Technologie a kvalita RFID čipu

 Na obrázku 1 je vyobrazen RFID transpondér ve formě chytrého štítku RFID (RFID Smart Label) s vyznačením různých komponent. Tato část je instruktivní pro dočasné štítky RFID pro pneumatiky.
Obrázek 2 je instruktivní pro odpovídače RFID schopné vulkanizace přímo do pneumatiky nebo na pneumatiku. Odpovídač se skládá z RFID čipu UHF/SHF zapouzdřeného do TSOP-8. TSOP-8 se připájí na tenkou destičku spojů FR4 a na TSOP-8 se připájí dvě spirálové pružiny tvořící dipólovou anténu. Anténní vodiče byly naladěny
na rezonanci na 868 MHz a 960 MHz při vulkanizaci do pneumatiky.

Legenda
1.    RFID čip
2.    Substrát (např. plastová fólie)
3.    Anténa (natištěná, vyleptaná nebo nalisovaná)

Jakost RFID čipu

Ke kvalitě integrovaného produktu přispívá jakost všech komponent, ať je produktem jednotlivé zařízení nebo systém. Praktické úvahy o jakosti vedou k definici, že kvalita každé položky (nebo komponenty) je reprezentována prostřednictvím charakteristik, jejichž výsledkem je splnění zamýšleného použití položky (tj. požadavků uživatele). V případě elektronické součástky, jako je RFID čip, jsou důležité následující charakteristiky:

• Fyzikální
• Elektrické a
• Funkční.

Fyzikální charakteristiky jsou definovány různými mechanickými vlastnostmi a rozhraními zapojenými do výrobního procesu, přičemž RFID čip je připojen k anténě/substrátu tak, aby tvořil fungující RFID odpovídač. Je třeba poznamenat, že ne všechny procesy montáže transpondérů mají stejné požadavky na fyzikální charakteristiky RFID čipů pro výrobu kvalitních RFID transpondérů. Pozornost je třeba věnovat specifikaci požadavků na provozní charakteristiky RFID, které nejsou zvláštní (nebo jedinečné) pro proces výroby konkrétního odpovídače. To je důležité zejména tam, kde výrobní proces je předmětem vlastnictví společnosti (proprietární). Aplikace RFID čipu a technologie transpondérů pro pneumatiky jsou z hlediska mechanické odolnosti snad nejnáročnější. Navíc u zapouzdřených verzí musí transpondér vydržet proces lisování/vytvrzování/vulkanizace.
Elektrické charakteristiky čipu RFID jsou obvykle dobře definovány ve specifikaci produktu různých RFID čipů. Primárním elektrickým rozhraním u pasivního RFID čipu jsou kontakty pro anténu RFID; impedanční přizpůsobení mezi RFID čipem a anténou je obvykle nejkritičtějším problémem elektrického rozhraní. Podle
pravidel v aplikací pro pneumatiky může být požadován sekundární obal čipu. Čip může být před připojením antény nejprve zabudován do pouzdra SOP (small outline package). Pouzdro SOP doplňuje potenciální výhody jak mechanické tak tepelné izolace IC. Toto sekundární pouzdro musí být rovněž zohledněno v procesu impedančního přizpůsobení systému.
Funkční charakteristiky čipu RFID jsou zcela definovány protokolem rádiového rozhraní, se kterým je čip RFID kompatibilní. Pro ověření funkční kvality čipu RFID se musí použít testování shody RFID (například ISO/IEC 18047). To je klíčem k zajištění robustnosti konstrukce a prevence nedostatečného provedení.
Správné dodržování fyzikálních, elektrických a funkčních požadavků umožňuje vyrábět širokou škálu pasivních RFID transpondérů z běžného RFID čipu. To ve svém důsledku zvyšuje interoperabilitu a snižuje náklady. Například, velké množství pasivních transpondérů RFID je k dispozici s běžným RFID čipem, ale jen málo konstrukcí může být nedílnou součástí pneumatiky.

