用于RFID和传感器应用的SAW标签的复合基板制造技术

本发明专利技术涉及一种表面声波标签装置，该表面声波标签装置包括声波传播基板(202)、包括交错梳状电极(216)的至少一个换能器结构(204)以及至少一个反射装置，所述反射装置包括至少一个反射器(206，208，210)，其特征在于，所述声波传播基板(202)是包括基底基板(226)和压电层(224)的复合基板(202)，其中所述压电层(224)相对于所述基底基板(226)的晶体定向使得能够在所述压电层(224)内并且在对应于所述声波的传播方向上传播剪切波。本发明专利技术还涉及一种物理量确定装置和一种这种表面声波标签装置(200)的制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于RFID和传感器应用的SAW标签的复合基板本专利技术涉及用于RFID和传感器应用的表面声波标签装置，更具体地说，涉及用于表面声波标签装置的复合基板。自从1980年代后期以来，表面声波(SAW)标签装置已经被用作射频识别装置(RFID)标签。根据现有技术，SAW标签装置包括具有单个换能器和一组反射器的压电基板以及天线，所述一组反射器以各种延迟定位在换能器的一侧。入射RF信号被附接到SAW标签的天线捕获，该入射RF信号激活SAW标签，并作为SAW标签装置的反射响应被重新发送。设计这种装置要考虑的品质因数是机电耦合系数ks2、工作频率的温度稳定性和在布拉格条件下反射器的反射系数。SAW标签装置依赖于使用在体压电铌酸锂(LiNbO3)的表面上以由(YX/)/128°给定的晶体定向行进的瑞利波。在机电耦合系数ks2在5％和6％之间的情况下，这种构造使得可以产生在以2.45GHz为中心的频带中工作的SAW标签，该SAW标签可以在几厘米到几米的距离处被远程询问。但是，在体铌酸锂中使用瑞利波不能够获得大于6％的机电耦合系数ks2，因此限制了可以对装置进行询问的距离。此外，铌酸锂实际上表现出强的温度漂移，对于延迟的温度系数(TCD)来说温度漂移最小约为70ppm/K，这使得难以实现可以用作用于测量除温度之外的任何其它物理参数的传感器的架构。本专利技术的目的是通过提供一种沉积在复合基板上的表面声波(SAW)标签装置来克服上述缺陷，该表面声波(SAW)标签装置具有用于RFID和传感器应用的改进性能，特别地用于测量除温度之外的物理参数。本专利技术的目的是通过一种表面声波标签装置实现的，该表面声波标签装置包括声波传播基板、设置在基板上的包括交错梳状电极的至少一个换能器结构、以及至少一个反射装置，该反射装置包括至少一个反射器，该至少一个反射器在声波的传播方向上相对于至少一个换能器结构定位在一距离处，其特征在于，声波传播基板是包括基底基板和压电层的复合基板，其中压电层相对于基底基板的晶体定向使得能够在压电层内以及在对应于声波的传播方向上传播剪切波。在这种装置中，由于压电层相对于基底基板的相对晶体定向，剪切波是在压电层中传播的主要波，而不是像在现有技术的SAW标签装置中的瑞利波。由于与体LiNbO3上的瑞利波中的一个瑞利波相比，使用所提出的复合基板改进了剪切波的温度稳定性，因此除了测量温度之外，可以将SAW标签装置的应用扩展到测量机械参数，例如力、压力等。此外，与体LiNbO3上的瑞利波模式相比，在所考虑的复合基板中的剪切波模式呈现更强的机电耦合系数ks2，并且使用压电层相对于基底基板的这种相对晶体定向也将导致机电耦合系数ks2增加大约2倍直到大约5倍的因子。因此，可以获得具有增加的距离以用于远程询问的SAW标签装置。根据本专利技术的变型，复合基板的压电层可以是钽酸锂(LiTaO3)或铌酸锂(LiNbO3)。根据本专利技术的变型，压电层是铌酸锂LiNbO3，并且压电层相对于基底基板的晶体定向根据标准IEEE1949Std-176为(YX/)/θ，其中θ为介于0°和100°之间、特别是0°和50°之间、或140°和180°之间，以180°为模的晶体定向的角度。在该晶体定向的特定范围内，剪切波模式在压电层内行进，并且可以观察到4000m/s或以上的快速传播速度以及大约65ppm/K的绝对最大TCF值以及高于20％的ks2值。通常，剪切波模式表现出足够大的机电耦合系数ks2以允许SAW标签工作，然而仅接近(YX/)/128°定向的切割角允许在该目的中利用瑞利波。因此，在范围[0°-100°]和[140°-180°]内的切割角有利于使用剪切波模式，并且可以使用在范围[100°-180°]内的任何晶体切割来利用瑞利波。根据本专利技术的变型，压电层是钽酸锂(LiTaO3)，并且压电层相对于基底基板的晶体定向根据标准IEEE1949Std-176为(YX/)/θ，其中θ为介于-30°和90°之间，特别是0°和90°之间，以180°为模的晶体定向的角度。在该晶体定向的特定范围内，剪切波模式比瑞利模式占主导，并且可以观察到约4000m/s的快速传播速度和包括低于-20ppm/K的TCF和约3％至12％的ks2值。特别地，对于介于20°和60°之间的θ的范围，更特别地对于大约36°或大约42°的θ，以180°为模，TCF可以接近于零。根据本专利技术的变型，复合基板的基底基板是硅。