絲印織物基UHF-RFID標(biāo)簽的耐機洗性及涂層優(yōu)化

張 千， 彭 飛， 胡吉永， 楊旭東

(東華大學(xué) a.紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室； b.紡織學(xué)院， 上海 201620)

超高頻射頻識別(ultra high frequency-radio frequency identification, UHF-RFID)技術(shù)可為每個產(chǎn)品分配唯一的標(biāo)識符，進而可以高效、實時地進行物品識別和位置監(jiān)控，因此該技術(shù)在物流、國防、醫(yī)療、健康等方面得到廣泛應(yīng)用。隨著紡織服裝生產(chǎn)過程和生命周期的管理自動化，UHF-RFID標(biāo)簽被擴展應(yīng)用于更嚴苛的環(huán)境，如紡織品的租賃、干洗服務(wù)等，這就要求UHF-RFID標(biāo)簽具有可機洗、可穿戴、可彎曲、可扭轉(zhuǎn)的特性[1]。其中，機洗使標(biāo)簽暴露于極端應(yīng)力之下，反復(fù)的彎曲、扭轉(zhuǎn)以及剪切作用可能破壞印刷天線的導(dǎo)電層和芯片綁定區(qū)域。這些破壞作用將導(dǎo)致天線與芯片的阻抗匹配失調(diào)、標(biāo)簽諧振頻率偏移、讀取距離下降甚至不能讀取。

針對芯片綁定區(qū)域的異質(zhì)連接部位，有學(xué)者提出采用局部涂層給予保護。Kellom?ki等[2]測試比較了6種不同的涂層材料，即環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乳膠、硅樹脂、聚醋酸乙烯酯膠黏劑(PVA1)和耐水改性聚醋酸乙烯酯膠黏劑(PVA2)，結(jié)果表明，除不防水的PVA1以外，其余5種涂層材料均能有效保護芯片綁定區(qū)域，相比環(huán)氧樹脂和PMMA涂料，膠黏型涂料(乳膠、硅樹脂、PVA1、PVA2)更容易涂覆在織物上，并且干燥后乳膠、硅樹脂仍保持柔韌性。Simorangkir等[3]以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為涂層材料，通過在芯片的夾片上直接涂覆PDMS或在夾片上開通孔后涂覆PDMS來提高標(biāo)簽的耐機洗性，結(jié)果表明15個洗滌周期后標(biāo)簽的最大讀取范圍僅下降9.8%。

同理，為提高織物基UHF-RFID標(biāo)簽的耐機洗性，有研究者嘗試在天線導(dǎo)體或整個標(biāo)簽表面進行涂層。Kazmi等[4]采用手涂方法分別將環(huán)氧樹脂、硅橡膠、紡織膠(Gutermann CreativHT2)涂覆在標(biāo)簽表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三者均有助于提高標(biāo)簽的耐機洗性，其中紡織膠對讀取性能穩(wěn)定性的影響最小。Hu等[5]以涂覆有聚酯樹脂的尼龍織物為基底，制備了絲印UHF-RFID標(biāo)簽并對其耐機洗性進行測試，結(jié)果表明，在織物表面涂覆聚酯樹脂可提高導(dǎo)電油墨與織物之間的黏合牢度，從而改善標(biāo)簽的耐洗滌性能，并且5次洗滌后平均讀取距離仍在4 m以上。Fu等[6]先用紡織膠涂覆芯片綁定區(qū)域，然后同時噴涂紡織膠和防潮劑，以包覆天線導(dǎo)體為導(dǎo)電織物的標(biāo)簽，結(jié)果表明，10個洗滌周期后標(biāo)簽的讀取距離仍超過4 m。此外，也有研究者通過在導(dǎo)體層表面涂覆保護層來提高印刷電子的環(huán)境耐受性。Scarpello等[7]和Kazani等[8]采用熱塑性聚氨酯(TPU)封裝微帶貼片天線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，涂覆TPU后天線的反射系數(shù)穩(wěn)定，并且6個洗滌周期后的輻射效率僅下降了5%。Yang等[9]采用絲網(wǎng)印刷將聚氨酯丙烯酸酯(PUA)涂覆在導(dǎo)電體表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)電體在涂覆后具有較好的耐水性和耐彎曲性，且連續(xù)浸泡24 h后導(dǎo)電體的電導(dǎo)率可恢復(fù)到初始值。

