無源RFID標(biāo)簽芯片貼裝工藝分析和質(zhì)量控制

引言

射頻識別(Radio Frequency Identification,RFID)是一項利用射頻信號并通過空間耦合來實現(xiàn)無接觸信息傳遞,并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的物聯(lián)網(wǎng)識別技術(shù)。在RFID標(biāo)簽生產(chǎn)過程中，芯片貼裝工藝和質(zhì)量控制對RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有至關(guān)重要的影響。

隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，芯片貼裝工藝也經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段，常用的芯片貼裝工藝主要有引線鍵合(Wire Bonding)I藝、載帶自動焊接(Ta-peAutomated Bonding,簡稱TAB)工藝和倒裝貼片(FlipChip)工藝等三種。引線鍵合工藝是借助特殊的鍵合工具，用金屬絲將半導(dǎo)體元件(電路)與引線框架鍵合起來的一種工藝技術(shù)，其焊區(qū)金屬通常為鋁或金，引線鍵合工藝也是目前最常用的芯片互連技術(shù);載帶自動焊接(TAB)工藝是一種將芯片組裝在金屬化柔性高分子載帶上的集成電路封裝工藝技術(shù)；倒裝貼片工藝是先在芯片的鋁壓焊塊上制作成凸點，然后將芯片帶凸點的一面朝下倒扣，以凸點陣列結(jié)構(gòu)與天線的兩個饋電點直接進(jìn)行電連接。

本文的主要目的是分析芯片貼裝工藝和質(zhì)量控制對RFID標(biāo)簽性能的影響，提高RFID標(biāo)簽的貼裝質(zhì)量。該工藝適用于無線射頻識別(RFID)電子標(biāo)簽貼裝設(shè)備。無線射頻識別(RFID)的防偽功能可以引導(dǎo)用戶從傳統(tǒng)的條形碼到無線標(biāo)簽的轉(zhuǎn)變。一些天線形狀已經(jīng)印刷或蝕刻在基材上了，這將對芯片貼裝工藝和質(zhì)量控制提出更高的要求。由于無源RFID標(biāo)簽中的芯片尺寸小(通常小于1mmX1mm),且焊點間距小于0.25mm,屬于典型的細(xì)間距電路封裝，所以，RFID標(biāo)簽貼裝工藝基本上都采用倒裝芯片，天線與芯片之間的連接一般釆用導(dǎo)電膠粘合。天線饋電點的搭接面積大于芯片連接端的面積，從而保證了連接的可靠性，再加貼裝時的高溫高壓，使得芯片引線端與天線塔接塊熔為一體。而且，為了降低成本，提高速度，同時提高組件的可靠性，倒裝芯片時，芯片正面朝下面向天線,底部凸點與天線上的饋電點采用金屬球連接，無需引線鍵合,故可縮小封裝尺寸，形成最短電路，降低電阻,也可改善電氣性能。

1  無源RFID芯片貼裝工藝過程

芯片貼裝工藝過程主要有放料、點膠、倒裝貼片、熱壓固化和收料等五個步驟，通常以卷筒方式天線基板通過前后各一個收放料機構(gòu)橫穿過整個設(shè)備，在點膠模塊中通過點膠頭將適量的導(dǎo)電膠點到天線基板上并貼裝芯片到相應(yīng)位置，然后在倒裝貼片模塊通過翻轉(zhuǎn)頭和貼裝頭將RFID芯片貼放到相應(yīng)的貼裝位置上，接下來通過熱壓固化模塊對導(dǎo)電膠進(jìn)行熱壓固化，使芯片和天線之間形成電氣連接和機械連接，最后通過卷料機構(gòu)將封裝好的RFID標(biāo)簽Inlay層收起，以備后續(xù)復(fù)合使用。其芯片貼裝設(shè)備簡圖如圖1所示。

2  點膠量大小的確定

點膠量的大小可在實際操作過程中，通過固定的氣體壓力，用點膠時間的大小來控制點滴到天線基板上導(dǎo)電膠的多少。

點膠量的大小可以通過點滴到天線基板上導(dǎo)電膠的膠直徑直觀的看出膠量的多少。并且在貼裝不同的芯片時，可以通過芯片邊長的大小來確定導(dǎo)電膠所需要點膠的直徑?？梢酝ㄟ^點膠在點膠位置測量導(dǎo)電膠直徑D,芯片邊長a和6,若芯片是圖2所示的正方形，則只要D略大于1.41a即可;若是其它方形，例如圖3所示的模擬圖，那么，則需要D略大于而如果點膠量過大,也有可能會使膠益到芯片的上表面，從而使得吸取芯片的吸嘴因沾上導(dǎo)電膠固化而堵塞，影響芯片貼裝的正常進(jìn)行。

3  熱壓固化溫度及熱壓時間和壓力大小分析

導(dǎo)電膠在一定熱壓固化下,可以形成導(dǎo)電膠的分子骨架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也提供了力學(xué)性能和粘接性能保障，并可使導(dǎo)電填料粒子形成通道，可以靠芯片的錐形管腳剌穿導(dǎo)電層以實現(xiàn)電氣連接，即在貼裝過程中所說的凸點的形成。熱壓工藝最重要，也比較復(fù)雜，確定良好的熱壓固化條件并找出適宜的溫度、壓力、時間和這三個熱壓參數(shù)之間的平衡是其關(guān)鍵。

3.1  熱壓溫度的確定

溫度的確定也就是設(shè)定一個在規(guī)定熱壓時間內(nèi)的膠水固化溫度。一般都是有上下兩個壓頭,并且上下壓頭的熱電偶內(nèi)藏在壓頭內(nèi)，故不能反映熱壓時壓接面的實際溫度。不同類型的膠水的固化溫度都各有差異，因此需要了解膠水的固化特性，進(jìn)而估計試驗熱壓溫度。同時也要了解所需貼裝芯片所能承受的最大熱壓溫度。以NXP UCODE G2XL芯片為例,其最大的熱壓溫度為125°C,若溫度大于給出的最高額定值，可能會永久損壞芯片。

3.2  熱壓時間

熱壓時間的長短，一般需要根據(jù)所使用的導(dǎo)電膠對應(yīng)的參數(shù)來作修改。加熱時間一般要滿足芯片粘貼牢固，同時要保證芯片不損壞，這樣才可以算是芯片的貼裝合格。

3.3  熱壓壓力

加熱頭的壓力參數(shù)設(shè)置范圍為70?300g。當(dāng)每次修改完成之后，系統(tǒng)將會自動將壓力調(diào)至所設(shè)壓力值。合適的壓力是相當(dāng)重要的，只有合適的壓力才能確保芯片凸點經(jīng)由適當(dāng)受壓變形的導(dǎo)電顆粒與天線焊盤產(chǎn)生良好的接觸，并使接觸電阻小且穩(wěn)定，從而保證優(yōu)良的電氣連接。

4  結(jié)論

本文主要分析了適合無源RFID電子標(biāo)簽的貼裝工藝和質(zhì)量控制方法。在無源RFID電子標(biāo)簽的貼裝工藝中，不僅要控制點膠量的大小，而且還要控制熱壓固化溫度、熱壓時間以及熱壓壓力的大小。實驗結(jié)果表明,合適的點膠量，合適的熱壓固化溫度和熱壓時間、以及合適的熱壓壓力，對無源RFID電子標(biāo)簽的貼裝工藝和質(zhì)量控制都是十分重要的。