RFID標(biāo)簽天線的制作技術(shù)

文|辛智青

RFID標(biāo)簽天線的制作技術(shù)

文|辛智青

RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別技術(shù)，是通過無線電波來達(dá)到非接觸的資料存取的技術(shù)，通常是由RFID電子標(biāo)簽和閱讀器兩部分組成，而RFID電子標(biāo)簽（無源電子標(biāo)簽）是由天線和芯片（晶體）集成在薄膜或紙張上來完成數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、發(fā)送和搜集，工作時(shí)閱讀器發(fā)出一定頻率的電磁信號(hào)，在天線上感應(yīng)出電流，芯片獲得電流后被激活把芯片里的數(shù)據(jù)通過天線以電磁信號(hào)反饋給閱讀器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收和傳輸，從而達(dá)到識(shí)別目的。

目前RFID天線的制作方式有金屬繞線 （一般適用于高頻）、銅箔或鋁箔蝕刻、電鍍或化學(xué)鍍（德國BASF通過使用活潑金屬作為催化劑來電鍍銅）、印刷等。

一、傳統(tǒng)的蝕刻銅箔或鋁箔法

現(xiàn)在，國際上采用蝕刻／沖壓天線較多，其導(dǎo)電材料一般為鋁箔或者銅箔，由覆銅箔或鋁箔的絕緣基板薄膜經(jīng)印制光刻膠蝕刻形成線圈狀圖形，成為天線，同時(shí)是裝載芯片元件的電路載板。蝕刻印制天線因?yàn)槠渚雀撸匦陨夏芘c讀寫器的信號(hào)相匹配，同時(shí)在天線的阻抗、應(yīng)用到物品上的射頻性能等方面都很好，但缺點(diǎn)是成本太高。

由于傳統(tǒng)的腐蝕法制作金屬天線，工藝復(fù)雜，成品制作時(shí)間長而且消耗費(fèi)用高的金屬材料，成本較高，并對(duì)環(huán)境有一定的污染，與當(dāng)前綠色清潔生產(chǎn)的要求不符，因此會(huì)逐漸被更先進(jìn)的工藝代替。

圖1 蝕刻法制備的天線

二、絲網(wǎng)印刷法制備天線

絲網(wǎng)印刷過程是使用模板直接印刷的過程，油墨通過模板轉(zhuǎn)移到基材上。絲網(wǎng)模板制備的流程為版框前處理→繃網(wǎng)→涂布感光膠→曝光→沖洗→烘干，其中涂布的感光膠為光固化型，涂布時(shí)要厚度均勻。絲印印刷導(dǎo)電油墨一般使用鎳箔穿孔網(wǎng)，它是由鎳箔鉆孔而成的一種高技術(shù)絲網(wǎng)（箔網(wǎng)），網(wǎng)孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個(gè)網(wǎng)面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性，用于印刷導(dǎo)電油墨、晶片及集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品效果較好，能分辨0.1mm的電路線間隔、定位精度可達(dá)0.01mm。

導(dǎo)電油墨是在UV油墨、柔版水性油墨或膠印油墨中加入可導(dǎo)電的載體，使油墨具有導(dǎo)電性。導(dǎo)電油墨是一種功能性油墨，主要由導(dǎo)電填料、連接劑、添加劑、溶劑等組成。導(dǎo)電填料采用微米銀粉，其含量一般為70%以上。使用的樹脂連接劑有醇酸樹脂、聚氨酯、丁醛樹脂、酮樹脂、環(huán)氧樹脂等。溶劑主要有芳烴、醇、酮、酯、醇醚等，溶劑的作用是來溶解粘合劑樹脂的。另外需要加入主要有分散劑、流平劑、增稠劑、增塑劑、潤滑劑、金屬導(dǎo)電材料的防氧化劑等助劑。用溶劑溶解樹脂后加入導(dǎo)電填料，經(jīng)過研磨制成墨的粘度在0.1～10P(泊)，通過溶劑揮發(fā)、UV（紫外線）、EB（電子束）干燥。

