无源RFID标签芯片贴装工艺分析和质量控制

引言

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是一项利用射频信号并通过空间耦合来实现无接触信息传递,并通过所传递的信息达到识别目的的物联网识别技术。在RFID标签生产过程中，芯片贴装工艺和质量控制对RFID标签产品的性能和质量有至关重要的影响。

随着RFID技术的发展，芯片贴装工艺也经历了几个不同的发展阶段，常用的芯片贴装工艺主要有引线键合(Wire Bonding)I艺、载带自动焊接(Ta-peAutomated Bonding,简称TAB)工艺和倒装贴片(FlipChip)工艺等三种。引线键合工艺是借助特殊的键合工具，用金属丝将半导体元件(电路)与引线框架键合起来的一种工艺技术，其焊区金属通常为铝或金，引线键合工艺也是目前最常用的芯片互连技术;载带自动焊接(TAB)工艺是一种将芯片组装在金属化柔性高分子载带上的集成电路封装工艺技术；倒装贴片工艺是先在芯片的铝压焊块上制作成凸点，然后将芯片带凸点的一面朝下倒扣，以凸点阵列结构与天线的两个馈电点直接进行电连接。

本文的主要目的是分析芯片贴装工艺和质量控制对RFID标签性能的影响，提高RFID标签的贴装质量。该工艺适用于无线射频识别(RFID)电子标签贴装设备。无线射频识别(RFID)的防伪功能可以引导用户从传统的条形码到无线标签的转变。一些天线形状已经印刷或蚀刻在基材上了，这将对芯片贴装工艺和质量控制提出更高的要求。由于无源RFID标签中的芯片尺寸小(通常小于1mmX1mm),且焊点间距小于0.25mm,属于典型的细间距电路封装，所以，RFID标签贴装工艺基本上都采用倒装芯片，天线与芯片之间的连接一般釆用导电胶粘合。天线馈电点的搭接面积大于芯片连接端的面积，从而保证了连接的可靠性，再加贴装时的高温高压，使得芯片引线端与天线塔接块熔为一体。而且，为了降低成本，提高速度，同时提高组件的可靠性，倒装芯片时，芯片正面朝下面向天线,底部凸点与天线上的馈电点采用金属球连接，无需引线键合,故可缩小封装尺寸，形成最短电路，降低电阻,也可改善电气性能。

1  无源RFID芯片贴装工艺过程

芯片贴装工艺过程主要有放料、点胶、倒装贴片、热压固化和收料等五个步骤，通常以卷筒方式天线基板通过前后各一个收放料机构横穿过整个设备，在点胶模块中通过点胶头将适量的导电胶点到天线基板上并贴装芯片到相应位置，然后在倒装贴片模块通过翻转头和贴装头将RFID芯片贴放到相应的贴装位置上，接下来通过热压固化模块对导电胶进行热压固化，使芯片和天线之间形成电气连接和机械连接，最后通过卷料机构将封装好的RFID标签Inlay层收起，以备后续复合使用。其芯片贴装设备简图如图1所示。

2  点胶量大小的确定

点胶量的大小可在实际操作过程中，通过固定的气体压力，用点胶时间的大小来控制点滴到天线基板上导电胶的多少。

点胶量的大小可以通过点滴到天线基板上导电胶的胶直径直观的看出胶量的多少。并且在贴装不同的芯片时，可以通过芯片边长的大小来确定导电胶所需要点胶的直径。可以通过点胶在点胶位置测量导电胶直径D,芯片边长a和6,若芯片是图2所示的正方形，则只要D略大于1.41a即可;若是其它方形，例如图3所示的模拟图，那么，则需要D略大于而如果点胶量过大,也有可能会使胶益到芯片的上表面，从而使得吸取芯片的吸嘴因沾上导电胶固化而堵塞，影响芯片贴装的正常进行。

3  热压固化温度及热压时间和压力大小分析

导电胶在一定热压固化下,可以形成导电胶的分子骨架结构，该结构也提供了力学性能和粘接性能保障，并可使导电填料粒子形成通道，可以靠芯片的锥形管脚剌穿导电层以实现电气连接，即在贴装过程中所说的凸点的形成。热压工艺最重要，也比较复杂，确定良好的热压固化条件并找出适宜的温度、压力、时间和这三个热压参数之间的平衡是其关键。

3.1  热压温度的确定

温度的确定也就是设定一个在规定热压时间内的胶水固化温度。一般都是有上下两个压头,并且上下压头的热电偶内藏在压头内，故不能反映热压时压接面的实际温度。不同类型的胶水的固化温度都各有差异，因此需要了解胶水的固化特性，进而估计试验热压温度。同时也要了解所需贴装芯片所能承受的最大热压温度。以NXP UCODE G2XL芯片为例,其最大的热压温度为125°C,若温度大于给出的最高额定值，可能会永久损坏芯片。

3.2  热压时间

热压时间的长短，一般需要根据所使用的导电胶对应的参数来作修改。加热时间一般要满足芯片粘贴牢固，同时要保证芯片不损坏，这样才可以算是芯片的贴装合格。

3.3  热压压力

加热头的压力参数设置范围为70〜300g。当每次修改完成之后，系统将会自动将压力调至所设压力值。合适的压力是相当重要的，只有合适的压力才能确保芯片凸点经由适当受压变形的导电颗粒与天线焊盘产生良好的接触，并使接触电阻小且稳定，从而保证优良的电气连接。

4  结论

本文主要分析了适合无源RFID电子标签的贴装工艺和质量控制方法。在无源RFID电子标签的贴装工艺中，不仅要控制点胶量的大小，而且还要控制热压固化温度、热压时间以及热压压力的大小。实验结果表明,合适的点胶量，合适的热压固化温度和热压时间、以及合适的热压压力，对无源RFID电子标签的贴装工艺和质量控制都是十分重要的。