CN109754054A - 一种耐高温抗金属电子标签及组装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温抗金属电子标签及组装工艺，该方案主要由天线、射频芯片封装模块和介质构成。天线由上下两片平行设置的金属薄片构成，上下薄片之间至少有一个和薄片垂直设置的导电连接器；射频芯片封装模块设置在天线的一个金属薄片上，模块的电极和金属薄片上的连接点形成可靠的电气连接。介质是由耐高温绝缘材料经过加工形成的片状承载物，天线的上下两片金属薄片附着在介质的两个平行平面上，导电连接器穿过介质连接上下两片金属薄片。本发明提供的耐高温抗金属电子标签，产品能够承受200‑400摄氏度高温而不受损伤，保证了电子标签在生产和使用中的稳定性和可靠性。

Description

一种耐高温抗金属电子标签及组装工艺

技术领域

本发明涉及电子标签领域，具体涉及一种耐高温抗金属电子标签。

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。

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。如公交一卡通，其实质是一张13.56MHz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。

在一些特殊的场合，需要特殊形状的标签或者特殊性能的标签来实现相应的功能。如耐高温标签，可以在200摄氏度以上的环境中可以正常工作，甚至达到300摄氏度以上的环境温度，若采用传统的电子标签封装技术，将无法实现耐高温的使用要求。

而现有的耐高温标签在实际使用过程中普遍存在可靠性差，耐高温性能差，无法满足实际工况的需求。

发明内容

针对现有耐高温抗金属电子标签可靠性差的问题，本发明的目的在提供一种可靠性高且耐高温性能强的耐高温抗金属电子标签；同时针对该电子标签还提供相应的组装工艺。

为了达到上述目的，本发明提供的耐高温抗金属电子标签，包括：

天线，所述的天线由上下两片平行设置的金属薄片构成，所述金属薄片上形成有镂空图形，上下金属薄片之间至少设置有一个和上下金属薄片垂直连接的导电连接器；

射频模块，所述射频模块上具有至少两个电极，并设置在天线的一个金属薄片上，所述射频模块上的电极和金属薄片上的连接点之间形成可靠的电气连接；

介质，所述介质为耐高温绝缘的片状承载物，并整体设置天线中，使得天线的上下两片金属薄片分别附着在介质的两个平行平面上。

进一步的，所述天线的金属薄片为铜、铝、铁及合金材料中的一种，金属薄片的厚度为1um～1000um之间。

进一步的，所述天线中上下两金属薄片之间为独立设置，两者之间通过作为导电连接器的导电柱进行连接，可通过激光焊接、超声波焊接、耐高温锡焊或电弧焊中的一种焊接方式进行连接固定。

进一步的，所述天线中上下两金属薄片之间为一体化结构，两者之间通过一体成型在上金属薄片与下金属薄片上的连接带连接导通。

进一步的，所述连接带在上下两个薄片加工过程中形成90度折弯。

进一步的，所述射频模块上的电极和金属薄片上的连接点之间通过激光焊接、超声波焊接、耐高温锡焊或电弧焊中的一种焊接方式来形成可靠的电气连接。

进一步的，所述介质是由耐高温绝缘材料经过加工形成的片状承载物，介质的厚度为1mm～10mm之间，介质的耐温性能在200℃～400℃之间。

进一步的，所述介质与天线之间采用耐高温的粘合剂进行粘合，粘合剂的主要成分为有机硅或环氧树脂中的一种。

进一步的，所述的标签还包含由耐高温非金属材料加工而成的外壳。

为了达到上述目的，本发明提供的耐高温抗金属电子标签实现方法，包括：

1)封装射频芯片形成射频芯片模块；

2)通过蚀刻或冲压形成天线；

3)将天线的电极与射频芯片模块电极焊接起来；

4)在介质的上下表面分别点胶；

5)将焊接有芯片的天线分别贴附到介质的上下表面并压合；

6)将完成的组件进行自然固化或高温固化；

7)将固化好的组件安装外壳，形成完整的产品。

本发明提供的耐高温抗金属电子标签，产品能够承受200-400摄氏度高温而不受损伤，保证了电子标签在生产和使用中的稳定性和可靠性。

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中硅胶封装的耐高温标签的平面结构示意图；

图2为本发明实例1中硅胶封装的耐高温标签的组装侧视图；

图3为本发明实例1中射频封装模块的示意图；

图4为本发明实例1中上下薄片分离式天线的结构示意图；

图5为本发明实例2中硅胶封装的耐高温标签的组装侧视图；

图6为本发明实例2中上下薄片一体化天线结构示意图。

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。

实例1

本实施例提供一种超高频、可读写的耐300摄氏度以上高温抗金属标签电子标签，极限耐温达到340摄氏度，标签外形为长方体结构，该标签为符合 ISO/IEC 18000-6C空中接口要求的无源标签，其工作频段覆盖860MHz–960 MHz。

