專利名稱：：應(yīng)用于rfid芯片的集成天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及集成電路制造
技術(shù)領(lǐng)域：
，且特別涉及一種應(yīng)用于RFID芯片的集成天線。
背景技術(shù)：
：隨著超大規(guī)模集成電紹4支術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息安全技術(shù)的Hic卡技術(shù)日趨成熟?，F(xiàn)在，非接觸式IC卡由于具有使用方便、無機(jī)械觸點(diǎn)磨損、穩(wěn)定可靠、維護(hù)費(fèi)用低等諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域開始取代接觸式IC卡。非接觸式IC卡的天線用于獲得卡上電路工作所需要的電能并與讀卡機(jī)天線通過電磁耦合的方式交換數(shù)據(jù)。目前市場(chǎng)上銷售的IC卡，都是片外天線形式的，其優(yōu)點(diǎn)是天線Q值較高、易于制造、成本適中，但它的體積較大、易折斷，不能勝任防偽或以生物標(biāo)簽形式埋入動(dòng)物內(nèi)等任務(wù)。如果把天線放在芯片中將會(huì)使整個(gè)IC卡體積更小，使用更加方便，隨著產(chǎn)量的增大，有望降低成本，擴(kuò)大在商品防偽等領(lǐng)域中的應(yīng)用。由于片上天線的外邊長(zhǎng)受芯片面積的限制而不能做大，決定了其必須增加環(huán)繞圈數(shù)來獲得足夠的磁通量；并且片上天線遠(yuǎn)大于片外天線的寄生參數(shù)使得其Q值極小，感應(yīng)的能量4艮低，因此限制了其實(shí)際應(yīng)用。集成天線的實(shí)現(xiàn)仍以硅基集成電感為主，國(guó)內(nèi)外對(duì)硅基集成電感的研究已做過不少工作，其重點(diǎn)為如何提高硅基集成電感在諧振狀態(tài)下的Q值問題，硅基集成電感的本征頻率多在幾個(gè)GHz左右，而電子標(biāo)簽的工作頻率只有13.56MHz，故要求集成天線應(yīng)比硅基集成電感具有更大的寄生電感或電容，為此集成天線會(huì)引入更多的連線損耗，從而導(dǎo)致它在諧振條件下的Q值并不理想。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供一種可以降低集成天線的金屬導(dǎo)體損耗、改善集成天線的品質(zhì)因子并獲得較高的感應(yīng)能量的集成天線。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，包括氧化層，淀積于RFID芯片上，其厚度的范圍為2微米至IO微米；天線，位于氧化層上，為螺旋狀單層結(jié)構(gòu)，其厚度的范圍為l微米至5微米。可選的，所述氧化層材料為硅酸氟。可選的，所述天線的材料為銅。可選的，所述天線的輸出端和輸入端位于所述RFID芯片的焊盤所處的對(duì)角線兩端。可選的，所述天線的輸出端和輸入端通過過孔直接與所迷RFID芯片所對(duì)應(yīng)的焊盤相連?？蛇x的，所述過孔在輸出端和輸入端的數(shù)量至少為一個(gè)。可選的，所述天線的外邊長(zhǎng)不大于所述RFID芯片所對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)尺寸?？蛇x的，所述天線的外邊長(zhǎng)介于0.5毫米到8毫米之間?？蛇x的，所述天線的圏數(shù)介于20圈到200圏之間?？蛇x的，所述天線的形狀為正方形或長(zhǎng)方形。本實(shí)用新型集成天線的有益效果為該集成天線采用單層且為螺旋狀，天線的輸入端和輸出端位于RFID芯片的焊盤所處的對(duì)角線兩端，并通過過孔直接與RFID芯片所對(duì)應(yīng)的焊盤相連，這樣做的目的是可以減少掩膜版的數(shù)量和光刻的次數(shù)，即可以減小生產(chǎn)成本;同時(shí)，該集成天線的金屬導(dǎo)體采用1微米至5微米厚的銅導(dǎo)體，氧化層采用2微米至IO微米厚的硅酸氟，外邊長(zhǎng)略小于RFID芯片所對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)尺寸，圈數(shù)介于20圈到200圏之間，這樣做的目的是在滿足大電感值的前提下，能獲得最大的等效面積、磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載引入端電壓，且使得集成天線的串聯(lián)等效電阻/s下降，可使得螺旋線圈的^值達(dá)到最大化，從而使其能量損耗更小，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。采用單層結(jié)構(gòu)且為螺旋狀的集成天線設(shè)計(jì)方法后，其集成天線在滿足大電感值的前提下，能獲得最大的等效面積和磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)，且使得集成天線的串聯(lián)等效電阻js下降，可使得螺旋線圈的《值達(dá)到最大化，從而使其能量損耗更小。