RFID电子标签制造封装工艺
浅谈RFID及其封装技术
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浅 谈
RFID 及 其 封 装 技 术
刁裕 博
( 山东山铝电子技术有限公司》 摘 要: 本文结合当前R F ID 的技术特点和发展趋势， F ID 技术及其制作工艺进行了简要论述， 对R 并对电子标签在国内的发展瓶颈进行 了探讨， 指出了电子标签普及应用还需解决的几个课题。 关键词 封装技术 中图分类号: TM 文献标识码: A 文童编号: 1672- 379 1(2007) 10(b卜0035- 01 1 RFID技术概述 1. 1 RFID 技术概念 RFID 是 Rad io F requency Identifical io n 的缩写， 即射频识别技术， 俗称电子标 签。RF ID 射频识别是一种作接触式的自功 识别技术， 它通过射频信号 自 动识别目标对象 并获取相关数据 ， 识别工作无须人工千预， 可 工作于各种恶劣环境。R F ID 技术可识别高 速运动物体并可同时识别多个标签. 操作快 ，2 RF旧系统的基本组成部分 最基本的RF ID 系统由三部分组成: $r.X (Tag) , 阅读器(Reader)、天线(An te 放芯片， 通过可调温度，时间与压力的热压 头封装 读卡头自动全检 工 标准Transponso d er 并统计合格率。 2 .4 电子标签的封装形式 (2 )凸点 的形 成 从实际应用着 ， 电子标签的封装形式较 目前 RFI D 标签产品的特点是品种繁多， 多， 不受标准形状和尺寸的限制 ， 而且其构成 但并非每个品种的数最能形成规模。因此， 也是千差万别， 甚至需要根据各种不同要求进
装)
浅谈RFID电子标签封装技术
浅谈RFID电子标签封装技术1.1RFID技术概念RFID是Radio Frequency I dentification的缩写,即射频识别技术,俗称电子标签。
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。
RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
1.2RFID系统的基本组成部分最基本的RFID系统由三部分组成:标签(Tag)、阅读器(Reader)、天线(Antenna),一套完整的系统还需具备数据传输和处理系统。
1.3RFID技术的基本工作原理RFID技术的基本工作原理并不复杂:标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息,或者主动发送某一频率的信号;解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。
2RFID封装技术2.1封装方法印刷天线与芯片的互连上,因RFID标签的工作频率高、芯片微小超薄,最适宜的方法是倒装芯片(FlipChip)技术,它具有高性能、低成本、微型化、高可靠性的特点,为适应柔性基板材料,倒装的键合材料要以导电胶来实现芯片与天线焊盘的互连。
柔性基板要实现大批量低成本的生产,以及为了更有效地降低生产成本,采用新的方法进行天线与芯片的互连是目前国际国内研究的热点问题。
为了适应更小尺寸的RFID芯片,有效地降低生产成本,采用芯片与天线基板的键合封装分为两个模块分别完成是目前发展的趋势。
其中一具体做法是:大尺寸的天线基板和连接芯片的小块基板分别制造,在小块基板上完成芯片贴装和互连后,再与大尺寸天线基板通过大焊盘的粘连完成电路导通。
与上述将封装过程分两个模块类似的方法是将芯片先转移至可等间距承载芯片的载带上,再将载带上的芯片倒装贴在天线基板。
该方法中,芯片的倒装是靠载带翻卷的方式来实现的,简化了芯片的拾取操作,因而可实现更高的生产效率。
rfid封装工艺
rfid封装工艺RFID封装工艺是指对RFID芯片进行封装和组装的过程，使其能够适应不同的应用场景和使用环境。
RFID技术是一种无线通信技术，通过射频信号实现对物体的识别和追踪。
封装工艺是保证RFID芯片正常运行和可靠性的关键环节。
RFID封装工艺需要将RFID芯片封装到具有保护功能的外壳中，以防止外界环境对芯片的损害。
常见的封装材料包括塑料、陶瓷和金属等，不同材料具有不同的性能和适用场景。