綜上可知，天線的導(dǎo)電層、芯片綁定區(qū)域被破壞是導(dǎo)致織物基UHF-RFID標(biāo)簽機洗失效的主要原因，通過對標(biāo)簽整體進行涂覆，或?qū)μ炀€、天線-芯片連接部位進行局部涂覆均可有效緩解標(biāo)簽受到的機洗損傷。但這些研究均采用實驗室手工綁定的夾片型芯片，而非適用于標(biāo)簽工業(yè)化自動生產(chǎn)的倒封裝芯片，也未考慮涂層結(jié)構(gòu)對標(biāo)簽?zāi)蜋C洗性和舒適性的影響。為揭示用倒封裝工藝綁定芯片的絲印織物基UHF-RFID標(biāo)簽的耐機洗性及涂層保護機理，分別對天線涂覆PUA，對芯片綁定區(qū)域涂覆PDMS，探究涂覆前后標(biāo)簽在機洗過程中抵抗應(yīng)力作用的能力。

1 試驗與評價

洗滌過程中標(biāo)簽性能的失效破壞形式可分為兩類：天線導(dǎo)電層出現(xiàn)裂紋或斷裂現(xiàn)象；天線與芯片的連接部位松動或二者脫離。基于此，設(shè)計3組試驗對比研究這兩類破壞形式對標(biāo)簽性能的影響。第1組試驗的樣品為未連接芯片的天線，其表面印刷了不同厚度的紫外固化PUA涂層；第2組試驗的樣品為無涂層標(biāo)簽和局部涂層標(biāo)簽(即芯片綁定區(qū)域涂覆PDMS，或者天線涂覆PUA)；第3組試驗的樣品為全涂層標(biāo)簽(即芯片綁定區(qū)域涂覆PDMS，同時天線涂覆PUA)。

1.1 涂層天線的制備與評價

1.1.1 天線的絲網(wǎng)印刷制備

織物基UHF-RFID標(biāo)簽的天線部位通過絲網(wǎng)印刷工藝制備，采用已證實適合在紡織服裝領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)構(gòu)[10-11]。其中：絲印基布為碳酸鈣涂層的水洗嘜尼龍織物，其面密度為(60±5)g/m2、厚度為(118±2)μm；導(dǎo)電油墨的商品名為ET-4F，黏度為20 Pa·s，油墨含銀質(zhì)量分數(shù)為65%。參照白歡等[10]的研究結(jié)論，設(shè)置絲網(wǎng)印刷的工藝參數(shù)，其中，固化溫度為120 ℃，時間為30 min。

1.1.2 天線的PUA涂層

PUA材料具有良好的耐磨性、黏結(jié)性、低溫固化性、柔軟性和疏水性[12]。考慮到洗滌過程中天線將受到溫度、濕度、洗滌劑和機械應(yīng)力的共同作用，選用PUA作為天線的涂層材料。為避免在熱固化涂層過程中破壞芯片的性能，配置低溫紫外固化型PUA油墨[13-14]。采用絲網(wǎng)印刷的方式在天線表面涂覆PUA，絲網(wǎng)網(wǎng)版的粒度為43 μm(350目)。然后進行紫外固化，固化功率為1 700 W，時間為30 s。PUA涂覆工藝流程和涂覆后天線的多層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 天線的表面涂覆工藝流程及其層合結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic of surface coating process of the antenna and its lamination structure

天線的多層結(jié)構(gòu)由基底、天線導(dǎo)電層和涂層組成。根據(jù)經(jīng)典的中性軸理論，當(dāng)天線導(dǎo)電層處于中性層時，理論上其所經(jīng)受的拉伸應(yīng)力、應(yīng)變最小[15]。這是因為多層復(fù)合結(jié)構(gòu)受到彎曲作用時，最外層受到拉伸，最內(nèi)層受到擠壓，而中性層既不會受到拉伸作用也不會受到擠壓作用，是天線導(dǎo)電層的理想位置。涂層預(yù)試驗結(jié)果顯示，每次印刷后PUA的厚度會顯著增加。采用同種織物基底和導(dǎo)電層制備工藝，擬最多印刷5次以獲得不同的涂層厚度，從而最大限度地減緩天線導(dǎo)電層在洗滌環(huán)境中的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，以期使最終制備的UHF-RFID標(biāo)簽獲得理想的耐機洗性。采用印刷-固化-印刷-固化的循環(huán)工序逐層累加，涂層厚度以涂覆層數(shù)表示，涂覆后天線的各層厚度如表1所示。

