專利名稱：單圈環(huán)形片上天線以及包括該天線的射頻識別標簽的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)技術領域，涉及片上天線，尤其涉及ー種單圈環(huán)形片上天線以及使用該片上天線的RFID標簽。
背景技術：
RFID技術已經(jīng)被廣泛已經(jīng)被廣泛應用于各個領域，例如，貨物銷售、運輸、生產(chǎn)、廢物管理、郵政跟蹤、航空行李管理、車輛收費管理等領域，傳統(tǒng)的紙帶條形碼因其存儲能力小、不能改寫等缺點，在識別領域，其已經(jīng)慢慢被RFID系統(tǒng)所替代。RFID系統(tǒng)通常地包括多個RFID標簽、至少一個與該RFID標簽通信的具有天線的RFID讀取器、以及用于控制該RFID讀取器的計算裝置。通常地，RFID標簽由RFID標簽天線和標簽芯片組成；RFID讀取器包括用于將能量或信息提供到RFID標簽的發(fā)送器以及用于從RFID標簽接收身份和其他信息；計算裝置處理通過RFID讀取器所獲得的信息。RFID讀取器的發(fā)送器經(jīng)由天線輸出RF (Radio Frequency,射頻)信號,從而產(chǎn)生電磁場,該電磁場使得標簽返回攜帯信息的RF信號。RFID標簽的天線部分的基本功能是輻射和接受無線電波。發(fā)射時，其能夠把高頻電流等轉(zhuǎn)換為電磁波；接收時，其能夠把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。RFID標簽天線是RFID中的關鍵元件之一，其性能參數(shù)直接影響RFID的性能。當前，RFID標簽有兩種形式片外天線和片上天線。其中，片上天線是指集成于硅等襯底之上形成的天線，其屬于集成天線的ー種，它直接與電路相連，中間沒有傳輸線連接，不需要將片上天線的輸入阻抗調(diào)整到某個標準值，為天線設計師提供了更多的設計空間。其相對于片外天線具有片上天線具有結構緊湊、可靠性高、加工重復性好、功耗低、易于與CMOSエ藝兼容、批量制作成本低等顯著優(yōu)點。中國專利申請?zhí)枮镃N200610030856. 9、名稱為“ー種集成電路中的片上天線結構及其制造方法”以及中國專利申請?zhí)枮镃N200720067427. 9、名稱為“具有改進型半波對稱振子結構的片上天線”的專利中，提出了多圈結環(huán)形片上天線結構，其適用于超高頻(UHF，860-960MHz)以下頻段近場工作，例如，尤其適用于高頻(HF : 13. 56MHz)頻段近場工作。并且，多圈結構設計相對困難、天線電阻難以調(diào)整，設計靈活性相對較差
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于，提出ー種新型的單圈環(huán)型片上天線結構。為實現(xiàn)以上目的或者其他目的，本實用新型提供以下技術方案。按照本實用新型的一方面，提供ー種片上天線，其包括多段彎折型饋線和饋電點，多段所述彎折型饋線之間依次連接形成單圈結構的環(huán)形天線，在所述環(huán)形天線的首端和尾端的所述彎折型饋線分別連接饋電點。按照本實用新型提供的片上天線實施例，其中，多段所述彎折型饋線分別為第一彎折型饋線、第二彎折型饋線、第三彎折型饋線和第四彎折型饋線。饋電點包括第一饋電點和第二饋電點；所述第一彎折型饋線在所述環(huán)形天線的首端，所述第四彎折型饋線在所述環(huán)形天線的尾端；所述第一彎折型饋線通過其第一端連接所述第一饋電點，所述第四彎折型饋線的第二端連接所述第二饋電點。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，所述第一彎折型饋線的第二端連接所述第二彎折型饋線的第一端，所述第二彎折型饋線的第二端連接所述第三彎折型饋線的第一端，所述第三彎折型饋線的第二端連接所述第四彎折型饋線的第一端。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，所述環(huán)形為長方形或正方形，所述第一彎折型饋線、第二彎折型饋線、第三彎折型饋線和第四彎折型饋線分別形成所述長方形或正方形的每條邊。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，所述第一饋電點和第二饋電點分別位于所述長方形或正方形的對角位置點。