專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高頻射頻通信領(lǐng)域和高頻智能標(biāo)簽芯片領(lǐng)域，尤其涉及ー種內(nèi)置天線的聞?lì)l智能標(biāo)簽芯片。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于射頻電子技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是射頻智能標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用，正逐漸改變著人們的生活方式。常見(jiàn)的射頻電子 標(biāo)簽分為從電源供應(yīng)方面區(qū)分有源和無(wú)源兩大類(lèi)；從載波頻率方面區(qū)分有125KHz (130KHz)的低頻頻段、13. 56MHz的高頻頻段、433MHz，915MHz的超高頻頻段、2. 4GHz, 5. 8GHz的微波頻段；電子標(biāo)簽的應(yīng)用無(wú)處不在，因此產(chǎn)生了各種形狀，適合不同應(yīng)用要求的產(chǎn)品，使人們的生活更便利更高效。常規(guī)的智能生產(chǎn)エ藝是將智能標(biāo)簽芯片上的天線焊盤(pán)和外部天線的輸入端連接起來(lái)，形成完整的射頻諧振電路，實(shí)現(xiàn)無(wú)線射頻通信的功能。但是，由于需要實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的通信距離，高頻智能標(biāo)簽在小功率通信應(yīng)用中一般是在5-lOcm的讀寫(xiě)距離，因此外部天線的尺寸要求比較大，通常是做成卡片形式，如公共交通卡、中國(guó)的ニ代身份證等形式。在某些特殊的場(chǎng)合，雖然降低了ー些通信距離的要求，如小區(qū)公共防盜門(mén)的電子鎖鑰匙，可以做成異形的智能標(biāo)簽，掛在鑰匙扣上，方便使用。但即使是異形標(biāo)簽，天線也是必須的部件，其尺寸也還是比較大的，無(wú)法避開(kāi)芯片和天線的物理連接。為了讓射頻電子標(biāo)簽?zāi)軌蚋鼜V泛地應(yīng)用到日常生活中，一方面從成本上要降低到符合實(shí)際應(yīng)用的需求，在某些場(chǎng)合，使體積縮小到某些特殊應(yīng)用的場(chǎng)合，便于安裝和使用，這就要求產(chǎn)品越做越小，越做越薄。高頻頻段，特別是大量應(yīng)用的13. 56MHz頻段的智能標(biāo)簽，電路的天線末端諧振電路大都為L(zhǎng)C諧振雙エ收發(fā)天線，如果要減小產(chǎn)品尺寸，勢(shì)必要從縮小射頻天線(L)的尺寸或取消外部匹配電容器(C)兩方面想辦法。從縮小射頻天線角度考慮，減小射頻天線的尺寸后，天線的電感量將減小，在相同芯片輸入電容匹配的情況下，需要加入外部匹配電容器，才能達(dá)到13. 56MHz的諧振頻率。如ZL201020588840. I公開(kāi)的ー種天線內(nèi)置式微型射頻電子標(biāo)簽?zāi)K，就是采用上述方案實(shí)現(xiàn)的小型化智能標(biāo)簽。但是采用這種方案實(shí)現(xiàn)的智能標(biāo)簽，存在エ藝復(fù)雜，產(chǎn)品生產(chǎn)成本高，產(chǎn)品一致性差等缺點(diǎn)。因?yàn)橥饧悠ヅ潆娙萜饕环矫嬲加没蹇臻g，另一方面需要采用表面貼裝エ藝先將微型電容器焊接到基板上。進(jìn)行表面貼裝エ藝時(shí)，容易將焊接劑污染到芯片焊盤(pán)，而且回流焊的高溫烘烤エ藝，會(huì)引起基板表面鍍層的氧化變性及基板的物理尺寸變化，特別是基板變形，容易影響后續(xù)生產(chǎn)エ藝，造成產(chǎn)品品質(zhì)下降。増加的電容器和表面貼裝エ藝，都會(huì)造成成本的上升，使產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比下降，影響產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)力。最主要的是，天線和芯片存在著物理連接，因此整體的尺寸商不能實(shí)現(xiàn)真正的微型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是完善智能標(biāo)簽芯片的功能，降低智能標(biāo)簽產(chǎn)品的總體成本，實(shí)現(xiàn)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和優(yōu)勢(shì)性?xún)r(jià) 比的具有完整的高頻智能標(biāo)簽功能的芯片。本發(fā)明的技術(shù)適合在7. 78 MHz、13. 56MHz和27. 12MHz的射頻智能標(biāo)簽芯片產(chǎn)品中。內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片由高頻天線、輸入電容器、整流電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成
所述的高頻天線為通過(guò)光刻エ藝設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的多圈環(huán)繞的方形空心導(dǎo)電電感線圈，所述的線圈沿芯片的邊緣向中心環(huán)繞設(shè)置；
