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网印与RFID天线制造 (ZT)

助工
2008-07-19 14:35:28    评分
经网印或凹印再经蚀刻制成的回路天线,是R F I D 不可缺少的一部分,所以R F I D的发展也在带动着RFID 回路天线的发展。笔者最近同国内大部分RFID 回路天线制造商接触,发现用φ0.013 mm 粗的铜导线制造回路天线的时代已经过去了。而用PET 或P P 作为基材,两面覆铜箔的时代也在去年就消失了(这是因为铜价格涨幅太大,制造商无法承受),而现在最流行的就是以P E T 或P P 为基材在双面黏合0.025~0.076 mm 铝箔的方法作为基体,然后凹印掩膜图形(天线图形),最后进行蚀刻。

  2006 年4 月我在海淀体育馆举办的IC 展览会上拿到了清华紫光带有芯片的RFID 的天线样品,天线是用银浆网印的,这个样品大概就标志着我们制造R F I D 天线的方向。最近有不少厂商和准备生产RFID 的朋友给我打电话,讨论银浆是否还涨价,铜浆可否代替银浆用于RFID 天线的网印。不难看出他们是想用直接网印银浆的方法来完成天线的制造,我认为这是一个很大的飞跃,首先使生产程序大大缩短,加快生产周期,杜绝了环境的污染和给操作者带来的健康危害。

RFID 天线制造历程和现状

1. 导线的捆扎时代

  最早的R F I D 天线制造大都用0 . 0 1 3 ~0.025 mm 的铜导线扎制而成(铜导线有绝缘层),这在大件的物体或机箱中使用是可行的,在小型机箱中使用就受限制了。
2. 网印图形蚀刻法

  为使天线减小体积和用于平面的粘贴,采用在绝缘体(片材)表面覆铜箔。然后用网印抗蚀油墨制成图形,蚀刻后去墨清洗,最后裁割成形。采用此种工艺,虽能满足一定的批量的生产,但成本较高。另外此种天线均为双面,加工起来较复杂,不多久就被下述方法代替。

3. 凹印图形蚀刻法

  双面覆铝箔→双面凹印抗蚀图形→双面U V 固化→双面蚀刻→双面去膜??以上整个流程均为轴对轴的生产,有的连成线,有的分段进行。目前国外和国内大都用此种方法制造R F I D 天线,其突出的优点是速度快、产量高。

4. 用印制导电浆料的方法制造RFID 天线

  此方法是用导电浆料代替铝箔或铜箔的导线,现有网印和凹印两种方法。

1 )网印导电浆料

(1)网版的制造:无论用何种方法制造网版,第一要求都是应有最佳的耐印率。第二则是根据R F I D天线导电层的厚度来决定网版图形的厚度,在这里要提出的是当印出天线的图形固化后要进行厚度的测量,既要保持厚度的均匀性,又要保持每件的一致性。最后进行方阻值的测试,待方阻值控制在允许的技术范围之内后,确认工艺参数实施于网印。除此之外,如果用间接法制网版,还应考虑到膜片厚度的消耗因素。

(2 )网印:大都采用自动或半自动印刷机,进料和输出料的方式均用轴对轴的方式。在本工序中最主要的是不能停机,因此要在清洁环境中进行生产。为使生产不间断,最好在网版上面安装一套自动上墨系统和双侧归墨板(作用是使油墨每刮印一次,将延出边缘的油墨归入图形中部,待回墨后再次刮印),防止油墨扩延至边缘,致使溶剂挥发改变黏度。安装一套自动上墨系统的目的也是保持油墨黏度始终如一,保持刮印的均匀性和一致性。另外,胶刮的硬度、胶刮的运行速度、网印角度、网距等参数一经确认不可随意改变。

  注意网版起落和进出料速度的匹配,一般情况下进料、网印、出料一个循环大约为7~10 s,只有在这个速度下才能完成一定数量。

  用此网印导电浆料的方法虽可完成相当的批量,但只限于单面,一遇到双面生产就较麻烦,原因有对位重合难;收卷松紧无法掌握,出现误差太大。如果是全自动双面网印机(专用自动线)情况就完全不同了,前面手工或半自动遇到的问题就都能迎刃而解了(有一定数量的公司已经引进或正在引进这种自动线)。