参见图1和图2，所示为本实例给出的耐高温抗金属电子标签的基本结构。

由图可知，该耐高温抗金属电子标签主要由介质1、射频模块3、上天线2 和下天线4、连接端子5构成。

其中，上天线2和下天线4两者分别由形成有镂空图形的金属薄片构成，并且上天线2和下天线4之间平行设置，并两者之间通过作为导电连接器的连接端子5连接导通，由此来构成整个标签中的天线体。作为优选，连接端子5 垂直设置在平行设置的上天线2和下天线4之间。

射频模块3，其上具有至少两个电极，高模块整体设置在上天线2上，模块的电极和上天线2上的连接点形成可靠的电气连接。

介质1用于支撑上天线2和下天线4使得两者之间保持平行。该介质1为由耐高温绝缘材料经过加工形成的片状承载物，如此结构的介质1整体设置在上天线2和下天线4之间，使得作为上天线2和下天线4分别附着在介质的两个平行平面上，而两者之间的连接端子5则穿过介质连接上天线2和下天线4。

参见图3，本电子标签中的射频模块为模塑芯片封装体，由射频芯片采用高可靠性模塑封装加工而成，模塑封装体31的两个侧面引出两个适合电性连接的电极32和33，本实施例采用的射频芯片为ALIEN公司的H3。本射频模块3具体设置在上天线2靠近介质1的面上，并其上的电极与上天线2的焊接端子21分别进行焊接。作为优选，两者之间可采用激光焊接工艺实现模块电极和天线的可靠连接；作为替换方案，可也采用超声波焊接、耐高温锡焊或电弧焊中的一种焊接方式来实现封装模块的电极和上天线2上的连接点形成可靠的电气连接。

参见图4，该电子标签中的天线由上天线2和下天线4构成。上天线2和下天线4之间相互独立设置，并且上天线2和下天线4都是由具有镂空图形的金属薄片构成。这里的金属薄片优选由铜、铝、铁及合金材料中的一种来制成，金属薄片的厚度厚度均匀，优选为1um～1000um。

其中，上天线2为极化天线的电极，下天线为反射板，起到抗金属的作用。本实例在上天线2的适当位置设置了环形的谐振环22以及焊接端子21，其中焊接端子21为左右对称的图形，中间开路。

在此基础上，本实例在上天线2本体上与谐振环22相对的一侧形成有与上天线本体平行的长方形部件23，该部件23将作为整个天线的阻抗匹配器，使天线的阻抗和芯片的阻抗有效匹配，获得良好的通信效果。

在上天线2和下天线4上相对的一端部，分别设置了连接孔24和41，可与连接端子5配合，进行上下天线的连接导通焊接用。具体实现时，该连接孔直径设置为1.05mm，比连接端子5的直径稍大。

本实例优选的连接端子5选用铜质连接管，其具体为中空圆柱体结构，圆柱体外径为1.0mm之间，管壁厚度为0.15mm，圆柱体的长度为5mm。连接端子5和上天线的连接孔24及下天线的连接孔41之间优选通过激光焊接的工艺进行可靠连接。

作为替换方案，连接端子5和上天线的连接孔24及下天线的连接孔41之间还可通过超声波焊接、耐高温锡焊或电弧焊中的一种焊接方式进行可靠连接。

参见图2，本实例中的介质1采用PEEK材料加工而成，整体为厚度在 1mm～10mm之间的片状承载物，优选厚度为4.0mm的片状结构。

本实例在介质的上下两个表面，均匀涂布耐高温粘合剂，本实例采用有机硅胶，将加工好的天线组件分别贴合到介质的上下表面，轻压天线使保持平整，并在150摄氏度的高温存储箱中进行固化，30分钟完成固化工序。

针对上述固化好的半成品，本实例进一步采用耐高温的外壳进行组装，以形成长方形耐高温抗金属的电子标签。该含外壳优选通过耐高温非金属材料加工而成，这样既能够提高电子标签的耐高温性能，还能够对电子标签进行保护，提高其使用时的可靠性。

