淺談RFID電子标簽封裝技術

1rfid技術概述

　　1.1rfid技術概念

　　rfid是radiofrequencyidentification的縮寫,即射頻識别技術,俗稱電子标簽。rfid射頻識别是一種非接觸式的自動識别技術,它通過射頻信号自動識别目标對象并擷取相關資料,識别工作無須人工幹預,可工作于各種惡劣環境。rfid技術可識别高速運動物體并可同時識别多個标簽,操作快捷友善。

　　1.2rfid系統的基本組成部分

　　最基本的rfid系統由三部分組成:标簽(tag)、閱讀器(reader)、天線(antenna),一套完整的系統還需具備資料傳輸和處理系統。

　　1.3rfid技術的基本工作原理

　　rfid技術的基本工作原理并不複雜:标簽進入磁場後,接收解讀器發出的射頻信号,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在晶片中的産品資訊,或者主動發送某一頻率的信号;解讀器讀取資訊并解碼後,送至中央資訊系統進行有關資料處理。

　　2rfid封裝技術

　　2.1封裝方法

　　印刷天線與晶片的互連上,因rfid标簽的工作頻率高、晶片微小超薄,最适宜的方法是倒裝晶片(flipchip)技術,它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特點,為适應柔性基闆材料,倒裝的鍵合材料要以導電膠來實作晶片與天線焊盤的互連。柔性基闆要實作大批量低成本的生産,以及為了更有效地降低生産成本,采用新的方法進行天線與晶片的互連是目前國際國内研究的熱點問題。

　　為了适應更小尺寸的rfid晶片,有效地降低生産成本,采用晶片與天線基闆的鍵合封裝分為兩個子產品分别完成是目前發展的趨勢。其中一具體做法是:大尺寸的天線基闆和連接配接晶片的小塊基闆分别制造,在小塊基闆上完成晶片貼裝和互連後,再與大尺寸天線基闆通過大焊盤的粘連完成電路導通。與上述将封裝過程分兩個子產品類似的方法是将晶片先轉移至可等間距承載晶片的載帶上,再将載帶上的晶片倒裝貼在天線基闆。該方法中,晶片的倒裝是靠載帶翻卷的方式來實作的,簡化了晶片的拾取操作,因而可實作更高的生産效率。

　　2.2rfid标簽封裝工藝

　　rfid标簽因不同的用途呈現多種封裝形式,因而在天線制造、凸點形成、晶片鍵合互連等封裝過程工藝也呈多樣性。

　　(1)天線制造

　　繞制天線基闆(對應着引線鍵合封裝)

　　印刷天線基闆(對應着倒裝晶片導電膠封裝)

　　蝕刻天線基闆(對應着引線鍵合封裝或者子產品鉚接封裝)

　　(2)凸點的形成

　　目前rfid标簽産品的特點是品種繁多,但并非每個品種的數量能形成規模。是以,采用柔性化制作凸點技術具有成本低廉,封裝效率高,使用友善,靈活,工藝控制簡單,自動化程度高等特點。不僅可解決微電子工業中可變加工批量、高密度、低成本封裝急需的難題,還為目前正蓬勃興起的rfid标簽的柔性化生産提供條件。

　　(3)rfid晶片互連方法

　　rfid标簽制造的主要目标之一是降低成本。為此,應盡可能減少工序,選擇低成本材料,減少工藝時間。

　　倒裝晶片凸點與柔性基闆焊盤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)直接壓合釘頭凸點的方法。理論上,應優先考慮nca互連,可以同點膠凸點相配合實作低成本制造,但存在一定的局限性和可靠性。

　　采用ica,優點是成本低,固化不需要加壓。操作工藝步驟繁瑣,難以降低成本,通常固化時間長,難以提高生産速度。在采用先制造連接配接晶片的小塊基闆,再與大尺寸天線基闆連接配接的形式下,通過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在天線基闆焊盤相應位置塗刷一層aca,利用倒裝晶片貼片機将晶片貼放到對應位置,然後熱壓固化。

　　還有另一種鍵合方式是先制造rfid子產品,然後将其與天線基闆進行鉚接組裝。

　　2.3rfid标簽封裝裝置

　　目前rfid産品的封裝裝置隻有國外一些廠商提供,柔性基闆的标簽均選用從卷到卷的生産方式,該生産線包括基闆進料、上膠、晶片翻轉貼裝(倒裝)、熱壓固化、測試、基闆收料等工藝流程。另一種生産方式為先制造rfid子產品,然後将其與天線基闆進行鍵合組裝。該方法由獨立的可精密定位的晶片轉移裝置将晶片置于載帶構成晶片子產品,再由晶片子產品将晶片轉移至天線基闆,其優點是兩次轉移可獨立并行執行,晶片翻轉通過載帶的盤卷方式實作,因而生産效率得以提高。

　　柔性基闆的标簽通過全自動高速卷對卷的裝置生産,非接觸transponder的生産通過将導電膠準确附于天線的引腳,倒扣晶片封裝,并對每個transponder檢測以達到最佳的産品品質。裝置點膠采用鋼箔網印技術,應用視覺定位系統,使用兩組機械手臂高精準取放晶片,通過可調溫度、時間與壓力的熱壓頭封裝,讀卡頭自動全檢iso标準transponder并統計合格率。

　　2.4電子标簽的封裝形式

　　從實際應用看,電子标簽的封裝形式較多,不受标準形狀和尺寸的限制,而且其構成也是千差萬别,甚至需要根據各種不同要求進行特殊的設計。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晶片制成、包括天線在内也隻有0.4×0.4mm的大小;存儲容量從64-200bit的隻讀id号的小容量型到可存儲數萬比特資料的大容量型(例如eeprom32kbit);封裝材質從不幹膠到開模具注塑成型的塑膠。對于電子标簽的各種封裝形式,其材質、構成等各不相同。

　　(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熔合後經沖切成iso7816所規定的尺寸大小。當晶片采用transponder時晶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,基材通常為pet或紙,晶片厚度通常為0.20～0.38mm,制卡封裝時僅将pvc在天線周邊封合,不是熔合,晶片部位不受擠壓,可以避免出現晶片被壓碎。膠合式,采用紙或其他材料通過冷膠的方式使transponder上下材料膠合成一體,再模切成各種尺寸的卡片。

　　(2)标簽類

　　粘貼式,成品可制成為人工或貼标機揭取的卷标形式,是應用中最多的主流産品,即商标背面附着電子标簽,直接貼在被辨別物上。如航空用行李标簽,托盤用标簽等。吊牌式,對應于服裝、物品采用吊牌類産品,特點是尺寸緊湊,可以回收。

　　(3)異形類

　　金屬表面設定型,大多數電子标簽不同程度地會受到金屬的影響而不能正常工作。這類标簽經過特殊處理,可以設定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(如醫用)或重複使用(如遊樂場)。

　　動、植物使用型,封裝形式可以是注射式玻璃管、懸挂式耳标、套扣式腳環等。電子标簽技術以其突破性的技術特點和廣泛的适用性,越來越多的得到了市場的認可。随着晶片制造技術、封裝工藝的進一步改善,以及封裝裝置和材料的日趨成熟,電子标簽必将更加适合我們的需求。同時也留給我們一系列新的課題,有待我們去改進和完善。