第11章RFID制作工藝

第11章RFID制作工藝第一頁(yè)，共49頁(yè)。RFID制作工藝1.芯片工藝2.天線工藝第二頁(yè)，共49頁(yè)。第三頁(yè)，共49頁(yè)。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(jìn)入了電子時(shí)代1907年，李?德福雷斯特向美國(guó)專利局申報(bào)了真空三極管的發(fā)明專利，使得電子管才成為實(shí)用的器件。李?德福雷斯特被稱為“無(wú)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(chǎng)效應(yīng)管）的概念，1935年英格蘭人Q.Heil也獨(dú)立提出這一原理。第四頁(yè)，共49頁(yè)。芯片發(fā)展1947年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（J.Bardeen,W.Brattain,W.Shockley）發(fā)明了點(diǎn)接觸晶體管；1948年申請(qǐng)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(yè)，共49頁(yè)。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(yè)，共49頁(yè)。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(yè)，共49頁(yè)。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(jiǎng)。這個(gè)獎(jiǎng)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(guó)德克薩斯州達(dá)拉斯去世，享年81歲。第八頁(yè)，共49頁(yè)。芯片發(fā)展第一塊PlanarIC(平面IC)第九頁(yè)，共49頁(yè)。芯片發(fā)展第一個(gè)微處理器（Microprocessors）第十頁(yè)，共49頁(yè)。芯片發(fā)展Moore’sLaw戈登·摩爾1965年預(yù)測(cè)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?jī)赡攴环?；?jīng)常被引用的“18個(gè)月”是由英特爾首席執(zhí)行官DavidHouse所說：預(yù)計(jì)18個(gè)月會(huì)將芯片的性能提高一倍第十一頁(yè)，共49頁(yè)。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(dá)到1018個(gè)，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(dá)到頭發(fā)絲直徑的1萬(wàn)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(gè)晶體管每秒鐘的開關(guān)速度已超過1.5萬(wàn)億次。如果你要用手開關(guān)電燈達(dá)到這樣多的次數(shù)，需要2萬(wàn)5千年的時(shí)間！半導(dǎo)體業(yè)的發(fā)展速度：1978年巴黎飛到紐約的機(jī)票價(jià)格為900美元，需要飛7個(gè)小時(shí)。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(fèi)1個(gè)便士，不到1秒鐘即可到達(dá)！晶體管的成本：目前制造1個(gè)晶體管的成本大約與在1張報(bào)紙上印制1個(gè)字母的成本相當(dāng)！第十二頁(yè)，共49頁(yè)。芯片工藝集成電路（IntegratedCircuit,IC）把多個(gè)器件及其之間的連線同時(shí)制作在一個(gè)芯片上，形成一塊獨(dú)立的、具有一定功能的整體電路。第十三頁(yè)，共49頁(yè)。芯片封裝第十四頁(yè)，共49頁(yè)。芯片封裝第十五頁(yè)，共49頁(yè)。芯片封裝第十六頁(yè)，共49頁(yè)。芯片工藝流程第十七頁(yè)，共49頁(yè)。芯片制作IC芯片獲得通常需經(jīng)過兩個(gè)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(jìn)行：分工協(xié)作國(guó)際化增強(qiáng)。芯片測(cè)試常在IC制造工藝線上進(jìn)行，并將有缺陷產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)記，以便芯片封裝階段自動(dòng)剔除不合格芯片。第十八頁(yè)，共49頁(yè)。芯片封裝芯片封裝的流程又通常分兩個(gè)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(yè)，共49頁(yè)。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(yè)，共49頁(yè)。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(huì)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(yè)，共49頁(yè)。共晶芯片粘貼法第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。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(xì)絲連接起來的工藝技術(shù)。第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。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(yè)，共49頁(yè)。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(dòng)，同時(shí)施加向下壓力。劈刀在兩種力作用下帶動(dòng)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(diǎn)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(dá)到原子引力范圍，實(shí)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(shí)要提供外加熱源。第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。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(dá)到原子間引力范圍并導(dǎo)致界面間原子擴(kuò)散而形成焊合點(diǎn)。引線鍵合鍵合接點(diǎn)形狀主要有楔形和球形，兩鍵合接點(diǎn)形狀可以相同或不同。第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。引線鍵合第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。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(diǎn)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(jìn)行互連的。由于芯片通過凸點(diǎn)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(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點(diǎn)下金屬層(UBM)

芯片上的凸點(diǎn)，實(shí)際上包括凸點(diǎn)及處在凸點(diǎn)和鋁電極之間的多層金屬膜(UnderBumpMetallurgy)，一般稱為凸點(diǎn)下金屬層，主要起到粘附和擴(kuò)散阻擋的作用第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)第三十頁(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)凸點(diǎn)類型和特點(diǎn)按材料可分為焊料凸點(diǎn)、Au凸點(diǎn)和Cu凸點(diǎn)等按凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可分為：周邊性和面陣型按凸點(diǎn)形狀可分為蘑菇型、直狀、球形等第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)形成凸點(diǎn)的工藝技術(shù)有很多種，主要包括蒸發(fā)/濺射凸點(diǎn)制作法、電鍍凸點(diǎn)制作法、置球法和模板制作焊料凸點(diǎn)法等。第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)制作出來的凸點(diǎn)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(jìn)行FCB焊接。將芯片焊接到基板上時(shí)需要在基板焊盤上制作金屬焊區(qū)，以保證芯片上凸點(diǎn)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(yè)，共49頁(yè)。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(duì)位-落焊頭壓焊（加熱）第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。倒裝芯片鍵合技術(shù)第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。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(guó)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(yè)，共49頁(yè)。線圈繞制天線法利用線圈繞制法制作RFID天線時(shí)，要在一個(gè)繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈，并使用烤漆對(duì)其進(jìn)行固定，此時(shí)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(duì)天線和芯片進(jìn)行粘合，并加以固定。第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。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(diǎn)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(shí)、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(yè)，共49頁(yè)。三種方法：第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。蝕刻法也稱印制腐蝕法，或減成印制法。先在一個(gè)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(yáng)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(hù)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(huì)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(jìn)而制成天線第四十頁(yè)，共49頁(yè)。蝕刻法第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。蝕刻法（1）蝕刻天線精度高，能夠與讀寫機(jī)的詢問信號(hào)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(diǎn)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?yè)，共49頁(yè)。燙印法燙印技術(shù)是通過燙印金屬箔強(qiáng)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(wú)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(yè)，共49頁(yè)。燙印法第四十四頁(yè)，共49頁(yè)。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(yè)，共49頁(yè)。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(kuò)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(jìn)步，使