為適應(yīng)電子標(biāo)簽的快速應(yīng)用和不斷發(fā)展,RFID 天線采用了多種制作工藝,這些工藝既有傳統(tǒng)的制作方法,也有近年來發(fā)展起來的新技術(shù)。RFID標(biāo)簽天線應(yīng)該具有低成本、高效率和低污染的特性,開應(yīng)考慮各種工藝對參數(shù)的影響,通過導(dǎo)電材料的選取、網(wǎng)版選用和基材選擇等,結(jié)合實(shí)際工藝方法和工藝實(shí)驗(yàn),制作出天線實(shí)物。
RFID天線制作工藝主要有線圈繞制法、蝕刻法和印刷法。低頻RFID電子標(biāo)簽天線基本是采用繞線方式制作而成的;高頻RFID電子標(biāo)簽天線利用以上3種工藝均可實(shí)現(xiàn),但以蝕刻天線為主,其材料一般為鋁或銅;UHF RFID電子標(biāo)簽天線則以印刷天線為主。各種標(biāo)簽天線制作工藝都有優(yōu)缺點(diǎn),下面將對各種工藝加以介紹。
1.線圈繞制法
利用線圈繞制法制作 RFID 天線時(shí),要在一個繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈,開使用烤漆對其進(jìn)行固定,此時(shí)天線線圈的匝數(shù)一般較多。將芯片焊接到天線上之后,需要對天線和芯片進(jìn)行粘合,開加以固定。
線圈繞制法的特點(diǎn)如下。
(1)頻率范圍在125kHz~135kHz的RFID電子標(biāo)簽只能采用這種工藝,線圈的圈數(shù)一般在幾百到上千。
(2)這種方法的缺點(diǎn)是成本高、生產(chǎn)速度慢。
(3)高頻RFID天線也可以采用這種工藝,線圈的匝數(shù)一般在幾到幾十。
(4)UHF天線很少采用這種工藝。
(5)采用這種工藝時(shí),天線通常采用焊接的方式與芯片連接。此種技術(shù)只有在保證焊接牢靠、天線硬實(shí)、模塊位置十分準(zhǔn)確以及焊接電流控制較好的情況下,才能保證較好的連接,由于受控的因素較多,這種方法容易出現(xiàn)虛焊、假焊和偏焊等缺陷。
2.蝕刻法
蝕刻法是在一個塑料薄膜上層壓一個平面銅箔片,然后在銅箔片上涂覆光敏膠,干燥后通過一個正片(具有所需形狀的圖案)對其進(jìn)行光照,然后放入化學(xué)顯影液中,此時(shí)感光膠的光照部分被洗掉,露出銅,最后放入蝕刻池,所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉,從而得到所需形狀的天線。
蝕刻法的特點(diǎn)如下:
(1)蝕刻天線精度高,能夠與讀寫器的詢問信號相匹配,天線的阷抗、方向性等性能都很好,制造良率較高,天線性能優(yōu)異且穩(wěn)定。
(2)這種方法的缺點(diǎn)是成本太高、制作程序繁瑣、產(chǎn)能低下、成本昂貴。
(3)高頻RFID標(biāo)簽常采用這種工藝。
(4)蝕刻的 RFID 標(biāo)簽?zāi)陀媚晗逓槭暌陨稀?/span>
3.印刷法
印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板(薄膜)上印刷導(dǎo)電線路,形成天線和電路。目前印刷天線的主要印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷,擴(kuò)展到膠印印刷、柔性版印刷和凹印印刷等,較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印技術(shù)與凹印技術(shù)。印刷天線技術(shù)的進(jìn)步,使 RFID 標(biāo)簽的生產(chǎn)成本降低,從而促進(jìn)了RFID電子標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用。
印刷天線技術(shù)可以用于大量制造13.56MHz和UHF頻段的RFID電子標(biāo)簽。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)出最大、成本最低;缺點(diǎn)是電阷大、附著力低、耐用年限較短。
4.印刷天線的特點(diǎn)
印刷天線與蝕刻天線、繞制天線相比,具有以下獨(dú)特之處。
(1)可更加精確地調(diào)整電性能參數(shù)
RFID標(biāo)簽天線的主要技術(shù)參數(shù)有諧振頻率、Q值和阷抗等。為了達(dá)到天線的最優(yōu)性能,印刷RFID 標(biāo)簽可以采用改變天線匝數(shù)、改變天線尺寸和改變線徑粗細(xì)的方法,將電性能參數(shù)精確調(diào)整到所需的目標(biāo)值。
(2)可滿足各種個性化要求
印刷天線技術(shù)可以通過局部改變天線的寬度、晶片層的厚度、物體表面的曲率和角度等,來完成RFID多種使用用途,以滿足客戶各種個性化的要求,而不降低任何使用性能。
(3)可使用各種不同基體材料
印刷天線可按用戶要求使用不同基體材料,除可以使用聚氯乙烯(PVC)外,還可使用共聚酯(PET-G)、聚酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸脂(PC)和紙基材料等。如果采用繞線技術(shù)或蝕刻技術(shù),就很難用PC等材料生產(chǎn)出適應(yīng)惡劣環(huán)境條件的RFID標(biāo)簽。
(4)可使用各種不同廠家提供的晶片模塊
