專利名稱：一種近場(chǎng)通信芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到芯片集成領(lǐng)域，尤其涉及一種近場(chǎng)通信芯片。
背景技術(shù)：
隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的射頻技術(shù)被應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中，如公交卡、RF-SIM卡、智能SD卡、校園一卡通。近些年又提出了基于射頻技術(shù)的移動(dòng)支付系統(tǒng)也越來(lái)也被人們所接受。移動(dòng)支付，也稱為手機(jī)支付，就是允許用戶使用其移動(dòng)終端(通常是手機(jī))對(duì)所消費(fèi)的商品或服務(wù)進(jìn)行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。整個(gè)移動(dòng)支付價(jià)值鏈包括移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商、支付服務(wù)商(比如銀行，銀聯(lián)等)、應(yīng)用提供商(公交、校園、公共事業(yè)等)、設(shè)備提供商(終端廠商，卡供應(yīng)商，芯片提供商等)、系統(tǒng)集成商、商家和終端用戶。在移動(dòng)支付系統(tǒng)中對(duì)于通信距離的控制尤為重要。在當(dāng)前各種控制移動(dòng)支付終端與讀卡器之間通訊距離的技術(shù)方案中，低頻磁場(chǎng)耦合是一種靈敏可靠的較優(yōu)方式。低頻磁場(chǎng)耦合通過(guò)移動(dòng)終端與讀卡器上各一個(gè)線圈完成磁信號(hào)的感應(yīng)收發(fā)，信號(hào)的感應(yīng)距離與線圈物理參數(shù)成正比。而上述的功能是通過(guò)移動(dòng)終端中的智能卡來(lái)實(shí)現(xiàn)的；如現(xiàn)在的RF-SM卡，它既有SM卡的功能支持移動(dòng)終端的遠(yuǎn)距離通信，又有射頻卡的功能支持近場(chǎng)通信。由于移動(dòng)支付的廣泛應(yīng)用人們對(duì)卡尺寸大小的大小要求越來(lái)越高，在較小的卡中集成大量的功能模塊和器件。在運(yùn)用低頻磁場(chǎng)耦合方式中是通過(guò)位于卡中的磁線圈來(lái)收發(fā)磁信號(hào)的，該磁線圈在卡中占有一定的面積從而使卡的整體尺寸增大，難以滿足人們對(duì)卡日趨小型緊湊的應(yīng)用要求。另一方面用傳統(tǒng)印刷電路工藝制作的線圈集成度低為了達(dá)到要對(duì)磁信號(hào)感應(yīng)的要求，增大線圈的匝數(shù)從而使線圈的面積變大，從而使卡的面積也相應(yīng)增大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的主要技術(shù)問(wèn)題是，提供一種近場(chǎng)通信芯片，能夠變相的減小卡的尺寸以及增加線圈感應(yīng)磁信號(hào)的靈敏度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種近場(chǎng)通信芯片具體技術(shù)方案如下:一種近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述近場(chǎng)通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號(hào)收發(fā)模塊、集成在所述近場(chǎng)通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號(hào)收發(fā)模塊用于通過(guò)所述線圈模塊與外界進(jìn)行磁信號(hào)交互；所述主控模塊用于根據(jù)自身接收到的磁信號(hào)判斷是否開(kāi)啟射頻收發(fā)模塊，所述主控模塊還用于磁信號(hào)傳輸給所述磁信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)交互。進(jìn)一步地，所述線圈模塊為單層線圈。進(jìn)一步地，所述線圈模塊由多個(gè)位于不同芯片層上的子線圈構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述位于相鄰兩芯片層上的子線圈之間相互并聯(lián)。進(jìn)一步地，所述位于相鄰兩層上的子線圈通過(guò)多個(gè)金屬化過(guò)孔相互并聯(lián)。進(jìn)一步地，所述線圈模塊包括多個(gè)金屬化過(guò)孔，所述金屬化過(guò)孔設(shè)置在相鄰兩個(gè)子線圈之間；所述相鄰兩個(gè)子線圈通過(guò)所述金屬化過(guò)孔相互并聯(lián)。
