PCB mit "eingebetteter Intelligenz": Smart dank UHF-RFID

Da Rückverfolgbarkeit und Identifikation in der Elektronikindustrie immer wichtiger werden, macht ein in PCBs eingebettetes UHF-RFID-Modul durchaus Sinn. Mit diesem lässt sich jede Leiterplatte von Produktionsbeginn an identifizieren.

Im Folgenden wird erläutert, wie man mit einem bei Beta Layout entwickelten Verfahren heute Leiterplatten serienmäßig und kostengünstig mit eingebetteten RFID-Modulen produzieren kann. Entsprechend bestückte Leiterplatten lassen sich auch ohne Sichtverbindung mit Daten beschreiben, die vom Produktionsbeginn bis hin zum Recycling genutzt werden können.

Smarte Produkte als Basis für ­Industrie 4.0 und IoT

Viele Industrie-4.0-Ansätze wie auch das IoT sprechen von „smarten“ Produkten. Es liegt also nahe, elektronische Geräte auf smarten Leiterplatten aufzubauen. Schon vor dem eigentlichen Bestückungsvorgang besitzt diese Leiterplatte eine eindeutige Identität und Informationen über ihren eigenen Herstellungsprozess. Gegebenenfalls können auch schon Rezepturen hinterlegt sein, welche Fertigungsschritte zur Entstehung des Endproduktes zu durchlaufen sind. Die smarte Leiterplatte steuert also den gesamten Produktionsablauf selbst – bis hin zum fertigen Gerät. Zwischenzeitliche Ergebnisse von Funktionstests oder Reparaturinformationen werden direkt auf dem Objekt gespeichert. Somit wird eine lückenlose Rückverfolgbarkeit gewährleistet. Wird nun dieses Speichermodul schon während der Leiterplattenproduktion fest mit der Leiterplatte verbunden, erreicht man zusätzlich einen wirksamen Plagiatsschutz. Um alle beschriebenen Eigenschaften zu ermöglichen, bieten sich in Leiterplatten eingebettete RFID-Module an.

RFID als Problemlöser

Benötigt wird eine Technologie, welche es erlaubt, mit der Leiterplatte drahtlos zu kommunizieren. Sichtverbindung zum Objekt sollte auch nicht notwendig sein, damit man auch durch Gehäuse, Verpackungen oder auch nur Vergussmaterial hindurch kommunizieren kann. Die Lösung heißt RFID. Eine typische Anwendung zeigt Bild 1.

Bekanntlich gibt es mehrere Frequenzbereiche (LF, HF, UHF), welche für RFID zugelassen sind. Allerdings kommt, um möglichst allen Anforderungen im industriellen Umfeld gerecht zu werden, eigentlich nur der UHF-Bereich in Frage. Neben recht hohen Schreib-Lese-Distanzen, kleinen Antennen sowie kostengünstigen Transpondermodulen zeichnet sich diese Technik durch internationale Standards aus [1, 2]. Geeignete Schreib-Lese-Geräte gibt es in vielfältiger Auswahl auf dem Markt, beginnend beim Aufsteckmodul für Mobiltelefone über kostengünstige OEM-Module bis hin zu industrietauglichen Lösungen.

Immer wieder stellt sich die Frage, warum nicht NFC eingesetzt wird. Der Vorteil von vielen Millionen Schreib-Lese-Geräten (in Form von Smart­phones), welche bereits am Markt verfügbar sind, sollte doch nicht übersehen werden. Die Antwort ist eindeutig: Die bei NFC eingesetzte HF-Technologie eignet sich nicht für größere Distanzen. Notwendige Booster-Antennen wären aufgrund der sehr viel niedrigeren Frequenz immens viel größer und für kleinere Leiterplatten somit völlig ungeeignet.