CN111407132A - 一种内嵌式rfid芯片餐具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法，RFID芯片植入在餐具的底部，RFID芯片由第一层电路线圈层、第二层PCB基板隔层、第三层电路线圈层和第四层PCB基板隔层依次叠层粘合而成，在第四层PCB基板隔层的中间位置处设置有圆形铣槽后将第三层电路线圈层对应的PCB触点裸露出来，圆形铣槽内倒装有与PCB基板上的触点组件连接的晶圆芯片，晶圆芯片和PCB基板上的触点组件利用胶粘剂固封在圆形铣槽内。独特的复合封装处理工艺使RFID芯片接收电感频率稳定，基本保持一致，与密胺材质的餐具在热压铸模成型的时候直接底部分层压铸植入，一次成型，降低成本，节省加工时间，而且更加牢固可靠，提高量化生产率。

Description

一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法
技术领域
本发明涉及智能餐具的技术领域，尤其是一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法。
背景技术
现有RFID技术已大量应用于公共交通、地铁、公园、社会保障、便民用餐等领域，其中市场上的智慧餐厅系统主要使用(HF高频)RFID芯片技术进行餐盘的识别感应，用户将所持已选菜品的RFID芯片托盘以及RFID芯片餐碗放置自助结算台指定天线感应区域，结算台感应识别RFID芯片托盘和RFID芯片餐碗，自动核算菜品内容及价格从而完成自助结算的目的。
影响RFID芯片识别感应的主要物理参量主要有磁场强度、最佳天线直径、近场耦合以及电感的估算等。
目前市场上的RFID芯片简易结构图大致如图1和图2所示，目前智慧餐厅系统所应用的RFID芯片封装工艺主要有两种：层压和注塑。但其封装工艺存在一定的问题：天线是非接触方式下芯片与读写机具之间进行能量传递和通讯的介质，一般在封装中，天线与芯片触点间是以导电橡胶来连接，由于工艺和导电橡胶的问题，一些芯片的天线和触点的连接不稳定，电感频率也不一致，尤其如图1和图2所示的芯片，如果注塑在餐具底部，需要考虑凸起位置对底部的影响，尤其在批量生产中，通过机器设备将芯片高强度层压工艺会对餐具RFID芯片的线圈或耦合元件造成影响甚至破坏，使得成品餐碗的芯片不能正常工作，大大影响成品合格率，在测试运用中，故障率占一定比重，尤其是高温环境下，故障率占比更高。
此外RFID标签在天线制造、凸点形成、芯片键合互连等封装过程中呈现多样性，无论是选择材料、工艺都有一定的局限性，操作工艺步骤繁琐，难以降低成本，固化时间较长，难以提高生产速度。
随着智慧餐厅行业高频RFID标签的广泛应用，与其配合芯片阅读器的性能也越来越重要。其中减少漏读率是阅读器性能中最重要的一环，漏读是指标签通过读写区域后不能被正确读出。标签一旦漏读，轻则导致数据紊乱，增加时间和人力的消耗，重则导致财产损失甚至灾难发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法，独特的复合封装处理工艺使RFID芯片接收电感频率稳定，基本保持一致，与密胺材质的餐具在热压铸模成型的时候直接底部分层压铸植入，一次成型，相比其它植入方式降低成本，节省加工时间，而且更加牢固可靠，提高量化生产率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种内嵌式RFID芯片餐具，所述的内嵌式RFID芯片植入在所述的餐具的底部，内嵌式RFID芯片由第一层电路线圈层、第二层PCB基板隔层、第三层电路线圈层和第四层PCB基板隔层依次叠层粘合而成，在所述的第四层PCB基板隔层的中间位置处设置有圆形铣槽后将所述的第三层电路线圈层对应的PCB触点裸露出来，该圆形铣槽内倒装有与PCB基板上的触点组件相连接的晶圆芯片，所述的晶圆芯片和PCB基板上的触点组件利用胶粘剂固封在圆形铣槽内。
进一步具体地说，上述技术方案中，固封后的晶圆芯片的外表面与第四层PCB基板隔层的外表面平齐。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述的胶粘剂为邦定胶。
一种内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：首先准备好第一层电路线圈层、第二层PCB基板隔层、第三层电路线圈层和第四层PCB基板隔层,利用层压工艺将它们层层叠加粘合成一块圆形芯片；
步骤二：然后在第四层PCB基板隔层的中间位置处设置圆形铣槽，让第三层电路线圈层对应的PCB触点裸露出来；
步骤三：再将晶圆芯片倒装在圆形铣槽内，实现晶圆芯片与PCB基板上的触点组件连接；
步骤四：再利用胶粘剂将晶圆芯片和触点组件固封在圆形铣槽内，封装得到内嵌式RFID芯片；
