CN102243718B - 基于半导体衬底的装置、其制造方法和rfid装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于RFID装置（12）、尤其是用于RFID应答器的基于半导体衬底的装置（10），具有半导体衬底（14）和构建在半导体衬底（14）上的电子电路装置（18）。规定：基于半导体衬底的装置（10）还具有同样还构建在半导体衬底（14）上的用于RFID装置（12）的能量供给的薄层电池（22）。本发明还涉及一种具有相应的基于半导体衬底的装置（10）的RFID装置（12）以及一种用于相应的基于半导体衬底的装置（10）的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于RFID装置尤其是RFID应答器的基于半导体衬底的装置，具有半导体衬底和构建在该半导体衬底上的电子电路装置。
背景技术
在RFID（RFID：Radio-frequency identification(射频识别)）技术领域中，已知无源的和有源的装置或者应答器。无源装置理解为如下装置：这些装置仅仅从对应的读/写单元吸取用于通信和用于处理内部过程所需的能量。这样，无源装置不需要自己的电源，但是另一方面其仅仅工作在距读/写单元相对较短的距离上。有源装置拥有自己的能量供给。它们或者具有内置的能量存储器或者被连接到外部的电网上。由此，不仅能够实现更大的通信作用范围、而且能够实现更大的数据存储器的管理或集成传感器的运行。作为有源RFID装置用的能量存储器例如已知了电池或电容器。这里，涉及附加组件，它们与具有用于RFID通信的电子电路装置的基于半导体衬底的装置一起被设置在电路板上。
公开文献US 2008/0129510 A1示出了一种这样的RFID系统。在此，基于半导体衬底的装置连同构建在半导体衬底上的电子电路装置以及膜电池被设置在一个共同的衬底上并且通过导体条彼此连接。
发明内容
具有权利要求1中所述特征的基于半导体衬底的本发明装置提供了如下优点：实现了一种紧凑的RFID电路单元，其减少了在基于半导体衬底的装置方面所需的外部接线的规模以及相应RFID装置的部件数量。按照本发明，基于半导体衬底的装置为此具有同样构建在半导体衬底上的、用于RFID装置能量供给的薄层电池。因为在半导体衬底上进行用于结构化电子电路装置的结构化措施，因此也可以使用相应的措施在同一半导体衬底上构建薄层电池。这样，基于半导体衬底的装置是具有集成的薄层电池的RFID芯片。半导体衬底优选是硅衬底（Si衬底）或砷化镓衬底（GaAs衬底）。
在本发明意义上的RFID装置理解为用于借助在高频范围中的电磁波进行识别的装置，其中英文术语“Radio Frequency（射频）（RF）”通常特定于高频和超高频或射频频带。常用频率例如处于13.56MHz。该RFID装置尤其是RFID应答器。该应答器是无线电通信设备，其接收并自动应答或者转发进入的信号。应答器的概念由英语术语“Transmitter（发送器）”和“Responder(应答器)”组成，并且由此是“应答发送器”。
按照本发明的一个有利的扩展方案，该电路装置设置在半导体衬底的一侧，并且薄层电池设置在半导体衬底的位于对面的另一侧。通过这种方式，一方面优化地使用衬底表面并且另一方面提供了可简单地集成在RFID装置中的RFID芯片。
按照本发明的另一个有利的扩展方案规定，用于对RFID装置进行能量供给的薄层电池通过同样构建在半导体衬底上的连接结构被电连接到电路装置上。由此，不需要外部的用于能量供给的布线。
尤其是规定：所述连接结构被构造为穿通接触部或者至少具有穿通接触部。连接结构的该构型特别适于基于半导体衬底的装置，在其中电路装置设置在半导体衬底的一侧并且薄层电池设置在半导体衬底的位于对面的另一侧。
替换地，优选规定：用于对RFID装置进行能量供给的薄层电池通过衬底外部的布线被电连接到电路装置上。该布线例如是借助键合技术建立的布线，即具有键合引线的布线。
在本发明的一个有利扩展方案中规定，基于半导体衬底的装置具有至少一个设置在半导体衬底上的用于天线（尤其是RFID天线）的天线连接接触部。天线连接接触部尤其构造为适于所谓的“倒装芯片”的键合焊盘。
