WO2000025263A1 - Transponder device with an electromagnetic disturbance field protection device - Google Patents

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WO2000025263A1
WO2000025263A1 PCT/EP1999/007533 EP9907533W WO0025263A1 WO 2000025263 A1 WO2000025263 A1 WO 2000025263A1 EP 9907533 W EP9907533 W EP 9907533W WO 0025263 A1 WO0025263 A1 WO 0025263A1
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WO
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transponder
metallization
transponder device
layer
antenna
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PCT/EP1999/007533
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Andreas Plettner
Karl Haberger
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Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card

Definitions

  • the present invention relates to a transponder device with a device for protection against electromagnetic interference fields, and in particular to a transponder device which has a circuit chip which is applied to a carrier substrate on which antenna metallization is provided.
  • transponders Since the development of extremely energy-saving circuit technologies, for example using CMOS technology, only very small amounts of energy are required for the execution of logic functions. This enables the implementation of so-called transponders, the physical basis of which is contactless energy and data transmission. Since the introduction of planar technology, it has been known that only the uppermost area of the semiconducting silicon substrate is relevant and required for integrated circuits. The combination of transponder technology and planar technology leads to extremely thin transponder circuits that can be embedded in environmentally compatible carrier materials such as paper or plastic. Because of the small thickness, stickers, cards, labels, etc. that can be produced with the usual methods of paper technology can be realized, which on the outside hardly differ from conventional labels that have no integrated transponder circuit. Due to the mechanical compatibility, parallel use of conventional labels and transponder labels is possible. Fields of application for such labels are, for example, tickets, luggage labels, identification systems and, in general, "electronic paper".
  • transponders in contactless chip cards, which usually communicate by means of high frequency. ren. This is preferably done by inductive coupling to a read or write-read device.
  • the reading or The read / write device generated field generates a high-frequency voltage in the receiving coil of the transponder, which is rectified on the one hand for internal voltage generation on the chip and on the other hand is used for signal transmission due to its phase or frequency position.
  • the data is retransmitted from the transponder to the read or write-read device via damping modulation of the high-frequency field.
  • an additional high-frequency transmitter can be provided, which obtains its energy from the high-frequency field of the read or write-read device.
  • a non-volatile memory for example a ROM, an EEPROM or a FRAM, is provided on the module, while telemetry systems have one or more sensors instead of or in parallel with them.
  • the antenna can be capacitively coupled to the read or write-read device, but in most cases it is inductively coupled to the same.
  • Inductive antennas generally consist of flat coils, the area of which is approximately 40 cm 2 , with a chip card format ISO 7810ff, or less.
  • various postal high-frequency determinations must be observed, which in addition to the usable frequency bands also primarily define the upper limit of the radiation power. However, these upper limits apply only to a limited extent in technical systems and shielded areas. This also applies to reading devices and, above all, to writing devices in which the chip card is inserted into a reading slot which is used, among other things, for high-frequency encapsulation.
  • Other examples of application areas in which a Hochfrequenzkapselung exists "for example, metal-shielded baggage sorting tunnel.
  • Transponders of the type described above must be very sensitive in order to transmit over a sufficient range. to be able to achieve wide.
  • the transponder must also be able to process large field strengths, such as those that occur in a quasi-contact with a reading or writing device.
  • large field strengths such as those that occur in a quasi-contact with a reading or writing device.
  • ESD electrostatic discharge
  • ESD load can be generated, for example, by start-up currents on electrical trains, radar pulses in the airport area or strong radio transmitters or directional emitters.
  • an electrostatic discharge can be caused by lightning strikes, flashovers in the area or an electrostatic charge.
  • ESD exposure during manufacture can be caused by high frequency transmitters in the manufacturing equipment, e.g. through various measuring processes or in extreme cases through microwave drying.
  • An electrostatic charge during production can also be generated during the processing of transponders embedded in plastic or paper from rolls.
  • ESD protection devices for contactless chip cards which consist in the integration of antiparallel diode paths between the inputs or between the input and supply voltage of the integrated circuit of the chip card.
  • Components or component combinations with a strongly non-linear current-voltage characteristic curve that derive the overvoltage are used in general.
  • the dissipated energy can be the current can be conducted or temporarily stored in a capacitor.
  • DE 19614914 AI relates to a transponder arrangement in which reliable protection against damage from electrostatic charging is to be implemented without complex protective circuitry of the transponder circuit.
  • a film made of a high-resistance conductive material is provided, with which the circuit is coated at least in areas lying between contact points of the circuit.
  • This high-impedance conductive material should be so good that electrostatic charging is reliably avoided, but on the other hand it should be so high-resistance that the antenna useful signals are not significantly affected. to be pregnant.
  • GB 2235609 A also describes an arrangement for deactivating the resonance circuit of an electronic label.
  • the electronic label described in this document has no circuit chip that would have to be protected against ESD discharge, since the label only has a resonance circuit consisting of a coil.
  • GB 2235609 A teaches the provision of a non-conductor, which is mixed with copper powder, over the coil lines, so that a thermal breakdown can be brought about by the supply of high energy, which will cause the original non- Leader makes you conductive.
  • the coil turns are short-circuited, so that the coil can no longer resonate, which causes the resonant circuit to be permanently deactivated.
  • this document only teaches to separate the deactivator strip into spaced sections.
  • the object of the present invention is therefore to provide the most effective and simple possible way of realizing ESD protection for a transponder device.
  • the present invention provides a transponder device that includes a circuit chip that includes an integrated circuit that defines a transponder circuit.
  • the circuit chip is placed on a carrier substrate. brought.
  • the protective device is formed by a semiconducting layer applied to the carrier substrate, which forms a diode-like connection at least between a section of the antenna metallization adjacent to the first connection end and a section of the antenna metallization adjacent to the second connection end.
  • the present invention realizes protective structures for an inductive or capacitive transponder, the protective structure not being based on the integrated circuit, i.e. the circuit chip, but is attached externally to the peripheral antenna circuit serving for energy supply and data transmission.
  • the present invention includes both inductive and capacitive transponders.
  • Protective structures are preferably one or more components which have a unidirectional or bidirectional threshold voltage, which is essentially defined by the metallurgy and / or the production process and via which a significantly increased current conductivity is used.
  • the protective elements can be arranged over a large area over a plurality of turns or, when using coil metallization, both coil ends. These protective elements can thus be implemented on a thin semiconductor substrate manufactured using simple silicon technology and can be randomly connected to the coil without special adjustment.
  • the protective elements can be produced, for example, using methods known from thin-film transistor technology using low-temperature processes.
  • a semiconducting layer serves as Protective device.
  • a II-VI compound such as zinc oxide, can be used as the semiconducting protective layer.
  • an electrically conductive, organic polymer can be used as the protective layer.
  • the contact layers, diffusion barriers or adhesive layers required for the electrical coupling of the protective layers are applied between the antenna material and the respective protective layer.
  • a copper oxide layer can moreover preferably be formed on the copper metallization, which then serves as a semiconducting material for an ESD fuse.
  • Such copper oxide can also be produced if a copper-coated aluminum is used as the coil material.
  • Suitable materials for this are copper-chalcogenide compounds, for example CU2O, CuS, CuSe, CuTe and in particular CuInSe2 or CuGa x In x _jSe 2 known from solar cell technology.
  • a further metallization can preferably be provided over the semiconducting layer in order to implement the protective device.
  • this metallization can be formed by a bridging metallization which is present in any case when a coil is used. As a result, even less effort is required to implement the ESD protection device.
  • a coating with inductance-increasing properties can be deposited on the coil metallization in order to dampen voltage peaks that occur during transient current increases.
  • the present invention provides a series of 'benefits.
  • the protective structures according to the invention can be implemented using relatively simple methods, especially also using imprecise layer deposition methods.
  • the protective elements can also be manufactured as an integral part of the antenna-carrying substrate, regardless of the chip production. The present invention thus enables greater flexibility with regard to the use of other chips or a redesign.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a transponder device in which the present invention can be implemented
  • 3A, 3B and 3C are schematic representations for explaining an embodiment of the invention.
  • 5A and 5B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a further embodiment of the invention.
  • the circuit 1 shows a transponder device in which a circuit chip 2 is arranged in a recess in a carrier substrate 4.
  • the circuit chip 2 has two Pads 6 and 8 on.
  • An antenna metallization 10 in the form of a coil is provided on the carrier substrate 4.
  • the antenna metallization 10 has a first connection end 12 and a second connection end 14.
  • the first connection end 12 is connected to the first connection surface 6 of the circuit chip 2 via a connection metallization 16.
  • the second connection end 14 is connected via a bridging metallization 18 to the second connection end 8 of the circuit chip 2.
  • An insulation layer 20 is provided between the connection metallization 16 and the circuit chip 2 or the carrier substrate 4, which is optional, ie may be absent if isolation of the connection metallization 16 from the circuit chip 2 is not required.
  • the bridging metallization 18, however, must be insulated from the coil turns 22 arranged below it. This is done by an insulation layer 24.
  • aluminum or copper is preferably used as the material.
  • a typical flat coil consists of an approx. 5 ⁇ m thick, structured copper with a conductor track width of 0.3 to 1 mm. The mutual spacing of the conductor tracks is also in a range from 0.3 to 1 mm.
  • a coil metallization 30 is shown in a spiral shape in FIG. 2, but this spiral shape is in no way a limitation. It is essential that the coil metallization 30 is attached to the carrier substrate of a transponder device.
  • Protective devices 32 are now provided between turns of the coil metallization 30, which have a defined unidirectional or bidirectional threshold voltage over which a significant lent increased current conductivity. For this purpose, diodes are preferably used as protective devices.
  • each protection device 32 consists of a pair of antiparallel connected diodes 34 and 36.
  • the protection devices 32 are provided at least between areas that are adjacent to the ends of the coil metallization.
  • protective devices can also be provided between individual turns and in principle also between all turns.
  • Coil production or generally can be realized in the manufacture of the transponder.
  • a first possibility is to glue on silicon diodes manufactured separately and with simple means, which are connected electrically to the metal of the coil turns by means of a conductive adhesive.
  • large-area diodes can be realized in preferably thin silicon and can be placed over the turns and electrically connected by means of a likewise undemanding, because relatively imprecise contacting technology.
