CN201681414U - 一种声表面波射频电子标签 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可现场编程的声表面波射频电子标签，包括：压电基片、一发射叉指换能器和一组分布式反射栅阵，所述的声表面波电子标签的每根反射栅条两端均设有触点，且这些分布式反射栅条之间互不连接；所述的声表面波电子标签还包括与其层叠设置的具有开关功能的集成电路芯片，该集成电路芯片的外接触点和声表面波电子标签的反射栅阵的触点一一对应设置，并通过现场编程控制开关电路，控制分布式反射栅阵的任何两个触点之间的开路与短路连接。本实用新型与现有的集成电路设计相结合，利用现有的集成电路实现的开关阵，改变反射栅阵各个反射栅条的开路和短路，实现声表面波射频电子标签的现场可编程，增强其设计的多功能性和灵活性。
Description
技术领域
本实用新型属于声表面波技术领域，特别涉及一种声表面波射频电子标签，它是采用声表面波(SAW)和集成电路联合实现的射频电子标签(RF-ID tag)。
背景技术
利用声表面波(SAW)技术的电子标签始于上世纪80年代末，近年来声表面波标签的研究成为一个热点。
如图1所示，典型的SAW RFID标签系统包括阅读器(Reader)和射频标签两部分，阅读器经天线发射射频查询脉冲，并接收标签返回的信号，处理后得到阅读范围内的标签信息。SAW标签是一个单口器件，包括标签天线、叉指换能器(IDT)和一系列编码的反射栅。IDT直接与标签的天线连接，接收从阅读器发射来的查询信号，把接收到的信号转换为声表面波。沿基片表面传播的声表面波遇到反射栅阵后会发生反射与透射，在IDT端产生唯一编码的声波脉冲。该脉冲通过IDT转换为射频波发射出去。
由于SAW器件本身工作在射频波段，无源且抗电磁干扰能力强，因此SAW技术实现的电子标签(SAW RF-ID tag)具有一定独特的优势，是对集成电路技术的补充，其主要特点是：根据反射栅结构进行编码设计，易于长编码；读取范围大且可靠，可达数米；可使用在金属和液体产品上；标签芯片与天线匹配简单，制作工艺成本低；不仅能识别静止的物体，还能识别速度高达300千米/小时的高速运动物体；可在高温差、强电磁干扰等恶劣环境下使用。文献一：″Passive coded transponderusing an acoustic-surface-wave delay line″，Electron.Lett.11，pp.163-164(1975)，D.E.N.Davis等在1975年报道了一种延迟线结构SAW RF-ID tag，该结构通过改变反射栅条的反射强度实现编码，实现无线无源识别。但是，该SAW ID-tag的反射栅采用固定的反射栅条，只能在ID-Tag芯片制作时一次性制作，无法大批量廉价生产，牺牲了SAW RF-ID tag的实用性和多功能性。文献二：″Programmable Reflectors forSAW-ID-Tags″，1993ULTRASONICS SYMPOSIUM，pp.125-130，L.Reindl等报道了采用短路栅与开路栅阵实现反射栅的可编程，其原理是根据反射栅在开路和短路的情况下反射系数不同，通过金属连线的方式改变单根反射栅的“短路、开路”特性，实现反射栅阵的可编程。尽管该方法能够在ID-tag芯片制作后、用户使用前采 用金属线连接方式实现可编程，但是存在以下不足：其一，金属连线方式需要专门连接设备；其二，客户不能直接实现现场可编程。因此，该可编程方式制作和使用均比较复杂，不是一种现场可编程方式。
集成电路设计发展至今，出现了可现场编程逻辑器件PLD(Programmable LogicDevice)，用于半定制、全定制电路设计。可现场编程逻辑器件(PLD)不仅包括比较简单的PROM、EPROM、EEPROM，还有中高级PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等多种形式。为满足用户设计要求出现的可现场编程逻辑器件，具有低功耗、高速度、小型化、多功能、低成本、设计灵活，可无限次反复现场编程等优点。它们可以记录写入数据，控制各端口的特性，实现各端口之间的电学连接与断开。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种声表面波射频电子标签，它利用集成电路与声表面波器件所利用的半导体加工工艺相似，可现场编程逻辑器件编程连接技术采用熔丝、反熔丝编程技术、浮栅型电可写紫外线擦出编程技术、SRAM编程技术等，可以实现声表面波电子标签与集成电路两者之间触点(引脚)面积大小一致。即通过现场可编程集成电路裸芯片的触点和反射栅条触点紧密连接，通过改变集成电路内部逻辑，控制声表面波射频电子标签中反射栅阵任意反射栅的短路和开路效应，实现SAW ID-Tag的现场可编程，解决目前SAW ID-tag的不可现场编程问题。