在本发明的另一个有利的扩展方案中规定，将薄层电池构造为三维薄层电池，在其中通过构造相对于平面衬底表面扩大的结构化衬底表面而实现了高的面存储器密度。
本发明还涉及具有前述衬底装置和天线的RFID装置。该RFID装置尤其是RFID应答器（RFID应答发送器）。本发明的RFID装置因此具有特别小的部件数量。
按照本发明RFID装置的一个有利的进一步方案规定：天线借助承载天线的载体与基于半导体衬底的装置连接，其中天线的天线接触部电接触天线连接接触部。基于半导体衬底的装置（RFID芯片）的很大程度的外部接线可以取消。尤其是规定：载体实施为可粘接的或自粘接的。这样的自粘接的载体例如是粘接标签。
此外，本发明最后还涉及一种用于制造用于RFID装置的基于半导体衬底的装置的方法，具有步骤：（a）在半导体衬底上构建用于RFID装置的电子电路装置，（b）在同一半导体衬底上构建用于RFID装置的能量供给的薄层电池，以及（c）将薄层电池连接到电子电路装置。这些步骤的实施顺序可以视该装置的构型而定地变化或者部分或完全地重叠。RFID装置尤其是前述的RFID装置，优选是RFID应答器。尤其规定：在半导体衬底的一侧上构建电路装置并且在半导体衬底的位于对面的一侧上构建薄层电池。
附图说明
下面借助实施例的附图更详细地解释本发明。其中：
图1示出了按照优选实施例的、用于RFID装置的构造为RFID芯片的基于半导体衬底的装置的示意性示图，以及
图2示出了由图1所示基于半导体衬底的装置和设置在载体上的天线组成的RFID装置。
具体实施方式
图1示出了构造为RFID芯片（RFID ：“Radio-Frequency identification（射频识别）的用于图2所示的RFID装置12的基于半导体衬底的装置10。基于半导体衬底的装置10具有构造为硅衬底的半导体衬底14、借助传统工艺构建在半导体衬底14的一侧（在图1的示图中为上侧）上的电子电路装置18（IC：集成电路）和构建在位于侧16对面的另一侧（在图1的示图中为下侧）20上的薄层电池22。为了在关于半导体衬底14的衬底尺寸方面相同位置需求的情况下提高其表面积，将薄层电池22构造为三维薄层电池。为了将薄层电池22电连接到电路装置18，装置18同样具有构建在半导体衬底14上和/或中的连接结构24，26，它们在图1中所示的装置10中被构造为穿通接触部（通孔）28，30。薄层电池22借助完全覆盖电池22的包封层32被包封并且由此相对环境影响被保护。
在衬底14或装置10的一侧16上还设置有用于接触在图2中所示的天线38的天线连接接触部34，36，这些天线与电路装置18电连接。
图2示出构造为RFID应答器的RFID装置12。天线38设置在构造为粘接载体的载体42的设置有粘接剂或连接层的一侧40上，并且在载体42的该侧40上也与基于半导体衬底的装置10连接，其中天线38的天线接触部（未示出）电接触装置10的天线连接接触部16，18。相应的RFID装置12这样可以被粘接到要借助高频辐射来识别的对象上。
薄层电池22承担对基于半导体衬底的装置（RFID芯片）10的能量存储器功能并且由此能够——除了RFID装置12的已知功能外——也实现新的功能，例如在询问和应答之间的时间分离，尤其是用于避免冲突的延迟的应答，不同频率上的功能分离、例如在“充电”频率情况下的能量获得和电池充电以及在其它“探测”频率情况下的RF通信。同样可能的是，在一个频率处的“编程”（例如给设置有RFID装置的商品施加序列号和状态）和在其它频率处的纯读出的组合。
有利地，如此制造这种RFID装置：即首先在半导体衬底14的一侧16上以已知的半导体工艺方法制造电路装置例如RFID专用集成电路（RFID-ASIC）或微控制器。接着，在位于对面的侧20上进行表面结构化、在该结构化表面和包封上施加薄层电池22的电极和电解质、以及在薄层电池22和电路装置18之间建立连接。因为电路装置18在基于半导体衬底的装置（半导体芯片）10的一侧18上仅仅需要极薄的层，因此可以使用半导体衬底14的绝大部分来产生深结构，这些深结构为三维薄层电池22提供极大的表面。
