CN1027318C - 表面声波器件 - Google Patents

Abstract

一种表面声波应答器，其中在一个压电基衬(10)上的换能器(14)调整一个询问信号。通过有选择地将这些换能器的指组分别连接到对应的母线(11、12)上及通过将它们相对其标称位置的位移来实现相位编码。通过对换能器指和轨道一跨越连接(20)的放置方式以期达到消除反射的表面声波。采用一个标志换能器(15)辅助解码。在从基衬上切割分离单个的应答器之前就将一个盖板(35)或单个盖板(24)覆盖在基衬上完成应答器的封装。

Description

本发明涉及用于远程识别系统的无源表面声波（SAW）发射机应答器，即终端。

公知的这种应答器包括一个写上编码信息的压电材料基衬，用于接收电磁能，将其转化为声能，再将这个转化的能量存储一段时间，再将这存储的能量重新转化成电磁能形式并再次将该电磁能发射。至此，这些终端产生一个应答信号以响应来自远程询问器的询问信号。应答信号经处理后恢复为与询问终端唯一对应的编码。

使用SAW发射机应答器的无源标志询问系统公开在Cole和Vaughan的美国专利3706094，3755803，4058217，4399441中。这些系统配用一台能够发射脉冲连续波（CW）电磁能的射频发射机，一个无源标志的远程天线接收询问脉冲并施加到在一个压电基片表面上的一个“发射”叉指型换能器（IDT）。这个换能器将从天线收到的电能以下列方式转换成声能，即：表面声波在基片上沿一确定的声路传播。沿这条声路的多个区间上布置了数组“编码”或“分支”叉指式换能器（IDT）以便将这个SAW再转换成电能并把振幅和相位都编码到将由天线重新发射的信号上，以此把该信号送入询问器的接收机。

这个天线既用于接收又用于对询问接收机的重新发射，从这个意义上说它是一个共用天线。

另一种形式的询问器使用一个FMCW（调频连续波）信号，这项技术在澳大利亚专利说明书444838和X-Cyte公司的美国专利4604623，4605929，4620191， 4628890，4625207及4625208中加以描述。这种接收机应用了一个简单的零差处理，由此返回信号与原先发送的“线性调频脉冲”信号在一个四象限乘法器中混合以产生一个低的音频基带信号。由于在SAW延迟线标志中各换能器的不同延迟产生了一列差频，对于每个编码方案的单元可分别有一个不同的音频被恢复并且这些频率单元的相应振幅和/或相位代表了那个特定编码方案。编码信息通过完成对接收信号基带的频谱分析而恢复。

在对由FMCW系统产生的差频进行频谱分析时，梳形线谱落在用于进行分析的离散付里叶变换通道的中心或与之重合是重要的。满足这个条件可使由于两个分支换能器间隔的物理限制所引起的内部符号干扰减至最小。

传统上，晶片是靠从一个人造晶体的一个薄层上切割来制成的，这个晶体是在非常严格地控制包括压力、温度和纯度等条件下的一个高压容器中生成的。相对这晶体晶轴的切割角度是由对这晶片基衬所要求的特性组合来决定的。

然后对这个薄晶片进行镜面抛光，再在其上用蒸发沉积法形成铝金属以构成换能器的电极。下一步，用高精度的照相光刻平版印刷技术将这极薄的金属层腐蚀成所要求的换能器电极图案。因为在生成人造石英即铌酸锂晶体时的限制条件，晶片层被限制在大约为直径4″或所限定的面积。

用照相光刻平版印刷方式在压电晶片上制作上述技术中所提到的SAW延迟线芯片是用一种众所周知的简单的半导体掩膜制作处理法，这种处理法借助了步进反复式照相机和某种切割手段（例如使用激光修剪机或在处理前对保护层的二次曝光）。这种处理法使用了一种图 案发生器来生产掩膜原版，每张原版都是一张一个芯片版面的照相主拷贝（很像照片负片），通常其尺寸是最终芯片尺寸的10倍。为使每个芯片具有一个不同的代码，必须制作一个不同的且非常精确的掩膜原版。

一但当10倍尺寸的掩膜原版生产出来后，有两种基本技术适于在压电基片上制作曝光保护层。在第一种技术中，用一部步进反复式照相机制作一个1倍尺寸的主掩膜。步进反复式像机对放在可动架上的照像感光片曝光，在此情况下，每张感光片的曝光是10倍尺寸掩膜原版之一的10倍缩版。在两次曝光之间，可动架移动一个精确的数量到下一个要求的芯片位置，把掩膜原版换成下一个的具有不同编码芯片的图案，底片再次曝光以在这个主掩膜上产生这下一个芯片。这个过程一直重复到整个主掩膜区域全被不同编码的SAW芯片所覆盖。

上述过程完成后，这主掩膜被用来接触式印刷一张或更多的加工掩膜，此加工掩膜用来在一个金属覆盖的压电基衬晶片上进行接触式印刷或对保护层曝光。很明显，为了制作不同的编码标志，对于每个晶片需要一个不同的主掩膜。

