专利名称：一种电子标签的天线的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及电磁发射机应答器系统，更具体地说，涉及这样一种 电磁发射机应答器，其没有自身电源、但是其可以从由读和/或读/写终端所发射 的电磁场中提取其所包含的电子电路进行操作所需的电力。本发明的一个应用实例涉及包括电子芯片和射频场接收天线的电子标签(TAG)。
背景技术：
图1是显示应用了本发明的类型的电磁发射机应答器系统的例子的示意方 框图。构成电磁发射机应答器的电子标签1基于振荡电路10，振荡电路10例 如由感应元件11构成，所述感应元件11与电路10的两端子13和14之间的电 容元件12相并联。端子13和14与电子电路15 (IC)(通常是单独的集成电 路)相连，当标签1是由终端2 (读取器，READER)或者读或读/写终端所发 射的射频场时，所述电路15利用在振荡电路10两端所釆样的电压。终端2包 括振荡电路20,振荡电路20以构成天线的感应元件21为基础，所述感应元件 21例如与电子电路25 (ICS )的两端子23和24之间的电容元件22和电阻元件 26相串联。电路25包括一个或若干个集成电路，其用于激励振荡电路并解析 来自电子标签l的可能传送。这种系统的操作基于终端2的振荡电路20与发射机应答器1的振荡电路 IO的耦合。在终端2—侧，电路25产生高频激励信号(根据应用，典型地具 有频率为大约13.56 MHz或大约125 kHz的载体)。这个信号被施加到在该终 端附近产生电磁场的天线21上。当发射机应答器l在该终端的场内时，它的天 线11收集由该终端所发射的电力，并且谐振电路10在它的端子13和14之间
导出可供电路15来使用的电压。振荡电路10和20通常被调到对应于该终端所 传送的信号的载波频率的相同谐振频率。通常，电路15没有自备电源并且从由 终端所发射的场中收集其操作所需的电力。电路15集成了所谓的反向调制装置，所述反向调制装置用于在该终端的场内修改由发射机应答器1所形成的负载以允许在发射机应答器到终端方向上进行通信。在终端2—侧，电容元件22 两端间的电压例如在天线21和被连接到电路25 (连接27 )的电容器22之间的 互连点处被测量，以便允许解调发射机应答器到终端的传送。根据应用，由终 端2产生的高频载波也可被调制以向发射机应答器传送信息。图2非常示意地以俯视图显示了更具体地应用了本发明的那种类型的电子 标签1的例子。这种标签是由板16 (柔性或刚性)构成的，在板16上放置了 釆用同心螺线的平面线圈形式的金属11以构成天线，线路ll的两端被连接到 电路15的两端(此处假定为集成了电容器12)。例如图2中所示的标签1通常与例如用于标识目的的对象或元件有关。这 些对象或元件可以是产品(例如在商店中待售的产品)、访问控制应用中的智 能卡、等等。 一般地说来，电子标签可与用于标识、计数或其他目的的任何对 象或系统(例如，车辆)有关。图3显示了对象30的一个例子，所述对象30上放有(例如粘合)图2中 所示类型的标签l。产品30假定由绝缘材料(DIEL)制成，例如纸板、塑料材 料等等。当标签l的平面天线(图3中未示出)接近读取器(在图3中由它的 天线21来表示)时，天线21的电场很可能被产品1感测到，其中场线EF通 过穿越平面线圈11的中心而穿过标签1和对象30的板16 (图2)。然而，在标签1被放置在金属对象上(至少在其表面上)的情况下将产生 一个问题。实际上，电磁场会受到该电磁场不能穿越的对象的干扰。此外，这 将会引起终端和发射机应答器的振荡电路失调，这样就很不利地影响了标签的 远距离供电和信息传送。图4非常示意地显示了把平面天线电子标签1放置在金属对象40 (METAL)上的解决方案的第一个已知的例子。这种解决方案包括在标签1和
对象40之间插入一个由绝缘块构成的隔离层41。缺点在于大部分的隔离层41的厚度实际上必须大于5毫米以允许场线EF经由这个隔离层的侧表面传出。图5非常示意地显示了把电子标签1放置在金属对象40上的解决方案的第 二个传统例子。在这种解决方案中，把纯铁隔离层43插入在金属对象40和电 子标签1之间。使用纯铁隔离层能够降低这个隔离层的厚度，铁磁材料还可以 对场进行传导以允许场线的回送并避免金属干扰。纯铁和另一种铁磁材料的缺 点在于这种材料十分昂贵，在实践中不满足对电子标签系统的低成本的期望。当载波频率很高时，在发射机应答器系统的操作上由金属对象所产生的干 扰问题就愈加严重。