表1 不同涂覆層數(shù)下天線各層結(jié)構(gòu)的厚度

1.1.3 天線的耐機洗模擬評價

為評價PUA涂層厚度對天線導(dǎo)電層耐機洗性的影響，通過測試彎曲和扭轉(zhuǎn)循環(huán)下天線導(dǎo)電層的電阻和諧振頻率變化，模擬機洗過程中的應(yīng)力作用。由于目前還沒有公認的測試標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了反復(fù)彎曲和扭轉(zhuǎn)過程以模擬機洗中的應(yīng)力作用(見圖2)，記錄并分析不同彎曲和扭轉(zhuǎn)循環(huán)后天線的電阻以及端口的S11參數(shù)(即天線的回波損耗)變化情況。印刷時需注意保留天線端口位置處于無涂層狀態(tài)，意在測量天線端口參數(shù)時直接連接探針。

(a) 彎曲

(b) 扭轉(zhuǎn)

導(dǎo)電層電阻的相對變化率是指標(biāo)簽天線的線電阻變化量ΔR與初始電阻R0的比值，即ΔR/R0，參照AATCC 76—2011織物表面電阻率的測試方法，用電阻計測量并計算5次線電阻相對變化率的平均值及標(biāo)準(zhǔn)差。基于差分探針法[16]，使用KEYSIGHT E5071C型矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試S11參數(shù)，試驗在微波暗箱中進行，使用自制的RG142型耐高溫同軸線纜進行校準(zhǔn)，通過S11參數(shù)提取天線的諧振頻率。

1.2 芯片的封裝和涂層

以倒封裝工藝將Flip Chip Higgs-3型芯片與涂層天線綁定，如圖3(a)所示。當(dāng)鍵合溫度為120 ℃、壓力為1.1 N、時間為6 s時，綁定效果最好，標(biāo)簽讀取距離最遠[17]。

由已有研究[3， 18]可知，聚二甲基硅氧烷(PDMS)適合用作芯片綁定區(qū)域的保護涂層。將PDMS涂覆到芯片綁定區(qū)域，然后在烘箱中以100 ℃加熱10 min固化成膜。為了研究PDMS涂層對芯片綁定區(qū)域的影響，分別制備了有、無PDMS保護的標(biāo)簽。涂覆PDMS前后的標(biāo)簽表觀形貌如圖3(b)、(c)所示。

(a) 封裝示意圖

(b) 芯片處無涂層

(c) 芯片處有涂層

1.3 標(biāo)簽的機洗試驗

通過機洗試驗評價不同涂層方式對標(biāo)簽?zāi)蜋C洗性的影響。為了更貼近真實的機洗環(huán)境，將織物基UHF-RFID標(biāo)簽與某品牌白色西服結(jié)合，具體方法是使用刺繡機在服裝刺繡標(biāo)簽處縫制小型口袋，然后將標(biāo)簽置于其中，最后將口袋縫上，以實現(xiàn)標(biāo)簽在機洗過程中隨服裝面料的變形而變形。

參照機洗標(biāo)準(zhǔn)ISO 6330—2012《紡織品測試用家庭洗滌和干燥程序》，使用Y089D型全自動縮水率試驗機進行試驗，機洗流程如圖4所示。選擇4 N的洗滌程序，機洗流程為預(yù)洗-主洗-漂洗，液位為100 mm，水溫為40 ℃，程序時間為38 min，實際機洗時間為1 h。機洗后于室溫下晾干標(biāo)簽，測試其最大標(biāo)準(zhǔn)讀取距離(讀寫器工作頻段為902～928 MHz，發(fā)射功率為30 dBm，測試環(huán)境為空曠室外)。

圖4 機洗及洗后性能評價流程示意圖Fig.4 Diagram of machine washing and post-wash performance evaluation process

為了評價標(biāo)簽的耐機洗性，測試不同洗滌次數(shù)后標(biāo)簽的讀取距離，分析其所能承受的最大洗滌次數(shù)，并在不同洗滌次數(shù)后表征標(biāo)簽不同位置的微觀形貌，觀察天線和芯片綁定區(qū)域表面是否存在裂紋或芯片脫落的現(xiàn)象。

