CN1160671C - 具有至少一个半导体芯片的平面载体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个半导体芯片的平面载体，它和一个天线相连，用于与一个电子装置交换数据和能量，其中所述天线由两个电导体组成，并且在所述载体上设置一层导电层，它与所述天线的电导体相重叠。通过本发明可实现电子装置和平面载体(脉冲转发器)之间更大的电容耦合度。

Description

具有至少一个半导体芯片的平面载体

技术领域

本发明涉及一种具有至少一个半导体芯片的平面载体，它和一个天线相连，用于与一个电子装置交换数据和能量，其中所述天线由两个电导体组成。

背景技术

这种载体被称为无源冲转发器。以电偶极子形式构成的天线经电容耦合与电子装置交换数据和能量。但是，由一个电容性天线传输的功率受到其耦合电容的限制。所述耦合电容一方面是通过转发器的电容性天线与电子装置的天线的间隔确定的，另一方面是通过(脉冲转发器的)电容性天线的面积确定的。为了实现较高的耦合电容量，脉冲转发器和电子装置之间的间隔应当尽可能小。作为选择或附加的措施，所述电子天线的面积越大，其耦合电容量也增大。

电容性天线的面积是通过所使用的导体的长度和宽度确定的。该面积一方面受到载体尺寸的限制，另一方面受到制造方法的限制。如果制造的材料使用纸，则应在纸张制造过程中，将天线夹在纸内。在这种制造方法中天线的宽度相对较窄，所以电容性天线的面积也相应较小。

这种结构中采用纸作为载体，其电子天线或偶电子极平行于纸的短边布置，参见欧洲专利文献EP 0 905 657 A1公开的内容。在这种具体的实施例中，所述的纸是纸币，其中的半导体芯片与电偶极子相结合，构成了纸币的一种防伪措施。这种用纸制成的载体也可以用于商店中的商品防盗。同时公知的还包括将这种载体用于智能卡的结构层。

将电子天线加宽以扩大天线面积和增大耦合电容量会带来制造方法的改变。这种步骤是与较高的成本联系在一起的。

发明内容

本发明的任务是，提供一种以上所述的转发器，其转发器的电容性天线和电子装置之间的耦合可以得到改进。

根据本发明的具有至少一个半导体芯片的平面载体，它和一个天线相连，用于与一个电子装置交换数据和能量，其中所述天线由两个电导体组成，其特征在于，在所述载体上设置各导电层，该各导电层分别与所述天线的各电导体相重叠。

本发明对以上任务的解决方案中，在所述载体上设置一层导电层，它与所述天线的电导体重叠。因为在纸的表面上设置了一层宽的导电层。而使相对电子装置的有效天线面积扩大了，所以耦合电容量因此而增大。本发明还包括基于上述技术方案的有利构成。

所述两个电导体优选与一层对应的导电层重叠。在一种特别有利的方案中，所述导电层将相应的电导体全部覆盖。所述导电层的面积优选大于对应的电导体的面积，从而在脉冲转发器和电子装置之间实现尽可能高的耦合度。

在一种属于已有技术的装置中，为了实现所述耦合，在转发器的天线电导体和电子装置的天线之间要形成必要的电容。所述耦合电容如上所述是由两个天线的面积和间隔确定的。

通过在载体上设置与转发器天线的电导体重叠的导电层，使得耦合电容由于两个串联连接的电容的“并联连接”而得到扩大。第一个电容是在电导体和导电层之间形成的。其中的耦合电容相对较大，因为导电层和天线电导体之间的间隔很小。该间隔最大等于载体的厚度，例如纸张的厚度。第二个电容是通过导电层和电子装置的天线构成的。因为导电层的面积很大，所以与电子装置之间能实现很大的耦合度。因为导电层相当于一层屏蔽层。所以天线的电导体和电子装置的天线之间的耦合度会减小，然而这种减小不会造成问题，因为耦合电容通过第一和第二电容串联电路的并联连接而大大增加。

所述导电层最好与所述电导体保持直接电接触。这实际上是指平行连接的第一电容达到其最大容量值。这种布置的实现方式是，将导电层直接设置在载体的具有转发器天线电导体的表面上。

在本发明的一种方案中，所述导电层通过一种介电体与所述电导体隔开布置。这种介电体例如可以是载体本身。也就是说，导电层和天线的电导体设置在载体的两个相对布置的大表面上。

在另一种有利的方案中，所述天线电导体与半导体芯片共同埋设在所述载体内。通过该方式可以实现对电导体和半导体芯片的保护，防止其受到机械损坏。

在本发明的一种方案中，所述导电层相对电导体镜像对称布置。导电层最好印刷在载体上，因此其电阻相对较大。所以在第一和第二电容之间存在引线电阻。通过导电层相对电导体的对称布置可将引线电阻保持在较小的程度上。

