在傳統(tǒng)電路標(biāo)簽批量生產(chǎn)的今天, 本節(jié)將從傳統(tǒng)IC標(biāo)簽成本中的大量裝配和 輔助設(shè)備成本作為切入點(diǎn)進(jìn)行介紹。例如, IC 芯片元件的成本微乎其微, 但芯片附件和天線制造成本仍會(huì)使整個(gè)標(biāo)簽成本居高不下。另外, 標(biāo)簽基層材料成本也是標(biāo)簽成本的重要組成部分, 尤其是大尺寸標(biāo)簽。在商業(yè)化電路生產(chǎn)成本顯著降低之前, 未來(lái)低成本制造技術(shù)和工藝需要解決這些限制因素。
     目前, RFID標(biāo)簽天線的制造使用印刷導(dǎo)電型油墨以及電鍍金屬材料等以節(jié)省添加劑, 這種標(biāo)簽天線約占有不足20%的市場(chǎng)。銀油墨的價(jià)格昂貴, 新研制的納米粒子油墨也許能使成本更低。印刷標(biāo)簽的天線和經(jīng)過(guò)電鍍處理的鍍層導(dǎo)體可通過(guò)削減銅或鋁的鍍層薄片的用量來(lái)降低成本, 這種方法是目前較為常見(jiàn)的 RFID 天線制造方法, 因此, 此類天線的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將會(huì)增長(zhǎng)。隨著材料科學(xué)和納米粒子技術(shù)的進(jìn)步, 油墨設(shè)計(jì)和印刷工藝、功能電路和天線都可利用傳導(dǎo)性半導(dǎo)體聚合油墨印在傳統(tǒng)電路標(biāo)簽批量生產(chǎn)的今天, 本節(jié)將從傳統(tǒng)IC標(biāo)簽成本中的大量裝配和輔助設(shè)備成本作為切入點(diǎn)進(jìn)行介紹。例如, IC 芯片元件的成本微乎其微, 但芯片附件和天線制造成本仍會(huì)使整個(gè)標(biāo)簽成本居高不下。另外, 標(biāo)簽基層材料成本也是標(biāo)簽成本的重要組成部分, 尤其是大尺寸標(biāo)簽。在商業(yè)化電路生產(chǎn)成本顯著降低之
前, 未來(lái)低成本制造技術(shù)和工藝需要解決這些限制因素。
    目前, 標(biāo)簽天線的制造使用印刷導(dǎo)電型油墨以及電鍍金屬材料等以節(jié)省添加劑, 這種標(biāo)簽天線約占有不足20%的市場(chǎng)。銀油墨的價(jià)格昂貴, 新研制的納米粒子油墨也許能使成本更低。印刷標(biāo)簽的天線和經(jīng)過(guò)電鍍處理的鍍層導(dǎo)體可通過(guò)削減 銅或鋁的鍍層薄片的用量來(lái)降低成本, 這種方法是目前較為常見(jiàn)的 RFID 天線制造方法, 因此, 此類天線的市場(chǎng)份額預(yù)計(jì)將會(huì)增長(zhǎng)。隨著材料科學(xué)和納米粒子技術(shù)的進(jìn)步, 油墨設(shè)計(jì)和印刷工藝、功能電路和天線都可利用傳導(dǎo)性半導(dǎo)體聚合油墨印刷, 這意味著目前整個(gè)RFID標(biāo)簽均可被印刷。

    與印刷電子RFID 電路不同, 基于傳統(tǒng) CMOS IC 標(biāo)簽供應(yīng)商提供特征完整的EPCglobal UHF I 類第2代類型的標(biāo)簽(在數(shù)據(jù)安全和高性能防沖突協(xié)議等關(guān)鍵領(lǐng)域)。該標(biāo)簽通過(guò)一個(gè)小的硅片接近對(duì)倒裝芯片印模、帶狀或插入式電路附件的高速機(jī)械處理的限制。然而, 人們認(rèn)可并接受對(duì)于傳統(tǒng)非印刷 RFID 標(biāo)簽的系統(tǒng)制造成本的限度。目前多數(shù)主流標(biāo)簽制造都是在接近成本限度條件下運(yùn)營(yíng)的; 同時(shí), 在具有規(guī)模化容量增加方面有實(shí)踐策略的大型制造商也響應(yīng)市場(chǎng)需求。但不幸的是, 成本并沒(méi)有隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大而下降, 這是印刷電子產(chǎn)品的獨(dú)特特性。

