專利名稱：一種近場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，尤其涉及一種近場通信芯片。
背景技術(shù)：
隨著射頻技術(shù)的發(fā)展，越來越多的射頻技術(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)的移動支付系統(tǒng)也越來也被人們所接受。移動支付，也稱為手機支付，就是允許用戶使用其移動終端(通常是手機)對所消費的商品或服務(wù)進行賬務(wù)支付的一種服務(wù)方式。整個移動支付價值鏈包括移動運營商、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。在移動支付系統(tǒng)中對于通信距離的控制尤為重要。在當(dāng)前各種控制移動支付終端與讀卡器之間通訊距離的技術(shù)方案中，低頻磁場耦合是一種靈敏可靠的較優(yōu)方式。低頻磁場耦合通過移動終端與讀卡器上各一個線圈完成磁信號的感應(yīng)收發(fā)，信號的感應(yīng)距離與線圈物理參數(shù)成正比。而上述的功能是通過移動終端中的智能卡來實現(xiàn)的；如現(xiàn)在的RF-SM卡，它既有SM卡的功能支持移動終端的遠距離通信，又有射頻卡的功能支持近場通信。由于移動支付的廣泛應(yīng)用人們對卡尺寸大小的大小要求越來越高，在較小的卡中集成大量的功能模塊和器件。在運用低頻磁場耦合方式中是通過位于卡中的磁線圈來收發(fā)磁信號的，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到要對磁信號感應(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)問題是，提供一種近場通信芯片，能夠變相的減小卡的尺寸以及增加線圈感應(yīng)磁信號的靈敏度。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種近場通信芯片具體技術(shù)方案如下:一種近場通信芯片，其特征在于，所述近場通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號收發(fā)模塊、集成在所述近場通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號收發(fā)模塊用于通過所述線圈模塊與外界進行磁信號交互；所述主控模塊用于根據(jù)自身接收到的磁信號判斷是否開啟射頻收發(fā)模塊，所述主控模塊還用于磁信號傳輸給所述磁信號收發(fā)模塊通過所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進行射頻數(shù)據(jù)交互。進一步地，所述線圈模塊為單層線圈。進一步地，所述線圈模塊由多個位于不同芯片層上的子線圈構(gòu)成。進一步地，所述位于相鄰兩芯片層上的子線圈之間相互并聯(lián)。進一步地，所述位于相鄰兩層上的子線圈通過多個金屬化過孔相互并聯(lián)。進一步地，所述線圈模塊包括多個金屬化過孔，所述金屬化過孔設(shè)置在相鄰兩個子線圈之間；所述相鄰兩個子線圈通過所述金屬化過孔相互并聯(lián)。
進一步地，所述位于相同芯片層上的多個金屬化過孔構(gòu)成金屬化過孔層；所述位于相鄰兩個金屬化過孔層上的金屬化過孔交錯布置進一步地，所述子線圈的材料為銅、鋁或者銅鋁合金。進一步地，所述線圈模塊中的線圈環(huán)繞在所述近場通信芯片的四周，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。進一步地，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)明的近場通信芯片中集成能接收磁信號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)磁信號的靈敏度；線圈模塊中相鄰兩層上的金屬化過孔交錯布置，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的引出。


圖1為本發(fā)明實施例一的一種近場通信芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例一的一種線圈模塊的剖面圖；圖3為本發(fā)明實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)明實施例二的另一種線圈模塊的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例一:請參考圖1，為本實施例近場通信芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。本實施方式的近場通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號收發(fā)模塊、集成在所述近場通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號收發(fā)模塊用于通過所述線圈模塊與外界進行磁信號交互；所述主控模塊用于根據(jù)所述磁信號收發(fā)模塊傳輸?shù)拇判盘柵袛嗍欠耖_啟射頻收發(fā)模塊或者還用于產(chǎn)生磁信號傳輸給所述磁信號收發(fā)模塊通過所述線圈模塊發(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，可以實現(xiàn)更精系細更高的集成度，在很小的芯片面積上能集成遠大于傳統(tǒng)印刷電路工藝集成的線圈匝數(shù)，提高線圈對磁信號的感應(yīng)靈敏度。如當(dāng)前典型CMOS工藝可實現(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。整個片上線圈與磁場檢測芯片集成后的IC面積遠遠小于電路板線圈所占面積。本實施例中的線圈可以是由單個線圈構(gòu)成，由金屬導(dǎo)線在芯片上環(huán)繞成螺旋型的線圈。當(dāng)然本實施例中的線圈可以由多個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。實施例二:本實施方式的近場通信芯片是在實施例一的基礎(chǔ)上，通過金屬化過孔將由多個位于不同層上的子線圈并聯(lián)。如圖3所示，在近場通信芯片的第1、3、7層設(shè)置子線圈，在芯片第2、4、6層設(shè)置金屬化過孔是子線圈并聯(lián)，圖中位于第二層的金屬化過孔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)；同樣通過位于第四層的金屬化過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)，通過位于第六層上的金屬化過孔使位于第五層和位于第七層上的子線圈相并聯(lián)。