CN103548038B - 无线识别标签、具有该标签的电子产品pcb、以及电子产品管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线识别（RFID）标签、具有该标签的电子产品PCB、以及使用该RFID标签的电子产品管理系统。该RFID标签包括绝缘装置；一对上端子，设置在所述绝缘装置的上表面；标签芯片，连接至所述上端子；以及一对下端子，设置在所述绝缘装置的下表面，以面向所述上端子。下端子连接至电子产品PCB的第一图案和第二图案。当所述第一图案和第二图案接收到读写器放射的电波时，在所述上端子和所述下端子之间通过电场产生电抗耦合，所述下端子与所述上端子通电。将PCB中已经形成的图案用作天线，因而不需要形成专用天线图案。

Description

无线识别标签、具有该标签的电子产品PCB、以及电子产品管 理系统
技术领域
本发明涉及一种无线识别标签（RFID tag，以下简称RFID标签），更具体地，涉及一种用于对电子产品的组装过程管理等后续管理的无线识别标签，更具体地，涉及不需要单独天线的无线识别标签。
背景技术
电视、移动电话、计算机或便携音乐播放器等电子产品包括至少一个印刷电路板（PCB：printed circuit board）。这种电子产品的PCB要在预定的生产线上对电子元件等部件进行组装并进行检查。
条码标签是现有技术中用来管理电子产品PCB的组装过程（包括检查过程）的方法。该方法是一种管理包括组装过程在内的整个过程的方法，例如，当生产线上完成某一个过程时，使用扫描仪识别条码标签上印有的条形码，并在管理服务器上更新。
前述使用条码标签的管理方法，标签的小型化受到了限制，而且必须将标签附着于任何时候都能够暴露于扫描仪的位置。另外，由于扫描和处理时间达到数十秒可导致整个组装过程的延迟。如果电子产品PCB很小，例如略大于或类似于标签的大小，随之而来的问题便是，为了部件组装过程，必须取下条码标签，完成相应的过程后，需要再次将条码标签附着。因此，必然增加处理时间。（根据组装过程的数量和手动执行的组装过程，便可评估无谓浪费的处理时间的量。）
为了克服条形码方法的所述问题，一些电子产品制造商引入了无线识别（RFID）标签。众所周知，根据有无工作电源，RFID标签可分为有源标签和无源标签。有源标签因其必须包括电源（例如，电池）而对标签的小型化有限制。相应地，将RFID标签读码器的天线放射的电波作为电源的无源标签被广泛使用。
无源标签基本上包括标签芯片和天线。将无源标签应用到上述电子产品PCB中的方法大致有两种。一种是类似于条码标签附着于PCB，另一种是在电子产品PCB中实现无源标签。后者需要电子产品PCB具有连接至标签芯片的天线图案。这意味着，PCB上需要有与天线尺寸对应的空间。然而，在小型的电子产品，例如便携式电话的PCB上，很难提供用于标签芯片的天线图案的空间。
相关技术文献
1、韩国专利公开号No.10-2008-0098412（公开日：2008.11.07）
2、韩国专利公开号No.10-2005-0110632（公开日：2005.11.23）
3、韩国专利公开号No.10-2008-0068152（公开日：2008.07.23）
4、韩国专利公开号No.10-2010-0029116（公开日：2010.03.15）
5、国际专利申请公开号WO/2007/102360（公开日：2007.09.13）
6、国际专利申请公开号WO/2006/009934（公开日：2006.01.26）
发明内容
技术问题
因此，考虑到现有技术出现的上述问题，本发明目的是提供一种安装在电子产品PCB上的RFID标签。
本发明另一目的是使用已经在电子产品PCB上形成的直流电源图案和接地图案，不需要单独形成RFID标签的天线。
本发明再一目的是提供一种形成为表面安装型的RFID标签。
本发明又一目的是提供一种具有RFID标签的电子产品PCB。
本发明还有一目的是提供一种基于RFID标签的电子产品管理系统。
技术方案
本发明人在研究现有技术问题的过程中考虑能否将已经在电子产品PCB上提供的图案（直流电源图案和接地图案）用作RFID标签的天线。基于所谓的发明问题解决理论（TRIZ或TIPS）和解决方案，本发明人如下确定了要解决的问题并研究了解决方案。
