RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

2021年11月18日 18:20$artinfo.Reprint點(diǎn)擊量：475

　　RFID是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)。其原理為閱讀器與標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸式的數(shù)據(jù)通信，達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的。RFID產(chǎn)品的應(yīng)用非常廣泛，典型應(yīng)用有動(dòng)物晶片、汽車(chē)晶片防盜器、門(mén)禁管制、停車(chē)場(chǎng)管制、生產(chǎn)線自動(dòng)化、物料管理等等，同時(shí)，它也是物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備的重要組成部分。

　　RFID產(chǎn)品可以分為系統(tǒng)和軟件兩部分，其中，系統(tǒng)部分包括標(biāo)簽及封裝、讀寫(xiě)設(shè)備、軟件和系統(tǒng)集成服務(wù)，軟件部分則包括中間件和應(yīng)用系統(tǒng)。據(jù)中國(guó)RFID產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，目前，我國(guó)標(biāo)簽及封裝市場(chǎng)的比重約為33.1%，讀寫(xiě)設(shè)備約占22.9%;軟件約占12.2%，系統(tǒng)集成服務(wù)約占31.8%。如圖1。

RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

圖 1

　　隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，RFID在物流、零售、制造業(yè)、服裝業(yè)、醫(yī)療、身份識(shí)別、防偽、資產(chǎn)管理、交通、食品、動(dòng)物識(shí)別、圖書(shū)館、汽車(chē)、航空、軍事等領(lǐng)域都將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

　　RFID標(biāo)簽產(chǎn)品制造過(guò)程中主要的環(huán)節(jié)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(shù)及微細(xì)加工技術(shù)，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(guò)可塑性絕緣介質(zhì)封裝固定，構(gòu)成整體立體結(jié)構(gòu)的工藝。廣義的封裝是指封裝工程，也稱系統(tǒng)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(tǒng)或電子設(shè)備，并確保整個(gè)系統(tǒng)綜合性能實(shí)現(xiàn)的工程。

　　將以上所述的兩個(gè)層次封裝的含義結(jié)合起來(lái)，封裝就是將載板技術(shù)、芯片封裝體、元器件等全部要素按照設(shè)備整機(jī)的要求進(jìn)行連接裝配，以實(shí)現(xiàn)芯片的多方面功能并滿足整機(jī)和系統(tǒng)的適用性。封裝技術(shù)是一項(xiàng)跨學(xué)科、跨行業(yè)的綜合工程，廣泛涉及材料、電子、熱學(xué)、機(jī)械和化學(xué)等多種學(xué)科，是微電子器件發(fā)展不可分割的重要組成部分。而當(dāng)前RFID電子標(biāo)簽最主流的封裝工藝就是倒封裝。

RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

圖 2

　　倒封裝亦稱倒裝晶片(Flip Chip)，其最早是1964 年IBM發(fā)明的C4 工藝，即可控坍塌芯片連接(Controlled CollapseChip Connection)。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，倒封裝工藝研究和應(yīng)用已經(jīng)數(shù)十年了。近年，隨著半導(dǎo)體封裝與電子組裝技術(shù)的交叉與模糊，倒裝芯片已經(jīng)成為高密度互連的方法之一，在無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)天線(WiFi)、系統(tǒng)封裝(SiP)、多芯片模塊(MCM)、圖像傳感器、微處理器、硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、醫(yī)用傳感器，以及無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)等方面得到快速的發(fā)展。如圖3。

RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

圖 3

　　被稱為倒裝晶片的元件，一般來(lái)說(shuō)具備以下特點(diǎn)：電氣面及焊凸在元件下表面；球間距一般為0.1～0.3 mm，球徑為0.06～0.15mm，外形尺寸為1～27 mm；組裝在基板后需要做底部填充。

　　倒裝晶片之所以被稱為“倒裝”，是相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬線鍵合連接方式(Wire Bonding)與植球后的工藝而言的。傳統(tǒng)的通過(guò)金屬線鍵合與基板連接的晶片電氣面朝上，而倒裝晶片的電氣面朝下，相當(dāng)于將前者翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，故稱其為“倒裝晶片”。在晶圓盤(pán)(Waffer)上晶片植完球后，需要將其翻轉(zhuǎn)，送入貼片機(jī)，便于貼裝，也由于這一翻轉(zhuǎn)過(guò)程，而被稱為“倒裝晶片”，如圖4和圖5所示。

RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

圖 4

RFID工藝解讀：倒封裝到底“倒”在哪里？

圖 5

　　倒裝晶片應(yīng)用的直接驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于其優(yōu)良的電氣性能、市場(chǎng)對(duì)終端產(chǎn)品尺寸和成本的要求、在功率及電信號(hào)的分配，以及降低信號(hào)噪音方面表現(xiàn)出色，同時(shí)又能滿足高密度封裝或裝配的要求。倒裝晶片的裝配工藝流程介紹相對(duì)于其他的IC元件，如BGA和CSP等，有其特殊性，該工藝引入了助焊劑工藝和底部填充工藝。

　　因?yàn)橹竸埩粑?對(duì)可靠性的影響)及橋連的危險(xiǎn)，將倒裝芯片貼裝于錫膏上不是一種可采用的裝配方法。目前主要的替代方法是使用免洗助焊劑，將元件浸蘸在助焊劑薄膜里讓元件焊球蘸取一定量的助焊劑，再將元件貼裝在基板上，然后回流焊接，或者將助焊劑預(yù)先施加在基板上，再貼裝元件，回流焊接。倒裝晶片焊接完成后，需要在元件底部和基板之間填充一種膠(一般為環(huán)氧樹(shù)脂材料)。底部填充分為基于“毛細(xì)流動(dòng)原理”的流動(dòng)性和非流動(dòng)性(No-follow)底部填充。

　　倒裝晶片幾何尺寸可以用一個(gè)“小”字來(lái)形容：焊球直徑小(小到0.05 mm)，焊球間距小(小到0.1 mm)，外形尺寸小(1 mm2)。要獲得滿意的裝配良率，給貼裝設(shè)備及其工藝帶來(lái)了挑戰(zhàn)。隨著焊球直徑的縮小，貼裝精度要求越來(lái)越高，目前12 μm甚至10 μm的精度越來(lái)越常見(jiàn)。此時(shí)貼片設(shè)備照相機(jī)圖形處理能力就是關(guān)鍵，小的球徑小的球間距需要更高像素的相機(jī)來(lái)處理。隨著時(shí)間推移，高性能芯片的尺寸不斷增大，焊凸(Solder Bump)數(shù)量不斷提高，基板變得越來(lái)越薄，為了提高產(chǎn)品可靠性底部填充成為必須。

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