進(jìn)一步地，所述位于相同芯片層上的多個(gè)金屬化過(guò)孔構(gòu)成金屬化過(guò)孔層；所述位于相鄰兩個(gè)金屬化過(guò)孔層上的金屬化過(guò)孔交錯(cuò)布置進(jìn)一步地，所述子線圈的材料為銅、鋁或者銅鋁合金。進(jìn)一步地，所述線圈模塊中的線圈環(huán)繞在所述近場(chǎng)通信芯片的四周，所述線圈的集成采用CMOS IC所采用的光刻工藝，。進(jìn)一步地，所述線圈設(shè)有引出端，用于引出所述線圈接收到的磁信號(hào)。進(jìn)一步地，所述線圈下的襯底為NT-N型。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的近場(chǎng)通信芯片中集成能接收磁信號(hào)的線圈模塊可以減少芯片外的電路和元器件，從而減小卡的尺寸；不同芯片層上的子線圈并聯(lián)，減小線圈的串聯(lián)等效電阻，增加線圈模塊感應(yīng)磁信號(hào)的靈敏度；線圈模塊中相鄰兩層上的金屬化過(guò)孔交錯(cuò)布置，可以使子線圈并聯(lián)的效果更佳，減小串聯(lián)等效電阻；采用NT-N襯底減小渦流，減小能量損耗；設(shè)置引出端可以方便磁信號(hào)的引出。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的一種近場(chǎng)通信芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的一種線圈模塊的剖面圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的另一種線圈模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的一種線圈模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例二的另一種線圈模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一:請(qǐng)參考圖1，為本實(shí)施例近場(chǎng)通信芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施方式的近場(chǎng)通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號(hào)收發(fā)模塊、集成在所述近場(chǎng)通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號(hào)收發(fā)模塊用于通過(guò)所述線圈模塊與外界進(jìn)行磁信號(hào)交互；所述主控模塊用于根據(jù)所述磁信號(hào)收發(fā)模塊傳輸?shù)拇判盘?hào)判斷是否開(kāi)啟射頻收發(fā)模塊或者還用于產(chǎn)生磁信號(hào)傳輸給所述磁信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)交互。其中線圈的集成采用CMOS IC所采用的光刻工藝，可以實(shí)現(xiàn)更精系細(xì)更高的集成度，在很小的芯片面積上能集成遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)印刷電路工藝集成的線圈匝數(shù)，提高線圈對(duì)磁信號(hào)的感應(yīng)靈敏度。如當(dāng)前典型CMOS工藝可實(shí)現(xiàn)的金屬互聯(lián)線的線寬和線間距在0.lum-0.3um，因此只需在芯片4邊向外延伸幾百um的空間，就可在其中高密度地制作數(shù)百至數(shù)千匝的線圈。線圈匝數(shù)巨大，結(jié)構(gòu)上串聯(lián)后形成的螺旋線圈中產(chǎn)生的總磁通可以滿足應(yīng)用要求。整個(gè)片上線圈與磁場(chǎng)檢測(cè)芯片集成后的IC面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電路板線圈所占面積。本實(shí)施例中的線圈可以是由單個(gè)線圈構(gòu)成，由金屬導(dǎo)線在芯片上環(huán)繞成螺旋型的線圈。當(dāng)然本實(shí)施例中的線圈可以由多個(gè)位于不同芯片層上的子線圈構(gòu)成。如圖2所示，片上集成線圈分為I至7層，在每一層都設(shè)置子線圈，然后位于不同層上的子線圈相連組成線圈。本實(shí)施例中線圈模塊中線圈的材質(zhì)可以為銅、鋁或銅鋁合金。實(shí)施例二:本實(shí)施方式的近場(chǎng)通信芯片是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，通過(guò)金屬化過(guò)孔將由多個(gè)位于不同層上的子線圈并聯(lián)。