CN105373826A - 一种双频智能标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双频智能标签，该标签同时具备了一个超高频智能标签和一个高频智能标签的功能，其包括单颗芯片、一组集成高频天线和超高频天线的双频智能标签天线，单颗芯片通过环氧树脂胶固定在天线表面上，其上的焊盘与天线的焊盘电连接。本发明提供的方案解决了双频标签相互干扰及无法实现小型化等问题。

Description

一种双频智能标签

技术领域

本发明涉及RFID技术领域的智能标签技术，特别涉及一种双频智能标签。

背景技术

随着物联网技术的发展，作为其基础的RFID产业也将迎来新一轮的机遇与挑战。就目前的产业形势来看，RFID的相关市场将进一步扩大，越来越多的传统行业将对RFID产品产生需求。

目前，RFID领域的智能标签不管是无源智能标签或者是有源智能标签，基本上都是单频标签。从智能标签的通信频率上进行区分，主要有低频智能标签、高频智能标签和超高频智能标签。单频智能标签在功能上可实现单一的功能，在进行某些简单的操作上，起到了非常大的作用，如公交一卡通，其实质是一张13.56MHz单频电子标签，仅实现交通运输环节的交通费用支付功能，方便快捷，使用简单，被广大用户所接受，也是目前RFID领域使用最为广泛的应用。又如物流仓储领域的超高频RFID物流标签，它是一张915MHz单频智能标签，实现中距离的物品流通的识别和数据管理，在物流仓储领域被广泛使用，大大提高了物流仓储的工作效率。

不同频率特性的智能标签，其本身的物理特性差异很大，如超高频智能标签，其通信距离一般较远，有效距离在几米到十几米之间，而且它具备快速数据交换的通信协议和性能优异的防冲撞特性，适合远距离多标签应用。而高频智能标签的通信距离一般在几厘米到几十厘米，而且防冲撞性能较差，因此适合近距离少标签的应用。但是高频标签的芯片一般具备较好的安全性，因此适合在金融领域的应用。

为了让不同智能标签的优点在同一张智能标签或者卡片上实现，多年来行业内出现了将两种智能标签机械地拼装在一张卡上，实现两种功能。虽然从功能的角度确实实现了，但是出现了诸多隐患，比如产品的生产工艺复杂；产品可靠性差，容易损坏；产品生产成本高，不利于推广；高频和超高频天线的相互干扰问题；无法实现小型化标签等。特别重要的，芯片分离式的双频智能标签具有两颗独立的芯片，芯片之间无法实现信息传输和共享，这在应用上造成了极大地不便。

发明内容

本发明针对现有双频智能标签中存在超高频天线性能与高频标签天线性能相互干扰、无法实现小型化的问题，提供一种性能可靠，无干扰的单芯片小型化的双频智能标签。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种双频智能标签，包括单颗芯片、一组集成高频天线和超高频天线的双频智能标签天线，所述单颗芯片固定在天线表面上，其上的焊盘与天线的焊盘电连接。

进一步的，所述的单颗芯片通过胶固定在天线表面上。

再进一步的，所述的胶为环氧树脂胶。

再进一步的，所述的环氧树脂胶为具有单向异性导电性能的环氧树脂胶或者为具有导电颗粒的单向同性导电胶。

进一步的，所述的单颗芯片具有一组唯一的芯片ID编码，该芯片ID编码在芯片工作时可被读取。

进一步的，所述的双频智能标签天线包括绝缘基材、一个超高频天线和一个高频天线，所述的超高频天线和高频天线分别包括相应的导电图形和两个信号输入端子，所述的超高频天线和高频天线上导电图形设置在绝缘基材的一个表面上，而对应的信号输入端子也设置在该表面上。

再进一步的，所述的高频天线中的导电图形为不少于一圈的绕线式线圈，高频天线中的第一信号输入端子设置在最外层线圈以外，绕线式线圈逐层向内平行绕线延伸，至最内层线圈结束形成一个端点，并通过一个导电跳线将端点引出到最外层线圈以外，通过外部过渡引线靠近第一信号输入端子设置第二信号输入端子。