实际上，频率越高，天线的平面线圈11的线圈匝数的数目 越少(典型地从频率为13.56MHz的1到3匝开始)。现在，线圈匝数的数目 越少，耦合就越低、并且系统对干扰越灵敏。发明内容本发明目的在于克服已知的发射机应答器系统的所有或部分缺点。本发明 更具体地说目的在于提供一种电子标签结构，所述电子标签结构可直接地附着 在金属对象上并且不会给电子标签的操作带来不利影响。本发明目的还在于提供一种特别好地适合于几MHz的频率的解决方案。 本发明目的还在于提供一种避免使用铁磁材料的经济的解决方案。 为了实现所有或部分的这些及其他目的，本发明提供了一种感应元件，包括在第一平面中共面的第一组平行的导电线路；在与第一平面平行的第二平面中共面的第二组平行的导电线路；以及 分隔这两组线路的绝缘材料，第一组的每个线路的一端连接到第二组的线路一端，第二组该线路的另一端连接到第一组的另一条线路的一端，线路之间的连接是穿过绝缘材料的导电连线。根据本发明实施例，每组线路都放置在绝缘载体的一个表面上，所述绝缘载体被打孔以通过用于构成所述连线的金属化的洞穿出。
根据本发明实施例，绝缘体载体是印刷电路片。根据本发明实施例，每组导电线路都形成于放置在半导体片上的金属层中， 所述半导体片具有所插入的绝缘层，在所述绝缘层中形成有所述连线。本发明还提供了一种用于接收射频传送的天线，其包括这样一个感应元件。 本发明还提供了一种包括这样一个天线的电磁发射机应答器。 根据本发明实施例，发射机应答器的电子电路被形成于该天线内的半导体 片中。根据本发明实施例，发射机应答器放置在对象的金属表面上。 本发明还提供了 一种包括至少 一个金属表面以及放置在这个表面上的电磁 发射机应答器的对象。
在特定实施例的以下非限制性说明中，结合附图详细地讨论了本发明的上述目的、特征和优点，其中图1，前面所描述过的，是显示应用了本发明的类型的电磁发射机应答器系统的例子的示意方框图；图2，前面所描述过的，是传统电子标签的非常简要的俯视图；图3,前面所描述过的，显示了传统电子标签与绝缘对象的联系；图4，前面所描述过的，显示了把电子标签与金属对象联系在一起的第一种传统解决方案；图5,前面所描述过的，显示了把电子标签与金属对象联系在一起的第二 种传统解决方案；图6非常示意地且从功能上显示了用于构成根据本发明实施例的电磁发射 机应答器的天线的感应线圈的实施例；图7显示了根据本发明实施例的电子标签与金属对象的联系；图8显示了根据本发明的第一实施例的电磁发射机应答器的天线；以及图9显示了具有根据本发明的第二实施例的天线的电磁发射机应答器。
具体实施方式
在不同的附图中相同元件被指定为相同的附图标记。为了清楚起见，仅显 示了理解本发明所需的那些元件，并且稍后仅描述了理解本发明所需的那些元 件。尤其是，由于本发明也兼容于传统系统中，所以没有详细地描述穿过本发 明的电磁发射机应答器的天线所釆样的信号的利用。
本发明的实施例的特征在于用盘绕型线圈代替了用于构成电磁发射机应答 器天线的平面线圈以获得三维线圈。
图6从功能上且非常示意地显示了根据本发明的天线50的例子。天线50 围绕平面绝缘元件52而构成，包括在第一平面(元件52的第一表面)中共 面的第一组平行导电线路pl、在与第一平面平行的第二平面(元件52的第二 表面)中同样彼此平行且共面的第二组导电线路p2构成。除两端的线路之外(例 如，第一组的两端的线路)，每个线路的两端都连接到另一组的两个邻近线路 的两端以形成三维导电线圏51。换句话说，每个线路pl的一端连接到线路p2 的一端，线路p2的另一端连接到另一条线路pl的一端。
典型地，绝缘元件52的厚度e小于2亳米。图6中所显示类型的线圈51 的等效电感是平行于成形绕组51的元件52的横截面积S和导电线圈匝数数目 的函数。
图7非常示意地在与图3到5中所先前描述的视图相比较的视图中显示了 把根据本发明实施例的电子标签l'与金属对象40 (METAL)相联系的例子。 由传统读或读/写终端的天线21发射的电磁场(用场线EF表示)在平行于对象 40的表面的方向上通过穿越线圈51的中央而穿过标签1'，标签l'位于该表面 上。
通过避免必须垂直于这个对象的表面来引导该场(如图4和5中的情况那 样)，从而避免了金属对象的干扰。
图8以更详细地方式显示了根据本发明的电磁发射机应答器的天线ll'的 构成的第一例子。在这个例子中，印刷电路板(PCB)型的绝缘片52',在其