  • narrow silicon ribbons with a width of 500 to 1000 ⁇ m can be produced, in which a large number of diode paths with periodic / grid-like contacts are contained, the contacts having a diameter of 30 to 100 ⁇ m, for example.
  • Such silicon tapes can be placed over the turns without complex adjustment and connected to the metal of the flat coil turns using a conductive adhesive or an anisotropic conductive adhesive.
  • One or more of the diode paths then establish a connection which is conductive from the forward voltage onwards and which causes a voltage rise through the configuration of the diode arrangement, ie the number of antiparallel diodes per Distance, defined threshold voltage prevented.
  • a further electronic component in the form of the diodes or the diode grid is necessary.
  • these diode arrangements can be manufactured with very little effort, comparatively little precision and with a few mask steps.
  • the diode-like connections can be implemented according to the invention by applying a semiconducting layer at least to areas of the antenna metallization.
  • a further metallization layer can then preferably be provided over the semiconducting layer.
  • this semiconducting layer can be realized by sputtering silicon onto the substrate carrying the flat coil.
  • the silicon deposited by sputtering or by other processes is microcrystalline or amorphous.
  • the crystallite size and thus the electron conductivity can be increased by transient laser irradiation.
  • such a semiconductor layer can be used as a protective device with a diode-like effect.
  • FIG. 3A An example of such a protective device is shown in FIG. 3A.
  • a semiconducting layer 50 is applied over the right half of a coil metallization 38 arranged on a carrier substrate 40. If the individual “ conductor tracks of the coil metallization 38 are at a sufficiently small distance from one another, for example less than 100 ⁇ m, the semiconducting material of the semiconducting layer 50 arranged between the individual conductor tracks can already be cause a diode-like connection between the individual conductor tracks. This case is illustrated in FIG. 3B, in which a cross-sectional representation of the area shown at 52 in FIG. 3A is illustrated.
  • 3C shows the case in which the individual conductor tracks of the coil metallization are spaced apart from one another such that a diode-like connection is no longer possible due to the semiconducting material arranged between them.
  • a metal layer 54 is provided over the semiconducting layer 50, so that diode-like connections are effected in each case between the lower surface of the metal layer 54 and the upper side of the individual conductor tracks of the coil metallization 38.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment in order to illustrate the area in which a semiconducting material can be applied to the coil metallization 38.
  • a layer 60 made of a semiconducting material is arranged only in a region between the two connection ends 62 and 64 of the coil metallization 38.
  • this semiconducting material 60 can now implement a direct diode-like connection or, together with a metal layer which is applied to the semiconducting material, can be effective as such.
  • thin film transistor techniques being particularly suitable for realizing such pn junctions.
  • Such thin-film transistor techniques are known in particular in connection with AM-FPD (Activ Matrix Fiat Panel Display), where the lowest possible maximum process temperatures are important.
  • diodes which represent the protective devices, can be produced in a layer of silicon or another semiconductor applied to the substrate carrying the antenna.
  • the semiconducting Layer consist of zinc oxide.
  • the semiconducting effect of zinc oxide is based on the field-dependent formation or displacement of space charge zones at the internal limits of the microcrystalline structure of the suitably deposited zinc oxide, ZnO. Above a defined field strength or a defined voltage drop between the grain boundaries of the microcrystalline ZnO compound, it begins to become conductive. This effect is used, for example, in overvoltage protection components or varistors.
  • a ZnO layer which can be electrically connected to the windings or at least to the ends of the coil and which can dissipate overvoltages can now be deposited over suitable areas of the flat coil on the carrier substrate. This layer can also be doped.
  • this ZnO layer alone can be sufficient as a protective device.
  • a metal layer can again be arranged over the ZnO layer.
  • the semiconducting layer can also be realized by an organic semiconductor, which is arranged between or above the turns of the flat coil. Such semiconducting polymers can also be used as a surge-dissipating, short-circuit protective layer.
  • organic semiconductors that is, the conductivity and charge carrier mobility, for logic and amplifier circuits are not adequate, but can be used for large-scale applications, as they represent the 'protection diodes at the "inventive protective device can be utilized.
  • the organic semiconducting materials are advantageous in that they can be applied using undemanding printing processes or similar coating methods. nen.
  • the metallurgical conditions of the coil material can be exploited if copper is used as the coil material.
  • copper is used as the coil material.
  • This is preferably laminated on or evaporated in vacuo.
  • vapor-deposited copper can be applied in metallurgically high-purity, thin layers of high uniformity to substrates with a smooth surface, for example consisting of polyester or polyimide, but also to paper.
  • copper oxide (CU2O, "Kupferoxydul") has semiconducting properties, with extremely thin Cu2 ⁇ layers previously used for rectifying purposes.
  • other compounds between copper and chalcogenides are more suitable, in particular those in which oxygen is replaced by the chemically analogous selenium.
  • almost stoichiometric CuInSe2 can now be generated in the layer closest to the surface when the copper is vapor-deposited.
  • a multi-jet evaporator process can be used, for example, in which, after the copper layer has actually been evaporated, a thin InSe or InGaSe layer is vapor-deposited or deposited from CVD sources without the vacuum being interrupted.
  • Such methods are known from the manufacture of CIS solar cells. These processes are used to produce the semiconducting CIS material for efficient microcrystalline solar cells.
  • the requirements for the use of solar cells are much higher, since a high crystallite quality and size is necessary to achieve a long charge carrier life and thus an efficient energy conversion.
  • the copper metallization conductor tracks can be coated with CIS to form a protective device. Then preferably another copper layer is deposited, which represents the cathode of the diode of the protective device.
  • a poor pn transition takes place either during the vapor deposition process, in which the evaporation enthalpy releases local heating.
  • a separate transient temperature treatment is carried out using light or laser. It is not necessary to go into further detail here about the processes known from CIS solar cell technology. It should be noted, however, that CIS technology strives to achieve the longest possible minority carrier lifespan for the most efficient separation of the charge carriers generated by the light irradiation. In the application according to the invention, this service life is comparatively unimportant, since a short charge carrier service life rather accelerates the protective effect by faster switching of the diode.
  • FIG. 5A shows a schematic plan view of a section of the transponder device, a circuit chip 100 having connection areas 102 and 104, which is arranged on or partially in a carrier substrate 106 (FIG. 5B), being shown.
  • a coil metallization 108 is arranged on the carrier substrate 106, a first connection end 110 of the coil metallization being connected to the first connection surface 102 of the circuit chip 100 via a connection metallization 112.
  • a second connection end 114 of the coil metallization 108 is connected to the second connection 104 of the circuit chip 100 via a bridging metallization 116.
  • the bridging metallization 116 By means of the bridging metallization 116, the coil windings lying between the circuit chip 100 and the second connection end 114 must be bridged.
  • a semiconducting material 118 is now arranged between the bridged turns and the bridging metallization 116, so that, in accordance with the exemplary embodiment described with reference to FIG. 3C, a protective device is implemented by producing diode-like connections between the bridged conductor tracks and the bridging metallization 116. If an overvoltage occurs, these diode-like connections become conductive, so that such an overvoltage is not present at the terminals 102 and 104 of the circuit chip 100, but is dissipated.
  • the diode-like connections according to the present invention for example, essentially act between two adjacent conductor tracks.
  • the parasitic damping capacitance of the diode path can be adapted within limits to the electrical requirements by the area of the layer covering and the material quality.
  • the protective device can be advantageous to coat the coil metallization in areas or even over the entire area on one or both sides with a material of high magnetic permeability, in order to thereby delay transient current increases due to such an inductance-increasing coating and thus occur To dampen voltage peaks.
  • a material of high magnetic permeability in order to thereby delay transient current increases due to such an inductance-increasing coating and thus occur To dampen voltage peaks.
  • the present invention can also be used with transponders that use a dipole as an antenna.
  • the protective layer is of the dipole capacitance and / or electrically contacted between the feed points of the dipole.

Abstract

A transponder device comprising a chip with an integrated circuit, defining a transponder circuit. The chip is applied to a carrier substrate (40). An antenna with a metallic coating (38), possessing a first connection end and a second connection end, is joined to the connections of the chip (38) and is arranged on the carrier substrate (40) for the provision of energy and transmission of data. A protection device (50;54) that protects the transponder circuit against electromagnetic disturbance fields is also arranged on the carrier substrate (40). The protection device (50,54) is formed by a semiconductor layer (50) that is applied to the carrier substrate (40) and creates a diode-type connection at least between one section of the metal coating of the antenna that is adjacent to the first connection end and a section of the metal coating (38) of the antenna that is adjacent to the second connection end.

Description

Transpondervorrichtung mit Einrichtung zum Schutz vor elektromagnetischen Störfeldern Transponder device with device for protection against electromagnetic interference fields
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Transpondervorrichtung mit einer Einrichtung zum Schutz vor elektromagnetischen Störfeldern und insbesondere eine Transpondervorrichtung, die einen Schaltungschip aufweist, der auf einem Trägersubstrat, auf dem eine Antennenmetallisierung vorgesehen ist, aufgebracht ist.The present invention relates to a transponder device with a device for protection against electromagnetic interference fields, and in particular to a transponder device which has a circuit chip which is applied to a carrier substrate on which antenna metallization is provided.