步骤五：最后将内嵌式RFID芯片嵌入到热压铸模具中与密胺材质的餐具一体热压铸成型，得到内嵌式RFID芯片餐具。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述的步骤一中，所述的圆形芯片的半径为8.74mm～8.76mm，圆形芯片的厚度为1.34mm～1.36mm。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述的步骤一中，所述的第一层电路线圈层的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第二层PCB基板隔层的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第三层电路线圈层的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第四层PCB基板隔层的厚度为0.33mm～0.35mm。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述的步骤二中，所述的圆形铣槽的半径为2.49mm～2.51mm，圆形铣槽的深度为0.67mm～0.69mm。
进一步具体地说，上述技术方案中，所述的步骤一中，所述的第一层电路线圈层、所述的第二层PCB基板隔层、所述的第三层电路线圈层和所述的第四层PCB基板隔层均为圆形结构层，它们的半径一致。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法具有以下优点：
一、采用独特的复合封装处理工艺，使RFID芯片接收电感频率稳定，基本保持一致，且在一定温度(≤120℃)环境下不受影响；
二、可与密胺材质的餐具在热压铸模成型的时候直接底部分层压铸植入，一次成型，相比其它植入方式降低成本，节省加工时间，而且更加牢固可靠，提高量化生产率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有RFID芯片的结构示意图；
图2是图1的俯视图。
图中的标号为：1、线圈；2、晶圆耦合元件；3、芯片触点。
图3是本发明的工作原理图；
图4是本发明的结构示意图；
图5是图4的俯视图；
图6是图4的分解结构示意图。
图中的标号为：1、第一层电路线圈层；2、第二层PCB基板隔层；3、第三层电路线圈层；4、第四层PCB基板隔层；5、PCB触点；6、晶圆芯片；7、电路感应线圈。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图3，RFID射频技术的工作原理是：
RFID标签进入射频天线磁场后，接收到阅读器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行相关数据处理。
RFID射频技术，无线射频识别即射频识别技术(Radio FrequencyIdentification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其核心部件是读写器和电子标签，通过相距几厘米到几米的距离内读写器发射的无线电波，可以读取电子标签内存储的信息，识别电子标签所代表的的餐具或托盘的身份。
RFID标签：由芯片和内置天线组成，芯片内保存有一定格式的电子数据，作为待识别物品的标识性信息，是射频识别系统的载体。
阅读器：读取或读/写电子标签信息的设备，主要任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其它相关信息传输到主机以供处理。
天线：RFID标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。
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标签工作原理不同，LF和HF频段的RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID电子标签一般采用电磁发射原理。目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频(125KHz)、高频(13.54MHz)、超高频(850MHzmm～910MFz)和微波(2.45GHz)，目前智慧餐厅电子标签餐具主要采用高频(HF)的RFID标签。
此外按照读写器与RFID标签之间射频信号的耦合方式，它们之间的通信分为电感耦合和电磁反向散射耦合。智慧餐厅的RFID通信方式一般采用电感耦合。
