CN101339626B - Rfid标签安装基板 - Google Patents

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Abstract

提供一种RFID标签安装基板,以在印制基板上安装RFIC芯片、最小的天线、与天线的阻抗匹配电路的方式,抑制RFID标签的天线占有面积,并抑制印制基板上的部件安装密度的降低。该RFID标签安装基板采用以下构成:将RFIC芯片的读取装置装在安装IC芯片的芯片装配器上,并管理以印制基板为单位的所有部件的履历。

Description

RFID标签安装基板
本申请基于并要求以2007年7月3日提交的日本专利申请JP2007-174711为优先权,其内容作为参考引入本申请。
技术领域
本发明涉及电子部件装置。其中还特别涉及安装电子部件的印制基板及使用RFID(Radio Frequency Identification,射频鉴别)标签进行其上所安装的部件的管理的技术。进而其中还特别涉及用于在印制基板上形成进行部件管理的RFID标签的技术。
背景技术
以往,作为利用RFID标签来进行印制基板上的电子部件的履历管理的文献,有日本专利申请特开2007-66989号公报(专利文献1)。在该专利文献1中公开了在印制基板内安装具有天线和IC芯片的RFID标签,来进行电子部件的履历管理的技术。更具体而言就是采用如下构成:在形成至少一层导体层并将RFID标签装在内部或者表面上的印制基板中,在被安装的RFID标签的上下面,未设置由导体层构成的布线图案。作为别的方式则采用如下构造:在形成至少一层导体层并安装了RFID标签的印制基板中,在未设置由导体层的构成的布线图案的印制基板处设置与RFID标签同等纵横尺寸的贯通孔,并在贯通孔中嵌入RFID标签。
另外,在WO97/09641(专利文献2)中公开了在印制基板面、或者印制基板内的金属层上形成RFID标签的天线的技术。RFID标签包含电子封装中所含的半导体电路,PCB,在PCB内或PCB上形成标签的RF天线部分。电子封装通过PCB的焊盘而连接到天线的技术已被公开。
专利文献1为将一般的IC标签、即在天线上安装了IC芯片的标签贴附于印制基板的方式。为此,在专利文献1中,在配置有印制基板上的天线的区域中无法实施印制布线。
另外,专利文献2是在印制基板上形成天线,并安装IC芯片的方式。为此,虽然是使用多层基板并利用各层而形成天线(专利文献2:参照图2),但为了实现它就需要与IC芯片相比更大的面积。总之,在专利文献1、2中,由于在印制基板上存在天线,所以有印制基板的部件安装密度低的问题。
进而,根据RFID标签周边的印制图案配置,因天线与印制图案(布线图案)间的电容变化,还担心天线的调谐频率发生变化,RFID标签的通信距离发生变动。从而,需要包含了IC芯片与天线的阻抗匹配的天线设计、进而考虑了周边图案的天线设计,需要按每个印制基板的设计,将会使设计工数增大。
作为其次的课题,在连续地制造多个电子基板的情况下,即将多个电子基板作为单位进行生产管理时,有时候在其中途发生安装部件的批次更换。在这里将生产的单位称为批。用以往的条形码等虽然在同一批内部件A不足而发生了部件A的卷盘更换的情况下,作为管理信息被称为“在一批内进行了部件A的部件卷盘更换”的信息就被管理起来,但无法判定从一批内的哪个印制基板起部件A的卷盘改变了。即,无法进行使用部件A的成套管理。另外,即便在安装了比条形码更易于进行个别管理的RFIC芯片的情况下,由于通常RFIC芯片在回流工序后,即RFIC芯片被焊接在印制基板上之前,能够读取ID,所以与条形码同样无法判定同一批内的部件A的卷盘更换(成套更换)的定时。