针对上述的耐高温抗金属的电子标签方案，本实例还提供一种快速便捷的实现方法，基于该方法组装本耐高温抗金属电子标签的过程如下：

1)进行射频芯片封装，采用高可靠性模塑封装射频芯片，形成专用模塑封装体，其尺寸优选为1.55*2.65*1.05mm。

2)采用金属玻片通过蚀刻或冲压形成天线。

3)PEEK材料通过机加工或模具成型，形成厚度为4.0mm的片状结构的介质；

4)将封装好的射频芯片模块焊接到天线电极的位置。

5)在介质上下表面均匀涂布耐高温的粘结剂，上天线对位贴附在硅胶介质的上表面，使得其上的射频模块位于天线内侧；同时将下天线对位贴附在硅胶介质的下表面，并使得连接端子穿过硅胶介质连接上下天线(参见图2)。

6)将步骤5完成的组件通过轻压，并放入高温存储箱进行粘结剂的固化。

7)将固化好的组件安装耐高温外壳，形成完整的产品。

通过上述工序能够快速便捷的完成耐高温抗金属电子标签的组装，不仅效率高，而且成品率高，保证产品的大批量生产。

实例2

参见图5和图6，其示出了本实例给出另外一种耐高温抗金属电子标签的结构。本实例给出的硅胶封装耐高温标签整体结构与实例1中的硅胶封装耐高温标签结构相同，不同于之处在于，本实例中电子标签中的天线由两个一体结构的上天线2和下天线4构成。

由图可知，本实例中上天线2与之间下天线4为一体结构，上天线2和下天线4都是由具有镂空图形的金属薄片构成。这里的金属薄片为铜、铝、铁及合金材料中的一种，金属薄片的厚度优选为1um～1000um之间。

上天线2为极化天线的电极，下天线为反射板，起到抗金属的作用。在上天线2的适当位置设置了环形的谐振环22以及焊接端子21，其中焊接端子21 为左右对称的图形，中间开路。

在此基础上，本实例在上天线2本体上与谐振环22相对的一侧形成有与上天线本体平行的长方形部件23，该部件23将作为整个天线的阻抗匹配器，使天线的阻抗和芯片的阻抗有效匹配，获得良好的通信效果。

上天线2和下天线4之间通过与上天线2和下天线4一体成型的连接带24 进行连接导通，该连接带24可在加工过程中进行90度折弯，以便在电子标签进行组装时，绕过介质1完成天线与介质的贴合。

如此结构的天线与介质进行贴合装置时，首先，将上天线2对位贴附在介质的上表面，使得射频模块3位于天线内侧；接着弯折连接带24，使下天线4 绕至介质1的另一个表面，并进行贴合(参见图5)。

另外，本实例中耐高温抗金属电子标签的其他结构和实施方案与实例1中相同，此处不加以赘述。

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 (10)

1.耐高温抗金属电子标签，其特征在于，包括：

天线，所述的天线由上下两片平行设置的金属薄片构成，所述金属薄片上形成有镂空图形，上下金属薄片之间至少设置有一个和上下金属薄片垂直连接的导电连接器；

射频模块，所述射频模块上具有至少两个电极，并设置在天线的一个金属薄片上，所述射频模块上的电极和金属薄片上的连接点之间形成可靠的电气连接；

介质，所述介质为耐高温绝缘的片状承载物，并整体设置天线中，使得天线的上下两片金属薄片分别附着在介质的两个平行平面上。

2.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述金属薄片的厚度为1um～1000um之间。

3.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述天线中上下两金属薄片之间为独立设置，两者之间通过作为导电连接器的导电柱进行连接。

4.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述天线中上下两金属薄片之间为一体化结构，两者之间通过一体成型在上金属薄片与下金属薄片上的连接带连接导通。

5.根据权利要求4所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述连接带在上下两个薄片加工过程中形成90度折弯。

6.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述射频模块上的电极和金属薄片上的连接点之间通过激光焊接、超声波焊接、耐高温锡焊或电弧焊中的一种焊接方式来形成可靠的电气连接。

7.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述介质是由耐高温绝缘材料经过加工形成的片状承载物，介质的厚度为1mm～10mm之间，介质的耐温性能在200℃～400℃之间。

8.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述介质与天线之间采用耐高温的粘合剂进行粘合。

9.根据权利要求1所述的耐高温抗金属电子标签，其特征在于，所述的标签还包含由耐高温非金属材料加工而成的外壳。

10.耐高温抗金属电子标签实现方法，其特征在于，包括：

1)封装射频芯片形成射频芯片模块；

2)通过蚀刻或冲压形成天线；

3)将天线的电极与射频芯片模块电极焊接起来；

4)在介质的上下表面分别点胶；

5)将焊接有芯片的天线分别贴附到介质的上下表面并压合；

6)将完成的组件进行自然固化或高温固化；

7)将固化好的组件安装外壳，形成完整的产品。