TWI681467B - 無線射頻識別裝置封裝系統與方法及其無線射頻識別裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種無線射頻識別裝置封裝系統與方法，其中係利用可撓性且具有低表面能之模具，該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴，再將無線射頻識別模組設置於該模穴內，其中該無線射頻識別模組包括有一天線線圈以及與該天線線圈電性連接的一無線射頻識別晶片單元，然後透過壓力控制裝置於一第一氣壓下，注入熱固性樹脂於該模穴內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組，然後於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之一第二氣壓。最後於該第二氣壓力下，加熱至該熱固性樹脂固化溫度，進而形成具有線射頻識別模組以及包覆該線射頻識別模組之熱固性樹脂之無線射頻識別裝置。

Description

無線射頻識別裝置封裝系統與方法及其無線射頻識別裝置

本發明為一種封裝技術，特別是指一種利用可撓性低表面能的模具與熱固性樹脂封裝無線射頻識別裝置的無線射頻識別裝置封裝系統與方法及使用該系統與方法之無線射頻識別裝置。

射頻識別(Radio Frequency Identification，以下簡稱RFID)是一種通信技術，其主要係由無線資訊處理技術、讀寫器、與RFID裝置所組合而成，其中該RFID裝置是指晶片和迴路天線所構成的組件，只要搭配專用的讀寫器，就可以非接觸的通訊方式從外部讀取或寫入資料，同時供讀寫器擷取、辨識RFID裝置的資訊，以提供給後端的應用系統進一步處理、使用或加值運用，該無線射頻識別系統可應用的範圍相當廣，例如一般門禁的管制、汽車晶片防盜器、或者是消費電子裝置，例如：智慧型手機、相機等。

習用技術之中，有利用熱塑固態環氧樹脂，先預熱軟化後加壓注塑於導線架上，之後再予以高溫使樹酯完全固化。此類方法已大量用於電子元 件封裝之自動化製程，但封裝後必定會露出導線架，無法製得以樹脂完全包覆之封裝結構。

另外一種是利用熱塑性樹脂(如：塑膠)及低壓或高壓射出技術，可製得以樹酯完全包覆之封裝結構，但因使用的材料屬於熱塑型樹脂，不耐高溫，再加熱後會融化，因此高溫下保護性不佳，且高射出壓力易致欲包覆的電性元件失效。

又有一種利用常溫固化型樹脂灌模，但這類樹脂操作時間短，不利於自動化生產，經常產生灌模之氣泡、孔隙問題；且一般方法是將樹脂灌注在硬質外殼內，亦無法製得以樹脂完全包覆之封裝結構。此外，也有使用高溫固化型樹脂灌模，可操作時間長，適合自動化生產操作，但加熱固化時，容易產生氣泡、孔隙，而使封裝良率下降，且一般方法是將樹脂灌注在硬質外殼內，無法製得以樹脂完全包覆之封裝結構。其他還有使用UV、電子束、輻射等能量固化型樹脂灌模，這類樹脂成本高昂，固化深度受到能量強度限制，且樹脂的固化強度與抗濕特性，也不如熱固型環氧樹脂。一般方法是將樹脂灌注在硬質外殼內，故無法製得以樹脂完全包覆之封裝結構。