在将IC标签预先安装在印制基板上的情况下,虽然只要在部件安装工序之前(进入芯片装配器以前)读取RFIC的ID,就能够对应每个印制基板管理部件卷盘的更换履历,但需要根据印制基板的大小及RFID标签的安装位置来调整阅读器天线设置位置。另外,在贴附了RFID标签的情况下,在锡焊膏的丝网印制工序中将发生因标签厚度而造成的丝网印制不良等。另外,在印制基板内埋入RFID标签的情况下,存在成本和埋入工序的成品率的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而完成,其主要目的在于提供一种在电子基板上高效率地安装RFIC的方法。本发明的另一目的在于对电子基板上所安装的各部件的履历进行管理。
为了解决上述的问题,本发明的在印制基板上的RFIC芯片的安装方法是用可以通过从上述印制基板收发电磁波来读取RFIC芯片的固有信息的RFIC芯片的安装方法,其特征在于:在印制基板上具备RFIC芯片、天线、RFIC芯片与天线间的阻抗匹配电路。
另外,本发明的印制基板上的各安装部件的履历管理方法是在上述印制基板上安装RFIC芯片以前用芯片装配器读取RFIC芯片的信息,并在其上链接上述印制基板上所安装的各部件的信息的管理方法,其特征在于:在安装RFIC芯片的芯片装配器上具备RFIC芯片的读取装置、具有连接RFIC芯片与天线的连接焊盘的天线。在这里,管理对象的安装部件还可以是基板上的所有部件。
关于它们的具体结构,通过后述的实施方式详细地进行说明。
根据本发明,即便在印制基板上安装RFID标签,也可以把印制基板上的部件安装密度的降低抑制到最小限度。另外,还能够进行印制基板上所安装的各部件的履历管理。
本发明的其他目的、特征以及优点从以下的结合附图的本发明实施方式的描述中变得显而易见。
附图说明
图1是表示现有技术的结构的图。
图2是表示本发明一实施方式中的结构的图。
图3是表示本发明一实施方式中的相互位置关系的图。
图4是表示印制图案的形状的图。
图5是表示印制图案更靠近的例子的图。
图6是在背面侧与更大的印制图案进行连接的图。
图7是在芯片安装面侧与更大的印制图案进行连接的图。
图8是表示单极天线作为外部天线的图。
图9是作为外部天线包含夹头形状的铠装部的图。
图10A是表示处理流程的图。
图10B是表示本发明中的处理流程的图。
图11是表示本发明的芯片装配器的动作的概略图。
图12是芯片装配器上所安装的ID读取用天线的图。
图13是印制基板制造履历系统的概念图。
图14是由多个印制基板所构成的器件的概略图。
图15是分割基板的概略图。
图16是表示本发明一实施方式中的IC芯片的形状和印制图案形状的图。
具体实施方式
以下,参照附图,对根据本发明的RFID安装基板以及基板上所安装的电子部件的履历管理而言优选的实施方式进行详细说明。此外,下面将说明的各实施方式所用的附图中,同一构成要素附以同一标记,并省略重复的说明。
(第1实施方式)
以下,就本发明的实施方式进行说明。图1表示现有技术的构成的图。在现有技术中,如图所示那样,例如,1/2λ长的偶极天线被配置在印制基板表面上。如果是小型的印制基板,则RFID标签使用的天线占有的面积较大,印制基板的部件安装密度低下。图2是表示与其相对的本发明的构成的图。图2A中表示在印制基板5上配置了IC芯片1和连接IC芯片1与通孔3的印制图案2a、2b的俯视图。图2B中表示图2A中的A-A′截面图。另外,图2C中表示IC芯片1上所连接的外部天线,图2D中表示该外部天线被连接到IC芯片1的状态。
如图2B所示那样在印制基板5上形成印制图案2a、2b,在印制基板5的厚度方向上设置通孔3。经由通孔3与印制基板5的背面侧的印制图案2c连接。也就是说,利用该通孔3而形成阻抗匹配电路用的短截线(stab)。进而,因为在此构造中IC芯片1的两端子与IC芯片1的阻抗匹配同时以直流方式连接,所以获得使IC芯片1的静破坏耐受性提高的效果。
图2C表示IC芯片1上连接的外部天线40。外部天线40以PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等树脂基材为结构材料,由由电波发射部41与导波线路42组成的天线部、和与IC芯片1连接的连接部43构成。IC芯片1与连接部43的连接,使其与IC芯片1的管脚90a、90b直接接触,或者使其接触与IC芯片1连接的印制图案2a、2b即可。
