淺談RFID電子標(biāo)簽封裝技術(shù)

1RFID技術(shù)概述

1.1RFID技術(shù)概念

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫,即射頻識(shí)別技術(shù),俗稱電子標(biāo)簽。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù),可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽,操作快捷方便。

1.2RFID系統(tǒng)的基本組成部分

最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成:標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)、天線(Antenna),一套完整的系統(tǒng)還需具備數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)。

1.3RFID技術(shù)的基本工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜:標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息,或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào);解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2RFID封裝技術(shù)

2.1封裝方法

印刷天線與芯片的互連上,因RFID標(biāo)簽的工作頻率高、芯片微小超薄,最適宜的方法是倒裝芯片(FlipChip)技術(shù),它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特點(diǎn),為適應(yīng)柔性基板材料,倒裝的鍵合材料要以導(dǎo)電膠來(lái)實(shí)現(xiàn)芯片與天線焊盤的互連。柔性基板要實(shí)現(xiàn)大批量低成本的生產(chǎn),以及為了更有效地降低生產(chǎn)成本,采用新的方法進(jìn)行天線與芯片的互連是目前國(guó)際國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

為了適應(yīng)更小尺寸的RFID芯片,有效地降低生產(chǎn)成本,采用芯片與天線基板的鍵合封裝分為兩個(gè)模塊分別完成是目前發(fā)展的趨勢(shì)。其中一具體做法是:大尺寸的天線基板和連接芯片的小塊基板分別制造,在小塊基板上完成芯片貼裝和互連后,再與大尺寸天線基板通過(guò)大焊盤的粘連完成電路導(dǎo)通。與上述將封裝過(guò)程分兩個(gè)模塊類似的方法是將芯片先轉(zhuǎn)移至可等間距承載芯片的載帶上,再將載帶上的芯片倒裝貼在天線基板。該方法中,芯片的倒裝是靠載帶翻卷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的,簡(jiǎn)化了芯片的拾取操作,因而可實(shí)現(xiàn)更高的生產(chǎn)效率。

2.2RFID標(biāo)簽封裝工藝

RFID標(biāo)簽因不同的用途呈現(xiàn)多種封裝形式,因而在天線制造、凸點(diǎn)形成、芯片鍵合互連等封裝過(guò)程工藝也呈多樣性。
(1)天線制造

繞制天線基板(對(duì)應(yīng)著引線鍵合封裝)
印刷天線基板(對(duì)應(yīng)著倒裝芯片導(dǎo)電膠封裝)
蝕刻天線基板(對(duì)應(yīng)著引線鍵合封裝或者模塊鉚接封裝)

(2)凸點(diǎn)的形成

目前RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的特點(diǎn)是品種繁多,但并非每個(gè)品種的數(shù)量能形成規(guī)模。因此,采用柔性化制作凸點(diǎn)技術(shù)具有成本低廉,封裝效率高,使用方便,靈活,工藝控制簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。不僅可解決微電子工業(yè)中可變加工批量、高密度、低成本封裝急需的難題,還為目前正蓬勃興起的RFID標(biāo)簽的柔性化生產(chǎn)提供條件。

(3)RFID芯片互連方法

RFID標(biāo)簽制造的主要目標(biāo)之一是降低成本。為此,應(yīng)盡可能減少工序,選擇低成本材料,減少工藝時(shí)間。

倒裝芯片凸點(diǎn)與柔性基板焊盤互連可采用三種方式:各向同性導(dǎo)電膠(ICA)加底部填充,各項(xiàng)異性導(dǎo)電膠(ACA,ACF),不導(dǎo)電膠(NCA)直接壓合釘頭凸點(diǎn)的方法。理論上,應(yīng)優(yōu)先考慮NCA互連,可以同點(diǎn)膠凸點(diǎn)相配合實(shí)現(xiàn)低成本制造,但存在一定的局限性和可靠性。

采用ICA,優(yōu)點(diǎn)是成本低,固化不需要加壓。操作工藝步驟繁瑣,難以降低成本,通常固化時(shí)間長(zhǎng),難以提高生產(chǎn)速度。在采用先制造連接芯片的小塊基板,再與大尺寸天線基板連接的形式下,通過(guò)ICA的粘連完成電路導(dǎo)通是首選。通常是使用低成本、快速固化的ACF和ACA,具體做法是用普通漏版印刷技術(shù)在天線基板焊盤相應(yīng)位置涂刷一層ACA,利用倒裝芯片貼片機(jī)將芯片貼放到對(duì)應(yīng)位置,然后熱壓固化。