如圖3所示，在近場(chǎng)通信芯片的第1、3、7層設(shè)置子線圈，在芯片第2、4、6層設(shè)置金屬化過(guò)孔是子線圈并聯(lián)，圖中位于第二層的金屬化過(guò)孔a、b、c、d、e將位于第一層上的子線圈和位于第三層上的子線圈相并聯(lián)；同樣通過(guò)位于第四層的金屬化過(guò)孔使位于芯片第三層上的子線圈與位于第五層上的子線圈相并聯(lián)，通過(guò)位于第六層上的金屬化過(guò)孔使位于第五層和位于第七層上的子線圈相并聯(lián)。通過(guò)金屬化過(guò)孔使位于相鄰兩層上的子線圈相并聯(lián)能夠減小整個(gè)線圈模塊的等效電阻的大小，增加線圈模塊感應(yīng)磁信號(hào)的靈敏度。本實(shí)施例中還可通過(guò)在相鄰兩層子線圈之間可設(shè)置大量的金屬化過(guò)孔將不同層上的線圈填充成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，位于相同層上的金屬化過(guò)孔構(gòu)成金屬化過(guò)孔層，如圖4所示，在圖3所示的線圈模塊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在第二層上設(shè)置大量的金屬化過(guò)孔，過(guò)孔1、2、3、4、5...，有η個(gè)過(guò)孔填充在近場(chǎng)通信芯片的第二層使得位于與第一層和第三層上的子線圈相并聯(lián)，芯片第二層包括大量的金屬化過(guò)孔，所以第二層也可稱之為金屬化過(guò)孔層。由于過(guò)孔層通過(guò)設(shè)置大量的金屬化過(guò)孔使得線圈的等效電阻進(jìn)一步減小，進(jìn)一步提高線圈感應(yīng)磁信號(hào)的靈敏度。同時(shí)為了達(dá)到更好的的并聯(lián)效果光是有大量的過(guò)孔是不夠的，還得要優(yōu)化位于不同金屬化過(guò)孔層上的金屬化過(guò)孔的布置。本實(shí)施例采取交錯(cuò)布置的方案，就是使位于相鄰兩金屬化過(guò)孔層的過(guò)孔交錯(cuò)布置，如圖5所示，在圖3所示線圈結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將位于芯片第二層上的金屬化過(guò)孔a、b、C、d與位于芯片第四層上的金屬化過(guò)孔e、f、g、h交錯(cuò)布置，將位于第四層上的金屬化過(guò)孔e、f、g、h與位于第六層上的金屬化過(guò)孔1、j、k、l交錯(cuò)布置。在設(shè)置大量金屬化過(guò)孔同樣也是按照與上述圖5的類似的方式進(jìn)行交錯(cuò)布置，也就是說(shuō)相鄰兩個(gè)金屬化過(guò)孔層之間進(jìn)行交錯(cuò)布置。通過(guò)設(shè)置金屬化過(guò)孔的排列，使其交錯(cuò)布置，提高線圈的并聯(lián)效果。在CMOS工藝中雖然片上集成線圈可以在很小面積內(nèi)通過(guò)高密度和大量匝數(shù)產(chǎn)生大的磁通總和，但仍有若干工藝特點(diǎn)會(huì)影響其性能。由于IC上金屬導(dǎo)線線寬線距比印刷電路小2個(gè)數(shù)量級(jí)，其厚度也同樣小1-2個(gè)數(shù)量級(jí)；因此片上互聯(lián)線的電阻較大。在大多數(shù)?；旌螴C中，電路尺寸很小，片上器件間只需um級(jí)的金屬互聯(lián)，其電阻阻值小，對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懭菀淄ㄟ^(guò)一些技術(shù)手段克服。而集成片上線圈由總長(zhǎng)度很大的互聯(lián)線串聯(lián)而成，最終長(zhǎng)度與寬度比(即電阻方塊數(shù))巨大，因此總等效串聯(lián)電阻遠(yuǎn)大于板上線圈。根據(jù)感應(yīng)定理，磁場(chǎng)感應(yīng)工作時(shí)，交變磁場(chǎng)在每一匝線圈上產(chǎn)生分布的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；當(dāng)線圈自身串聯(lián)電阻較大時(shí)，在線圈端口所得的感應(yīng)電流較小，影響磁信號(hào)接收的靈敏度；因此必須設(shè)法減小線圈電阻。對(duì)于上述的問(wèn)題本實(shí)施例的近場(chǎng)通信芯片在集成線圈時(shí)，將通過(guò)將不同層次上的子線圈并聯(lián)，用于減小線圈總電阻。本實(shí)施例中線圈的位置可以設(shè)置在芯片的四周減小線圈，減小占用芯片的面積，從而減小芯片的尺寸。當(dāng)然也可以 在芯片上分出一定的面積用于集成線圈。
