CN102663486B - 一种微型智能标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型智能标签，由基板、芯片和封装体构成，基板为方形，由一层薄型的绝缘介质、设置在绝缘介质正反面的导电图形、设置在绝缘介质正反面及导电图形表面的阻焊层、连接正反面导电层的金属化孔组成；芯片为智能标签专用芯片，设置在基板的零件面中心区域；封装体由方形树脂型模塑封装材料构成，设置在基板零件面的上部，将芯片包封在内，和基板结合为一长方体结构。智能标签的工作频率为13.56MHz，采用精密蚀刻工艺，天线相邻绕线间的线间电容和正反面天线绕线的平板电容谐振匹配原理，实现小体积智能标签的封装。

Description

一种微型智能标签

技术领域

本发明涉及射频通信领域和智能标签领域，尤其涉及一种微型智能标签。

背景技术

近年来，由于射频电子技术的不断发展，特别是射频电子标签的广泛应用，正逐渐改变着人们的生活方式。常见的射频电子标签分为从电源供应方面区分有源和无源两大类；从载波频率方面区分有125KHz（130KHz）的低频频段、13.56MHz的高频频段、433MHz，915MHz的超高频频段、2.4GHz,5.8GHz的微波频段；电子标签的应用无处不在，因此产生了各种形状，适合不同应用要求的产品，使人们的生活更便利更高效。

为了让射频电子标签能够更广泛地应用到日常生活中，一方面从成本上要降低到符合实际应用的需求，在某些场合，使体积缩小到某些特殊应用的场合，便于安装和使用。这就要求产品越做越小，越做越薄。

高频频段，特别是大量应用的13.56MHz频段的智能标签，电路的天线末端谐振电路大都为LC谐振双工收发天线，如果要减小产品尺寸，势必要从缩小射频天线（L）的尺寸或取消外部匹配电容器（C）两方面想办法。从缩小射频天线角度考虑，减小射频天线的尺寸后，天线的电感量将减小，在相同芯片输入电容匹配的情况下，需要加入外部匹配电容器，才能达到13.56MHz的谐振频率。

如ZL201020588840.1公开的一种天线内置式微型射频电子标签模块，就是采用上述方案实现的小型化智能标签。但是采用这种方案实现的智能标签，存在工艺复杂，产品生产成本高，产品一致性差等缺点。因为外加匹配电容器一方面占用基板空间，另一方面需要采用表面贴装工艺先将微型电容器焊接到基板上。进行表面贴装工艺时，容易将焊接剂污染到芯片焊盘，而且回流焊的高温烘烤工艺，会引起基板表面镀层的氧化变性及基板的物理尺寸变化，特别是基板变形，容易影响后续生产工艺，造成产品品质下降。增加的电容器和表面贴装工艺，都会造成成本的上升，使产品的性价比下降，影响产品综合竞争力。

发明内容

本发明的目的是简化微型智能标签的生产工艺，降低产品的生产成本，实现具有市场竞争力和良好性价比的高频射频智能标签的微型化封装。

本发明的技术适合在13.56MHz的射频智能标签产品中。

一种微型智能标签，所述的微型电子标签由基板、芯片和封装体构成：

所述的基板为方形，由一层薄型的绝缘介质、设置在绝缘介质正反面的导电图形、设置在绝缘介质正反面及导电图形表面的阻焊层、连接正反面导电层的金属化孔；

所述的芯片为智能标签专用芯片，设置在基板的零件面中心区域；

所述的封装体由方形树脂型模塑封装材料构成，设置在基板零件面的上部，将芯片包封在内，和基板结合为一长方体结构。

进一步的，所述基板的绝缘介质为环氧树脂（FR4或BT）、陶瓷（LTCC）或铁弗龙（PTFE）材料，其厚度为50~200um之间，绝缘介质的相对介电常数在4~10之间，玻璃转化温度在170~300摄氏度之间。