Seit der Entwicklung extrem energiesparender Schaltungstechniken, beispielsweise unter Verwendung der CMOS-Technologie, sind für die Ausführung von logischen Funktionen nur sehr geringe Energiemengen nötig. Dies ermöglicht die Realisierung sogenannter Transponder, deren physikalische Grundlage die kontaktlose Energie- und Daten-Übertragung ist. Seit der Einführung der Planartechnik ist bekannt, daß für integrierte Schaltkreise lediglich der oberste Bereich des halbleitenden Siliziumsubstrats relevant und erforderlich ist. Die Kombination von Transpondertechnik und Planartechnik führt zu extrem dünnen Transponderschaltkreisen, die in umweltverträgliche Trägermaterialien, wie Papier oder Kunststoff, eingebettet werden können. Aufgrund der geringen Dicke sind mit den üblichen Verfahren der Papiertechnik herstellbare Aufkleber, Karten, Etiketten, usw. realisierbar, die sich rein äußerlich kaum von herkömmlichen Etiketten, die keine integrierte Transponderschaltung aufweisen, unterscheiden. Aufgrund der mechanischen Kompatibilität ist eine parallele Verwendung von konventionellen Etiketten und Transponder- etiketten möglich. Einsatzgebiete für solche Etiketten sind beispielsweise Tickets, Gepäckaufkleber, Identifikationssysteme und ganz allgemein "elektronisches Papier".Since the development of extremely energy-saving circuit technologies, for example using CMOS technology, only very small amounts of energy are required for the execution of logic functions. This enables the implementation of so-called transponders, the physical basis of which is contactless energy and data transmission. Since the introduction of planar technology, it has been known that only the uppermost area of the semiconducting silicon substrate is relevant and required for integrated circuits. The combination of transponder technology and planar technology leads to extremely thin transponder circuits that can be embedded in environmentally compatible carrier materials such as paper or plastic. Because of the small thickness, stickers, cards, labels, etc. that can be produced with the usual methods of paper technology can be realized, which on the outside hardly differ from conventional labels that have no integrated transponder circuit. Due to the mechanical compatibility, parallel use of conventional labels and transponder labels is possible. Fields of application for such labels are, for example, tickets, luggage labels, identification systems and, in general, "electronic paper".
Es ist bekannt, in kontaktlosen Chipkarten Transponder einzusetzen, die üblicherweise mittels Hochfrequenz kommunizie- ren. Dies geschieht vorzugsweise durch eine induktive An- kopplung an ein Lese- bzw. Schreib-Lese-Gerät. Das vom Lesebzw. Schreib-Lese-Gerät generierte Feld erzeugt in der Empfangsspule des Transponders eine Hochfrequenzspannung, die einerseits zur internen Spannungserzeugung auf dem Chip gleichgerichtet wird und andererseits durch ihre Phasenoder Frequenz-Lage zur Signalübertragung dient. Die Rückübertragung der Daten vom Transponder zum Lese- bzw. Schreib-Lese-Gerät erfolgt in den meisten Fällen über eine Dämpfungsmodulation des Hochfrequenzfeldes. Bei "aktiven" Ausführungen kann ein zusätzlicher Hochfrequenzsender vorgesehen sein, der seine Energie aus dem Hochfrequenzfeld des Lese- bzw. Schreib-Lese-Geräts gewinnt. Bei reinen Identifikationssystemen ist ein nichtflüchtiger Speicher, beispielsweise ein ROM, ein EEPROM oder ein FRAM, auf dem Baustein vorgesehen, während Telemetriesysteme statt des Speichers oder auch parallel dazu einen oder mehrere Sensoren aufweisen.It is known to use transponders in contactless chip cards, which usually communicate by means of high frequency. ren. This is preferably done by inductive coupling to a read or write-read device. The reading or The read / write device generated field generates a high-frequency voltage in the receiving coil of the transponder, which is rectified on the one hand for internal voltage generation on the chip and on the other hand is used for signal transmission due to its phase or frequency position. In most cases, the data is retransmitted from the transponder to the read or write-read device via damping modulation of the high-frequency field. In "active" versions, an additional high-frequency transmitter can be provided, which obtains its energy from the high-frequency field of the read or write-read device. In the case of pure identification systems, a non-volatile memory, for example a ROM, an EEPROM or a FRAM, is provided on the module, while telemetry systems have one or more sensors instead of or in parallel with them.
Die Antenne kann kapazitiv mit dem Lese- bzw. Schreib-Lese- Gerät gekoppelt sein, ist jedoch in den meisten Fällen induktiv mit demselben gekoppelt. Induktive Antennen bestehen in aller Regel aus Flachspulen, deren Fläche etwa 40 cm2, bei einem Chipkartenformat ISO 7810ff, oder auch weniger beträgt. Für die Hochfrequenzübertragung sind verschiedene postalische Hochfrequenzbestimmungen zu beachten, die neben den benutzbaren Frequenzbändern vor allem auch die Obergrenze der Strahlungsleistung definieren. In technischen Anlagen und abgeschirmten Bereichen gelten diese Obergrenzen jedoch nur begrenzt. Dies gilt auch für Lesegeräte und vor allem auch für Schreibgeräte, bei denen die Chipkarte in einen Leseschlitz eingeführt wird, der unter anderem der Hochfrequenzkapselung dient. Weitere Beispiele für Anwendungsgebiete, bei denen eine Hochfrequenzkapselung vorliegt," sind beispielsweise metallisch geschirmte Gepäck-Sortier-Tunnel.The antenna can be capacitively coupled to the read or write-read device, but in most cases it is inductively coupled to the same. Inductive antennas generally consist of flat coils, the area of which is approximately 40 cm 2 , with a chip card format ISO 7810ff, or less. For the high-frequency transmission, various postal high-frequency determinations must be observed, which in addition to the usable frequency bands also primarily define the upper limit of the radiation power. However, these upper limits apply only to a limited extent in technical systems and shielded areas. This also applies to reading devices and, above all, to writing devices in which the chip card is inserted into a reading slot which is used, among other things, for high-frequency encapsulation. Other examples of application areas in which a Hochfrequenzkapselung exists, "for example, metal-shielded baggage sorting tunnel.
Transponder der oben beschriebenen Art müssen sehr empfindlich sein, um eine Übertragung über eine ausreichende Reich- weite erzielen zu können. Andererseits muß der Transponder jedoch auch große Feldstärken verarbeiten können, wie sie bei einem Quasi-Kontakt mit einem Lese- oder Schreib-Gerät auftreten. Somit ergeben sich trotz einer entsprechenden Auslegung der Basisstation bzw. Anpassungsregelungen derselben sehr große Pegeldifferenzen von weit über 100 dB, die verarbeitet werden können. Diese Anforderungen werden in den kommenden Jahren dadurch verstärkt, daß Transponder mit Schaltkreisen entwickelt werden, die mit ultrageringer Leistung arbeiten, die eine Arbeitsspannung von nur noch 1,7 V verwenden.Transponders of the type described above must be very sensitive in order to transmit over a sufficient range. to be able to achieve wide. On the other hand, however, the transponder must also be able to process large field strengths, such as those that occur in a quasi-contact with a reading or writing device. Thus, despite a corresponding design of the base station or adaptation regulations of the same, there are very large level differences of well over 100 dB that can be processed. These requirements will be increased in the coming years by the development of transponders with circuits that work with ultra-low power, which use a working voltage of only 1.7 V.
Neben der stark schwankenden Feldstärke der Basisstation muß der Transponder insbesondere auch gegen transiente elektromagnetische Störfelder, d.h. ESD-Belastungen (ESD = electro- static discharge = elektrostatische Entladung) geschützt werden. Eine solche ESD-Belastung kann beispielsweise durch Anfahrströme bei elektrischen Bahnen, Radarpulse im Flughafenbereich oder starke Rundfunksender bzw. Richtstrahler erzeugt werden. Überdies kann eine elektrostatische Entladung durch Blitzschläge, Überschläge in der Umgebung oder eine elektrostatische Aufladung bewirkt werden. Darüberhinaus kann eine ESD-Belastung während der Herstellung durch Hochfrequenzsender in den Herstellungsgeräten bewirkt werden, z.B. durch verschiedene Meßvorgänge oder im Extremfall durch eine Mikrowellentrocknung. Eine elektrostatische Aufladung bei der Fertigung kann ferner bei der Abwicklung von in Kunststoff oder Papier eingebetteten Transpondern von Rollen erzeugt werden.In addition to the strongly fluctuating field strength of the base station, the transponder must in particular also against transient electromagnetic interference fields, i.e. ESD loads (ESD = electrostatic discharge) are protected. Such an ESD load can be generated, for example, by start-up currents on electrical trains, radar pulses in the airport area or strong radio transmitters or directional emitters. In addition, an electrostatic discharge can be caused by lightning strikes, flashovers in the area or an electrostatic charge. Furthermore, ESD exposure during manufacture can be caused by high frequency transmitters in the manufacturing equipment, e.g. through various measuring processes or in extreme cases through microwave drying. An electrostatic charge during production can also be generated during the processing of transponders embedded in plastic or paper from rolls.
Es ist bekannt, ESD-Schutzvorrichtungen bei kontaktlosen Chipkarten vorzusehen, die in der Integration von antiparallelen Diodenstrecken zwischen den Eingängen oder zwischen Eingang und Versorgungsspannung der integrierten Schaltung der Chipkarte bestehen. Dabei werden ganz allgemein Bauelemente oder Bauelemente-Kombinationen mit einer stark nichtlinearen Strom-Spannungskennlinie eingesetzt, die die Überspannung ableiten. Die abgeleitete Energie kann in einen Wi- derstand geleitet oder auch in einen Kondensator zwischengespeichert werden. Diese Bauelemente haben einen nicht geringen Platzbedarf, wobei eine Induktivität zur Reduzierung transienter Spannungsspitzen aus geometrischen Gründen auf dem Schaltungschip ohnedies nicht realisiert werden kann.It is known to provide ESD protection devices for contactless chip cards which consist in the integration of antiparallel diode paths between the inputs or between the input and supply voltage of the integrated circuit of the chip card. Components or component combinations with a strongly non-linear current-voltage characteristic curve that derive the overvoltage are used in general. The dissipated energy can be the current can be conducted or temporarily stored in a capacitor. These components take up a considerable amount of space, although an inductance for reducing transient voltage peaks cannot be implemented on the circuit chip anyway for geometric reasons.