外部天线40内的导波线路41能够置换成电缆、半刚性电缆等的同轴电缆等。
图3展示了对印制基板5上所安装的IC芯片1的信息进行读取时的各装置配置。由印制基板5、外部天线40、阅读器装置37和将来自阅读器装置的电磁能送出的阅读器天线38构成。阅读器天线38能够使用贴片天线和偶极天线等通用天线。在这里控制阅读器的计算机等未图示。从阅读器天线38送出的电磁能由外部天线40进行接收,经由导波线路41将电磁能传达给IC芯片1的端子。来自IC芯片1的信息与原先相反,经由外部天线40朝阅读器天线38送出。
这样,印制基板5上安装的IC芯片1的信息经由外部天线40送出,由此就能够借助于通用的阅读器装置容易地读取该信息。从而,就能够将印制基板5的部件安装密度的降低抑制到最低限度,且能够使用通用的阅读器装置,可以抑制装置成本的增加。
接着,利用图4就印制图案2c的形状进行说明。IC芯片1的管脚90a、90b与印制图案2a、2b连接。印制图案2a、2b上的通孔3连接印制基板5的IC芯片1安装面的背面上所形成的印制图案2c。
该印制图案2a、2b、2c形成进行IC芯片1与外部天线40连接时的相互阻抗匹配的短截线。图4A是基本形状。图4B使设印制图案2d为曲折形状,是与基本形状相比不改变占有面积而增大短截线的电感电容的形状。
这里形成的短截线进行IC芯片1与外部天线40的阻抗匹配。通过调整外部天线40的电波发射部41与导波线路42的长度,能够使连接部43的阻抗变化。从而,印制基板5上形成的短截线采用最小形状就是将上述问题即印制基板的部件安装密度的降低抑制为最小的有效方法。通过在印制基板5上形成短截线并连接到IC芯片1,具有防止因静电造成的IC芯片破坏的效果,通过采用本结构,能够长期以稳定的状态使用IC芯片1。
在本实施方式的RFID标签中收发电波的天线被配置在远离印制基板5的位置。由此,与如以往构造那样印制基板的布线与天线图案被形成在同一平面的情况相比,即便RFID标签形成区域与其它布线图案的距离较近也难以受到影响。因此,就能够进一步高效率地在印制基板5上安装IC芯片1。
接着,利用图5就RFID标签的占有面积进行说明。能够使周边图案9a、9b与形成短截线的印制图案2a、2b的空间宽度接近至0.5mm左右。另外,由于来自周边图案的影响较少,所以通过登录在印制基板作成用CAD系统的程序库中,就能够在设计新印制基板时,通过任意地配置该短截线图案而容易地安装RFID标签。
(第2实施方式)
在第1实施方式中外部天线40使用了平衡型的天线例如偶极天线。在第2实施方式中展示采用使用了不平衡型的天线即单极型天线的外部天线50的实施方式。
图6展示印制基板5上形成的短截线的形状。IC芯片1的安装面的印制图案2a、2b与实施方式1相同。背面侧的图案为如印制图案2e那样的形状。其采用将印制图案2c的一端连接到比本图案面积更大的图案的方式。具体而言,在许多印制基板的情况中,印制基板的背面被敷设接地(接地电位)图案而存在很多较大平面性的图案的情况较多。在该接地图案上连接与印制图案2c对应的图案。
作为其他形态如图7所示那样,相对于处于IC芯片1被安装的面、即印制基板5的表面侧的印制图案2a、2b,连接到比印制图案2a、2b面积及长度更大的图案。在图7中表示IC芯片1被连接到印制图案2f的方式。通过把待连接的图案连接到使用频率的1/4λ长以上的布线图案,能够使IC芯片1高效率地动作。IC芯片1和短截线部被连接到布线线路,并需要选择对该布线的动作没有影响的布线线路。若使用进行直流动作的电源线,能够容易地获得效果。在采用该结构并获得充分的面积的连接图案的情况下,能够不使用外部天线地读出IC芯片1中所记录的信息,具有方便性提高的优点。