1、确定矛盾
在RFID标签连接（或焊接）到电子产品PCB的图案的情况下，图案上不提供电源（直流电源）时，图案作为标签的天线工作。然而，当提供电源时，标签会损坏或影响电子产品PCB的功能。在一些情况，会导致PCB出现故障。
由此，本发明得到如下技术矛盾和物理矛盾。
i）技术矛盾：“尽管RFID标签可使用电子产品PCB的图案作为天线，但是当向其提供电源（直流电源）时，标签会出现故障或被损坏。”
ii）物理矛盾：“RFID标签必须连接至电子产品PCB的图案并且不能连接至电子产品PCB的图案。”
2、研究解决方案
为了克服上述物理矛盾，本发明人想到了应用TRIZ“分离原理”中的空间上分离原理，“将RFID标签与电子产品PCB的图案空间上分离和/或条件上分离”。此处的“条件”是指直流电流通过图案的情况和交流电流通过图案的情况。
之后，为了克服技术矛盾，考虑了TRIZ的40个原理。注意到作为形成想法的主要原理的两个原理，即，“中间媒介物”和“机械性相互作用的替换”。对如上选择的两个原理做了如下扩展：
i）中间媒介物：引入用于连接RFID标签与电子产品PCB图案的中间媒介物。
ii）机械性相互作用的替换：“将RFID标签与电子产品PCB的图案通过焊接连接看成是机械连接，并且引入能够替换其的装置。”
从这些原理中，本发明人缩小了寻求解决方案的范围，即，需要可替换机械焊接连接的中间媒介物，该中间媒介物必须具有选择性工作功能，只在交流电源（从标签读码器放射的radio frequency）时工作，而直流电源时不工作。
随后，本发明人在更为深入地研究解决方案的过程中，注意到了通过电场电抗耦合（reactive coupling）的科学效应，并设计了本说明书权利要求书中记载的RFID标签的结构。
本发明的一方面提供了一种RFID标签，包括：绝缘装置；一对上端子，设置在所述绝缘装置的上表面；标签芯片，连接至所述上端子；以及一对下端子，设置在所述绝缘装置的下表面，以面向所述上端子。所述下端子连接至电子产品PCB的第一图案和第二图案。当所述第一图案和第二图案接收到单独的读写器放射的电波时，通过电场在所述上端子和所述下端子之间产生电抗耦合，所述第一图案和第二图案与所述上端子之间通电。
优选地，所述第一图案是直流电源图案，所述第二图案是接地图案。
本发明的另一方面提供了一种RFID标签，包括：标签芯片，具有一对内端子；绝缘体，其容纳所述标签芯片；以及一对外端子，设置在所述绝缘体上，以面相所述内端子。所述一对外端子连接至电子产品PCB的第一图案和第二图案。当所述第一图案和第二图案接收到单独的读写器放射的电波时，通过电场在所述内端子和所述外端子之间产生电抗耦合，所述第一图案和第二图案与所述内端子之间通电。优选地，所述第一图案是直流电源图案，所述第二图案是接地图案。
本发明的再一方面提供了一种包括RFID标签的电子产品PCB。所述RFID标签包括：绝缘装置；一对上端子，设置在所述绝缘装置的上表面；标签芯片，连接至所述上端子；以及一对下端子，设置在所述绝缘装置的下表面，以面向所述上端子。所述下端子中一个连接至直流电源图案，所述下端子中另一个连接至接地图案。
本发明的另一方面提供了一种包括RFID标签的电子产品PCB。所述RFID标签包括：标签芯片，具有一对内端子；绝缘体，其容纳所述标签芯片；以及一对外端子，设置在所述绝缘体上，以面向所述内端子。优选地，所述外端子中一个连接至直流电源图案，所述外端子中另一个连接至接地图案。
本发明的又一方面提供了一种包括RFID标签芯片的电子产品PCB，包括：第一绝缘垫片和第二绝缘垫片，设置在所述电子产品PCB的上表面；RFID标签芯片，连接至所述第一绝缘垫片和第二绝缘垫片；第一下垫片，其从所述电子产品PCB的下面的直流电源图案延伸，以面向所述第一绝缘垫片；以及第二下垫片，其从所述电子产品PCB的下表面的接地图案延伸，以面向所述第二绝缘垫片。优选地，所述绝缘垫片不与所述电子产品PCB的任何图案物理连接。
本发明的还有一方面的电子产品PCB适用于包括读写器的电子产品管理系统。