例如，塑料封装适用于一些轻量级和低成本的应用场景，而金属封装则适用于一些对耐用性和抗干扰能力要求较高的场景。
封装工艺还需要进行芯片的焊接和连接。
常见的焊接方式有焊盘焊接和线缆焊接。
焊盘焊接是将RFID芯片通过金属片与外部电路板连接，通过焊接技术将芯片与电路板焊接在一起。
线缆焊接则是通过线缆将芯片与外部电路板连接，通过焊接技术将线缆与芯片焊接在一起。
这些焊接方式需要专业的设备和技术支持，以确保焊接质量和可靠性。
RFID封装工艺还需要进行封装材料的测试和质量控制。
封装材料的测试主要包括外观检查、功能测试和可靠性测试等。
外观检查主要检查封装材料的外观是否完好，是否存在损坏或漏洞等。
功能测试则是通过模拟实际应用场景，测试封装材料的功能是否正常。
可靠性测试则是通过长时间的使用和环境测试，检验封装材料的耐用性和稳定性。
RFID封装工艺还需要根据不同的应用需求进行一些特殊处理。
例如，对于一些高温环境下的应用场景，需要采用耐高温的封装材料和工艺，以确保芯片的正常运行。
对于一些耐腐蚀的应用场景，需要采用耐腐蚀的封装材料和工艺，以提高芯片的使用寿命。
RFID封装工艺是保证RFID芯片正常运行和可靠性的关键环节。
通过合理选择封装材料、进行焊接和连接、进行测试和质量控制，可以确保RFID芯片在各种应用场景下稳定运行。
随着RFID技术的不断发展和应用的广泛推广，封装工艺也在不断改进和创新，以满足不同行业和领域对RFID技术的需求。
无线射频技术(RFID)电子标签的印刷制作工艺分析
技术TECHNOLOGYIdenTIficatiON）是一种通过射频信号的自动识别技术（通过射频信号获取目标对象的相关的数据信息），但是与其他一般的识别方式不同的是，RFID式识别方法是非接触式的。
射频识别技术的核心在于标签的制作，以往射频识别往往采用“减法”工艺，通过刻蚀等方法将金属物质或堆积，或固定在基本载体上，而RFID的出现，给射频识别打开了一扇崭新的大门，采用新兴材料导电油墨作为天线的原材料，采用“加法”（印刷工在工作时，RFID读写器通过天线向周围持续发送出一定频率的信号，信号中包含着被编码的信息，电子标签一旦进入到读写器的信号范围便可以接收此脉冲信号，无源标签凭借磁场中的感应电流的能量发送出存储在芯片中的产品信息，即无内置电池的无源标签只能借助读取器发出的信号中的能量向外部发送包含信息的信号。
有源标签则可以不借助外部能量主动发送某一频率的信号，卡内芯片中的有关电路对此信号进行调制、解码、解密，然后对命令请求、密码、权限等进行判断，如果命令可执行、密码正确并且检测到标签拥有执行此命令的权限，则对命令做出相应的反应。
比如发出的是修改命令，控制逻辑电路则从硅片中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过卡内天线再发送给阅读器，读取器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行数据修改，信息系统再通过网络将修改后的信息发送给阅读器，阅读器再通过上述步骤将信息传达给卡内芯片，逻辑电路对命令判断后将新信息替代原来的信息，完成信息的更改。
（另外标签还有安装有小型电池的半主动式标签）。
通常我们所说的RFID产品的关键在于物理层（终端信息储存），基本部件即为电子标签。
电子标签由耦合元件及芯片组成，构成了包含着一系列的数据和信息的标识体系，数据及信息储存在硅片中，读取器读取的便是硅片当中的信息。
RFID标签分为有源标签和无源标签，有源标签自带内置电源，所以运行速率较大，能承载更多的信息，信号传播较远，通常适用于远距离读取。
电子标签的制作工艺
➢Epc Gen2电子智能标签的制作工艺：·半导体晶片加工成的具有足够存储空间以满足EPC编码需求的芯片；·电材料制作的天线，保证芯片与RFID阅读器之间接受和发送数据；·可供打印天线和粘贴芯片的基底材料；·覆盖RFID Inlay并提供打印可读信息的区域标签表面材料；·缓冲衬底用作Inlay的“三明治”底层；·将Inlay粘贴到标签表面材料的粘合剂，以及Inlay和表面材料之间的缓冲层。
➢生产周期：上述前三项元件组成RFID Inlay，这项加工过程大致需要10～14 周，然后以卷盘的形式递交给标签封装厂商。
标签封装厂商随后完成第四至第六个步骤，这需要另外的一到三周时间。
上述步骤表明生产和交货周期大致需要15 到17 周。
