在傳統(tǒng)電路標簽批量生產的今天, 本節(jié)將從傳統(tǒng)IC標簽成本中的大量裝配和 輔助設備成本作為切入點進行介紹。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使整個標簽成本居高不下。另外, 標簽基層材料成本也是標簽成本的重要組成部分, 尤其是大尺寸標簽。在商業(yè)化電路生產成本顯著降低之前, 未來低成本制造技術和工藝需要解決這些限制因素。
     目前, RFID標簽天線的制造使用印刷導電型油墨以及電鍍金屬材料等以節(jié)省添加劑, 這種標簽天線約占有不足20%的市場。銀油墨的價格昂貴, 新研制的納米粒子油墨也許能使成本更低。印刷標簽的天線和經(jīng)過電鍍處理的鍍層導體可通過削減銅或鋁的鍍層薄片的用量來降低成本, 這種方法是目前較為常見的 RFID 天線制造方法, 因此, 此類天線的市場份額預計將會增長。隨著材料科學和納米粒子技術的進步, 油墨設計和印刷工藝、功能電路和天線都可利用傳導性半導體聚合油墨印在傳統(tǒng)電路標簽批量生產的今天, 本節(jié)將從傳統(tǒng)IC標簽成本中的大量裝配和輔助設備成本作為切入點進行介紹。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使整個標簽成本居高不下。另外, 標簽基層材料成本也是標簽成本的重要組成部分, 尤其是大尺寸標簽。在商業(yè)化電路生產成本顯著降低之
前, 未來低成本制造技術和工藝需要解決這些限制因素。
    目前, 標簽天線的制造使用印刷導電型油墨以及電鍍金屬材料等以節(jié)省添加劑, 這種標簽天線約占有不足20%的市場。銀油墨的價格昂貴, 新研制的納米粒子油墨也許能使成本更低。印刷標簽的天線和經(jīng)過電鍍處理的鍍層導體可通過削減 銅或鋁的鍍層薄片的用量來降低成本, 這種方法是目前較為常見的 RFID 天線制造方法, 因此, 此類天線的市場份額預計將會增長。隨著材料科學和納米粒子技術的進步, 油墨設計和印刷工藝、功能電路和天線都可利用傳導性半導體聚合油墨印刷, 這意味著目前整個RFID標簽均可被印刷。

    與印刷電子RFID 電路不同, 基于傳統(tǒng) CMOS IC 標簽供應商提供特征完整的EPCglobal UHF I 類第2代類型的標簽(在數(shù)據(jù)安全和高性能防沖突協(xié)議等關鍵領域)。該標簽通過一個小的硅片接近對倒裝芯片印模、帶狀或插入式電路附件的高速機械處理的限制。然而, 人們認可并接受對于傳統(tǒng)非印刷 RFID 標簽的系統(tǒng)制造成本的限度。目前多數(shù)主流標簽制造都是在接近成本限度條件下運營的; 同時, 在具有規(guī)?；萘吭黾臃矫嬗袑嵺`策略的大型制造商也響應市場需求。但不幸的是, 成本并沒有隨著生產規(guī)模的擴大而下降, 這是印刷電子產品的獨特特性。

     忽略標簽電子電路部分的實現(xiàn)方式, 制造商迄今未能找到適當?shù)姆椒ń鉀Q全部或系統(tǒng)標簽制造成本問題。因此, 只是把注意力集中在標簽經(jīng)濟效益方面而排斥其他因素的方式是錯誤的。
     在每個末端的電氣接口墊上都設計了一個細長的設備, 該設備被認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, 通過電路墊實現(xiàn)傳導銀漿導體與天線的連接。
    未來 RFID天線制造業(yè)可能會大規(guī)模采用寬帶連續(xù)卷軸式的自適應處理方式, 該方式基于閃存的高速電鍍沉積技術, 將銅電鍍到聚合塑料或將基底材料涂蓋于一個直接的數(shù)字圖案的種子層的頂部。這種低成本的天線實現(xiàn)技術已沿用多年, 但是由于迄今 RFID標簽的全球需求受到制約, 制造量還沒有達到能使該工藝獲得較大經(jīng)濟效益以及為行業(yè)提供可信服投資回報所需的量值, 所以該技術還沒有得到廣泛的應用。
     近期開發(fā)的另一項非常有前景的天線批量生產技術是基于寬帶卷軸式高速激光消融技術, 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技術不是一種添加處理技術, 但這種金屬復合箔在消費品包裝工業(yè)中得到了廣泛的使用, 同時, 它還是制造天線的廉價材料。
   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電膠膜(ACF)。這種連接方式對降低當今主流標簽制造業(yè)生產成本起到了重要作用。未來的低成本電路連接技術可能實現(xiàn)將天線金屬直接電鍍到IC或者PIC 墊上。通過使用基片壓花和芯片安裝機器學技術, ACF 技術已被證實是商業(yè)可行的。隨著未來對大批量低成本標簽的需求, 這種新方法將可能帶來較好的商業(yè)效益。