在第二种方法中，使用一个10倍缩减直接到晶片上的照像机（DSW）用于对金属覆盖的压电基衬晶片上的保护层直接曝光。尽管这种方法取消了主掩膜的中间步骤，但仍需变换10倍尺寸的掩膜原版（无论是用自动掩膜原版变换器还是用手动）以便在压电晶片上为下一个曝光的不同的编码芯片提供图案。应当知道对于每个各不相同的编码芯片如果不是一个不同的原版掩膜则仍需要一个不同的10倍掩膜原版。

对于芯片本身的成本，这些掩膜原版和主掩膜的花费是一个极大的不利因素。

关于上边提到的10倍尺寸的缩减，应该这样理解，其仅仅是为了用举例的方法而已，从理论上说，无论是5倍或20倍或其它什么比例是没什么区别的。这些或其它次要的变化的可能性对于技术上经验丰富的人是很清楚的。

还应理解的是，在上边提到的两种处理流程中优选第二种，因为第一种是在每个主掩膜上制作编码芯片从而需要本身各不相同的主掩膜。

当在金属覆盖的晶片上作好照相保护层的图案后，不想要的金属被有选择地刻蚀掉。

X-Cyte公司澳大利亚专利564844描述了一种能将掩膜原版和主掩膜的数量减至最少的方法。这种方法借助于使用延时缓冲器在每两个换能器单元之间插入一个可选择的编码延时。这使得单个第一掩膜可制成主换能器组，然后用主掩膜产生所有的晶片。然后再用继后的精度较低的第二次切割操作对每个芯片调整其延时缓冲器，由此产生具有唯一性的编码。这项技术的一个缺点是它只能应用于如铌酸锂这样的具有高的压电耦合常数的压电材料，因为它们允许物理上足够小的延时缓冲器。然而对于具有较低耦合系数的压电材料如石英、这些延时缓冲器所需的长度将超出编码换能器之间的距离，因而不能使用这种技术。

在本发明的方法中，可由一个单个的主掩膜制作出许多晶片，而这个主掩膜是由一个单个的掩膜原版制作的。这样，掩膜原版和主掩膜的成本被更多的芯片所分担，极大地降低了终端的成本。为达到此 目的，除允许使用耦合系数较低的压电材料外，本发明的终端还包含了换能器设计方案的新优点。

换能器结构本身要能提供最小的传送SAW波的反射以防止由无论多少相继使用了SAW芯片的编码换能器所返回的代码发生混乱，这点对于正确操作本发明涉及的这类编码延迟线是基本的。本发明提供一种换能器结构，它用删除的方式使由SAW阻抗跃变导致的物理反射达到最小，这种SAW阻抗跃变是由叉指物质加载和/或叉指表面电导率的影响而引起的。

在先前的处理工艺中，最终加工完的晶片被划分成芯片并密闭封装到事先与天线接好的外壳中并将这物理终端封装置位以生成最终标志。这种操作十分耗费，并且还有待于一种改进的方法来进行封装处理。

本发明的一个基本目的是提供一种能够减少制造和生产成本的设计和制造这种芯片的途径。

本发明的另一个目的是提供一种可倒相终端换能器的新颖设计，允许在一个标准晶片掩膜上容易地进行相位或振幅编码。

本发明的再一个目的是提供一种能将SAW反射减至最小的终端换能器设计。

本发明的又一个目的是以这样一种方式提供所选择的换能器的振幅编码，即保持换能器容量不变，使SAW延迟线能调谐到最大的返回信号强度因而获得最大信噪比。

本发明的又一个目的是对现用的材料提供一种封装技术，其可减少生产一个完整的密闭封装芯片的成本。

本发明的又一个目的是提供一种SAW编码延迟线应答器，其中 可用到这样一种压电基片，其比现在使用的材料如石英和铌酸锂大大降低成本并允许大得多的晶片尺寸，这样在大规模制造时可获得最大数量加工晶片的芯片和模具。

本发明的又一个目的是提供一种借助使用一个任意“标志”的终端换能器来增强终端可读性的方式。

随着下文的讨论，以上这些目的将更加明确。根据本发明，通过进行对分支换能器的定位物理设计、对晶片材料的选择，和对芯片包装所使用的技术，这些目的已经达到。

本发明的各种不同形式只包含上述目的的一些而不一定是全部，这点希望能够得到理解。

以某种形式而论，本发明属于一种表面声波应答器，此应答器包括了一组与一个压电材料相接触的分支换能器，及用于接收一个询问信号的装置，及用于把所述询问信号作为一种表面声波在所述材料上发送的装置，及用于重新发射经所述分支换能器调整的所述询问信号的装置，该所述重发装置包括了连接每个分支换能器的第一和第二信号传导装置。每个分支换能器包括第一组电气相互并联的指和第二组电气上相互并联的指，第二组指与第一组指相叉指，其特征在于每一组指都可以有选择地连接到所述第一和第二传导装置的一个或其余的上。最好的方法是，每组的指分别地连接到第一和第二传导路径装置上，而这些路径装置以可切断方式连接到每个第一和第二传导装置。

以另一种形式而论，本发明属于一种对这个应答器进行编码的方法。它包括有选择地切断所述连接装置的步骤，其结果使给定的一个分支换能器的指的第一组选择连接到第一和第二信号传导装置中选出的一个上，而第二组指连到另一个信号传导装置上。由此决定了这 个分支换能器与所述传导装置连接的相位。