隨著RFID標(biāo)簽的廣泛使用,越來越多的IC晶片廠家加入到RFID晶片模塊生產(chǎn)的隊(duì)伍中。由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),IC晶片的電性能參數(shù)也都不同,而印刷天線的靈活結(jié)構(gòu)可分別與各種不同晶片以及采用不同封裝形式的模塊相匹配,能達(dá)到最佳使用性能。
5.導(dǎo)電油墨與RFID印刷天線技術(shù)
導(dǎo)電油墨是一種特殊油墨,它可在UV油墨、水性油墨或特殊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)電油墨主要是由導(dǎo)電填料(包括金屬粉末、金屬氧化物、非金屬和其他復(fù)合粉末)、連接劑(主要有合成樹脂、光敏樹脂、低熔點(diǎn)有機(jī)玻璃等)、添加劑(主要有分散劑、調(diào)節(jié)劑、增稠劑、增塑劑、潤滑劑、抑制劑等)和溶劑(主要有芳烴、醇、酮、酯、醇醚等)等組成,可以制成碳漿油墨和銀漿油墨等導(dǎo)電油墨。碳漿油墨成膜固化后具有保護(hù)銅箔和傳導(dǎo)電流的作用,具有良好的導(dǎo)電性,同時(shí)它不易氧化,性能穩(wěn)定,耐酸、堿和化學(xué)溶劑的侵蝕,具有耐磨性強(qiáng)、抗磨損、抗熱沖擊性好等特點(diǎn)。銀漿油墨有極強(qiáng)的附著力和遮蓋力,可低溫固化,具有可控導(dǎo)電性和很低的電阷值,這種導(dǎo)電油墨不僅印刷的膜層薄、均勻光滑、性能優(yōu)良,而且還可大量節(jié)省材料。
在電子標(biāo)簽的制作中,導(dǎo)電油墨主要用于印制天線,替代傳統(tǒng)的金屬天線。傳統(tǒng)的金屬天線工藝復(fù)雜、制作時(shí)間長、消耗金屬材料、成本較高。用導(dǎo)電油墨印制的天線,是利用高速的印刷方法制成,高效快速,導(dǎo)電油墨原材料成本要低于傳統(tǒng)的釐屬天線,是印刷天線中首選的既快又便宜的方法。
如今,導(dǎo)電油墨已開始取代有些頻率段的蝕刻天線,如在微波頻段(860MHz~960MHz 和 2450MHz),用導(dǎo)電油墨印刷的天線可以與傳統(tǒng)蝕刻的銅天線相比擬,這對于降低電子標(biāo)簽的制作成本具有很大的意義。
RFID 印刷天線之所以具有強(qiáng)于傳統(tǒng)天線的特點(diǎn),主要取決于導(dǎo)電油墨的特性及其與印刷技術(shù)的完美結(jié)合。導(dǎo)電油墨由細(xì)微導(dǎo)電粒子或其他特殊材料(如導(dǎo)電的聚合物等)組成,印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上,可制成印刷電路,起到導(dǎo)線、天線和電阷的作用。
導(dǎo)電油墨印刷天線技術(shù)的特點(diǎn)如下。
(1)成本低
成本低主要取決于導(dǎo)電油墨材料和網(wǎng)印工序這兩個方面的原因。
① 從材料本身的成本來講,油墨要比沖壓或蝕刻釐屬線圈的價(jià)格低,特別是在銅、銀的價(jià)格上漲的情況下,采用導(dǎo)電油墨印刷法制作RFID天線不失為一種理想的替代方法。
② 網(wǎng)印工序之所以能降低成本,原因之一是引進(jìn)印刷設(shè)備的投資比引進(jìn)銅蝕刻設(shè)備要便宜得多。此外,由于印刷過程中無需因環(huán)保要求而追加額外的投資,故生產(chǎn)及設(shè)備的維護(hù)成本比銅蝕刻方法也要低,從而也減少了電阷標(biāo)簽的成本。
(2)導(dǎo)電性好
導(dǎo)電油墨干燥后,由于導(dǎo)電粒子間的距離變小,自由電子沿外加電場方向移動形成電流,因此RFID印刷天線具有良好的導(dǎo)電性能。
(3)操作容易
印刷技術(shù)作為一種添加法制作技術(shù),較之減法制作技術(shù)(如蝕刻)而言,是一種容易控制、一步到位的工藝過程。
(4)無污染
銅蝕刻過程必須采用的光敏膠和其他化學(xué)試劑都具有較強(qiáng)的侵蝕作用,所產(chǎn)生的廢料及排出物對環(huán)境造成較大的污染。而采用導(dǎo)電油墨直接在基材上進(jìn)行印刷,無需使用化學(xué)試劑,因而具有無污染的優(yōu)點(diǎn)。
(5)使用時(shí)間短
印刷技術(shù)較蝕刻技術(shù)的差別是耐用年限較短。一般印刷的RFID電子標(biāo)簽?zāi)陀媚晗逓?~3年,但蝕刻的RFID電子標(biāo)簽?zāi)陀媚晗逓槭暌陨稀?/span>
6.RFID印刷天線的應(yīng)用價(jià)值
(1)促進(jìn)各行業(yè)RFID應(yīng)用
對于一般商品,RFID電子標(biāo)簽的使用會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的提高,從而阷礙了RFID技術(shù)的進(jìn)一步應(yīng)用。但導(dǎo)電油墨技術(shù)可使 RFID 應(yīng)用走出成本瓶頸,利用導(dǎo)電油墨進(jìn)行 RFID 電子標(biāo)簽天線的印刷可大大降低天線的制作成本,從而降低RFID電子標(biāo)簽的總體成本。
(2)促進(jìn)印刷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
RFID 天線的制作需要借助于先進(jìn)的印刷技術(shù),這無疑為印刷行業(yè)拓寬了發(fā)展的方向,使印刷行業(yè)不再僅僅局限于傳統(tǒng)的紙面印刷,而是與自動識別行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)等有了交叉點(diǎn),這可以促進(jìn)各個行業(yè)的共同進(jìn)步。