RFID auf der Leiterplatte

Abb. 1 Strichcode
Abb. 2 2D-Code
Abb. 3 RFID-Label
Abb. 4 RFID-TAG (in der Mitte)
Abb. 5 Die Autoren Beate Buchholz und Matthias Schulz mit dem ILA-Exponat 2008. Das A380-Modell ist mit 5 RFID-Labeln bestückt, deren Daten mit dem Reader-Stift und einem PDA ausgelesen werden können.

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 Hintergrund für die zunehmende Nachfrage nach RFID-Technik ist das Interesse an Verwaltung und Rückverfolgung von Produkten und Dienstleistungen, insbesondere in sicherheitssensiblen Branchen.

 

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. Strichcode
    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.

 

 

Einsatz auf Leiterplatten

Das RFID-Label 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, kann eine andere Strategie verfolgt werden: 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-Chips auf Leiterplatten sind bisher kein Standard. Der Industrie-Trend deutet darauf hin, dass Rückverfolgbarkeit bis zur kleinsten Schraube in den Hightech-Industrien Pflicht werden wird.  "Die Industrie verlangt solche Sicherheitsstandards", erlätuert Olaf Schulz, Leiter Hardware-Entwicklung bei alpha-board. "Wir haben im Bereich RFID auch für die Medizintechnik eine passende Antwort auf diese Anforderungen." Nach seiner Einschätzung wird der Bedarf an RFID-Labeln auf Leiterplatten auch künftig sehr hoch sein.

Zusammengefasst profitieren die Industrien durch:
 

  • Eindeutige Identifizierbarkeit
  • Lückenlose Rückverfolgbarkeit der Konfiguration
  • Lückenloses Lifecycle Management