RFID標(biāo)簽天線的技術(shù)現(xiàn)狀

謝小英

摘要：RFID技術(shù)是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別對(duì)象和獲取數(shù)據(jù)，無需人工干預(yù)，可在惡劣環(huán)境中工作，能同時(shí)對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行批量處理，可大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。標(biāo)簽天線是RFID標(biāo)簽的重要組成部分，本文闡述了制作標(biāo)簽天線的傳統(tǒng)工藝、印刷工藝及模切工藝的技術(shù)現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：標(biāo)簽天線;傳統(tǒng)工藝;印刷工藝;模切工藝

中圖分類號(hào)：TS805 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1001-0270.2019.04.01

Abstract： RFID is a revolutionary technology. It automatically identifies objects and acquires data through radio frequency signals. RFID can work in harsh environments without manual intervention and can process multiple tags in batches at the same time. It can store big data and has a wide range of applications. Tag antenna is an important part of RFID tag. The status quo of traditional technology， printing technology and die-cutting technology to make tag antenna is illustrated.

Key Words： Tag Antenna; Traditional Technology; Printing Technology; Die-cutting Technology

1 引言

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），又稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過空間耦合（交變磁場或電磁場）來自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)的對(duì)象，并獲取相應(yīng)信息[1]。RFID于1948年首次被用在軍事領(lǐng)域，隨著信息技術(shù)的不斷革命和創(chuàng)新，其在在零售業(yè)、制造業(yè)、物流、數(shù)字醫(yī)療、身份識(shí)別、資產(chǎn)跟蹤管理、防偽安全、移動(dòng)支付、食品監(jiān)測、圖書管理、交通運(yùn)輸、智慧城市、國防軍事、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛[2，3]。

基本的RFID系統(tǒng)由讀寫器、天線和芯片三部分組成，在RFID卡和讀寫器進(jìn)行通信的過程中，天線起到了重要的作用，其性能對(duì)提高系統(tǒng)的整體性能有著重要的意義。標(biāo)簽天線的性能優(yōu)劣和成本高低與其生產(chǎn)工藝緊密相關(guān)。

2 RFID標(biāo)簽天線工藝進(jìn)展

2.1 傳統(tǒng)工藝

生產(chǎn)電子標(biāo)簽天線的傳統(tǒng)工藝主要有三種：繞線法、蝕刻法和電鍍法，但這些工藝均存在生產(chǎn)能耗高、污染嚴(yán)重、生產(chǎn)周期長，成本高等問題。

2.1.1 繞線法

繞線法制作的標(biāo)簽天線，一般應(yīng)用在低頻標(biāo)簽中。低頻標(biāo)簽也稱為ID卡，其芯片內(nèi)容只讀不寫。繞線工藝采用自動(dòng)繞線機(jī)直接在薄膜基材上繞上被低熔點(diǎn)絕緣漆保護(hù)的銅線，然后用使用粘結(jié)劑固定銅導(dǎo)線與基材。通過繞線法制備的2000年，李德勝等人[4]制作了一種多功能傳感器，其具有較好的識(shí)別能力，既可以識(shí)別金屬和半導(dǎo)體材料，還能識(shí)別絕緣體材料。該傳感器的制作工藝為在柔性絕緣薄板上纏繞兩只金屬線圈，既能用作電感線圈，又可當(dāng)作平面電容。

2.1.2 蝕刻法

蝕刻法被稱為減法制作，采用粘接劑將鋁箔或銅箔固定在柔性絕緣基底上，把待保留的天線圖形用光敏抗蝕膜或抗蝕油墨保護(hù)起來，未被覆蓋的部分被蝕刻劑如FeO3融掉，整個(gè)工藝流程如圖1所示[5]。根據(jù)抗蝕介質(zhì)，蝕刻法分為光刻刻蝕法和印刷刻蝕法[6]。通過刻蝕法制備的天線性能穩(wěn)定，但該工藝復(fù)雜，且在制作過程中容易丟失未使用的銅箔或鋁箔，增加了生產(chǎn)成本，并會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的金屬廢料[7]。