接着,利用图8就单极型的外部天线50进行说明。图8A是展示外部天线50的构成的图。外部天线50由以PC(聚碳酸酯)、PP(聚丙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)等树脂基材作为构造材料的铠装部53、天线部51、和与IC芯片1连接的连接部52构成。IC芯片1与连接部52的连接,只要使其与IC芯片1的管脚90a、90b直接接触、或者使其接触与IC芯片1连接的印制图案2a、2b即可。通过将外部天线50设成单极型,能够使用笔型的外部天线50,而具有操作性改善的优点。阅读器装置37和阅读器装置用天线38能够以与实施方式1同样的方式进行使用。另外,外部天线50内的天线部51的一部分能够置换成电缆、半刚性电缆等同轴电缆等。
(第3实施方式)
在第1以及第2实施方式中以在读出IC芯片1的信息时将外部天线40、50连接到IC芯片1的方式进行使用。在第3实施方式中说明需要在一定期间连续地或者断续地读取IC芯片1的信息时的实施方式。该实施方式假定例如在印制基板的修理和检查中,在各工序需要读取印制基板的信息的情况。
形成以如图9所示那样的夹头形状夹入IC芯片1,保持外部天线40a这样的结构。详细而言,就是用形成夹头的PC(聚碳酸酯)和PP(聚丙烯)等树脂成型品的构造材料44a、天线部41a、导波线路部42a、和与IC芯片1的连接部43a构成。采用连接部43a使用磷青铜等具有弹性的金属,连接部43a的电极被按压于IC芯片1的电极这样的构造。进而通过在连接部43a的表面实施镀金,而使电稳定性提高,使用便利程度提高。
(第4实施方式)
接着,就印制基板生产线的问题及其解决方法进行说明。在图10A中展示现有方式的生产线的概略图。仅图示主要的工序装置,其它省略。未安装部件的印制基板被放置在装载器61上的盒子中。在盒子中放置着多张印制基板。通常将一盒的量称为一批。通过装载器61使印制基板按顺序向各装置进行输送。当经过未图示的锡焊膏印刷工序,印制基板进入部件安装工序时,通过芯片装配器62将必要的部件安装在印制基板上。在芯片装配器62上放置已形成在卷盘上的部件卷盘60a~60e。在这里,部件卷盘60c为形成RFID标签的IC芯片1的卷盘。部件卷盘60c的IC芯片1通过芯片装配器62与其它部件一起被安装在印制基板上。接着在回流工序中通过回流机63进行焊接,并固定部件。在回流后,就能够初次读取IC芯片1上所记录的信息。通常,大多是在检查装置64的检查工序、或案装载器65之前读取IC芯片1的信息。
现有方法中的处理流程的问题在于以放置在装载器上的以批为单位来管理产品这一点。进行履历管理的部件是印制基板的批次编号、各部件卷盘的批次编号。但是,在一批中途,部件卷盘60a的部件A出现缺货的情况下,将更换部件卷盘60a。因这一更换,虽在同一批内,却制造出部件卷盘60a安装的部件A的批次编号不同的产品。有在所有的印制基板上安装部件并返回到卸载盒子时,无法判别从哪个印制基板起部件卷盘60a被更换的问题。即使在通过各装置的成批控制进行印制基板的管理的情况下,在由卸载器65取出后发生印制基板取错的情况也不是完全没有,没能解决问题。此外,虽然在本实施方式中,设为所有的印制基板但也可以有例外。
在图10B中对本发明的印制基板的管理方法进行说明。装置构成为与图10A中所示的现有方式相同的构成。大的差异是读取IC芯片1的信息的ID读取装置39的配置位置。在本发明的方式中ID读取装置39被配置在芯片装配器66内。
在将部件卷盘60c的IC芯片1安装在印制基板上以前,通过芯片装配器66上所配置的IC读取装置39来读取IC芯片1的信息。读取出的信息与各部件的履历信息一起登录在管理服务器等中进行管理。
这样,可以从制造工序中途利用IC芯片1上所记录的信息来进行印制基板单位的管理,由此即便发生上述问题即在一批中途的部件卷盘更换也能够容易地判别是哪个印制基板,可以可靠地实施印制基板上的各部件的履历管理。
另外,由于在部件安装前读取IC芯片1的信息,所以能够排除IC芯片1造成的印制基极不合格,因此与现有方式相比在成品率的方面也是有利的。