所述的輸入電容器為設(shè)置在半導(dǎo)體基材上和所述高頻天線并聯(lián)的等效電容器；
所述的整流電路為4端ロ輸入輸出電路，其中2個(gè)輸入端ロ連接所述的高頻天線端ロ，另2個(gè)輸出端ロ為芯片內(nèi)部電源供應(yīng)端ロ，其中ー個(gè)是VDD，另ー個(gè)是GND ；
所述的信號(hào)處理電路包含了中央控制電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、時(shí)鐘電路、調(diào)制解調(diào)電路、分頻電路、時(shí)序電路、電源管理電路和復(fù)位電路。進(jìn)ー步的，所述高頻天線，設(shè)置在單層線路層的外延。再進(jìn)ー步，所述高頻天線設(shè)置在多層線路層的外延，天線層的數(shù)量不超過(guò)芯片電路層的總和，所有層間的天線均同相連接。再進(jìn)ー步，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器并聯(lián)連接。再進(jìn)ー步，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器組成的射頻電路，其諧振頻率為13.56MHz ο再進(jìn)ー步，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器組成的射頻電路，其諧振頻率為6. 78MHz 或 27. 12MHz。本發(fā)明的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，經(jīng)過(guò)測(cè)試、減薄、切割、包裝后就可以應(yīng)用到實(shí)際項(xiàng)目中。根據(jù)上述方案形成的本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的芯片具有獨(dú)立的非接觸式功能，同時(shí)該芯片具有極微小的體積，適合在小型物體和狹窄空間內(nèi)使用。通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的芯片，由于沒(méi)有外部連接，產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力完全取決于芯片本身，適合在溫度變化大、高濕度環(huán)境以及具有化學(xué)品腐蝕的環(huán)境中使用。通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的芯片取消了外接天線，也取消了天線的焊接過(guò)程，避免了芯片因受熱引起的品質(zhì)下降，有效地節(jié)約生產(chǎn)材料和降低生產(chǎn)成本，同時(shí)提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。通過(guò)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的芯片，有效滿(mǎn)足本領(lǐng)域的需求，具有極好的實(shí)用性、創(chuàng)造性和新穎性。


圖I為本發(fā)明的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理框圖。圖2為傳統(tǒng)的高頻智能標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理框圖和應(yīng)用示意圖。圖3為本發(fā)明的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片的內(nèi)部天線連接示意圖。圖4為傳統(tǒng)的高頻智能標(biāo)簽芯片的天線焊盤(pán)和內(nèi)部電路的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)ー步闡述本發(fā)明。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有微型智能標(biāo)簽常用的生產(chǎn)エ藝，所存在的不僅生產(chǎn)成本高，而且制造エ藝繁瑣，使用中可靠性相對(duì)較差，產(chǎn)品體積偏大等問(wèn)題，而提供的技術(shù)解決方案，實(shí)施具體如下
參見(jiàn)圖2傳統(tǒng)的高頻智能標(biāo)簽芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理框圖和應(yīng)用示意圖，虛線框I以?xún)?nèi)的部分為芯片本體，由輸入電容器Cl、整流電路Rectifier和信號(hào)處理電路構(gòu)成。輸入電容器Cl為設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的等效電容器，容量在l(T30pF之間，偶爾也有達(dá)到IOOpF左右的，目的是為了和外接射頻天線獲得良好的匹配。整流電路Rectifier為4端ロ輸入輸出電路，其中2個(gè)輸入端ロ Inl和In2分別連接芯片外部的高頻天線LI的2個(gè)端ロ Antl和Ant2，和輸入電容器Cl并聯(lián)連接。