在文獻中，例如美國專利公告US.Pat.No.6,021,949揭露一種遊戲無線射頻識別裝置，其係將天線設置於半殼體內的凹槽，天線係由多層實體線圈環繞在半殼體內的凹槽。然後再藉由射出成型的方式將材料包覆在天線與半殼體上。此外，另一美國公開專利US.Pub.No.20140332597也揭露一種無線射頻裝置，其係利用兩次射出成型的方式，將無線射頻識別標籤包在塑膠材料內部。在該技術中，揭露一種提供第一次射出成型殼體，將無線射頻識別標籤(包含有天線以及RFID晶片)放入在該殼體內，然後利用第二次射出成型將殼體以及無線 射頻識別標籤完整的包覆，以形成封裝結構。前述之類的技術，由於塑膠材料的耐溫較差，吸濕率高、且製程上需分為兩次，並非完全一體成形的材料。此外，習用技術中，例如美國專利公開號第US20110133362揭露一種採用低表能的塑膠薄膜來輔助脫膜，然而此種方式，並無法應用在灌模(casting)製程，主要是因為在模具的表面有一層薄膜的話，在灌模的過程中會產生尺寸精度不足的問題。此外，傳統的金屬模具，在使用熱固性材料時，在加熱固化之後，脫模不易，容易造成成品的瑕疵。傳統的灌模，為了避免固化的氣泡，常用的方法包含：真空脫泡、常溫慢速固化、分次澆注、加壓固化，但這些方法若無配合適當模具與固化程序，都無法做出精度與品質良好的產品，而且製造速度慢，影響生產線的製造效率。

綜合上述，因此需要一種無線射頻識別裝置及其製造方法來解決習用技術所產生的問題。

在一實施例中，提供一種無線射頻識別裝置封裝系統與方法，其係使用特殊的低表能且可撓之模具，再利用熱固性樹脂包覆無線射頻識別元件，透過先高壓，後高溫之方式固化。其中，高壓抑制在模穴內之熱固性材料的氣泡尺寸，以及抑制低表面能之可撓性模具表面間孔隙的空氣產生氣泡；而高溫的方式則可以加速熱固性材料交聯固化。

在一實施例中，為了改善脫模問題，使用低表面能材質的模具，但因為膠材對低表面能模具的濕潤性不夠，常有微小氣泡附著，造成固化後的缺陷，因此更採用高壓的方法消除氣泡。為了消除附著於模具表 面的微小氣泡，本實施例是先用加壓於模穴內熱固性材料表面上強迫氣泡排出，並抑制無法排出的氣泡尺寸，再加熱使交材固化。並非一般的加壓加熱固化。

在一實施例中，本發明提供一種無線射頻識別裝置封裝方法，其係包括有下列步驟：提供一可撓性且具有低表面能之模具，該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴；將一無線射頻識別模組設置於該模穴內，其中該無線射頻識別模組包括有一天線線圈以及與該天線線圈電性連接的一無線射頻識別晶片單元；於一第一氣壓下，注入一熱固性樹脂於該模穴內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組；於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之一第二氣壓；以及於該第二氣壓下，加熱至該熱固性樹脂固化溫度，進而形成具有線射頻識別模組以及包覆該線射頻識別模組之熱固性樹脂之無線射頻識別裝置。

在另一實施例中，本發明提供一種無線射頻識別裝置封裝系統，其係包括有：可撓性且具有低表面能之模具、注入裝置、壓力控制裝置、控制裝置以及加溫裝置。該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴，該模穴內具有一無線射頻識別模組，其係包括有一天線線圈以及與該天線線圈電性連接的一無線射頻識別晶片單元。該注入裝置，內含有一熱固性樹脂。該壓力控制裝置，用於調節該模具所處之製造環境的大氣壓力。該控制裝置，與該壓力控制裝置以及該注入裝置耦接，該控制裝置係控制該壓力控制裝置產生一第一氣壓，並於該第一氣壓下控制該注入裝置注入該熱固性樹脂於該模穴內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組，以及於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度 條件下，使該壓力控制裝置對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之第二氣體壓。該加溫裝置，與該控制裝置耦接，該加溫裝置係於該第二氣壓下，加熱至該熱固性樹脂之固化溫度，使該熱固性樹脂固化，進而形成具有線射頻識別模組以及包覆該線射頻識別模組之熱固性樹脂之無線射頻識別裝置。

在一實施例中，注入該熱固性樹脂於該模穴之步驟中，更包括有以一注入嘴沿著該模穴注入該熱固性樹脂。其中，該模具為矽氧樹脂，該熱固性樹脂為環氧樹脂。其中，該第一氣壓為1大氣壓，該第二氣壓為3~5大氣壓。當注入該熱固性樹脂於該模穴內時，該表面與大氣環境接觸。

