山石印记
校园 NFC 智能徽章挂件

摘要

“山石印记”是一枚以山东石油化工学院校徽为视觉主体、以无源 NFC 为交互方式的双面印制电路板（PCB）智能徽章挂件。作品外形约 40 mm × 60 mm、板厚 1.6 mm、重约 8 g：正面以白色阻焊为底、以开窗露铜工艺呈现校徽与环形中英文校名；背面以矩形螺旋走线构成 13.56 MHz 无源 NFC 天线，配 NTAG213 芯片与匹配电容。挂件无需电池、无需开关、不装任何 App，手机轻碰即可打开预置的校园页面。

作品按“设计—制板—装配—调试—封装—内容”的完整工程链条自主完成：用 EDA 软件完成原理图与 PCB 版图，由谐振公式 f = 1/（2π√(LC)）反推天线所需电感并校核几何参数，经打样、贴片、回流焊与谐振调谐，使手机读距达到 2–4 cm；实测识别成功率不低于 98%，平均响应时间不超过 3 s，单件成本约 16 元。作品把校徽文化、PCB 工艺与 NFC 交互融为一体，可延伸为迎新导览、校史名片、会议胸牌、实验室标签等系列化校园文创，具备低成本、可复制、可推广的特点。

关键词：NFC；PCB 工艺；校园文创；智能徽章；无源射频；工程实践

第1章项目概况

“山石印记”是一枚以山东石油化工学院校徽为视觉主体、以无源 NFC 为交互方式的双面印制电路板（PCB）智能徽章挂件。它只有一张名片大小、约 8 克重，正面是露铜工艺做出的校徽与中英文校名，背面是一圈圈蚀刻出的天线；不需要电池、不需要开关、不需要安装任何 App，手机轻轻一碰，就能打开预先写入的校园页面。

本项目参加“岩创杯”第三届大学生科技创意制作大赛活动内容 1“科技手工组作品”的评比，按“设计—制板—装配—调试—封装—内容”的完整工程链条自主完成，作品兼具科技功能与手工美感。

表1.1 作品名片

第2章创意灵感

2.1缘起：一枚校徽的三重身份

每个大学生的抽屉里，大概都躺着一枚校徽。开学典礼上别在胸前，毕业合影时别在胸前，之后就被收进盒子。它很轻，却有三种身份：

其一，是身份标识。它告诉别人“我属于哪里”；其二，是情感寄托。它承载着四年里那些说不清的时刻；其三，是社交货币。在徽章交换的文化里，一枚徽章可以换来一段对话、一个朋友、一次回忆。

但今天这枚校徽是“沉默”的。它只能被看见，不能被“询问”；它知道很多故事，却一个字也说不出来。我们想做的第一件事，就是让校徽开口。

2.2一次“碰一碰”的启发

想法来自一个再普通不过的瞬间：在图书馆门口，手机贴上闸机，“滴”一声就进去了；在博物馆，手机碰一下展签，讲解页面自己跳出来；在便利店，碰一下就付了钱。

“碰一碰”大概是这个时代人与物之间最自然的对话方式——不用打开 App，不用对准二维码，不用等加载。那么，如果胸前这枚校徽也能“碰”呢？碰一下，是学校的历史；再碰一下，是校园的地图；换一枚，是某个学院的故事。

2.3从“徽章”到“钥匙”

近些年，体育赛事的徽章交换（Pin Trading）在年轻人中流行起来：人们把一枚枚小徽章别在挂绳上，互相交换、彼此讲述。徽章不再只是纪念品，而是一种可携带、可展示、可交换的“社交入口”。

我们由此想到：如果把 NFC 芯片藏进校徽，那么每一枚挂件就不只是纪念品，而是一把打开校园数字空间的钥匙——同一块板子，可以写入不同的内容，可以是迎新导览，可以是校史名片，也可以是一句学长写给学弟的祝福。硬件一样，内容千变，这正是“一物一码”的魅力。

2.4为什么最终选择 PCB

在动手之前，我们比较过三条技术路线：

表2.1 三条技术路线对比

我们最终选择 C。原因很简单：我们想做的不是“在挂件里塞一个标签”，而是“让挂件本身成为天线”。当校徽的金色线条本身就是导电铜箔、当背面的螺旋走线就是 13.56 MHz 的谐振回路时，科技与手工、功能与美感才真正长在了一起。