整流電路的另2個(gè)輸出端ロ Outl和0ut2為直流電源輸出端，其中0ut2定義為系統(tǒng)的電源接地(GND)，Outl定義為系統(tǒng)的電源VDD。在Outl和0ut2之間連接ー個(gè)電容器C2進(jìn)行濾波，以獲得性能良好的直流電源供芯片內(nèi)部的其他電路工作。信號(hào)處理電路包含了中央控制電路ControlIer、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路DataMemory、時(shí)鐘電路Clock Extractor、調(diào)制解調(diào)電路Modulator、分頻電路Divider、時(shí)序電路Sequencer、電源管理電路Power Management和復(fù)位電路Reset。電源管理電路PowerManagement將整流濾波出的支流電源進(jìn)行穩(wěn)壓并進(jìn)行負(fù)載分配，供應(yīng)給其他電路，每一路的電源供給采用電子開(kāi)關(guān)侍服供應(yīng)，以最省電的方式進(jìn)行管理，以降低電路的功耗，使芯片獲得最佳的通信靈敏度。中央控制電路Controller管理著每一部分電路的工作狀態(tài)和エ作程序，使電路按要求的指令執(zhí)行。上述方案是目前大量應(yīng)用的智能標(biāo)簽方案，但是射頻天線和芯片的天線焊盤(pán)之間必須有物理的電性連接，才能正常工作。大尺寸的射頻天線可以獲得較大的電感量，一般在4 6 uH之間，通信距離較遠(yuǎn)。為了解決微型化及天線和芯片的一體化實(shí)現(xiàn)方案，參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，由高頻天線、輸入電容器、整流電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成。虛線框I以?xún)?nèi)的部分，包含了輸入電容器Cl、整流電路Rectifier和信號(hào)處理電路構(gòu)成，和常規(guī)的智能標(biāo)簽芯片并無(wú)兩樣，惟獨(dú)將射頻天線LI直接設(shè)置在芯片內(nèi)部。輸入電容器Cl為設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的等效電容器，容量調(diào)整到50-300pF之間，目的是為了和內(nèi)部射頻天線獲得良好的匹配。在較小的芯片尺寸內(nèi)，射頻天線的電感量無(wú)法達(dá)到常規(guī)的4飛uH，通常只能達(dá)到0. 46^2. 76uH之間，因此需要增大輸入電容器Cl的容量來(lái)獲得匹配。整流電路Rectifier為4端ロ輸入輸出電路，其中2個(gè)輸入端ロ Inl和In2分別連接芯片外部的高頻天線LI的2個(gè)端ロ Antl和Ant2，和輸入電容器Cl并聯(lián)連接。整流電路的另2個(gè)輸出端ロ Outl和0ut2為直流電源輸出端，其中0ut2定義為系統(tǒng)的電源接地(GND)，Outl定義為系統(tǒng)的電源VDD。在Outl和0ut2之間連接ー個(gè)電容器C2進(jìn)行濾波，以獲得性能良好的直流電源供芯片內(nèi)部的其他電路工作。信號(hào)處理電路包含了中央控制電路ControlIer、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)電路Data Memory、時(shí)鐘電路Clock Extractor、調(diào)制解調(diào)電路Modulator、分頻電路Divider、時(shí)序電路Sequencer、電源管理電路Power Management和復(fù)位電路Reset。電源管理電路Power Management將整流濾波出的支流電源進(jìn)行穩(wěn)壓并進(jìn)行負(fù)載分配,供應(yīng)給其他電路，每一路的電源供給采用電子開(kāi)關(guān)侍服供應(yīng)，以最省電的方式進(jìn)行管理，以降低電路的功耗，使芯片獲得最佳的通信靈敏度。中央控制電路Controller管理著每一部分電路的工作狀態(tài)和工作程序，使電路按要求的指令執(zhí)行。這樣，內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片實(shí)際上就是ー款完整的智能標(biāo)簽，可以獨(dú)立完成智能標(biāo)簽的所有功能。在有些近距離應(yīng)用場(chǎng)合，可以直接使用，或者采用提高讀寫(xiě)器功率的方法，實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的通信。在要求遠(yuǎn)距離應(yīng)用的場(chǎng)合，還可以配合輔助天線進(jìn)行信號(hào)接續(xù)，提高芯片的通信能力。參見(jiàn)圖4,為傳統(tǒng)的聞?lì)l智能標(biāo)簽芯片的天線焊盤(pán)和內(nèi)部電路的連接不意圖,在芯片本體I的區(qū)域內(nèi)，設(shè)置了天線外接焊盤(pán)11和12，天線外接焊盤(pán)11通過(guò)內(nèi)部連接線4和芯片輸入電容器2的ー個(gè)電極以及整流電路3的一個(gè)輸入端進(jìn)行連接；天線外接焊盤(pán)12通過(guò)內(nèi)部連接線5和芯片輸入電容器2的另ー個(gè)電極以及整流電路3的另ー個(gè)輸入端進(jìn)行連接。