专利名称：单圈环形片上天线以及包括该天线的射频识别标签的制作方法
技术领域：
本实用新型属于射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)技术领域，涉及片上天线，尤其涉及ー种单圈环形片上天线以及使用该片上天线的RFID标签。
背景技术：
RFID技术已经被广泛已经被广泛应用于各个领域，例如，货物销售、运输、生产、废物管理、邮政跟踪、航空行李管理、车辆收费管理等领域，传统的纸带条形码因其存储能力小、不能改写等缺点，在识别领域，其已经慢慢被RFID系统所替代。RFID系统通常地包括多个RFID标签、至少一个与该RFID标签通信的具有天线的RFID读取器、以及用于控制该RFID读取器的计算装置。通常地，RFID标签由RFID标签天线和标签芯片组成；RFID读取器包括用于将能量或信息提供到RFID标签的发送器以及用于从RFID标签接收身份和其他信息；计算装置处理通过RFID读取器所获得的信息。RFID读取器的发送器经由天线输出RF (Radio Frequency,射频)信号,从而产生电磁场,该电磁场使得标签返回携帯信息的RF信号。RFID标签的天线部分的基本功能是辐射和接受无线电波。发射时，其能够把高频电流等转换为电磁波；接收时，其能够把电磁波转换为高频电流。RFID标签天线是RFID中的关键元件之一，其性能參数直接影响RFID的性能。当前，RFID标签有两种形式片外天线和片上天线。其中，片上天线是指集成于硅等衬底之上形成的天线，其属于集成天线的ー种，它直接与电路相连，中间没有传输线连接，不需要将片上天线的输入阻抗调整到某个标准值，为天线设计师提供了更多的设计空间。其相对于片外天线具有片上天线具有结构紧凑、可靠性高、加工重复性好、功耗低、易于与CMOSエ艺兼容、批量制作成本低等显著优点。中国专利申请号为CN200610030856. 9、名称为“ー种集成电路中的片上天线结构及其制造方法”以及中国专利申请号为CN200720067427. 9、名称为“具有改进型半波对称振子结构的片上天线”的专利中，提出了多圈结环形片上天线结构，其适用于超高频(UHF，860-960MHz)以下频段近场工作，例如，尤其适用于高频(HF : 13. 56MHz)频段近场工作。并且，多圈结构设计相对困难、天线电阻难以调整，设计灵活性相对较差
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提出ー种新型的单圈环型片上天线结构。为实现以上目的或者其他目的，本实用新型提供以下技术方案。按照本实用新型的一方面，提供ー种片上天线，其包括多段弯折型馈线和馈电点，多段所述弯折型馈线之间依次连接形成单圈结构的环形天线，在所述环形天线的首端和尾端的所述弯折型馈线分别连接馈电点。按照本实用新型提供的片上天线实施例，其中，多段所述弯折型馈线分别为第一弯折型馈线、第二弯折型馈线、第三弯折型馈线和第四弯折型馈线。馈电点包括第一馈电点和第二馈电点；所述第一弯折型馈线在所述环形天线的首端，所述第四弯折型馈线在所述环形天线的尾端；所述第一弯折型馈线通过其第一端连接所述第一馈电点，所述第四弯折型馈线的第二端连接所述第二馈电点。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，所述第一弯折型馈线的第二端连接所述第二弯折型馈线的第一端，所述第二弯折型馈线的第二端连接所述第三弯折型馈线的第一端，所述第三弯折型馈线的第二端连接所述第四弯折型馈线的第一端。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，所述环形为长方形或正方形，所述第一弯折型馈线、第二弯折型馈线、第三弯折型馈线和第四弯折型馈线分别形成所述长方形或正方形的每条边。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，所述第一馈电点和第二馈电点分别位于所述长方形或正方形的对角位置点。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，所述弯折型馈线包括m段直线段馈线，所述m段直线段馈线平行地排列并首尾依次连接以形成所述弯折型馈线，其中，m为大于或等于I的整数。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，所述直线段馈线的宽度范围大致为0. 2-60 微米。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，相邻所述直线段馈线之间的间距范围大致为0. 5-100微米。在之前所述实施例的片上天线中，优选地，该片上天线以近场天线的形式工作于超高频段范围内或超高频段以上。按照本实用新型的又一方面，提供ー种RFID标签，其包括标签芯片以及以上所述及的任ー种片上天线，所述标签芯片与所述片上天线集成地形成于同一衬底之上。按照本实用新型提供的RFID标签实施例，其中，所述标签芯片通过所述衬底形 成，在所述标签芯片之上，依次地覆盖n层介质层，在每层所述介质层中构图形成一个所述片上天线以形成n层片上天线，n层片上天线之间通过其馈电点并联地连接至所述标签芯片，其中，n为大于或等于2的整数。在之前所述实施例的RFID标签中，优选地，该RFID标签以近场天线的形式工作于超高频段范围内或超高频段以上。本实用新型的技术效果是，该片上天线采用单圈环形结构，并且环形通过多段弯折型馈线形成，天线阻抗设计灵活性强，易于与标签芯片匹配。并且，单圈结构简单、制造成本低，其RFID标签也易于与CMOSエ艺兼容制备。因此，本实用新型的RFID标签具有面积小、成本低、设计灵活性好、功耗低的特点。