Solche Konzepte, bei denen ESD-Schutzvorrichtungen auf dem Schaltungschip angeordnet sind, sind bekannt und realisiert. Bei solchen Schutz-Bauelementen wird die Störenergie in Wärme umgesetzt. Die Wärmekapazität eines dünnen Schaltungschips für eine Transpondervorrichtung ist aufgrund der geringen Masse entsprechend gering. Bei einer typischen Fläche von einem Quadratmillimeter und einer Dicke von 10 μm des Schaltungschips bei einer spezifischen Wärmekapazität von k = 0,7 J/g/K ergibt sich eine Wärmekapazität des Schaltungschips von c = V x ^ x = 17 μWsek/K. Rechnerisch ergibt sich somit bei einer Einstrahlung von 1 mW ein Temperaturanstieg von ca. 60 K/sek. Die Entwärmung in die Umgebung ist durch den Einbau in Kunststoff bzw. Papier nicht sehr effizient, da die Wärmeleitung dieser Stoffe relativ gering ist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Schutzvorrichtungen ist der nicht geringe Flächenbedarf, den die Schutzelemente auf dem Schaltungschip, d.h. der integrierten Schaltung, benötigen. Gerade bei extrem preisgünstigen integrierten Schaltungen für Wegwerfanwendungen fällt dieser Flächenbedarf ins Gewicht.Such concepts, in which ESD protection devices are arranged on the circuit chip, are known and implemented. With such protective components, the interference energy is converted into heat. The heat capacity of a thin circuit chip for a transponder device is correspondingly low due to the small mass. With a typical area of one square millimeter and a thickness of 10 μm of the circuit chip with a specific heat capacity of k = 0.7 J / g / K, the heat capacity of the circuit chip is c = V x ^ x = 17 μWsek / K. Mathematically, this results in a temperature increase of approx. 60 K / sec with an irradiation of 1 mW. The cooling in the environment is not very efficient due to the installation in plastic or paper, since the heat conduction of these materials is relatively low. Another disadvantage of the known protective devices is the not small space requirement, which the protective elements on the circuit chip, i.e. of the integrated circuit. This space requirement is particularly important for extremely inexpensive integrated circuits for disposable applications.
Die DE 19614914 AI bezieht sich auf eine Transponderanord- nung, bei der ein zuverlässiger Schutz gegen Schäden durch elektrostatische Aufladung ohne aufwendige Schutzbeschaltung des Transponderschaltkreises realisiert werden soll. Dazu ist eine Folie aus einem hochohmigen leitfähigen Material vorgesehen, mit der der Schaltkreis zumindest in zwischen Kontaktpunkten des Schaltkreises liegenden Bereichen beschichtet ist. Dieses hochohmige leitfähige Material soll so gut leitfähig sein, daß eine elektrostatische Aufladung zuverlässig vermieden wird, andererseits jedoch so hochohmig sein, daß die Antennennutzsignale nicht nennenswert beein- trächtigt werden.DE 19614914 AI relates to a transponder arrangement in which reliable protection against damage from electrostatic charging is to be implemented without complex protective circuitry of the transponder circuit. For this purpose, a film made of a high-resistance conductive material is provided, with which the circuit is coated at least in areas lying between contact points of the circuit. This high-impedance conductive material should be so good that electrostatic charging is reliably avoided, but on the other hand it should be so high-resistance that the antenna useful signals are not significantly affected. to be pregnant.
Die DE 19713949 AI bezieht sich auf ein Gehäuseteil mit Schirmwirkung für Funkgeräte, wobei in das betreffende Gehäuseteil ein Drahtgewebe eingegossen ist.DE 19713949 AI relates to a housing part with a shielding effect for radio equipment, a wire mesh being cast into the housing part in question.
Ferner beschreibt die GB 2235609 A eine Anordnung zum Deaktivieren der Resonanzschaltung eines elektronischen Etiketts. Das in dieser Schrift beschriebene elektronische Etikett besitzt jedoch keinen Schaltungschip, der vor einer ESD-Entladung geschützt werden müßte, da das Etikett lediglich eine Resonanzschaltung, die aus einer Spule besteht, aufweist. Um eine Deaktivierung der Resonanzschaltung zu bewirken, lehrt die GB 2235609 A das Vorsehen eines Nicht-Leiters, der mit Kupferpulver versetzt ist, über den Spulenleitungen, so daß durch die Zufuhr einer hohen Energie ein thermischer Durchbruch bewirkt werden kann, der den ursprünglichen Nicht-Leiter bleibend leitend macht. Dadurch werden die Spulenwindungen kurzgeschlossen, so daß die Spule nicht mehr in Resonanz geraten kann, wodurch eine bleibende Deaktivierung des Resonanzkreises bewirkt wird. Im Hinblick auf einen Schutz vor einer elektrostatischen Entladung während der Herstellung des elektronischen Etiketts lehrt diese Schrift lediglich, den Deaktivatorstreifen in beabstandete Abschnitte zu trennen.GB 2235609 A also describes an arrangement for deactivating the resonance circuit of an electronic label. However, the electronic label described in this document has no circuit chip that would have to be protected against ESD discharge, since the label only has a resonance circuit consisting of a coil. In order to deactivate the resonance circuit, GB 2235609 A teaches the provision of a non-conductor, which is mixed with copper powder, over the coil lines, so that a thermal breakdown can be brought about by the supply of high energy, which will cause the original non- Leader makes you conductive. As a result, the coil turns are short-circuited, so that the coil can no longer resonate, which causes the resonant circuit to be permanently deactivated. With a view to protecting against electrostatic discharge during the manufacture of the electronic label, this document only teaches to separate the deactivator strip into spaced sections.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine möglichst wirksame und einfache Möglichkeit zur Realisierung eines ESD-Schutzes für eine Transpondervorrichtung zu schaffen.The object of the present invention is therefore to provide the most effective and simple possible way of realizing ESD protection for a transponder device.
Diese Aufgabe wird durch eine Transpondervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a transponder device according to claim 1.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Transpondervorrichtung, die einen Schaltungschip, der eine integrierte Schaltung aufweist, die einen Transponderschaltkreis definiert, aufweist. Der Schaltungschip ist auf ein Trägersubstrat auf- gebracht. Eine mit Anschlüssen des Schaltungschips verbundene Antennenmetallisierung, die ein erstes und ein zweites Anschlußende aufweist, ist zur Energieversorgung und Datenübertragung auf dem Trägersubstrat angeordnet. Eine Schutzeinrichtung zum Schutz des Transponderschaltkreises vor elektromagnetischen Störfeldern, die auf dem TrägerSubstrat angeordnet ist, ist vorgesehen. Die Schutzeinrichtung ist durch eine auf das Trägersubstrat aufgebrachte halbleitende Schicht gebildet, die eine diodenartige Verbindung zumindest zwischen einem zu dem ersten Anschlußende benachbarten Abschnitt der Antennenmetallisierung und einem zu dem zweiten Anschlußende benachbarten Abschnitt der Antennenmetallisierung bildet.The present invention provides a transponder device that includes a circuit chip that includes an integrated circuit that defines a transponder circuit. The circuit chip is placed on a carrier substrate. brought. An antenna metallization connected to connections of the circuit chip, which has a first and a second connection end, is arranged on the carrier substrate for energy supply and data transmission. A protective device for protecting the transponder circuit against electromagnetic interference fields, which is arranged on the carrier substrate, is provided. The protective device is formed by a semiconducting layer applied to the carrier substrate, which forms a diode-like connection at least between a section of the antenna metallization adjacent to the first connection end and a section of the antenna metallization adjacent to the second connection end.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Realisierung von Schutzstrukturen für einen induktiven oder kapazitiven Transponder, wobei die Schutzstruktur nicht auf der integrierten Schaltung, d.h. dem Schaltungschip, sondern extern an den peripheren, der Energieversorgung und Datenübertragung dienenden Antennenbeschaltung angebracht ist. Die vorliegende Erfindung umfaßt dabei sowohl induktive als auch kapazitive Transponder. Als Schutzstrukturen dienen vorzugsweise ein oder mehrere Bauelemente, die eine im wesentlichen durch die Metallurgie und/oder das Herstellungsverfahren definierte uni- oder bidirektionale Schwellenspannung besitzen, über der eine deutlich erhöhte Stromleitfähigkeit einsetzt. Dabei können die Schutzelemente im wesentlichen großflächig über mehrere Windungen oder bei Verwendung einer Spulenmetallisierung beiden Spulenenden angeordnet sein. Diese Schutzelemente können somit auf einem mittels einfacher Siliziumtechnik gefertigten dünnen Halbleitersubstraten realisiert sein und ohne spezielle Justage nach dem Zufallsprinzip mit der Spule verbunden werden. Die Schutzelemente können beispielsweise mittels aus der Dünnfilmtransistortechnik bekannten Verfahren unter Verwendung von Niedertemperaturprozessen hergestellt werden.The present invention realizes protective structures for an inductive or capacitive transponder, the protective structure not being based on the integrated circuit, i.e. the circuit chip, but is attached externally to the peripheral antenna circuit serving for energy supply and data transmission. The present invention includes both inductive and capacitive transponders. Protective structures are preferably one or more components which have a unidirectional or bidirectional threshold voltage, which is essentially defined by the metallurgy and / or the production process and via which a significantly increased current conductivity is used. The protective elements can be arranged over a large area over a plurality of turns or, when using coil metallization, both coil ends. These protective elements can thus be implemented on a thin semiconductor substrate manufactured using simple silicon technology and can be randomly connected to the coil without special adjustment. The protective elements can be produced, for example, using methods known from thin-film transistor technology using low-temperature processes.
Dabei dient erfindungsgemäß eine halbleitende Schicht als Schutzeinrichtung. Als halbleitende Schutzschicht kommt dabei eine II-VI-Verbindung, wie beispielsweise Zinkoxid, in Betracht. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann als Schutzschicht ein elektrisch leitendes, organisches Polymer verwendet werden. Die für die elektrische Ankopplung der Schutzschichten erforderlichen Kontaktschichten, Diffusionsbarrieren bzw. Haftschichten werden zwischen dem Antennenmaterial und der jeweiligen Schutzschicht aufgebracht.According to the invention, a semiconducting layer serves as Protective device. A II-VI compound, such as zinc oxide, can be used as the semiconducting protective layer. In other exemplary embodiments, an electrically conductive, organic polymer can be used as the protective layer. The contact layers, diffusion barriers or adhesive layers required for the electrical coupling of the protective layers are applied between the antenna material and the respective protective layer.
