淺談RFID電子標簽封裝技術(shù)

1RFID技術(shù)概述

1.1RFID技術(shù)概念

RFID是RadioFrequencyIdentification的縮寫(xiě),即射頻識別技術(shù),俗稱(chēng)電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù),它通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據,識別工作無(wú)須人工干預,可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動(dòng)物體并可同時(shí)識別多個(gè)標簽,操作快捷方便。

1.2RFID系統的基本組成部分

最基本的RFID系統由三部分組成:標簽(Tag)、閱讀器(Reader)、天線(xiàn)(Antenna),一套完整的系統還需具備數據傳輸和處理系統。

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雜:標簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息,或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號;解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。

2RFID封裝技術(shù)

2.1封裝方法

印刷天線(xiàn)與芯片的互連上,因RFID標簽的工作頻率高、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),為適應柔性基板材料,倒裝的鍵合材料要以導電膠來(lái)實(shí)現芯片與天線(xiàn)焊盤(pán)的互連。柔性基板要實(shí)現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(xiàn)與芯片的互連是目前國際國內研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。

為了適應更小尺寸的RFID芯片,有效地降低生產(chǎn)成本,采用芯片與天線(xiàn)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。其中一具體做法是:大尺寸的天線(xiàn)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(xiàn)基板通過(guò)大焊盤(pán)的粘連完成電路導通。與上述將封裝過(guò)程分兩個(gè)模塊類(lèi)似的方法是將芯片先轉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(xiàn)基板。該方法中,芯片的倒裝是靠載帶翻卷的方式來(lái)實(shí)現的,簡(jiǎn)化了芯片的拾取操作,因而可實(shí)現更高的生產(chǎn)效率。

2.2RFID標簽封裝工藝

RFID標簽因不同的用途呈現多種封裝形式,因而在天線(xiàn)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(xiàn)制造

繞制天線(xiàn)基板(對應著(zhù)引線(xiàn)鍵合封裝)
印刷天線(xiàn)基板(對應著(zhù)倒裝芯片導電膠封裝)
蝕刻天線(xiàn)基板(對應著(zhù)引線(xiàn)鍵合封裝或者模塊鉚接封裝)

(2)凸點(diǎn)的形成

目前RFID標簽產(chǎn)品的特點(diǎn)是品種繁多,但并非每個(gè)品種的數量能形成規模。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標簽的柔性化生產(chǎn)提供條件。

(3)RFID芯片互連方法

RFID標簽制造的主要目標之一是降低成本。為此,應盡可能減少工序,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(pán)互連可采用三種方式:各向同性導電膠(ICA)加底部填充,各項異性導電膠(ACA,ACF),不導電膠(NCA)直接壓合釘頭凸點(diǎn)的方法。理論上,應優(yōu)先考慮NCA互連,可以同點(diǎn)膠凸點(diǎn)相配合實(shí)現低成本制造,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(cháng),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(xiàn)基板連接的形式下,通過(guò)ICA的粘連完成電路導通是首選。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(xiàn)基板焊盤(pán)相應位置涂刷一層ACA,利用倒裝芯片貼片機將芯片貼放到對應位置,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(xiàn)基板進(jìn)行鉚接組裝。

2.3RFID標簽封裝設備

目前RFID產(chǎn)品的封裝設備只有國外一些廠(chǎng)商提供,柔性基板的標簽均選用從卷到卷的生產(chǎn)方式,該生產(chǎn)線(xiàn)包括基板進(jìn)料、上膠、芯片翻轉貼裝(倒裝)、熱壓固化、測試、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(xiàn)基板進(jìn)行鍵合組裝。該方法由獨立的可精密定位的芯片轉移設備將芯片置于載帶構成芯片模塊,再由芯片模塊將芯片轉移至天線(xiàn)基板,其優(yōu)點(diǎn)是兩次轉移可獨立并行執行,芯片翻轉通過(guò)載帶的盤(pán)卷方式實(shí)現,因而生產(chǎn)效率得以提高。

柔性基板的標簽通過(guò)全自動(dòng)高速卷對卷的設備生產(chǎn),非接觸Transponder的生產(chǎn)通過(guò)將導電膠準確附于天線(xiàn)的引腳,倒扣芯片封裝,并對每個(gè)Transponder檢測以達到最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。設備點(diǎn)膠采用鋼箔網(wǎng)印技術(shù),應用視覺(jué)定位系統,使用兩組機械手臂高精準取放芯片,通過(guò)可調溫度、時(shí)間與壓力的熱壓頭封裝,讀卡頭自動(dòng)全檢ISO標準Transponder并統計合格率。

2.4電子標簽的封裝形式

從實(shí)際應用看,電子標簽的封裝形式較多,不受標準形狀和尺寸的限制,而且其構成也是千差萬(wàn)別,甚至需要根據各種不同要求進(jìn)行特殊的設計。目前已得到應用的Transponder的尺寸從￠6mm到76×45mm,小的甚至使用微米級芯片制成、包括天線(xiàn)在內也只有0.4×0.4mm的大小;存儲容量從64-200bit的只讀ID號的小容量型到可存儲數萬(wàn)比特數據的大容量型(例如EEPROM32Kbit);封裝材質(zhì)從不干膠到開(kāi)模具注塑成型的塑料。對于電子標簽的各種封裝形式,其材質(zhì)、構成等各不相同。

(1)卡片類(lèi)(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所規定的尺寸大小。當芯片采用Transponder時(shí)芯片凸起在天線(xiàn)平面之上(天線(xiàn)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(xiàn)周邊封合,不是熔合,芯片部位不受擠壓,可以避免出現芯片被壓碎。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)標簽類(lèi)

粘貼式,成品可制成為人工或貼標機揭取的卷標形式,是應用中最多的主流產(chǎn)品,即商標背面附著(zhù)電子標簽,直接貼在被標識物上。如航空用行李標簽,托盤(pán)用標簽等。吊牌式,對應于服裝、物品采用吊牌類(lèi)產(chǎn)品,特點(diǎn)是尺寸緊湊,可以回收。

(3)異形類(lèi)

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

腕帶型,可以一次性(如醫用)或重復使用(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、套扣式腳環(huán)等。電子標簽技術(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)的認可。隨著(zhù)芯片制造工藝、封裝工藝的進(jìn)一步改善,以及封裝設備和材料的日趨成熟,電子標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,有待我們去改進(jìn)和完善。