型RFID解決方案一般不可以用于諸如印刷電路板之類的電子產(chǎn)品。對(duì)PCB產(chǎn)品使用RFID解決方案可以通過將RFID直接集成到PCB制造設(shè)計(jì)中的專用解決方案并使用專用的集成電路(IC)封裝來完成。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種集成PCB RFID集成電路，包括RFID集成電路，所述RFID集成電路與具有第一多條跡線的多層印刷電路板電耦合，所述第一多條跡線被分布在多層印刷電路板上以形成用于RFID集成電路的多層電感線圈。
可選地，所述多層電感線圈適合于UHF頻率。
可選地，所述多條跡線包括鋁。
可選地，多層電感線圈與形成偶極天線的跡線的中點(diǎn)電耦合，所述偶極天線附著在多層印刷電路板上。
可選地，多層電感線圈與形成偶極天線的跡線磁耦合，所述偶極天線附著在多層印刷電路板上。
可選地，使用諧振槽將RFID集成電路與多層印刷電路板的接地平面電耦合。
可選地，多層印刷電路板具有兩層。
可選地，多層電感線圈適于提供用于RFID集成電路的阻抗匹配。
可選地，，所述集成PCB RFID集成電路適于從詢問器接收能量。
可選地，使用金屬化過孔將所述多條跡線電耦合到一起。
本發(fā)明還提供了一種用于制造PCB RFID集成電路的方法，包括提供RFID集成電路；將RFID電路與多層印刷電路板電耦合；形成分布在多層印刷電路板上的多條跡線；以及利用多條跡線形成用于RFID集成電路的多層電感線圈。
可選地，將多層電感線圈與跡線磁耦合以形成附著在多層印刷電路板上的偶極天線。
可選地，使用諧振槽將RFID集成電路與多層印刷電路板的接地平面電耦合。
可選地，多層電感線圈適合于UHF頻率。
可選地，多層電感線圈適于提供用于RFID集成電路的阻抗匹配。


圖Ia示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖Ib示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖Ic示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖Id示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖Ie示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
圖3示出了用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層電感線圈。
圖4完整地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有多層電感線圈和UHFRFID IC的集成 UHF RFID IC0
圖示出了制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的步驟。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的多層PCB的截面圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了印刷電路板的跟蹤和識(shí)別以及電子設(shè)備的跟蹤和識(shí)別。通過使用全集成超高頻(UHF)RFID IC(包括匹配網(wǎng)絡(luò))120(參見圖la)可以對(duì)配送歷史、電子設(shè)備的生命周期以及加工歷史進(jìn)行跟蹤。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，將全集成UHF RFID IC(包括匹配網(wǎng)絡(luò))120合并到多層印刷電路板(PCB) 110中。典型地，全集成UHF RFID IC120僅使用多層PCBllO的一小塊區(qū)域，例如，5mmX 5mm的空間產(chǎn)生25mm2的覆蓋區(qū)(footprint)，該覆蓋區(qū)可以進(jìn)一步減小到10mm2。所需覆蓋區(qū)的尺寸是層數(shù)的函數(shù)，并且是PCB 110相對(duì)介電常數(shù)的函數(shù)。層越多和/或PCB 110的相對(duì)介電常數(shù)越高，用于全集成UHF RFID IC 120的覆蓋區(qū)越小。如圖 Ia所示，可以將全集成UHF RFID IC 120放置在PCB 110上可用的任何適當(dāng)?shù)膮^(qū)域125。區(qū)域130是PCB 110上已被占據(jù)的空間，并且不可用于放置全集成UHF RFID IC 120。全集成 UHF RFID IC 120具有天線功能，這允許從詢問器230 (參見圖2)處接收能量，以便激活和建立用于識(shí)別過程的通信。全集成UHF RFID IC 120提供阻抗匹配和近距離天線以適應(yīng)全球的UHF頻帶(典型地從約860Mhz到約965Mhz)，同時(shí)符合使用單個(gè)RFID標(biāo)簽的EPC全球C1G2標(biāo)準(zhǔn)。一般不需要為附加天線和PCB跡線提供電連接。對(duì)于IOcm量級(jí)或更小量級(jí)的近距離識(shí)別，不需要與PCB 110上的附加天線的電連接或耦合來使能詢問器230 (參見圖 2)和PCB 110之間的通信。
對(duì)于從約IOcm到約an的遠(yuǎn)距離識(shí)別，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例將特殊幾何結(jié)構(gòu)用作 UHF RFID頻率的諧振天線，所述特殊幾何結(jié)構(gòu)適應(yīng)于位于PCBllO上或在PCB 110的任意層中的跡線。如圖Ib和圖Ic所示，諧振天線150和155分別與全集成UHF RFID IC 120磁耦合或電耦合。在圖Ib中，全集成UHF RFID IC 120位于PCB 110的角落處，并且如Ib所示，全集成UHF RFIDIC 120與占據(jù)了 PCB 110兩側(cè)空間的諧振偶極150磁耦合或電耦合。 圖Ic示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，諧振偶極155在PCB 110的一側(cè)，并且與全4CN 102542324 A集成UHF RFID IC 120磁耦合或電耦合。在電耦合的情況下，諧振偶極150或155的中點(diǎn)在其中點(diǎn)與多層電感線圈210的中點(diǎn)相連(參見圖2)。
