文 | 牟笑竹

淺談RFID標(biāo)簽的絲網(wǎng)印刷工藝

文 | 牟笑竹

RFID是英文Radio Frequency Identification的縮寫，中文稱為無線射頻標(biāo)識(shí)、感應(yīng)卡、電子標(biāo)簽、射頻標(biāo)簽等。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

RFID技術(shù)是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，不遠(yuǎn)的將來，物流、包裝、零售、制造、交通等行業(yè)諸如物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運(yùn)、包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動(dòng)物身份標(biāo)識(shí)、運(yùn)動(dòng)計(jì)時(shí)、門禁控制/電子門票、道路自動(dòng)收費(fèi)等都會(huì)因?yàn)镽FID技術(shù)全球化的推動(dòng)引發(fā)翻天覆地的變化，全面改寫企業(yè)的運(yùn)作流程。

一、RFID標(biāo)簽的絲網(wǎng)印刷優(yōu)勢(shì)

RFID系統(tǒng)由三部分組成，如圖1所示。標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象；閱讀器（Reader）：讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；天線（Antenna）：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。RFID的天線其實(shí)就是能產(chǎn)生射頻信號(hào)的回形電路。

直接印刷法是用銀漿導(dǎo)電油墨直接印刷在紙質(zhì)或塑料薄膜卷材上，墨層厚度約為20μm，這正是絲網(wǎng)印刷的優(yōu)勢(shì)所在。因?yàn)榻z網(wǎng)印刷的墨層厚度最多可以達(dá)到300μm，是柔印、膠印和凹印的好幾倍。這對(duì)于用導(dǎo)電油墨印刷天線線圈是十分有利的。實(shí)際印刷電路生產(chǎn)中，墨層厚度的要求一般為20μm以上。所以說，最適合RFID天線制作的方法中，絲網(wǎng)直接印刷為首選，因?yàn)榻z網(wǎng)印刷在集成電路板、薄膜開關(guān)等方面的印刷質(zhì)量是其他印刷方法所無法比擬的。

絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽具有如下優(yōu)勢(shì)：

（1）低成本且環(huán)保

絲網(wǎng)印刷是綠色環(huán)保型技術(shù)，與現(xiàn)今比較流行的方法相比，如銅蝕刻方法，絲網(wǎng)印刷不僅實(shí)現(xiàn)了一步式印刷，而且不含侵蝕性材料。如果從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，相對(duì)于銅蝕法，絲網(wǎng)印刷不僅設(shè)備價(jià)格較低，而且由于不需要額外的投資來適應(yīng)環(huán)保要求，其保養(yǎng)的費(fèi)用也明顯降低。事實(shí)上，保養(yǎng)銅蝕生產(chǎn)線、處理廢棄物（如殘留的化學(xué)浸蝕液）需要非常大的資金投入，因此也導(dǎo)致了電子產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中每個(gè)環(huán)節(jié)成本的增加。

當(dāng)然，還有另外一種綠色環(huán)保技術(shù)用于RFID天線的制作：纏繞銅網(wǎng)技術(shù)。但是，這種技術(shù)只能用于制作低頻（LF）的RFID 產(chǎn)品，它的天線有許多圈銅環(huán)，對(duì)廠家而言，這種低頻RFID天線的成本根本不是需要優(yōu)先考慮的問題。

（2）柔軟的RFID 標(biāo)簽

原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)非霍奇金淋巴瘤的影像學(xué)特征 … …………………………… 姜宇，周仁華，李晶，等 26

利用絲網(wǎng)印刷印制的RF感應(yīng)器天線的另一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是其電子單元將更具柔性。換句話說，天線可以抵抗更高的機(jī)械壓力，并具備如彎曲度、彎曲角度等特性，使其有別于其他RFID 產(chǎn)品。

事實(shí)上，由于絲網(wǎng)印刷天線所用的導(dǎo)電性漿料中含有金屬薄片或顆粒，并分散在熱塑性粘合劑或樹脂中，使?jié){料具有粘性流體的特性，印制的天線更具彈性。將這種感應(yīng)器彎曲時(shí)，比用銅蝕刻法制作的RFID 標(biāo)簽或用鋁蝕刻法制作的EAS標(biāo)簽更具表現(xiàn)力和可靠性。

