專利名稱：一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于聲表面波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo) 簽，它是采用聲表面波(SAW)和集成電路聯(lián)合實(shí)現(xiàn)的射頻電子標(biāo)簽(RF-ID tag)。
背景技術(shù)：
利用聲表面波(SAW)技術(shù)的電子標(biāo)簽始于上世紀(jì)80年代末，近年來(lái)聲表面波標(biāo)簽 的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)。如圖1所示，典型的SAW RFID標(biāo)簽系統(tǒng)包括閱讀器(Reader)和射頻標(biāo)簽兩部分， 閱讀器經(jīng)天線發(fā)射射頻查詢脈沖，并接收標(biāo)簽返回的信號(hào)，處理后得到閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽 信息。SAW標(biāo)簽是一個(gè)單口器件，包括標(biāo)簽天線、叉指換能器(IDT)和一系列編碼的反射柵。 IDT直接與標(biāo)簽的天線連接，接收從閱讀器發(fā)射來(lái)的查詢信號(hào)，把接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲表 面波。沿基片表面?zhèn)鞑サ穆暠砻娌ㄓ龅椒瓷鋿抨嚭髸?huì)發(fā)生反射與透射，在IDT端產(chǎn)生唯一 編碼的聲波脈沖。該脈沖通過(guò)IDT轉(zhuǎn)換為射頻波發(fā)射出去。由于SAW器件本身工作在射頻波段，無(wú)源且抗電磁干擾能力強(qiáng)，因此SAW技術(shù)實(shí) 現(xiàn)的電子標(biāo)簽(SAW RF-ID tag)具有一定獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，是對(duì)集成電路技術(shù)的補(bǔ)充，其主要 特點(diǎn)是根據(jù)反射柵結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼設(shè)計(jì)，易于長(zhǎng)編碼；讀取范圍大且可靠，可達(dá)數(shù)米；可使 用在金屬和液體產(chǎn)品上；標(biāo)簽芯片與天線匹配簡(jiǎn)單，制作工藝成本低；不僅能識(shí)別靜止的 物體，還能識(shí)別速度高達(dá)300千米/小時(shí)的高速運(yùn)動(dòng)物體；可在高溫差、強(qiáng)電磁干擾等惡劣 i^F^T'iliffi o tfi^一 “ Passive coded transponderusing an acoustic-surface-wave delay line"，Electron. Lett. 11，pp. 163-164(1975)，D. E. N. Davis 等在 1975 年報(bào)道了 一種延遲線結(jié)構(gòu)SAW RF-ID tag，該結(jié)構(gòu)通過(guò)改變反射柵條的反射強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)編碼，實(shí)現(xiàn)無(wú) 線無(wú)源識(shí)別。但是，該SAW ID-tag的反射柵采用固定的反射柵條，只能在ID-Tag芯片制 作時(shí)一次性制作，無(wú)法大批量廉價(jià)生產(chǎn)，犧牲了 SAW RF-ID tag的實(shí)用性和多功能性。文 獻(xiàn)二 “ Programmable Reflectors forSAff-ID-Tags “，1993 ULTRASONICS SYMPOSIUM, PP. 125-130，L. Reindl等報(bào)道了采用短路柵與開(kāi)路柵陣實(shí)現(xiàn)反射柵的可編程，其原理是根 據(jù)反射柵在開(kāi)路和短路的情況下反射系數(shù)不同，通過(guò)金屬連線的方式改變單根反射柵的 “短路、開(kāi)路”特性，實(shí)現(xiàn)反射柵陣的可編程。盡管該方法能夠在ID-tag芯片制作后、用戶使 用前采用金屬線連接方式實(shí)現(xiàn)可編程，但是存在以下不足其一，金屬連線方式需要專門(mén)連 接設(shè)備；其二，客戶不能直接實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可編程。因此，該可編程方式制作和使用均比較復(fù)雜， 不是一種現(xiàn)場(chǎng)可編程方式。集成電路設(shè)計(jì)發(fā)展至今，出現(xiàn)了可現(xiàn)場(chǎng)編程邏輯器件PLD (Programmable LogicDevice)，用于半定制、全定制電路設(shè)計(jì)?？涩F(xiàn)場(chǎng)編程邏輯器件(PLD)不僅包括比較 簡(jiǎn)單的 PROM、EPR0M、EEPR0M,還有中高級(jí) PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA 等多種形式。為 滿足用戶設(shè)計(jì)要求出現(xiàn)的可現(xiàn)場(chǎng)編程邏輯器件，具有低功耗、高速度、小型化、多功能、低成 本、設(shè)計(jì)靈活，可無(wú)限次反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)編程等優(yōu)點(diǎn)。它們可以記錄寫(xiě)入數(shù)據(jù)，控制各端口的特性， 實(shí)現(xiàn)各端口之間的電學(xué)連接與斷開(kāi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，它利用集成 電路與聲表面波器件所利用的半導(dǎo)體加工工藝相似，可現(xiàn)場(chǎng)編程邏輯器件編程連接技術(shù)采 用熔絲、反熔絲編程技術(shù)、浮柵型電可寫(xiě)紫外線擦出編程技術(shù)、SRAM編程技術(shù)等，可以實(shí)現(xiàn) 聲表面波電子標(biāo)簽與集成電路兩者之間觸點(diǎn)(引腳)面積大小一致。