再进一步的，所述的绕线式线圈为环形电感型线圈。

再进一步的，所述的绕线式线圈为经过蚀刻的导电线路由外向内平行环绕形成，所述的导电线路为铜箔或者铝箔经过蚀刻的导电线路。

再进一步，所述的跳线为一条导电线路，跳线的两端尺寸较大，跳线两端分别连接线圈内部端点和线圈外部过渡引线的端点，跳线和线圈间设置可印刷绝缘层。

再进一步，所述的跳线为印刷银浆跳线，跳线和线圈间设置可印刷绝缘层。

再进一步，所述的跳线为蚀刻导电图形跳线，跳线设置在绝缘基材的另一面，通过导通孔将跳线的两端和线圈的内部端点及外部过渡引线的端点连接起来。

再进一步的，所述的超高频天线中的两个信号输入端子通过一个环形导电图形连接形成半封闭结构的谐振环，该谐振环通过两个信号输入端子与单颗芯片连接，形成谐振回路。

再进一步的，所述的超高频天线中还包含两个延伸的电极，电极的一端各和谐振环的一侧相连接，电极的另一端呈发散状设置。

再进一步的，所述的超高频天线中还设置了一个平面型的电容匹配器，由一片导电图形和介质绝缘层配合组成，所述导电图形的投影面和谐振环的部分图形重叠。

再进一步，所述标签的表层设置了印刷层，在标签的底层设置了不干胶层。

利用本发明提供的方案所形成的双频智能标签，其最小尺寸可做到20X20mm，解决了行业内小型双频智能标签的尺寸极限。并且本发明提供的方案将以确保向后兼容现有智能标签的制作工艺，并获得与目前使用的产品相同的功能。

同时本发明提供的标签的制作工艺高效稳定，具有小型化、集成化等特点，极大地推动全球智能标签行业发展，具有较好的应用前景。

另外在具体实现时，利用本发明提供的方案能够提供一种性能稳定可靠且尺寸很小的900MHz超高频频段和13.56MHz高频频段的双频智能标签

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例1中双频智能标签的导电图形示意图；

图2为本发明实例1中双频智能标签的绝缘层及辅助层导电图形示意图；

图3为本发明实例1中单面辅助层剖面结构的示意图。

图4为本发明实例1中面纸及离型纸的剖面结构的示意图。

图5为本发明实例2中双面辅助层剖面结构的示意图。

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。

本实例通过优化天线设计，使天线性能获得大幅度的提高，实现小型化的双频智能标签。

实例一

参见图1和图2，其所示为本实例中提供的双频智能标签天线的导电图形示意图。由图可知，本实例提供的双频智能标签900主要包括绝缘基材100、超高频天线200、高频天线300以及单颗芯片800三部分。

其中，超高频天线200、高频天线300相对的设置在绝缘基材100上构成集成高频天线和超高频天线的小型化双频智能标签天线，而单颗芯片800则固定在天线表面上，且其上的焊盘与标签天线上相应的焊盘进行电连接，由此构成集成高频和超高频的微型双频智能标签的主体结构。

标签中的单颗芯片800为整个标签中的数据处理中心，该芯片具体采用可同时实现超高频智能标签和高频智能标签功能的芯片，其上具备两个高频天线输入焊盘和两个超高频天线输入焊盘。

同时，该芯片具有一组唯一的芯片ID编码，该芯片ID编码在芯片工作时可被读取，不管芯片处在高频智能标签或超高频智能标签的应用模式下，都能获得相同的芯片ID编码。

该单颗芯片800在安装时，采用相应的胶实现与天线的可靠连接，该胶采用环氧树脂胶，通过环氧树脂胶实现芯片焊盘和天线焊盘的可靠连接并将芯片可靠地固定在天线表面。

对于该环氧树脂胶具体可采用具有单向异性导电性能的环氧树脂胶。

作为替换的，该环氧树脂胶还可采用具有导电颗粒的单向同性导电胶。

标签中的绝缘基材100用于承载超高频天线200和高频天线300，具体可采用易碎纸质、PET(聚对苯二甲酸类塑料)基材、PI(聚酰亚胺)基材、环氧树脂基材中的一种，以保证标签天线的性能可靠。

超高频天线200和高频天线300相对于的设置在绝缘基材100一个表面101上，由此来构成双频智能标签天线的主体结构。

具体实现时，超高频天线200为偶极子超高频天线，主要包括一个环形导电图形201和两个信号输入端子202和203，两个信号输入端子202和203分别连接环形导电图形201形成一个半封闭结构的谐振环，谐振环的两个端子通过环氧树脂胶和芯片的超高频天线输入端连接，形成谐振回路。

其中，环形导电图形201以绝缘基材100的横向中心线(图示方向)为对称轴线，分布在绝缘基材100表面的一侧，而两个信号输入端子202和203对称的位于环形导电图形201内侧的中部位置。