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，所述彎折型饋線包括m段直線段饋線，所述m段直線段饋線平行地排列并首尾依次連接以形成所述彎折型饋線，其中，m為大于或等于I的整數(shù)。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，所述直線段饋線的寬度范圍大致為0. 2-60 微米。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，相鄰所述直線段饋線之間的間距范圍大致為0. 5-100微米。在之前所述實施例的片上天線中，優(yōu)選地，該片上天線以近場天線的形式工作于超高頻段范圍內(nèi)或超高頻段以上。按照本實用新型的又一方面，提供ー種RFID標簽，其包括標簽芯片以及以上所述及的任ー種片上天線，所述標簽芯片與所述片上天線集成地形成于同一襯底之上。按照本實用新型提供的RFID標簽實施例，其中，所述標簽芯片通過所述襯底形 成，在所述標簽芯片之上，依次地覆蓋n層介質(zhì)層，在每層所述介質(zhì)層中構圖形成一個所述片上天線以形成n層片上天線，n層片上天線之間通過其饋電點并聯(lián)地連接至所述標簽芯片，其中，n為大于或等于2的整數(shù)。在之前所述實施例的RFID標簽中，優(yōu)選地，該RFID標簽以近場天線的形式工作于超高頻段范圍內(nèi)或超高頻段以上。本實用新型的技術效果是，該片上天線采用單圈環(huán)形結構，并且環(huán)形通過多段彎折型饋線形成，天線阻抗設計靈活性強，易于與標簽芯片匹配。并且，單圈結構簡單、制造成本低，其RFID標簽也易于與CMOSエ藝兼容制備。因此，本實用新型的RFID標簽具有面積小、成本低、設計靈活性好、功耗低的特點。

從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本實用新型的上述和其它目的及優(yōu)點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的標號表示。圖I是按照本實用新型ー實施例的片上天線的平面結構示意圖；圖2是按照本實用新型一實施例的RFID標簽的截面結構示意圖。
具體實施方式
下面介紹的是本實用新型的多個可能實施例中的ー些，g在提供對本實用新型的基本了解，并不g在確認本實用新型的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的范圍。容易理解，根據(jù)本實用新型的技術方案，在不變更本實用新型的實質(zhì)精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其它實現(xiàn)方式。因此，以下具體實施方式
以及附圖僅是對本實用新型的技術方案的示例性說明，而不應當視為本實用新型的全部或者視為對本實用新型技術方案的限定或限制。在下文中結合圖示在參考實施例中更完全地描述本實用新型，本實用新型提供優(yōu)選實施例，但不應該被認為僅限于在此闡述的實施例。在圖中，為了清楚放大了層和區(qū)域的厚度，但作為示意圖不應該被認為嚴格反映了幾何尺寸的比例關系。圖I所示為按照本實用新型ー實施例的片上天線的平面結構示意圖。如圖I所示，在該實施例中提出ー種基本為正方形結構的環(huán)形片上天線10，應當理解的是，該片上天線10在其他實施例中也可以為長方形或者大致長方形，或者為橢圓形等結構，其具體結構不不受本實用新型實施例限制。片上天線10包括第一彎折型饋線131、第二彎折型饋線133、 第三彎折型饋線135和第四彎折型饋線137，它們之間依次首尾連接，從而形成一個單圈的環(huán)形結構。具體地，如圖I所示，首先，環(huán)形天線10的首端，第一彎折型饋線131的第一端連接第一饋電點IlOa ;進一歩，第一彎折型饋線131的第二端連接第二彎折型饋線133的第一端，第二彎折型饋線133的第二端連接第三彎折型饋線135的第一端，第三彎折型饋線135的第二端連接第四彎折型饋線137的第一端；在環(huán)形天線10的尾端，其通過四彎折型饋線137的第二端連接第二饋電點110b。從而，從饋電點流過來到電流可以在4端彎折型饋線之間環(huán)形地流通。