此外，大批量的订单需求所需的生产线调整可能花上几个月时间，并导致计划外的库存缺货。
所以，简单说，熟悉Gen2 RFID 芯片、Inlay 和标签生产工艺有助于更好地安排生产和交货周期。
➢生产流程：集成芯片完整的生产流程包括了定义晶体管、内部馈线和总体的模块在内的20到30项专利的步骤。
符合Gen2标准的芯片是在TI拥有的当前最先进的超净室采用领先的130纳米工艺流程生产。
和之前的技术工艺相比，这项新技术使得芯片大批量生产速度变得更快；芯片更小、更强劲和更低能耗。
芯片完成后，Inlay封装工艺就开始将芯片bump(典型是60-100μm直径)与打印的Inlay结构中的盘点对齐。
每个bump都是一个模拟和数字电路的电路接点，而这些电路组成了符合Gen2标准的芯片。
Bump用强力胶水固定，以确保良好的电路连接。
➢天线设计：标签的设计中，天线设计是比较重要的，因为客户往往会有不同要求，这个问题是怎么解决的呢？答：我们制作的给零售商的贴有EPC Gen2 标签的货品有各种尺寸，形状，材料和密度。
这些产品的不同点导致射频特性相应变化，并对贴在产品或纸箱上的Gen2 电子标签性能产生很大影响。
RFID电子标签的生产工艺
RFID（Radio Frequency Identification）即无线射频识别系统，也称为无线IC标签、电子标签、感应式电子芯片、感应卡、非接触卡等。
它是一种透过无线电波来达到非接触的资料存取的技术，可透过无线通讯结合资料存取技术，连结背后的资料库系统，形成一个庞大且串连在一起的系统。
其系统的基本组件包括RFID电子标签、RFID读写器和天线。
其中天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。
RFID系统的工作流程阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线的工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内的内置天线发送出去：系统接收天线接收到的从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
RFID电子标签的制作工艺电子标签的外观看似简单，其实设计以及调试还是比较烦琐，目前还不能形成一步到位的设计，特别是标签天线的设计以及配合芯片后的进一步性能优化，必须经过反复多次的调整；生产过程也比较繁多，各工艺环节也必须严格控制，才能使成品标签满足设计要求和客户使用需要。
那么如何使用现有设备制作RFID标签呢？下面介绍几种方法：1．湿式嵌入法在这个工作流程中，先在标签面材上印刷图像，然后剥离标签底纸。
通过标签面材背面的胶黏剂。
湿式内嵌(由于内嵌上涂布有胶黏剂，并使用剥离底纸，所以被称为湿式内嵌)可以被固定在标签面材的背面。
然后再把标签面材与底纸层合。
经过模切、收卷、排废，完成RFID标签的加工。
2．干式嵌入法干式嵌入法需要很精确的嵌入系统。
在此工作流程中，标签图像先印刷到标签面材上。
然后将标签底纸剥离。
利用一个伺服驱动的裁切辊。
把干式内嵌(由于内嵌上没有涂布胶黏剂。
RFID标签生产流程简介
RFID标签生产流程简介
RFID标签的生产主要分为芯片制造、天线制造、芯片倒贴、合成材料印刷、层压或覆膜合成几大工序
RFID标签生产工艺流程包括以下三个主要部分：
1)各种原材料→复合成天线基材→天线设计图＋蚀刻或网印→天线制成品；
2)天线制成品→放置IC（芯片）→焊接芯片→层间包装→测试计数→芯料制成品；
3)芯料制成品＋图案设计＋制板＋印刷＋双面胶→复合模切→测试计数→电子标签成品。
RFID标签生产工艺流程图
芯片制造
天线制造
芯片邦定（芯片倒贴）
合成材料印刷
层压或覆膜
模切或收卷
最终检验
包装入库。
RFID 芯片封装技术介绍
RFID 芯片封装技术介绍芯片设计及制造1.1 芯片设计技术按照能量供给方式的不同，RFID标签可以分为被动标签，半主动标签和主动标签，其中半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电池提供，主动标签可以主动发出射频信号。
按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。
