第11章RFID制作工藝

第11章RFID制作工藝第一頁，共49頁。RFID制作工藝1.芯片工藝2.天線工藝第二頁，共49頁。第三頁，共49頁。芯片發(fā)展1904年,弗萊明發(fā)明了第一只電子二極管(真空二極管)；標(biāo)志著世界從此進入了電子時代1907年，李?德福雷斯特向美國專利局申報了真空三極管的發(fā)明專利，使得電子管才成為實用的器件。李?德福雷斯特被稱為“無線電之父”、“電視始祖”和“電子管之父”。1925年，加拿大人J.Lilienfeld提出IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransister，絕緣柵場效應(yīng)管）的概念，1935年英格蘭人Q.Heil也獨立提出這一原理。第四頁，共49頁。芯片發(fā)展1947年，美國貝爾實驗室（J.Bardeen,W.Brattain,W.Shockley）發(fā)明了點接觸晶體管；1948年申請相關(guān)專利；共同獲得1956年的NobelPrize1949年，肖克利（W.Shockley）提出結(jié)型晶體管的設(shè)想；1951年，制成了第一枚面結(jié)型的晶體管。第五頁，共49頁。芯片發(fā)展1960年，卡恩格（D.Kanng)和阿塔納（M.M.Atalla）用熱氧化硅結(jié)構(gòu)制造了第一枚絕緣柵MOS晶體管。第六頁，共49頁。芯片發(fā)展第一塊IC1958年，德州儀器公司（TI），JackSKilby,固體電路第七頁，共49頁。芯片發(fā)展JackSKilby2000年10月10日，七十七歲的杰克·基爾比（JackS.Kilby）獲得2000年諾貝爾物理學(xué)獎。這個獎距離他的發(fā)明已四十二年。2005年6月20日，集成電路發(fā)明人杰克·基爾比因患癌癥在美國德克薩斯州達拉斯去世，享年81歲。第八頁，共49頁。芯片發(fā)展第一塊PlanarIC(平面IC)第九頁，共49頁。芯片發(fā)展第一個微處理器（Microprocessors）第十頁，共49頁。芯片發(fā)展Moore’sLaw戈登·摩爾1965年預(yù)測說半導(dǎo)體芯片上集成的晶體管和電阻數(shù)量將每年翻一番；1975年又提出修正說，芯片上集成的晶體管數(shù)量將每兩年翻一番；經(jīng)常被引用的“18個月”是由英特爾首席執(zhí)行官DavidHouse所說：預(yù)計18個月會將芯片的性能提高一倍第十一頁，共49頁。芯片發(fā)展晶體管數(shù)目：2003年一年內(nèi)制造出的晶體管數(shù)目達到1018個，相當(dāng)于地球上所有螞蟻數(shù)量的100倍！芯片制造水平：2003年制造芯片的尺寸控制精度已經(jīng)達到頭發(fā)絲直徑的1萬分之一，相當(dāng)于駕駛一輛汽車直行400英里，偏離誤差不到1英寸！晶體管的工作速度：1個晶體管每秒鐘的開關(guān)速度已超過1.5萬億次。如果你要用手開關(guān)電燈達到這樣多的次數(shù)，需要2萬5千年的時間！半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展速度：1978年巴黎飛到紐約的機票價格為900美元，需要飛7個小時。如果航空業(yè)的發(fā)展速度和半導(dǎo)體業(yè)一樣的話，那么今天只需花費1個便士，不到1秒鐘即可到達！晶體管的成本：目前制造1個晶體管的成本大約與在1張報紙上印制1個字母的成本相當(dāng)！第十二頁，共49頁。芯片工藝集成電路（IntegratedCircuit,IC）把多個器件及其之間的連線同時制作在一個芯片上，形成一塊獨立的、具有一定功能的整體電路。第十三頁，共49頁。芯片封裝第十四頁，共49頁。芯片封裝第十五頁，共49頁。芯片封裝第十六頁，共49頁。芯片工藝流程第十七頁，共49頁。芯片制作IC芯片獲得通常需經(jīng)過兩個過程：