通過金屬化過孔使位于相鄰兩層上的子線圈相并聯(lián)能夠減小整個線圈模塊的等效電阻的大小，增加線圈模塊感應(yīng)磁信號的靈敏度。本實施例中還可通過在相鄰兩層子線圈之間可設(shè)置大量的金屬化過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孔構(gòu)成金屬化過孔層，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)置大量的金屬化過孔，過孔1、2、3、4、5...，有η個過孔填充在近場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孔，所以第二層也可稱之為金屬化過孔層。由于過孔層通過設(shè)置大量的金屬化過孔使得線圈的等效電阻進一步減小，進一步提高線圈感應(yīng)磁信號的靈敏度。同時為了達到更好的的并聯(lián)效果光是有大量的過孔是不夠的，還得要優(yōu)化位于不同金屬化過孔層上的金屬化過孔的布置。本實施例采取交錯布置的方案，就是使位于相鄰兩金屬化過孔層的過孔交錯布置，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孔a、b、C、d與位于芯片第四層上的金屬化過孔e、f、g、h交錯布置，將位于第四層上的金屬化過孔e、f、g、h與位于第六層上的金屬化過孔1、j、k、l交錯布置。在設(shè)置大量金屬化過孔同樣也是按照與上述圖5的類似的方式進行交錯布置，也就是說相鄰兩個金屬化過孔層之間進行交錯布置。通過設(shè)置金屬化過孔的排列，使其交錯布置，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會影響其性能。由于IC上金屬導(dǎo)線線寬線距比印刷電路小2個數(shù)量級，其厚度也同樣小1-2個數(shù)量級；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級的金屬互聯(lián)，其電阻阻值小，對信號傳輸?shù)挠绊懭菀淄ㄟ^一些技術(shù)手段克服。而集成片上線圈由總長度很大的互聯(lián)線串聯(lián)而成，最終長度與寬度比(即電阻方塊數(shù))巨大，因此總等效串聯(lián)電阻遠大于板上線圈。根據(jù)感應(yīng)定理，磁場感應(yīng)工作時，交變磁場在每一匝線圈上產(chǎn)生分布的感應(yīng)電動勢；當(dāng)線圈自身串聯(lián)電阻較大時，在線圈端口所得的感應(yīng)電流較小，影響磁信號接收的靈敏度；因此必須設(shè)法減小線圈電阻。對于上述的問題本實施例的近場通信芯片在集成線圈時，將通過將不同層次上的子線圈并聯(lián)，用于減小線圈總電阻。本實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。
本實施例近場通信芯片中的線圈可以設(shè)置引出端，用于引出磁信號，可以不需要占用芯片封裝的I/o接口，方便磁信號的傳輸。本實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。在實際過程中在對過孔包孔時，包孔的距離會影響線寬，從而會影響線圈的總電阻，所以在包孔時，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，只要包孔的相對方向滿足一定的距離，另外的相對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)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種近場通信芯片，其特征在于，所述近場通信芯片包括:主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號收發(fā)模塊、集成在所述近場通信芯片上的線圈模塊；所述磁信號收發(fā)模塊用于通過所述線圈模塊與外界進行磁信號交互；所述主控模塊用于根據(jù)自身接收到的磁信號判斷是否開啟射頻收發(fā)模塊，所述主控模塊還用于磁信號傳輸給所述磁信號收發(fā)模塊通過所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進行射頻數(shù)據(jù)交互。
2.如權(quán)利要求1所述的近場通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊為單層線圈。
3.如權(quán)利要求1所述的近場通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊由多個位于所述近場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所述的近場通信芯片，其特征在于，所述位于所述近場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所述的近場通信芯片，其特征在于，所述線圈模塊包括多個金屬化過孔，所述金屬化過孔設(shè)置在相鄰兩個子線圈之間；所述相鄰兩個子線圈通過所述金屬化過孔相互并聯(lián)。
6.如權(quán)利要求5所述的近場通信芯片，其特征在于，所述位于相同芯片層上的多個金屬化過孔構(gòu)成金屬化過孔層；所述位于相鄰兩個金屬化過孔層上的金屬化過孔交錯布置。
7.如權(quán)利要求6所述的近場通信芯片，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任一項所述的近場通信芯片，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。
10.如權(quán)利要 求9所述的近場通信芯片，其特征在于，所述線圈下的襯底為NT-N型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種近場通信芯片。本發(fā)明的近場通信芯片包括主控模塊、射頻收發(fā)模塊、磁信號收發(fā)模塊、集成在芯片上的線圈模塊；所述磁信號收發(fā)模塊用于通過所述線圈模塊與外界進行磁信號交互；所述主控模塊用于根據(jù)所述磁信號收發(fā)模塊傳輸?shù)拇判盘柵袛嗍欠耖_啟射頻收發(fā)模塊或者還用于產(chǎn)生磁信號傳輸給所述磁信號收發(fā)模塊通過所述線圈模塊發(fā)送給外界；所述射頻收發(fā)模塊用于與外界進行射頻數(shù)據(jù)交互。本發(fā)明的近場通信芯片在芯片上集成了用于收發(fā)磁信號的線圈模塊，減少卡的外圍電路，從而減少卡的尺寸。
文檔編號G06K19/077GK103218648SQ20121001716
公開日2013年7月24日 申請日期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 申請人:國民技術(shù)股份有限公司