为了在硅上转移压电层，可以使用如SmartCutTM的批量生产方法，其使用压电源基板中的离子注入来限定要转移的层，将源基板附接到硅基板并且通过热处理或机械处理来转移该层。作为替代，可以使用诸如金刚石、蓝宝石、碳化硅、熔融石英或石英晶体的基底基板。优选地，复合基板的基底基板可以是绝缘体上硅基板(SOI)，对应于分层硅-绝缘体-硅基板，并且绝缘层可以是SiO2层。根据本专利技术的变型，基底基板还可以包括布拉格镜，该布拉格镜由交替的低/高声学阻抗层构成，例如二氧化硅和钨或二氧化硅和氮化硅或二氧化硅和氮化铝。布拉格镜减少了朝向基底基板的能量损失，因为它可以将模式的辐射部分朝向压电层反射，并且还可以为装置结构增加机械稳定性。根据本专利技术的变型，基底基板的至少一部分可以是可变形的。因此，可以具有一种SAW标签装置，该SAW标签装置可以测量由变形引起的机械参数，例如导致反射的剪切波的飞行时间差的压力或振动。根据本专利技术的变型，反射装置的至少一个反射器包括一个或多个金属条，所述金属条可以彼此连接或连接到地面。如前所述连接它们导致在布拉格条件下反射器的反射系数的改进，与单片(YX/)/128°LiNbO3上的瑞利波的现有技术情况相反。在布拉格条件下反射器的改进的反射系数导致换能器结构更好地检测反射波。因此，与现有技术的SAW标签装置相比，可以获得具有改进的响应信号的SAW标签装置。根据本专利技术的变型，包括两个或更多个SAW标签装置(至少一个SAW标签装置如前所述)的物理量确定装置还可以包括连接到两个或更多个SAW标签装置的换能器结构的仅一个标签天线。该装置可以测量两个或更多个参数，这些参数可以仅使用一个天线来发送。仅使用一个天线简化了结构。根据本专利技术的变型例，包括在物理量确定装置中的两个或更多个SAW标签装置中的一个SAW标签装置可以是表面声波谐振器，并且SAW标签装置中的至少一个SAW标签装置可以如前所述。在该物理量确定装置中，SAW谐振器允许识别在其上待执行物理参数的测量的装置。SAW谐振器允许识别，并且SAW标签装置中的至少一个SAW标签装置允许测量物理量，例如温度或压力。根据本专利技术的变型，物理量确定装置的表面声波谐振器可以相对于物理量确定装置的表面声波标签装置中的至少一个表面声波标签装置定位，使得它们具有两个不同的表面声波传播方向。优选地，表面声波谐振器的表面声波传播方向与压电层的晶轴中的一个平行，并与表面声波标签装置中的至少一个表面声波标签装置的表面声波传播方向成角度Ψ。结果，可以选择角度Ψ，使得表面声波谐振器可以产生物理量确定装置的期望应用所需的声波类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面声波标签装置，所述表面声波标签装置包括：/n声波传播基板(202，324，424，502，604，700)，设置在所述基板(202，324，424，502，604，700)上的至少一个换能器结构(204，306，308，610)包括交错梳状电极(216，218，316，318)，以及/n至少一个反射装置，所述反射装置包括至少一个反射器(206，208，210，308，310，312，616，618，620)，所述至少一个反射器在声波的传播方向上相对于所述至少一个换能器结构(204，306，308，610)定位在一距离处，/n其特征在于，/n所述声波传播基板(202，324，424，502，604，700)是包括基底基板(226，504，602，704)和压电层(224，506，600，702)的复合基板(202，324，424，502，604，700)；/n其中，所述压电层(224，506，600，702)相对于所述基底基板(226，504，602，704)的晶体定向使得能够在所述压电层(224，506，600，702)内并且在对应于所述声波的传播方向上传播剪切波。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180316 FR 18522791.一种表面声波标签装置，所述表面声波标签装置包括：
声波传播基板(202，324，424，502，604，700)，设置在所述基板(202，324，424，502，604，700)上的至少一个换能器结构(204，306，308，610)包括交错梳状电极(216，218，316，318)，以及
至少一个反射装置，所述反射装置包括至少一个反射器(206，208，210，308，310，312，616，618，620)，所述至少一个反射器在声波的传播方向上相对于所述至少一个换能器结构(204，306，308，610)定位在一距离处，
其特征在于，
所述声波传播基板(202，324，424，502，604，700)是包括基底基板(226，504，602，704)和压电层(224，506，600，702)的复合基板(202，324，424，502，604，700)；
其中，所述压电层(224，506，600，702)相对于所述基底基板(226，504，602，704)的晶体定向使得能够在所述压电层(224，506，600，702)内并且在对应于所述声波的传播方向上传播剪切波。