再进一步，所述基板的正反面导电图形各包含了一组多圈环绕的射频天线，通过金属化孔同相串联，正面的射频天线和反面的射频天线图形投影面重叠且中心对称。

再进一步，所述基板的正反面的射频天线线宽和间距为30~100um。

再进一步，所述基板的正反面重叠的射频天线间形成多组平板电容器，和相应的射频天线并联连接。

再进一步，所述基板的正面和反面相邻的射频天线间形成多组平行线分布电容器，和相应的射频天线并联连接。

再进一步，所述芯片的背面通过黏结剂固定在基板的零件面中心无导电图形的区域，通过超声波焊接将芯片上的焊盘和基板上的天线焊盘通过引线连接起来。

再进一步，所述芯片的正面通过焊接剂焊接在基板的零件面中心焊盘区域，使芯片上的焊盘和基板上的天线焊盘通过焊接剂连接起来。

再进一步，所述封装体通过模具射出成型，在多个规则排列的基板表面将芯片包封起来，并采用水刀切割工艺将封装体和基板一起切成单个长方体结构，长方体结构的智能标签的长度在0.5~1.5mm之间，宽度在0.3~1.2mm之间，厚度在0.3~1.0mm之间。

再进一步，芯片和天线组成的射频电路，其工作频率为13.56MHz。

本发明的微型智能标签经过塑封后，形成坚固的保护体，再通过水刀切割工艺将封装体和基板切割成独立的智能标签个体，即完成了微型智能标签产品的封装。产品经过测试，打标，包装后就可以应用到实际项目中。

根据上述方案形成的本发明具有以下优点：通过该技术实现的微型智能标签具有独立的非接触式功能；通过该技术实现的微型智能标签具有非常小的体积，适合在小型物体和狭窄空间内使用。通过该技术实现的微型智能标签的可靠性高，适合在温度变化大、高湿度环境以及具有化学品腐蚀的环境中。

通过该技术实现的微型智能标签具有很强的抗机械冲击能力，适合在容易受到外力冲击的情况下使用。

通过该技术实现的微型智能标签取消了外加匹配电容器，也取消了电容器的焊接过程，避免了基板的受热引起的品质下降，有效地节约生产材料和降低生产成本，同时提高了产品的品质。

通过该技术实现的微型智能标签，有效满足本领域的需求，具有极好的实用性、创造性和新颖性。

附图说明

图1为本发明的微型智能标签的工作原理图。

图2为本发明的微型智能标签芯片引线焊接模块剖面示意图。

图3为本发明的微型智能标签芯片表面贴装剖面示意图。

图4为本发明的微型智能标的基板的整体剖面示意图。

图5为本发明的微型智能标签天线结构剖面示意图。

图6为本发明的微型智能标签天线分布电容原理图。

图7为本发明的微型智能标签基板零件反面图形设计示意图。

图8为本发明的微型智能标签基板零件面图形设计示意图。

图9为本发明的微型智能标签芯片安装及引线焊接示意图。

图10为本发明的微型智能标签多单元分布示意图。

图11为本发明的微型智能标签多区块分布示意图。

图12为本发明的微型智能标签多区块零件面碎铜分布示意图。

图13为本发明的微型智能标签多区块零件反面碎铜分布示意图。

图14为本发明的微型智能标签单个产品三维结构示意图。

图15为本发明的微型智能标签多个产品切割三维结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明针对现有微型智能标签常用的生产工艺，所存在的不仅生产成本高，而且制造工艺繁琐，使用中可靠性相对较差等问题，而提供的解决技术方案，实施具体如下：

参见图14，本发明提供的一种微型智能标签，由基板11和模塑封装体1构成，在基板11的上表面安装了智能芯片，被模塑封装体1包封在里面，形成一长方体结构的智能标签。为了达到微型封装尺寸的目的，长方体结构的智能标签的长度在0.5~1.5mm之间，宽度在0.3~1.2mm之间，厚度在0.3~1.0mm之间。参见图10和图15，多个规则排列的智能标签形成大块模塑封装体150，采用水刀切割按横向定位标识151进行切割，形成横向切割槽153；按纵向定位标识152进行切割，形成纵向切割槽154，获得单体的微型智能标签1。