在此基础上上，本超高频天线200中还包括两个延伸的电极204和205，电极的一端各和谐振环的一侧相连接，电极的另一端呈发散状设置。

电极204和205具体为设置在环形导电图形201上下两侧(图示方向)的两个发散型的导电图形204和205，实现阻抗匹配功能。

该发散型的导电图形根据实际需要，可以设计成弯曲的形状或其他任何形状，一端和环形导电图形201连接，另一端沿绝缘基材100的延伸方向设置并悬空。由上、下两发散型的导电图形之间构成的区域102用于设置高频天线300。

另外，在小型化的双频智能标签天线设计中，超高频天线的尺寸受到限制，按照常规设计就无法使天线达到900MHz频段的谐振要求。由此，本实例在环形导电图形201靠近信号输入端子的附近设置了一个平面型的电容匹配器600，该平面型的电容匹配器600实质上是一个导电图形601，通过绝缘层602和环形导电图形201的部分图形的投影面重叠形成平面型的电容匹配器。

如图3所示，平面型的电容匹配器600的一个导电图形601和环形导电图形201通过绝缘层602进行隔离。

本实例中的高频天线300，其以绝缘基材100的横向中心线(图示方向)为对称轴线，分布在绝缘基材100表面的另一侧，并位于上、下两发散型的导电图形204、205之间的区域中。

该高频天线300包含了一组绕线式线圈301和两个信号输入端子302和306，该绕线式线圈301的线圈的圈数根据匹配的芯片和天线的尺寸来决定，而形状也根据实际需求而定，本实例中为保证天线的性能，采用方形线圈设计，最终将谐振在13.56MHz的频点。

该绕线式线圈301为一环形电感型线圈，经过蚀刻的导电线路由外向内平行环绕形成，而导电线路为铜箔或者铝箔经过蚀刻的导电线路。

具体实现时，高频天线300的一个信号输入端子302相对于超高频天线200中的信号输入端子202，设置在环形电感型线圈301的最外层线圈以外，并与环形电感型线圈301连接，而环形电感型线圈301逐层向内平行绕线延伸(呈方形绕线)，至最内层线圈结束形成一个端点303，并通过一个导电跳线400将端点引出到最外层线圈以外的端点304，通过外部过渡引线305靠近第一个信号输入端子302设置另外一个信号输入端子306，且该信号输入端子306与超高频天线200中的信号输入端子203相对。

其中导电跳线400为一条导电线路，跳线的两端尺寸较大，跳线两端各连接线圈内部端点303和线圈外部过渡引线的端点304，跳线和线圈间设置绝缘层500(如图2所示)。

作为替换方案，该导电跳线400还可为印刷银浆跳线，由此该跳线400和线圈间设置可印刷绝缘层500(如图2所示)。

如图3所示，高频天线的导电跳线400跨过环形电感型线圈301，通过绝缘层500进行隔离，并将线圈内部端点303和外部过渡引线的端点304连接起来。

由此设置的高频天线300和超高频天线200，使得四个信号输入端子202和203、302和306规则排列在绝缘基材的表面上，并位于高频天线300和超高频天线200之间。具体的，超高频天线200上的信号输入端子202和203与高频天线300的信号输入端子302和306对称设置，呈矩形分布，相邻两个端子间的间隙为0.1～0.5mm。

由于高频信号输入端和超高频信号输入端的设置对于整个射频信号网络的性能非常重要，本实例中的高频信号输入端和超高频信号输入端设置方案，使得高频信号输入端和超高频信号输入端能够尽量靠近天线体设置，有效以免引起杂散信号的干扰降低天线的性能；同时，本实例中根据射频芯片的信号输出端口的尺寸进行信号输入端间的间隙设置，相对于现有产品，本实例方案中确定了信号输入端的间隙0.1～0.5mm，不仅满足芯片小型化设计的需求，同时还能够保证射频信号的传输和避免干扰。

对于如此结构的双频智能标签天线，单颗芯片800上两个高频天线输入焊盘和两个超高频天线输入焊盘分别与高频天线300的信号输入端子302和306和超高频天线200上的信号输入端子202和203对应，通过环氧树脂胶实现焊盘和天线焊盘的可靠连接并将芯片可靠地固定在天线表面，构成双频智能标签的主体结构。

参见图4，为了进一步提高标签的可靠性和实用性，本实例还在双频智能标签900的表层设置了印刷层903，内层为安装好芯片的双频智能标签的主体结构902，双频智能标签的主体结构902的下表面依次设置了不干胶904和离型纸901，方便使用。

据此方案本实例可形成具有900MHz超高频频段和13.56MHz高频频段的双频智能标签，该标签不仅尺寸小，且通过上述方案实现两天线间的适度隔离，能够有效避免900MHz超高频频段和13.56MHz高频频段的相互干扰。