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于RFID芯片的13.56MHz集成天線的側(cè)視圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于RFID芯片的13.56MHz集成天線的俯視圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。請(qǐng)參考圖l,圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于RFID芯片的13.56MHz集成天線的側(cè)視圖，本實(shí)施例包括氧化層112,淀積于RFID芯片lll上，其厚度的范圍為2微米至10微米；天線114,位于氧化層上，為螺旋狀單層結(jié)構(gòu)，其厚度的范圍為l微米至5微米。本實(shí)用新型的具體的制造方法包括如下步驟(a)完成RFID芯片111的制造；(b)在RFID芯片111表面淀積一層絕緣材料層112，其厚度的范圍為2微米至10微米；(c)光刻、刻蝕芯片連接區(qū)域113及天線結(jié)構(gòu)114，天線結(jié)構(gòu)為單層螺旋狀結(jié)構(gòu)，其厚度的范圍為l微米至5微米，并去膠清洗；(d)淀積金屬擴(kuò)散阻擋層、電鍍金屬層；(e)金屬化學(xué)機(jī)械拋光，清洗；(f)淀積絕緣材料保護(hù)層115,完成片上天線的制造。氧化層材料采用硅酸氟，厚于先前技術(shù)，氧化層是經(jīng)過多次工藝成型。集成天線的金屬導(dǎo)體采用銅，厚于先前技術(shù)，經(jīng)過多次工藝成型。接著，請(qǐng)參考圖2,圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例應(yīng)用于RFID芯片的13.56MHz集成天線的俯^L圖，集成天線的輸入輸出兩端是位于對(duì)角線的兩端，這是由RFID芯片10中所對(duì)應(yīng)的焊盤13位置決定的；而且集成天線的輸入輸出兩端通過過孔11直接與芯片所對(duì)應(yīng)的焊盤13相連。為了光刻過程的方便，在輸入輸出兩端，沿著金屬線有一排過孔ll，過孔全部在焊盤13的范圍內(nèi)，圖中所示的每端的過孔11數(shù)量根據(jù)Mask的DataRatio來定。集成天線的外邊長(zhǎng)是由芯片的尺寸決定的，天線外邊長(zhǎng)不大于芯片的尺寸，一般為0.5毫米到8毫米之間。集成天線的圈數(shù)介于20圈到200圈之間，具體圈數(shù)值跟集成天線的外邊長(zhǎng)有關(guān)。在其它參數(shù)不變的情況下，要獲得相同的電感值，螺旋線圏的外邊長(zhǎng)越大，所需的線圈圈數(shù)就越少，反之，圈數(shù)將越多。集成天線的金屬線圈12是采用平面螺旋結(jié)構(gòu)的，外形是正方形。這是因?yàn)樾酒Y(jié)構(gòu)一般為正方形或長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，集成天線的結(jié)構(gòu)也采用正方形或長(zhǎng)方形，這將使集成天線獲得最大的自身等效面積，從而獲得盡可能大的磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)。下面是本實(shí)施例的具體的兩組數(shù)據(jù)，金屬導(dǎo)體材料選用銅，平面特性為等平面，并采用正方形螺旋線圈結(jié)構(gòu)。集成天線的外邊長(zhǎng)為1.3mm，氧化層112材料為FSG,厚度為7nm,螺旋線困的金屬導(dǎo)體114材料為銅，厚度分別選用3pm、4^m和5nm，其余的參數(shù)如線圈圈數(shù)n、金屬線圈寬度及金屬間間距詳見表1。通過理論計(jì)算得出集成天線的性能，如片上天線電感值Ls、諧振頻率fo、品質(zhì)因子Q、集成天線自身的等效面積S、磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)U和負(fù)載引入端電壓Uab(注負(fù)栽等效電阻和等效電容分別為10kQ和25pF)的值詳見表l。從(l)-(3)號(hào)天線的比較來看，在氧化層厚度tox不變的情況下，隨著螺旋線圍的金屬導(dǎo)體厚度t的增加，天線的等效電阻Rs急劇減小，與等效電阻密切相關(guān)的品質(zhì)因子Q值隨著增大，因此與品質(zhì)因子Q值密切相關(guān)的負(fù)栽引入端電壓Uab也隨著增大，且品質(zhì)因子Q值和負(fù)載引入端電壓Uab的增加幅度都非常明顯。表11(mm)t(Hm)tox一)tiw—)s—)Rs(Q)(MHz)QS(咖2)U(V)Uab(V)(1)1.33764.51.90.74.6798713.620.40883.687,163.04(2)1.34763,52.00.84,4168713,640.53881.046.943.87(3)1.35761.52.01.04.1054313.580.63077.646.624.31于本實(shí)用新型的另一實(shí)施例中，集成天線的外邊長(zhǎng)為1.3mm,螺旋線圈的金屬導(dǎo)體114材料為銅，厚度為3拜，氧化層112材料為FSG，厚度分別選用5拜、6nm、7^m和8^im,其余的參數(shù)如線圏圖數(shù)n、金屬線圍寬度及金屬間間距詳見表l。