参见图4，本发明提供的一种微型智能标签，其基板为薄型的双面印制电路基板，中间的绝缘介质11为环氧树脂（FR4或BT）、陶瓷（LTCC）或铁弗龙（PTFE）材料，其厚度为50~200um之间，绝缘介质的相对介电常数在4~10之间，玻璃转化温度在170~300摄氏度之间，具有优良的热机械稳定性。在绝缘介质的上表面，通过精密曝光及蚀刻工艺，形成上部射频天线图形13和天线焊盘14及15，再涂布了一层阻焊油墨层131，已保护表面的图形不受外界影响。天线焊盘14及15的表面采用镀镍再镀软金工艺，以适应超声波引线焊接或者表面贴装工艺焊接的要求。见图8，在绝缘介质11的表面形成上部射频天线图形13，其为多圈环绕的结构，天线的最外圈以孔盘1320为终点，通过金属化孔连通反面的图形；天线的最内圈以天线焊盘图形1324为终点，作为和芯片的引线焊接使用，孔盘1321通过金属化孔连接到反面图形，另一端和天线焊盘图形1323连接为终点，作为和芯片的引线焊接使用。最外圈的上下两边各设置了一个电镀线图形，将天线图形和外部电镀引线连通。在绝缘介质的下表面，通过精密曝光及蚀刻工艺，形成下部射频天线图形12，再涂布了一层阻焊油墨层121，已保护表面的图形不受外界影响。参见图7，在绝缘介质11的表面形成下部射频天线图形12，其为多圈环绕的结构，天线的最外圈以孔盘1220为终点，通过金属化孔连通反面的图形；天线的最内圈以孔盘1221为终点，通过金属化孔连通反面的图形。最外圈的上下两边各设置了一个电镀线图形，将天线图形和外部电镀引线连通。

参见图11，为了提高生产效率，将多个基板按规则的图形排列，形成方形区域100，在一条长条形的大基板上，复制了另3个和100相同的方形区域101，102和103。在大基板的边缘设置了多个圆形和椭圆形的定位孔，可以在生产工艺中精确定位。在两个相邻的方形区域中间，设置了多条槽孔108，以释放基板的应力，防止损坏到方形区域内的部件和封装体。

参见图12的零件面，在大基板的方形区域130、入料区域131和槽孔108之外，设置了斜向的碎铜区域132，单个碎铜134的形状为斜向45度角放置的正方形，正方形的边长为0.1~0.5mm之间，碎铜之间的间隔135和136，尺寸为0.05~0.3mm之间，以平衡金属层的平均分布，有效改善基板的热变形。

参见图13的零件反面，在大基板的方形区域140和槽孔108之外，设置了斜向的碎铜区域142，单个碎铜144的形状为斜向45度角放置的正方形，正方形的边长为0.1~0.5mm之间，碎铜之间的间隔145和146，尺寸为0.05~0.3mm之间，以平衡金属层的平均分布，有效改善基板的热变形。

参见图9，本发明提供的一种微型智能标签，在基板的零件面中心区域安装了智能标签芯片2，智能标签芯片上的焊盘通过引线41和42连接到天线焊盘14和15。参见图2，在基板11的零件面中心区域安装了智能标签芯片2，智能标签芯片和基板间采用黏结剂3进行固定，智能标签芯片上的焊盘通过引线41和42连接到天线焊盘14和15。通过注塑射出成型的塑封体5，将基板、芯片和引线包封起来，有效保护被包封的部件。参见图3，在基板11的零件面中心区域安装了智能标签芯片2，智能标签芯片和基板间采用焊接剂43和44进行连接，智能标签芯片上的焊盘通过焊接剂连接到天线焊盘14和15。通过注塑射出成型的塑封体5，将基板和芯片包封起来，有效保护被包封的部件。