在本发明的另一种方案中，所述电导体相对半导体芯片对称布置。这表示所述电偶极子具有两个形状相同的电导体。

在本发明的一种优选方案中，所述半导体芯片设置在平面载体的镜像轴线之外。如果平面载体是柔性和可弯曲的，则经常会出现褶皱。实践表明这种褶皱通常出现在载体的中轴线上。如果仅在平面载体的中轴线之一上布置半导体芯片，则半导体芯片有可能因为褶皱而损坏。所以半导体芯片被布置在载体的镜像轴线或中轴线以外，从而防止其损坏以及防止对整个装置的功能干扰。

附图说明

下面对照附图对本发明的优点和构成作进一步的说明。

图1表示已有技术中公知的平面载体的俯视图，

图2a至图2c表示图1所示公知平面载体的不同实施例的剖视图，

图3表示本发明所述平面载体的第一实施例的俯视图，

图4a至图4d表示图3所示平面载体的不同实施例的剖视图，

图5表示本发明所述平面载体的第二实施例的俯视图，

图6表示本发明所述平面载体的第三实施例的俯视图，

图7表示一个转发器和电子装置之间的电容性耦合的等效电路图。

具体实施方式

图1表示一种所述类型的转发器12的俯视图。该转发器12具有一个载体1，其形状呈矩形。与一个短边平行地设置了由一个第一电导体5a和一个第二电导体5b组成的天线。所述电导体5a、5b分别以一端与一个半导体芯片4实现电连接和机械连接。该电导体5a、5b构成一个偶极子。在所示实施例中，载体1具有矩形的形状。载体1的尺寸并不限于这种几何形状。同样也可将载体1制成圆形、椭圆形、方形等形状。

如图2a至图2c所示，载体1具有平面形状。图2a至图2c显示出不同的方案，表示了所述电导体5a、5b连同半导体芯片4在平面载体1上的布置方式。

在图2a中，电导体5a、5b连同半导体芯片4被嵌在载体1中。载体1例如可用塑料制成，其中嵌有天线连同半导体芯片。

在图2b中，载体1由一个第一层2和一个第二层3构成，两层上下重叠。所述电导体5a、5b与半导体芯片4布置在第一层和第二层2、3之间。在电导体和半导体芯片的位置上，所述载体有轻微的隆起。如果第一和第二层2、3的层厚相对电导体5a、5b和半导体芯片4的尺寸较大，则所述隆起相对于载体的主表面是很小的。

图2c表示图1所示的穿过公知转发器短边的剖视图。如图2b所示，载体1由第一和第二层2、3构成，在两者之间设置有电导体5a、5b和半导体芯片4。如图2c所示，所述第一和第二电导体5a、5b之间并没有导电连接。面对载体内部的电导体5a、5b的端部分别与半导体芯片4的一个电触点连接。所述电导体5a、5b朝外的端部在所述实施例中一直延伸到载体1的侧边缘。

转发器12和(未画出的)电子装置的电耦合一方面是由转发器和电子装置之间的间隔实现的，另一方面是由天线的面积实现的，所述天线由电导体5a、5b构成。天线的面积由所述电导体的宽度确定，该宽度通常是由制造方法决定的，天线面积的另一个因素是电导体的长度，它是由载体1的尺寸决定的。所述转发器12和电子装置之间的良好电容性耦合的实现条件是，所述间隔不超过某个特定的数值。

以上缺点可以通过本发明得到避免。图3表示的是本发明第一实施例的俯视图。其中的转发器12也具有一个平面载体1，它具有一个平行于载体1短边的天线，该天线由电导体5a、5b组成。为了提高电容合度，在一个第一主表面9上设置导电层6a、6b。相应于由电导体5a、5b组成的天线结构也设置两层导电层6a、6b，它们分别与电导体5a、5b相对应。所述导电层6a、6b与所述电导体5a、5b重叠布置。如图3所示，所述导电层6a、6b是与电导体5a、5b对称布置的。在图3中，所述电导体5a、5b并不完全与导电层6a、6b重叠。因为这不是必要的，只要导电层6a、6b具有合适大小的面积即可。

和该结构不同的是，图5所示的第二实施例中所述导电层6a、6b将电导体5a、5b完覆盖。

在载体1上可以印刷出高电阻层。该层优选采用无色透明的形式，以免影响载体1的外观。因为平面载体在已有技术中通常需要印刷，例如印上公司徽标或者号码和图案，所以制造方法不得有任何改变，因为高电阻层的印刷过程是与表面的印刷一块儿进行的。