在一實施例中，加熱至該熱固性材料的固化溫度，係為高溫固化，該溫度介於80~150之間。

2‧‧‧無線射頻識別裝置封裝方法

20~24‧‧‧步驟

3‧‧‧模具

30‧‧‧模具本體

300‧‧‧表面

31‧‧‧模穴

4‧‧‧無線射頻識別模組

4a‧‧‧無線射頻識別裝置

40‧‧‧天線線圈

41‧‧‧無線射頻識別晶片單元

50‧‧‧熱固性樹脂

7‧‧‧無線射頻識別裝置封裝系統

70‧‧‧注入裝置

71‧‧‧壓力控制裝置

72‧‧‧控制裝置

73‧‧‧加溫裝置

74‧‧‧腔體

740‧‧‧腔室

75‧‧‧自動輸送裝置

圖1為本發明之無線射頻識別裝置封裝方法流程之一實施例示意圖。

圖2A係為本發明模具之一實施例示意圖。

圖2B係為將無線射頻識別裝置放置於模穴內示意圖。

圖2C為本發明以灌模方式注入熱固性樹脂之一實施例示意圖。

圖2D為本發明改變壓力與控制溫度的腔體之一實施例示意圖。

圖3為本發明經過封裝製程所形成的無線射頻識別裝置之一實施例示意圖。

圖4係為實現本發明之無線射頻識別裝置封裝方法的系統其中之一實施例示意圖。

在下文將參考隨附圖式，可更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。類似數字始終指示類似元件。以下將以多種實施例配合圖式來說明本發明之精神，然而，下述實施例並非用以限制本發明。

請參閱圖1所示，該圖為本發明之無線射頻識別裝置封裝方法流程之一實施例示意圖，在本實施例中，該流程包括有提供一可撓性且具有低表面能之模具，該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴。如圖2A所示，該圖係為本發明模具之一實施例示意圖。該模具3為可撓性且具有低表面能的材料所構成，且耐高溫(100度以上)，例如：矽氧樹脂為屬於前述材料其中之一，但不以此為限。由於模具3具有可撓性與低表面能的特性，可以讓成形的材料容易脫模。模具3具有一模具本體30，其上具有一表面300。該表面300上形成有模穴31，模穴31的形狀，並無一定的限制，其係根據成品形狀而定，因此並不以圖中所示的形狀為限制。要說明的是，本實施例的模具3為單一模具，並無上下模的結構設計，材料從該表面300沿著模穴31的形狀注入至模穴內，進而在特定的環境條件下固化成形。

如圖1與圖2B所示，接著進行步驟21，將一無線射頻識別模組4設置於該模穴31內，其中該無線射頻識別模組4包括有一天線線圈40以及與該天線線圈40電性連接的一無線射頻識別晶片單元41。在一實施例中，該無線射頻識別單元41具有承載基板，其上具有RFID晶片與複數個被動元件相互電性連接。 要說明的是，無線射模式別晶片單元41上除了RFID晶片以及必要的被動元件之外，還可以設置感測器，例如：溫度、溼度、加速度計、電子羅盤等，其係根據使用需求而定，並無特定限制。該天線40係與該無線射頻識別晶片單元41電性連接，以構成天線迴路。RFID晶片，在本實施例中，為被動式的RFID晶片，但不以此為限制，例如：主動式RFID晶片亦可以實施。