以再一种形式而论，本发明涉及一种SAW应答器，它包括了一组同一个压电材料相接触的分支换能器，用于接收一个询问信号的装置，及用于把所述询问信号作为一种表面声波沿所述表面发送的装置，用于重发经所述分支换能器调整的所述询问信号的装置，这里所述重发装置包括连接到每个分支换能器的第一和第二信号传导装置。每个分支换能器包括第一组电气相互并联的指和第二组电气上相互并联的指，第二组指与第一组指相叉指，其特征在于每个换能器的指边缘的定位是对应于表面声波的波长而选定，从而消除了由所述边缘引起的表面声波的反射。另言之，这样的应答器有这样的特征即指沿表面声波的路径以这样的间隔放置：其结果是消除了来自它们的边缘的反射。

就又一种形式而言，本发明涉及一个SAW应答器，此应答器包括了一组与一个压电材料相接触的分支换能器，及用于接收一个询问信号的装置;用于把上述询问信号作为一种表面声波沿所述表面发送的装置，及用于重发经所述分支换能器调整的所述询问信号的装置，这里所述重发装置包括了连接到每个分支换能器的第一和第二信号传导装置，每个分支换能器包括第一组电气上相互并联的指和第二组电气上相互并联的指，第二组指与第一组指相叉指，其特征为在表面声波的路径上至少一个所述分支换能器的一组指被移位，以便使其相位与这同一个换能器中的另一组指反相。

在另一种形式中，本发明提供了这样一个SAW应答器，它包括一组同一个压电材料相接触以有规律地极小的间隔放置的分支换能器，上述间隔是在表面声波传导路径上的区段，它还包括了一种接收询问信号的装置及一种把所述信号作为表面声波沿所述表面进行发射的装 置，及一种重发经所述分支换能器调整的所述询问信号的装置，其特征是提供了另一个换能器，其被放置在离所述分支换能器组的一段已知的表面声波路径长度上的位置上。

以另一种形式而言，本发明涉及一种制造表面声波应答器的方法，其中每个应答器由一个位于一个压电基衬上的金属层构成，这种方法包括了将所述金属层复盖到一个区域上作为单个应答器图案的可复制图案的各个步骤，及将一个盖板覆着在所述区域上，及随后的垂直切割所述盖板和所述基衬以便分离出单个的应答器。

以另一种形式而言，本发明涉及一种制造一组表面声波应答器的方法，其中每个应答器由一个同一个压电基衬相接触的金属层构成，这种方法包括了将所述金属层加到一个区域上作为单个应答器图案的可复制图案的各个步骤，及将一个应答器盖板覆着到每个应答器图案上及随后的垂直切割所述基衬以便分离出单个的应答器。

以另一种形式而言，本发明涉及一种表面声波应答器，包括一个同压电基衬相接触的金属层，并至少在一端具有一个接触区域，一个盖板复盖在所述金属层上，其特征在于每个盖板具有一些与应答器的接触区相对应的接触区并延伸其外。

为了更容易地了解本发明的各种形式，下面仅以举例法描述实施例，并参考下面几个附图：

图1为一个表示结合本发明的换能器芯片的平面视图。

图2为一个单个换能器的金属覆盖图案的详视图。

图3显示了一个具有相对相移的换能器。

图4显示了一个相对于图2的振幅调制的换能器。

图5为一个芯片的部分等比例视图。

图6为图5所示的芯片的截面图。

图7表示了一个替代换能器结构。

图8为一个金属覆盖基衬的局部平面视图。

图9为一个盖板的局部底部平面视图。

图10（a）到（d）表示了一个根据本发明的优选形式的经济的终端结构。

关于本发明的一个终端的整个布局见图1所示。一个压电材料基衬10上印制有母线11和12。它们对应地连接到一个中心馈电偶极天线（未示出）。通过母线11和12导电材料的交叉指式的设计提供一个发射换能器13和一系列的编码分支换能器14。

在优选FMCW应答器装置中，来自终端上每一个换能器分支的返回相位信息作为一个唯一性频率出现在信号分析单元中。因此，出现一个完整终端上的信号是每个分支返回信号的矢量和，并可以认为是一个梳形线谱，其频率峰值的个数与此标识上的换能器的数量相对应，而这些峰值的振幅和相关相位对应于这个延迟线标志的振幅和相位的编码信息。

通过对应答器频率进行线性频率脉冲调制以将终端的返回信号扫描约一个完整周期。合成的零差解调接收信号被一个模/数转换器在基带内取样。然后对这取样信号进行离散付里叶变换，以将这个返回的频率分解成离散频率点。然后将这些频率点两两之间的相位差和/或振幅比率变为终端代码。如果从线路终端返回的梳形线频率不能正确地与DFT分析通道相匹配，那么来自一条梳形线的能量将泄露到相邻的DFT分析通道，这个泄露将引起两个通道间的内部符号干扰并将降低这个终端的可读性和正确率。梳形通道与DFT分析通道的失配 通常是由于一个终端不同于所期望的的范围或多普勒漂移或二者结合所所致，而多普勒漂移是通过应答场的终端的速度造成的。

众所周复频移可用来移动梳形线谱的频率使其调到DET通道，把这些复频移加到取样基带终端回波的困难，是由于为了校正失调而要识别所要施加的适当频移的问题引起的。具有好的信噪比就有可能检测DFT结果的波纹和边沿陡度，并用此作为匹配指导。在而嘈杂的信号中，这个技术容易出错。