2 結(jié)果與討論

2.1 耐機洗應(yīng)力作用模擬評價

2.1.1 耐彎曲性能

50～300次彎曲循環(huán)后天線的線電阻相對變化率如圖5所示。由圖5可知：隨著涂覆層數(shù)的增加，天線的線電阻相對變化率呈先減小后增大的趨勢，且隨彎曲次數(shù)增多線電阻相對變化率逐漸增大；未涂覆天線的線電阻相對變化率最大且不穩(wěn)定。這是

圖5 不同涂覆層數(shù)天線的線電阻隨彎曲次數(shù)的變化Fig.5 Variation of line resistance with the number of bends for antennas with different coating layers

因為：在彎曲變形作用下無PUA涂層的天線導(dǎo)電層因受拉伸作用而產(chǎn)生裂紋，且彎曲回復(fù)后裂紋縫隙處的納米銀顆粒無法恢復(fù)至初始時相互接觸的狀態(tài)，致使天線的導(dǎo)電連續(xù)性降低；同時，隨彎曲循環(huán)次數(shù)的增加，未涂覆天線的線電阻以約20%的變化率持續(xù)增加。白歡[19]在絲網(wǎng)印刷標(biāo)簽的彎曲試驗中也觀察到類似現(xiàn)象，即3 000次彎曲循環(huán)后天線的線電阻增加了3倍。彎曲回復(fù)后，涂覆天線的線電阻相對變化率明顯比無涂層的小，且隨彎曲次數(shù)增加的其變化速度明顯減緩。這是因為：PUA的高彈性回復(fù)能力有助于涂覆天線裂紋縫隙恢復(fù)至初始狀態(tài)；同時，根據(jù)中性軸理論，若是導(dǎo)電層接近中性軸位置，則彎曲過程對導(dǎo)電層的拉伸變形作用最小。當(dāng)PUA涂覆層數(shù)為3層時，導(dǎo)電層接近中性層。但是由于各層材料的非均質(zhì)性和界面的不平整性，難以應(yīng)用理論計算中性軸的位置。

由于隨彎曲次數(shù)增加，天線受到的破壞作用逐漸加劇，因此300次彎曲后天線的諧振頻率的變化最為明顯。對300次彎曲循環(huán)后不同涂覆層數(shù)天線的諧振頻率偏移量進行分析，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，未涂覆天線的諧振頻率偏移量顯著大于涂覆天線。這是由于未涂覆天線耐彎曲性能較差，影響了標(biāo)簽天線與芯片的阻抗匹配，最終將影響標(biāo)簽的讀取性能。相比之下，涂覆PUA后天線的諧振頻率偏移量顯著減小，并且涂覆2和3層PUA的天線之間無顯著差異，而當(dāng)涂覆5層PUA時，天線的諧振頻率偏移量明顯增大。這不僅是由導(dǎo)電層線電阻的應(yīng)變效應(yīng)所造成，還與裂紋引起的電容及電感效應(yīng)有關(guān)。

圖6 300次彎曲循環(huán)后不同涂覆層數(shù)天線的 諧振頻率偏移量Fig.6 Resonant frequency shift of antennas with different coating layers after 300 bending cycles

2.1.2 耐扭轉(zhuǎn)性能

由耐彎曲試驗可知，涂覆層數(shù)為2或3時天線的線電阻和諧振頻率變化較小，加之涂層增厚使天線的抗彎剛度增大，因此在耐扭轉(zhuǎn)試驗中，只討論未涂覆天線以及涂覆1～3層PUA的天線。50～150次扭轉(zhuǎn)循環(huán)后天線的線電阻相對變化率如圖7所示。由圖7可知，隨著扭轉(zhuǎn)次數(shù)的增加，天線的線電阻變化率逐漸增大，并且在所有的扭轉(zhuǎn)測試中，未涂覆天線的線電阻相對變化率最大。由此可見，PUA涂層增強了天線的耐扭轉(zhuǎn)性能，但在同等作用次數(shù)下彎曲作用比扭轉(zhuǎn)作用對線電阻的影響更大。此外，在扭轉(zhuǎn)試驗中，未涂覆天線的線電阻相對變化率最大，而涂覆1～3層PUA的天線之間無顯著差異。總體而言，當(dāng)涂覆層數(shù)大于1時，涂層對天線的線電阻相對變化率無顯著影響。

圖7 不同涂覆層數(shù)下天線的線電阻隨扭轉(zhuǎn)次數(shù)的變化Fig.7 Variation of line resistance with the number of twists for antennas with different coating layers