如圖1與2C所示，步驟21之後，接下來進行步驟22於一第一氣壓下，注入一熱固性樹脂50於該模穴31內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組。在本步驟中，將樹脂或模具，給予低於該熱故性樹脂50之固化溫度之熱能，使樹脂的黏度下降，增加流動性及滲透性，並於常壓或低壓(第一氣壓)下，透過注入裝置70，將熱固性樹脂沿著該模穴的路徑，注入至模穴內。該熱固性樹脂，為固化溫度大於70度之環氧樹脂，在一實施例中，係為雙液型環氧樹脂，但不以此為限制，例如：矽氧樹脂(polymerized siloxanes，或Silicone)或聚氨酯(Polyurethane,PU)。採用此類的高溫固化之雙液型環氧樹脂，常溫下操作時間可以達24小時，易於自動化生產規劃。

再回到圖1所示，接著進行步驟23，於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之一第二氣壓。在本步驟中，如圖3所示，主要是在低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，將步驟22已經填滿熱固性樹脂50的模具3放置於一反應腔體74的腔室740內，並於該腔室740施加高於第一氣壓的壓力，例如：3-5個大氣壓。透過高壓於材料液面上以強迫氣泡排出，並抑制無法排出的氣泡尺寸。

最後進行步驟24，於該第二氣壓下，進行高溫固化的程序，亦即將該熱固性樹脂50加熱至一固化溫度，使該熱固性樹脂50產生固化效果，進而 形成具有線射頻識別模組4以及包覆該線射頻識別模組4之熱固性樹脂50之無線射頻識別裝置4a。該固化溫度範圍在80~150℃，本實施例為120度，但不以此為限制。由於在加溫過程中，在模具3和熱固性樹脂50交界面尚未排出的氣泡(包括有熱固性樹脂表面附著的氣泡或者是潛藏在多孔隙模具3表面之孔隙內的空氣)可能會膨脹，而影響成形品的品質，因此藉由將模具3放置於3~5大氣壓腔體中加熱至120度30分鐘固化，高壓可以抑制氣泡的成長，高溫加速熱固性材料交聯固化，因此可得到以熱固性樹脂完全包覆的封裝結構，外型符合模具尺寸，並完全解決灌模或加熱過程中，容易發生孔隙、氣泡等問題。

此外，要說明的是，要讓熱固性樹脂固化的方式有常溫固化，其溫度範圍在20~30℃、低溫固化，其溫度範圍在60~80℃，以及前述的高溫固化方式。由於熱固性樹脂在灌模作業之後，需要進行固化的程序，其中高溫固化會產生氣泡，然而透過前述之方式，固化過程是在高壓環境下進行，則可以克服氣泡的問題。

雖然常溫或低溫固化，雖可以減少氣泡的產生，但是卻會使得固化時間延長，甚至太低的溫度會導致固化效果不佳或者是無法固化的問題，其中常溫固化的方式中，因為已經加入交聯劑的樹脂(也就是已經完成A/B劑混合的樹脂)，所以在常溫下的反應速率很慢，因此如果要在常溫下可以固化，通常必須另外加入催化劑，但如此便會減少使用時限(Pot Life)。另外，利用常溫或低溫固化的方式，雖然表面看起來都已經硬化，但是實際上內部的交聯轉化反應並未完成，使得玻璃轉移溫度降低，因此會導致其機械特性變差。交聯固化為放熱反應，溫度越高反應越快，也越完全。

至於如何測試固化完不完全可以利用差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry,DSC)來進行量測，在一實施例中，通常使用DSC恆速升溫，分別測得乾膠與濕膠的吸放熱曲線，可以得到交聯程度。若已經固化的膠材，用DSC恆速升溫掃描，仍有放熱曲線的話，代表固化不完全，並且，由DSC掃描曲線，也可以得知玻璃轉化溫度(glass transition temperature,Tg)的差異。對於硬質的環氧樹脂而言，Tg越高，代表材料的機械強度較好，其於高溫固化時的機械強度也越好。此外，大部分的環氧樹脂含有雙酚A的成分，因此如果未固化完全，單體分子溶出的可能性增加，因此常溫或低溫固化的方式會有雙酚A等不良物質溶出的疑慮。