（3）承印材料廣泛

絲網(wǎng)印刷對(duì)承印材料沒有要求，可以利用絲網(wǎng)印刷在各種不同的承印材料上印制天線，相反，銅蝕刻法則要求承印物在制作過程中能耐溶劑侵蝕。多酯纖維是銅蝕刻常用的基材，相對(duì)于絲網(wǎng)印刷所用的紙張基材，在無形中增加了銅蝕刻標(biāo)簽的成本。

還要特別指出的是，當(dāng)天線的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜時(shí)，還可以利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印制交叉線，因此，為了適應(yīng)復(fù)雜的天線設(shè)計(jì)，并保證天線的可靠性，一些制造廠商還為銅蝕刻生產(chǎn)線配備了絲網(wǎng)印刷設(shè)備。

（4）RFID天線——導(dǎo)電油墨

用導(dǎo)電油墨印制的天線可接收RFID專用的無線電信號(hào)，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在導(dǎo)電效果出色和成本較低。據(jù)一些大型RFID制造廠商介紹，在印制RFID射頻卡及其組裝電子元件方面，導(dǎo)電油墨是印制超高頻（UHF）天線的首選材料。近幾年來，許多公司也在全力研究、設(shè)計(jì)更加適合于高產(chǎn)量、低成本RFID天線的導(dǎo)電油墨。DuPont公司推出的專門用于智能標(biāo)簽RFID天線印刷的MCM5033油墨的含銀量較低，可大大降低高頻（HF）及超高頻（UHF）天線的制作成本。導(dǎo)電油墨的研制，是最近RFID印制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。

二、RFID標(biāo)簽的絲網(wǎng)印刷工藝要求

1．導(dǎo)電油墨絲網(wǎng)印刷方式的選擇

絲網(wǎng)印刷一般分為接觸式和非接觸式印刷兩種，在接觸式印刷中基板直接與絲網(wǎng)接觸，刮板在絲網(wǎng)上移動(dòng)時(shí)印刷票證，不會(huì)使絲網(wǎng)傾斜和變形；非接觸式印刷，絲網(wǎng)和基板之間有一固定的距離，刮板推動(dòng)漿料流過絲網(wǎng)時(shí)，使絲網(wǎng)傾斜，并與基板接觸富士星光，印出圖形，由于印刷后絲網(wǎng)即反彈回位，不會(huì)將印刷圖案蹭模糊。為獲得良好的印刷質(zhì)量避免蹭臟，一般采用非接觸式印刷作為導(dǎo)電標(biāo)簽印刷方式。

2．導(dǎo)電油墨的印刷適性要求

導(dǎo)電油墨是由金屬導(dǎo)電微粒（銀、銅、碳）分散在連接料中形成的一種導(dǎo)電性復(fù)合材料，印刷到承印物上后，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。該油墨在柔性或硬質(zhì)底材（紙、PVC、PE等）上可印刷電路，用導(dǎo)電油墨印制的天線可接收RFID專用的無線射頻信號(hào)。智能標(biāo)簽內(nèi)置天線采用導(dǎo)電油墨網(wǎng)印方法較之其他方法（如銅蝕刻法）具有許多優(yōu)勢(shì)，但對(duì)導(dǎo)電油墨的印刷適性有一定的要求。

a．導(dǎo)電性能要求。天線的重要參數(shù)之一就是電阻率，導(dǎo)電油墨中導(dǎo)電組分是影響電阻率的重要因素。提高導(dǎo)電性能的方法有以下三種：增加導(dǎo)電油墨中導(dǎo)電組分的含量；根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域選擇導(dǎo)電組分的種類；控制導(dǎo)電組分的粒子形貌、顆粒度和顆粒分布。但導(dǎo)電組分的價(jià)格較高，應(yīng)盡可能減少導(dǎo)電油墨中導(dǎo)電組分的含量，以降低成本。

b．流變性的要求。導(dǎo)電油墨的流變性能主要包括黏度、 觸變性、 流平性、 黏彈性等。導(dǎo)電油墨流變參數(shù)的選擇受印刷機(jī)的速度、墨路的長(zhǎng)短等因素制約，不同的印刷方式要求的油墨流變參數(shù)范圍不同。所以，導(dǎo)電油墨的流變參數(shù)應(yīng)與印刷方式相適合，以達(dá)到較好效果。在實(shí)際生產(chǎn)中，常用觸變劑、流平劑、消泡劑、增稠劑和撤黏劑等來調(diào)節(jié)導(dǎo)電油墨的流變性能。但要注意，所用助劑盡量不能降低導(dǎo)電油墨的導(dǎo)電性能。