     忽略標(biāo)簽電子電路部分的實(shí)現(xiàn)方式, 制造商迄今未能找到適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q全部或系統(tǒng)標(biāo)簽制造成本問(wèn)題。因此, 只是把注意力集中在標(biāo)簽經(jīng)濟(jì)效益方面而排斥其他因素的方式是錯(cuò)誤的。
     在每個(gè)末端的電氣接口墊上都設(shè)計(jì)了一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的設(shè)備, 該設(shè)備被認(rèn)為是高頻天線線圈的交叉橋梁。這種配置避免了額外的處理步驟, 節(jié)省了線圈匝絕緣層的印刷
成本, 通過(guò)電路墊實(shí)現(xiàn)傳導(dǎo)銀漿導(dǎo)體與天線的連接。
    未來(lái) RFID天線制造業(yè)可能會(huì)大規(guī)模采用寬帶連續(xù)卷軸式的自適應(yīng)處理方式, 該方式基于閃存的高速電鍍沉積技術(shù), 將銅電鍍到聚合塑料或?qū)⒒撞牧贤可w于一個(gè)直接的數(shù)字圖案的種子層的頂部。這種低成本的天線實(shí)現(xiàn)技術(shù)已沿用多年, 但是由于迄今 RFID標(biāo)簽的全球需求受到制約, 制造量還沒(méi)有達(dá)到能使該工藝獲得較大經(jīng)濟(jì)效益以及為行業(yè)提供可信服投資回報(bào)所需的量值, 所以該技術(shù)還沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。
     近期開(kāi)發(fā)的另一項(xiàng)非常有前景的天線批量生產(chǎn)技術(shù)是基于寬帶卷軸式高速激光消融技術(shù), 利用低成本的鋁箔制造高頻和特高頻天線模型。雖然下一代RFID技術(shù)不是一種添加處理技術(shù), 但這種金屬?gòu)?fù)合箔在消費(fèi)品包裝工業(yè)中得到了廣泛的使用, 同時(shí), 它還是制造天線的廉價(jià)材料。
   熱固定性環(huán)氧倒裝芯片IC 凸起墊或帶狀連接的各向異性導(dǎo)電膠膜(ACF)。這種連接方式對(duì)降低當(dāng)今主流標(biāo)簽制造業(yè)生產(chǎn)成本起到了重要作用。未來(lái)的低成本電路連接技術(shù)可能實(shí)現(xiàn)將天線金屬直接電鍍到IC或者PIC 墊上。通過(guò)使用基片壓花和芯片安裝機(jī)器學(xué)技術(shù), ACF 技術(shù)已被證實(shí)是商業(yè)可行的。隨著未來(lái)對(duì)大批量低成本標(biāo)簽的需求, 這種新方法將可能帶來(lái)較好的商業(yè)效益。

     綜上所述, 制造商對(duì)使用各種印刷工藝生產(chǎn)電子設(shè)備已產(chǎn)生濃厚興趣。大規(guī)模生產(chǎn)的電子系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的基于單晶集成電路技術(shù), 本質(zhì)上實(shí)現(xiàn)了較低的制造成
本。該印刷技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)使用靈活性高的低成本基底材料(如紙張、塑料、金屬箔等)來(lái)生產(chǎn)邏輯和模擬電路元件。相對(duì)于現(xiàn)代 CMOS 半導(dǎo)體制造技術(shù), 半導(dǎo)體電路印刷技術(shù)具有工藝程序精簡(jiǎn)、原料成本低、資本投入少等優(yōu)勢(shì), 因此它更具備降低制造成本的潛力。表1-1所示為傳統(tǒng)電子技術(shù)與印刷電子技術(shù)在制造過(guò)程和成本方面的比較。