参见图5，射频天线设置在基板的绝缘介质11的正反面，正面的射频天线132、133、134和反面的射频天线图形122、123、124的投影面重叠且中心对称。且射频天线图形122比射频天线图形132的宽度稍宽；同样的，射频天线图形133比射频天线图形123的宽度稍宽；射频天线图形124比射频天线图形134的宽度稍宽；如此交错排列，获得相同的线间距，更使上下天线图形间的投影面积保持不变。从而保证在生产过程中的工艺偏差不影响平板电容器的电容量。基板的正反面的射频天线线宽和间距为30~100um，线与线之间的分布电容和对应的射频天线并联后和谐振电路同时工作，保证了谐振电路工作在13.56MHz的频点。

参见图1，是本发明一种微型智能标签的原理图，零件面射频天线13和零件反面射频天线12同相串联，和芯片2的输入电容器串联起来，形成一个LC谐振回路。相邻天线之间分布电容形成的等效电容62以及上下层的天线平行设置形成的等效平板电容器61，和对应的射频天线并联连接，作为LC谐振电路的补偿电容器，在射频天线的尺寸受到限制时，天线的电感量未能达到要求的电感量，就采用补偿电容器来实现谐振电路的参数匹配。

参见图6的天线分布电容原理图，射频天线设置在基板的绝缘介质11的正反面，正面的射频天线132和反面的射频天线图形122的投影面重叠且中心对称。且反面的射频天线图形122比正面射频天线图形132的宽度稍宽，使生产过程中的工艺偏差不影响平板电容器的投影面重叠面积，从而保证平板间等效分布电容器61的容量稳定性。基板的正反面的射频天线线宽和间距为30~100um，相邻天线133与天线134之间的分布电容形成了等效电容器62，和对应的射频天线并联后配合谐振电路同时工作，保证了谐振电路工作在13.56MHz的频点。正面的阻焊层131和反面的阻焊层121有效保护了天线及其他图形的稳定性，防止导电图形受到环境的影响。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述说明书的限制，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种微型智能标签，其特征在于，所述的微型电子标签由基板、芯片和封装体构成：所述的基板为方形，由一层薄型的绝缘介质、设置在绝缘介质正反面的导电图形、设置在绝缘介质正反面及导电图形表面的阻焊层、连接正反面导电层的金属化孔；所述的芯片为智能标签专用芯片，设置在基板的零件面中心区域；所述的封装体由方形树脂型模塑封装材料构成，设置在基板零件面的上部，将芯片包封在内，和基板结合为一长方体结构；

所述基板的正反面导电图形各包含了一组多圈环绕的射频天线，通过金属化孔同相串联，正面的射频天线和反面的射频天线图形投影面重叠且中心对称，正反面重叠的射频天线间形成多组平板电容器，和相应的射频天线并联连接；

其中，反面射频天线图形（122）比相对的正面射频天线图形（132）的宽度宽；正面射频天线图形（133）比相对的反面射频天线图形（123）的宽度宽；反面射频天线图形（124）比相对的正面射频天线图形（134）的宽度宽；如此交错排列，获得相同的线间距，更使上下天线图形间的投影面积保持不变，保证平板间等效分布电容器的容量稳定性；

基板的正面和反面相邻的射频天线间形成多组平行线分布电容器，和相应的射频天线并联连接，配合谐振电路同时工作，保证了谐振电路工作在13.56MHz的频点。

2.根据权利要求1所述的一种微型智能标签，其特征在于，所述基板的绝缘介质为环氧树脂、陶瓷或铁弗龙材料，其厚度为50~200um之间，绝缘介质的相对介电常数在4~10之间，玻璃转化温度在170~300摄氏度之间。

3.根据权利要求1所述的一种微型智能标签，其特征在于，所述基板的正反面的射频天线线宽和间距为30~100um。

4.根据权利要求1所述的一种微型智能标签，其特征在于，所述芯片的背面通过黏结剂固定在基板的零件面中心无导电图形的区域，通过超声波焊接将芯片上的焊盘和基板上的天线焊盘通过引线连接起来。

5.根据权利要求1所述的一种微型智能标签，其特征在于，所述芯片的正面通过焊接剂焊接在基板的零件面中心焊盘区域，使芯片上的焊盘和基板上的天线焊盘通过焊接剂连接起来。