專利名稱：一種聲表面波射頻電子標簽的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于聲表面波技術領域，特別涉及一種聲表面波射頻電子標簽，它是 采用聲表面波(SAW)和集成電路聯合實現的射頻電子標簽(RF-ID tag)。
背景技術：
利用聲表面波(SAW)技術的電子標簽始于上世紀80年代末，近年來聲表面波標簽 的研究成為一個熱點。如圖1所示，典型的SAW RFID標簽系統包括閱讀器(Reader)和射頻標簽兩部分， 閱讀器經天線發射射頻查詢脈沖，并接收標簽返回的信號，處理后得到閱讀范圍內的標簽 信息。SAW標簽是一個單口器件，包括標簽天線、叉指換能器(IDT)和一系列編碼的反射柵。 IDT直接與標簽的天線連接，接收從閱讀器發射來的查詢信號，把接收到的信號轉換為聲表 面波。沿基片表面傳播的聲表面波遇到反射柵陣后會發生反射與透射，在IDT端產生唯一 編碼的聲波脈沖。該脈沖通過IDT轉換為射頻波發射出去。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技術實 現的電子標簽(SAW RF-ID tag)具有一定獨特的優勢，是對集成電路技術的補充，其主要 特點是根據反射柵結構進行編碼設計，易于長編碼；讀取范圍大且可靠，可達數米；可使 用在金屬和液體產品上；標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 一種延遲線結構SAW RF-ID tag，該結構通過改變反射柵條的反射強度實現編碼，實現無 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，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反射柵的可編程，其原理是根 據反射柵在開路和短路的情況下反射系數不同，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 連接設備；其二，客戶不能直接實現現場可編程。因此，該可編程方式制作和使用均比較復 雜，不是一種現場可編程方式。集成電路設計發展至今，出現了可現場編程邏輯器件PLD (Programmable LogicDevice)，用于半定制、全定制電路設計。可現場編程邏輯器件(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 滿足用戶設計要求出現的可現場編程邏輯器件，具有低功耗、高速度、小型化、多功能、低成 本、設計靈活，可無限次反復現場編程等優點。它們可以記錄寫入數據，控制各端口的特性， 實現各端口之間的電學連接與斷開。
實用新型內容本實用新型的目的在于，提供一種聲表面波射頻電子標簽，它利用集成電路與聲 表面波器件所利用的半導體加工工藝相似，可現場編程邏輯器件編程連接技術采用熔絲、 反熔絲編程技術、浮柵型電可寫紫外線擦出編程技術、SRAM編程技術等，可以實現聲表面波 電子標簽與集成電路兩者之間觸點(引腳)面積大小一致。即通過現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部邏輯，控制聲表面波射頻電 子標簽中反射柵陣任意反射柵的短路和開路效應，實現SAW ID-Tag的現場可編程，解決目 前SAW ID-tag的不可現場編程問題。為實現上述實用新型目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的本實用新型的一種聲表面波射頻電子標簽，采用具有可編程開關功能的集成電路 (IC)芯片與聲表面波射頻電子標簽芯片直接連接的結構，實現無線電子標簽的現場可編 程。該聲表面波電子標簽包括壓電基片、一發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簽的每根反射柵條兩端均設有觸點，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簽還包括與其層疊設置的具有開關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簽的反射柵陣的觸點一一對應設置，并通過 現場編程控制開關電路，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，所述的可現場編程的聲表面波射頻電子標簽，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方式鍵合連接。所述的物理鍵合 方式包括導線焊接法、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，所述的可現場編程的聲表面波射頻電子標簽，集 成電路采用是現場可編程控制開關電路，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簽的壓電基片為能激發瑞 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。 作偽優選，所述的反射柵條的電極材料采用金、銅或鋁制成。根據文獻二中提出當基片材料采用YZ-LiNOb3時，反射柵在開路、短路情況下反射 性質不同的理論，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和 短路反射系數的大小。結果證明開路和短路情況下，反射系數相差很大。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 射系數的計算結果，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可以發現，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， 就能實現對反射柵陣不同結構的控制。本實用新型的優點本實用新型與現有的集成電路設計相結合，利用現有的集成 電路實現的開關陣，改變反射柵陣各個反射柵條的開路和短路，實現對反射柵陣中單根反 射柵條系數的靈活控制，進而實現聲表面波射頻電子標簽的可現場編程設計，能夠克服現 有聲表面波射頻電子標簽不可現場編程的缺點，實現聲表面波射頻電子標簽的多功能性和 靈活性，降低SAW ID-tag的成本，實現大規模生產與應用。
圖1為現有技術的SAW RFID工作原理圖；圖2為本實用新型一種可現場編程的聲表面波射頻電子標簽的結構示意圖；圖3為本實用新型一種可現場編程的聲表面波射頻電子標簽的平面示意圖；圖4為本實用新型聲表面波射頻電子標簽芯片(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場編程的聲表面波射頻電子標簽，主要包 括集成電路芯片4與聲表面波射頻電子標簽芯片。其中的聲表面波射頻電子標簽通過洗 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進行結構編碼。叉指換能器1接收到詢問信號并轉化為聲表面波信號，該聲波信號 在基片表面傳播。經過反射柵陣2，按照特定的柵陣特性，實現聲波信號的反射、延遲等，可 以得到一組由柵陣結構控制(柵條數量、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簽的平面示意圖，虛線框內為反 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，實現集成電 路芯片和聲表面波射頻電子標簽芯片物理鍵合。最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制。盡 管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其 均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
權利要求一種聲表面波射頻電子標簽，該聲表面波電子標簽包括壓電基片、一發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簽的每根反射柵條兩端均設有觸點，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簽還包括與其層疊設置的具有開關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簽的反射柵陣的觸點一一對應設置，并通過現場編程控制開關電路，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.根據權利要求1所述的聲表面波射頻電子標簽，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，通過物理方式鍵合連接。
3.根據權利要求2所述的聲表面波射頻電子標簽，其特征在于，所述的物理鍵合方式 包括導線焊接法、倒裝焊或低溫鍵合。
4.根據權利要求1所述的聲表面波射頻電子標簽，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.根據權利要求1所述的聲表面波射頻電子標簽，其特征在于，所述的聲表面波電子 標簽的壓電基片為能激發瑞利波、樂甫波、表面掠波、偽表面波的壓電晶體。
6.根據權利要求5所述的聲表面波射頻電子標簽，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.根據權利要求1所述的聲表面波射頻電子標簽，其特征在于，所述的反射柵條的電 極材料采用金屬制成。
8.根據權利要求7所述的聲表面波射頻電子標簽，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場編程的聲表面波射頻電子標簽，包括壓電基片、一發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簽的每根反射柵條兩端均設有觸點，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簽還包括與其層疊設置的具有開關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簽的反射柵陣的觸點一一對應設置，并通過現場編程控制開關電路，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。本實用新型與現有的集成電路設計相結合，利用現有的集成電路實現的開關陣，改變反射柵陣各個反射柵條的開路和短路，實現聲表面波射頻電子標簽的現場可編程，增強其設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 優先權日2009年12月18日
發明者何世堂, 李紅浪, 程利娜 申請人:中國科學院聲學研究所