为实现上述实用新型目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
本实用新型的一种声表面波射频电子标签，采用具有可编程开关功能的集成电路(IC)芯片与声表面波射频电子标签芯片直接连接的结构，实现无线电子标签的现场可编程。该声表面波电子标签包括：压电基片、一发射叉指换能器和一组分布式反射栅阵，其特征在于，所述的声表面波电子标签的每根反射栅条两端均设有触点，且这些分布式反射栅条之间互不连接；
所述的声表面波电子标签还包括与其层叠设置的具有开关功能的集成电路芯片，该集成电路芯片的外接触点和声表面波电子标签的反射栅阵的触点一一对应设置，并通过现场编程控制开关电路，控制分布式反射栅阵的任何两个触点之间的开路与短路连接。
作为本实用新型的一种改进，所述的可现场编程的声表面波射频电子标签，集成电路的外接触点和反射栅阵触点通过物理位置一一对应方式键合连接。所述的物 理键合方式包括：导线焊接法、倒装焊或低温键合，可同时起到固定集成电路IC芯片的作用。
作为本实用新型的又一种改进，所述的可现场编程的声表面波射频电子标签，集成电路采用是现场可编程控制开关电路，可以控制任何两个栅阵触点之间的开路与短路连接。集成电路可以根据需要采用一次性写入且不可改写型的电路，或者多次写入且可改写型的电路。
作为本实用新型的再一种改进，所述的声表面波电子标签的压电基片为能激发瑞利波、乐甫波、表面掠波、伪表面波的压电晶体，采用128°YX-LiNbO3、131.5°YX-LiNbO3、YZ-LN、X-112°LiTaO3或X-112°LiTaO3制成。所述的反射栅条的电极材料采用金属制成。作伪优选，所述的反射栅条的电极材料采用金、铜或铝制成。
根据文献二中提出当基片材料采用YZ-LiNOb3时，反射栅在开路、短路情况下反射性质不同的理论，为此，我们针对不同的基片材料(128°YX-LiNbO3，131.5°YX-LiNbO3，YZ-LiNbO3)，制作不同金属电极(铝、铜、金)的情况下，计算了反射栅条的开路反射系数和短路反射系数的大小。结果证明开路和短路情况下，反射系数相差很大。在表1中，给出了三种不同基片材料上制作铝电极，反射栅条电极金属化比为0.5时，开路和短路情况下反射系数的计算结果，其中λ为反射栅周期的2倍，h为金属Al层的厚度。
表1
| 金属AL/基片材料 | 开路 | 短路 |
| 128°YX-LiNbO3 | -0.024-0.75h/λ | -0.024+0.75h/λ |
| 131.5°YX-LiNbO3 | -0.02-0.72h/λ | 0.02-0.56h/λ |
| YZ-LiNbO3 | -0.017+0.14h/λ | 0.018+0.03h/λ |
由表1可以发现，对于以上三种不同基片材料，我们可以选择不同的金属膜厚，使得开路或短路反射系数其中一项为0，另外一项不为0；然后通过反射栅开路、短路的控制，就能实现对反射栅阵不同结构的控制。
本实用新型的优点：本实用新型与现有的集成电路设计相结合，利用现有的集成电路实现的开关阵，改变反射栅阵各个反射栅条的开路和短路，实现对反射栅阵中单根反射栅条系数的灵活控制，进而实现声表面波射频电子标签的可现场编程设计，能够克服现有声表面波射频电子标签不可现场编程的缺点，实现声表面波射频电子标签的多功能性和灵活性，降低SAW ID-tag的成本，实现大规模生产与应用。
附图说明
图1为现有技术的SAW RFID工作原理图；
图2为本实用新型一种可现场编程的声表面波射频电子标签的结构示意图；
图3为本实用新型一种可现场编程的声表面波射频电子标签的平面示意图；
图4为本实用新型声表面波射频电子标签芯片(无集成电路芯片)的平面示意图；
图5为本实用新型集成电路(IC)芯片的底面示意图。
附图标识
1、叉指换能器 2、反射栅阵 3、压电基片
4、集成电路芯片 5、发送天线 6、接收天线
具体实施方式
