电子标签的电极布置的制作方法

本发明涉及一种电容式耦合rfid(射频识别)标签及其操作方法。

背景技术：

1、电容式耦合标签(cc-标签或cct)在提供真实性和追踪功能的同时，也提高了安全性。在安全性和真实性至关重要的情况下，这项技术被广泛用于追踪工艺品。然而，当cc-标签的尺寸可以缩小且其效率可以提高时，潜在的应用数量就会增加。

2、存在其他类型的rfid标签，这些标签可以包括用于接收来自读取器的rf(射频)信号的天线，以便为器件供电，并使用同一天线以信号做出响应。然而，使用这种天线会增大器件尺寸，提高制造复杂度，并因此限制了它们的应用。此外，这种天线可能会引入导致器件不那么稳固的故障点。cc-标签不使用天线，而是通过改变其阻抗与读取器提供的rf信号相互作用，这影响到读取器产生的电场，读取器反过来又会检测到阻抗变化。当这种阻抗变化被调制时，这种调制可以被解码以提供数据(例如cc-标签的标识符)。

3、“0.075x 0.075mm2 ultra-small 7.5μm ultra-thin rfid-chip mountingtechnology”,hideyuki noda and mitsuo usami,978-14244-2231-9/08,2008ieee,2008electronic components and technology conference，第366至370页描述了制造包括天线的小型rfid芯片。然而，制造这种rfid芯片，特别大批量制造，提供了技术上的困难，在制造过程中会降低产量并且增大故障率。

4、“powder rfid chip technology”,mitsuo usami,hitachi,ltd.,978-1-4244-2342-2/08,2008ieee，第1220至1223页描述了另一种小型rfid标签及其制造方法，这同样需要在rfid芯片上放置天线结构。这将标签的尺寸限制在较低的限度内。

5、“26.6–a0.05x0.05mm2 rfid chip with easily scaled-down id-memory”,mitsuo usami,hisao tanabe,akira sato,isao sakama,yukio maki,toshiakiiwamatsu,takashi ipposhi,yasuo inoue,hitachi,isscc 2007/session26/non-volatile memories/26.6,1-4244-0852-0/07,2007ieee,第482至483页描述了一种rfid芯片，该rfid芯片具有唯一ip地址并使用双表面电极。

6、另一个需求是，rfid标签在有其他rfid标签的情况下可以被读取。这对于非常小的rfid标签来说可能特别困难，因为这些标签可能被嵌入在许多以堆叠或紧挨方式放置的独立物品中。

7、因此，需要一种电容式耦合标签和操作方法，以克服这些问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电容式耦合rfid标签(cc-标签或rfid标签)，它很薄(例如厚度为100μm、50μm或更小)，形成在诸如硅之类的半导体衬底上，半导体衬底例如为硅，其一个表面覆盖着金属层(例如镀金铝层)，另一相对表面是裸露的半导体表面，这些表面共同作为可调谐阻抗。该半导体衬底上或内部的电路或芯片(如集成电路ic)控制着器件，并利用电极改变从通过cc-标签施加电场的外部读取器(以电学方式)所看到的器件电学性能。该cc-标签由外部施加的rf电场供电，并通过改变其电学性能(特别是其阻抗)对电场的存在做出回应。该cc-标签电容性地耦合到该读取器，并且该集成电路调制其电学性能以编码数据信号，该数据信号由该读取器解码。通过改变该金属层和相对的半导体层之间的阻抗来改变电学性能。

2、当一个以上或一摞这样的cc-标签被放置在由该读取器生成的电场内时，那么只有其中一个cc-标签被配置为响应。在一示例性实施方案中，其余的cc-标签可以(例如静态地)降低它们的阻抗，例如通过在金属表面和相对的半导体表面之间施加短路来降低它们的阻抗，这样每个cc-标签可以依次和孤立地响应并通过调制rf输入信号来提供其输出信号。

3、本发明还提供了一种制造电容式耦合rfid标签的方法，即，提供具有相对的平坦表面的半导体衬底(例如硅)，在其中一个平坦表面上设置金属层，并(例如使用光刻技术)在另一个平坦表面上或内部形成本说明中所述的电路(例如cmos电路)。优选地，厚度(即相对的平坦表面之间的距离)等于或小于50μm(或25μm、100μm或150μm)。衬底可以是方形、矩形或其他形状。优选地，衬底和最终的器件的宽度和/或长度在50至700μm之间。