還有另一種鍵合方式是先制造RFID模塊,然后將其與天線基板進(jìn)行鉚接組裝。

2.3RFID標(biāo)簽封裝設(shè)備

目前RFID產(chǎn)品的封裝設(shè)備只有國(guó)外一些廠商提供,柔性基板的標(biāo)簽均選用從卷到卷的生產(chǎn)方式,該生產(chǎn)線包括基板進(jìn)料、上膠、芯片翻轉(zhuǎn)貼裝(倒裝)、熱壓固化、測(cè)試、基板收料等工藝流程。另一種生產(chǎn)方式為先制造RFID模塊,然后將其與天線基板進(jìn)行鍵合組裝。該方法由獨(dú)立的可精密定位的芯片轉(zhuǎn)移設(shè)備將芯片置于載帶構(gòu)成芯片模塊,再由芯片模塊將芯片轉(zhuǎn)移至天線基板,其優(yōu)點(diǎn)是兩次轉(zhuǎn)移可獨(dú)立并行執(zhí)行,芯片翻轉(zhuǎn)通過(guò)載帶的盤卷方式實(shí)現(xiàn),因而生產(chǎn)效率得以提高。

柔性基板的標(biāo)簽通過(guò)全自動(dòng)高速卷對(duì)卷的設(shè)備生產(chǎn),非接觸Transponder的生產(chǎn)通過(guò)將導(dǎo)電膠準(zhǔn)確附于天線的引腳,倒扣芯片封裝,并對(duì)每個(gè)Transponder檢測(cè)以達(dá)到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)備點(diǎn)膠采用鋼箔網(wǎng)印技術(shù),應(yīng)用視覺(jué)定位系統(tǒng),使用兩組機(jī)械手臂高精準(zhǔn)取放芯片,通過(guò)可調(diào)溫度、時(shí)間與壓力的熱壓頭封裝,讀卡頭自動(dòng)全檢ISO標(biāo)準(zhǔn)Transponder并統(tǒng)計(jì)合格率。

2.4電子標(biāo)簽的封裝形式

從實(shí)際應(yīng)用看,電子標(biāo)簽的封裝形式較多,不受標(biāo)準(zhǔn)形狀和尺寸的限制,而且其構(gòu)成也是千差萬(wàn)別,甚至需要根據(jù)各種不同要求進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)。目前已得到應(yīng)用的Transponder的尺寸從￠6mm到76×45mm,小的甚至使用微米級(jí)芯片制成、包括天線在內(nèi)也只有0.4×0.4mm的大小;存儲(chǔ)容量從64-200bit的只讀ID號(hào)的小容量型到可存儲(chǔ)數(shù)萬(wàn)比特?cái)?shù)據(jù)的大容量型(例如EEPROM32Kbit);封裝材質(zhì)從不干膠到開模具注塑成型的塑料。對(duì)于電子標(biāo)簽的各種封裝形式,其材質(zhì)、構(gòu)成等各不相同。

(1)卡片類(PVC、紙、其他)

層壓式,有熔壓和封壓兩種。熔壓是由中心層的INLAY片材和上下兩片PVC材加溫加壓制作而成。PVC材料與INLAY熔合后經(jīng)沖切成ISO7816所規(guī)定的尺寸大小。當(dāng)芯片采用Transponder時(shí)芯片凸起在天線平面之上(天線厚0.01～0.03mm),可以采用另一種層壓方式,即封壓。此時(shí),基材通常為PET或紙,芯片厚度通常為0.20～0.38mm,制卡封裝時(shí)僅將PVC在天線周邊封合,不是熔合,芯片部位不受擠壓,可以避免出現(xiàn)芯片被壓碎。膠合式,采用紙或其他材料通過(guò)冷膠的方式使Transponder上下材料膠合成一體,再模切成各種尺寸的卡片。

(2)標(biāo)簽類

粘貼式,成品可制成為人工或貼標(biāo)機(jī)揭取的卷標(biāo)形式,是應(yīng)用中最多的主流產(chǎn)品,即商標(biāo)背面附著電子標(biāo)簽,直接貼在被標(biāo)識(shí)物上。如航空用行李標(biāo)簽,托盤用標(biāo)簽等。吊牌式,對(duì)應(yīng)于服裝、物品采用吊牌類產(chǎn)品,特點(diǎn)是尺寸緊湊,可以回收。

(3)異形類

金屬表面設(shè)置型,大多數(shù)電子標(biāo)簽不同程度地會(huì)受到金屬的影響而不能正常工作。這類標(biāo)簽經(jīng)過(guò)特殊處理,可以設(shè)置在金屬上并可以讀寫。用于壓力容器、鍋爐、消防器材等各類金屬件的表面。

腕帶型,可以一次性(如醫(yī)用)或重復(fù)使用(如游樂(lè)場(chǎng))。

動(dòng)、植物使用型,封裝形式可以是注射式玻璃管、懸掛式耳標(biāo)、套扣式腳環(huán)等。電子標(biāo)簽技術(shù)以其突破性的技術(shù)特點(diǎn)和廣泛的適用性,越來(lái)越多的得到了市場(chǎng)的認(rèn)可。隨著芯片制造工藝、封裝工藝的進(jìn)一步改善,以及封裝設(shè)備和材料的日趨成熟,電子標(biāo)簽必將更加適合我們的需求。同時(shí)也留給我們一系列新的課題,有待我們?nèi)ジ倪M(jìn)和完善。