RFIDtech

29. Технология сборки RFID

       RFID (Radio Frequency IDentification) - достижение техники, появившееся недавно. Система RFID состоит из двух разнесенных устройств: ридера (считывающего устройства) и RFID-метки на контролируемом объекте. Основным заказчиком этой системы была торговая сеть, где система RFID должна была вытеснить штрих-коды. Ключевым условием успеха являлась стоимость RFID-метки, которая должна быть значительно меньше стоимости товара, на котором она размещалась.
      Сама RFID-метка состоит из двух очень различных частей: антенны и электронного микрочипа. Антенна изготавливается методами печатного монтажа, а чип - методами микроэлектроники. В первом случае геометрические размеры измеряются сантиметрами, во втором - микронами и долями микрона. В результате технология сборки RFID-метки столкнулась с проблемой: как одновременно обеспечить точное совмещение микроскопических контактных площадок чипа и антенны и высокую производительность процесса сборки.
      Одна из фирм поставила конкретную задачу, суть которой можно определить следующим образом:
      Исходная ситуация
      Заказчик покупает пластины с чипами и пленку с напечатанными антеннами и собирает RFID на установке, обеспечивающей производительность 30 штук в минуту при себестоимости сборки около 5 центов.
      Задача:
      Для выхода на рынок нужно иметь производительность сборки 1200-1500 /мин при себестоимости 1,5 цента за штуку.
      Приступив к решению поставленной задачи, нужно прежде всего максимизировать объем исходной информации, т.е. разузнать все о сборке RFID-меток и о том, кто как эту операцию реализует.
      Анализ ситуации в мире показал, что в производстве RFID в основном используются три принципиально различные (альтернативные) технологии:

Flip-Chip технология,

PICA-технология и

FSA-технология.

Ключевые их особенности показаны ниже

Flip-Chip технология сборки (фрагмент)
(оборудование, имевшееся у заказчика)

Основные конкуренты Заказчика использовали следующие технологии:

Технология PICA (Parallel Integrated Chip Assembly)

Технология FSA (Fluidic-Self Assembly)

      Сравнение всех этих технологий сборки приводит к такому заключению. Коренное отличие технологии Заказчика от обеих конкурентных технологий заключалось в том, что конкурентные технологии базировались на массовой, параллельной сборке сразу многих RFID-меток, исходная же технология была "одноканальной". Именно этот фактор лежал в основе малой производительности технологии Заказчика и напрямую позволял сформулировать задачу переноса:
      "Обеспечить параллельную сборку нескольких RFID-меток по технологии Flip-chip".
      Формулировок именно этой задачи может быть несколько, в этом есть определенный смысл, так как из фразы "Чтобы правильно задать вопрос, нужно знать большую часть ответа" следует и вывод о том, что в одной из формулировок вопроса может уже содержаться скрытая подсказка, намек на ответ.
      Однако вернемся к нашей сборочной системе и посмотрим, какие элементарные преобразования происходят с исходными сборочными элементами RFID-метки (чипом и антенной) в процессе сборки. Это должно стать основой для функционального анализа системы "Устройство сборки RFID-меток".

Захват-1 прикрепляется к чипу на пластине
Пластина отпускает чип
Захват-1 переносит чип
Захват-1 поворачивает чип
Захват-2 прикрепляется к чипу
Захват-1 отпускает чип
Захват-2 переносит чип
Антенна прикрепляется к чипу
Антенна устанавливает электрический контакт с чипом
Захват-2 отпускает чип

Итак, на всем протяжении процесса чип испытывает следующие операции:

прикрепление,
отпускание,
перенос (параллельный),
поворот,
установление контакта.

      С точки зрения основной задачи (см. выше) следует проверить, насколько возможно применить принцип массовости (т.е. одновременного исполнения операции с несколькими чипами) к каждой из операций этого перечня.
      Проверка показывает следующее:
      Первая же операция (прикрепление захвата-1 к чипу) при попытке перейти к одновременному массовому исполнению наталкивается на чисто геометрическое противоречие, связанное с тем, что поперечные размеры захвата-1 значительно больше размеров чипа, а чипы расположены на пластине вплотную друг к другу. Этот нежелательный момент легко сформулировать в виде технического противоречия: "Чипы должны быть близко друг к другу, чтобы обеспечить максимальное использование рабочей поверхности полупроводниковой пластины, но чипы должны быть на значительном расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить возможность одновременной работы многих захватов"
      Остальные операции (перенос, поворот и передача чипов) осуществляются соответствующими инструментами системы, и единственное сомнение состоит в том, что "размножение" этих инструментов по числу одновременно обрабатываемых чипов делает систему чрезвычайно громоздкой и трудно ремонтируемой в случае сбоя хотя бы одного инструмента. Это дает основания для того, чтобы сформулировать еще одно ТП: "Система должна обрабатывать одновременно много чипов, чтобы иметь высокую производительность, но система должна одновременно обрабатывать мало чипов, чтобы быть ремонтопригодной".

Возврат к схеме аналитического этапа

Переход к схеме синтетического этапа