2.1.3 電鍍法

不同于蝕刻法，電鍍法被稱為加法制作，源于電鍍的過程中，標(biāo)簽天線的鍍層在不斷增厚。電鍍法是通過電化學(xué)在柔性絕緣薄膜上沉積一層金屬或合金，具體工藝為先在基底上按照線圈形狀涂覆一層含金屬或合金的導(dǎo)電油墨，這一導(dǎo)電油墨層也稱為種子層，再經(jīng)過電鍍，金屬或合金會(huì)不斷在種子層上附著加厚。電鍍法工藝相對(duì)成熟，能控制線圈厚度，但是生產(chǎn)過程繁雜，污染環(huán)境，且不適合制作小尺寸天線[8，9]。

2.2 印刷工藝

印刷工藝能直接印制RFID標(biāo)簽天線，相比于傳統(tǒng)工藝，直接印刷法節(jié)能環(huán)保，成本低廉，常見的印制工藝有絲網(wǎng)印刷和噴墨打印。

2.2.1 絲網(wǎng)印刷

絲網(wǎng)印刷發(fā)展于20世紀(jì)70年代后期，其利用感光材料以照相制版方式做印版，通過刮板使油墨擠壓通過網(wǎng)孔轉(zhuǎn)移到承印物上，形成目標(biāo)圖案[10]。絲網(wǎng)印刷在印刷行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用，后被用來制作集成電路，其關(guān)鍵工藝有三步：絲印、干燥和燒成。國內(nèi)外已大量報(bào)道了使用絲網(wǎng)印刷工藝在不同介質(zhì)上制作RFID標(biāo)簽天線，S. Merilampi等[11]先制備聚合物銀墨水，后將其在紙質(zhì)基板上印制出蝶形天線。曹彬[12]制備了不同含量的金屬銀微粒導(dǎo)電油墨，通過絲網(wǎng)印刷在PET薄膜上制作了天線，并討論了金屬銀含量、刮印參數(shù)及干燥條件對(duì)標(biāo)簽天線的工藝性能和電學(xué)性能的影響。

絲網(wǎng)印刷是一種綠色環(huán)保技術(shù)，工藝簡單，不含侵蝕性材料。不同于傳統(tǒng)工藝，絲網(wǎng)印刷的承印材料廣泛，能在不同的基材上印制天線，如紙張、PET、聚酰亞胺等。根據(jù)承印材料，絲網(wǎng)印刷所用漿料可分為兩類：金屬陶瓷漿料和聚合物，兩種漿料的成膜工藝條件差別很大[13]。

2.2.2 噴墨印刷

噴墨打印是一種非接觸式印刷，通過計(jì)算機(jī)在預(yù)先制定的軌跡上連續(xù)噴射墨水或按需噴射墨水，并打印出目標(biāo)圖案。近年來，在RFID標(biāo)簽天線制作工藝中，噴墨印刷是發(fā)展最快的一種方法，2008年，美國Kovio公司開發(fā)出的基于納米硅墨水通過噴墨打印的RFID標(biāo)簽首次實(shí)現(xiàn)了商品化[2]。噴墨印刷也有非常廣泛的承印材料，但比絲網(wǎng)印刷有更多優(yōu)點(diǎn)，最突出的一點(diǎn)是無需制版，大大簡化了工藝流程。另外，噴墨印刷是依據(jù)預(yù)制圖形按需噴墨，減少了導(dǎo)電墨水的浪費(fèi)。

能適用噴墨印刷的導(dǎo)電墨水種類繁多，理論上只要墨水的表面張力、黏度、顆粒尺寸等滿足墨水的參數(shù)范圍，即可應(yīng)用噴墨打印[14]。噴墨導(dǎo)電墨水一般分為兩種，其一是無顆粒型導(dǎo)電銀墨水，實(shí)質(zhì)是一種銀鹽化合物溶液，經(jīng)燒結(jié)后使銀鹽分解出銀單質(zhì)，并在燒結(jié)過程中連接成導(dǎo)電圖形，形成標(biāo)簽天線。辛智青[15]等采用液相還原法制備了不同銀含量的納米銀乳液，作為噴墨打印的導(dǎo)電油墨，在多種基材上打印的天線圖案，經(jīng)激光燒結(jié)后可以滿足RFID天線的性能要求。其二是顆粒型噴墨墨水，有水性和溶劑型兩種。高志強(qiáng)[15]采用水合肼還原法制備了顆粒型納米銀導(dǎo)電墨水，并通過真空抽濾方法有效控制了納米銀的粒徑。

