Тенденция в создании устройств радиочастотной идентификации (RFID) – это достижение большей функциональности при низкой стоимости. Сложные RFID-тэги должны изготавливаться из более дешевых материалов и с помощью более дешевых технологических процессов и интегрироваться в подложке вровень с поверхностью других устройств или с внедренными модулями.
Одной из наилучших органических подложек RFID-устройств считается бумага. Она экологически приемлема и может проходить огромное число перемоток. Она также совместима с технологией печатных плат, использующей методы непосредственного создания рисунка ПП. В этом состоит ее наибольшее достоинство, поскольку для активных тэгов требуется монтаж или встраивание дополнительных модулей, таких как датчики и батареи питания. И процесс быстрой струйной печати может эффективно использоваться для печати этих модулей на или внутри бумажной подложки. Поскольку диэлектрическая постоянная бумаги (около 3) близка к ее значению в воздухе, электромагнитное поле пронизывает бумагу, даже если RFID-тэг встроен. Более тонкий профиль устройства, достигаемый благодаря бумаге, обеспечивает создание нового поколения носимых датчиков.
Среди необходимых свойств для правильного выбора бумаги следует отметить поверхностную плоскостность, водостойкость, способность к ламинированию для изготовления трехмерных модулей, к формированию отверстий, адгезию и совместимость с другими дешевыми технологическими процессами. С точки зрения технологии для ультрадешевой бумажной подложки RFID-устройства важны проводники на этой подложке, а с точки зрения конструкции – электрические характеристики бумажной подложки (вплоть до 2 ГГц). Проводники создаются обычным травлением медной фольги на бумажной подложке. Оптимизации такого процесса препятствует ряд проблем, такие как соединение меди с поверхностью бумаги, адгезия, совместимость с травильными растворами, литография и увлажнение. Несмотря на очевидные сложные задачи, успешно демонстрировались ортогональные межсоединения на бумажной подложке размером 30×30 мм, что можно развить в серийное производство. Для определения электрических характеристик бумажных подложек (диэлектрической постоянной и потерь) был спроектирован и изготовлен с помощью обычного травления меди кольцевой резонатор с калибрационными линиями. Создана информация о медной металлизации на бумаге и электрических характеристиках бумаги вплоть до 2 ГГц. На бумажных подложках уже реализованы с помощью обычных химических процессов изготовления ПП антенны, медные проводники, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.
Обычные методы ламинирования и травления меди уже приняты для серийного недорогого производства. Они оптимизированы для наслаивания пяти слоев бумаги, нижний и верхний слои которых ламинированы медной фольгой толщиной 18 мкм. Процесс ламинирования был оптимизирован благодаря варьированию температуры, давления, времени и скорости нагрева и охлаждения. Присоединение медной фольги проходило без видимых расслоений и пор. При фотолитографическом процессе использовались сухой пленочный резист, который подвергался УФ-облучению, и травление меди медленно действующими растворами. Слоистая плата проходила сушку в печи при 100°С в течение 30 мин. Изготовленные структуры имели хорошее сцепление.
Измерение электрических характеристик
Это важный шаг при определении бумажного материала для ВЧ-применения (свыше 900 МГц). Для измерения диэлектрической постоянной (εr) и тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) бумаги на частоте вплоть до 2 ГГц использовалась резонаторная структура с линиями калибровки. Эти характеристики перекрывают частотный диапазон RFID-тэгов, которые используются в системах безопасности морских и речных портов, аэропортов, для отслеживания товаров, багажа, в автомобильной и фармацевтической индустриях.
Кольцевой резонатор имеет вносимые потери на частотах периодических резонансов. При данном методе диэлектрическая постоянная определяется по расположению резонансов резонатора данного радиуса, в то время как тангенс угла диэлектрических потерь определяется по добротности в местах резонансов. Измерения вносимых потерь проводились в диапазоне от 0,4 до 1,9 ГГц с помощью векторного анализатора сети (VNA) фирмы Agilent. Для питания кольцевой резонаторной структуры использовался типичный коаксиальный соединитель. Калибрационные линии служат для подавления влияния входных и выходных микрополосковых питающих линий.
На схеме кольцевого резонатора (рис.1) показаны размеры микрополосковых линий питания, промежуток между полосковыми линиями и кольцевым резонатором и ширина сигнальных линий. Данные вносимых потерь для конкретных значений радиусов резонатора в зависимости от частоты заносились в программу Mathcad, с помощью которой вычислялись диэлектрическая постоянная и тангенс потерь. На рис.2 приведен график зависимости вносимых потерь от частоты, а в таблице – значения εr и tgδ для различных резонансных режимов кольцевого резонатора.
Трехмерные бумажные подложки
Для получения трехмерной многослойной бумажной структуры с внедренными пассивными компонентами, MEMS, RFID, датчиками, тонкопленочными батареями, дискретными приборами и ИС необходимо преодолеть ряд трудностей. Возможные трудности включают производство толстых подложек с использованием обычных процессов ламинирования, создание проводящих линий, формирование отверстий для межслойного соединения, реализацию пассивных компонентов, таких как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, термомеханическую целостность.