如圖3所示，該圖為利用本發明之無線射頻識別裝置封裝方法所構成的無線識別裝置之一實施例示意圖。在無線射頻識別模組4的外圍包覆有固化成形的熱固性的樹脂50，以構成具防水、耐高溫特性的無線射頻識別裝置4a。要說明的是，本發明的精神在於透過前述製程製作出無線射頻識別模組4之外圍包覆有熱固性的樹脂50且容易脫模的無線射別裝置4a，因此該無線射別裝置4a的外型並無一定的限制，並不以本實施例所示的圓形為限制。

如圖4所示，其係為實現本發明之無線射頻識別裝置封裝方法的系統其中之一實施例示意圖，該無線射頻識別裝置封裝系統7包括有一可撓性且具有低表面能之模具3、一注入裝置70、一壓力控制裝置71、一控制裝置72、一加溫裝置73以及一腔體74。該模具3上具有一表面300，該表面300上具有複數個模穴31，該模穴31內可以放置一無線射頻識別模組4，其結構係如前所述，在此不做贅述。要說明的是，模具3之表面300上的模穴數量，可以根據尺寸與製成需求而定，並不以圖中所示之數量為限制。

該注入裝置70，內含有一熱固性樹脂，其係於第一氣壓的條件下 注入熱固性樹脂在該模穴內。該注入裝置70的數量可以根據製程效率需求而定，也可以為多個，並不以圖示的一個為限制。本實施例中，該第一氣壓係為常壓(一大氣壓)。該壓力控制裝置71，用於調節該模具3所處之製造環境的大氣壓力。該壓力控制裝置71與該控制裝置72電性連接，可以接收控制裝置72的控制訊號調節腔體74內部之腔室740的氣壓。

該控制裝置72，與該壓力控制裝置71、該加溫裝置73以及該注入裝置70耦接，該控制裝置72係於該第一氣壓下控制該注入裝置70注入該熱固性樹脂於該模穴31內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組，以及於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，使該壓力控制裝置71對含有該無線射頻識別裝置以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之第二氣體壓。本實施例中，該第二氣壓為3-5個大氣壓(atm)。該控制裝置72為具有運算處理能力的裝置，例如：電腦、工作站或筆記型電腦等，可以執行控制程式，以實現圖1所示的封裝流程。該加溫裝置73，與該控制裝置72耦接，該加溫裝置73係於該第二氣壓下，加熱至該熱固性樹脂之固化溫度，使該熱固性樹脂固化。

在本實施例中，該模具31可以透過自動輸送裝置75定點式的透過位移控制移動到注入裝置70或腔體74內。該自動輸送裝置75與該控制裝置72電訊連接，在一實施例中，該自動輸送裝置75係為輸送帶，但不以此為限制，例如，該自動輸送裝置75也可以為機械手臂。要說明的是，雖然本實施例中的注入裝置70與該腔室74為分開的兩的工作區，但在另一實施例中，該注入裝置也可以設置在該腔室74的內部，使得所有注入熱固性樹脂，與氣壓和溫度控制的條件，都在該腔室74內進行。此為本領域技術之人可以根據本發明之精神予以變化或調整。

以上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的技術手段之較佳實施方式或實施例而已，並非用來限定本發明專利實施之範圍。即凡與本發明專利申請範圍文義相符，或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

2‧‧‧無線射頻識別裝置封裝方法

20~24‧‧‧步驟

Claims (16)