Besteht die Antenne aus Kupfer kann überdies vorzugsweise eine Kupferoxidschicht auf der Kupfermetallisierung gebildet werden, die dann als halbleitendes Material für eine ESD-Si- cherung dient. Ein solches Kupferoxid kann auch erzeugt werden, wenn ein kupferbeschichtetes Aluminium als Spulenmaterial verwendet wird. Hierfür geeignete Materialien sind Kup- fer-Chalkogenid-Verbindungen, beispielsweise CU2O, CuS, CuSe, CuTe und insbesondere das aus der Solarzellentechnik bekannte CuInSe2 oder CuGaxInx_jSe2.If the antenna is made of copper, a copper oxide layer can moreover preferably be formed on the copper metallization, which then serves as a semiconducting material for an ESD fuse. Such copper oxide can also be produced if a copper-coated aluminum is used as the coil material. Suitable materials for this are copper-chalcogenide compounds, for example CU2O, CuS, CuSe, CuTe and in particular CuInSe2 or CuGa x In x _jSe 2 known from solar cell technology.
Erfindungsgemäß kann über der halbleitenden Schicht vorzugsweise eine weitere Metallisierung vorgesehen sein, um die Schutzeinrichtung zu realisieren. Diese Metallisierung kann bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung durch eine bei einer Verwendung einer Spule ohnehin vorliegende Überbrückungsmetallisierung gebildet sein. Dadurch ist zur Realisierung der ESD-Schutzvorrichtung ein noch geringerer Aufwand notwendig.According to the invention, a further metallization can preferably be provided over the semiconducting layer in order to implement the protective device. In preferred exemplary embodiments of the invention, this metallization can be formed by a bridging metallization which is present in any case when a coil is used. As a result, even less effort is required to implement the ESD protection device.
Ferner kann ein Belag mit Induktivitäts-erhöhenden Eigenschaften auf der Spulenmetallisierung abgeschieden werden, um auftretende Spannungsspitzen bei transienten Stromanstiegen zu dämpfen.Furthermore, a coating with inductance-increasing properties can be deposited on the coil metallization in order to dampen voltage peaks that occur during transient current increases.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Reihe von 'Vorteilen. Insbesondere ist aufgrund der Großflächigkeit der Schutzelemente, die dadurch möglich ist, daß die Schutzelemente auf dem Trägersubstrat angeordnet sind, eine bessere Ent- wärmung aus den Schutzstrukturen möglich. Ferner wird keine für die elektrische Funktion der Transponderschaltkreise wertvolle Chipfläche des Schaltungschips verbraucht. Überdies sind die Schutzstrukturen erfindungsgemäß mit relativ einfachen Verfahren, vor allem auch mittels unpräziser Schichtabscheideverfahren realisierbar. Die Schutzelemente können darüberhinaus unabhängig von der Chipherstellung als integraler Bestandteil des antennentragenden Substrats gefertigt werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine größere Flexibilität hinsichtlich der Verwendung anderer Chips bzw. eines Redesigns.The present invention provides a series of 'benefits. In particular, due to the large surface area of the protective elements, which is possible because the protective elements are arranged on the carrier substrate, better heat dissipation from the protective structures is possible. Furthermore, none valuable chip area of the circuit chip is used for the electrical function of the transponder circuits. In addition, the protective structures according to the invention can be implemented using relatively simple methods, especially also using imprecise layer deposition methods. The protective elements can also be manufactured as an integral part of the antenna-carrying substrate, regardless of the chip production. The present invention thus enables greater flexibility with regard to the use of other chips or a redesign.
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.Further developments of the present invention are set out in the dependent claims.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung v/erden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Preferred exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer Transpondervorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung realisiert sein kann;1 shows a schematic cross-sectional view of a transponder device in which the present invention can be implemented;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der Grundsätze der Erfindung;2 shows a schematic illustration to illustrate the principles of the invention;
Fig. 3A, 3B und 3C schematische Darstellungen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;3A, 3B and 3C are schematic representations for explaining an embodiment of the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und4 shows a schematic illustration to explain a further exemplary embodiment of the invention; and
Fig. 5A und 5B eine schematische Draufsicht bzw. eine schematische Querschnittansicht zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.5A and 5B are a schematic plan view and a schematic cross-sectional view for explaining a further embodiment of the invention.
In Fig. 1 ist eine Transpondervorrichtung dargestellt, bei der ein Schaltungschip 2 in einer Ausnehmung eines Trägersubstrats 4 angeordnet ist. Der Schaltungschip 2 weist zwei Anschlußflächen 6 und 8 auf. Auf dem Trägersubstrat 4 ist eine Antennenmetallisierung 10 in der Form einer Spule vorgesehen. Die Antennenmetallisierung 10 besitzt ein erstes Anschlußende 12 und ein zweites Anschlußende 14. Das erste Anschlußende 12 ist über eine Verbindungsmetallisierung 16 mit der ersten Anschlußfläche 6 des Schaltungschips 2 verbunden. Das zweite Anschlußende 14 ist über eine Über- brückungs etallisierung 18 mit dem zweiten Anschlußende 8 des Schaltungschips 2 verbunden. Zwischen der Verbindungsmetallisierung 16 und dem Schaltungschip 2 bzw. dem Trägersubstrat 4 ist eine Isolationsschicht 20 vorgesehen, die optional ist, d.h. fehlen kann, wenn eine Isolation der Verbindungsmetallisierung 16 von dem Schaltungschip 2 nicht erforderlich ist. Die Überbrückungsmetallisierung 18 muß jedoch zwangsweise von den unter derselben angeordneten Spulenwindungen 22 isoliert sein. Dies geschieht durch eine Isolationsschicht 24.1 shows a transponder device in which a circuit chip 2 is arranged in a recess in a carrier substrate 4. The circuit chip 2 has two Pads 6 and 8 on. An antenna metallization 10 in the form of a coil is provided on the carrier substrate 4. The antenna metallization 10 has a first connection end 12 and a second connection end 14. The first connection end 12 is connected to the first connection surface 6 of the circuit chip 2 via a connection metallization 16. The second connection end 14 is connected via a bridging metallization 18 to the second connection end 8 of the circuit chip 2. An insulation layer 20 is provided between the connection metallization 16 and the circuit chip 2 or the carrier substrate 4, which is optional, ie may be absent if isolation of the connection metallization 16 from the circuit chip 2 is not required. The bridging metallization 18, however, must be insulated from the coil turns 22 arranged below it. This is done by an insulation layer 24.
Die in Fig. 1 dargestellte Flachspule 10 mit einer Induktivität von einigen μH besteht, je nach umschreibbarer Fläche und Arbeitsfrequenz aus mehreren Windungen, üblicherweise zwischen 4 und 10 Windungen bei einer Arbeitsfrequenz von 13 MHz. Um eine hohe Spulengüte zu erreichen, wird als Material vorzugsweise Aluminium oder Kupfer verwendet. Eine typische Flachspule besteht aus einem ca. 5 μm dicken, strukturierten Kupfer mit einer Leiterbahnbreite von 0,3 bis 1 mm. Der gegenseitige Abstand der Leiterbahnen liegt ebenfalls in einem Bereich von 0,3 bis 1 mm.The flat coil 10 shown in FIG. 1 with an inductance of a few μH, depending on the rewritable area and operating frequency, consists of several turns, usually between 4 and 10 turns at an operating frequency of 13 MHz. In order to achieve a high coil quality, aluminum or copper is preferably used as the material. A typical flat coil consists of an approx. 5 μm thick, structured copper with a conductor track width of 0.3 to 1 mm. The mutual spacing of the conductor tracks is also in a range from 0.3 to 1 mm.
Bezugnehmend auf Fig. 2 werden nun die Grundsätze der Erfindung erläutert. In Fig. 2 ist eine Spulenmetallisierung 30 spiralförmig dargestellt, wobei diese Spiralform jedoch in keiner Weise eine Einschränkung darstellt. Wesentlich ist, daß die Spulenmetallisierung 30 auf dem Trägersubstrat einer Transpondervorrichtung angebracht ist. Zwischen Windungen der Spulenmetallisierung 30 sind nun Schutzeinrichtungen 32 vorgesehen, die eine definierte unidirektionale oder bidirektionale Schwellenspannung aufweisen, über der eine deut- lieh erhöhte Stromleitfähigkeit einsetzt. Hierzu dienen als Schutzeinrichtungen vorzugsweise Dioden.2, the principles of the invention will now be explained. A coil metallization 30 is shown in a spiral shape in FIG. 2, but this spiral shape is in no way a limitation. It is essential that the coil metallization 30 is attached to the carrier substrate of a transponder device. Protective devices 32 are now provided between turns of the coil metallization 30, which have a defined unidirectional or bidirectional threshold voltage over which a significant lent increased current conductivity. For this purpose, diodes are preferably used as protective devices.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen besteht, wie in dem vergrößerten Teil der Fig. 2 dargestellt ist, jede Schutzeinrichtung 32 aus einem Paar antiparallel verschalteter Dioden 34 und 36. Die Schutzeinrichtungen 32 sind zumindest zwischen Bereichen, die benachbart zu den Enden der Spulenmetallisierung sind, vorgesehen. Jedoch können, wie ebenfalls in Fig. 2 zu sehen ist, auch zwischen Einzelwindungen und prinzipiell auch zwischen allen Windungen Schutzvorrichtungen vorgesehen sein.In preferred embodiments, as shown in the enlarged portion of FIG. 2, each protection device 32 consists of a pair of antiparallel connected diodes 34 and 36. The protection devices 32 are provided at least between areas that are adjacent to the ends of the coil metallization. However, as can also be seen in FIG. 2, protective devices can also be provided between individual turns and in principle also between all turns.
Im folgenden werden nun Möglichkeiten beschrieben, die diePossibilities which the
Schutzeinrichtungen möglichst preisgünstig im Rahmen derProtective devices as inexpensive as possible within the
Spulenherstellung bzw. allgemein bei der Fertigung des Transponders realisiert werden können.Coil production or generally can be realized in the manufacture of the transponder.