在本发明的一种形式中，用给此终端附加一个分离标志分支换能器15的方法使准确匹配变得容易了。只要这个换能器被置于离编码换能器14尽可能近而仍然具有足够远的间隔以获得在严重的内部符号干扰条件下匹配的辨别和编码响应。在这个优选的实施例中，这个标志换能器置于编码换能器之前三个通道间隔的地方。发射换能器不用于此目的，因为它的响应在被淹没在低频环境干扰中，并且其离编码换能器太远不能准确匹配。

如上面提到的，可以期望用分支换能器将传播SAW波的反射减至最小。根据本发明的一种优选形式，来自叉指的物理反射用消除法去掉。在本发明如图2所示的实施例中，指的连续头部和尾部边缘被相应地分开一段距离，其等于三分之一的SAW波长。对于具有相等的传号和空号比，指宽度应为λ/6。

为了考查这个间隔的影响，首先考虑头部边缘间断。假设每个头部边缘间断有一个确定的影响，那么，三个连续指的每一组再反射一部分能量，总和为0，即：

这样头部边缘间断的影响为0。

其次考虑尾部边缘间断，同样仅假设每个尾部边缘间断有一个确定的影响，而三个连续指的每一组再发射一部分能量，总和为0，即

这里0是一个取决于指宽度的相位角，标称上等于60°以对应于具有标称传号和空号比的λ/6宽的指。

这种布置的结果，使指的传号和空号比，从而在制造中的腐蚀控制不是关键性的。

这里所给的次一个λ/3的间隔周期率的三个连续λ/6指的“自消除”的例子是不详尽的。对一个给定的基频，λ/3的间隔给出了最宽可能性的指。在9.5mHz这个间隔所需的面积能够用现有的照像光刻平版印刷技术进行生产。对一个具有较低中心频率的系统或使用较高分辨率的照相光刻平版印刷术，来自间隔周期率λ/4的4个连续λ/8的指的清除法可起作用，即：

同样即使对较小的周期如λ/5，λ/6等所提供的间隔在信号的基频也适宜于换能器与SAW之间的耦合。

欲给出一个选定的指间隔，还必须选择连续换能器指的极性方案。这样，在此处所述的λ/3间隔的情况下，若想获得最有效的耦合，指应按图2至4所示的方案连接到总线11和12。

总的来说，叉指的极性方案可用标定由指而产生的电势的逐步近似来考察，并且具有对于基衬材料，压电置换和电场之间的关系的认识，可应用付里叶变换来产生基本的正弦波。最有效的方案是其使这 个正弦波的振幅达到最大值。

正象在这些图中将观察到的，对于λ/3间隔的指的极性方案（++-+--）在长度上各段以2λ重复，并且由在长度上一个波长的倒相的左、右半段所构成。

这个结构使基频正弦波的振幅达到最大值。其它方案，如重复左半段将产生一个较小幅值的基频正弦波。

应该理解的是，用于换能器的叉指数量最好选择为一段内叉指数量的整数倍。因此在λ/3间隔的情况下，较好的所用叉指数量应该是6的整数倍。

当以这种方式可将在换能器间断点所产生的SAW反射减少或消除时，应该知道，依靠换能器由电再生而产生的表面声波还必须在一个实际标志中受控于（例如和取决于基衬的压电系数的强度）用于换能器的指数和/或受控于横跨延迟线的总线11和12的电阻负载。电的再生永远不会被全部消除，但是因为它取决于由一个或多个分支换能器所感应的电压而由这个电压引起一个“二次”SAW的生成和传播，这个影响通常可以通过在这个二次生成和再生处理过程中设计一个足够的损耗使其减少到可以忽略不计的比率。

在本发明的实践中，如图2所示，为编码换能器14的交叉指提供了与相邻总线11和12分开的分线16和17，但它们通过相应的金属桥18和19连接起来。另外，每个“编码总线”16和17还通过轨道20和相应的桥21和22与对面的主总线11或12相连。在以这种方式制成的结构中，通过切断适当的切割桥就可使每个编码总线或可连到总线11或连到总线12。这样，通过适当的切割选择，就能够生成一个其相位可“翻转”180度的IDT。切断桥 21和22生成一个相对0度的IDT，而切断桥18和19生成一个相对180度的IDT。可以看到，翻转连接轨道20跨过有效SAW区，当然要求将由于翻转连接轨道跨越有效SAW区所产生的干扰作用减至最小。这种干扰的两个主要来源是在金属层和压电材料之间边界中断处的声波发射和在压电材料上的金属物质加载效应。

边界中断可以用正确选择尺寸X减至最小（图2）。尺寸X是跨越有效区的间断数量的函数。在图3中，有3个头部边缘间断和3个尾部边缘间断，这是因为有三个单元跨过SAW有效区。

通过正确选取各头部边缘间断的间隔，有可能使它们的作用成为矢量和，以便抵消它们的影响。这里采用的方式类似于上面讨论过的有关换能器指间隔，但没有由于需要信号与基衬耦合所带来的限制条件。在此例中，若我们赋于距离A为（3n+1）λ/3（等于120°相移），我们发现，假定每个间断都有相似的作用并且重发射一部分能量E，那么