2.根据权利要求1所述的表面声波标签装置，其中，所述压电层(224，506，600，702)是钽酸锂LiTaO3或铌酸锂LiNbO3。


3.根据权利要求2所述的表面声波标签装置，其中：所述压电层(224，506，600，702)是铌酸锂LiNbO3；并且
所述压电层(224，506，600，702)相对于所述基底基板(226，506，600，704)的所述晶体定向根据标准IEEE1949Std-176为(YX/)/θ，其中θ为介于0°和100°之间、特别是0°和50°之间、或140°和180°之间，以180°为模的晶体定向的角度。


4.根据权利要求2所述的表面声波标签装置，其中：所述压电层(224，506，600，702)是钽酸锂LiTaO3；并且
所述压电层(224，506，600，702)相对于所述基底基板(226，504，602，704)的所述晶体定向根据标准IEEE1949Std-176为(YX/)/θ，其中θ为介于-30°和90°之间，特别是20°和60°之间，更特别地对于θ为大约36°或大约42°，以180°为模的晶体定向的角度。


5.根据权利要求1至4中的一项所述的表面声波标签装置，其中，所述复合基板(202，324，424，502，604，700)的所述基底基板(226，504，602，704)是硅、金刚石、蓝宝石、碳化硅、熔融石英或石英晶体中的一种。


6.根据前述权利要求1至5中任一项所述的表面声波标签装置，其中，所述基底基板(226，504，602，704)的至少一部分(514，636)能够变形。


7.根据前述权利要求1至6中任一项所述的表面声波标签装置，其中，所述反射装置的所述至少一个反射器(206，208，210，308，310，312，616，618，620)包括一个或多个金属条(212，320，622)，所述金属条(212，320，622)彼此连接或连接到地面。


8.一种物理量确定装置，所述物理量确定装置包括两个或更多个表面声波标签装置(200，302，30...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴朗德拉斯，T·拉罗什，
申请(专利权)人：福瑞斯恩系统，
类型：发明
国别省市：法国;FR