RFID是Radio Frequency Identification的縮寫。其原理為閱讀器與標簽之間進行非接觸式的數據通信,達到識別目標的目的。RFID產品的應用非常廣泛,典型應用有動物晶片、汽車晶片防盜器、門禁管制、停車場管制、生產線自動化、物料管理等等,同時,它也是物聯網傳感設備的重要組成部分。
RFID產品可以分為(wei)系統(tong)(tong)和軟(ruan)件兩部分,其中,系統(tong)(tong)部分包(bao)括標簽及(ji)封裝(zhuang)、讀寫設(she)備、軟(ruan)件和系統(tong)(tong)集成服務,軟(ruan)件部分則包(bao)括中間件和應用系統(tong)(tong)。據中國RFID產業聯(lian)盟數據顯示,目前,我國標簽及(ji)封裝(zhuang)市場的比重(zhong)約為(wei)33.1%,讀寫設(she)備約占22.9%;軟(ruan)件約占12.2%,系統(tong)(tong)集成服務約占31.8%。如(ru)圖(tu)1。
隨著中(zhong)國經濟(ji)的(de)高速發(fa)展(zhan),RFID在物流、零(ling)售、制(zhi)造(zao)業(ye)、服(fu)裝業(ye)、醫療、身份識(shi)別、防偽、資產管理、交(jiao)通、食品、動物識(shi)別、圖書館、汽(qi)車、航空、軍事等領域都將發(fa)揮越來(lai)越重要的(de)作用。
RFID標簽產品制造過程中主要的環節是封裝,由于這也屬于集成電路的一部分,因此我們先厘清一下集成電路封裝的概念。狹義的封裝是指利用膜技術及微細加工技術,將芯片及其他要素在框架或載板上布置、粘貼固定及連接,引出接線端子,通過可塑性絕緣介質封裝固定,構成整體立體結構的工藝。廣義的封裝是指封裝工程,也稱系統封裝,是將芯片封裝體與其他元器件組合,裝配成完整的系統或電子設備,并確保整個系統綜合性能實現的工程。
將以上所述(shu)的(de)(de)(de)兩(liang)個層次(ci)封(feng)裝的(de)(de)(de)含義(yi)結合起來,封(feng)裝就(jiu)是(shi)將載(zai)板技術、芯片封(feng)裝體、元(yuan)器(qi)件等全部要(yao)素按(an)照設備整機的(de)(de)(de)要(yao)求進(jin)行(xing)連接裝配,以實現芯片的(de)(de)(de)多方面功能并滿足整機和系(xi)統的(de)(de)(de)適用性。封(feng)裝技術是(shi)一(yi)項跨(kua)(kua)學(xue)科(ke)、跨(kua)(kua)行(xing)業的(de)(de)(de)綜(zong)合工程,廣(guang)泛(fan)涉及材料(liao)、電子(zi)、熱學(xue)、機械和化(hua)學(xue)等多種學(xue)科(ke),是(shi)微(wei)電子(zi)器(qi)件發展(zhan)不可分割(ge)的(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)組成部分。而當前RFID電子(zi)標簽最(zui)主流的(de)(de)(de)封(feng)裝工藝就(jiu)是(shi)倒封(feng)裝。
倒(dao)(dao)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)亦稱倒(dao)(dao)裝(zhuang)(zhuang)晶片(pian)(pian)(Flip Chip),其最(zui)早(zao)是1964 年(nian)(nian)IBM發明的(de)C4 工藝,即(ji)可控(kong)坍塌芯(xin)片(pian)(pian)連接(jie)(Controlled CollapseChip Connection)。在半(ban)導體領域,倒(dao)(dao)封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)工藝研究和應用已經(jing)數十年(nian)(nian)了。近年(nian)(nian),隨著半(ban)導體封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)與電(dian)子組裝(zhuang)(zhuang)技術的(de)交叉與模糊,倒(dao)(dao)裝(zhuang)(zhuang)芯(xin)片(pian)(pian)已經(jing)成(cheng)為高密度(du)互連的(de)方(fang)法之一(yi),在無線局域網絡(luo)天線(WiFi)、系(xi)統封(feng)(feng)裝(zhuang)(zhuang)(SiP)、多芯(xin)片(pian)(pian)模塊(MCM)、圖像傳感(gan)(gan)器、微(wei)處理器、硬盤(pan)驅動器、醫用傳感(gan)(gan)器,以及(ji)無線射頻識(shi)別(RFID)等方(fang)面得到快速的(de)發展(zhan)。如圖3。
被稱為倒(dao)裝晶片的元(yuan)件,一般來(lai)說具備以下(xia)特(te)點:電(dian)氣面及焊凸在(zai)元(yuan)件下(xia)表面;球(qiu)間距一般為0.1~0.3 mm,球(qiu)徑為0.06~0.15mm,外形尺(chi)寸(cun)為1~27 mm;組裝在(zai)基板(ban)后需(xu)要(yao)做底部填充。