На одном слое бумаги изготавливается плоский конденсатор путем ламинирования меди и травления, затем трафаретной печатью наносятся полимерные толстые пленки. Путем ламинирования и селективного травления с использованием меди и предварительного осаждения резистивной пленки на медную фольгу были также реализованы на одном слое резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Затем они были ламинированы для образования многослойной структуры с вырезанными карманами для встроенных ИС.
Трехмерные бумажные структуры находятся в стадии конструирования. Результатом должна явиться гибкая трехмерная сборка с встроенными в бумажную подложку активными и пассивными компонентами и тонкопленочной батареей.
Среди необходимых свойств для правильного выбора бумаги следует отметить поверхностную плоскостность, водостойкость, способность к ламинированию для изготовления трехмерных модулей, к формированию отверстий, адгезию и совместимость с другими дешевыми технологическими процессами. С точки зрения технологии для ультрадешевой бумажной подложки RFID-устройства важны проводники на этой подложке, а с точки зрения конструкции – электрические характеристики бумажной подложки (вплоть до 2 ГГц). Проводники создаются обычным травлением медной фольги на бумажной подложке. Оптимизации такого процесса препятствует ряд проблем, такие как соединение меди с поверхностью бумаги, адгезия, совместимость с травильными растворами, литография и увлажнение. Несмотря на очевидные сложные задачи, успешно демонстрировались ортогональные межсоединения на бумажной подложке размером 30×30 мм, что можно развить в серийное производство. Для определения электрических характеристик бумажных подложек (диэлектрической постоянной и потерь) был спроектирован и изготовлен с помощью обычного травления меди кольцевой резонатор с калибрационными линиями. Создана информация о медной металлизации на бумаге и электрических характеристиках бумаги вплоть до 2 ГГц. На бумажных подложках уже реализованы с помощью обычных химических процессов изготовления ПП антенны, медные проводники, резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности.
Обычные методы ламинирования и травления меди уже приняты для серийного недорогого производства. Они оптимизированы для наслаивания пяти слоев бумаги, нижний и верхний слои которых ламинированы медной фольгой толщиной 18 мкм. Процесс ламинирования был оптимизирован благодаря варьированию температуры, давления, времени и скорости нагрева и охлаждения. Присоединение медной фольги проходило без видимых расслоений и пор. При фотолитографическом процессе использовались сухой пленочный резист, который подвергался УФ-облучению, и травление меди медленно действующими растворами. Слоистая плата проходила сушку в печи при 100°С в течение 30 мин. Изготовленные структуры имели хорошее сцепление.
Измерение электрических характеристик
Это важный шаг при определении бумажного материала для ВЧ-применения (свыше 900 МГц). Для измерения диэлектрической постоянной (εr) и тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) бумаги на частоте вплоть до 2 ГГц использовалась резонаторная структура с линиями калибровки. Эти характеристики перекрывают частотный диапазон RFID-тэгов, которые используются в системах безопасности морских и речных портов, аэропортов, для отслеживания товаров, багажа, в автомобильной и фармацевтической индустриях.
Кольцевой резонатор имеет вносимые потери на частотах периодических резонансов. При данном методе диэлектрическая постоянная определяется по расположению резонансов резонатора данного радиуса, в то время как тангенс угла диэлектрических потерь определяется по добротности в местах резонансов. Измерения вносимых потерь проводились в диапазоне от 0,4 до 1,9 ГГц с помощью векторного анализатора сети (VNA) фирмы Agilent. Для питания кольцевой резонаторной структуры использовался типичный коаксиальный соединитель. Калибрационные линии служат для подавления влияния входных и выходных микрополосковых питающих линий.
На схеме кольцевого резонатора (рис.1) показаны размеры микрополосковых линий питания, промежуток между полосковыми линиями и кольцевым резонатором и ширина сигнальных линий. Данные вносимых потерь для конкретных значений радиусов резонатора в зависимости от частоты заносились в программу Mathcad, с помощью которой вычислялись диэлектрическая постоянная и тангенс потерь. На рис.2 приведен график зависимости вносимых потерь от частоты, а в таблице – значения εr и tgδ для различных резонансных режимов кольцевого резонатора.
Трехмерные бумажные подложки
Для получения трехмерной многослойной бумажной структуры с внедренными пассивными компонентами, MEMS, RFID, датчиками, тонкопленочными батареями, дискретными приборами и ИС необходимо преодолеть ряд трудностей. Возможные трудности включают производство толстых подложек с использованием обычных процессов ламинирования, создание проводящих линий, формирование отверстий для межслойного соединения, реализацию пассивных компонентов, таких как резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, термомеханическую целостность.
На одном слое бумаги изготавливается плоский конденсатор путем ламинирования меди и травления, затем трафаретной печатью наносятся полимерные толстые пленки. Путем ламинирования и селективного травления с использованием меди и предварительного осаждения резистивной пленки на медную фольгу были также реализованы на одном слое резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Затем они были ламинированы для образования многослойной структуры с вырезанными карманами для встроенных ИС.
Трехмерные бумажные структуры находятся в стадии конструирования. Результатом должна явиться гибкая трехмерная сборка с встроенными в бумажную подложку активными и пассивными компонентами и тонкопленочной батареей.
Отзывы читателей