150次扭轉(zhuǎn)循環(huán)后天線的諧振頻率偏移量如圖8所示。

圖8 150次扭轉(zhuǎn)循環(huán)后不同涂覆層數(shù)天線的 諧振頻率變化量Fig.8 Resonant frequency variation of antennas with different coating layers after 150 twisting cycles

由圖8可知，在扭轉(zhuǎn)循環(huán)試驗中天線的諧振頻率偏移量比彎曲循環(huán)試驗大。其中：未涂覆天線的諧振頻率偏移量約為30 MHz，表明天線的耐扭轉(zhuǎn)性能較差，而涂覆天線的諧振頻率均有所下降，約為25 MHz，為彎曲循環(huán)試驗的3～5倍。這是由扭轉(zhuǎn)作用對天線導(dǎo)電層的破壞以及織物基底不可逆的褶皺變形造成的，這些都會影響標(biāo)簽天線與芯片之間的阻抗匹配。相對而言，涂覆1和2層PUA天線的耐扭轉(zhuǎn)性能最好。

綜上所述，在天線的耐機洗應(yīng)力作用模擬測試中，彎曲和扭轉(zhuǎn)循環(huán)作用對天線導(dǎo)電層的破壞及諧振特性的影響程度與涂層厚度密切相關(guān)。相對而言，未涂覆天線的耐彎曲和耐扭轉(zhuǎn)性能最差，而涂覆2層PUA時，天線的耐彎曲和耐扭轉(zhuǎn)性能最好。

2.2 標(biāo)簽的耐機洗性

在機洗應(yīng)力作用的模擬評價基礎(chǔ)上，從天線-芯片綁定角度進一步討論標(biāo)簽的耐機洗性及涂層保護作用。

2.2.1 天線無涂層而芯片綁定區(qū)域有涂層

首先針對沒有PUA涂層的標(biāo)簽，分析芯片綁定區(qū)域有PDMS涂層的耐機洗性。測試結(jié)果顯示，無論是否涂覆PDMS，標(biāo)簽的讀取距離均超過18 m，但是機洗1次后均讀取失效。Kellom?ki等[2]觀察到織物基絲印標(biāo)簽在普通旋轉(zhuǎn)洗滌后讀取距離明顯下降，但并沒有完全失效。相對而言，本試驗采用標(biāo)準(zhǔn)機洗方式，破壞作用更為劇烈，致使標(biāo)簽在1次機洗之后讀取失效。圖9為機洗后天線導(dǎo)電層及天線-芯片連接區(qū)域的微觀形貌圖。由圖9可以看出，天線導(dǎo)電層出現(xiàn)明顯裂紋甚至斷裂，這是造成電流不能流通的直接原因。即使有PDMS涂層保護，在芯片與天線的連接區(qū)域也觀察到明顯的裂紋，在試驗中個別樣品的芯片綁定明顯松動或脫落，且在PDMS涂層邊緣有顯著裂紋，可能是涂層使其邊緣界面柔性變差，導(dǎo)致導(dǎo)電層在機洗過程中因應(yīng)力集中作用而被折裂。因此，難以說明是天線導(dǎo)電層還是天線-芯片綁定界面的破壞導(dǎo)致讀取失效，有必要進一步區(qū)分兩者在標(biāo)簽機洗破壞過程中的作用。

(a) 導(dǎo)電層

(b) 天線芯片連接區(qū)域

2.2.2 天線有涂層而芯片綁定區(qū)域無涂層

在標(biāo)簽天線的導(dǎo)電層局部涂覆不同厚度的PUA層，但芯片綁定區(qū)域不涂覆PDMS。機洗后不同標(biāo)簽的讀取距離如圖10所示。由圖10可知，芯片綁定區(qū)域無PDMS涂層的標(biāo)簽均能承受1次機洗，且讀取距離保持在15 m以上，僅略微減小。但是，涂覆1、 3層PUA的標(biāo)簽在2次機洗后均讀寫失效，而涂覆2層PUA的標(biāo)簽可承受6次標(biāo)準(zhǔn)機洗，說明當(dāng)天線的PUA涂覆層數(shù)為2時有助于提高標(biāo)簽的耐機洗性，該結(jié)果與前面的耐機洗模擬作用評價結(jié)果一致。同時，芯片綁定區(qū)域無涂層的標(biāo)簽在1次機洗后讀取失效。由此可見，PDMS涂層對芯片綁定區(qū)域有加固保護作用。

