射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification,RFID)又稱電子標(biāo)簽,是一種利用射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)信息的技術(shù),它具有條碼無(wú)法提供的整批讀取、可讀寫大量資料、可編程性等特點(diǎn),在零售、物流、交通、通信終端、醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。
基本的RFID系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽(Tag)、RFID閱讀器(Reader)及應(yīng)用支撐軟件等幾部分組成。按照制造流程區(qū)分,其價(jià)格體系主要由RFID晶片、天線、封裝技術(shù)、載體、記憶體、電池等決定。因此,除了晶片、天線外,標(biāo)簽封裝是3大重要成本構(gòu)成之一。
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(Flip Chip)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)。其中一個(gè)具體作法(中國(guó)專利)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。特別是目前正在研究發(fā)展中的流體自裝配(FSA)、振動(dòng)裝配(Vibratory assembly)等技術(shù),理論上可以實(shí)現(xiàn)微小芯片至載帶的批量轉(zhuǎn)移,極大地提高芯片與天線的封裝效率。
2、封裝關(guān)鍵工藝
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)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。
(2)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。從材料成本角度,應(yīng)優(yōu)先考慮NCA互連,且可以同點(diǎn)膠凸點(diǎn)相配合實(shí)現(xiàn)低成本制造。采取ACA互連在技術(shù)上是成熟的,但其缺點(diǎn)在于目前市場(chǎng)上的ACA材料價(jià)格仍然較為昂貴,而且都是針對(duì)細(xì)間距、高密度、高I/O數(shù)互連而研制的。如果能夠自制出成本低廉的滿足RFID互連的導(dǎo)電膠,ACA互連也能夠成為低成本的選擇。ICA互連的缺點(diǎn)在于工藝步驟相對(duì)較多,固化時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。
3、RFID標(biāo)簽關(guān)鍵封裝設(shè)備
RFID封裝設(shè)備由一系列工藝裝備組成的自動(dòng)化生產(chǎn)線,各工藝環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立,同時(shí)又相互制約,要實(shí)現(xiàn)高效率的生產(chǎn),必須綜合考慮各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的要求;從技術(shù)的角度,它是集光、機(jī)、電、氣、液于一體的高精技術(shù)裝備,涉及時(shí)間、壓力、溫度等多物理場(chǎng)的各種物理現(xiàn)象,需要解決速度、精度、效率、質(zhì)量、可靠性、成本等多方面的因素的影響。開發(fā)高性能低成本的RFID制造裝備一直是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。
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。
RFID封裝設(shè)備的核心內(nèi)容是如何在多物理因素作用下,使鍵合機(jī)及相關(guān)工藝受控完成高質(zhì)量的接合界面。通常涉及幾方面的關(guān)鍵技術(shù):多自由度柔性、靈活的執(zhí)行機(jī)構(gòu),基于視覺信息引導(dǎo)的識(shí)別與定位,膠固化及滴膠過(guò)程的時(shí)間、溫度和壓力控制,不同工藝單元技術(shù)的集成。
4、最終產(chǎn)品試驗(yàn)
采用印刷天線技術(shù)制作的RFID標(biāo)簽,在產(chǎn)品試驗(yàn)是經(jīng)過(guò)多次包括沖擊、腐蝕、振動(dòng)、溫度變化、紫外線、電磁場(chǎng)和扭曲等試驗(yàn)內(nèi)容的破壞性試驗(yàn)。而RFID標(biāo)簽被破壞的主要原因是卡體破裂造成。
在此值得一提的是RFID標(biāo)簽使用性能的測(cè)試方法。人們常常要求RFID標(biāo)簽的讀寫距離大于10cm或5cm。這種要求是不精確的,讀寫距離除與卡片有關(guān),更多的與讀卡機(jī)有關(guān)。讀卡機(jī)的工作頻率偏差、輸出功率的大小,都會(huì)影響讀寫距離。判別一種RFID標(biāo)簽的使用性能的科學(xué)方法是遵循ISO14443標(biāo)準(zhǔn)。在讀卡機(jī)工作頻率準(zhǔn)確調(diào)整為13.56MHz時(shí),卡片分別在最大場(chǎng)強(qiáng)7.5A/m或最低場(chǎng)強(qiáng)1.5A/m情況下,都能正常讀寫,即為合格產(chǎn)品。數(shù)量越多的產(chǎn)品,適用的范圍越大。用此種標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)減少一些合同糾紛。RFID標(biāo)簽制造業(yè)界也可運(yùn)用ISO/EPC等標(biāo)準(zhǔn)來(lái)優(yōu)化自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。