IC制造和芯片封裝IC制造屬于集成電路制造工藝領(lǐng)域，通常兩過程在不同的企業(yè)或地區(qū)進行：分工協(xié)作國際化增強。芯片測試常在IC制造工藝線上進行，并將有缺陷產(chǎn)品進行標(biāo)記，以便芯片封裝階段自動剔除不合格芯片。第十八頁，共49頁。芯片封裝芯片封裝的流程又通常分兩個階段：1）封裝材料成型之前的工藝步驟稱為前段操作2）材料成型之后的工藝步驟稱為后段操作其中，前段操作所需的環(huán)境潔凈度要求高于后段操作，但隨著芯片的復(fù)雜化和微型化，整體操作環(huán)境要求均得到了提高。第十九頁，共49頁。芯片切割當(dāng)前，晶圓片尺寸不斷加大，8英寸和12英寸晶圓使用越來越廣泛，為了保證硅圓片質(zhì)量，圓片厚度相應(yīng)增加，給芯片切割帶來了難度。第二十頁，共49頁。芯片貼裝

芯片貼裝（DieMount）又稱芯片粘貼，是將IC芯片固定于封裝基板或引腳架承載座上的工藝過程。芯片應(yīng)貼裝到引腳架的中間焊盤上，焊盤尺寸要與芯片大小相匹配，大小不匹配會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？芯片貼裝方式主要有四種：共晶粘貼法、焊接粘貼法、導(dǎo)電膠粘貼法和玻璃膠粘貼法。第二十一頁，共49頁。共晶芯片粘貼法第二十二頁，共49頁。芯片互聯(lián)——引線鍵合引線鍵合技術(shù)是將半導(dǎo)體裸芯片（Die）焊區(qū)與微電子封裝的I/O引線或基板上的金屬布線焊區(qū)（Pad）用金屬細絲連接起來的工藝技術(shù)。第二十三頁，共49頁。引線鍵合常用引線鍵合方式有三種：熱壓鍵合超聲鍵合熱超聲波（金絲球）鍵合第二十四頁，共49頁。引線鍵合超聲鍵合：超聲波發(fā)生器使劈刀發(fā)生水平彈性振動，同時施加向下壓力。劈刀在兩種力作用下帶動引線在焊區(qū)金屬表面迅速摩擦，引線發(fā)生塑性變形，與鍵合區(qū)緊密接觸完成焊接。常用于Al絲鍵合，鍵合點兩端都是楔形。熱壓鍵合：利用加壓和加熱，使金屬絲與焊區(qū)接觸面原子間達到原子引力范圍，實現(xiàn)鍵合。一端是球形，一端是楔形，常用于Au絲鍵合。金絲球鍵合：用于Au和Cu絲的鍵合。采用超聲波能量，鍵合時要提供外加熱源。第二十五頁，共49頁。引線鍵合提供能量破壞被焊表面的氧化層和污染物，使焊區(qū)金屬產(chǎn)生塑性變形，使得引線與被焊面緊密接觸，達到原子間引力范圍并導(dǎo)致界面間原子擴散而形成焊合點。引線鍵合鍵合接點形狀主要有楔形和球形，兩鍵合接點形狀可以相同或不同。第二十六頁，共49頁。引線鍵合第二十七頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)倒裝芯片鍵合（FCB）是指將裸芯片面朝下，芯片焊區(qū)與基板焊區(qū)直接互連的一種鍵合方法：通過芯片上的凸點直接將元器件朝下互連到基板、載體或者電路板上。而WB和TAB則是將芯片面朝上進行互連的。由于芯片通過凸點直接連接基板和載體上，倒裝芯片又稱為DCA（DirectChipAttach）

FCB省掉了互連引線，互連線產(chǎn)生的互連電容、電阻和電感均比WB和TAB小很多，電性能優(yōu)越。第二十八頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點下金屬層(UBM)

芯片上的凸點，實際上包括凸點及處在凸點和鋁電極之間的多層金屬膜(UnderBumpMetallurgy)，一般稱為凸點下金屬層，主要起到粘附和擴散阻擋的作用第二十九頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)第三十頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點類型和特點按材料可分為焊料凸點、Au凸點和Cu凸點等按凸點結(jié)構(gòu)可分為：周邊性和面陣型按凸點形狀可分為蘑菇型、直狀、球形等第三十一頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)形成凸點的工藝技術(shù)有很多種，主要包括蒸發(fā)/濺射凸點制作法、電鍍凸點制作法、置球法和模板制作焊料凸點法等。第三十二頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)制作出來的凸點芯片可用于陶瓷基板和Si基板，也可以在PCB上直接將芯片進行FCB焊接。將芯片焊接到基板上時需要在基板焊盤上制作金屬焊區(qū)，以保證芯片上凸點和基板之間有良好的接觸和連接。金屬焊區(qū)通常的金屬層包括：