2.3 模切法

模切技術(shù)的本質(zhì)是印刷業(yè)后期加工的一種裁切工藝。模切法先依據(jù)目標(biāo)圖形制作好相應(yīng)的刀模，然后通過刀模裁切直接得到所需圖形，蔣青青等[16]采用兩次模切法制備了圖案精細(xì)的天線圖形。模切法具備生產(chǎn)速度快、成本低廉等特點(diǎn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)，且所得天線圖案精細(xì)。

3 結(jié)論

RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用已經(jīng)深入到各行各業(yè)，隨著物聯(lián)網(wǎng)的到來，電子標(biāo)簽的需求還將繼續(xù)增長，并且對(duì)超高頻電子標(biāo)簽的性能要求越來越高，未來的標(biāo)簽天線的生產(chǎn)工藝必須具備快速高效、規(guī)?；杀镜?，綠色環(huán)保等特點(diǎn)，且生產(chǎn)的天線物理性能穩(wěn)定，電學(xué)性能優(yōu)異。

參考文獻(xiàn)：

[ 1 ]林金堵.無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）應(yīng)用與發(fā)展[J].印制電路信息，2007（12）：8-9.

[ 2 ]黃志愛.基于噴墨打印工藝的RFID標(biāo)簽天線設(shè)計(jì)研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

[ 3 ]黃玉蘭.射頻識(shí)別（RFID）核心技術(shù)詳解[M].北京：人民郵電出版社，2010，12.

[ 4 ]李德勝，巍國，張世平等.材質(zhì)識(shí)別多功能觸覺傳感器[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2000，21（1）：42-45，49.

[ 5 ]辛智青.RFID標(biāo)簽天線的制作技術(shù)[J].網(wǎng)印工業(yè)，2010（10）：44-45.

[ 6 ]湯文杰.RFID天線制作工藝最新發(fā)展[J].印刷世界，2012（4）：39-41.

[ 7 ]W. Zoomer. Printing Technologies Make Their Mark in Radio Frequency Identification[J]. Screen Printing，2006， 96（5）：96.

[ 8 ]唐寶玲.電子標(biāo)簽（RFID）天線的印制技術(shù)[J].印制電路信息，2007（6）：24-27.

[ 9 ]劉彩鳳，曹彬.RFID標(biāo)簽天線的制造方案[J].包裝世界，2011（6）：28-29.

[10]吳萍，吳澤華，羅運(yùn)華等.低成本RFID標(biāo)簽天線的工藝與測試研究[J].電子技術(shù)，2008，45（11）：55-56.

[11]S. Merilampi， L. Ukkonen， L. Sydanheimo， et al. Analysis of Silver Ink Bow-tie RFID Tag Antenna Printed on Paper Substrates[J]. International Journal of Antennas and Propagation，2007：1-9.

[12]曹彬.RFID標(biāo)簽天線導(dǎo)電油墨絲網(wǎng)印刷工藝研究[D]，杭州電子科技大學(xué)，2012.

[13]趙庚申.低成本柔性電子標(biāo)簽的設(shè)計(jì)與制備研究[D].大連理工大學(xué)，2006.

[14]辛智青，李路海，唐小君等.納米銀噴墨印刷天線的制作研究[C]，全國天線年會(huì)，2009.

[15]高志強(qiáng).基于RFID噴墨印刷的納米銀導(dǎo)電墨水的制備[D].天津科技大學(xué)，2013.

[16]蔣青青，安兵，張加波等.模切法RFID天線制造技術(shù)[J].電子工藝技術(shù)，2011，32（5）：255-257.