專利名稱：一種聲表面波射頻電子標(biāo)簽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于聲表面波技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種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，近年來聲表面波標(biāo)簽 的研究成為一個熱點。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，處理后得到閱讀范圍內(nèi)的標(biāo)簽 信息。SAW標(biāo)簽是一個單口器件，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)射來的查詢信號，把接收到的信號轉(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l(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，無源且抗電磁干擾能力強，因此SAW技術(shù)實 現(xiàn)的電子標(biāo)簽(SAW RF-ID tag)具有一定獨特的優(yōu)勢，是對集成電路技術(shù)的補充，其主要 特點是根據(jù)反射柵結(jié)構(gòu)進行編碼設(shè)計，易于長編碼；讀取范圍大且可靠，可達數(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單，制作工藝成本低；不僅能識別靜止的 物體，還能識別速度高達300千米/小時的高速運動物體；可在高溫差、強電磁干擾等惡劣 ^^Τ' Μ ο 一 “ Passive coded transponderusing an acoustic-surface-wave delay line"，Electron. Lett. 11，pp. 163-164(1975)，D. Ε. N. Davis 等在 1975 年報道了 一種延遲線結(jié)構(gòu)SAW RF-ID tag，該結(jié)構(gòu)通過改變反射柵條的反射強度實現(xiàn)編碼，實現(xiàn)無 線無源識別。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 作時一次性制作，無法大批量廉價生產(chǎn)，犧牲了 SAW RF-ID tag的實用性和多功能性。文 獻二 “ Programmable Reflectors forSAff-ID-Tags “ , 1993ULTRAS0NICS SYMPOSIUM, PP. 125-130，L. Reindl等報道了采用短路柵與開路柵陣實現(xiàn)反射柵的可編程，其原理是根 據(jù)反射柵在開路和短路的情況下反射系數(shù)不同，通過金屬連線的方式改變單根反射柵的 “短路、開路”特性，實現(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 連接設(shè)備；其二，客戶不能直接實現(xiàn)現(xiàn)場可編程。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)場可編程方式。集成電路設(shè)計發(fā)展至今，出現(xiàn)了可現(xiàn)場編程邏輯器件PLD (Programmable LogicDevice)，用于半定制、全定制電路設(shè)計?？涩F(xiàn)場編程邏輯器件(PLD)不僅包括比較 簡單的 PROM、EPR0M、EEPR0M,還有中高級 PLA、PAL、GAL、EPLD, CPLD, FPGA 等多種形式。為 滿足用戶設(shè)計要求出現(xiàn)的可現(xiàn)場編程邏輯器件，具有低功耗、高速度、小型化、多功能、低成 本、設(shè)計靈活，可無限次反復(fù)現(xiàn)場編程等優(yōu)點。它們可以記錄寫入數(shù)據(jù)，控制各端口的特性， 實現(xiàn)各端口之間的電學(xué)連接與斷開。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種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)、浮柵型電可寫紫外線擦出編程技術(shù)、SRAM編程技術(shù)等，可以實現(xiàn)聲表面波 電子標(biāo)簽與集成電路兩者之間觸點(引腳)面積大小一致。即通過現(xiàn)場可編程集成電路裸 芯片的觸點和反射柵條觸點緊密連接，通過改變集成電路內(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路效應(yīng)，實現(xiàn)SAW ID-Tag的現(xiàn)場可編程，解決目 前SAW ID-tag的不可現(xiàn)場編程問題。為實現(xiàn)上述實用新型目的，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本實用新型的一種聲表面波射頻電子標(biāo)簽，采用具有可編程開關(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)，實現(xiàn)無線電子標(biāo)簽的現(xiàn)場可編 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，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)置的具有開關(guān)功能的集成電路芯片， 該集成電路芯片的外接觸點和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點一一對應(yīng)設(shè)置，并通過 現(xiàn)場編程控制開關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個觸點之間的開路與短路連接。作為本實用新型的一種改進，所述的可現(xiàn)場編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，集成 電路的外接觸點和反射柵陣觸點通過物理位置一一對應(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，可同時起到固定集成電路IC芯片的作用。作為本實用新型的又一種改進，所述的可現(xiàn)場編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽，集 成電路采用是現(xiàn)場可編程控制開關(guān)電路，可以控制任何兩個柵陣觸點之間的開路與短路連 接。集成電路可以根據(jù)需要采用一次性寫入且不可改寫型的電路，或者多次寫入且可改寫 型的電路。