圖Id和圖Ie以頂視圖的方式示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例。通過使用如圖 Id和Ie所示的位于PCB 110的接地平面中的諧振槽(slot) 165和170分別將全集成UHF RFID IC 120與PCB 110的接地平面電耦合。參見圖6，當(dāng)僅存在兩層，或電子組件與信號(hào)跡線僅駐留在PCB 110的頂層時(shí)，接地平面位于跡線310所處的層。在多于兩層的情況下， 即電子組件與信號(hào)跡線在PCB 110的頂層和底層的情況下，接地平面典型地位于諸如圖6 中跡線320或跡線330所處層之類的中間層之一。接地平面用作射頻(RF)反射器，其從閱讀器輻射到全集成UHF RFID IC 120的電磁波接收能量。
圖2示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中具有全集成UHF RFID IC 120與詢問器230 的匹配電路205。多層電感線圈210用作天線，并且還提供與UHFRFID IC 220的阻抗匹配的阻抗以允許在多層電感線圈210和UHF RFID IC220之間傳遞最大的能量。典型地，UHF RFID IC 120的阻抗的虛部可以完全匹配，但是UHF RFID IC 120的阻抗的實(shí)部的完全匹配由于多層電感線圈210的低阻抗而較為困難。通過僅使用多層電感線圈210來獲得針對(duì)阻抗實(shí)部的_2dB的典型匹配。增加無源阻抗或電容匹配可以提供針對(duì)UHFRFID IC 120的改良阻抗匹配，并且提供改良的Q值。典型地，可以將多層電感線圈210并入到用于制造PCB 110的多層PCB生產(chǎn)工藝中。多層電感線圈210接收從信號(hào)源/詢問器230發(fā)出的傳播中的電磁波的磁場，所述信號(hào)源/詢問器230具有等價(jià)的輸入阻抗&。來自詢問器230的磁場導(dǎo)致在多層電感線圈210中產(chǎn)生電流。該電流被用于為UHF RFID IC 220提供能量，并且建立與詢問器230的通信。如圖2所示，匹配網(wǎng)絡(luò)包括與UHF RFID IC220并聯(lián)的多層電感線圈。因?yàn)槎鄬与姼芯€圈210被實(shí)現(xiàn)為多層線圈(參見圖3)，所以多層電感線圈210也充當(dāng)用于從信號(hào)源/詢問器230接收的電磁波的阻抗變壓器。
圖3以透視圖的方式示出了多層電感線圈210，其示出了多個(gè)線圈層(典型地，PCB 110不同層中的跡線包括多層電感線圈210的層)或多層電感線圈210的跡線310、320、 330和340，所述多層電感線圈210的跡線310、320、330和340用作多個(gè)線圈繞組以提供阻抗匹配和用于UHF RFID IC220的集成天線結(jié)構(gòu)。可以使用銅、鋁或其它適宜的材料來制造跡線310、320、330和340。利用金屬化過孔360將跡線310與320電耦合在一起，利用金屬化過孔365將跡線330與340電耦合在一起，利用金屬化過孔368 (參見圖6，在圖3中未示出)將跡線320與330電耦合在一起，利用金屬化過孔370將跡線350與310電耦合。典型地，跡線310、320、330、340和350的典型尺寸是寬度為約0. Imm到約0. 5mm,以及厚度為 ^lOym 至Ij約 20 μ m。
多層電感線圈210的總長度依賴于需要阻抗匹配的UHF RFID IC 220的輸入阻抗。構(gòu)造多層電感線圈210需要的總層數(shù)典型地依賴于所需總線圈長度以及PCB 110上可用于UHF RFID IC 220的面積。例如，假定多層線圈210需要40mm的長度以與UHF RFID IC 220的阻抗匹配，并且PCB 110上的可用面積限于5mmX5mm，則至少需要兩層。然后，考慮到可應(yīng)用的機(jī)械和電磁限制(比如不同層的跡線之間的最大距離以及用于構(gòu)造多層線圈 210的材料的電磁性質(zhì)(比如，相對(duì)介電常數(shù)、介電損耗))會(huì)產(chǎn)生對(duì)利用三層或更多層來構(gòu)造多層線圈210的需求。典型地，針對(duì)UHF RFIDIC 220的典型輸入阻抗在約10_140i Ω 到約25_Μ0 Ω的范圍內(nèi)，當(dāng)使用具有相對(duì)介電常數(shù)ε^ 4.2的PCB材料時(shí)，將所述約10-140 Ω到約25-M0i Ω的范圍轉(zhuǎn)換到用于多層電感線圈210的從約35mm到約50mm的長度，所述、 4. 2是FR-4型材料(全球標(biāo)準(zhǔn)PCB電介質(zhì)材料)的典型值。應(yīng)該注意的是多層電感線圈210的長度依賴于PCB材料的特定電磁性質(zhì)。例如，使用具有相對(duì)高介電常數(shù)的PCB材料(PTFE層積PCB材料允許、 10)或使用(典型地，通過在不同的PCB 層之間或在PCB層的頂部引入鐵磁層來生成的)鐵磁PCB材料允許減少獲取用于多層線圈 210的特定電感值所需的跡線長度。
圖4示出了具有多層電感線圈210和UHF RFID IC 220的全集成UHFRFID IC 120。 如圖4所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，典型地，使用回流焊接工藝將UHF RFID IC 220安裝在PCB 110上，并以多層電感線圈210為中心。
