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Komponenten | 29 Mai 2008

RFID auf der Leiterplatte

Der Markt für Radio Frequency Identification (RFID) wächst. Marktkenner prognostizieren ein Umsatzwachstum von US$ 1,2 Mrd. in 2008 auf US$ 3,5 Mrd. bis zum Jahr 2012. Ein Fachartikel von <i>alpha-board</i>.
Ein Hintergrund für die zunehmende Nachfrage nach RFID-Technologie ist das Interesse an Verwaltung und Rückverfolgung von Produkten und Dienstleistungen, insbesondere in sicherheitssensiblen Branchen. An diesen Punkt knüpft das Konzept von alpha-board an: Leiterplatten liefert das Berliner Unternehmen für Elektronik-Design und Fertigung nun auch mit RFID-Kennzeichnung.

Identifikation von Leiterplatten
Leiterplatten werden standardgemäß mit Labeln gekennzeichnet als Strichcode oder mit 2D-Codes, um z.B. Produktserien in weiteren Herstellungsschritten zu identifizieren. Label sind eine preiswerte Variante – Sie nehmen allerdings auch eine Menge Platz auf der Leiterplatte in Anspruch. Ein Scanner identifiziert die Leiterplatte, um diese mithilfe einer Datenbank zuzuordnen.

Hersteller profitieren von der Kennzeichnung ihrer Baugruppen mit RFID durch:
• Platzeinsparung
• Eindeutigere Zuordnung durch erhöhte Identifikationsnummer
• Höhere Lesesicherheit (z.B. bei Verschmutzung, schwer zugänglichen Stellen usw.)
• Zusätzliche Speichermöglichkeit für baugruppenbegleitende Informationen

Hier ein kurzer Überblick zu verschiedenen Verfahren, wie Baugruppen identifiziert werden können:

1. BAR/Strich-Barcode: Ein Aufkleber wird auf die Leiterplatte aufgebracht. Der Barcode kennzeichnet in der Regel eine Baugruppenserie. Der Barcode besteht ausschließlich aus einer Identifikationsnummer, zu der man in einer Datenbank Informationen zur Baugruppe nachlesen kann.


2. 2D-Code (z.B. Dot-Matrix): Dies ist ein Zwei-Dimensionaler-Code, der über den BAR-Barcode hinaus baugruppenspezifische Daten speichern kann. 2D-Codes besitzen eine gute Fehlerkorrektur und können auch nach teilweiser Zerstörung, durch z.B. Zerkratzen oder Verschmutzung noch gelesen werden. Diese Label werden ebenfalls auf die Leiterplatte geklebt. Nachteil: Zum Lesen der Matrix braucht man einen speziellen 2D-Scanner!


3. RFID-LABEL: Ein Label mit integriertem RFID-TAG wird wie ein Barcode auf die Leiterplatte geklebt. Diese Labels können nicht zerstörungsfrei entfernt werden. RFID-Label können mit einem Lesegerät - auch über größere Entfernungen - ausgelesen werden und die Baugruppe identifizieren. Darüber hinaus speichert das Label baugruppenspezifische Zusatzinformationen. Die platzsparenden Labels sind sehr klein (Größe hängt von der Lesereichweite ab) - dadurch können sie auch auf sehr kleinen Leiterplatten oder Flexboards angebracht werden. Im Vergleich zum Bar- oder zum 2D-Code ist das Label teurer, bietet aber auch einen höheren Nutzen.


4. TAG: Ein TAG ist ein vollständiger RFID-Transponder mit Chip und Antenne, meist in einem Gehäuse untergebracht. Ein kompletter TAG kann in einer Leiterplatte versenkt werden. Dazu wird der Chip auf der Leiterplatte aufgebracht und die Leiterbahnen als Antenne verwendet. Beide Prozesse erfordern zusätzliche Prozessschritte und sind abhängig von Struktur und Vorgaben der Leiterplatte, z.B. von der Dicke, flex oder starr etc. Da bei dieser Variante immer neue Berechnungen nötig sind, ist dieses Verfahren vergleichsweise teuer. Weiterer Kostenfaktor: Bei einem defekten TAG ist auch die Leiterplatte unbrauchbar! Vorteilhaft ist, dass der RFID-Transponder unlösbar mit der Leiterplatte verbunden ist und nicht mehr entfernt werden kann. TAGs werden wie ein Bestückungsbauteil aufgebracht oder wie Label aufgeklebt.


Lösungen bei alpha-board
alpha-board favorisiert das RFID-Label. Diese Variante ist im Kosten-Nutzen-Verhältnis gesehen preiswert und einfach zu realisieren. RFID-Label können immer an der Leiterplatte aufgebracht werden, vorausgesetzt die Leiterplatte ist groß genug und der Untergrund nicht metallisch. Findet ein Label keinen Platz auf zu kleinen Leiterplatten oder wegen zu hoher Packdichte, verfolgt alpha-board eine andere Strategie: Ein kleiner TAG wird wie ein Bestückungsbauteil auf der Leiterplatte aufgebracht.

Bei Leiterplatten in sicherheitssensiblen Branchen, wie z.B. der Luft- und Raumfahrt ist Rückverfolgbarkeit ein wichtiges Thema. Fallen z.B. bestimmte Komponenten aus und alle Koordinaten bestimmter Bauteile müssen rückverfolgt werden kommt RFID zum Einsatz: Mit dem Reader können innerhalb kürzester Zeit alle Daten der Leiterplatte ausgelesen werden. Dies bringt nicht nur Sicherheit, es spart auch Arbeitszeit.

Auch die Anschaffungskosten für die Verwendung von RFID bleiben überschaubar: Die vorhandene Barcode-Technik kann mit geringem Aufwand umgerüstet werden. Je mehr TAGs in z.B. einem Flugzeug verwendet werden, desto geringer fallen die Stückkosten aus

RFID in der Luft- und Raumfahrt
RFID-Chips auf Leiterplatten sind bisher kein Standard in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Der Industrie-Trend deutet darauf hin, dass Rückverfolgbarkeit bis zur kleinsten Schraube Pflicht werden wird." Es wird der Tag X kommen, an dem für RFID-Label auf allen Leiterplatten im Luftfahrtbereich angebracht sein müssen." sagt Frank Külich, Technischer Leiter bei alpha-board.

Auch im Bereich der Wartung kann RFID on board unterstützen. Als zusätzliche Redundanz wären z.B. folgende Baugruppeninformationen für einen direkten Abgriff am Bauteil interessant:

• Herstellerdaten
• Bauteilnummer/Bestellnummer
• laufende Produktionsnummer/Produktionsdatum
• Konfigurationsstand
• ggf. Software Release
• Historie zum Ausfallverhalten
• Historie zur Reparatur

Diese Informationen können der Baugruppe entweder direkt durch den Chip mitgegeben werden oder sind über eine zentrale Datenbank abrufbar. Zum Beispiel könnte RFID insofern attraktiv sein, dass Informationen für ein ganzes rack von circuit boards auf einmal, aber doch individuell ausgelesen werden können (Pulk-Erfassung). www.alphaboard.de

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