廣東省RFID電子標簽卡封裝工程技術研究開發中心
在RFID系統中,從智能卡或標簽天線與RFID芯片的電氣互連上,廣泛采用的方法是Flip Chip(即芯片倒封裝)技術,將裸芯片直接倒封裝在柔性天線的端部。但是多種多樣的天線結構和多規格或不同應用的RFID芯片,在實際倒封裝技術中,由于目前集成電路倒封裝設備存在靈活性較差,無法適應與各種規格尺寸的電子標簽天線之間的互聯,且標簽天線與芯片連接天線端之間的最佳阻抗匹配存在一定的差異。故而要實現柔性基材大批量、較佳性能匹配、高效率的生產,以及更有效地優化生產成本,唯有采用創新工藝進行天線與芯片的互連,從而實現較佳的匹配增益,這也正是目前整個RFID行業內都在研究的熱點問題之一。
傳統的RFID智能卡或者電子標簽產品的生產模式,會隨著市場需求變化而受到越來越多的各種制約和挑戰。尤其是當市場多元化需求的變化達到某一個量時,從芯片封裝的角度來講,怎樣才能及時按質、按量,快速完成各項訂單,是任何一個芯片封裝廠商都不可忽視的現實問題。因此,傳統意義上的芯片封裝形式及其智能卡的生產模式已經遠遠不能滿足市場的實際需要。
在采用RFID應用系統的電子標簽中,主要有感應天線部件和集成電路微芯片核心部件。集成電路芯片采用COB模塊的封裝形式,仍然是當前的主流封裝形式之一。一般而言,COB模塊封裝大抵分為PCB(印刷線路板)邦定封裝(硬基形式)和鍵合倒封裝(軟基形式)這兩大類。前述兩大類又可分為若干細化分類,本文將要介紹的軟基COB模塊就是鍵合倒封裝形式中的一種。
預先將RFID芯片采用特殊高密度鍵合倒封裝工藝,制作成為單獨的COB軟基模塊,可以有效的提高產品的良品率,使得RFID產品的電氣性能進一步增強。根據不同芯片的COB模塊封裝,可以有多種不同的COB排列組合。將不同數量的RFID芯片設置在一大版軟基材上,通過高密度鍵合倒裝處理技術,得到一大版完整的COB模組。制作好的COB軟基模塊可以根據不同的生產需要,任意配合不同尺寸和不同性能的RFID天線,完成不同外觀以及適合不同場合使用需要的RFID電子標簽產品。
軟基模塊、模組的特征 采用軟基鍵合倒封裝形式,大多會將RFID微晶片的外接天線端直接連接在制作好的蝕刻天線兩端。這樣做的好處是,制作周期短,工藝簡單。但對于那些有特別需求的客戶,這種方法會有一定的局限性。比如,客戶或系統集成商自己設計制作好了天線,僅需對相應的芯片進行倒封裝時,那么,在芯片與天線的連接處理精度上,就會有一定的偏差,甚至于不匹配。
為此,采用軟基COB模塊的形式,就可較為理想的解決這個問題。附圖1是本文介紹的軟基COB模塊的單體示意圖。從圖中可以看出,1代表軟基COB模塊,2是RFID微晶片,3和4分別表示軟基COB模塊的兩個延伸連接端子,5和6表示芯片和延伸連接端子之間的鍵合倒裝凸點。附圖2為本文介紹的軟基COB模塊整版的局部示意圖。
采用軟基COB模塊的特點是:
▲將標簽天線和標簽芯片分為兩個軟基組件單獨制作,使得產品的靈活性、可靠性增強;
▲預先倒封裝工藝的一致性好;
▲COB軟基模塊的整體架構簡單,過程易于控制;
▲可以靈活搭配不同的標簽天線,從而滿足不同客戶的個性化需求;
▲模組集成了一定數量的軟基模塊,適合規模化生產,提高了生產效率;
▲標準的軟基模塊化設計,配用不同尺寸的RFID天線,可以使電子標簽產品系列化、多樣化;
▲剔除傳統COB模塊滴黑膠固化工藝,既降低了COB軟基模塊的厚度,同時也降低了產品的成本;
▲軟基COB的厚度很薄,有利于生產出更加超薄的RFID產品。
之所以采用軟基COB模組的方式,主意是為了克服傳統倒封裝工藝無法滿足市場對RFID電子標簽產品高性能與多品種量產過程一致性較差的問題。為了更有效地降低生產成本和提高產品的規模化產能,采用拆分二元結構模塊化預封裝模式,將RFID芯片與軟基天線的封裝工藝,分為兩個互相獨立的二元組件結構。這種二元組件結構的工藝技術,可以很好的克服傳統倒封裝工藝在RFID電子標簽多品種量產時所存在的一些不足之處。
為此,將承載RFID標簽天線的大塊軟基和承載RFID芯片的橋接小塊軟基分開制造,采取預先在橋接小塊軟基上完成RFID芯片的對位、貼裝和引導金屬線路之間的互連,形成一個小塊軟基COB模塊后,再與預先已經設計和調試優化好的大塊軟基天線通過橋聯沖貼的方式,完成芯片和天線之間的電氣連接,從而可以通過不同天線與不同芯片的組合,快速實現電子標簽對天線多規格、IC芯片多品種、多功能的電氣性能搭配,滿足更多不同場合的應用。
模塊、模組的典型應用 參照以上附圖,將單體軟基COB模塊嵌入到實際的應用中,而使其成為質量過硬、可以經受市場考驗的產品,才是最終目的。附圖3所示的就是具體的實例之一。應用中的COB軟基模塊和標簽天線的連接處有一小部份會處于疊合狀態,這種疊合的重合部份通過橋聯沖貼的工藝方式,在完成軟基COB模塊和標簽天線電路間的電氣聯通之后,即成為標準的Inlay(即標簽芯料),也就是RFID電子標簽的半成品。給這個半成品“穿上一件外衣”,就成為了一張標準的RFID電子標簽卡。
當然,附圖3所示的僅僅是本文介紹的軟基COB模塊在UHF頻段中的一種普通應用。實際上,目前除了不能應用在LF(125 kHz -134.2kHz)頻段之外,在HF(13.56MHz)頻段,軟基COB模塊同樣有非常出色的表現。
結束語 本文所介紹的軟基COB封裝工藝,只是RFID行業眾多封裝工藝中的一種。相信RFID的封裝技術會隨著電子標簽不斷廣泛的實際應用,其封裝工藝也會不斷的推陳出新。不管采取什么樣的封裝形式和工藝,其目的都是為了合理節約成本、努力提高產品質量。
放眼各行各業,“沒有最好,只有更好”是一條永恒不變的真理,無論過去、現在,還是將來,我們愿意與所有熱愛并從事RFID行業的人們一起攜手,相互學習,銳意進取,共同創造RFID行業的美好明天。