本发明实现了RFID装置的构建的简化。这里，得到了组件数量的最小化，尤其是取消了附加的外部电池或电容器，在理想情况下这种有源的能发射的RFID装置仅仅还由两个部件、即由天线22和作为具有集成的薄层电池22的RFID芯片构造的基于半导体衬底的装置10构成，而不具有其它的电路板、电容器或其它部件。由此通过部分或完全地取消电路板和或布线而得到了可靠性的提高。此外，还提高了仿制和伪造安全性，因为不可能通过RFID芯片的电压连接进行无意或有目操纵措施（例如短时的电压陷落：所谓的“brownout（掉电）”）。
由此，重要的示例性应用是：例如用于真实性安全的加密通信、在所使用的器件情况下的完整性控制（“终端产品中的全部器件是否安装或存在于生产线终端上？”）、“电子加工检验单”的有效产品监控或电子循环卡（具有全部的在生产过程期间执行的工艺步骤的记录）等等。
Claims (11)
1.一种用于RFID装置（12）的基于半导体衬底的装置（10），具有半导体衬底（14）和无需其它的电路板地被构建在该半导体衬底（14）上的电子电路装置（18），其特征在于同样无需其它的电路板地被构建在该半导体衬底（14）上的用于RFID装置（12）的能量供给的薄层电池（22），并且将薄层电池（22）构造为三维薄层电池，在其中通过构造相对于平面衬底表面扩大的结构化衬底表面而实现了高的面存储器密度，其中用于对RFID装置（12）进行能量供给的薄层电池（22）通过同样构建在半导体衬底（14）上的连接结构（24，26）被电连接到电路装置（18）上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该电路装置（18）设置在该半导体衬底（14）的一侧（16）上，并且所述薄层电池（22）设置在半导体衬底（14）的位于对面的另一侧（20）上。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述连接结构（24，26）被构造为穿通接触部（28，30）或者至少具有穿通接触部（28，30）。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于对RFID装置（12）进行能量供给的薄层电池（22）通过衬底外部的布线被电连接到电路装置（18）上。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个设置在半导体衬底(14)上的用于天线（38）的天线连接接触部（34，36）。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述RFID装置（12）是RFID应答器。
7.一种具有根据前述权利要求之一的基于半导体衬底的装置（10）和天线（38）的RFID装置。
8.根据权利要求7所述的RFID装置，其特征在于，所述天线（38）借助承载天线（38）的载体（42）与所述基于半导体衬底的装置（10）连接，其中所述天线（38）的天线接触部电接触天线连接接触部（34，36）。
9.根据权利要求8所述的RFID装置，其特征在于，所述载体（42）被实施为能粘接的或自粘接的。
10.一种用于制造用于RFID装置的基于半导体衬底的装置的方法，具有步骤：
无需其它的电路板地在半导体衬底上构建用于RFID装置的电子电路装置，
无需其它的电路板地在同一半导体衬底上构建用于该RFID装置的能量供给的薄层电池，以及
将薄层电池连接到该电路装置，
其中薄层电池被构造为三维薄层电池，在其中通过构造相对于平面衬底表面扩大的结构化衬底表面而实现了高的面存储器密度，
其中用于对RFID装置进行能量供给的薄层电池通过同样构建在半导体衬底上的连接结构被电连接到电路装置上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述RFID装置（12）是RFID应答器。
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