Eine erste Möglichkeit besteht im Aufkleben von separat und mit einfachen Mitteln gefertigten Siliziumdioden, die mittels eines leitfähigen Klebers elektrisch mit dem Metall der Spulenwindungen verbunden werden. Hierzu können in vorzugsweise dünnem Silizium großflächige Dioden realisiert werden und mittels einer ebenfalls anspruchslosen, weil relativ unpräzisen Kontaktiertechnik über die Windungen gelegt und elektrisch verbunden werden. Zu diesem Zweck können schmale Siliziumbändchen einer Breite von 500 bis 1000 μm erzeugt werden, in denen eine Vielzahl von Diodenstrecken mit perio- disch/rasterförmig angeordneten großflächigen Kontakten enthalten ist, wobei die Kontakte beispielsweise einen Durchmesser von 30 bis 100 μm aufweisen. Solche Siliziumbändchen können ohne aufwendige Justage über die Windungen gelegt und mit einem Leitkleber oder einem anisotropen Leitkleber mit dem Metall der Flachspulen-Windungen verbunden werden. Eine oder mehrere der Diodenstrecken stellen dann eine ab der Durchlaßspannung leitende Verbindung her, die einen Spannungsanstieg über eine durch die Ausgestaltung der Diodenanordnung, d.h. die Anzahl der antiparallelen Dioden pro Strecke, definierte Einsatzspannung verhindert. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein weiteres elektronisches Bauteil in Form der Dioden bzw. des Diodenrasters notwendig. Jedoch können diese Diodenanordnungen mit sehr geringem Aufwand, vergleichsweise geringer Präzision und mit wenigen Maskenschritten gefertigt werden.A first possibility is to glue on silicon diodes manufactured separately and with simple means, which are connected electrically to the metal of the coil turns by means of a conductive adhesive. For this purpose, large-area diodes can be realized in preferably thin silicon and can be placed over the turns and electrically connected by means of a likewise undemanding, because relatively imprecise contacting technology. For this purpose, narrow silicon ribbons with a width of 500 to 1000 μm can be produced, in which a large number of diode paths with periodic / grid-like contacts are contained, the contacts having a diameter of 30 to 100 μm, for example. Such silicon tapes can be placed over the turns without complex adjustment and connected to the metal of the flat coil turns using a conductive adhesive or an anisotropic conductive adhesive. One or more of the diode paths then establish a connection which is conductive from the forward voltage onwards and which causes a voltage rise through the configuration of the diode arrangement, ie the number of antiparallel diodes per Distance, defined threshold voltage prevented. In this exemplary embodiment, a further electronic component in the form of the diodes or the diode grid is necessary. However, these diode arrangements can be manufactured with very little effort, comparatively little precision and with a few mask steps.
Alternativ können die diodenartigen Verbindungen erfindungsgemäß durch das Aufbringen einer halbleitenden Schicht zumindest auf Bereiche der Antennenmetallisierung realisiert werden. Vorzugsweise kann dann über der halbleitenden Schicht eine weitere Metallisierungsschicht vorgesehen werden.Alternatively, the diode-like connections can be implemented according to the invention by applying a semiconducting layer at least to areas of the antenna metallization. A further metallization layer can then preferably be provided over the semiconducting layer.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem die Schutzeinrichtung durch eine halbleitende Schicht gebildet ist, kann diese halbleitende Schicht durch das Aufsputtern von Silizium auf das die Flachspule tragende Substrat realisiert sein. Das durch das Aufsputtern oder auch durch andere Prozesse aufgebrachte Silizium ist jedoch mikrokristallin oder amorph. Es ist jedoch möglich, durch die geeignete Wahl der Abscheidparameter die für eine erforderliche Leitfähigkeit benötigte Kristallitgröße in gewissen Grenzen einzustellen. Insbesondere kann durch eine transiente Laserbetrahlung die Kristallitgröße und damit die Elektronenleitfähigkeit erhöht werden. Somit kann eine solche Halbleiterschicht als eine Schutzvorrichtung mit diodenartiger Wirkung verwendet werden.In a first exemplary embodiment, in which the protective device is formed by a semiconducting layer, this semiconducting layer can be realized by sputtering silicon onto the substrate carrying the flat coil. However, the silicon deposited by sputtering or by other processes is microcrystalline or amorphous. However, it is possible to set the crystallite size required for a required conductivity within certain limits by suitable selection of the deposition parameters. In particular, the crystallite size and thus the electron conductivity can be increased by transient laser irradiation. Thus, such a semiconductor layer can be used as a protective device with a diode-like effect.
Ein Beispiel für eine derartige Schutzeinrichtung ist in Fig. 3A gezeigt. Bei dem in Fig. 3A gezeigten Beispiel ist über der rechten Hälfte einer auf einem Trägersubstrat 40 angeordneten Spulenmetallisierung 38 eine halbleitende Schicht 50 aufgebracht. Weisen die einzelnen" Leiterbahnen der Spulenmetallisierung 38 einen ausreichend geringen Abstand voneinander auf, beispielsweise weniger als 100 μm, so kann bereits das zwischen den einzelnen Leiterbahnen angeordnete halbleitende Material der halbleitenden Schicht 50 eine diodenartige Verbindung zwischen den einzelnen Leiterbahnen bewirken. Dieser Fall ist in Fig. 3B dargestellt, in der eine Querschnittdarstellung des bei 52 in Fig. 3A gezeigten Bereichs dargestellt ist. In Fig. 3C hingegen ist der Fall dargestellt, in dem die einzelnen Leiterbahnen der Spulenmetallisierung eine solche Beabstandung voneinander aufweisen, das eine diodenartige Verbindung durch das zwischen denselben angeordnete halbleitende Material nicht mehr möglich ist. In diesem Fall ist über der halbleitenden Schicht 50 eine Metallschicht 54 vorgesehen, so daß jeweils zwischen der unteren Oberfläche der Metallschicht 54 und der Oberseite der einzelnen Leiterbahnen der Spulenmetallisierung 38 diodenartige Verbindungen bewirkt werden.An example of such a protective device is shown in FIG. 3A. In the example shown in FIG. 3A, a semiconducting layer 50 is applied over the right half of a coil metallization 38 arranged on a carrier substrate 40. If the individual “ conductor tracks of the coil metallization 38 are at a sufficiently small distance from one another, for example less than 100 μm, the semiconducting material of the semiconducting layer 50 arranged between the individual conductor tracks can already be cause a diode-like connection between the individual conductor tracks. This case is illustrated in FIG. 3B, in which a cross-sectional representation of the area shown at 52 in FIG. 3A is illustrated. 3C, on the other hand, shows the case in which the individual conductor tracks of the coil metallization are spaced apart from one another such that a diode-like connection is no longer possible due to the semiconducting material arranged between them. In this case, a metal layer 54 is provided over the semiconducting layer 50, so that diode-like connections are effected in each case between the lower surface of the metal layer 54 and the upper side of the individual conductor tracks of the coil metallization 38.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, um zu veranschaulichen, in welchem Bereich ein halbleitendes Material auf die Spulenmetallisierung 38 aufgebracht werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schicht 60 aus einem halbleitenden Material lediglich in einem Bereich zwischen den beiden Anschlußenden 62 und 64 der Spulenmetallisierung 38 angeordnet. Wiederum kann dieses halbleitende Material 60 nun eine direkte diodenartige Verbindung realisieren oder zusammen mit einer Metallschicht, die auf das halbleitende Material aufgebracht ist, als solche wirksam sein.FIG. 4 shows a further exemplary embodiment in order to illustrate the area in which a semiconducting material can be applied to the coil metallization 38. In this exemplary embodiment, a layer 60 made of a semiconducting material is arranged only in a region between the two connection ends 62 and 64 of the coil metallization 38. Again, this semiconducting material 60 can now implement a direct diode-like connection or, together with a metal layer which is applied to the semiconducting material, can be effective as such.
Alternativ ist auch die Implementierung von pn-Übergängen möglich, wobei sich zur Realisierung solcher pn-Übergänge insbesondere Dünnfilmtransistortechniken eignen. Solche Dünnfilmtransistortechniken sind insbesondere im Zusammenhang mit AM-FPD (Activ Matrix Fiat Panel Display) bekannt, wobei es dort auf möglichst niedrige maximale Prozeßtemperaturen ankommt. Unter Verwendung der aus der Dünnfilmtransistortechnik bekannten Technologien können in einer auf das die Antenne tragende Substrat aufgebrachten Schicht aus Silizium oder einem anderen Halbleiter Dioden hergestellt werden, die die Schutzeinrichtungen darstellen.As an alternative, the implementation of pn junctions is also possible, thin film transistor techniques being particularly suitable for realizing such pn junctions. Such thin-film transistor techniques are known in particular in connection with AM-FPD (Activ Matrix Fiat Panel Display), where the lowest possible maximum process temperatures are important. Using the technologies known from thin-film transistor technology, diodes, which represent the protective devices, can be produced in a layer of silicon or another semiconductor applied to the substrate carrying the antenna.
Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann die halbleitende Schicht aus Zinkoxid bestehen. Die halbleitende Wirkung von Zinkoxid beruht auf der feldabhängigen Ausbildung bzw. Verschiebung von Raumladungszonen an den internen Grenzen der mikrokristallinen Struktur des geeignet abgeschiedenen Zinkoxids, ZnO. Ab einer definierten Feldstärke bzw. einem definierten Spannungsabfall zwischen den Korngrenzen der mikrokristallinen ZnO-Verbindung beginnt diese leitfähig zu werden. Dieser Effekt findet beispielsweise in Überspannungs- schutz-Bauelementen oder Varistoren technische Anwendung. Erfindungsgemäß kann nun über geeigneten Bereichen der Flachspule auf dem Trägersubstrat eine elektrisch mit den Windungen oder zumindest mit den Enden der Spule verbundene ZnO-Schicht abgeschieden werden, die Überspannungen ableiten kann. Diese Schicht kann zusätzlich dotiert sein. Sie kann ferner hinsichtlich ihres internen Aufbaus, d.h. der Kristallitgröße, der Segregation von Fremdelementen an den Korngrenzen, usw., derart modifiziert sein, daß die von der integrierten Schaltung, d.h. der Transponderelektronik auf dem Schaltungschip, tolerierte Eingangsspannung nicht überschritten wird. Abhängig von der Beabstandung der einzelnen Leiterbahnen der Antennenmetallisierung kann diese ZnO- Schicht allein als Schutzeinrichtung ausreichen. Alternativ kann wiederum eine Metallschicht über der ZnO-Schicht angeordnet werden.In alternative embodiments, the semiconducting Layer consist of zinc oxide. The semiconducting effect of zinc oxide is based on the field-dependent formation or displacement of space charge zones at the internal limits of the microcrystalline structure of the suitably deposited zinc oxide, ZnO. Above a defined field strength or a defined voltage drop between the grain boundaries of the microcrystalline ZnO compound, it begins to become conductive. This effect is used, for example, in overvoltage protection components or varistors. According to the invention, a ZnO layer which can be electrically connected to the windings or at least to the ends of the coil and which can dissipate overvoltages can now be deposited over suitable areas of the flat coil on the carrier substrate. This layer can also be doped. It can also be modified in terms of its internal structure, ie the crystallite size, the segregation of foreign elements at the grain boundaries, etc., in such a way that the input voltage tolerated by the integrated circuit, ie the transponder electronics on the circuit chip, is not exceeded. Depending on the spacing of the individual conductor tracks of the antenna metallization, this ZnO layer alone can be sufficient as a protective device. Alternatively, a metal layer can again be arranged over the ZnO layer.