c．干燥速度的要求。導(dǎo)電油墨徹底干燥后，導(dǎo)電性能才能比較穩(wěn)定，達(dá)到最佳狀態(tài)。 另外，印完的導(dǎo)電油墨會(huì)發(fā)生變化，所以應(yīng)根據(jù)導(dǎo)電油墨自身特點(diǎn)選擇干燥方式，如揮發(fā)型干燥、滲透型干燥和反應(yīng)型干燥等方式。

d．耐摩擦性的要求。在天線的印刷和使用過程中，導(dǎo)電油墨的墨層難免與其他材料發(fā)生摩擦，所以要求導(dǎo)電油墨具備一定的耐摩擦性，以保持墨層尺寸的穩(wěn)定，否則天線的性能會(huì)受到影響。

e．適應(yīng)承印材料的要求。承印材料的特性影響著導(dǎo)電油墨的印刷效果。平滑度高的承印材料的表面纖維排列緊密，填充料之間的空隙較小，對(duì)油墨中導(dǎo)電材料的滲透也就很少；表面粗糙的承印材料對(duì)油墨中導(dǎo)電材料的滲透較多，容易造成導(dǎo)電材料的不連續(xù)性，導(dǎo)電性能就會(huì)變差。所以應(yīng)根據(jù)承印材料的不同選擇性能不同的導(dǎo)電油墨。另外，對(duì)于一些表面能較低、難于黏附的承印物，要在印刷前進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如電暈放電、等離子處理等。

3．絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽的注意問題

由于RFID標(biāo)簽的印刷圖文面積往往很小，而且印刷時(shí)必須具有較好的印刷精度，這就為絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽增加了不小的難度。所以在采用絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽時(shí)應(yīng)注意如下事項(xiàng)：

（1）網(wǎng)孔選用六角形的孔形。

因?yàn)檫@樣有利于導(dǎo)電油墨的徹底轉(zhuǎn)移，導(dǎo)電油墨選用溶劑型的油墨效果更佳。

（2）創(chuàng)造優(yōu)良的油墨干燥條件。

如減小烘箱內(nèi)的風(fēng)速，加熱溫度在140℃，加熱時(shí)間在30～120s之間，溫度或時(shí)間不合適，會(huì)使天線的基材發(fā)生變形超過標(biāo)準(zhǔn)。良好的干燥條件有利于印刷線圈圖形輪廓的精確成形。

（3）保持潔凈的印刷工作環(huán)境。

在印刷天線的過程中，要求沒有任何雜質(zhì)摻加在油墨里面，否則會(huì)影響導(dǎo)電效果。車間環(huán)境要求沒有粉塵、灰塵等，否則導(dǎo)電的灰塵橫在兩個(gè)導(dǎo)線之間就會(huì)連通它們。

三、RFID標(biāo)簽的絲網(wǎng)印刷前景

傳統(tǒng)印刷技術(shù)賦予先進(jìn)的RFID技術(shù)以新的生命力，RFID標(biāo)簽將印刷行業(yè)和電子行業(yè)更加緊密地結(jié)合起來。

RFID無疑是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，物流、包裝、零售、制造、交通等行業(yè)都會(huì)因?yàn)镽FID全球化的推動(dòng)引發(fā)翻天覆地的變化，改寫企業(yè)的運(yùn)作流程。現(xiàn)今全球每天大約印刷400億個(gè)條碼，假若這400億個(gè)條碼中有1%采用電子標(biāo)簽印刷，這對(duì)印刷企業(yè)來說無疑是一個(gè)巨大市場(chǎng)。專家預(yù)計(jì)，2010年全球RFID市場(chǎng)將達(dá)3000億美元。

絲網(wǎng)印刷以其效率高、生產(chǎn)靈活、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)仍然是目前乃至未來最合適的印刷電子標(biāo)簽天線的方式，由此看來，隨著新工藝、新材料、新技術(shù)、新設(shè)備的研發(fā)和逐步應(yīng)用，古老的絲網(wǎng)印刷工藝會(huì)隨著電子標(biāo)簽的迅猛發(fā)展而煥發(fā)生機(jī)，迎來一個(gè)全新的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間。