本发明的具体特征和优点，具有上述RFID标签的电子产品PCB，以及基于所述电子产品PCB的电子产品管理系统将在下文详细说明。
技术效果
根据本发明，包括在电子产品PCB上的组装过程管理的后续管理会变得容易和快捷。
特别地，由于本发明的RFID标签使用电子产品PCB中已经形成的直流电源图案和接地图案用作天线，因而不需要如现有技术在电子产品PCB上形成专用天线图案。
附图说明
图1为本发明第一实施例中RFID标签的纵向截面图；
图2为显示图1中RFID标签的纵向截面及其部分放大的视图；
图3为显示图1中RFID标签的平面和底面的视图；
图4为示出图1中RFID标签设置在电子产品PCB的形态的视图；
图5为示出图4中RFID标签的工作的视图；
图6为本发明第二实施例的RFID标签的透视图；
图7为示出图6中的RFID标签安装在电子产品PCB的一方面的视图；
图8为用沿图6中A-A’线的纵向截面说明FRID标签的工作的视图；
图9和图10为示出本发明第三实施例的电子产品PCB的视图；
图11至图14为示出基于本发明的电子产品PCB构造的电子产品管理系统的视图。
具体实施方式
下文中，将通过第一实施例和第二实施例详细说明本发明的技术特征。首先，本说明书中提及的技术术语“耦合”分为直接耦合和非直接耦合。前者是指焊接等物理耦合，后者是指场引起的耦合。在本发明的下列实施例中，基于端子(例如，上端子，下端子)之间通过电场反应及相互作用的角度，可将所述非直接耦合称为电抗耦合。该电抗耦合包括电容耦合和电感耦合。
参照附图中的图1和图2，本发明第一实施例中的RFID标签100包括绝缘装置110、上端子120a和120b，标签芯片130和下端子140a和140b。
绝缘装置110可以理解为具有预设介电常数（ε）的电介质。绝缘装置110可以由多种材料制成，诸如塑料、纸或陶瓷等，介电常数取决于材料和厚度。
图3中[A]示出图1中所示的RFID标签100的平面（上部），[B]示出底面（下部）。一对上端子120a和120b彼此间隔设置在所述绝缘装置110的上表面。标签芯片130连接至上端子120a和120b。标签芯片130具有一对端子132a和132b，并且该端子132a和132b焊接至上端子120a和120b。在本发明中，标签芯片130表示排除了天线的无源型RFID标签。标签芯片130可理解为集成电路芯片。
一对下端子140a和140b设置在所述绝缘装置110的下表面，并面向所述一对上端子120a和120b。如图4所示，下端子140a和140b通过焊接或导电粘合物（例如，导电粘合剂或导电粘合片），连接至电子产品PCB10上形成的第一图案12和第二图案14。在本实施例中，第一图案12和第二图案14分别为直流（DC）电源图案（例如，VCC）和接地图案（例如，GND），其中直流电源图案用于向电子产品PCB10提供直流电源。直流电源图案可为形成在电子产品PCB10上的信号图案，例如，信号形态为低和高的开关，关于发光二极管（LED）的图案。这种信号图案可理解为包括于前述的直流电源图案。
一般来说，电子产品PCB10的直流电源图案和接地图案的特点是，分布在电子产品PCB10的整个区域，尽管会依据电路的设计和元件布局而有所不同。具有这种特点的电子产品PCB10的第一图案12和第二图案14如下所述，起到RFID标签100的天线的作用。
具体而言，当直流电源施加到图案12和14时，上端子120a和120b以及下端子140a和140b通过位于它们之间的绝缘装置110而保持绝缘状态。因此，标签芯片110不工作。相比之下，当电子产品的PCB10的图案12和14接收到来自RFID读写器（未示出）的具有预设频率，例如900MHZ的频率时，在上端子120a、120b和下端子140a、140b之间形成电场,如图5所示，上端子120a和120b以及下端子140a和140b通过电抗耦合通电（参见图5中附图标记“RC”）。因此，标签芯片130像通常的RFID系统一样，与读写器通信。
所述的RFID标签100执行所谓的选择性工作，即在直流电源下不工作，只在预设频率的交流电源下工作。
下面，将对本发明第二实施例中RFID标签进行说明。