     綜上所述, 制造商對使用各種印刷工藝生產電子設備已產生濃厚興趣。大規(guī)模生產的電子系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的基于單晶集成電路技術, 本質上實現(xiàn)了較低的制造成
本。該印刷技術有望實現(xiàn)使用靈活性高的低成本基底材料(如紙張、塑料、金屬箔等)來生產邏輯和模擬電路元件。相對于現(xiàn)代 CMOS 半導體制造技術, 半導體電路印刷技術具有工藝程序精簡、原料成本低、資本投入少等優(yōu)勢, 因此它更具備降低制造成本的潛力。表1-1所示為傳統(tǒng)電子技術與印刷電子技術在制造過程和成本方面的比較。
      印刷電子被認為是一種解決 RFID行業(yè)標簽成本過高問題的可行方式, 它可將每個標簽成本降低到1美分。但是, 無論是從當前還是從長遠來看, 印刷電子技術的性
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。因此, 只有達到了可接受的性能和緊密性, 才能實現(xiàn)印刷型電子產品的低成本優(yōu)勢。技術性能和集成度這兩個特征與印刷技術和電子技術應用的結合程度也是緊密相關的。

     電子電路的每個晶體管的性能, 以及電子電路的復雜度(晶體管的數(shù)目)決定了該電子電路的功能和性能。為了提高每個晶體管的性能, 應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度。對有機印刷電子而言, 其遷移率與印刷油墨的黏性無關, 印刷電子可達到的通道長度是由采用的印刷技術分辨率定義的。
     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雜性。為了增加電 路功能的復雜性, 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, 那么每個晶體管和復雜印刷電路的尺寸都將因過大而在許多應用中無法實現(xiàn)。因此, 這是一個應用問題。
     此外, Subramanian認為當前的有機印刷電子的生產能力較低, 從而導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、高成本問題, 印刷技
術仍然是制造功能完善、尺寸合理、成本低廉的 RFID 標簽的關鍵問題之一。因此, 如何將印刷技術進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)印刷技術中, 可達的最好分辨率低于10um。因此, 高速絲網(wǎng)印刷技術實現(xiàn)了約10um的最小通道長度, 與基于光影蝕刻的單晶電子技術相比, 要低其幾個數(shù)量級。但是, 低分辨率的印刷電子將導致性能(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, 使用了基片的網(wǎng)版模型對油墨進行加壓, 因此要求油墨具有較高的黏度以防止過度擴散和滲透。通過在油墨中混合聚合物黏結劑可以提高油墨黏性, 卻降低了印刷晶體管的遷移率和導體的導電性。 生產能力是絲網(wǎng)印刷制造技術的優(yōu)勢。相反, 生產能力較低的
    噴墨印刷技術則滿足油墨黏度較低的要求。也正是因為油墨黏度較低, 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)變化等問題。這些因素都會影響薄膜沉積質量, 如果嚴格控制這些因素又會降低高產量的TFT設備的生產能力。然而,噴墨印刷技術仍被廣泛應用于有機印刷電子和硅油墨印刷電子。硅油墨半導體開發(fā)商們正將高性能的自定義噴墨印刷頭分配系統(tǒng)應用于納米粒子規(guī)劃和基于溶劑的油墨技術中。

    基于噴墨頭技術的 MEMS正致力于合作研究和聯(lián)合產品開發(fā)工作, 以解決新興印刷半導體產業(yè)存在的分辨率和生產量需求的問題。諸如Kovio公司(硅油墨開發(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半導體通道, 源漏極和柵極, 導體或者氧化物電解質的特性, 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體硅, 或者鍺、金屬和/或電介質。
     每塊芯片上都集成了數(shù)千個TFT晶體管, 為了追求這些晶體管的廉價印刷成本, 要求具備快速存放高性能硅油墨的能力。印刷電子將“每秒在單個印刷點上能夠放置材料的多少”作為度量指標參數(shù), 而不是每平方厘米面積上集成的晶體管的數(shù)量。一旦實現(xiàn)硅油墨印刷技術的基本性能, 接下來就要提高印刷速度。未來研究的目標和傳統(tǒng)單晶體產業(yè)發(fā)展的主要動力是廉價存放更多的材料, 而不是得到多么小的硅片。
     凹版印刷可以簡單地在兩滾軸之間進行。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行印刷。當基片通過兩滾軸時, 圖案便印刷在了基
片上。這種印刷技術具有較強的生產能力, 且對油墨的黏度要求較低, 因此引起了人們的廣泛關注。但是該技術的印刷缺損率較高, 直接影響了電子電路產量。據(jù)
悉, 這種印刷技術至今還未在電子制造中使用。 
如上分析, 得出以下兩點結論:
1)印刷電子的分辨率比傳統(tǒng)電子低幾個數(shù)量級。這個差距使得印刷電路不可能在短期內使印刷電子在一個很微小的區(qū)域內具備復雜的功能。印刷 RFID 標簽的
 低功能復雜性對1. 4節(jié)中討論的現(xiàn)有標準和協(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的研究, 尤其是印刷RFID標簽技術。其原因在于該技術滿足功能復雜度, 又能夠降低標簽成本。然而, 后續(xù)研究和印刷
技術也制約著上述能力的實現(xiàn)。除了印刷技術, 印刷電子中使用的半導體材料技術(有機印刷電子和硅油墨印刷電子)對于實現(xiàn)適當功能復雜性和低成本也起著至關重要的作用。