实例二

本实例在实例1方案的基础上，提供另一种变形方案，同样能够实现上述目的。

参见图3，其所示为实例1中双频智能标签的剖视图，由图可知，实例1提供的双频智能标签天线方案，将导电跳线400和平面型的电容匹配器的一个导电图形601都设置在绝缘基材100的同一表面，为此采用相应的绝缘层进行隔离，为一个单面辅助层的结构。

针对该情况，本实例提供一种双面辅助层的结构，其将超高频天线中的平面型电容匹配器的一个导电图形601相对于环形导电图形201直接设置在绝缘基材100的另一个表面103上，使得平面型电容匹配器的一个导电图形601和环形导电图形201之间直接通过绝缘基材100进行隔离。

同时，将高频天线的导电跳线400相对于环形电感型线圈301也直接设置在绝缘基材100的另一个表面103上，使得导电跳线400和环形电感型线圈301之间直接通过绝缘基材100进行隔离。为了实现导电跳线400与线圈内部端点303和外部过渡引线的端点304连接，本实例在绝缘基材100上与线圈内部端点303和外部过渡引线的端点304相对应的位置开设有导通孔701和702。由此，高频天线的导电跳线400跨过环形电感型线圈301，通过绝缘基材100进行隔离，并通过导通孔701和702将线圈内部端点和外部过渡引线的端点连接起来。

另，本实例中的导电跳线400具体可采用蚀刻导电图形跳线，该跳线设置在绝缘基材的另一面103上，通过导通孔将跳线的两端和线圈的内部端点及外部过渡引线的端点连接起来。

由此，形成双面辅助层结构的双频智能标签，其通过辅助层和天线回路形成了一组平面层叠结构的串并联的平板电容器，借助于天线和平板电容器的组合，可以在较小的空间内实现超高频和高频天线回路的谐振和阻抗匹配，实现小型化的双频标签。

以上显示和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，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种双频智能标签，其特征在于，所述标签包括单颗芯片、一组集成高频天线和超高频天线的双频智能标签天线，所述单颗芯片固定在天线表面上，其上的焊盘与天线的焊盘电连接。

2.根据权利要求1所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的单颗芯片通过胶固定在天线表面上。

3.根据权利要求2所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的胶为环氧树脂胶。

4.根据权利要求1所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的单颗芯片具有一组唯一的芯片ID编码，该芯片ID编码在芯片工作时可被读取。

5.根据权利要求1所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的双频智能标签天线包括绝缘基材、一个超高频天线和一个高频天线，所述的超高频天线和高频天线分别包括相应的导电图形和两个信号输入端子，所述的超高频天线和高频天线上导电图形设置在绝缘基材的一个表面上，而对应的信号输入端子也设置在该表面上。

6.根据权利要求5所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的高频天线中的导电图形为不少于一圈的绕线式线圈，高频天线中的第一信号输入端子设置在最外层线圈以外，绕线式线圈逐层向内平行绕线延伸，至最内层线圈结束形成一个端点，并通过一个导电跳线将端点引出到最外层线圈以外，通过外部过渡引线靠近第一信号输入端子设置第二信号输入端子。

7.根据权利要求6所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的绕线式线圈为环形电感型线圈。

8.根据权利要求6或7所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的绕线式线圈为经过蚀刻的导电线路由外向内平行环绕形成，所述的导电线路为铜箔或者铝箔经过蚀刻的导电线路。

9.根据权利要求6所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的跳线为一条导电线路，跳线的两端尺寸较大，跳线两端分别连接线圈内部端点和线圈外部过渡引线的端点，跳线和线圈间设置可印刷绝缘层。

10.根据权利要求6所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的跳线为印刷银浆跳线，跳线和线圈间设置可印刷绝缘层。

11.根据权利要求6所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的跳线为蚀刻导电图形跳线，跳线设置在绝缘基材的另一面，通过导通孔将跳线的两端和线圈的内部端点及外部过渡引线的端点连接起来。

12.根据权利要求5所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的超高频天线中的两个信号输入端子通过一个环形导电图形连接形成半封闭结构的谐振环，该谐振环通过两个信号输入端子与单颗芯片连接，形成谐振回路。

13.根据权利要求12所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的超高频天线中还包含两个延伸的电极，电极的一端各和谐振环的一侧相连接，电极的另一端呈发散状设置。

14.根据权利要求12所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述的超高频天线中还设置了一个平面型的电容匹配器，由一片导电图形和介质绝缘层配合组成，所述导电图形的投影面和谐振环的部分图形重叠。

15.根据权利要求1所述的一种双频智能标签，其特征在于，所述标签的表层设置了印刷层，在标签的底层设置了不干胶层。