Legenda
1    Cín
2    Deska plošných spojů s IO
3    Spirála, 12 závitů na cm

Obal čipu - fyzikální rozhraní

Transpondéry na bázi štítku
Čip štítku RFID je obecně připojen k anténě přímým elektrickým kontaktem, i když existují i jiné vývojové koncepce, které mohou poskytovat výhody nízkonákladové montáže. Je třeba dbát opatrnosti, protože i RFID štítek navržený pro dočasné upevnění na pneumatiky, například pro logistiku, musí mít robustní mechanické vlastnosti. Většina metod montáže odpovídačů v současnosti používá přímé spojení mezi RFID čipem a anténou tagu.

Vybírací a zakládací čip
V současné době většina výrobců vložek používá vybírací a zakládací stroje (roboty) pro vyjmutí integrovaného obvodu (IC) z křemíkové desky, jeho otočení a opatrné vložení na anténu. Dvě drobné kovové plošky na čipu se musí dotýkat konců antény, aby se zrealizovalo elektrické spojení (existuje řada způsobů, jak připojit anténu ke kontaktním ploškám). Nicméně, vybírání a ukládání čipů je nákladné a při zmenšující se velikosti RFID čipu je stále obtížnější.

Mezinosič
Se zmenšující se velikostí čipu se tradiční proces mezinosiče stává náročnějším, protože požadavky na vyrovnání (RFID čipu na kontaktní plošky antény) se stává náročnějším. V důsledku toho proběhl vývoj zaměřený na možnost metody upevnění „standardního“ RFID čipu pomocí mezilehlého upevňovacího mechanismu. Tento přístup vyžaduje od výrobce polovodičů dodávky RFID čipů připevněných na standardizované nosné konstrukce (nosiče, štítky, vodicí prvky atd.). Konvertor mezi výrobcem vložky / štítkem může potom zpracovat RFID čipy (podsestavy) standardizovaným způsobem, protože nosná konstrukce, ke které jsou připevněny, je „pevná“ nezávisle na velikosti čipu. Kromě toho nosiče, ke kterým se připevňují antény, mají fyzicky větší konstrukci umožňující větší flexibilitu a snižující požadavky na přesnost.
Takové upevňovací mechanismy poskytují významné výhody, ke kterým patří:

• jednoduchý, flexibilní výrobní proces RFID bez ohledu na velikost IC;
• standardní typ dodávek, tj. formát 35 mm pásky na kotouči se čtyřmi jednotkami s roztečí 4,75 mm umožňuje jeden formát pouzdra;
• robustní, výrobně technologicky dobře zvládnutá, velkokapacitní technologie s vysokým výnosem a vysokou montážní propustností 10 000 kusů za hodinu;
• odstranění potřeby konvertorů mezi výrobcem odpovídače / štítkem pro připojení IC RFID v prostředí čisté místnosti;
• možnost flexibility konstrukce anténní vložky, protože kontaktní plochy na pouzdru flip chipu jsou větší než kontaktní plošky integrovaného obvodu;
• možnost řady různých strategií spojení mezi IC a anténní vložkou, jako je pájení, lepení, lisování;
• lepší ochrana IC.

Mezi negativní aspekty patří:

• nosiče přidávají jednu jednotkovou operaci při montáži;
• může selhat více spojů.

SOP pouzdra a pájecí lepení - metoda používaná v základní konstrukci odpovídačů pneumatik Lze použít dva různé typy odpovídačů RFID. Každý typ používá čip v pouzdře Mini Small Outline Package (MSOP - Ref. JEDEC MO-187E/AA) připájený k anténě. MSOP je tradiční elektronické pouzdro používané na ochranu čipu proti jeho okolnímu prostředí, včetně možnosti vulkanizovat zařízení do gumy. U dalších technik připevnění, jako je flip čip nebo přímé lepení, nebyla prokázána dostatečná robustnost v aplikaci u pneumatik. Jeden typ MSOP štítků lze vyrábět na flexibilním podkladu. Další typ odpovídače MSOP má pružinovou drátovou anténu připájenou přímo k MSOP na miniaturní tenké destičce. Shoda s environmentálními směrnicemi (např. směrnice RoHS) může vyžadovat změnu procesu s ohledem na vlastnosti materiálů. Přetavení bezolovnaté pájky bude pravděpodobně vyžadovat vyšší teploty a tím i vyšší špičkovou teplotou součástek. Je třeba věnovat pozornost zajištění pouzdra proti poškození v důsledku vyššího vnitřního tlaku v důsledku absorbované vlhkosti.