本方式的效果是在部件A的卷盘更换后、在部件A上发生了异常时,在现有方式中是以一批印制基板为回收对象。相对于此,在本方式中通过读出IC芯片1的信息,可以仅回收安装了对象部件的印制基板,能够高效率地选出不良品,并能够将费用损失抑制到最小。
用图11来说明配置了ID读取装置39的芯片装配器66的动作。自部件卷盘60c供给RFIC芯片1。来自部件卷盘60c的部件通过吸附工作台31保持、并通过处于安装在芯片输送机30上的输送臂32的前端的吸附喷嘴33来拾取IC芯片1。拾取的IC芯片1使管脚90a、90b接触在ID读取天线34上制作的接合焊盘36,并电连接到ID读取天线34。通过由阅读器装置37与阅读器天线38组成的ID读取装置39来读取IC芯片1的信息。若IC芯片1的读取成功,则通过输送臂来输送IC芯片1并安装在印制基板5上的规定位置。
ID读取天线34上的IC芯片1的保持方法是通过在接触焊盘36之间形成的真空吸附孔29进行真空吸附。作为别的方法还有以将IC芯片1保持在吸附臂上不动地按压在IC读取天线36上的方式来进行保持的方法。
ID读取用天线34为如图12所示的形状,由天线部34、阻抗匹配用短截线、接触焊盘36、和真空吸附孔29构成。ID读取用天线34可以采用陶瓷材料或印制基板材料的RF4基板等在基材表面利用金属箔或金属蒸镀来制作。若在接触焊盘部36上实施20~60μm厚的镀Au或Au蒸镀等,则电气稳定性将提高。此外,虽然天线形状采用偶极天线,但并不限定于此,还可以是其他的发射型天线。
(第5实施方式)
图13展示使第4实施方式系统化了的印制基板制造履历系统的示意结构。其构造是,装载器控制电路61a、芯片装配器控制电路66a、回流炉控制电路64a、卸载器控制电路65a经由通信网络74连接到记录制造履历管理数据的制造履历管理服务器73,并实时地记录针对印制基板的装置的处理条件、装置状态等履历。
若更详细地进行说明,就是在从印制基板制造工序纳入的印制基板上以批次为单位安装条形码或者RFID标签。在将该印制基板放置在装载器61上以前,通过条形码阅读器或RFID阅读器72a来读取上述条形码或RFID标签。读取到的信息经由装载器控制电路被记录在服务器中。在芯片装配器66上所放置的部件卷盘60放置于装置中以前,对部件卷盘上所安装的条形码或RFID标签通过条形码阅读器或RFID阅读器71来读取信息,并经由芯片装配器控制电路而记录在制造履历管理服务器73中。
虽然在图13中仅记载了制造工序中的一部分装置,但能够通过将没有记载的其他装置的处理条件、装置状态等上载到制造履历管理服务器73中,并使其与被制造的印制基板信息进行链接,而进行更详细的履历管理。
(第6实施方式)
使用图15就由多个印制基板构成的电气设备的履历管理方法进行说明。通过图14就由3张印制基板5a、5b、5c构成的情况进行说明。当制成由3张印制基板构成的电气设备84时,一般赋予制造编号。在制造履历管理服务器73中,以将制品编号作为标题(header)并将印制基板5a~5c上安装的各IC芯片1的信息相互链接的构造进行记录。通过相互进行链接,具有即便在缺少构成基板中的1张或者RFID不工作的情况下,也能够根据链接地址的印制基板信息来确定对象基板的优点。同时框体或其他电子部件等的履历也能够通过链接先前的信息而在宽范围内进行管理。
(第7实施方式)
就从较大的印制基板来制造多个较小的印制基板的方法中的问题和解决方法进行说明。这里将较大的印制基板定义为母基板92,将经过较小地分割的印制基板定义为子基板92a~92i。若利用图15来表示现有方式中的问题,则在母基板92上形成9张子基板92a~92i,同时制成9个FRID标签91a~91i。其结果是,虽然9个IC芯片的信息能够通过读取装置来取得,但无法获得与子基板92a~92i的对应。从而,有不能完全获得与安装部件的对应的问题。