通過理論計(jì)算得出集成天線的性能，如片上天線電感值Ls、諧振頻率fo、品質(zhì)因子Q、集成天線自身的等效面積S、磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)U和負(fù)載引入端電壓Uab(注負(fù)載等效電阻和等效電容分別為10kQ和25pF)的值詳見表2。從(4)、(5)、(1)和(6)號(hào)天線的比較來看，在螺旋線圖的金屬導(dǎo)體厚度t不變的情況下，隨著氧化層厚度tox的增加，天線的品質(zhì)因子Q值隨著增大，因此與品質(zhì)因子Q值密切相關(guān)的負(fù)載引入端電壓Uab也隨著增大,且品質(zhì)因子Q6值和負(fù)栽引入端電壓Uab的增加幅度都比較小。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>通過對(duì)上迷優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行一系列的理論計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果可知，本實(shí)施例應(yīng)用于RFID芯片的13.56MHz集成天線的設(shè)計(jì)方法，基于對(duì)集成天線等效電路模型的分析、各寄生參數(shù)的計(jì)算，以及多種損耗機(jī)制的分析，為了獲得最大的等效面積和磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)，采用方形螺旋平面結(jié)構(gòu)；為了獲得大電感值(一般為4微亨至5微亨)，采取幾十圈的螺旋線圏；為了減小集成天線和芯片之間寄生效應(yīng)的影響，采用較厚的氧化層；為了減小金屬線圈的串聯(lián)等效電阻，采用較厚的銅導(dǎo)線。采用上述設(shè)計(jì)方法后，其集成天線在滿足大電感值的前提下，能獲得最大的等效面積、磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)和負(fù)栽引入端電壓，且使得集成天線的串聯(lián)等效電阻is下降，可使得螺旋線圖的Q值達(dá)到最大化，從而使其能量損耗更小，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi),當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于包括氧化層，淀積于RFID芯片上，其厚度的范圍為2微米至10微米；天線，位于氧化層上，為螺旋狀單層結(jié)構(gòu)，其厚度的范圍為1微米至5微米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述氧化層材料為硅酸氟。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的材料為銅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的輸出端和輸入端位于所述RFID芯片的焊盤所處的對(duì)角線兩端。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線6.根據(jù)權(quán)利要求5所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述過孔在輸出端和輸入端的數(shù)量至少為一個(gè)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的外邊長(zhǎng)不大于所述RFID芯片所對(duì)應(yīng)的邊長(zhǎng)尺寸。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的外邊長(zhǎng)介于0.5毫米到8毫米之間。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的圈數(shù)介于20圈到200圈之間。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，其特征在于所述天線的形狀為正方形或長(zhǎng)方形。專利摘要一種應(yīng)用于RFID芯片的集成天線，包括氧化層，淀積于RFID芯片上，其厚度的范圍為2微米至10微米，天線，位于氧化層上，為螺旋狀單層結(jié)構(gòu)，其厚度的范圍為1微米至5微米，本實(shí)用新型集成天線通過增加氧化層厚度來減小RFID芯片對(duì)集成天線造成寄生耦合影響，在滿足大電感值的前提下，能獲得最大的等效面積、磁場(chǎng)中感應(yīng)到的開路電動(dòng)勢(shì)和負(fù)載引入端電壓，且使得集成天線的串聯(lián)等效電阻Rs下降，可使得螺旋線圈的Q值達(dá)到最大化，從而使其能量損耗更小。文檔編號(hào)H01Q1/38GK201303050SQ20082015411公開日2009年9月2日申請(qǐng)日期2008年10月16日優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日發(fā)明者偉周,朱建軍,勇王,趙宇航,陳壽面申請(qǐng)人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司