導(dǎo)電銀漿要求在聚酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯等具有極強(qiáng)的附著力和遮蓋力，并可低溫固化，具有可控導(dǎo)電性和很低的電阻值，但在某些環(huán)境下會(huì)造成銀遷移。絲網(wǎng)印刷制作的天線，是依靠干燥后的導(dǎo)電粒子相互接觸所產(chǎn)生的滲流作用及隧道效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。目前國內(nèi)外生產(chǎn)導(dǎo)電油墨的廠家主要有法國ASK公司、Parelec公司、富林特油墨公司、上海寶銀電子材料有限公司等。

RFID 標(biāo)簽天線對(duì)導(dǎo)電油墨特性的要求主要有：

1．耐彎曲性

在膜片上印刷導(dǎo)線路，假如油墨的撓性差，就可能在折彎的地方折斷，或者即使沒折斷但電阻值也會(huì)增大而不能使用；

2．粘著性

以聚酯薄膜為基材的油墨粘著強(qiáng)度，一般利用膠帶試驗(yàn)來判定。

3．電阻率

要求油墨本身的電阻率越低越好，用同一種目號(hào)的絲網(wǎng)（形成同樣的膜厚）印刷時(shí)，電阻率低的油墨是比較有利的。

4．粒度分布

導(dǎo)電粒子的粒度越微細(xì)則粘合劑和粒子的分布狀態(tài)越好，并且由于印版上的油墨延伸性好，所以被覆面積也就大。

5．干燥條件

是抗導(dǎo)電油墨完全固化所必需的干燥時(shí)間和干燥溫度，低溫干燥型的油墨可減少工時(shí)，提高生產(chǎn)率。

6．印刷適性

目前印刷適性最好的導(dǎo)電油墨是銀漿導(dǎo)電油墨，一般預(yù)干燥溫度控制在80～100℃，時(shí)間35s以上；正式干燥溫度為140～160℃，時(shí)間30s以上；接著進(jìn)行干燥溫度為150℃，時(shí)間30min對(duì)流烘箱的終烤，以優(yōu)化性能。

用絲印方式制備RFID天線，為了獲得更高的印刷精度，一般采用國外的圓壓圓絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)設(shè)備，精度可以達(dá)到膠印水平，國內(nèi)采用絲網(wǎng)印刷制備天線以北京國合海達(dá)利公司為代表。采用絲網(wǎng)印刷RFID天線具有以下優(yōu)點(diǎn)：印刷高效快速，無污染；制備成本要低于傳統(tǒng)的金屬蝕刻法制得的天線，是印刷天線首選的既快捷又便宜的方法。

此外，采用導(dǎo)電油墨用于絲網(wǎng)印刷作為一種新材料、新技術(shù)，在微電子產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用是多種多樣的，除了用于印刷天線外，還可用于厚膜電阻的印制、面狀發(fā)熱體的應(yīng)用，通孔的導(dǎo)電印刷、線路的修補(bǔ)、印刷扁平電纜、塑料電鍍打底、低成本太陽能電池、液晶顯示器用電極以及紅外線探測(cè)器敏感元件等。利用導(dǎo)電油墨印刷標(biāo)簽天線及其它電子線路，把印刷技術(shù)與電子技術(shù)結(jié)合起來，產(chǎn)生了新型的印刷電子技術(shù)。國外印刷電子工業(yè)已經(jīng)有一定的發(fā)展，而國內(nèi)還只是一個(gè)概念。

RFID智能化技術(shù)帶來了工作效率的大幅提高，其市場(chǎng)前景被業(yè)內(nèi)人士廣泛看好。美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)已經(jīng)提倡使用RFID作為藥品防偽的手段之一；全球首條集裝箱電子標(biāo)簽國際航線誕生于上海，對(duì)整個(gè)航運(yùn)業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響；中國第1張“RFID手機(jī)地鐵票”在廣州正式試用；深港合作推動(dòng)RFID在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用；國家數(shù)字圖書館、武漢圖書館RFID項(xiàng)目的成功啟動(dòng)。

相信隨著技術(shù)的進(jìn)步和材料成本的降低，RFID未來會(huì)有很好的發(fā)展。