第3章作品简介

3.1这是什么

“山石印记”是一枚双面 PCB 智能徽章挂件。正面以白色阻焊为底、露铜为字，呈现校徽图形与环形中英文校名；背面是以矩形螺旋走线构成的 NFC 天线、芯片焊盘与匹配电容。它依靠读卡设备（手机或读卡器）发出的 13.56 MHz 电磁场取电，无需电池即可工作，写入的内容可以是一条网址、一段文字、一张名片，也可以是一个互动页面。

3.2结构与外观

正面：直径约 34 mm 的圆形校徽，中央“山”字与环形中英文校名均以开窗露铜呈现，在白色阻焊的衬托下呈金属浮雕质感；环形文字沿圆弧排布，字距均匀。

背面：5 圈矩形螺旋天线占据板面主体，天线两端引出至 ANT1 / ANT2 两个焊盘，芯片与匹配电容布置在板边一侧，便于焊接与检修；挂孔位于板角，孔径 Φ3.2 mm。

整体：40 mm × 60 mm 圆角矩形，R3 圆角，板厚 1.6 mm，边缘打磨倒角，可配钥匙圈或挂绳，可挂在书包、钥匙、工牌上。

3.3技术参数

表3.1 主要技术参数

3.4能做什么：七个使用场景

表3.2 典型应用场景

3.5创新点

（1）形态创新——徽章即终端。去掉“外壳 + 标签”的堆叠结构，让校徽图案本身成为天线与电路的一部分，作品厚度仅 1.6 mm，接近一枚真正的金属徽章。

（2）工艺创新——PCB Art。用露铜与阻焊在电路板上“画”出校徽，铜色是裸露的铜、白色是阻焊油墨，不需要喷涂、不需要贴膜，一次成型、永不褪色。

（3）交互创新——无源碰一碰。没有电池、没有开关、没有 App，手机靠近 3 秒内到达内容，老人小孩都会用；也不会像二维码那样受光线、污损、角度影响。

（4）内容创新——一物一码。同一版电路板可写入完全不同的内容，支持学院款、校庆款、班级款定制，天然适合系列化与收藏。

（5）模式创新——可复制的校园文创。设计文件标准化后，一套 Gerber 加一份写入指南，任何学院或社团都能在一周内做自己的版本，具备推广条件。

第4章制作方法

4.1总体技术路线

整个作品按“设计—制板—装配—调试—呈现”五段推进：先在 EDA 软件中完成原理图与 PCB 布局，把校徽图形矢量化后铺进铜箔层；再交由板厂打样；板子回来后用钢网印刷、贴片、回流焊完成装配；随后用手机与读卡器反复测试读距并调整匹配电容；最后做滴胶或亚克力封装，写入内容，形成成品。

表4.1 五段式技术路线

4.2电路与天线设计

NFC 芯片内部集成整流、调制解调与约 50 pF 的输入电容，与外接天线电感构成 LC 并联谐振回路。当回路谐振在 13.56 MHz 时，天线两端感应电压最高、能量传输效率最好，芯片才能被“点亮”。因此整个电路设计的核心只有一句话：让 L 和 C 在 13.56 MHz 上共振。

由谐振公式 f = 1 /（2π√(LC)）反推，取 C = 50 pF、f = 13.56 MHz，可得所需电感 L ≈ 2.75 μH。据此确定天线几何：矩形螺旋 5 圈，外框约 30 mm × 44 mm，线宽 0.30 mm、线距 0.30 mm。该尺寸由经验公式估算后，再用 NXP 天线设计工具校核，并在打样后实测修正。

布局五条硬规则：

（1）天线投影区及其外扩 3 mm 范围内禁止铺铜、走线、打过孔，避免形成涡流屏蔽；

（2）天线距板边不小于 1.5 mm，线圈之间不得夹平行信号线；

（3）芯片与匹配电容尽量靠近馈电点，两侧走线短而对称；

（4）挂孔周围 2 mm 禁布铜箔，避免受力开裂；

（5）需要特别说明的是正面校徽与背面天线的大面积重叠。实心铜箔贴近线圈会削弱磁场，若实测读距不足，可将校徽区由实心铜改为 0.15 mm 线宽的网格铜（网格孔径 ≥ 1 mm），在保持金属视觉效果的同时“透磁”；也可在两板之间加 0.3 mm 垫片拉开距离。这一取舍会在调试阶段用数据决定。