1. 一種無線射頻識別裝置封裝方法，其係包括有下列步驟：提供一可撓性且具有低表面能之模具，該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴；將一無線射頻識別模組設置於該模穴內，其中該無線射頻識別模組包括有一天線線圈以及與該天線線圈電性連接的一無線射頻識別晶片單元；於一第一氣壓下，注入一熱固性樹脂於該模穴內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組；於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之一第二氣壓；以及於該第二氣壓下，加熱至一高溫固化溫度，以讓該熱固性樹脂產生固化，進而形成具有線射頻識別模組以及包覆該線射頻識別模組之熱固性樹脂之無線射頻識別裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無線射頻識別裝置封裝方法，其中注入該熱固性樹脂於該模穴之步驟中，更包括有以一注入嘴沿著該模穴注入該熱固性樹脂。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無線射頻識別裝置封裝方法，其中該模具為矽氧樹脂，該熱固性樹脂為環氧樹脂、矽氧樹脂或聚氨酯。
4. 如申請專利範圍第1項所述之無線射頻識別裝置封裝方法，其中該第一氣壓為1大氣壓，該第二氣壓為3~5大氣壓。
5. 如申請專利範圍第1項所述之無線射頻識別裝置封裝方法，其中注入該熱固性樹脂於該模穴內時，該表面與大氣環境接觸。
6. 如申請專利範圍第1項所述之無線射頻識別裝置封裝方法，其中該高溫固化溫度為80-150度之間。
7. 一種無線射頻識別裝置，其係包括有：一無線射頻識別模組，其係具有一無線射頻識別晶片單元以及與該無線射頻識別晶片單元電性連接的一天線；以及一熱固性樹脂，其係包覆於該無線射頻識別模組之外圍；其中，該無線射頻識別裝置藉由申請專利範圍第1至6項中任一項所述之封裝方法製得。
8. 一種無線射頻識別裝置封裝系統，其係包括有：一可撓性且具有低表面能之模具，該模具上具有一表面，該表面上具有一模穴，該模穴內具有一無線射頻識別模組，其係包括有一天線線圈以及與該天線線圈電性連接的一無線射頻識別晶片單元；一注入裝置，內含有一熱固性樹脂，其係於一第一氣壓的環境下注入該熱固性樹脂於該模穴內；一壓力控制裝置，用於調節該模具所處之製造環境的大氣壓力；一控制裝置，與該壓力控制裝置以及該注入裝置耦接，該控制裝置係於該第一氣壓下控制該注入裝置注入該熱固性樹脂於該模穴內，使該熱固性樹脂包覆該無線射頻識別模組，以及於低於該熱固性樹脂固化溫度的溫度條件下，使該壓力控制裝置對含有該無線射頻識別模組以及該熱固性樹脂的模具施加高於該第一氣壓之第二氣體壓，以及 一加溫裝置，與該控制裝置耦接，該加溫裝置係於該第二氣壓下，加熱至一高溫固化溫度，使該熱固性樹脂固化，進而形成具有線射頻識別模組以及包覆該線射頻識別模組之熱固性樹脂之無線射頻識別裝置。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無線射頻識別裝置封裝系統，其中該注入裝置，以一注入嘴沿著該模穴注入該熱固性樹脂。
10. 如申請專利範圍第8項所述之無線射頻識別裝置封裝系統，其中該模具為矽氧樹脂，該熱固性樹脂為環氧樹脂。
11. 如申請專利範圍第8項所述之無線射頻識別裝置封裝系統，其中該氣體壓力為3~5大氣壓。
12. 如申請專利範圍第8項所述之無線射頻識別裝置封裝系統，其中注入該熱固性樹脂於該模穴內時，該表面與大氣環境接觸。
13. 如申請專利範圍第8項所述之無線射頻識別裝置封裝系統，其中該高溫固化溫度為80-150度之間。
14. 一種無線射頻識別裝置，其係包括有：一無線射頻識別模組，其係具有一無線射頻識別晶片單元以及與該無線射頻識別晶片單元電性連接的一天線；以及一熱固性樹脂，其係包覆於該無線射頻識別模組之外圍，其中該熱固性樹脂係於一第一壓力下包覆該無線射頻識別模組，並於大於該第一壓力之一第二壓力下，被加熱至一高溫固化溫度而產生固化。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無線射頻識別裝置，其中該第一氣壓為1大氣壓，該第二氣壓為3~5大氣壓。
16. 如申請專利範圍第14項所述之無線射頻識別裝置，其中該高溫固化溫度為80-150度之間。

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