图4a至图4d表示的是本发明所述平面载体不同实施例的剖视图。在图4a中，平面载体1例如用塑料制成，在其内部埋入半导体芯片4和电导体5a、5b。所述导电层6a、6b设置在平面载体1的第一主平面9上。从图中可以看出，所述导电层6a、6b和电导体5a、5b相互重叠在一起。所述电导体5a、5b和导电层之间由间隔隔开。因此平面载体1构成了由电导体和导电层构成的电容的两个“电极”之间的介电层。因为导电层和电导体之间的间隔很小，所以能实现很大的耦合电容。

进一步加大耦合电容的方式是，如图4b所示，使所述电导体5a、5b一直延伸到第一主平面9。在这种情况中，所述导电层6a、6b可直接与电导体5a、5b实现电接触。在这种情况下的耦合也达到最大值。所述平面载体1也可以如图4c所示，由一个第一层和一个第二层2、3组成，在两者之间设置由半导体芯片4和电导体5a、5b组成的构造。在平面载体1的第一主平面9上也设置所述导电层6a、6b。

图4d表示本发明所述方案的另一个实施例，它是穿过转发器12的短边的剖视图。平面载体1例如由塑料制成，在其第一主平面9上设置一个凹槽14。在该凹槽14内埋设半导体芯片4。所述电导体5a、5b靠在载体1的第一主平面9上。与其实现直接接触的是导电层6a、6b。该导电层与电导体5a、5b完全重叠。为避免机械损坏，所述转发器12具有一层覆盖层11，它设置在导电层、电导体和半导体芯片4构成的结构之上。

图6表示的是第三实施例，它与上述实施例的区别是，半导体芯片、电导体5a、5b和导电层6a、6b组成的结构按以下方式设置在平面载体1上，即半导体芯片4没有处在对称轴线7和8上。这样可保证平面载体被折叠时，特别是用纸制成的载体被折叠时不会损坏半导体芯片。

图7表示的是本发明所述由转发器12和电子装置13构成的设备的等效电路图，下面对其原理加以说明。所述转发器12的等效电路图的简化构成是，由一个电容27和一个电阻20组成并联电路。所述转发器12和电子装置13之间的数据和能量交换在所示等效电路图中没有详细描述，但它是采用电容方式实现的。标号21和22表示电容，它们设置在电子装置13和构成转发器12电偶极子的电导体5a、5b之间。标号23和24也是电容，它们设置在电子装置13的天线和印刷上的导电层6a、6b之间。标号25和26表示的电容位于导电层6a、6b和转发器12的电导体5a、5b之间。电容23、25与电容21并联连接。而电容24和26也与电容22相应连接。由于印刷上的导电层6a、6b的屏蔽作用，电容21和22的容量减小。这种减小可通过附加的电容23、25和24、26得到完全补偿。设在电子装置13的天线和导电层6a、6b之间的电容23、24由于导电层的面积较大而具有较大的容量。位于导电层和电导体之间的电容25和26也具有较大容量，因为导电层距离相应的电导体5a、5b的间隔很小。在极端情况中，该间隔等于载体1厚度的一半。

通过本明提供了一种简单的和低成本的转发器，它和已有技术相比具有更大的耦合电容量。所以该转发器可以在更大的距离范围内工作。

Claims (11)

1.具有至少一个半导体芯片(4)的平面载体(1)，它和一个天线(5a，5b)相连，用于与一个电子装置(13)交换数据和能量，其中所述天线由两个电导体(5a，5b)组成，其特征在于，在所述载体(1)上设置各导电层(6a，6b)，该各导电层分别与所述天线的各电导体(5a，5b)相重叠。

2.如权利要求1所述的载体，其特征在于，所述导电层(6a，6b)将相应的电导体全部覆盖。

3.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述导电层(6a，6b)通过一种介电体与所述电导体(5a，5b)隔开布置。

4.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述电导体(5a，5b)与半导体芯片(4)共同埋设在所述载体(1)内。

5.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述电导体(5a，5b)设置在载体(1)的一个第一主表面(9)上。

6.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述导电层(6a，6b)与所述电导体(5a，5b)保持直接电接触。

7.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述导电层(6a，6b)相对电导体(5a，5b)镜像对称布置。

8.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述电导体(5a，5b)相对半导体芯片对称布置。

9.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述半导体芯片(4)设置在载体(1)的镜像轴线之外。

10.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述载体(1)由纸制成。

11.如权利要求1或2所述的载体，其特征在于，所述导电层(6a，6b)的面积大于对应的电导体(5a，5b)的面积。

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