Die halbleitende Schicht kann ferner durch einen organischen Halbleiter, der zwischen bzw. über den Windungen der Flachspule angeordnet wird, realisiert sein. Solche halbleitenden Polymere können ebenfalls als Überspannungsableitende, kurzschließende Schutzschicht verwendet werden. Das elektrische Verhalten organischer Halbleiter, d.h. deren Leitfähigkeit und Ladungsträgerbeweglichkeit, ist für Logik- bzw. Verstärkerschaltungen nicht ausreichend, kann aber für großflächige Anwendungen, wie sie die 'Schutzdioden bei der "erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung darstellen, ausgenutzt werden. Organische halbleitende Materialien sind vorteilhaft dahingehend, daß dieselben mittels anspruchsloser Druckverfahren oder ähnlichen Beschichtungsmethoden aufgebracht werden kön- nen .The semiconducting layer can also be realized by an organic semiconductor, which is arranged between or above the turns of the flat coil. Such semiconducting polymers can also be used as a surge-dissipating, short-circuit protective layer. The electrical behavior of organic semiconductors, that is, the conductivity and charge carrier mobility, for logic and amplifier circuits are not adequate, but can be used for large-scale applications, as they represent the 'protection diodes at the "inventive protective device can be utilized. The organic semiconducting materials are advantageous in that they can be applied using undemanding printing processes or similar coating methods. nen.
Bei einem wiederum alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können die metallurgischen Gegebenheiten des Spulenmaterials ausgenutzt werden, wenn als Spulenmaterial Kupfer verwendet ist. Dieses wird vorzugsweise auflaminiert oder im Vakuum aufgedampft. Insbesondere aufgedampftes Kupfer kann in metallurgisch hochreinen, dünnen Schichten hoher Gleichmäßigkeit auf Substrate mit glatter Oberfläche, beispielsweise bestehend aus Polyester oder Polyimid, aber auch auf Papier aufgebracht werden. Es ist bekannt, daß Kupferoxid (CU2O, "Kupferoxydul"), halbleitende Eigenschaften besitzt, wobei extrem dünne Cu2θ-Schichten früher für Gleichrichterzwecke ausgenutzt wurden. Besser geeignet sind jedoch andere Verbindungen zwischen Kupfer und Chalkogeni- den, insbesondere solche, bei denen Sauerstoff durch das chemisch analoge Selen ersetzt ist. Um die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung zu erzeugen, kann nun bei der Aufdampfung des Kupfers in der Oberflächen-nächsten Schicht nahezu stö- chiometrisches CuInSe2 erzeugt werden.In yet another alternative embodiment of the present invention, the metallurgical conditions of the coil material can be exploited if copper is used as the coil material. This is preferably laminated on or evaporated in vacuo. In particular, vapor-deposited copper can be applied in metallurgically high-purity, thin layers of high uniformity to substrates with a smooth surface, for example consisting of polyester or polyimide, but also to paper. It is known that copper oxide (CU2O, "Kupferoxydul") has semiconducting properties, with extremely thin Cu2θ layers previously used for rectifying purposes. However, other compounds between copper and chalcogenides are more suitable, in particular those in which oxygen is replaced by the chemically analogous selenium. In order to produce the protective device according to the invention, almost stoichiometric CuInSe2 can now be generated in the layer closest to the surface when the copper is vapor-deposited.
Um dieses CuInSβ2 zu erzeugen, kann beispielsweise ein Mehrstrahl-Verdampfer-Verfahren verwendet werden, bei dem nach dem eigentlichen Aufdampfen der Kupferschicht ohne Unterbrechung des Vakuums eine dünne InSe- oder InGaSe-Schicht aufgedampft oder aus CVD-Quellen abgeschieden wird. Derartige Verfahren sind aus der Herstellung von CIS-Solarzellen bekannt. Diese Verfahren dienen dort zur Herstellung des halbleitenden CIS-Materials für effiziente mikrokristalline Solarzellen. Jedoch liegen die Anforderungen bei der Verwendung für Solarzellen wesentlich höher, da dort eine hohe Kristallit-Qualität und -Größe notwendig ist, um eine hohe Ladungsträger-Lebensdauer und damit eine effiziente Energieumwandlung zu erreichen.To generate this CuInSβ2, a multi-jet evaporator process can be used, for example, in which, after the copper layer has actually been evaporated, a thin InSe or InGaSe layer is vapor-deposited or deposited from CVD sources without the vacuum being interrupted. Such methods are known from the manufacture of CIS solar cells. These processes are used to produce the semiconducting CIS material for efficient microcrystalline solar cells. However, the requirements for the use of solar cells are much higher, since a high crystallite quality and size is necessary to achieve a long charge carrier life and thus an efficient energy conversion.
Erfindungsgemäß können die aus Kupfer bestehenden Leiterbahnen der Antennenmetallisierung mit CIS beschichtet werden, um eine Schutzeinrichtung zu bilden. Vorzugsweise wird dann eine weitere KupferSchicht aufgedampft, die die Kathode der Diode der Schutzeinrichtung darstellt. Dabei erfolgt die Ausbildung eines qualitativ schlechten pn-Übergangs entweder während des Aufdampfprozesses, bei dem das Freiwerden der Verdampfungsenthalpie eine lokale Erwärmung mit sich bringt. Alternativ wird eine gesonderte transiente Temperaturbehandlung mittels Licht oder Laser durchgeführt. Ein weiteres Eingehen auf die aus der CIS-Solarzellentechnik bekannten Verfahren ist an dieser Stelle nicht notwendig. Anzumerken ist jedoch, daß die CIS-Technik bestrebt ist, eine möglichst hohe Minoritätsträger-Lebensdauer zur möglichst effizienten Trennung der durch die Lichtbestrahlung generierten Ladungsträger zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung ist diese Lebensdauer vergleichsweise unwichtig, da eine kurze Ladungsträgerlebensdauer vielmehr die Schutzwirkung durch schnelleres Schalten der Diode beschleunigt.According to the invention, the copper metallization conductor tracks can be coated with CIS to form a protective device. Then preferably another copper layer is deposited, which represents the cathode of the diode of the protective device. Here, the formation of a poor pn transition takes place either during the vapor deposition process, in which the evaporation enthalpy releases local heating. Alternatively, a separate transient temperature treatment is carried out using light or laser. It is not necessary to go into further detail here about the processes known from CIS solar cell technology. It should be noted, however, that CIS technology strives to achieve the longest possible minority carrier lifespan for the most efficient separation of the charge carriers generated by the light irradiation. In the application according to the invention, this service life is comparatively unimportant, since a short charge carrier service life rather accelerates the protective effect by faster switching of the diode.
Nachfolgend wird bezugnehmend auf die Fig. 5A und 5B darauf eingegangen, wie eine Schutzeinrichtung bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Transpondervorrichtung realisiert sein kann. Fig. 5A zeigt eine schematische Draufsicht eines Abschnitts der Transpondervorrichtung, wobei ein Schaltungschip 100 mit Anschlußflächen 102 und 104, der auf oder teilweise in einem Trägersubstrat 106 (Fig. 5B) angeordnet ist, dargestellt ist. Auf dem Trägersubstrat 106 ist eine Spulenmetallisierung 108 angeordnet, wobei ein erstes Anschlußende 110 der Spulenmetallisierung über eine Verbindungsmetallisierung 112 mit der ersten Anschlußfläche 102 des Schaltungschips 100 verbunden ist. Ein zweites Anschlußende 114 der Spulenmetallisierung 108 ist über eine Überbrückungsme- tallisierung 116 mit dem zweiten Anschluß 104 des Schaltungschips 100 verbunden. Durch die Überbrückungsmetallisie- rung 116 müssen dabei die zwischen dem Schaltungschip 100 und dem zweiten Anschlußende 114 liegenden Spulenwindungen überbrückt werden.In the following, reference is made to FIGS. 5A and 5B on how a protective device can be implemented in the known transponder device shown in FIG. 1. FIG. 5A shows a schematic plan view of a section of the transponder device, a circuit chip 100 having connection areas 102 and 104, which is arranged on or partially in a carrier substrate 106 (FIG. 5B), being shown. A coil metallization 108 is arranged on the carrier substrate 106, a first connection end 110 of the coil metallization being connected to the first connection surface 102 of the circuit chip 100 via a connection metallization 112. A second connection end 114 of the coil metallization 108 is connected to the second connection 104 of the circuit chip 100 via a bridging metallization 116. By means of the bridging metallization 116, the coil windings lying between the circuit chip 100 and the second connection end 114 must be bridged.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Darstellung ist zwischen der Überbrückungsmetallisierung 18 und den überbrückten Windun- gen 22 ein Isolator 24 angeordnet. Erfindungsgemäß wird nun zwischen den überbrückten Windungen und der Überbrückungs- metallisierung 116 ein halbleitendes Material 118 angeordnet, so daß entsprechend dem bezugnehmend auf Fig. 3C beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Schutzeinrichtung realisiert wird, indem jeweils zwischen den überbrückten Leiterbahnen und der Überbrückungsmetallisierung 116 diodenartige Verbindungen erzeugt werden. Beim Auftreten einer Überspannung werden diese diodenartigen Verbindungen leitfähig, so daß eine solche Überspannung nicht an den Anschlüssen 102 und 104 des Schaltungschips 100 anliegt, sondern abgeleitet wird.In the illustration shown in FIG. 1, between the bridging metallization 18 and the bridged windings gene 22 an insulator 24 is arranged. According to the invention, a semiconducting material 118 is now arranged between the bridged turns and the bridging metallization 116, so that, in accordance with the exemplary embodiment described with reference to FIG. 3C, a protective device is implemented by producing diode-like connections between the bridged conductor tracks and the bridging metallization 116. If an overvoltage occurs, these diode-like connections become conductive, so that such an overvoltage is not present at the terminals 102 and 104 of the circuit chip 100, but is dissipated.