Ag/Pd-Au-Cu（厚膜工藝）和Au-Ni-Cu（薄膜工藝）PCB的焊區(qū)金屬化與基板相類似。第三十三頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)倒裝焊接工藝熱壓或熱聲倒裝焊接：調(diào)準(zhǔn)對位-落焊頭壓焊（加熱）第三十四頁，共49頁。倒裝芯片鍵合技術(shù)第三十五頁，共49頁。二、RFID天線制作RFID電子標(biāo)簽天線制造常用的技術(shù)方法有：線圈繞制法、蝕刻法、燙印法和直接印制法（導(dǎo)電油墨印刷法），都屬于天線的印制技術(shù)。目前國內(nèi)外主要是以蝕刻法和電鍍法為主，直接印制法是最近正在興起和研究的印制技術(shù)。第三十六頁，共49頁。線圈繞制天線法利用線圈繞制法制作RFID天線時，要在一個繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈，并使用烤漆對其進行固定，此時天線線圈的匝數(shù)一般較多。將芯片焊接到天線上之后，需要對天線和芯片進行粘合，并加以固定。第三十七頁，共49頁。線圈繞制天線法（1）頻率范圍為125～134kHz的RFID電子標(biāo)簽，只能采用這種工藝，線圈的圈數(shù)一般為幾百到上千。（2）這種方法的缺點是成本高，生產(chǎn)速度慢。（3）高頻RFID天線也可以采用這種工藝，線圈的圈數(shù)一般為幾到幾十。（4）UHF天線很少采用這種工藝。（5）這種方法天線通常采用焊接的方式與芯片連接，此種技術(shù)只有在保證焊接牢靠、天線硬實、模塊位置十分準(zhǔn)確以及焊接電流控制較好的情況下，才能保證較好的連接。由于受控的因素較多，這種方法容易出現(xiàn)虛焊、假焊和偏焊等缺陷。第三十八頁，共49頁。三種方法：第三十九頁，共49頁。蝕刻法也稱印制腐蝕法，或減成印制法。先在一個底基載體（如塑料）上面覆蓋一層20mm～25mm厚的銅或鋁，另外制作一張?zhí)炀€陽圖的絲網(wǎng)印版，用網(wǎng)印的方法將抗蝕劑印在銅或鋁的表面上，保護下面的銅或鋁不受腐蝕劑侵蝕；而未被抗蝕劑膜覆蓋的銅或鋁會被腐蝕劑溶化，露出底基成為天線電路線的間隔線；最后涂上脫膜液去除抗蝕膜，進而制成天線第四十頁，共49頁。蝕刻法第四十一頁，共49頁。蝕刻法（1）蝕刻天線精度高，能夠與讀寫機的詢問信號相匹配，天線的阻抗、方向性等性能等都很好，天線性能優(yōu)異且穩(wěn)定。（2）這種方法的缺點就是成本太高，制做程序繁瑣，產(chǎn)能低下。（3）高頻RFID標(biāo)簽常采用這種工藝。（4）蝕刻的RFID標(biāo)簽?zāi)陀媚晗逓槭暌陨?。第四十二頁，?9頁。燙印法燙印技術(shù)是通過燙印金屬箔強調(diào)亮度和創(chuàng)意效果的技術(shù)。該技術(shù)一般被用于書籍的裝訂和商品的包裝等。燙印法制作天線就是將書刊封面等的燙金技術(shù)移植到天線的制作中來。在書籍、票據(jù)等紙制印刷品的制造中，可將無線標(biāo)簽直接燙印其上。燙印有熱燙印和冷燙印刷兩種，熱燙印技術(shù)是指利用專用的金屬燙印版通過加熱、加壓的方式將燙印箔轉(zhuǎn)移到承印材料表面；冷燙印技術(shù)是指利用UV膠粘劑將燙印箔轉(zhuǎn)移到承印材料上的方法。第四十三頁，共49頁。燙印法第四十四頁，共49頁。導(dǎo)電油墨印刷法導(dǎo)電油墨已開始取代各頻率段的蝕刻天線，如超高頻段（860MHz~950MHz）和微波頻段（2450MHz），用導(dǎo)電油墨印刷的天線可以與傳統(tǒng)蝕刻的銅天線相比擬，此外，導(dǎo)電油墨還用于印制RFID中的傳感器及線路印刷。第四十五頁，共49頁。印刷法直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板（薄膜）上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路。目前印刷天線的主要印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷，擴展到膠印印刷、柔性版印刷和凹印印刷等，較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印技術(shù)與凹印技術(shù)。印刷天線技術(shù)的進步，使