作為本實用新型的再一種改進，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° LiTaO3或乂-112° LiTaO3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)文獻二中提出當(dāng)基片材料采用YZ-LiNOb3時，反射柵在開路、短路情況下反射 性質(zhì)不同的理論，為此，我們針對不同的基片材料(128° YX-LiNbO3,131. 5° YX-LiNbO3, YZ-LiNbO3)，制作不同金屬電極(鋁、銅、金)的情況下，計算了反射柵條的開路反射系數(shù)和 短路反射系數(shù)的大小。結(jié)果證明開路和短路情況下，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，開路和短路情況下反 射系數(shù)的計算結(jié)果，其中λ為反射柵周期的2倍，h為金屬Al層的厚度。表 1 由表1可以發(fā)現(xiàn)，對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 得開路或短路反射系數(shù)其中一項為0，另外一項不為0 ；然后通過反射柵開路、短路的控制， 就能實現(xiàn)對反射柵陣不同結(jié)構(gòu)的控制。本實用新型的優(yōu)點本實用新型與現(xiàn)有的集成電路設(shè)計相結(jié)合，利用現(xiàn)有的集成 電路實現(xiàn)的開關(guān)陣，改變反射柵陣各個反射柵條的開路和短路，實現(xiàn)對反射柵陣中單根反 射柵條系數(shù)的靈活控制，進而實現(xiàn)聲表面波射頻電子標(biāo)簽的可現(xiàn)場編程設(shè)計，能夠克服現(xiàn) 有聲表面波射頻電子標(biāo)簽不可現(xiàn)場編程的缺點，實現(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為本實用新型一種可現(xiàn)場編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型一種可現(xiàn)場編程的聲表面波射頻電子標(biāo)簽的平面示意圖；圖4為本實用新型聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片(無集成電路芯片)的平面示意 圖；圖5為本實用新型集成電路(IC)芯片的底面示意圖。附圖標(biāo)識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、接收天線具體實施方式
如圖2和3所示，本實用新型一種可現(xiàn)場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。首先通過集成電路芯片4對反射 柵陣2進行結(jié)構(gòu)編碼。叉指換能器1接收到詢問信號并轉(zhuǎn)化為聲表面波信號，該聲波信號 在基片表面?zhèn)鞑?。?jīng)過反射柵陣2，按照特定的柵陣特性，實現(xiàn)聲波信號的反射、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，再次通過叉指換能器1進行信號轉(zhuǎn)換。如圖4和5所示，本實用新型由集成電路芯片4和聲表面波射頻電子標(biāo)簽芯片組 成。其中，圖4為本實施實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，各個反射柵條兩端均有觸點。圖5為本實 施實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 圓點為該芯片的外接觸點，這些接觸點與圖4中各個反射柵陣觸點一一對應(yīng)，實現(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)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制。盡 管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其 均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求一種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，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)置的具有開關(guān)功能的集成電路芯片，該集成電路芯片的外接觸點和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點一一對應(yīng)設(shè)置，并通過現(xiàn)場編程控制開關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個觸點之間的開路與短路連接。
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 接觸點和反射柵陣的觸點一一對應(yīng)，通過物理方式鍵合連接。
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 一次性寫入且不可改寫型的電路，或采用多次寫入且可改寫型的電路。
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，所述的壓電基片采用 128° YX-LiNb03、131. 5° YX_LiNb03、YZ-LN、或 X_112° LiTaO3 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。
專利摘要本實用新型涉及一種可現(xiàn)場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，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)置的具有開關(guān)功能的集成電路芯片，該集成電路芯片的外接觸點和聲表面波電子標(biāo)簽的反射柵陣的觸點一一對應(yīng)設(shè)置，并通過現(xiàn)場編程控制開關(guān)電路，控制分布式反射柵陣的任何兩個觸點之間的開路與短路連接。本實用新型與現(xiàn)有的集成電路設(shè)計相結(jié)合，利用現(xiàn)有的集成電路實現(xiàn)的開關(guān)陣，改變反射柵陣各個反射柵條的開路和短路，實現(xiàn)聲表面波射頻電子標(biāo)簽的現(xiàn)場可編程，增強其設(shè)計的多功能性和靈活性。
文檔編號G06K19/073GK201681414SQ20092029991
公開日2010年12月22日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所