即通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)可編程 集成電路裸芯片的觸點(diǎn)和反射柵條觸點(diǎn)緊密連接，通過(guò)改變集成電路內(nèi)部邏輯，控制聲表 面波射頻電子標(biāo)簽中反射柵陣任意反射柵的短路和開(kāi)路效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)SAW ID-Tag的現(xiàn)場(chǎng)可編 程，解決目前SAW ID-tag的不可現(xiàn)場(chǎng)編程問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種可編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，采用具有可編程開(kāi)關(guān)功能的集成 電路(IC)芯片與聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片直接連接的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線電子標(biāo)簽的現(xiàn)場(chǎng) 可編程。該聲表面波電子標(biāo)簽包括壓電基片、一發(fā)射叉指換能器和一組分布式反射柵陣， 其特征在于，所述的聲表面波電子標(biāo)簽的每根反射柵條兩端均設(shè)有觸點(diǎn)，且這些分布式反 射柵條之間互不連接；所述的聲表面波電子標(biāo)簽還包括與其層疊設(shè)置的具有開(kāi)關(guān)功能的集成電路芯片， 該集成電路芯片的外接觸點(diǎn)和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，并通過(guò) 現(xiàn)場(chǎng)編程控制開(kāi)關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個(gè)觸點(diǎn)之間的開(kāi)路與短路連接。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，集成電路 的外接觸點(diǎn)和反射柵陣觸點(diǎn)通過(guò)物理位置一一對(duì)應(yīng)方式鍵合連接。所述的物理鍵合方式包 括導(dǎo)線焊接法、倒裝焊或低溫鍵合，可同時(shí)起到固定集成電路IC芯片的作用。作為本發(fā)明的又一種改進(jìn)，所述的可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，集成電 路采用是現(xiàn)場(chǎng)可編程控制開(kāi)關(guān)電路，可以控制任何兩個(gè)柵陣觸點(diǎn)之間的開(kāi)路與短路連接。 集成電路可以根據(jù)需要采用一次性寫(xiě)入且不可改寫(xiě)型的電路，或者多次寫(xiě)入且可改寫(xiě)型的 電路。作為本發(fā)明的再一種改進(jìn)，所述的聲表面波電子標(biāo)簽的壓電基片為能激發(fā)瑞利 波、樂(lè)甫波、表面掠波、偽表面波的壓電晶體，采用128° YX-LiNb03、131. 5° YX_LiNb03、 YZ-LN、X-112° 1^1^03或乂-112° LiTa03制成。所述的反射柵條的電極材料采用金屬制成。 作偽優(yōu)選，所述的反射柵條的電極材料采用金、銅或鋁制成。根據(jù)文獻(xiàn)二中提出當(dāng)基片材料采用YZ-LiN0b3時(shí)，反射柵在開(kāi)路、短路情況下反射 性質(zhì)不同的理論，為此，我們針對(duì)不同的基片材料(128° YX-LiNb03，131.5° YX_LiNb03， YZ-LiNb03)，制作不同金屬電極(鋁、銅、金)的情況下，計(jì)算了反射柵條的開(kāi)路反射系數(shù)和 短路反射系數(shù)的大小。結(jié)果證明開(kāi)路和短路情況下，反射系數(shù)相差很大。在表1中，給出了 三種不同基片材料上制作鋁電極，反射柵條電極金屬化比為0. 5時(shí)，開(kāi)路和短路情況下反 射系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，其中、為反射柵周期的2倍，h為金屬A1層的厚度。表 1
4 由表1可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于以上三種不同基片材料，我們可以選擇不同的金屬膜厚，使 得開(kāi)路或短路反射系數(shù)其中一項(xiàng)為0，另外一項(xiàng)不為0 ；然后通過(guò)反射柵開(kāi)路、短路的控制， 就能實(shí)現(xiàn)對(duì)反射柵陣不同結(jié)構(gòu)的控制。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明與現(xiàn)有的集成電路設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用現(xiàn)有的集成電路實(shí)現(xiàn) 的開(kāi)關(guān)陣，改變反射柵陣各個(gè)反射柵條的開(kāi)路和短路，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射柵陣中單根反射柵條系 數(shù)的靈活控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聲表面波射頻電子標(biāo)簽的可現(xiàn)場(chǎng)編程設(shè)計(jì)，能夠克服現(xiàn)有聲表面 波射頻電子標(biāo)簽不可現(xiàn)場(chǎng)編程的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)聲表面波射頻電子標(biāo)簽的多功能性和靈活性， 降低SAW ID-tag的成本，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的SAW RFID工作原理圖；圖2為本發(fā)明一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的平面示意圖；圖4為本發(fā)明聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片(無(wú)集成電路芯片)的平面示意圖；圖5為本發(fā)明集成電路(IC)芯片的底面示意圖。附圖標(biāo)識(shí)1、叉指換能器 2、反射柵陣 3、壓電基片4、集成電路芯片5、發(fā)送天線 6、接收天線7、讀寫(xiě)器