2 )凹印导电浆料

  和上述的网印导电浆料的区别只是印刷方式的不同。在网印中,网版的制造对天线图形厚度有一定的影响;而在凹印时,凹印辊图形的深浅也是决定墨层薄厚的一个因素。但是在凹印辊图形的制造中又有激光雕刻和传统制版方法两种,前者能把图形的凹槽加工得较为准确(指凹槽的深浅和线的宽度),在后工序的操作中能提供较为精确的数值,且能很好地控制对油墨的厚度和掌握油墨的流涎。相对而言,凹印导电浆料制造R F I D 天线是较好的方式,其特点为:图形准确、厚度一致均匀、印出的图形能满足电性能要求。

3 )导电浆料方阻测算及成本

  有不少人认为测量导体的电阻,将三用表的两个极棒接触两端看表盘的读数就可以了,这种方法虽然可行,但是我们所要求的是体积电阻,这和我们所印浆料的厚度、长度、宽度有直接关系,现在国际上执行的标准是方阻值:(Ω / □)即在厚度相同的情况一个正方体任意对边的电阻即为本导体的方阻值。

  最近国外国内有多家推出用于R F I D 天线的导电银浆,在所有的报导中都说自己的浆料有最小的电阻值、细腻、稳定,但是电阻值有多小呢?到底用于R F I D 天线的印制后成本如何呢?我们必须做一个深入的研究和测试才有答案:有一个公司举例说他们的银浆在0.4 mm 宽、1.4 m 长、5 μ m 厚的情况下电阻值为4 0 Ω,经过测算方阻值只有0.011 Ω / 口,这表明银浆中银的含量在5 1 % 以上,而此种银含量的银浆在国内价格为2 0 0 0 ~3 000 元/kg ,那么我们每支天线所用浆料是多少呢?大约为2 g 左右,每支天线的价格就得几元(这里是指材料费),从上述计算不难看出使用此浆料的成本还是很高的。

  我们在报导中看到的杜邦公司推出的专用浆料,国内推出的浆料,最近韩国新发明的一种印在纸表面的导电油墨来完成天线的制造,曼罗兰开发的直接印刷系统、用于RFID 以帮助消费者判断那些易腐烂的食物和产品打开时间的印料??在这些鼓舞人心的报导中,谁都没有讲他们的材料和技术用到了何种产品上,哪家公司已经应用于生产,谁都没有去计算成本。

  在当今天的商品经济社会中,商品是由本身的质量和成本组成的,两者缺一不可,而且是相互影响的。比如:海尔空调进入沃尔玛超市,所用的RFID 标签能和一瓶洗发水的标签价格相同吗?同样,一件普通的商品能同一列火车的车皮的标签相同吗?世界上的发达国家正在测试5 美分的低价标签,用于单件的日用品和食品,显然这个价格在我国是无法接受的。总之,我国的导电银浆价格如果降不下来,或者没有合适的替代品,R F I D 的标签成本是降不下来的。对于成本,RFID 天线制造商必须先熟悉订单的技术要求,这个要求主要来自两个方面:一是组成图形天线的长度、宽度和导线厚度;二是这样长的导线所需和允许的电阻值,通过计算来选择导电浆料的方阻值,方可计算成本。

现代RFID 天线制造的三大要素

制造R F I D 天线的三大要素为:网印(凹印)、固化(干燥)、收卷。

1 .网印(凹印),前边已有讲述。
2 .固化(干燥)。

1 )在凹印抗蚀油墨的工序中,有的工厂凹印后既有U V 固化又有I R 固化,由于所使用的油墨既需要U V 固化又要进行I R 固化。通过近两年的调查发现这样做是错误的,原因有:

(1 )浪费了能源;
(2 )有溶剂挥发污染环境;
(3 )加工繁琐;
(4 )给后工序造成麻烦(褪油墨时困难);
(5 )废品数量增加。




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