不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。
不同频段标签芯片的基本结构类似，一般都包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。
其中，射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制；模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟，进行上电复位等；数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞协议的处理等；存储器单元模块用于信息存储。
目前，发达国家在多种频段都实现了RFID标签芯片的批量生产，模拟前端多采用了低功耗技术，无源微波RFID标签的工作距离可以超过1米，无源超高频RFID 标签的工作距离可以达到5米以上，功耗可以做到几个微瓦，批量成本接近十美分。
射频标签的通信标准是标签芯片设计的依据，目前国际上与RFID相关的通信标准主要有:ISO/IEC 18000标准（包括7个部分，涉及125KHz, 13.56MHz, 433MHz, 860－960MHz, 2.45GHz等频段），ISO11785（低频），ISO/IEC 14443标准（13.56MHz），ISO/IEC 15693标准（13.56MHz），EPC标准（包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段）,DSRC标准（欧洲ETC标准，含5.8GHz）。
目前电子标签芯片的国际标准出现了融合的趋势，ISO/IEC 15693标准已经成为ISO18000－3标准的一部分，EPC GEN2标准也已经启动向ISO18000－6 Part C标准的转化。
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室温放置1天 室温放置1天 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化 室温放置1天＋老化
15.8 15.78 1.19 1.27 2.71 7.36 9.71 15.55 24.45
最大载荷 N 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 室温放置8天 室温放置8天 室温放置8天 室温放置8天 室温放置8天 室温放置8天 室温放置8天 室温放置14天 室温放置14天 室温放置14天 室温放置14天 室温放置14天 3.39 4.65 7.25 14.76 16.51 15.42 6.52 9.66 11.37 12.88 16.66 21.64
试样编号 ACA状态
最大载荷 N
粘结面积 mm2 4.6 4.4 4.2 4.9 5 4.1 4.7 4.6 4.4
剪切应力 Mpa 3.43478 3.58636 0.28333 0.25918 0.542 1.79512 2.06596 3.38043 5.55682
1 2 3 4 5 6 7 8 9
二、电子标签的结构剖析图
IC or microprocessor
RFID Tag
antenna
三、电子标签的封装
典型工艺流程图：
芯片 基板
凸点制作 芯片贴装 天线制作 测试
标签 Inlay
层压 冲裁
RFID 标签
第一次封装
第二次封装
包含两次封装：
不管RFID电子标签的形态千变万化，其封装制造工艺过程都包 含两次封装： 1、分别在RFID芯片上制作凸点，基板材料上制作天线，然后封装芯片 实现芯片和基板天线的互连，经检验合格后制成RFID标签内核层 （Inlay），至此完成RFID标签的第一次封装； 第一次封装的另一种方法：Alien Technology 、 Philips首先采用的 芯片引线框架法 安放在引线框架上的微小芯片通过引线框架把它的 引脚延伸出来，使其外形尺寸更有利于高速组装（芯片 0.8×0.8mm2 芯片引线框架10×10mm2）由于芯片引线框架还可 再大，就可采用更大的贴装范围，因此就能允许更高的组装速度。 2、RFID标签根据不同的应用，需要经过层压、冲裁、印刷等第二次封 装，也就是外包装，制成最终的RFID标签产品。
粘结结构示意图：
F F
热压机
桌面拉伸试验机
剪切拉伸试验结果