见图4、图5和图6，一种内嵌式RFID芯片餐具，内嵌式RFID芯片植入在餐具的底部，餐具为餐碗和托盘，内嵌式RFID芯片由第一层电路线圈层1、第二层PCB基板隔层2、第三层电路线圈层3和第四层PCB基板隔层4依次叠层粘合而成，第一层电路线圈层1和第三层电路线圈层3与PCB基板上的触点组件进行连接组成一个感应区，在第四层PCB基板隔层4的中间位置处设置有圆形铣槽后将第三层电路线圈层3对应的PCB触点5裸露出来，该圆形铣槽内倒装有与PCB基板上的触点组件相连接的晶圆芯片6，晶圆芯片6和PCB基板上的触点组件利用胶粘剂固封在圆形铣槽内。
其中，晶圆指制造半导体晶体管或集成电路的衬底(也叫基片)，由于是晶体材料，其形状为圆形，所以称为晶圆，衬底材料有硅、锗、GaAs、InP、GaN等，由于硅最为常用，如果没有特别指明晶体材料，通常指硅晶圆。
PCB基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板。
触点是电路板上两个导体之间可供电流通过的交接处或接触面。
固封后的晶圆芯片6的外表面与第四层PCB基板隔层4的外表面平齐，即内嵌式RFID芯片的表面(双面)光滑平整。
胶粘剂为邦定胶，邦定胶是指裸露的集成电路芯片(IC Chip)封装的胶粘剂，其固化后由优异的耐高温性、良好的散热性、密封性、抗热冲击性及较低的膨胀系数。
内嵌式RFID芯片主要包括电路感应线圈7和晶圆芯片6两个部分，电路感应线圈7的作用是进入射频天线磁场后，接收到阅读器发出的特定射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片6中的产品信息，然后被阅读器读到，两层线圈可以增强感应磁场，从而更加容易被读到。晶圆芯片6的作用是存储产品数据。
一种内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，具体步骤如下：
步骤一：首先准备好第一层电路线圈层1、第二层PCB基板隔层2、第三层电路线圈层3和第四层PCB基板隔层4,利用层压工艺将它们层层叠加粘合成一块圆形芯片。
其中，层压又称层压成型法，是指在加热、加压下把多层相同或不同材料结合整体的成型加工方法。第一层电路线圈层1、第二层PCB基板隔层2、第三层电路线圈层3和第四层PCB基板隔层4均为圆形结构层，它们的半径一致。
圆形芯片的半径为8.74mm～8.76mm，优选圆形芯片的半径为8.75mm。
圆形芯片的厚度为1.34mm～1.36mm，优选圆形芯片的厚度为1.35mm。
第一层电路线圈层1的厚度为0.33mm～0.35mm，优选第一层电路线圈层1的厚度为0.33mm。
第一层电路线圈层1的半径为8.74mm～8.76mm，优选第一层电路线圈层1的半径为8.75mm。
第二层PCB基板隔层2的厚度为0.33mm～0.35mm，优选第二层PCB基板隔层2的厚度为0.34mm。
第二层PCB基板隔层2的半径为8.74mm～8.76mm，优选第二层PCB基板隔层2的半径为8.75mm。
第三层电路线圈层3的厚度为0.33mm～0.35mm，优选第三层电路线圈层3的厚度为0.34mm。
第三层电路线圈层3的半径为8.74mm～8.76mm，优选第三层电路线圈层3的半径为8.75mm。
第四层PCB基板隔层4的厚度为0.33mm～0.35mm，优选第四层PCB基板隔层4的厚度为0.34mm。
第四层PCB基板隔层4的半径为8.74mm～8.76mm，优选第四层PCB基板隔层4的半径为8.75mm。
步骤二：然后在第四层PCB基板隔层4的中间位置处设置圆形铣槽，让第三层电路线圈层3对应的PCB触点5裸露出来。
其中，铣槽是通过特定的刀具切削需要的槽，简单的说就是采用带有底刃刀具，切削成一个槽。
圆形铣槽的半径为2.49mm～2.51mm，优选圆形铣槽的半径为2.5mm。
圆形铣槽的深度为0.67mm～0.69mm，优选圆形铣槽的深度为0.68mm。
步骤三：再将晶圆芯片6倒装在圆形铣槽内，实现晶圆芯片6与PCB基板上的触点组件连接。
其中，倒装芯片：Flip chip又称倒装片，为了降低成本，提高速度，提高组件可靠性，FC使用在第一层芯片与载板接合封装，封装方式为芯片正面朝下向基板，无需引线键合，形成最短电路，降低电阻；采用金属球连接，缩小了封装尺寸，改善电性表现，解决了BGA为增加引脚数而需扩大体积的困扰。
步骤四：再利用胶粘剂将晶圆芯片6和触点组件固封在圆形铣槽内，使基材表面(双面)光滑平整，封装得到内嵌式RFID芯片；
步骤五：最后将内嵌式RFID芯片嵌入到热压铸模具中与密胺材质的餐具一体热压铸成型，得到内嵌式RFID芯片餐具。
其中，密胺餐具又称仿瓷餐具、美耐皿，由密胺树脂粉加热加压铸模而成。
本发明提供的一种内嵌式RFID芯片餐具及其制备方法，采用独特的复合封装处理工艺，使RFID芯片接收电感频率稳定，基本保持一致，且在一定温度(≤120℃)环境下不受影响；可与密胺材质的餐具在热压铸模成型的时候直接底部分层压铸植入，一次成型，相比其它植入方式降低成本，节省加工时间，而且更加牢固可靠，提高量化生产率。