如图2和3所示，本实用新型一种可现场编程的声表面波射频电子标签，主要包括：集成电路芯片4与声表面波射频电子标签芯片。其中的声表面波射频电子标签通过洗片、镀膜、甩胶、光刻、清洗等工序制作。压电基片3采用128°YX-LiNbO3，叉指电极采用金属铝，中心频率为2400MHz，叉指换能器1、金属反射栅阵2依附在压电基片3上。叉指换能器1采用叉指换能器，反射栅阵2中包含28根反射指条。首先通过集成电路芯片4对反射栅阵2进行结构编码。叉指换能器1接收到询问信号并转化为声表面波信号，该声波信号在基片表面传播。经过反射栅阵2，按照特定的栅阵特性，实现声波信号的反射、延迟等，可以得到一组由栅阵结构控制(栅条数量、位置、SAW的传播和反射特性等)编码的特定的声波信号，再次通过叉指换能器1进行信号转换。
如图4和5所示，本实用新型由集成电路芯片4和声表面波射频电子标签芯片组成。其中，图4为本实施实例所制作的声表面波射频电子标签的平面示意图，虚线框内为反射栅阵2，由含有固定编码信息的反射栅条组成，各个反射栅条两端均有触点。图5为本实施实例所使用的集成电路芯片4的底面示意图。其大小与图4中虚线框大小一致，底面的圆点为该芯片的外接触点，这些接触点与图4中各个反射栅阵触点一一对应，实现集成电路芯片和声表面波射频电子标签芯片物理键合。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种声表面波射频电子标签，该声表面波电子标签包括：压电基片、一发射叉指换能器和一组分布式反射栅阵，其特征在于，所述的声表面波电子标签的每根反射栅条两端均设有触点，且这些分布式反射栅条之间互不连接；
所述的声表面波电子标签还包括与其层叠设置的具有开关功能的集成电路芯片，该集成电路芯片的外接触点和声表面波电子标签的反射栅阵的触点一一对应设置，并通过现场编程控制开关电路，控制分布式反射栅阵的任何两个触点之间的开路与短路连接。
2.根据权利要求1所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的集成电路的外接触点和反射栅阵的触点一一对应，通过物理方式键合连接。
3.根据权利要求2所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的物理键合方式包括：导线焊接法、倒装焊或低温键合。
4.根据权利要求1所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的集成电路采用一次性写入且不可改写型的电路，或采用多次写入且可改写型的电路。
5.根据权利要求1所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的声表面波电子标签的压电基片为能激发瑞利波、乐甫波、表面掠波、伪表面波的压电晶体。
6.根据权利要求5所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的压电基片采用128°YX-LiNbO3、131.5°YX-LiNbO3、YZ-LN、或X-112°LiTaO3制成。
7.根据权利要求1所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的反射栅条的电极材料采用金属制成。
8.根据权利要求7所述的声表面波射频电子标签，其特征在于，所述的反射栅条的电极材料采用金、铜或铝制成。
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| CN107657309A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-02-02 | 成都才智圣有科技有限责任公司 | 一种大数据容量的声表面波射频电子标签 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20101222 Effective date of abandoning: 20091218 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20101222 Effective date of abandoning: 20091218 |
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| RGAV | Abandon patent right to avoid regrant |