从结合附图的以下详细说明中，将会使本实用新型的上述和其它目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。图I是按照本实用新型ー实施例的片上天线的平面结构示意图；图2是按照本实用新型一实施例的RFID标签的截面结构示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的ー些，g在提供对本实用新型的基本了解，并不g在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式
以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。在下文中结合图示在參考实施例中更完全地描述本实用新型，本实用新型提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。图I所示为按照本实用新型ー实施例的片上天线的平面结构示意图。如图I所示，在该实施例中提出ー种基本为正方形结构的环形片上天线10，应当理解的是，该片上天线10在其他实施例中也可以为长方形或者大致长方形，或者为椭圆形等结构，其具体结构不不受本实用新型实施例限制。片上天线10包括第一弯折型馈线131、第二弯折型馈线133、 第三弯折型馈线135和第四弯折型馈线137，它们之间依次首尾连接，从而形成一个单圈的环形结构。具体地，如图I所示，首先，环形天线10的首端，第一弯折型馈线131的第一端连接第一馈电点IlOa ;进一歩，第一弯折型馈线131的第二端连接第二弯折型馈线133的第一端，第二弯折型馈线133的第二端连接第三弯折型馈线135的第一端，第三弯折型馈线135的第二端连接第四弯折型馈线137的第一端；在环形天线10的尾端，其通过四弯折型馈线137的第二端连接第二馈电点110b。从而，从馈电点流过来到电流可以在4端弯折型馈线之间环形地流通。继续如图I所示，在该实施例中，对于每一段弯折型馈线，其包括多段直线段馈线，例如，第一弯折型馈线131中包括8段直线段馈线，8段直线段馈线被平行地排列设置并被首尾依次地连接，从而可以形成弯折型馈线。每条弯折型馈线所包括的直线段馈线的数量并不不是限制性的，多条弯折型馈线之间的直线段馈线的数量也不一定要相等(例如，第二弯折型馈线133中包括7段直线段馈线)。设置直线段馈线的数量，易于设计弯折型馈线的长度，从而易于调节片上天线10的电阻(即天线阻抗的实部)。弯折型馈线(131、133、135、137)中，每段直线馈线直线段馈线的长度也基本决定为正方形环形天线的边长，每段直线馈线直线段馈线的长度可以被设置调整以进ー步调节片上天线10的电阻(即天线阻抗的实部)，在该实施例中，直线馈线直线段馈线的长度范围大致可以为20-3000微米，例如700um微米；直线段馈线的宽度范围大致可以为0. 2-60微米，例如2微米。当然，其具体长度需要考虑配合应用的标签芯片30的面积大小，以使标签芯片30被置于环形天线的环形中间，当然，直线馈线直线段馈线的高度也可以被设置以进ー步调节片上天线10的电阻。优选地，平行排列的段直线馈线直线段馈线的长度基本相同。另外，同一弯折型馈线中的直线馈线直线段馈线之间的间距也可以被设计调节，从而可以方便地调节片上天线10的电抗(即天线阻抗的虚部)，在该实施例中，相邻直线馈线直线段馈线之间的间距范围大致可以为0. 5-100微米，例如I. 5um微米。在该间距范围内，任意两段相邻的直线段馈线之间的间距可以不相等，从而可以细微调节阻抗匹配程度并细微调节辐射方向图。[0030]根据片上天线30所配合应用的标签芯片30的性能，易于通过对片上天线10的具体结构设计，实现标签芯片30与片上天线30之间的阻抗匹配，降低耦合的能量损耗。继续如图I所示，片上天线10包括第一馈电点IlOa和第二馈电点110b，在四段弯折型馈线(131、133、135、137)形成的正方形单环形天线结构中，第一馈电点IlOa和第二馈电点IlOb至于该环形中，优选地，置于该正方形的对角位置点上。标签芯片30可以至于对应的环形结构中，馈电点直接连接标签芯片30。以上实施例的片上天线10优选地以近场天线工作于UHF频段(例如，工作于300MHz以上)或UHF以上的频段。而习惯性地认为，片上天线在HF频段(3MHz-30MHz)具有更好的近场性能，不易出现在近场附近错误读取其他标签的现象，具有很高的可靠性;UHF频段只是被用来作为远场识别，其实通过利用近场中的磁场，UHF频段也可以实现近距离识另IJ，因为磁场的近场特性不仅仅是频率本身的问题，UHF频段的片上天线甚至比HF频段的片上天线有更多的优势，从法拉第定律可以看出HF频段的近场磁耦合的电压将是UHF频段 的60倍之多(因为UHF的频率是HF的频率的60多倍)，这样，UHF频段近场标签的片上天线相比HF频段近场标签的片上天线可以设计更少的环(例如单圈环形)来耦合磁场，结构简单，成本更低。