繼續(xù)如圖I所示，在該實施例中，對于每一段彎折型饋線，其包括多段直線段饋線，例如，第一彎折型饋線131中包括8段直線段饋線，8段直線段饋線被平行地排列設置并被首尾依次地連接，從而可以形成彎折型饋線。每條彎折型饋線所包括的直線段饋線的數(shù)量并不不是限制性的，多條彎折型饋線之間的直線段饋線的數(shù)量也不一定要相等(例如，第二彎折型饋線133中包括7段直線段饋線)。設置直線段饋線的數(shù)量，易于設計彎折型饋線的長度，從而易于調(diào)節(jié)片上天線10的電阻(即天線阻抗的實部)。彎折型饋線(131、133、135、137)中，每段直線饋線直線段饋線的長度也基本決定為正方形環(huán)形天線的邊長，每段直線饋線直線段饋線的長度可以被設置調(diào)整以進ー步調(diào)節(jié)片上天線10的電阻(即天線阻抗的實部)，在該實施例中，直線饋線直線段饋線的長度范圍大致可以為20-3000微米，例如700um微米；直線段饋線的寬度范圍大致可以為0. 2-60微米，例如2微米。當然，其具體長度需要考慮配合應用的標簽芯片30的面積大小，以使標簽芯片30被置于環(huán)形天線的環(huán)形中間，當然，直線饋線直線段饋線的高度也可以被設置以進ー步調(diào)節(jié)片上天線10的電阻。優(yōu)選地，平行排列的段直線饋線直線段饋線的長度基本相同。另外，同一彎折型饋線中的直線饋線直線段饋線之間的間距也可以被設計調(diào)節(jié)，從而可以方便地調(diào)節(jié)片上天線10的電抗(即天線阻抗的虛部)，在該實施例中，相鄰直線饋線直線段饋線之間的間距范圍大致可以為0. 5-100微米，例如I. 5um微米。在該間距范圍內(nèi)，任意兩段相鄰的直線段饋線之間的間距可以不相等，從而可以細微調(diào)節(jié)阻抗匹配程度并細微調(diào)節(jié)輻射方向圖。[0030]根據(jù)片上天線30所配合應用的標簽芯片30的性能，易于通過對片上天線10的具體結構設計，實現(xiàn)標簽芯片30與片上天線30之間的阻抗匹配，降低耦合的能量損耗。繼續(xù)如圖I所示，片上天線10包括第一饋電點IlOa和第二饋電點110b，在四段彎折型饋線(131、133、135、137)形成的正方形單環(huán)形天線結構中，第一饋電點IlOa和第二饋電點IlOb至于該環(huán)形中，優(yōu)選地，置于該正方形的對角位置點上。標簽芯片30可以至于對應的環(huán)形結構中，饋電點直接連接標簽芯片30。以上實施例的片上天線10優(yōu)選地以近場天線工作于UHF頻段(例如，工作于300MHz以上)或UHF以上的頻段。而習慣性地認為，片上天線在HF頻段(3MHz-30MHz)具有更好的近場性能，不易出現(xiàn)在近場附近錯誤讀取其他標簽的現(xiàn)象，具有很高的可靠性;UHF頻段只是被用來作為遠場識別，其實通過利用近場中的磁場，UHF頻段也可以實現(xiàn)近距離識另IJ，因為磁場的近場特性不僅僅是頻率本身的問題，UHF頻段的片上天線甚至比HF頻段的片上天線有更多的優(yōu)勢，從法拉第定律可以看出HF頻段的近場磁耦合的電壓將是UHF頻段 的60倍之多(因為UHF的頻率是HF的頻率的60多倍)，這樣，UHF頻段近場標簽的片上天線相比HF頻段近場標簽的片上天線可以設計更少的環(huán)(例如單圈環(huán)形)來耦合磁場，結構簡單，成本更低。圖2所示為按照本實用新型一實施例的RFID標簽的截面結構示意圖。RFID標簽包括標簽芯片30，標簽芯片30以及集成電路的形式形成于半導體襯底100 (例如硅襯底)上，標簽芯片30上形成有焊盤用以連接片上天線的饋電點。標簽芯片30的具體結構形式不是限制性的，一般地，其通過CMOSエ藝制備形成。進ー步，在標簽芯片30上，沉積形成介質(zhì)層(例如，介質(zhì)層101、102、103、104和/或105),在姆層介質(zhì)層的表面,可以米用大馬士革エ藝構圖地形成如圖I所述實施例的片上天線10，因此，該實施例的RFID標簽易于通過CMOSエ藝集成制備。