圖1中的PCB 110是具有根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)部跡線層的多層PCB，并且典型地通過將獨(dú)立蝕刻或激光切割的薄板接合到一起來形成。圖fe-d示出了在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中制造多層PCB 110的層510的步驟。在圖如中，非導(dǎo)電襯底515典型地具有被層積到襯底 515兩側(cè)的典型為銅的金屬薄片520、525，并且非導(dǎo)電襯底515是雙側(cè)空白的印刷電路板。 在圖恥中，對(duì)典型為銅的金屬薄片520和525進(jìn)行蝕刻或激光切割以產(chǎn)生跡線，所述跡線構(gòu)成了多層電感線圈210的層。在圖5c中，激光鉆孔被典型地用于在襯底515和金屬層520 中制造過孔530和M0。圖5d示出了利用典型為銅的金屬對(duì)通孔530540的金屬化。最后，圖k示出了將層510層積到空白PCB 555上以變?yōu)镻CB 110的一部分?？瞻譖CB 555 包括絕緣襯底550，所述絕緣襯底550具有層積在其一側(cè)的金屬薄片530。然后，根據(jù)制造多層PCB 110(參見圖6)的需要，重復(fù)步驟fe-e中描述的步驟。應(yīng)該注意的是根據(jù)針對(duì)多層線圈210的設(shè)計(jì)需要，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例可以具有比圖6中示出的層更多或更少的層。
圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的多層PCB 110的截面圖。將焊料掩模620涂覆到多層 PCB 110的頂部和底部，以防止焊料將導(dǎo)體橋接并產(chǎn)生短路。圖6在截面圖中示出了跡線 310、320、330、340 和 350。跡線 310、320、330、340 和 350 以及金屬化過孔 360,365,368 和 370 一起構(gòu)成圖3中示出的多層電感線圈210，如圖6所示，所述金屬化過孔360、365、368 和370用于將跡線310、320、330、340和350電耦合。
盡管已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是根據(jù)上述描述的多種備選、替換物以及變型將是明顯的。因此，本發(fā)明旨在包括落在所附權(quán)利要求精神和范圍之內(nèi)的所有其它的這種備選、修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種集成PCB RFID集成電路，包括RFID集成電路，所述RFID集成電路與具有第一多條跡線的多層印刷電路板電耦合，所述第一多條跡線被分布在多層印刷電路板上以形成用于RFID集成電路的多層電感線圈。
2.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，所述多層電感線圈適合于UHF頻率。
3.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，所述多條跡線包括鋁。
4.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，多層電感線圈與形成偶極天線的跡線的中點(diǎn)電耦合，所述偶極天線附著在多層印刷電路板上。
5.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，多層電感線圈與形成偶極天線的跡線磁耦合，所述偶極天線附著在多層印刷電路板上。
6.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，使用諧振槽將RFID集成電路與多層印刷電路板的接地平面電耦合。
7.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，多層印刷電路板具有兩層。
8.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，多層電感線圈適于為RFID集成電路提供阻抗匹配。
9.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，所述集成PCB RFID集成電路適于從詢問器接收能量。
10.如權(quán)利要求1所述的集成PCBRFID集成電路，其中，使用金屬化過孔將所述多條跡線電耦合到一起。
11.一種用于制造PCB RFID集成電路的方法，包括 提供RFID集成電路；將RFID電路與多層印刷電路板電耦合；形成分布在多層印刷電路板上的多條跡線；以及利用所述多條跡線形成用于RFID集成電路的多層電感線圈。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，將多層電感線圈與形成偶極天線的跡線磁耦合， 所述偶極天線附著在多層印刷電路板上。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用諧振槽將RFID集成電路與多層印刷電路板的接地平面電耦合。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，多層電感線圈適合于UHF頻率。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，多層電感線圈適于為RFID集成電路提供阻抗匹配。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成PCB UHF RFID匹配網(wǎng)絡(luò)/天線。將匹配網(wǎng)絡(luò)集成到包括RFID集成電路的多層印刷板中，以提供用于超高頻范圍的RFID集成電路的天線和匹配網(wǎng)絡(luò)。
文檔編號(hào)G06K19/077GK102542324SQ20111033323
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月29日
發(fā)明者格柳利爾諾·曼茨 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司