在制作成智能標(biāo)簽時(shí)，天線外接焊盤(pán)11和12通過(guò)引線焊接或者倒扣封裝エ藝外部射 頻天線進(jìn)行物理電性連接，實(shí)現(xiàn)智能標(biāo)簽的生產(chǎn)過(guò)程。參見(jiàn)圖3，為本發(fā)明的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片的內(nèi)部天線連接示意圖，在芯片本體I的區(qū)域內(nèi)，和傳統(tǒng)的智能標(biāo)簽芯片相比，取消了天線外接焊盤(pán)，節(jié)省了大片的焊盤(pán)空間。同時(shí)，増加了ー組高頻天線6，天線為通過(guò)光刻エ藝設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的多圈環(huán)繞的方形空心導(dǎo)電電感線圈，所述的線圈沿芯片的邊緣向中心環(huán)繞設(shè)置。天線的ー個(gè)末端61通過(guò)內(nèi)部連接線4和芯片輸入電容器2的ー個(gè)電極以及整流電路3的一個(gè)輸入端進(jìn)行連接；天線另ー個(gè)末端62通過(guò)內(nèi)部連接線5在不同的線路層跨過(guò)線圈和芯片輸入電容器2的另ー個(gè)電極以及整流電路3的另ー個(gè)輸入端進(jìn)行連接。具有內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，即為ー款完整的極微小智能標(biāo)簽。以上描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述說(shuō)明書(shū)的限制，上述說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述的芯片由高頻天線、輸入電容器、整流電路和彳目號(hào)處通電路構(gòu)成 所述的高頻天線為通過(guò)光刻エ藝設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的多圈環(huán)繞的方形空心導(dǎo)電電感線圈，所述的線圈沿芯片的邊緣向中心環(huán)繞設(shè)置； 所述的輸入電容器為設(shè)置在半導(dǎo)體基材上和所述高頻天線并聯(lián)的等效電容器； 所述的整流電路為4端ロ輸入輸出電路，其中2個(gè)輸入端ロ連接所述的高頻天線端ロ，另2個(gè)輸出端ロ為芯片內(nèi)部電源供應(yīng)端ロ，其中ー個(gè)是VDD，另ー個(gè)是GND ； 所述的信號(hào)處理電路包含了中央控制電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、時(shí)鐘電路、調(diào)制解調(diào)電路、分頻電路、時(shí)序電路、電源管理電路和復(fù)位電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述高頻天線， 設(shè)置在單層線路層的外延。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述高頻天線設(shè)置在多層線路層的外延，天線層的數(shù)量不超過(guò)芯片電路層的總和，所有層間的天線均同相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器并聯(lián)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器組成的射頻電路，其諧振頻率為13. 56MHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，其特征在于，所述高頻天線和芯片等效輸入電容器組成的射頻電路，其諧振頻率為6. 78MHz或27. 12MHz。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種內(nèi)置天線的高頻智能標(biāo)簽芯片，由高頻天線、輸入電容器、整流電路和信號(hào)處理電路構(gòu)成。高頻天線為通過(guò)光刻工藝設(shè)置在半導(dǎo)體基材上的多圈環(huán)繞的方形空心導(dǎo)電電感線圈，所述的線圈沿芯片的邊緣向中心環(huán)繞設(shè)置；輸入電容器為設(shè)置在半導(dǎo)體基材上和所述高頻天線并聯(lián)的等效電容器；整流電路為4端口輸入輸出電路，其中2個(gè)輸入端口連接所述的高頻天線端口，另2個(gè)輸出端口為芯片內(nèi)部電源供應(yīng)端口，其中一個(gè)是VDD，另一個(gè)是GND；信號(hào)處理電路包含了中央控制電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、時(shí)鐘電路、調(diào)制解調(diào)電路、分頻電路、電源管理電路和復(fù)位電路，使智能標(biāo)簽芯片具有獨(dú)立的高頻無(wú)線射頻通信功能。
文檔編號(hào)G06K19/077GK102651084SQ20121010847
公開(kāi)日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月14日
發(fā)明者陸紅梅 申請(qǐng)人:上海禎顯電子科技有限公司