头部边缘间断的影响已经为0。同样，选尾部边缘间隔为（3n+1）λ/3的倍数，我们可以将尾部边缘间断抵消为0。头部边缘和尾部边缘是被分别处理的，因为此移动不需考虑尾部边缘间断是否具有与头部边缘相同的特性。

应该清楚的是，连接轨道可由多于或小于3个单元构成，以上方法可作相应推广而使用之。对于一个K单元的“翻转”连接，头部边缘（和独立地尾部边缘）应该以（Kn+1）/K的倍数间隔放置， 这样来自K个连续边缘的反射总和等于0，对最简单的n＝0的情形：E+E/2（1×360°/K）+E/2（2×360°/K）

+……+E/2（（K-1）360°/K）＝0

只要具备以上适用于任意K单元组的条件，那么对一个由多于一个K单元组所组成的“翻转”连接（如果需要的话，例如为了减少这样翻转连接的电阻）亦应是允许的。

这样，这种方法可归纳为在一个翻转连接中对K个单元的叙述，并把它们作为j个头部和尾部边缘组来处理，此处的K/j是一个整数，那么，头部边缘和尾部边缘必须用（jn+1）λ/j分开。这就是说，这些单元以（jn+1）λ/j的间隔沿着表面声波的路径放置。

在此，头部和尾部边缘的反射特性是相似的，上述方法中的一种特殊情况是只有一个连接轨道的情况，然而这些特性不相同处，应该根据这些特性选择轨道宽度以完成消除过程。

应该看到，在所述实施例中，连接轨道20由传一空号比相等的三个单元组成。为了减小电阻，希望这些单元实质上有比它们之间的空间更宽些的宽度。例如，所给出三个单元的每个的宽度，以λ/3的空间相隔，以便使连续的单元以4λ/3的间隔置位。

正象那些熟悉印刷电路技术和集成电路技术的人所欣赏的那样，这种选择地用于去除可切断桥的技术包括了这样的化学腐蚀：以运用二次掩膜的方法生成SAW金属层即用照相绘图仪确定要腐蚀的桥。另一种方式包括了使用激光划线或电熔化，此方式中必须与编码总线和芯片总线接触以允许足够大的电流通过编码桥以使其变为开路。应 该指出，图3所示的IDT已被简化，在一个实际的IDT中，单元数量应根据基衬所选的压电材料来决定。

为了能获得四相编码，使用两类翻转编码IDT。如图2所示的换能器，A类（0/180）被置放于一个指定的参考位置，而图3所示的B类（90/270）换能器被朝向或背离发射换能器移动四分之一波长。

这一原理可进一步扩展以提供其它类型的换能器，既可以以更多的相位角也可以以不同的振幅响应，或两者兼用以使其从四相编码扩展到某些更高级的编码。

发射换能器B是熟知的IDT设计以产生表面声波。各个换能器的布置为多个单位的给定间隔。在此优选实施例中，这个间隔可理解为波在SAW芯片上的延迟了多个单位长的距离，并且该间隔单位代表SAW波在这表面上在80n秒的时间所走的距离。匹配换能器15放置在离发射换能器13相隔许多单位的地方（例如大约960n秒）。匹配换能器已是熟知的IDT设计了。

第一个分支即编码换能器是参考换能器14a，正象上边提到的，它被优先地置于匹配换能器15后三个间隔单位位置上，它属于上述参考图2所描述的翻转编码设计，最好取它为A类换能器，因为在跨越3个单位距离的空间上易出制造误差。跟在参考换能器14a后边的是另外12个翻转编码换能器14。它们按每个之间相隔相当于一个间隔单位的距离顺序安置。编码换能器14是A类换能器和B类换能器的结合。这种芯片制造方法允许有4¹²×2＝33554432的代码空间，这是因为12个编码换能器每个有4种可选的位置（选择既可设在0度又可设在180度的A类或B类翻转换能器）因数2 是一个额外的代码，是由于参考换能器14a相对于匹配换能器15的相位关系。

如所见12个既能是A类又能是B类可用换能器的翻转换能器是由切断可切割桥的方法编程或为二种状态之一。此处这个A类的参考换能器同样也可为两种状态之一，在一个新的掩膜原版制成前，只用一个掩膜原版制成2¹²＝4096芯片，这样即可以4096的系数减少所需的掩膜原版，极大地节省了掩膜原版。同样，因为所需主掩膜的数量以等于每个晶片上的芯片数量为系数而减少，因此也节省了所需的主掩膜数量。

在对晶片上保护层曝光时，要完成下列步骤：

1.一个对所有芯片同样适用的具有A和B类换能器一个给定的精确掩膜被用于在晶片保护层上生成一个图案，此掩膜可生成许多芯片，但所有的可切割桥依然是完整的。

2.然后，通过适当地选择需切断的可切割桥来对每个芯片单独编码，完成这项工作的较好作法是，用一个图案发生器（通常用于10倍尺寸的掩膜原版的制造）将复盖在要切断的桥上的保护层直接曝光。用这种掩膜处理生成的桥被作得足够大以满足为切断它们所要求的摄像分辨率而不需要一个掩膜和缩小10倍的中间步骤。

