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RFID标签天线制备技术



影响RFID推广的核心问题在于芯片技术以及成本。RFID电子标签主要由底材、天线及芯片组成,天线层是主要的功能层,其目的是传输最大的能量进出标签芯片。与传统蚀刻法,绕线法相比,标签天线的直接印制法大大节约了成本。


1.标签天线的传统制造工艺


①采用蚀刻方式加工制备标签天线


天线在蚀刻前应先印刷上抗蚀膜,首先将PET薄膜片材两面覆上金属(如铜、铝等)箔;然后采用印刷法(丝网印刷,凹印等)或光刻法,在基板双面天线图案区域印刷抗蚀油墨,用以保护线路图形在蚀刻中不被溶蚀掉:然后进行蚀刻,即将印刷油墨图案已固化的片材浸入蚀刻液中,溶蚀掉未印刷抗蚀油墨层区域的金属;然后再去除薄膜片材天线图案金属层上的抗蚀刻油墨,这样就得到了标签天线。或者采用光刻法,在覆铜基板表面预先涂布光敏抗蚀膜,并用相应的掩膜覆合曝光,经过显影腐蚀,除去版上残留抗蚀膜,就得到一个完整的天线图形。


②绕线法制备标签天线工艺


目前。铜导线绕制RFID标签天线的制造工艺通常是使用自动绕线机进行,即直接在底基载体薄膜上绕上涂覆了绝缘漆,并使用低熔点烤漆的铜线作为RFID标签天线的基材,最后用黏合剂对导线与基材进行机械固定。其工艺流程如图4所示。该方法可靠性较高,但对于RF19电子标签来说成本太高。


2.标签天线印制工艺


基于传统标签天线制备方法中存在的污染环境、成本较高的弊端,且工艺复杂,成品制作时间长,必将被新的工艺所替代。采用印刷方式直接印制RFID标签天线是一种环保节能、低成本的制造工艺。现有可行的印制RFID标签天线的印刷方式有丝网印刷和喷墨印刷。


①丝网印刷法制备天线


丝网印刷是使用模版直接印刷的过程,即用导电油墨直接印刷在纸基或塑料薄膜卷材上,其一般工艺流程为:


标签天线的丝网印刷就是把导电油墨由网版的另一侧以刮板将油墨扫压过网版,而油墨则穿透过网版上天线图样的网孔间隙,粘印在被印刷的底材上。在进行RFID的标签天线印刷时,由于不同工作频率的RFID标签的天线线圈将对应不同的圈数,线圈厚度和每一圈之间的距离(如HF波段使用13.56MHz的芯片,通常它要求线圈圈数为6,厚度约为20um:UHF波段使用868MHz和950MHz的芯片,线圈截面厚度约为4um),故所印刷的墨层厚度、每一道线的宽度和干燥后的图形轮廓都有严格的允差范围(如两次重叠套印的误差必须在0.1mm之内)。


网版印刷的墨层厚度最多可以达到100um,是柔印、胶印和凹印的几倍,这对于用导电油墨印刷标签天线是十分有利的。在实际印刷电路生产中,墨层厚度的要求一般在8~12um,其干燥则可以采用UV,IR及热风等方式来完成。


②喷墨印刷法制备天线


丝网印刷在一定程度上节约了成本,但其油墨采用70%左右的高银含量的导电银浆,得到15~20um之间的天线,属于厚膜印刷方式,成本高,且印刷过程中有溶剂排放,墨层柔顺性较差。采用喷墨打印机制备导电线路,只需要根据计算机系统设计的图案,由喷墨打印机的喷头将导电墨水喷涂到基板上而形成导电线路。喷墨印刷方式作为非传统印刷,在天线制作方面由于其制作周期短、无污染、成本低等特性被广泛关注。国内外很多知名院校、研究所长期致力于喷墨导电墨水的研究,取得了显著的成就。北京印刷学院以李露海教授为带头人的科研团队成功研制出导电膜厚度在1um左右,电阻达到1Ω左右的喷墨导电墨水:美国Kovio公司在2008年推出了用喷墨打印纳米硅墨水制备的FFD,成为喷墨打印墨水第一个商业成功的案例;韩国顺天大学2009年研制出基于碳纳米管墨水的全印刷1-bit射频标签。


采用喷墨印刷来进行RFID标签的制作可分为3种方式:①使用喷墨印刷方式把抗蚀油墨、阻焊油墨和字符油墨等喷射到覆铜板上,经过固化后得到成品;②采用含有纳米金属颗粒的导电墨水直接将电路图形喷在聚酯片基上,经过低温烧焙固化,形成电路:③通过采用相应特性的墨水,采用喷墨印刷的方法制造RFID标签中的电容器及电阻器等电子器件。与传统的印刷方式相比。采用喷墨印刷的方式可以达到更快的生产速度,印刷成本也有所降低,更重要的是能够增加其布线密度,从而提高成品质量。


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