在图6至图8中，用附图标记“200”表示本发明第二实施例中RFID标签。RFID标签200表示将第一实施例的RFID标签100标准化成表面安装型的器件（SMD:surface-mountdevice）。当然，作为参考，第一实施例的RFID标签100也相当于表面安装型。
具体而言，参考图6，RFID标签200包括形成有内端子212a和212b的标签芯片210，容纳标签芯片210的绝缘体220，以及设置在所述绝缘体外部的一对外端子230a和230b，其面向所述内端子212a和212b。
尽管绝缘体220可由第一实施例的绝缘体110的材料制成，但本发明并不限于这些材料。如图7所示，RFID标签200的外端子230a和230b焊接至电子产品PCB10的第一图案12和第二图案14。当直流电源施加到该状态下的图案12和14时，标签芯片210不工作。然而，当图案12和14接收到具有预设频率（例如900MHz）的电波时，如图8所示，外端子230a和230b以及内端子212a和212b通过电抗耦合（RC）通电，以便标签芯片210工作。
换言之，第二实施例的RFID标签200像上述第一实施例的RFID标签100一样，执行选择性工作。
另外，本发明人对第二实施例的RFID标签200进行了一项实验，实验资源如下面的表1所示。
表1
证实到在实验条件1中，当外接天线靠近便携式电话PCB时，正常识别到了标签；在实验条件2中，当外接天线靠近便携式电话时，也正常识别到了标签。识别距离为3-4厘米。
除了表1例示的便携式电话“SCH-M715”之外，本发明人还利用韩国上市的多个便携式电话进行了实验，证实了均可正常工作。当然，除了便携式电话，包括便携式多媒体设备（例如，PMP或MP3播放器等）对笔记本电脑进行的实验，也获得了相同的结果。
图9和图10为示出本发明第三实施例中包括RFID标签芯片的电子产品PCB10的视图。
参考附图，第一绝缘垫片16a和第二绝缘垫片16b以预定距离彼此间隔设置在电子产品PCB10的上表面。此处的术语“绝缘”是指垫片16a和16b不与电子产品PCB上形成的任何图案（电源图案、接地图案或信号图案）物理连接。标签芯片18连接至绝缘垫片16a和16b。
所述电子产品PCB10的下面具有从第一图案12延伸并面向所述第一绝缘垫片16a的第一下垫片12a，从第二图案14延伸并面向所述第二绝缘垫片16b的第二下垫片14a。
优选地，第一图案12为直流电源图案，第二图案14为接地图案。
当直流电源施加到如上所述的第三实施例中电子产品PCB10的图案12和14时，标签芯片18不工作。然而，当接收到具有预设频率（例如900MHZ）的电波时，绝缘垫片16a和16b以及下垫片12a和14a通过电抗耦合（RC）电连接。因此，标签芯片18工作。换言之，第一图案12和第二图案14充当标签芯片18的天线。
本实施例的特点是，在电子产品PCB10中实现了第一实施例和第二实施例说明的电抗耦合功能和结构。
所述的第一实施例和第二实施例的RFID标签100和200，以及第三实施例的电子产品PCB10可用于对多种电子产品组装过程管理，以及维修和保修服务（A/S）等后续管理。本说明书中，将组装过程管理以及后续管理统称为“电子产品管理。”具体而言，图11示出了电子产品管理系统S的构成。
如图11所示，电子产品管理系统S基本上包括设置有RFID标签100、200或标签芯片18的电子产品PCB10，以及至少一个读写器20。
读写器20可通过频率为900MHZ的无线通信读出或修正标签芯片130、210、18上存储的信息（例如，识别信息），可在标签芯片中记录追加信息。
如图12所示，读写器20可通过有线网络或无线网络连接至用户计算机30，如图13所示可连接至服务器40。可替代地，如图14所示，读写器20可连接至计算机30，并且该计算机30连接至服务器40。此处的服务器40可为管理用服务器或数据库管理系统（DBMS：database management system），用来管理电子产品相关的信息。
尽管用于说明性目的公开了本发明的实施例，本发明不限于附图中示出并在上文公开的结构和操作，本领域技术人员应理解，在不脱离所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换都是可行的。