4.3外观与结构设计

校徽部分以学校视觉识别规范为准，用 Illustrator 对“山”字与环形中英文校名进行矢量重绘，文字全部转曲，导出 DXF 后导入 EDA 的顶层铜箔；校徽区域设为阻焊开窗，露出铜面形成铜色图形，其余区域覆盖白色阻焊。

图层规划：顶层铜箔为校徽图形，底层铜箔为天线，丝印层放置“2026 · 岩创杯科技手工组”标识，板框层控制外形与挂孔。最小线宽与最小间距均取 0.15 mm，确保板厂能稳定做出笔画细节；圆角统一 R3，避免尖角应力集中。

设计完成后用 KeyShot 渲染正反面效果图，核对比例、孔位与字重，确认“像徽章”之后再发板，避免反复打样浪费时间与经费。

另有一项容易被忽略的检查：文字方向。校名与环形中英文须按正面阅读方向绘制，发板前在 3D 预览与丝印层逐字核对，避免出现镜像字——一旦镜像，打出来的板子只能作废重来。

4.4打样与选材

板材选用 FR-4、板厚 1.6 mm、Tg ≥ 130 ℃，兼顾刚性与手感；同时打样 2 片 0.8 mm 薄板作对比，薄板更轻但刚性略差。工艺选“白色阻焊 + 黑色丝印 + 开窗露铜”，在嘉立创下单，5 片起打，常规交期 3–5 天，加急可选 48 小时。

元件方面，芯片选用 NTAG213（兼容 NTAG215 / NTAG216），所有物料在发板当天同步下单，压缩等待时间。

4.5焊接与组装

有钢网时采用锡膏工艺：钢网对位印刷锡膏 → 贴片镊子放置芯片与电容 → 热风台或回流台 240–250 ℃ 回流 → 显微镜下目检 → 无水酒精超声清洗。没有钢网时改用手工焊接：恒温烙铁 330 ℃、配合助焊剂，先固定对角两个引脚，再逐边补焊，最后用吸锡带清理连锡。

焊接完成后先做两道电性检查：万用表测天线两端直流电阻（应在几欧以内，断路即为虚焊或断线），再测天线对地电阻（应为无穷大，短路多为锡渣或过孔问题）。通过后再上手机测试。

4.6调谐与测试

功能测试用手机配合 NFC Tools：贴近后读取 UID，能读出即证明天线与芯片通路正常；随后写入一条 NDEF 网址记录并回读校验。读距测试用直尺定位，从 0 到 5 cm 每隔 0.5 cm 连续读取 10 次，记录成功率，绘制读距曲线。

若出现读不到或读距过短，按“先焊接、后匹配、再结构”的顺序排查：先确认焊点，再逐档更换匹配电容，最后检查是否有铜箔遮挡或隔磁片缺失。有条件时用网络分析仪测天线端口的 S11 曲线，把谐振点调到 13.56 MHz ± 0.2 MHz。

批量一致性抽检 10 件，记录读距分布；偏差超过 30% 的单件回查焊接与元件，必要时更换芯片。所有数据填入测试记录表，作为答辩时的量化依据。

4.7内容制作

用 NFC Tools 或手机自带写入功能写入 NDEF URI 记录，写完后锁定为只读，防止现场被误改。落地页为一个轻量 H5 单页，包含校史时间轴、校园地图、大赛介绍与留言板，部署在校园网或对象存储上并生成短链，确保无网络环境也能降级显示文字。

考虑到部分老年机与低端机型不支持 NFC，后续版本计划在背面丝印二维码作为兜底入口，实现“碰一碰”与“扫一扫”双通道。

4.8关键难点与对策

表4.2 技术难点与对策

第5章成果展示

5.1实物成果

最终提交的是 NFC 挂件实物：成品 4-5件，可挂在书包或钥匙扣上；另附测试记录表 1 份、作品标签 1 张。

5.2量化指标

表5.1 成果量化指标