RFID標簽天線的制作技術

文|辛智青

RFID標簽天線的制作技術

文|辛智青

RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別技術，是通過無線電波來達到非接觸的資料存取的技術，通常是由RFID電子標簽和閱讀器兩部分組成，而RFID電子標簽（無源電子標簽）是由天線和芯片（晶體）集成在薄膜或紙張上來完成數據的儲存、發送和搜集，工作時閱讀器發出一定頻率的電磁信號，在天線上感應出電流，芯片獲得電流后被激活把芯片里的數據通過天線以電磁信號反饋給閱讀器，實現數據接收和傳輸，從而達到識別目的。

目前RFID天線的制作方式有金屬繞線 （一般適用于高頻）、銅箔或鋁箔蝕刻、電鍍或化學鍍（德國BASF通過使用活潑金屬作為催化劑來電鍍銅）、印刷等。

一、傳統的蝕刻銅箔或鋁箔法

現在，國際上采用蝕刻／沖壓天線較多，其導電材料一般為鋁箔或者銅箔，由覆銅箔或鋁箔的絕緣基板薄膜經印制光刻膠蝕刻形成線圈狀圖形，成為天線，同時是裝載芯片元件的電路載板。蝕刻印制天線因為其精度高，特性上能與讀寫器的信號相匹配，同時在天線的阻抗、應用到物品上的射頻性能等方面都很好，但缺點是成本太高。

由于傳統的腐蝕法制作金屬天線，工藝復雜，成品制作時間長而且消耗費用高的金屬材料，成本較高，并對環境有一定的污染，與當前綠色清潔生產的要求不符，因此會逐漸被更先進的工藝代替。

圖1 蝕刻法制備的天線

二、絲網印刷法制備天線

絲網印刷過程是使用模板直接印刷的過程，油墨通過模板轉移到基材上。絲網模板制備的流程為版框前處理→繃網→涂布感光膠→曝光→沖洗→烘干，其中涂布的感光膠為光固化型，涂布時要厚度均勻。絲印印刷導電油墨一般使用鎳箔穿孔網，它是由鎳箔鉆孔而成的一種高技術絲網（箔網），網孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個網面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩定性和精密性，用于印刷導電油墨、晶片及集成電路等高技術產品效果較好，能分辨0.1mm的電路線間隔、定位精度可達0.01mm。

導電油墨是在UV油墨、柔版水性油墨或膠印油墨中加入可導電的載體，使油墨具有導電性。導電油墨是一種功能性油墨，主要由導電填料、連接劑、添加劑、溶劑等組成。導電填料采用微米銀粉，其含量一般為70%以上。使用的樹脂連接劑有醇酸樹脂、聚氨酯、丁醛樹脂、酮樹脂、環氧樹脂等。溶劑主要有芳烴、醇、酮、酯、醇醚等，溶劑的作用是來溶解粘合劑樹脂的。另外需要加入主要有分散劑、流平劑、增稠劑、增塑劑、潤滑劑、金屬導電材料的防氧化劑等助劑。用溶劑溶解樹脂后加入導電填料，經過研磨制成墨的粘度在0.1～10P(泊)，通過溶劑揮發、UV（紫外線）、EB（電子束）干燥。

導電銀漿要求在聚酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯等具有極強的附著力和遮蓋力，并可低溫固化，具有可控導電性和很低的電阻值，但在某些環境下會造成銀遷移。絲網印刷制作的天線，是依靠干燥后的導電粒子相互接觸所產生的滲流作用及隧道效應實現的。目前國內外生產導電油墨的廠家主要有法國ASK公司、Parelec公司、富林特油墨公司、上海寶銀電子材料有限公司等。

RFID 標簽天線對導電油墨特性的要求主要有：

1．耐彎曲性

在膜片上印刷導線路，假如油墨的撓性差，就可能在折彎的地方折斷，或者即使沒折斷但電阻值也會增大而不能使用；

2．粘著性

以聚酯薄膜為基材的油墨粘著強度，一般利用膠帶試驗來判定。

3．電阻率

要求油墨本身的電阻率越低越好，用同一種目號的絲網（形成同樣的膜厚）印刷時，電阻率低的油墨是比較有利的。

4．粒度分布

導電粒子的粒度越微細則粘合劑和粒子的分布狀態越好，并且由于印版上的油墨延伸性好，所以被覆面積也就大。

5．干燥條件

是抗導電油墨完全固化所必需的干燥時間和干燥溫度，低溫干燥型的油墨可減少工時，提高生產率。

6．印刷適性

目前印刷適性最好的導電油墨是銀漿導電油墨，一般預干燥溫度控制在80～100℃，時間35s以上；正式干燥溫度為140～160℃，時間30s以上；接著進行干燥溫度為150℃，時間30min對流烘箱的終烤，以優化性能。

用絲印方式制備RFID天線，為了獲得更高的印刷精度，一般采用國外的圓壓圓絲網印刷生產設備，精度可以達到膠印水平，國內采用絲網印刷制備天線以北京國合海達利公司為代表。采用絲網印刷RFID天線具有以下優點：印刷高效快速，無污染；制備成本要低于傳統的金屬蝕刻法制得的天線，是印刷天線首選的既快捷又便宜的方法。

此外，采用導電油墨用于絲網印刷作為一種新材料、新技術，在微電子產品領域的應用是多種多樣的，除了用于印刷天線外，還可用于厚膜電阻的印制、面狀發熱體的應用，通孔的導電印刷、線路的修補、印刷扁平電纜、塑料電鍍打底、低成本太陽能電池、液晶顯示器用電極以及紅外線探測器敏感元件等。利用導電油墨印刷標簽天線及其它電子線路，把印刷技術與電子技術結合起來，產生了新型的印刷電子技術。國外印刷電子工業已經有一定的發展，而國內還只是一個概念。

RFID智能化技術帶來了工作效率的大幅提高，其市場前景被業內人士廣泛看好。美國食品藥品監督管理局(FDA)已經提倡使用RFID作為藥品防偽的手段之一；全球首條集裝箱電子標簽國際航線誕生于上海，對整個航運業產生了深遠的影響；中國第1張“RFID手機地鐵票”在廣州正式試用；深港合作推動RFID在食品安全領域的應用；國家數字圖書館、武漢圖書館RFID項目的成功啟動。

相信隨著技術的進步和材料成本的降低，RFID未來會有很好的發展。