工业实用性
本发明的RFID标签适用于对各种电子产品PCB或电子产品组装过程管理，以及维修和保修服务（A/S）等后续管理。

Claims (17)

1.一种附着于电子产品PCB的无线识别标签，包括：
绝缘装置；
一对上端子，设置在所述绝缘装置的上表面；
标签芯片，连接至所述上端子；以及
一对下端子，设置在所述绝缘装置的下表面，以面向所述上端子，
其中所述下端子连接至所述电子产品PCB的第一图案和第二图案，所述第一图案为直流电源图案，所述第二图案为接地图案。
2.根据权利要求1所述的附着于电子产品PCB的无线识别标签，其中当所述第一图案和第二图案接收到单独的读写器放射的电波时，通过电场在所述上端子和所述下端子之间产生电抗耦合，所述第一图案和第二图案与所述上端子通电。
3.一种附着于电子产品PCB的无线识别标签，包括：
标签芯片，具有一对内端子；
绝缘体，其容纳所述标签芯片；以及
一对外端子，设置在所述绝缘体上，以面向所述内端子，
其中所述一对外端子连接至所述电子产品PCB的第一图案和第二图案，所述第一图案为直流电源图案，所述第二图案为接地图案。
4.根据权利要求3所述的附着于电子产品PCB的无线识别标签，其中当所述第一图案和第二图案接收到单独的读写器放射的电波时，通过电场在所述内端子和所述外端子之间产生电抗耦合，所述第一图案和第二图案与所述内端子通电。
5.一种包括无线识别标签的电子产品PCB，其中所述无线识别标签包括：
绝缘装置；
一对上端子，设置在所述绝缘装置的上表面；
标签芯片，连接至所述上端子；以及
一对下端子，设置在所述绝缘装置的下表面，以面向所述上端子，
所述下端子中一个连接至直流电源图案，所述下端子中另一个连接至接地图案。
6.一种电子产品管理系统，包括：
权利要求5所述的电子产品PCB；以及
与所述电子产品PCB的无线识别标签通信的读写器。
7.根据权利要求6所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述读写器的计算机。
8.根据权利要求6所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述读写器的服务器。
9.根据权利要求7所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述计算机的服务器。
10.一种包括无线识别标签的电子产品PCB，其中所述无线识别标签包括：
标签芯片，具有一对内端子；
绝缘体，其容纳所述标签芯片；以及
一对外端子，设置在所述绝缘体上，以面向所述内端子，
所述外端子中一个连接至直流电源图案，所述外端子中另一个连接至接地图案。
11.一种电子产品管理系统，包括：
权利要求10所述的电子产品PCB；以及
与所述电子产品PCB的无线识别标签通信的读写器。
12.根据权利要求11所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述读写器的计算机。
13.根据权利要求11所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述读写器的服务器。
14.根据权利要求12所述的电子产品管理系统，进一步包括通过有线或无线网络连接至所述计算机的服务器。
15.一种电子产品PCB，包括：
第一绝缘垫片和第二绝缘垫片，设置在所述电子产品PCB的上表面；
标签芯片，连接至所述第一绝缘垫片和第二绝缘垫片；
第一下垫片，从所述电子产品PCB的下表面的直流电源图案延伸，以面向所述第一绝缘垫片；以及
第二下垫片，从所述电子产品PCB的下面的接地图案延伸，以面向所述第二绝缘垫片。
16.根据权利要求15所述的电子产品PCB，其中所述绝缘垫片不与所述电子产品PCB的任何图案物理连接。
17.根据权利要求15或16所述的电子产品PCB，其中当所述直流电源图案和接地图案接收到单独的读写器放射的电波时，通过电场在所述绝缘垫片和所述下垫片之间产生电抗耦合。
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