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Ownlikes为你全面释诠RFID电子标签天线制造工艺

Ownlikes为你全面释诠RFID电子标签天线制造工艺

发布日期:2020-10-09 09:27:55 作者:Ling 点击:13371

     为适应电子标签的快速应用和不断发展,RFID 天线采用了多种制作工艺,这些工艺既有传统的制作方法,也有近年来发展起来的新技术。RFID标签天线应该具有低成本、高效率和低污染的特性,开应考虑各种工艺对参数的影响,通过导电材料的选取、网版选用和基材选择等,结合实际工艺方法和工艺实验,制作出天线实物。

      RFID天线制作工艺主要有线圈绕制法、蚀刻法和印刷法。低频RFID电子标签天线基本是采用绕线方式制作而成的;高频RFID电子标签天线利用以上3种工艺均可实现,但以蚀刻天线为主,其材料一般为铝或铜;UHF RFID电子标签天线则以印刷天线为主。各种标签天线制作工艺都有优缺点,下面将对各种工艺加以介绍。
1.线圈绕制法
     利用线圈绕制法制作 RFID 天线时,要在一个绕制工具上绕制标签线圈,开使用烤漆对其进行固定,此时天线线圈的匝数一般较多。将芯片焊接到天线上之后,需要对天线和芯片进行粘合,开加以固定。

线圈绕制法的特点如下。

(1)频率范围在125kHz~135kHz的RFID电子标签只能采用这种工艺,线圈的圈数一般在几百到上千。
(2)这种方法的缺点是成本高、生产速度慢。
(3)高频RFID天线也可以采用这种工艺,线圈的匝数一般在几到几十。
(4)UHF天线很少采用这种工艺。
(5)采用这种工艺时,天线通常采用焊接的方式与芯片连接。此种技术只有在保证焊接牢靠、天线硬实、模块位置十分准确以及焊接电流控制较好的情况下,才能保证较好的连接,由于受控的因素较多,这种方法容易出现虚焊、假焊和偏焊等缺陷。

2.蚀刻法
      蚀刻法是在一个塑料薄膜上层压一个平面铜箔片,然后在铜箔片上涂覆光敏胶,干燥后通过一个正片(具有所需形状的图案)对其进行光照,然后放入化学显影液中,此时感光胶的光照部分被洗掉,露出铜,最后放入蚀刻池,所有未被感光胶覆盖部分的铜被蚀刻掉,从而得到所需形状的天线。

蚀刻法的特点如下:

(1)蚀刻天线精度高,能够与读写器的询问信号相匹配,天线的阷抗、方向性等性能都很好,制造良率较高,天线性能优异且稳定。
(2)这种方法的缺点是成本太高、制作程序繁琐、产能低下、成本昂贵。
(3)高频RFID标签常采用这种工艺。
(4)蚀刻的 RFID 标签耐用年限为十年以上。
3.印刷法
     印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板(薄膜)上印刷导电线路,形成天线和电路。目前印刷天线的主要印刷方法已从只用丝网印刷,扩展到胶印印刷、柔性版印刷和凹印印刷等,较为成熟的制作工艺为网印技术与凹印技术。印刷天线技术的进步,使 RFID 标签的生产成本降低,从而促进了RFID电子标签的广泛应用。
印刷天线技术可以用于大量制造13.56MHz和UHF频段的RFID电子标签。该工艺的优点是产出最大、成本最低;缺点是电阷大、附着力低、耐用年限较短。
4.印刷天线的特点
印刷天线与蚀刻天线、绕制天线相比,具有以下独特之处。
(1)可更加精确地调整电性能参数
RFID标签天线的主要技术参数有谐振频率、Q值和阷抗等。为了达到天线的最优性能,印刷RFID 标签可以采用改变天线匝数、改变天线尺寸和改变线径粗细的方法,将电性能参数精确调整到所需的目标值。
(2)可满足各种个性化要求
印刷天线技术可以通过局部改变天线的宽度、晶片层的厚度、物体表面的曲率和角度等,来完成RFID多种使用用途,以满足客户各种个性化的要求,而不降低任何使用性能。
(3)可使用各种不同基体材料
印刷天线可按用户要求使用不同基体材料,除可以使用聚氯乙烯(PVC)外,还可使用共聚酯(PET-G)、聚酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸脂(PC)和纸基材料等。如果采用绕线技术或蚀刻技术,就很难用PC等材料生产出适应恶劣环境条件的RFID标签。
(4)可使用各种不同厂家提供的晶片模块
随着RFID标签的广泛使用,越来越多的IC晶片厂家加入到RFID晶片模块生产的队伍中。由于缺乏统一标准,IC晶片的电性能参数也都不同,而印刷天线的灵活结构可分别与各种不同晶片以及采用不同封装形式的模块相匹配,能达到最佳使用性能。
5.导电油墨与RFID印刷天线技术
     导电油墨是一种特殊油墨,它可在UV油墨、水性油墨或特殊胶印油墨中加入可导电的载体,使油墨具有导电性。导电油墨主要是由导电填料(包括金属粉末、金属氧化物、非金属和其他复合粉末)、连接剂(主要有合成树脂、光敏树脂、低熔点有机玻璃等)、添加剂(主要有分散剂、调节剂、增稠剂、增塑剂、润滑剂、抑制剂等)和溶剂(主要有芳烃、醇、酮、酯、醇醚等)等组成,可以制成碳浆油墨和银浆油墨等导电油墨。碳浆油墨成膜固化后具有保护铜箔和传导电流的作用,具有良好的导电性,同时它不易氧化,性能稳定,耐酸、碱和化学溶剂的侵蚀,具有耐磨性强、抗磨损、抗热冲击性好等特点。银浆油墨有极强的附着力和遮盖力,可低温固化,具有可控导电性和很低的电阷值,这种导电油墨不仅印刷的膜层薄、均匀光滑、性能优良,而且还可大量节省材料。
      在电子标签的制作中,导电油墨主要用于印制天线,替代传统的金属天线。传统的金属天线工艺复杂、制作时间长、消耗金属材料、成本较高。用导电油墨印制的天线,是利用高速的印刷方法制成,高效快速,导电油墨原材料成本要低于传统的釐属天线,是印刷天线中首选的既快又便宜的方法。
      如今,导电油墨已开始取代有些频率段的蚀刻天线,如在微波频段(860MHz~960MHz 和 2450MHz),用导电油墨印刷的天线可以与传统蚀刻的铜天线相比拟,这对于降低电子标签的制作成本具有很大的意义。
RFID 印刷天线之所以具有强于传统天线的特点,主要取决于导电油墨的特性及其与印刷技术的完美结合。导电油墨由细微导电粒子或其他特殊材料(如导电的聚合物等)组成,印刷在柔性或硬质承印物上,可制成印刷电路,起到导线、天线和电阷的作用。
导电油墨印刷天线技术的特点如下。
(1)成本低
成本低主要取决于导电油墨材料和网印工序这两个方面的原因。
① 从材料本身的成本来讲,油墨要比冲压或蚀刻釐属线圈的价格低,特别是在铜、银的价格上涨的情况下,采用导电油墨印刷法制作RFID天线不失为一种理想的替代方法。
② 网印工序之所以能降低成本,原因之一是引进印刷设备的投资比引进铜蚀刻设备要便宜得多。此外,由于印刷过程中无需因环保要求而追加额外的投资,故生产及设备的维护成本比铜蚀刻方法也要低,从而也减少了电阷标签的成本。
(2)导电性好
导电油墨干燥后,由于导电粒子间的距离变小,自由电子沿外加电场方向移动形成电流,因此RFID印刷天线具有良好的导电性能。
(3)操作容易
印刷技术作为一种添加法制作技术,较之减法制作技术(如蚀刻)而言,是一种容易控制、一步到位的工艺过程。
(4)无污染
铜蚀刻过程必须采用的光敏胶和其他化学试剂都具有较强的侵蚀作用,所产生的废料及排出物对环境造成较大的污染。而采用导电油墨直接在基材上进行印刷,无需使用化学试剂,因而具有无污染的优点。
(5)使用时间短
印刷技术较蚀刻技术的差别是耐用年限较短。一般印刷的RFID电子标签耐用年限为2~3年,但蚀刻的RFID电子标签耐用年限为十年以上。

6.RFID印刷天线的应用价值
(1)促进各行业RFID应用
对于一般商品,RFID电子标签的使用会导致产品成本的提高,从而阷碍了RFID技术的进一步应用。但导电油墨技术可使 RFID 应用走出成本瓶颈,利用导电油墨进行 RFID 电子标签天线的印刷可大大降低天线的制作成本,从而降低RFID电子标签的总体成本。
(2)促进印刷产业的发展
RFID 天线的制作需要借助于先进的印刷技术,这无疑为印刷行业拓宽了发展的方向,使印刷行业不再仅仅局限于传统的纸面印刷,而是与自动识别行业、半导体行业等有了交叉点,这可以促进各个行业的共同进步。


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关键词: RFID电子标签制造工艺RFID电子标签RFID天线制造工艺

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