      印刷電子被認(rèn)為是一種解決 RFID行業(yè)標(biāo)簽成本過(guò)高問(wèn)題的可行方式, 它可將每個(gè)標(biāo)簽成本降低到1美分。但是, 無(wú)論是從當(dāng)前還是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看, 印刷電子技術(shù)的性
能(工作頻率)和集成度(可集成的晶體管數(shù)量)都不如傳統(tǒng)電子技術(shù)。因此, 只有達(dá)到了可接受的性能和緊密性, 才能實(shí)現(xiàn)印刷型電子產(chǎn)品的低成本優(yōu)勢(shì)。技術(shù)性能和集成度這兩個(gè)特征與印刷技術(shù)和電子技術(shù)應(yīng)用的結(jié)合程度也是緊密相關(guān)的。

     電子電路的每個(gè)晶體管的性能, 以及電子電路的復(fù)雜度(晶體管的數(shù)目)決定了該電子電路的功能和性能。為了提高每個(gè)晶體管的性能, 應(yīng)最大限度地提高晶體管中載流子遷移率, 縮短晶體管漏極和源極之間的通道長(zhǎng)度。對(duì)有機(jī)印刷電子而言, 其遷移率與印刷油墨的黏性無(wú)關(guān), 印刷電子可達(dá)到的通道長(zhǎng)度是由采用的印刷技術(shù)分辨率定義的。
     此外, 印刷電子的分辨率和最小特征尺寸也決定了電路的復(fù)雜性。為了增加電 路功能的復(fù)雜性, 我們可以盡可能多地將印刷晶體管集成在電路中, 但是如果分辨率太低, 那么每個(gè)晶體管和復(fù)雜印刷電路的尺寸都將因過(guò)大而在許多應(yīng)用中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。因此, 這是一個(gè)應(yīng)用問(wèn)題。
     此外, Subramanian認(rèn)為當(dāng)前的有機(jī)印刷電子的生產(chǎn)能力較低, 從而導(dǎo)致了較高的印刷晶體管成本。由于目前印刷晶體管仍然存在大尺寸、高成本問(wèn)題, 印刷技
術(shù)仍然是制造功能完善、尺寸合理、成本低廉的 RFID 標(biāo)簽的關(guān)鍵問(wèn)題之一。因此, 如何將印刷技術(shù)進(jìn)一步用于印刷電子系統(tǒng)制造值得深入研究。
目前用于電子制造的印刷技術(shù)主要有3種, 即①絲網(wǎng)印刷、②噴墨印刷、③凹版印刷。
     在如今的絲網(wǎng)印刷技術(shù)中, 可達(dá)的最好分辨率低于10um。因此, 高速絲網(wǎng)印刷技術(shù)實(shí)現(xiàn)了約10um的最小通道長(zhǎng)度, 與基于光影蝕刻的單晶電子技術(shù)相比, 要低其幾個(gè)數(shù)量級(jí)。但是, 低分辨率的印刷電子將導(dǎo)致性能(遷移率和電流容量)和集成度的降低。此外, 在材料流變能力和黏度方面, 由于絲網(wǎng)印刷技術(shù), 使用了基片的網(wǎng)版模型對(duì)油墨進(jìn)行加壓, 因此要求油墨具有較高的黏度以防止過(guò)度擴(kuò)散和滲透。通過(guò)在油墨中混合聚合物黏結(jié)劑可以提高油墨黏性, 卻降低了印刷晶體管的遷移率和導(dǎo)體的導(dǎo)電性。 生產(chǎn)能力是絲網(wǎng)印刷制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。相反, 生產(chǎn)能力較低的
