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RFID 芯片封装技术介绍
lostwon 发表于: 2006-5-25 15:59 来源: 半导体技术天地
芯片设计及制造
芯片设计技术
按照能量供给方式的不同,RFID标签可以分为被动标签,半主动标签和主动标签,其中半主动标签和主动标签中芯片的能量由电子标签所附的电池提供,主动标签可以主动发出射频信号。按照工作频率的不同,RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同,LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理,而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。不同频段标签芯片的基本结构类似,一般都包含射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。其中,射频前端模块主要用于对射频信号进行整流和反射调制;模拟前端模块主要用于产生芯片内所需的基准电源和系统时钟,进行上电复位等;数字基带模块主要用于对数字信号进行编码解编码以及进行防碰撞协议的处理等;存储器单元模块用于信息存储。
目前,发达国家在多种频段都实现了RFID标签芯片的批量生产,模拟前端多采用了低功耗技术,无源微波RFID标签的工作距离可以超过1米,无源超高频RFID标签的工作距离可以达到5米以上,功耗可以做到几个微瓦,批量成本接近十美分。
射频标签的通信标准是标签芯片设计的依据,目前国际上与RFID相关的通信标准主要有
:ISO/IEC 18000标准(包括7个部分,涉及125KHz, , 433MHz, 860-960MHz,
),ISO11785(低频),ISO/IEC 14443标准(),ISO/IEC 15693标准(),EPC标准(包括Class0, Class1和GEN2等三种协议,涉及HF和UHF两种频段),DSRC标准(欧洲ETC标准,)。目前电子标签芯片的国际标准出现了融合的趋势,ISO/IEC 15693标准已经成为ISO18000-3标准的一部分,EPC GEN2标准也已经启动向ISO18000-6 Part C标准的转化。
中国在LF和HF频段RFID标签芯片设计方面的技术比较成熟,HF频段方面的设计技术接近国际先进水平,已经自主开发出符合ISO14443 Type A、Type B和ISO15693标准的RFID芯片,并成功地应用于交通一卡通和中国二代身份证等项目,与国际主要的差距存在于片上天线与芯片的集成上,目前国内还没有相应的产品应用。国内在UHF和微波频段的标签芯片设计方面起步较晚,目前已经掌握UHF频段RFID标签芯片的设计技术,部分公司和研究机构已经研发出标签芯片的样片,但尚未实现量产。国内在UHF频段读写器RF芯片和系统芯片(SOC)的设计方面也具有一定的基础,但目前产品仍主要依赖于进口。在微波频段(),国内有部分应用在公路不停车收费项目中,相对于国外在这两个频段的技术水平,国内的研究还处于起步阶段,尚无相应产品。
与国际先进水平相比,中国在RFID芯片设计方面的主要差距如下:
1) 国外在RFID芯片设计方面起步较早,并申请了许多技术专利,而国内起步相对较晚,尤其在UHF及微波频段的RFID芯片设计方面的基础比较薄弱,取得的自主知识产权较少;同时,一些目前广泛采用的
RFID标准中包含了国外的技术要求及专利,在实现这些标准过程中有可能触及一些国外已有的技术及专利;
2) 在存储器方面,发达国家已经开始采用标准CMOS工艺设计非挥发存储器,使得RFID标签芯片的所有模块有可能在标准CMOS工艺下制作完成,以降低生产成本,而国内目前仍主要采用传统的OTP工艺或EEPROM工艺,关于标准CMOS工艺下的非挥发存储器的研究刚刚开始;
3) 在超低功耗模拟电路研究方面,国内研究较少,而这方面的设计将直接影响到芯片的阅读距离和整体性能;
4) RFID标签对成本比较敏感,芯片设计需要在模拟电路和数模混合电路设计方面具有丰富经验的专业人才,而国内目前从事射频识别芯片设计的人才较少,技术力量相对薄弱。
芯片制造技术
半导体芯片制造工艺有多种类型,根据器件类型可分CMOS,Bipolar,BICMOS等,根据材料可分Si,Ge,GaAs工艺等,根据衬底类型可分体硅工艺、SOI工艺等。RFID应用特点是批量大,但成本极其敏感,尽管有厂家利用特殊工艺设计制造出相应产品,但综合多种因素及国内实际情况,基于CMOS制造工艺的工艺技术比较适合目前应用需求的RFID的加工制造。目前国外也主要采用标准CMOS工艺,。
2 天线设计与制造技术
天线设计技术