Es ist für Fachleute offensichtlich, daß durch eine geometrische Auslegung sichergestellt werden kann, daß die diodenartigen Verbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise im wesentlichen zwischen zwei benachbarten Leiterbahnen wirken. Überdies kann durch die Fläche des Schichtbelags sowie die Materialgüte die parasitäre Dämpfungskapazität der Diodenstrecke jeweils in Grenzen an die elektrischen Erfordernisse angepaßt werden.It is obvious to a person skilled in the art that a geometrical design can ensure that the diode-like connections according to the present invention, for example, essentially act between two adjacent conductor tracks. Furthermore, the parasitic damping capacitance of the diode path can be adapted within limits to the electrical requirements by the area of the layer covering and the material quality.
Neben der beschriebenen Ausgestaltung der Schutzeinrichtung kann es vorteilhaft sein, die Spulenmetallisierung in Bereichen oder auch ganzflächig ein- oder beidseitig mit einem Material hoher magnetischer Permeabilität zu beschichten, um dadurch transiente Stromanstiege durch einen solchen Induk- tivitäts-erhöhenden Belag zeitlich zu verzögern und damit auftretende Spannungsspitzen zu dämpfen. Daneben ist es überdies möglich, mehrere der oben vorgestellten Verfahren gleichzeitig einzusetzen, beispielsweise eine Kombination einer ZnO-Spannungsbegrenzung mit einer Stromabflachung mittels einer Induktions-erhöhenden Schicht hoher magnetischer Permeabilität.In addition to the described design of the protective device, it can be advantageous to coat the coil metallization in areas or even over the entire area on one or both sides with a material of high magnetic permeability, in order to thereby delay transient current increases due to such an inductance-increasing coating and thus occur To dampen voltage peaks. In addition, it is also possible to use several of the methods presented above simultaneously, for example a combination of a ZnO voltage limitation with a current flattening by means of an induction-increasing layer of high magnetic permeability.
Es ist ferner offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch bei Transpondern einsetzbar ist, die als Antenne einen Dipol verwenden. Hier wird die Schutzschicht über die Flä- chenbeläge der Dipolkapazität und/oder zwischen den Einspei- sungspunkten des Dipols elektrisch kontaktiert. It is also obvious that the present invention can also be used with transponders that use a dipole as an antenna. Here the protective layer is of the dipole capacitance and / or electrically contacted between the feed points of the dipole.

Claims

Patentansprüche claims
1. Transpondervorrichtung mit folgenden Merkmalen:1. Transponder device with the following features:
einem Schaltungschip (100), der eine integrierte Schaltung aufweist, die einen Transponderschaltkreis definiert,a circuit chip (100) having an integrated circuit that defines a transponder circuit,
einem Trägersubstrat (40; 106), das den Schaltungschip (100) trägt und auf dem eine mit Anschlüssen (102, 104) des Schaltungschips (100) verbundene Antennenmetallisierung (30; 38; 108), die ein erstes (62; 110) und ein zweites (64; 114) Anschlußende aufweist, zur Energieversorgung und Datenübertragung angeordnet ist, unda carrier substrate (40; 106) which carries the circuit chip (100) and on which an antenna metallization (30; 38; 108) connected to connections (102, 104) of the circuit chip (100), the first (62; 110) and has a second (64; 114) connection end, is arranged for power supply and data transmission, and
einer Schutzeinrichtung (32; 50; 54; 60; 116, 118) zum Schutz des Transponderschaltkreises vor elektromagnetischen Störfeldern, die auf dem Trägersubstrat (40; 106) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,a protective device (32; 50; 54; 60; 116, 118) for protecting the transponder circuit against electromagnetic interference fields, which is arranged on the carrier substrate (40; 106), characterized in that
daß die Schutzeinrichtung (32'; 50; 54; 60; 116, 118) durch eine auf das Trägersubstrat aufgebrachte halbleitende Schicht gebildet ist, die eine diodenartige Verbindung zumindest zwischen einem zu dem ersten Anschlußende (62; 110) benachbarten Abschnitt der Antennenmetallisierung (30; 38; 108) und einem zu dem zweiten Anschlußende (64; 114) benachbarten Abschnitt der Antennenmetallisierung (30; 38; 108) bildet.that the protective device (32 '; 50; 54; 60; 116, 118) is formed by a semiconducting layer applied to the carrier substrate, which has a diode-like connection at least between a section of the antenna metallization (30 ; 38; 108) and a section of the antenna metallization (30; 38; 108) adjacent to the second connection end (64; 114).
2. Transpondervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,2. Transponder device according to claim 1, characterized in that
daß die Antennenmetallisierung (30; 38; 108) eine Spule ist, deren erstes Ahschlußende (62; 110) "mit einem ersten Anschluß (102) des Schaltungschips verbunden ist und deren zweites Anschlußende (64; 114) mit einem zweiten Anschluß (104) des Schaltungschips (100) verbunden ist. that the antenna metallization (30; 38; 108) is a coil, the first connection end (62; 110) "of which is connected to a first connection (102) of the circuit chip and the second connection end (64; 114) of a second connection (104) of the circuit chip (100) is connected.
3. Transpondervorrichtung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet,3. Transponder device according to claim 2, characterized in that
daß über der halbleitenden Schicht eine Metallschicht (54; 116) gebildet ist.that a metal layer (54; 116) is formed over the semiconducting layer.
4. Transpondervorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet,4. Transponder device according to claim 3, characterized in
daß die Metallschicht (116) eine Überbrückungsmetalli- sierung ist, die zur elektrisch leitfähigen Verbindung des zweiten Anschlußendes (114) der Antennenmetallisierung (108) mit dem zweiten Anschluß (104) des Schaltungschips (100) verwendet ist.that the metal layer (116) is a bridging metallization which is used for the electrically conductive connection of the second connection end (114) of the antenna metallization (108) to the second connection (104) of the circuit chip (100).
5. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,5. Transponder device according to one of claims 1 to 4, characterized in
daß die halbleitende Schicht (50, 60, 118) durch eine entsprechend dotierte Siliziumschicht gebildet ist.that the semiconducting layer (50, 60, 118) is formed by a correspondingly doped silicon layer.
6. Transpondervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,6. Transponder device according to claim 1, characterized in
daß in der halbleitenden Schicht ein pn-Übergang gebildet ist.that a pn junction is formed in the semiconducting layer.
7. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,7. Transponder device according to one of claims 1 to 4, characterized in
daß die halbleitende Schicht (50; 60; 118) durch eine ZnO-Schicht gebildet ist.that the semiconducting layer (50; 60; 118) is formed by a ZnO layer.
8. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,8. Transponder device according to one of claims 1 to 4, characterized in
daß die halbleitende Schicht (50; 60; 118) durch eine organische Polymerschicht gebildet ist.that the semiconducting layer (50; 60; 118) by a organic polymer layer is formed.
9. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,9. Transponder device according to one of claims 1 to 4, characterized in
daß die Antennenmetallisierung (38; 108) aus Kupfer besteht und die halbleitende Schicht (50; 60; 118) aus einem Kupferoxid gebildet ist.that the antenna metallization (38; 108) consists of copper and the semiconducting layer (50; 60; 118) is formed from a copper oxide.
10. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,10. Transponder device according to one of claims 1 to 9, characterized in
daß die halbleitende Schicht (50; 60; 118) derart über der Antennenmetallisierung (38; 108) angeordnet ist, daß diodenartige Verbindungen zwischen einer Mehrzahl jeweils benachbarter Windungen der Antennenmetallisierung gebildet sind.that the semiconducting layer (50; 60; 118) is arranged above the antenna metallization (38; 108) in such a way that diode-like connections are formed between a plurality of respectively adjacent turns of the antenna metallization.
11. Transpondervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,11. Transponder device according to claim 3, characterized in that
daß die halbleitende Schicht (50; 60; 118) und die Metallschicht (854; 116) derart über der Antennenmetallisierung (38; 108) angeordnet sind, daß diodenartige Verbindungen zwischen einer Mehrzahl jeweils benachbarter Verbindungen der Antennenmetallisierung gebildet sind.that the semiconducting layer (50; 60; 118) and the metal layer (854; 116) are arranged above the antenna metallization (38; 108) such that diode-like connections are formed between a plurality of respectively adjacent connections of the antenna metallization.
12. Transpondervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet,12. Transponder device according to one of claims 2 to 11, characterized in
daß die Antennenmetallisierung (30; 38; 108) mit einem Material hoher magnetischer Permeabilität beschichtet ist.that the antenna metallization (30; 38; 108) is coated with a material of high magnetic permeability.
13. Transpondervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitende Schicht durch ein auf das Trägersubstrat aufgebrachtes Siliziumsubstrat, in dem Diodenstrukturen gebildet sind, gebildet ist.13. Transponder device according to claim 1, characterized in that that the semiconducting layer is formed by a silicon substrate applied to the carrier substrate and in which diode structures are formed.
14. Transpondervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,14. Transponder device according to claim 13, characterized in
daß die Diodenstrukturen antiparallele Diodenstrukturen sind.that the diode structures are anti-parallel diode structures.
15. Transpondervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,15. Transponder device according to claim 1, characterized in
daß die Antennenmetallisierung durch eine Dipolkapazität gebildet ist, wobei die Schutzeinrichtung zwischen den Einspeisungspunkten der Dipolkapazität vorgesehen ist. that the antenna metallization is formed by a dipole capacitance, the protective device being provided between the feed points of the dipole capacitance.
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