本发明在餐具(餐碗、托盘)底部植入内嵌式RFID芯片，该内嵌式RFID芯片技术对封装有其特殊的要求，内嵌式工艺封装注塑及内嵌式RFID芯片触点设计使得内嵌式RFID芯片表面(双面)光滑平整，位置固定稳定，其独特的复合封装工艺，使得天线与触点之间的连接更加牢固可靠，电感频率保持一致性，内嵌式RFID芯片表面(双面)光滑平整使得餐具制作植入过程中减少对内嵌式RFID芯片质量影响及破坏。同时，内嵌式RFID芯片表面(双面)光滑平整方便涂装隔热材料。该技术的运用使成品在使用过程中非接触界面出现的故障大大减少，餐具底部植入RFID标签操作工艺步骤减少，使得成本降低，固化成品时间缩短，大大提高生产效率并且减少餐具RFID标签在射频天线感应识别过程中的漏读率。
本发明的内嵌式RFID芯片餐具相比其它RFID芯片餐具而言，有三大优势：
一、快：餐具标签对应芯片内嵌式平面设计，减小因餐具制造安装位置变动或层压注塑工艺的影响，相比其它方式读取更快；
二、准：增加系统每秒次数对应的重读对比，且电感频率保持一致，大大减少天线感应区域内因不稳定造成的误读漏读率，即使在一定温度(≤120℃)环境下也不影响其准确度，目前测试漏读率在0.01％～0.02％之间；
三、佳：此设计相比其它设计更加方便不同形状餐具底部的注塑安装工艺，芯片表面(双面)平整光滑，方便涂装隔热胶，加快产品生产效率，并且在使用过程中也减少损坏率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种内嵌式RFID芯片餐具，其特征在于：所述的内嵌式RFID芯片植入在所述的餐具的底部，内嵌式RFID芯片由第一层电路线圈层(1)、第二层PCB基板隔层(2)、第三层电路线圈层(3)和第四层PCB基板隔层(4)依次叠层粘合而成，在所述的第四层PCB基板隔层(4)的中间位置处设置有圆形铣槽后将所述的第三层电路线圈层(3)对应的PCB触点(5)裸露出来，该圆形铣槽内倒装有与PCB基板上的触点组件相连接的晶圆芯片(6)，所述的晶圆芯片(6)和PCB基板上的触点组件利用胶粘剂固封在圆形铣槽内。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌式RFID芯片餐具，其特征在于：固封后的晶圆芯片(6)的外表面与第四层PCB基板隔层(4)的外表面平齐。
3.根据权利要求1所述的一种内嵌式RFID芯片餐具，其特征在于：所述的胶粘剂为邦定胶。
4.一种如权利要求1所述的内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一：首先准备好第一层电路线圈层(1)、第二层PCB基板隔层(2)、第三层电路线圈层(3)和第四层PCB基板隔层(4),利用层压工艺将它们层层叠加粘合成一块圆形芯片；
步骤二：然后在第四层PCB基板隔层(4)的中间位置处设置圆形铣槽，让第三层电路线圈层(3)对应的PCB触点(5)裸露出来；
步骤三：再将晶圆芯片(6)倒装在圆形铣槽内，实现晶圆芯片(6)与PCB基板上的触点组件连接；
步骤四：再利用胶粘剂将晶圆芯片(6)和触点组件固封在圆形铣槽内，封装得到内嵌式RFID芯片；
步骤五：最后将内嵌式RFID芯片嵌入到热压铸模具中与密胺材质的餐具一体热压铸成型，得到内嵌式RFID芯片餐具。
5.根据权利要求4所述的内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述的圆形芯片(6)的半径为8.74mm～8.76mm，圆形芯片(6)的厚度为1.34mm～1.36mm。
6.根据权利要求5所述的内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述的第一层电路线圈层(1)的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第二层PCB基板隔层(2)的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第三层电路线圈层(3)的厚度为0.33mm～0.35mm，所述的第四层PCB基板隔层(4)的厚度为0.33mm～0.35mm。
7.根据权利要求5所述的内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，其特征在于：所述的步骤二中，所述的圆形铣槽的半径为2.49mm～2.51mm，圆形铣槽的深度为0.67mm～0.69mm。
8.根据权利要求5所述的内嵌式RFID芯片餐具的制备方法，其特征在于：所述的步骤一中，所述的第一层电路线圈层(1)、所述的第二层PCB基板隔层(2)、所述的第三层电路线圈层(3)和所述的第四层PCB基板隔层(4)均为圆形结构层，它们的半径一致。
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