图2所示为按照本实用新型一实施例的RFID标签的截面结构示意图。RFID标签包括标签芯片30，标签芯片30以及集成电路的形式形成于半导体衬底100 (例如硅衬底)上，标签芯片30上形成有焊盘用以连接片上天线的馈电点。标签芯片30的具体结构形式不是限制性的，一般地，其通过CMOSエ艺制备形成。进ー步，在标签芯片30上，沉积形成介质层(例如，介质层101、102、103、104和/或105),在姆层介质层的表面,可以米用大马士革エ艺构图地形成如图I所述实施例的片上天线10，因此，该实施例的RFID标签易于通过CMOSエ艺集成制备。继续如图2所示，在该实施例中，片上天线采用3D叠层结构设计，即，在衬底100上依次覆盖形成介质层101、102、103、104和105，在每层介质层上，基本对齐地形成如图I所示结构的片上天线10，从而分别在介质层101、102、103、104和105上构图形成片上天线10a、10b、10c、IOd和IOe,片上天线的第一馈电点IlOa和第二馈电点IlOb可以分别通过连接孔40a和40b连接(例如，通孔连接方式)至标签芯片30上，从而，片上天线10a、10b、10c、10d和IOe并联地连接。这样，在每个片上天线分别与标签芯片30阻抗匹配的同时，片上天线总电阻因并联而电阻降低，降低了 RFID标签的功耗，并且，并联结构对天线的电抗影响小，可以同时有效地进行阻抗匹配。需要理解的是，以上包括多层片上天线的3D叠层结构RFID标签的具体层数还可以为其他，例如，3层或4层片上天线，其具体层数不受图示实施例限制。以上例子主要说明了本实用新型的片上天线以及使用该片上天线的RFID标签。尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主g与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。
权利要求1.ー种片上天线，其特征在于，包括多段弯折型馈线和馈电点，多段所述弯折型馈线之间依次连接形成单圈结构的环形天线，在所述环形天线的首端和尾端的所述弯折型馈线分别连接馈电点。
2.如权利要求I所述的片上天线，其特征在于，多段所述弯折型馈线分别为第一弯折型馈线、第二弯折型馈线、第三弯折型馈线和第四弯折型馈线。馈电点包括第一馈电点和第ニ馈电点；所述第一弯折型馈线在所述环形天线的首端，所述第四弯折型馈线在所述环形天线的尾端；所述第一弯折型馈线通过其第一端连接所述第一馈电点，所述第四弯折型馈线的第二端连接所述第二馈电点。
3.如权利要求2所述的片上天线，其特征在于，所述第一弯折型馈线的第二端连接所述第二弯折型馈线的第一端，所述第二弯折型馈线的第二端连接所述第三弯折型馈线的第一端，所述第三弯折型馈线的第二端连接所述第四弯折型馈线的第一端。
4.如权利要求2所述的片上天线，其特征在于，所述环形为长方形或正方形，所述第一弯折型馈线、第二弯折型馈线、第三弯折型馈线和第四弯折型馈线分别形成所述长方形或正方形的每条边。
5.如权利要求4所述的片上天线，其特征在于，所述第一馈电点和第二馈电点分别位于所述长方形或正方形的对角位置点。
6.如权利要求1-5任一所述的片上天线，其特征在于，所述弯折型馈线包括m段直线段馈线，所述m段直线段馈线平行地排列并首尾依次连接以形成所述弯折型馈线，其中，m为大于或等于I的整数。
7.如权利要求6所述的片上天线，其特征在于，所述直线段馈线的宽度范围为O.2-60微米。
8.如权利要求6所述的片上天线，其特征在于，相邻所述直线段馈线之间的间距范围为O. 5-100微米。
9.ー种射频识别标签，其特征在于，包括标签芯片以及如权利要求I至5中任一项所述的片上天线，所述标签芯片与所述片上天线集成地形成于同一衬底之上。
10.如权利要求9所述的射频识别标签，其特征在干，所述标签芯片通过所述衬底形成，在所述标签芯片之上，依次地覆盖η层介质层，在每层所述介质层中构图形成一个所述片上天线以形成η层片上天线，η层片上天线之间通过其馈电点并联地连接至所述标签芯片，其中，η为大于或等于2的整数。
专利摘要本实用新型提供一种单圈环形片上天线以及包括该天线的射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)标签，属于射频识别技术领域。该片上天线包括多段弯折型馈线和馈电点，多段所述弯折型馈线之间依次连接形成单圈结构的环形天线，在所述环形天线的首端和尾端的所述弯折型馈线分别连接馈电点。与该片上天线集成形成的RFID标签具有面积小、成本低、设计灵活性好、功耗低的特点。
文档编号H01Q7/00GK202395158SQ20112047111
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者孔维新, 安文星, 李书芳, 杨作兴, 洪卫军, 王彬, 韩方正 申请人:扬州稻源微电子有限公司