倒裝(zhuang)晶(jing)(jing)片之所以被稱為(wei)“倒裝(zhuang)”,是相(xiang)對于傳(chuan)統的(de)(de)金(jin)屬線鍵合(he)連接方式(Wire Bonding)與(yu)植球后的(de)(de)工藝而(er)言(yan)的(de)(de)。傳(chuan)統的(de)(de)通過(guo)金(jin)屬線鍵合(he)與(yu)基(ji)板連接的(de)(de)晶(jing)(jing)片電氣面(mian)朝(chao)上,而(er)倒裝(zhuang)晶(jing)(jing)片的(de)(de)電氣面(mian)朝(chao)下,相(xiang)當于將前者翻(fan)轉過(guo)來,故稱其為(wei)“倒裝(zhuang)晶(jing)(jing)片”。在晶(jing)(jing)圓盤(Waffer)上晶(jing)(jing)片植完球后,需要將其翻(fan)轉,送入貼片機,便(bian)于貼裝(zhuang),也由于這一翻(fan)轉過(guo)程,而(er)被稱為(wei)“倒裝(zhuang)晶(jing)(jing)片”,如圖4和圖5所示。
倒裝(zhuang)晶片(pian)應用的(de)(de)(de)直接驅(qu)動力來自于其優良的(de)(de)(de)電(dian)(dian)氣(qi)性(xing)能(neng)、市場(chang)對(dui)終端(duan)產品尺寸(cun)和(he)成本的(de)(de)(de)要(yao)求、在功率及電(dian)(dian)信號(hao)的(de)(de)(de)分(fen)配(pei),以(yi)及降低(di)信號(hao)噪(zao)音(yin)方面表現出色,同(tong)時又能(neng)滿足高(gao)密度封(feng)裝(zhuang)或裝(zhuang)配(pei)的(de)(de)(de)要(yao)求。倒裝(zhuang)晶片(pian)的(de)(de)(de)裝(zhuang)配(pei)工(gong)藝(yi)流程介(jie)紹相對(dui)于其他的(de)(de)(de)IC元件(jian),如BGA和(he)CSP等(deng),有(you)其特殊(shu)性(xing),該工(gong)藝(yi)引入了(le)助(zhu)焊劑工(gong)藝(yi)和(he)底部填充工(gong)藝(yi)。
因為(wei)助焊(han)劑殘留物(對(dui)可靠性的(de)影響)及(ji)橋連的(de)危險,將(jiang)倒(dao)裝(zhuang)(zhuang)芯片貼裝(zhuang)(zhuang)于錫膏上(shang)不是一種(zhong)可采用(yong)的(de)裝(zhuang)(zhuang)配方法。目前(qian)主要的(de)替(ti)代(dai)方法是使(shi)用(yong)免洗助焊(han)劑,將(jiang)元(yuan)件(jian)浸蘸在助焊(han)劑薄膜里讓(rang)元(yuan)件(jian)焊(han)球蘸取一定量的(de)助焊(han)劑,再將(jiang)元(yuan)件(jian)貼裝(zhuang)(zhuang)在基板(ban)(ban)上(shang),然后回流焊(han)接,或者將(jiang)助焊(han)劑預先施加在基板(ban)(ban)上(shang),再貼裝(zhuang)(zhuang)元(yuan)件(jian),回流焊(han)接。倒(dao)裝(zhuang)(zhuang)晶(jing)片焊(han)接完成后,需要在元(yuan)件(jian)底(di)部(bu)(bu)和基板(ban)(ban)之(zhi)間填充(chong)一種(zhong)膠(一般(ban)為(wei)環(huan)氧(yang)樹脂材料)。底(di)部(bu)(bu)填充(chong)分為(wei)基于“毛細流動原(yuan)理(li)”的(de)流動性和非流動性(No-follow)底(di)部(bu)(bu)填充(chong)。
倒裝晶片幾何尺(chi)寸(cun)可(ke)以(yi)用一個“小(xiao)(xiao)”字(zi)來(lai)(lai)形容:焊(han)球直(zhi)徑(jing)小(xiao)(xiao)(小(xiao)(xiao)到0.05 mm),焊(han)球間(jian)(jian)距小(xiao)(xiao)(小(xiao)(xiao)到0.1 mm),外形尺(chi)寸(cun)小(xiao)(xiao)(1 mm2)。要(yao)獲(huo)得滿意的(de)(de)裝配(pei)良(liang)率,給貼(tie)裝設備(bei)及其(qi)工藝(yi)帶來(lai)(lai)了挑戰(zhan)。隨著(zhu)焊(han)球直(zhi)徑(jing)的(de)(de)縮小(xiao)(xiao),貼(tie)裝精度要(yao)求越來(lai)(lai)越高(gao),目前12 μm甚至10 μm的(de)(de)精度越來(lai)(lai)越常見。此時貼(tie)片設備(bei)照相(xiang)機圖形處(chu)理能(neng)力就是關鍵(jian),小(xiao)(xiao)的(de)(de)球徑(jing)小(xiao)(xiao)的(de)(de)球間(jian)(jian)距需要(yao)更(geng)高(gao)像素的(de)(de)相(xiang)機來(lai)(lai)處(chu)理。隨著(zhu)時間(jian)(jian)推移,高(gao)性能(neng)芯(xin)片的(de)(de)尺(chi)寸(cun)不斷(duan)增大,焊(han)凸(tu)(Solder Bump)數量不斷(duan)提(ti)(ti)高(gao),基板(ban)變得越來(lai)(lai)越薄,為(wei)了提(ti)(ti)高(gao)產品可(ke)靠性底部(bu)填充成(cheng)為(wei)必須(xu)。