繼續(xù)如圖2所示，在該實施例中，片上天線采用3D疊層結構設計，即，在襯底100上依次覆蓋形成介質(zhì)層101、102、103、104和105，在每層介質(zhì)層上，基本對齊地形成如圖I所示結構的片上天線10，從而分別在介質(zhì)層101、102、103、104和105上構圖形成片上天線10a、10b、10c、IOd和IOe,片上天線的第一饋電點IlOa和第二饋電點IlOb可以分別通過連接孔40a和40b連接(例如，通孔連接方式)至標簽芯片30上，從而，片上天線10a、10b、10c、10d和IOe并聯(lián)地連接。這樣，在每個片上天線分別與標簽芯片30阻抗匹配的同時，片上天線總電阻因并聯(lián)而電阻降低，降低了 RFID標簽的功耗，并且，并聯(lián)結構對天線的電抗影響小，可以同時有效地進行阻抗匹配。需要理解的是，以上包括多層片上天線的3D疊層結構RFID標簽的具體層數(shù)還可以為其他，例如，3層或4層片上天線，其具體層數(shù)不受圖示實施例限制。以上例子主要說明了本實用新型的片上天線以及使用該片上天線的RFID標簽。盡管只對其中一些本實用新型的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本實用新型可以在不偏離其主g與范圍內(nèi)以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本實用新型精神及范圍的情況下，本實用新型可能涵蓋各種的修改與替換。
權利要求1.ー種片上天線，其特征在于，包括多段彎折型饋線和饋電點，多段所述彎折型饋線之間依次連接形成單圈結構的環(huán)形天線，在所述環(huán)形天線的首端和尾端的所述彎折型饋線分別連接饋電點。
2.如權利要求I所述的片上天線，其特征在于，多段所述彎折型饋線分別為第一彎折型饋線、第二彎折型饋線、第三彎折型饋線和第四彎折型饋線。饋電點包括第一饋電點和第ニ饋電點；所述第一彎折型饋線在所述環(huán)形天線的首端，所述第四彎折型饋線在所述環(huán)形天線的尾端；所述第一彎折型饋線通過其第一端連接所述第一饋電點，所述第四彎折型饋線的第二端連接所述第二饋電點。
3.如權利要求2所述的片上天線，其特征在于，所述第一彎折型饋線的第二端連接所述第二彎折型饋線的第一端，所述第二彎折型饋線的第二端連接所述第三彎折型饋線的第一端，所述第三彎折型饋線的第二端連接所述第四彎折型饋線的第一端。
4.如權利要求2所述的片上天線，其特征在于，所述環(huán)形為長方形或正方形，所述第一彎折型饋線、第二彎折型饋線、第三彎折型饋線和第四彎折型饋線分別形成所述長方形或正方形的每條邊。
5.如權利要求4所述的片上天線，其特征在于，所述第一饋電點和第二饋電點分別位于所述長方形或正方形的對角位置點。
6.如權利要求1-5任一所述的片上天線，其特征在于，所述彎折型饋線包括m段直線段饋線，所述m段直線段饋線平行地排列并首尾依次連接以形成所述彎折型饋線，其中，m為大于或等于I的整數(shù)。
7.如權利要求6所述的片上天線，其特征在于，所述直線段饋線的寬度范圍為O.2-60微米。
8.如權利要求6所述的片上天線，其特征在于，相鄰所述直線段饋線之間的間距范圍為O. 5-100微米。
9.ー種射頻識別標簽，其特征在于，包括標簽芯片以及如權利要求I至5中任一項所述的片上天線，所述標簽芯片與所述片上天線集成地形成于同一襯底之上。
10.如權利要求9所述的射頻識別標簽，其特征在干，所述標簽芯片通過所述襯底形成，在所述標簽芯片之上，依次地覆蓋η層介質(zhì)層，在每層所述介質(zhì)層中構圖形成一個所述片上天線以形成η層片上天線，η層片上天線之間通過其饋電點并聯(lián)地連接至所述標簽芯片，其中，η為大于或等于2的整數(shù)。
專利摘要本實用新型提供一種單圈環(huán)形片上天線以及包括該天線的射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)標簽，屬于射頻識別技術領域。該片上天線包括多段彎折型饋線和饋電點，多段所述彎折型饋線之間依次連接形成單圈結構的環(huán)形天線，在所述環(huán)形天線的首端和尾端的所述彎折型饋線分別連接饋電點。與該片上天線集成形成的RFID標簽具有面積小、成本低、設計靈活性好、功耗低的特點。
文檔編號H01Q7/00GK202395158SQ20112047111
公開日2012年8月22日 申請日期2011年11月23日 優(yōu)先權日2011年11月23日
發(fā)明者孔維新, 安文星, 李書芳, 楊作興, 洪衛(wèi)軍, 王彬, 韓方正 申請人:揚州稻源微電子有限公司