3.然后，处理这晶片，逐个生成编码芯片正如上面提到的，本发明的优选形式中，振幅编码被叠加到上述的四相编码上。虽然用一种简单的测量方法（如去掉一部分分支换能器的叉指以减少它与基衬的耦合的方法）可以完成这样的编码，这确存在着改变应答器容量的缺陷，并且因此需要根据振幅编码对询问器个别调谐以使其与天线阻抗匹配。在本发明的优选形式中，这个问题是依据以下这点得以避免的，即相 对于给定换能器的另一组其余的指将本换能器上的一组指进行长度位移来完成振幅编码。

图4所示为一个换能器的草图，其中换能器指由四组指构成，每组指数量相等（比例中为6）。一组指（图4所示的左手指）代表其余的组移开半个波长。考察这个草图将发现，前边三组将提供一个具有同一相位和一个相当于三单位的确定幅值的分支信号，而第4组将提供一个反相的具有一个单位幅值的信号，最后作用是提供给总线一个二单位分支信号，也即相当于一个完全没有组位移的换能器振幅的一半。这样便可得到叠加在上述四相调制之上的幅度调制。以其它方式使叉指组位移以得到类似结果也是适宜的。例如由一个换能器指的1/8所构成的每组在相反方向上移动λ/4也能提供50%的幅度调制。再者，通过适当选择干扰指的比例可获得多于或少于50%的幅度变化。到此为止，我们描述的本发明应答器设计新方法除了获得经济性的好处外，还允许使用比先前工艺中石英或更昂贵的铌酸锂便宜的材料。在其优选形式中，本发明使用了便宜的硼硅玻璃作为基衬材料并用如氧化锌（ZnO）的线性RF磁控溅射的方法在这个表面上形成一个压电薄膜层。这项技术允许对衬的温度进行最佳控制。

众所周知氧化锌是一种六边形晶体结构的压电材料，采用溅射技术可将适当取向的多晶体ZnO薄膜（即C轴垂直于薄膜表面）沉积到玻璃上。它是一种能够在薄膜上产生很强压电效应的取向晶体结构。薄膜的厚度应选得小于一个SAW声波波长，并使压电耦合系数最佳。对于工作在915MHz的应答器，这是典型的1.5微米级。因此，如图5和图6所示，这个薄膜基衬由分层结构组成，其中压电薄膜10适度地沉积在一个硼硅玻璃的非压电基底23上，然后用真空蒸 发或溅射工艺将用于IDT14的铝金属沉积在这个薄膜上，再往下通过普通的照相光刻平版印刷工艺生产芯片。

这种方法的一种替代方法是直接将SAW换能器沉积在非压电玻璃23的表面上，而不是压电薄膜10的表面上。如图7所示，然后再在后这玻璃和金属换能器指顶部形成氧化锌薄膜，这个薄膜用作将IDT的电信号转化成SAW波，反之又将SAW波转化成IDT的电信号。这玻璃基底材料提供机械强度并用作波传输材料。这项技术的第二个重要作用是ZnO薄膜层对铝IDT′S形成一个阻挡垒因而加强了延迟线可靠性。无论使用哪种方法生成编码延迟线，玻璃基底材料可以选择得只有大的物理尺寸这一点都是重要的，这个尺寸仅受限于照相光刻平版印刷处理中的步进反复式像机的X-Y行程。典型地，可用一个6英寸见方或更大些的大玻璃板作为加工晶片，它可以生成非常大量的单个芯片。选择性腐蚀既可用于铝金属也可只用于氧化锌本身。大块晶片的使用成比例地减少了加工处理中所必须的耗费。

图8和图9示出了根据本发明的一个方法所得到的能使应答器的封装在把单个应答器从晶片或基衬上切片之前完成的制作方法。在这个实施例中，随着纵向邻接图案的联接片26被加到一个连续区域31中，应答器金属图案中标号为30的那些加到铌酸锂晶片上。（未想在图中示出换能器）

用丝网网眼可将一种密封剂如一种低透气率的环氧树脂或一种玻璃料施加在与晶片有同样面积的盖板35（图10）的表面上。当把盖板放在晶片上后，把密封剂象“护城河”36式地围绕在每个应答器周围，而将连接片26留在外边。盖板放置在晶片上且密封剂在大气压力的最佳情况下干化或凝固。

“护城河”36的高度应使盖板和晶片之间有一个小的空隙，然后沿图9中线32将盖板切进到刚好在接触片31表面上的深度，将两个切口之间的盖板边痕去除（例如用空气抽吸），将接触片31露出。然后按照线33和34进行单元切割即生产出单个的应答器。然后再将一个天线（未示出）以任意合适的方式接附到每个应答器上。

还可以以另一种方式，就象对晶片表面描述的那样进行空隙封装，借助一个选择置放机将单个盖板放到每个应答器上，然后干化，晶片以通常方式切割。

在本发明的实施例中，由于封装处理是在芯片仍处于晶片形式时进行的，因而降低了加工处理的成本。就象上述技术中所描写的密封剂加在盖板上一样，它还可代之以加在晶片或基衬上。

还应观察到，这种方法可以同样地施用于由氧化锌在玻璃上及铌酸锂上或石英基片上构成的设备。传统上，SAW设备是以在有效压电材料的表面上沿SAW金属层制作导线焊片的方式来构造的。这个焊片消耗宝贵的有效材料却不依靠其任何有效特性而起作用。本发明的另一个特点是以盖板提供焊片的机械支撑因而节省了有效压电材料的区域。

