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1 RFID技術概述
1.1 RFID 技術概念
RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫, 即射頻識別技術, 俗稱電子標簽。R F I D 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術,它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據,識別工作無須人工干預,可工作于各種惡劣環境。R F I D 技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽, 操作快捷方便。
1.2 RFID 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(Antenna) ,一套完整的系統還需具備數據傳輸和處理系統。
1.3 RFID 技術的基本工作原理
RFID 技術的基本工作原理并不復雜:標簽進入磁場后,接收解讀器發出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息,或者主動發送某一頻率的信號;解讀器讀取信息并解碼后,送至中央信息系統進行有關數據處理。
2 RFID封裝技術
2.1 封裝方法
印刷天線與芯片的互連上,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(Flip Chip)技術,它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特點,為適應柔性基板材料,倒裝的鍵合材料要以導電膠來實現芯片與天線焊盤的互連。柔性基板要實現大批量低成本的生產,以及為了更有效地降低生產成本,采用新的方法進行天線與芯片的互連是目前國際國內研究的熱點問題。
為了適應更小尺寸的RFID 芯片,有效地降低生產成本,采用芯片與天線基板的鍵合封裝分為兩個模塊分別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大焊盤的粘連完成電路導通。與上述將封裝過程分兩個模塊類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基板。該方法中,芯片的倒裝是靠載帶翻卷的方式來實現的,簡化了芯片的拾取操作,因而可實現更高的生產效率。
2.2 RFID 標簽封裝工藝
RFID 標簽因不同的用途呈現多種封裝形式, 因而在天線制造、凸點形成、芯片鍵合互連等封裝過程工藝也呈多樣性。
(1)天線制造
繞制天線基板(對應著引線鍵合封裝)
印刷天線基板(對應著倒裝芯片導電膠封裝)
蝕刻天線基板(對應著引線鍵合封裝或者模塊鉚接封裝)
(2)凸點的形成
目前RFID 標簽產品的特點是品種繁多,但并非每個品種的數量能形成規模。因此,采用柔性化制作凸點技術具有成本低廉,封裝效率高,使用方便,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 標簽的柔性化生產提供條件。
(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, 減少工藝時間。
倒裝芯片凸點與柔性基板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( N C A ) 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現低成本制造,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, 難以提高生產速度。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板焊盤相應位置涂刷一層A C A ,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, 然后將其與天線基板進行鉚接組裝。
2.3 RFID 標簽封裝設備
目前RFID 產品的封裝設備只有國外一些廠商提供,柔性基板的標簽均選用從卷到卷的生產方式, 該生產線包括基板進料、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。另一種生產方式為先制造RFID 模塊,然后將其與天線基板進行鍵合組裝。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基板,其優點是兩次轉移可獨立并行執行,芯片翻轉通過載帶的盤卷方式實現, 因而生產效率得以提高。
柔性基板的標簽通過全自動高速卷對卷的設備生產,非接觸Transponder 的生產通過將導電膠準確附于天線的引腳, 倒扣芯片封裝,并對每個Transponder 檢測以達到最佳的產品質量。設備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芯片, 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 標準Transponder并統計合格率。
2.4 電子標簽的封裝形式
從實際應用看, 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別,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芯片制成、包括天線在內也只有0 . 4 × 0 . 4 m m 的大小; 存儲容量從6 4 -200bit 的只讀ID 號的小容量型到可存儲數萬比特數據的大容量型(例如EEPROM32Kbit);封裝材質從不干膠到開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、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。P V C 材料與I N L A Y 熔合后經沖切成ISO7816 所規定的尺寸大小。當芯片采用Transponder時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,基材通常為PET或紙,芯片厚度通常為0.20～0.38mm,制卡封裝時僅將PVC 在天線周邊封合,不是熔合,芯片部位不受擠壓,可以避免出現芯片被壓碎。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)標簽類
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品,即商標背面附著電子標簽,直接貼在被標識物上。如航空用行李標簽, 托盤用標簽等。吊牌式, 對應于服裝、物品采用吊牌類產品, 特點是尺寸緊湊, 可以回收。
(3)異形類
金屬表面設置型,大多數電子標簽不同程度地會受到金屬的影響而不能正常工作。這類標簽經過特殊處理,可以設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(如醫用)或重復使用(如游樂場)。
動、植物使用型, 封裝形式可以是注射式玻璃管、懸掛式耳標、套扣式腳環等。電子標簽技術以其突破性的技術特點和廣泛的適用性, 越來越多的得到了市場的認可。隨著芯片制造工藝、封裝工藝的進一步改善,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。同時也留給我們一系列新的課題,有待我們去改進和完善。
來源：RFID世界網 |
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