4、这些概念的应用包括但不限于钞票、签证、邮票、官方文件、全息图、铝箔、任何种类的香烟和烟草制品(如标准香烟和电子烟)、瓶子、签条、食品、食品包装、片剂和其他医药产品(包括其涂层和包装)以及其他需要这种小型和微米级厚度解决方案的包装类型。cc-标签可以被嵌入或结合到这类物品上。

5、在前文描述的背景下，根据第一方面，提供了一种电容式耦合射频识别(radiofrequency identification，rfid)标签(例如cc-标签)，包括：

6、半导体衬底，具有第一平坦表面和远离第一平坦表面的第二平坦表面；

7、形成在该半导体衬底的该第一平坦表面上的金属垫；

8、形成在该半导体衬底上并与该金属垫和该半导体衬底的该第二平坦表面电性连接的电路，该电路被配置为通过提供通过改变金属垫和半导体衬底的第二平坦表面之间的阻抗而编码的数据信号来响应rf输入信号。在一侧提供金属垫并且在另一侧具有半导体表面，由于半导体表面是由衬底提供的，减少了制造的复杂度(例如，相对于可能在每一侧都有金属垫的cc-标签)，同时允许相对的表面提供通过改变表面之间的器件阻抗可以改变的电容。平面例如可以是平坦的或弯曲的(例如，为了适应标签所附着的物体的形状)，同时不影响标签的功能。

9、优选地，通过改变该金属垫和该半导体衬底的该第二平坦表面之间的阻抗调制该rf输入信号而对该数据信号进行编码。这使得rf输入信号既可用于给该装置供电，又可被读取器解码。

10、优选地，该rf输入信号可由外部读取器提供。

11、有利地，该电路进一步被配置为由该rf输入信号供电。

12、有利地，该电路进一步被配置为可对在该rf输入信号内编码的信号进行解码，并且进一步地，其中，该数据信号被提供以响应该解码信号。该电路可以选择性地包括少量能量储存(例如电容器)，以短时间存储由该rf输入信号生成的能量。

13、可选地，该电路通过改变该rf输入信号的频率、振幅和/或相位或任何其他电气特性来调制该rf输入信号。

14、可选地，该电路可以形成在该半导体衬底的该第二平坦表面上或嵌入其中。

15、可选地，该电路可以被配置为通过在该金属垫和该半导体衬底的该第二平坦表面之间施加短路来改变该金属垫和该半导体衬底的该第二平坦表面之间的该阻抗。

16、可选地，该金属垫的外表面与该半导体衬底的该第二平坦表面之间的距离等于或小于50μm。这可以被描述为该cc-标签的厚度。例如，该厚度也可以替代地小于或等于10μm、25μm、100μm或150μm。例如，该cc-标签可具有基本上正方形或矩形的横截面。

17、可选地，该电路可进一步被配置为检测一个或多个另外的(例如同一类型的)电容式耦合rfid标签的存在，并且做出响应，停止提供该数据信号。这防止了信号的冲突，并允许依次读取多个cc-标签，而不需要在读取器的范围内每次只有一个cc-标签。

18、可选地，该电路被配置为通过在该金属垫和该半导体衬底的该第二平坦表面之间施加短路来停止提供该数据信号。这有效地使“关闭”的(多个)cc-标签(在电气方面)对该读取器不可见。

19、可选地，该电路被配置为停止提供该数据信号，直到该一个或多个另外的电容式耦合rfid标签提供其数据信号。

20、可选地，该电路被进一步配置为根据防冲突(即其数据信号的冲突)协议停止提供该数据信号。

21、可选地，该防冲突协议是基于该一个或多个电容式耦合rfid标签之间的通信：

22、根据预先确定的响应顺序、根据该一个或多个电容式耦合rfid标签之间的协商响应、或随机数字发生器。这种防冲突协议可不依赖于cc-标签之间的直接通信，而是通过读取器通信，或者根本不依赖于通信。

23、可选地，该第一平坦表面可与该第二平坦表面平行。只要这些表面能产生电容，也可以使用其他构造。

24、可选地，该电容式耦合rfid标签是柔性的。这可能包括与该cc-标签的宽度或长度相当的弯曲半径。因此，该cc-标签可以被嵌入或附接到柔性物品上，且损坏的风险较小。

25、可选地，该电容式耦合rfid标签可进一步包括金属板。这可以将读取器的电极耦合到该标签不朝向该读取器的一侧。因此，这就避免了在该标签的对置侧设置读取器电极的需要。