细长地被形成的两个表面上，最好是釆用直线导电线路pl，(上表面)和p2， (下表面)。为了形成金属线圈51,线路pl'和p2'的相应端借助于穿过片52'厚度的导电连线v而被互连。线圈的两端定义了感应端子并且例如形成发射机应答器的谐振电路的端子13和14，在这两个端子13和14之间连接了电容元 件(12,图1)，图8中未显示。在图8的实施例中，有可能把包括发射机应答器电路(15，图1)的集成 电路片直接地放置在片52，的上表面上，所述片52'的上表面利用绝缘材料至 少在芯片接收区中涂敷线路51的上面部分pl'。要形成的天线的线圈匝数的数目取决于系统的操作频率。本发明在高频应 用中特别优越(例如，13.56 MHz)，这是由于对于相同电容值的电子标签来说， 所需线圈匝数的数目比在低频应用(几百kHz)中更小。如实施例的特定例子那样，天线ll，形成于厚度约为1 mm的印刷电路板上。 线路大约为lcm长0.5mm宽，并且同一组的线路等距间隔约0.5 mm。图9显示了根据本发明的电磁发射机应答器天线的第二实施例。该天线由 放置在集成电路片15上的两个金属层中所叠加的平行线路pl"和p2"构成。 为了简单起见，没有显示芯片15的有源和/或无源区的细节，也不具有互连通 常所需的另一个金属化层。线路pl'和p2'由绝缘体厚度52"分开，所述绝缘体 起成形绕组中央的绝缘元件的作用。导电连线(未显示)连接了线路pl"和p2" 的相应端以形成线圈。最好是，绝缘保护层53(例如，钝化层)放置在上一个 金属层上。图9的实施例的优点在于它允许直接把天线形成在集成电路片上，所述集 成电路片构成了电磁发射机应答器利用电路。因而获得了表面区域。图9的实施例的另一个优点在于它能够获得比通过在集成电路片上釆用由 金属化层形成的平面线圈而获得的那些感应值更大的感应值。当然，本发明很可能具有所属领域技术人员容易地想到的各种变更、修改 和改进。尤其是，根据目的在于尤其是载波频率和电容元件的尺寸的申请，给 予根据本发明的线圈(尤其，线路宽度、在同一组的两个相邻线路之间的绝缘
所需的间隔、绝缘元件52的横截面面积、等等)以获得适合于基于以上所给出 的功能性指示的电磁发射机应答器的天线的尺寸在所属领域技术人员的能力之 内。此外，虽然已经与在第一实施例中釆用用于构成天线的印刷电路板相关地 来更具体地描述了本发明，但是还可以釆用任何其他的绝缘材料。由于传统技 术的技巧，印制电路是优选的实施例以在其中形成金属线路和连线。
权利要求
1.一种感应元件，其特征在于，包括在第一平面中共面的第一组平行导电线路(p1’，p1”)；在平行于第一平面的第二平面中共面的第二组平行导电线路(p2’，p2”)；以及分隔这两组线路的绝缘材料(52’，52”)，第一组的每个线路的一端连接到第二组的线路一端，第二组该线路的另一端连接到第一组的另一条线路的一端，线路之间的连接是穿过绝缘材料的导电连线(v)。
2. 权利要求l的感应元件，其中每组线路(pl'， p2')都放置在绝缘载 体(52')的一个表面上，所述绝缘载体(52')通过构成所述连线的金属化 的洞(v)而穿过。
3. 权利要求2的感应元件，其中绝缘体载体(52')是印制电路片。
4. 权利要求1的感应元件，其中每组导电线路都形成于放置在半导体片 上的金属层中，所述半导体片具有其中形成有所述连线的插入绝缘层(52")。
5. —种用于接收射频传送的天线(11，， 11"),其特征在于，它包括权 利要求1到4中任一个的感应元件。
6. —种包括权利要求5的天线(11，， 11")的电磁发射机应答器(1，)。
7. 权利要求6的发射机应答器，如从属于权利要求4那样，其中发射机 应答器(1)的电子电路(15)形成于天线(11")下面的半导体片中。
8. 权利要求6或7的电磁发射机应答器，放置在对象(40)的金属表面上。
9. 一种包括至少一个金属表面的对象(40),包括放置在所述表面上的 权利要求6到8中任一个的发射机应答器(r)。
全文摘要
本发明涉及一种用于形成电磁发射机应答器天线的感应元件，包括在第一平面中共面的第一组相互平行的线路(p1’)；在平行于第一平面的第二平面中共面的第二组相互平行线路(p2’)；以及分隔这两组线路的绝缘材料(52’)，第一组的每个线路的一端连接到第二组的线路一端，第二组线路的另一端连接到第一组的另一条线路的一端，线路之间的连接经由绝缘材料的厚度中的孔(v)而传导。
文档编号G06K19/077GK101160595SQ200680012472
公开日2008年4月9日 申请日期2006年4月18日 优先权日2005年4月15日
发明者克里斯托夫·马尼 申请人:意法半导体有限公司