在本实施方式中,若对母基板本身(例如,根据规定的大小)从较大的1张印制基板用芯片装配器66一边记录IC芯片1的信息与印制基板92上的安装位置一边进行部件安装,可以链接与子基板92a~92i对应的IC芯片1的信息,能够进行子基板上的各部件的履历管理。
虽然就本发明的实施方式进行了以上阐述,但本领域技术人员将进一步认识到本发明并不限于这些内容,在不脱离本发明的精神以及所附的权利要求的范围的情况下可进行各种各样的变更和修改。

Claims (14)

1.一种RFID标签安装基板,搭载有RFID标签,该RFID标签安装基板的特征在于,具备:
记录信息的IC芯片;
以无线方式发送该IC芯片上所记录的信息的天线;
针对上述天线的阻抗匹配电路;以及
连接上述阻抗匹配电路与上述天线的连接部,
上述阻抗匹配电路中,形成在上述RFID标签安装基板的两面上的各印制图案经由形成在上述RFID标签安装基板的厚度方向上的通孔而相互连接,利用该通孔形成上述阻抗匹配电路用的短截线,由此进行上述IC芯片的阻抗匹配,并且使上述IC芯片的两个端子以直流方式连接。
2.按照权利要求1所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述阻抗匹配电路由该RFID标签安装基板上的上述通孔和上述印制图案形成。
3.按照权利要求1所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述阻抗匹配电路由该RFID标签安装基板上的两层形成。
4.按照权利要求3所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述阻抗匹配电路由该RFID标签安装基板上的最上层与最下层形成。
5.按照权利要求1所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
在上述RFID标签安装基板上还设置有天线连接端子,还具有被连接到该天线连接端子且将上述IC芯片上所记录的信息送出的外部天线。
6.按照权利要求5所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述外部天线为T字型。
7.按照权利要求6所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述T字型的外部天线具有发射天线部,该发射天线部为1/2λ长的偶极天线。
8.按照权利要求5所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述外部天线为I字型的单极天线。
9.按照权利要求8所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述I字型的外部天线具有发射天线部,该发射天线部为1/4λ长的奇数倍的单极天线。
10.按照权利要求2所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述印制图案为曲折形状。
11.按照权利要求4所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述印制图案为曲折形状。
12.按照权利要求2所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
在上述印制图案中的形成上述阻抗匹配电路的部分被连接到邻接的RFID标签的结构部分以外的部分,且上述天线具有单极天线结构。
13.按照权利要求12所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述邻接的RFID标签的结构以外的印制图案为1/4λ长以上。
14.按照权利要求5所述的RFID标签安装基板,其特征在于:
上述外部天线以夹头形状构成,并通过以插入上述IC芯片的方式与该IC芯片进行连接。
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