26、可选地，该电容式耦合rfid标签可进一步包括结合在该标签和该金属板之间的绝缘体。

27、可选地，该绝缘体被结合到该标签的该金属垫。可以通过粘合剂或其他合适的方法进行结合。

28、可选地，该绝缘体被结合到该半导体衬底的该第二平坦表面。

29、可选地，该金属板是可被弯曲的。因此，该金属板可以顺应物品，例如圆柱形或球形的物品。

30、可选地，该金属板延伸超出该金属垫和/或该半导体衬底的至少一个边缘。

31、根据第二方面，提供了一种物品，其中嵌入有根据前述权利要求中任一项所述的电容式耦合rfid标签。

32、可选地，该物品的表面与该电容式耦合rfid标签的该第一平坦表面平行。这对平坦的和/或柔性的物体很有用。

33、可选地，该物品可以由纸制成、由塑料材料制成，是钞票、护照、身份证、纳税印花、香烟、电子烟、签条、片剂(例如医药产品)、饮料胶囊、咖啡胶囊、茶胶囊和/或法律文件。

34、根据第三方面，提供了一种与多个电容式耦合rfid标签进行通信的方法，该方法包括以下步骤：

35、将rf输入信号施加到该多个电容式耦合rfid标签；

36、通过改变该多个电容式耦合rfid标签中的一个电容式耦合rfid标签的阻抗，来响应施加的rf输入，所改变的阻抗对数据信号进行编码；

37、检测由改变该多个电容式耦合rfid标签中的一个电容式耦合rfid标签的阻抗引起的该rf输入信号的变化，该变化对该数据信号进行编码；

38、根据该rf输入信号的该变化对该数据信号进行解码；

39、在所述一个电容式耦合rfid标签改变其阻抗时，降低所述多个电容式耦合rfid标签中未做出响应的电容式耦合rfid标签的阻抗。也可以使用读取上述cc-标签的其他方法。

40、可选地，该rf输入信号的该变化可以是频率、振幅和/或相位的变化。

41、优选地，该方法进一步包括使用防冲突协议的步骤，以确定该多个电容式耦合rfid标签中的哪一个电容式耦合rfid标签通过改变其阻抗对该射频做出响应。

42、可选地，该多个电容式耦合rfid标签可以是彼此堆叠的，或者以其他方式相互邻近地定位。

43、根据第四方面，提供了一种计算机程序，包括程序指令，该程序指令在计算机上执行时导致该计算机执行如上所述的方法。

44、根据第五方面，提供了一种计算机可读介质，载有如上所述的计算机程序。

45、根据第六方面，提供了一种系统，包括：

46、任何如上所述的一个或多个电容式耦合rfid标签；和

47、读取器，包括rf信号发生器和被配置为解码该数据信号的解码器。

48、可选地，该读取器进一步包括：

49、第一电极，被配置为与该标签的该金属垫和/或该半导体衬底对齐；和

50、第二电极，被配置为与该金属板延伸超出该金属垫和/或该半导体衬底的至少一个边缘的部分对齐。例如，该系统可包括具有金属板的标签，该金属板以二者择一的方式延伸超出该衬底或该金属垫。

51、可选地，该金属板由罐装物、听装物、咖啡胶囊、茶胶囊或饮料胶囊的金属包装形成。因此，该装置的制造可以简化，并且该标签可以更有效地使用并且应用于金属物品。

52、可选地，该第一电极和/或该第二电极可以是弯曲的。因此该电极可以顺应，例如，圆柱形或球形物体(例如香烟或电子烟)。

53、上述方法可以实施为包括操作计算机的程序指令的计算机程序来实施。该计算机程序可以存储在计算机可读介质上。

54、该计算机系统(例如在集成电路内实施)可以包括一个或多个(例如本地、虚拟或基于云的)处理器，如中央处理单元(cpu)，和/或单个或一些图形处理单元(gpu)。该处理器可以执行呈软件程序形式的逻辑。该计算机系统可以包括存储器，该存储器包括易失性和非易失性存储介质。计算机可读介质可被包括以存储该逻辑或程序指令。该系统的不同部分可以使用网络(如无线网络和有线网络)连接。该计算机系统可包括一个或多个接口。该计算机系统可以包含合适的操作系统，例如unix、windows(rtm)或linux。

55、应该指出的是，上述任何特征都可以和本发明的任何特定方面或实施例一起使用。