具體實(shí)施例方式如圖2和3所示，本發(fā)明一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，主要包括集 成電路芯片4與聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片。其中的聲表面波射頻電子標(biāo)簽通過(guò)洗片、鍍 膜、甩膠、光刻、清洗等工序制作。壓電基片3采用128° YX-LiNb03，叉指電極采用金屬鋁， 中心頻率為2400MHz，叉指換能器1、金屬反射柵陣2依附在壓電基片3上。叉指換能器1 采用叉指換能器，反射柵陣2中包含28根反射指條。首先通過(guò)集成電路芯片4對(duì)反射柵陣 2進(jìn)行結(jié)構(gòu)編碼。叉指換能器1接收到詢問(wèn)信號(hào)并轉(zhuǎn)化為聲表面波信號(hào)，該聲波信號(hào)在基 片表面?zhèn)鞑ァ＝?jīng)過(guò)反射柵陣2，按照特定的柵陣特性，實(shí)現(xiàn)聲波信號(hào)的反射、延遲等，可以得 到一組由柵陣結(jié)構(gòu)控制(柵條數(shù)量、位置、SAW的傳播和反射特性等)編碼的特定的聲波信 號(hào)，再次通過(guò)叉指換能器1進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。如圖4和5所示，本發(fā)明由集成電路芯片4和聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片組成。其 中，圖4為本實(shí)施實(shí)例所制作的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的平面示意圖，虛線框內(nèi)為反射柵陣2，由含有固定編碼信息的反射柵條組成，各個(gè)反射柵條兩端均有觸點(diǎn)。圖5為本實(shí)施實(shí) 例所使用的集成電路芯片4的底面示意圖。其大小與圖4中虛線框大小一致，底面的圓點(diǎn) 為該芯片的外接觸點(diǎn)，這些接觸點(diǎn)與圖4中各個(gè)反射柵陣觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)集成電路芯 片和聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片物理鍵合。 最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，該聲表面波電子標(biāo)簽包括壓電基片、一發(fā)射叉指換能器和一組分布式反射柵陣，其特征在于，所述的聲表面波電子標(biāo)簽的每根反射柵條兩端均設(shè)有觸點(diǎn)，且這些分布式反射柵條之間互不連接；所述的聲表面波電子標(biāo)簽還包括與其層疊設(shè)置的具有開(kāi)關(guān)功能的集成電路芯片，該集成電路芯片的外接觸點(diǎn)和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)編程控制開(kāi)關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個(gè)觸點(diǎn)之間的開(kāi)路與短路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的集成電路的外 接觸點(diǎn)和反射柵陣的觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)，通過(guò)物理方式鍵合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的物理鍵合方式 包括導(dǎo)線焊接法、倒裝焊或低溫鍵合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的集成電路采用 一次性寫(xiě)入且不可改寫(xiě)型的電路，或采用多次寫(xiě)入且可改寫(xiě)型的電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的聲表面波電子 標(biāo)簽的壓電基片為能激發(fā)瑞利波、樂(lè)甫波、表面掠波、偽表面波的壓電晶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的壓電基片米用 128° YX-LiNb03、131. 5° YX_LiNb03、YZ-LN、或 X_112° LiTa03 制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的反射柵條的電 極材料采用金屬制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，其特征在于，所述的反射柵條的電 極材料采用金、銅或鋁制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可現(xiàn)場(chǎng)編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，包括壓電基片、一發(fā)射叉指換能器和一組分布式反射柵陣，所述的聲表面波電子標(biāo)簽的每根反射柵條兩端均設(shè)有觸點(diǎn)，且這些分布式反射柵條之間互不連接；所述的聲表面波電子標(biāo)簽還包括與其層疊設(shè)置的具有開(kāi)關(guān)功能的集成電路芯片，該集成電路芯片的外接觸點(diǎn)和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)編程控制開(kāi)關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個(gè)觸點(diǎn)之間的開(kāi)路與短路連接。本發(fā)明與現(xiàn)有的集成電路設(shè)計(jì)相結(jié)合，利用現(xiàn)有的集成電路實(shí)現(xiàn)的開(kāi)關(guān)陣，改變反射柵陣各個(gè)反射柵條的開(kāi)路和短路，實(shí)現(xiàn)聲表面波射頻電子標(biāo)簽的現(xiàn)場(chǎng)可編程，增強(qiáng)其設(shè)計(jì)的多功能性和靈活性，降低SAW ID-tag的成本。
文檔編號(hào)G06K19/077GK101877073SQ200910259608
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者何世堂, 李紅浪, 程利娜 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所