为了使有效SAW材料的区域减至最小，可用大大减小了的金属接触片重新设计SAW芯片。现在，这些接触片的尺寸只需足以支撑芯片上用于密封的环氧树脂即可。图10示出了一个具有减到密封所需最小尺寸的焊片的SAW芯片。为了给金属导线焊片25提供空间，玻璃盖板24的尺寸有所扩张，前者是用一种简单的处理在便宜的玻璃盖板材料上制作的。

盖板24上导线焊片25与在SAW芯片上的小焊片26的连接 可用仅在焊片26附近使用导电树脂27即可。然后在SAW芯片周围放置普通树脂28即完成了密封，见图10（d）所示的横截面视图。

每个应答器都必须配备一个适当调谐的天线，这种作法是可取的。这个天线可以装在盖板上并借助焊片25连接。但是因为出于考虑基衬材料成本的缘故这些焊片的面积未予限制，在适当的条件下，可以通过规划焊片25的面积使其本身用作天线，这样就为天线连接的问题提供了一个完整的解决办法。

Claims (44)

1、一种表面声波应答器，包括一组与一个压电材料(10)相接触的分支换能器(14)，用于接收一个询问信号的装置，用于把所述询问信号作为一种表面波在所述材料(10)上发射的装置(13)，及用于重发经所述分支换能器调整的所述询问信号的装置(部分示为11，12)，该所述重发装置包括了连接到每个分支换能器(14)的第一和第二信号传导装置(11，12)，每个分支换能器(14)包括第一组电气上相互并联的指和第二组电气上相互并联的指，第一组指与第二组指相叉指，其特征在于，每个换能器(14)的指沿表面声波路径以这样的间隔置位，即来自这些的边缘的表面声波能被消除，而且它们中的每组都可以有选择地连接到所述第一或第二传导装置(11，12)。

2、一种根据权利要求1的应答器，其特征在于每个分支换能器（14）都包括第一和第二传导路径装置（16，17），第一组和第二组指对应连接到所述第一和第二传导路径装置（16，17）。

3、一种根据权利要求2的应答器，其特征在于每个所述传导路径装置（16，17）通过可切断连接装置（18，19）连接到所述第一和第二传导装置上（11，12）。

4、一种根据权利要求3的应答器，其特征在于跨过所述声波路径的每个可切断连接装置（18，19）包括多个并行传导轨道（20），所述传导轨道（20）沿所述声波路径以这样的间隔置位，即来自传导轨道的边缘的表面声波的反射能够被消除。

5、一种根据权利要求4的应答器，其特征在于每个所述连接包括J个传导轨道沿所述声波传导路径以下式确定的间隔置位：

（jn+1）λ/j

其中λ是表面声波的波长，n为0或一个整数。

6、一种根据权利要求5的应答器，其特征在于跨过表面声波的每个可切断连接装置包括多组J个并行传导轨道。

7、一种根据权利要求5的应答器，其特征在于j＝3，n＝0。

8、一种根据权利要求5的应答器，其特征在于j＝3，n＝1。

9、一种根据权利要求3的应答器，其特征在于所述信号传导装置包括一对并行传导轨道，每个分支换能器的所述传导路径装置包括并行传导轨道，所述可切断连接装置包括传导轨道在一个给定传导路径装置和每个所述信号传导装置之间延伸。

10、一种权利要求3所限定的应答器编码方法，包括以下步骤，即选择性地切断所述连接装置以便使给定分支换能器指的第一组连接到从第一和第二信号传导装置中选择一个，并且指的第二组连接到所述信号传导装置中的另一个，由此确定分支换能器与所述传导装置的连接相位。

11、一种根据权利要求1的应答器，其中各分支换能器被放置在标称位置上，以表面声波的路径长度有规则地间隔。

12、一种根据权利要求11的应答器，其中所述分支换能器中的至少一个沿表面声波的传导路径相对于它的标称位置移位。

13、一种根据权利要求11的应答器，其中所述换能器中的至少一个沿表面声波的传导路径相对于其标称路径移位四分之一的表面声波波长。

14、一种由权利要求12或13限定的应答器制作方法，包括以下步骤，在一个基衬上预制一种应答器图案，在每个这类应答器中所选的且都相同的第一个分支换能器，或者说是分支换能器的相同的第一种选择，都按此图案置换并用权利要求10中所限定的方法为每个应答器进行唯一的相位编码;在一个基衬上预制一种应答器图案，在每个这类应答器中所选的且都相同的第二个分支换能器，或者说是分支换能器的相同的第二种选择，都按此图案置换，并用权利要求10中所限定的限定的方法为每个这种具有第二种图案的应答器进行唯一的相位编码。

15、一种根据权利要求1的表面声波应答器，其中每个换能器的指以所述声波波长的三分之一的间隔置放。

16、一种根据权利要求15的应答器，其中所述第一组指与所述第一信号传导装置连接，所述第二组指与所述第二信号传导装置连接，另一特征在于这些指被安置在沿声波传导路径上相邻的组内，每组的指按以下次序排列，第一组的两个，第二组的一个，第一组的一个，第二组的两个。