    噴墨印刷技術(shù)則滿足油墨黏度較低的要求。也正是因?yàn)橛湍ざ容^低, 噴墨印刷技木也存在著干燥現(xiàn)象、表層變形和線性形態(tài)變化等問(wèn)題。這些因素都會(huì)影響薄膜沉積質(zhì)量, 如果嚴(yán)格控制這些因素又會(huì)降低高產(chǎn)量的TFT設(shè)備的生產(chǎn)能力。然而,噴墨印刷技術(shù)仍被廣泛應(yīng)用于有機(jī)印刷電子和硅油墨印刷電子。硅油墨半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)商們正將高性能的自定義噴墨印刷頭分配系統(tǒng)應(yīng)用于納米粒子規(guī)劃和基于溶劑的油墨技術(shù)中。

    基于噴墨頭技術(shù)的 MEMS正致力于合作研究和聯(lián)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作, 以解決新興印刷半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)存在的分辨率和生產(chǎn)量需求的問(wèn)題。諸如Kovio公司(硅油墨開(kāi)發(fā)商)使用高分辨率的噴墨印刷的納米晶體組合物以形成TFT半導(dǎo)體通道, 源漏極和柵極, 導(dǎo)體或者氧化物電解質(zhì)的特性, 從而制造出10um 規(guī)格的高載流子遷移率的 CMOS 印刷集成電路(PIC)。其中納米晶體組合物含有前驅(qū)體硅, 或者鍺、金屬和/或電介質(zhì)。
     每塊芯片上都集成了數(shù)千個(gè)TFT晶體管, 為了追求這些晶體管的廉價(jià)印刷成本, 要求具備快速存放高性能硅油墨的能力。印刷電子將“每秒在單個(gè)印刷點(diǎn)上能夠放置材料的多少”作為度量指標(biāo)參數(shù), 而不是每平方厘米面積上集成的晶體管的數(shù)量。一旦實(shí)現(xiàn)硅油墨印刷技術(shù)的基本性能, 接下來(lái)就要提高印刷速度。未來(lái)研究的目標(biāo)和傳統(tǒng)單晶體產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要?jiǎng)恿κ橇畠r(jià)存放更多的材料, 而不是得到多么小的硅片。
     凹版印刷可以簡(jiǎn)單地在兩滾軸之間進(jìn)行。一種是在被雕刻圖案的模板上注入油墨, 另一種是在平滑的模板上進(jìn)行印刷。當(dāng)基片通過(guò)兩滾軸時(shí), 圖案便印刷在了基
片上。這種印刷技術(shù)具有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力, 且對(duì)油墨的黏度要求較低, 因此引起了人們的廣泛關(guān)注。但是該技術(shù)的印刷缺損率較高, 直接影響了電子電路產(chǎn)量。據(jù)
悉, 這種印刷技術(shù)至今還未在電子制造中使用。 
如上分析, 得出以下兩點(diǎn)結(jié)論:
1)印刷電子的分辨率比傳統(tǒng)電子低幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這個(gè)差距使得印刷電路不可能在短期內(nèi)使印刷電子在一個(gè)很微小的區(qū)域內(nèi)具備復(fù)雜的功能。印刷 RFID 標(biāo)簽的
 低功能復(fù)雜性對(duì)1. 4節(jié)中討論的現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議具有重要的影響。
2)眾多研究人員致力于印刷電子技術(shù)的研究, 尤其是印刷RFID標(biāo)簽技術(shù)。其原因在于該技術(shù)滿足功能復(fù)雜度, 又能夠降低標(biāo)簽成本。然而, 后續(xù)研究和印刷
技術(shù)也制約著上述能力的實(shí)現(xiàn)。除了印刷技術(shù), 印刷電子中使用的半導(dǎo)體材料技術(shù)(有機(jī)印刷電子和硅油墨印刷電子)對(duì)于實(shí)現(xiàn)適當(dāng)功能復(fù)雜性和低成本也起著至關(guān)重要的作用。