老化条件：85 C ，85%RH，72h 剪切速率：5mm/min ACA热压条件：160℃，热压10s 实验结果偏差较大，主要是热压机热压平面温度分 布不均匀，中心热，外延冷，相差20-30 C，另外， 上下热压平面平行度不好，造成虚接所致。
绝缘电阻测量方案
直接在封装好的电子标签 器件上测量绝缘电阻 开始输入电压：10-30V 绝缘电阻R=V/I 一般大于108Ω I
2006年4月20日
多采用导电胶封装互连：
倒装芯片芯片凸点与柔性基板焊盘互连可以采用 ①各向同性导电胶 （ICA）加底部填充（Underfill），也可采用②各向异性导电胶（ACA， ACF），还可以采用③不导电胶（NCA）直接压合钉头凸点的方法。 ●理论上采用NCA最为直接高效，但存在一定的局限性和可靠性 问题。 ●而采用ICA，优点是成本低，固化不需要加压。操作工艺步骤繁琐，难 以降低成本，通常固化时间长，难以提高生产速度。 值得一提的是若采用芯片引线框架的形式，使用快速固化的ICA是首选。 ●通常是使用低成本、快速固化的ACF和ACA 具体做法是用普通漏版印刷技术在天线基板焊盘相应位置涂刷一层 ACA，利用倒装芯片贴片机将芯片贴放到对应位置，然后热压固化。
RFID电子标签制造封装工艺 和可靠性研究
深圳市惠田实业有限公司
一、目的和意义
电子标签 已经成为RFID工业的主要焦点 实现低成本、大批量、高可靠性地制造电子标签是 推广RFID产品应用的关键技术之一 针对RFID标签制造中核心的封装工艺开展研究， 以各向异性导电胶实现RFID芯片与天线基板的快 速倒装互连，并进行工艺可靠性研究，以实现标签 低成本高可靠性的制造要求，最终提出优化的 RFID标签封装制造工艺，构建RFID标签示范生产 线，提高国内RFID标签的制造水平，推动电子标 签在国内的普及
粘结面积 mm2 4 4.5 5 5 5 5 4 11 20 13 12 16
剪切应力 MPa 0.8475 1.03333 1.45 2.952 3.302 3.084 1.63 0.87818 0.5685 0.99077 1.38833 1.3525
PET-PET粘接样品（无老化）剪切拉伸曲线：
封装工艺的发展方向：
第一次封装，即芯片与天线互连，是RFID标签 封装制造的核心，也是关系到RFID标签制造成本的 关键环节。它是我们课题研究的主要内容 目前流行的三种封装技术： 1、绕制天线基板（对应着引线键合封装） 2、印刷天线基板（对应着倒装芯片导电胶封装） 3、蚀刻天线基板（对应着倒装芯片导电胶封装或 者模块铆接封装）
F
ACA③Biblioteka Chip— 玻璃使用六轴拉伸剪切测量仪测量COG和COF剪切应力， 并观察断面失效情况。
2、电学性能测试
①四探针法接触电阻测量方案1：结构示意图如下
PET Film RCONTACT=V/I
所用的ACA室温放置9天，两片裁减好的附铝箔PET Film 十字交叉，中间涂ACA热压（160℃，10s）互连，实验 按上图制作两个连接导通试样，恒流源供给定电流分别为 10.1mA，10.9mA ,分别测得另两端电压为0.30mV和 0.30mV,计算接触电阻约为28.6mΩ。
15.78N
PET-PET粘接样品的载荷-位移曲线（粘结面积4.4mm2）
PET-PET粘接样品（老化）剪切拉伸曲线：
2.71N
PET-PET粘接样品的载荷-位移曲线（粘结面积5mm2）
②Chip— 天线基材 (PET Film)
测量其剥离强度或劈裂应力，评价柔性基材成卷时的抗弯曲能力
剥离强度试验： 在玻璃片上均匀涂敷ACA形成8mm×20mm矩形区域， 然后贴敷柔软的PET Film,热压固化形成粘结试样，再用 拉伸试验机测试其90°剥离强度。
ＡＣＡ互连工艺过程：
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四、电子标签ACA封装的可靠性测试
1、机械性能测试
①天线基材-天线基材(0.050mm PET Film) 剪切拉伸 试验 （非标准测试方法） 初步估计采用ACA封装的粘结性能，本试验考察对柔性天 线基材（PET Film）的粘接（因为相比较芯片、金属线路 而言，高分子薄膜难粘） 实验方法：将PET切成10mm宽小长条，在一端用ACA点 胶粘接（点胶量及热压封装工艺与RFID芯片完全一致）， 用桌面拉伸试验机测其拉伸强度，如下图。