17、一种根据权利要求16的表面声波应答器，其另一特征在于至少一个所述分支换能器中的一组指被沿表面声波传导路径移位放置，以便与这同一个换能器中的另外一组指反向。

18、一种根据权利要求17的应答器，其中第一组指在表面声波的传导路径上被以（2n+1）λ/2相对所述换能器中的其余指移位放置，此处λ是表面声波的波长。

19、一种根据权利要求18的表面声波应答器，其特征在于所述指组包含的指数是此换能器所有指的四分之一。

20、一种根据权利要求21的表面声波应答器，其中所述位移是λ/2。

21、一种制作表面声波应答器的方法，其中应答器属于由权利要求17到20中任一个限定的种类，这种方法包括以下步骤，在一个基衬上预制一个第一种应答器图案，在每个这类应答器中所选的且都相同的第一个分支换能器的一个所述指组，或者说是分支换能器的相同的第一种选择的一个所述指组都按此图案置换，以及在一个基衬上预制一个第二种应答器图案，在每个这类应答器中所选的且都相同的第二个分支换能器的一个所述指组，或者说是分支换能器的相同的第二种选择的一个所述指组都按此图案置换。

22、一种权利要求17-20所限定的应答器的制造方法，包括以下步骤，在一个基衬上预制一种应答器图案，在每个这类应答器中所选的且都相同的第一个换能器，或者说是一组复式换能器的相同的第一种选择，都按此图案置换，并用权利要求10中所限定的方法为每个应答器进行唯一的相位编码。

23、一种根据权利要求1的表面声波应答器，其中还有另一换能器，与所述分支换能器隔离一已知表面声波路径长度。

24、一种根据权利要求23的表面声波应答器，其特征在于所述另一个换能器的间隔是两个分支换能器之间标称间隔的倍数。

25、一种根据权利要求24的表面声波应答器，其特征在于所述倍数为3。

26、一种制造一组复式表面声波应答器的方法，这些应答器各属于由权利要求1-9、11-13、15-20或23-25中任一权利要求所限定的一种类型，每一个应答器由在一个压电基衬上的金属层构成，这种方法包括以下步骤，将所述金属层加到一个区域上作为单个应答器图案的可复制图案，将一个盖板覆着在所述区域上，然后垂直切割所述盖板和所述基衬，以便分离单个询问器。

27、一种制作一组复式表面声波应答器的方法，这些应答器各属于由权利要求1-9、11-13、15-20或23-25中任一权利要求所限定的一种类型，其中每一个应答器由一个与压电基衬接触的金属层组成，此方法包括以下步骤：在一个区域上生成所述金属层作为单个应答器图案的可复制图案，将一个盖板盖在每一个应答器图案上，然后垂直切割所述基衬以分离单个应答器。

28、一种制作一组复式的各由权利要求1限定的表面声波应答器的方法，其中这些应答器由一个与压电基料接触的金属层组成，此方法包括以下步骤：一个区域上生成所述金属层作为单个应答器图案的可复制图案，将间隔装置施加在金属化基衬上，将一个盖板盖在所述间隔装置上，然后垂直切割所述盖板和所述基衬以分离单个应答器。

29、一种根据权利要求28的方法其中所述间隔装置是围绕每个应答器周围施加的。

30、一种根据权利要求28的方法，其特征在于所述间隔装置包括一种密封剂。

31、一种根据权利要求30的方法，其中所述密封剂是一种粘性密封剂。

32、一种根据权利要求31的方法，其中所述密封剂是一种环氧树脂。

33、一种根据权利要求31的方法，其中所述密封剂是一种玻璃料。

34、一种根据权利要求28的方法，其中每个单个应答器图案在至少其一端包括一个接触区域，并在覆盖盖板之后及垂直切割之前除去所述盖板的边痕以曝露所述接触区域。

35、一种制作一组复式的各由权利要求1限定的表面声波应答器的方法，其中这些应答器由一个与压电基衬接触的金属层组成，此方法包括以下步骤：在一个区域上生成所述金属层作为单个应答器图案的可复制图案，将间隔装置施加在金属化基衬上，将一个盖板盖在该间隔装置上，然后垂直切割所述基衬以分离单个应答器。

36、一种根据权利要求35的方法，其中所述间隔装置是围绕每个应答器周围施加的。

37、一种根据权利要求35的方法，其中所述间隔装置包括一种密封剂。

38、一种根据权利要求37的方法，其中所述密封剂是一种粘性密封剂。

39、一种根据权利要求38的方法，其中所述密封剂是一种环氧树脂。

40、一种根据权利要求38的方法，其中所述密封剂是玻璃料。

41、一种根据权利要求35的方法，其中每个单个应答器图案在至少一端包括一个接触区域，并在覆盖盖板之后及垂直切割之前除去所述盖板的边痕以曝露所述接触区域。

42、一种根据权利要求1的表面声波应答器，其中该应答器包括与一个压电基衬接触的金属层，并且至少在一端具有一个接触区域，在所述金属层上加有一个盖板，盖板具有一个与应答器接触区相对的并延伸其外的接触区域。

43、一种根据权利要求42的应答器，其中在每个应答器接触区和相对的盖板接触区之间提供一种导电密封剂。

44、一种根据权利要求43的应答器，其中所述盖板上的接触区域尺寸的选取应使其能够作为所述应答器的天线。

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