本實(shí)施例近場(chǎng)通信芯片中的線圈可以設(shè)置引出端，用于引出磁信號(hào)，可以不需要占用芯片封裝的I/o接口，方便磁信號(hào)的傳輸。本實(shí)施例線圈下的襯底采用NT_N型，利用NT_N型襯底的高阻特性用以減小渦流。在實(shí)際過(guò)程中在對(duì)過(guò)孔包孔時(shí)，包孔的距離會(huì)影響線寬，從而會(huì)影響線圈的總電阻，所以在包孔時(shí)，要增大沿布線方向的包孔距離，減小垂直布線方向的包括距離。如在使用array(陣列)結(jié)構(gòu)的孔時(shí)，只要包孔的相對(duì)方向滿足一定的距離，另外的相對(duì)兩邊包孔的距離就可以小一些，可以在沿布線方向包孔的距離大于等于0.06um，則垂直布線方向的包孔距離就可以包0.0lum。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述近場(chǎng)通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號(hào)收發(fā)模塊、集成在所述近場(chǎng)通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號(hào)收發(fā)模塊用于通過(guò)所述線圈模塊與外界進(jìn)行磁信號(hào)交互；所述主控模塊用于根據(jù)自身接收到的磁信號(hào)判斷是否開(kāi)啟射頻收發(fā)模塊，所述主控模塊還用于磁信號(hào)傳輸給所述磁信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)交互。
2.如權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊為單層線圈。
3.如權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊由多個(gè)位于所述近場(chǎng)通信芯片的不同芯片層上的子線圈構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述位于所述近場(chǎng)通信芯片的相鄰兩芯片層上的子線圈相互并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求4所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊包括多個(gè)金屬化過(guò)孔，所述金屬化過(guò)孔設(shè)置在相鄰兩個(gè)子線圈之間；所述相鄰兩個(gè)子線圈通過(guò)所述金屬化過(guò)孔相互并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述位于相同芯片層上的多個(gè)金屬化過(guò)孔構(gòu)成金屬化過(guò)孔層；所述位于相鄰兩個(gè)金屬化過(guò)孔層上的金屬化過(guò)孔交錯(cuò)布置。
7.如權(quán)利要求6所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述子線圈的材料為銅、鋁或銅鋁
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈?？熘械木€圈環(huán)繞在所述近場(chǎng)通信芯片的四周，所述線圈的集成采用CMOS IC所采用的光刻工藝。
9.如權(quán)利要求8所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈設(shè)有引出端，用于引出所述線圈接收到的磁信號(hào)。
10.如權(quán)利要 求9所述的近場(chǎng)通信芯片，其特征在于，所述線圈下的襯底為NT-N型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種近場(chǎng)通信芯片。本發(fā)明的近場(chǎng)通信芯片包括主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號(hào)收發(fā)模塊、集成在芯片上的線圈模塊；所述磁信號(hào)收發(fā)模塊用于通過(guò)所述線圈模塊與外界進(jìn)行磁信號(hào)交互；所述主控模塊用于根據(jù)所述磁信號(hào)收發(fā)模塊傳輸?shù)拇判盘?hào)判斷是否開(kāi)啟射頻收發(fā)模塊或者還用于產(chǎn)生磁信號(hào)傳輸給所述磁信號(hào)收發(fā)模塊通過(guò)所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進(jìn)行射頻數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明的近場(chǎng)通信芯片在芯片上集成了用于收發(fā)磁信號(hào)的線圈模塊，減少卡的外圍電路，從而減少卡的尺寸。
文檔編號(hào)G06K19/077GK103218648SQ20121001716
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者康鍇, 潘文杰, 楊麗君 申請(qǐng)人:國(guó)民技術(shù)股份有限公司