圖10 天線處有不同涂覆層數(shù)標(biāo)簽的讀取距離 隨機洗次數(shù)的變化Fig.10 Change of the reading distance of tags with different coating layers on the antenna at different machine washing times

在不同機洗次數(shù)下不同涂覆層數(shù)標(biāo)簽的表觀形貌如圖11所示，通過微觀形貌可以明顯觀察到裂紋產(chǎn)生的位置。

由圖11(a)、(b)可知，涂覆1、3層PUA的標(biāo)簽經(jīng)2次機洗后不僅天線出現(xiàn)明顯裂紋，而且天線-芯片綁定處松動，甚至芯片脫落，破壞了兩者之間的電氣連接。涂覆2層PUA的標(biāo)簽經(jīng)2次機洗后天線導(dǎo)電層也出現(xiàn)了一定程度的裂紋，但未出現(xiàn)完全斷裂的情況(見圖11(c))，隨機洗次數(shù)的增加，這些裂紋持續(xù)擴大，最終發(fā)生斷裂(見圖11(d))。結(jié)合圖10可知，在機洗過程中天線導(dǎo)電層的斷裂是導(dǎo)致標(biāo)簽讀寫失效的主要原因，特別是在芯片周圍由應(yīng)力集中引起的導(dǎo)電層斷裂，天線-芯片接觸界面的松動或芯片脫落是次要原因。

(a) 1層

(b) 3層

(c) 2層

(d) 2層

2.2.3 全涂層標(biāo)簽

在上述試驗基礎(chǔ)上，進一步探討在芯片綁定區(qū)域局部增加保護層，即全涂層是否可提高標(biāo)簽的耐機洗性，其中天線部分涂層材料為PUA、芯片綁定區(qū)域涂層材料為PDMS。不同標(biāo)簽的讀取距離隨機洗次數(shù)的變化如圖12所示。顯然，全涂層后標(biāo)簽的耐機洗次數(shù)大大增加，涂覆1層PUA的標(biāo)簽可耐受高達12次機洗，涂覆2層PUA的標(biāo)簽?zāi)蜋C洗次數(shù)提高到8次。這說明PDMS涂層有助于緩解天線-芯片綁定邊緣的應(yīng)力集中作用，同時也可加固芯片的綁定牢度，減少機洗過程中芯片由綁定處松動或脫落的可能。相比之下，涂覆1、2層PUA的標(biāo)簽的耐機洗性最好，這與前面模擬測試結(jié)果一致。同時，涂覆1、2層PUA的標(biāo)簽在機洗7次之后的讀取距離仍有12 m左右，讀取距離損失率約為36%，遠小于涂層織物標(biāo)簽在機洗7次后損失73%的讀取距離(從5.5 m降到1.3 m)[20]。

圖12 不同涂覆層數(shù)的全涂層標(biāo)簽的讀取距離 隨機洗次數(shù)的變化Fig.12 Change of the reading distance of fully coated tags with different coating layers at different machine washing times

進一步觀察讀取性能失效標(biāo)簽的微觀形貌，以確認失效模式。機洗失效后不同涂覆層數(shù)標(biāo)簽的微觀形貌如圖13所示。

(a) 1層

(b) 2層

(c) 3層

由圖13可以看出，大多數(shù)讀取失效標(biāo)簽的芯片脫落，并且天線導(dǎo)電層和芯片綁定區(qū)域出現(xiàn)明顯的裂紋。這是因為芯片通過熱固化各向異性導(dǎo)電膠黏附在天線端口表面，機洗中復(fù)雜的應(yīng)力作用使得芯片從天線中被剝離出去。此外，圖13(a)中裂紋呈曲線狀并向周圍延伸，而圖13(b)、(c)中裂紋單一且斷面清晰。天線導(dǎo)電層呈現(xiàn)不同形態(tài)的裂紋可能源于基底織物的紋理和涂層的均勻性，也可能源于機洗中的對折應(yīng)力作用，尚待進一步試驗證實。

3 結(jié) 語

通過分析不同涂層位置和涂層厚度的天線及標(biāo)簽在模擬機洗和機洗試驗中的性能變化，逐步研究倒封裝織物基絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽的耐機洗性和破壞失效模式及機理，得出以下主要結(jié)論：

(1) 在彎曲和扭轉(zhuǎn)作用下天線的導(dǎo)電層發(fā)生明顯裂紋，并且彎曲作用比扭轉(zhuǎn)作用的影響更大，當(dāng)在導(dǎo)電層表面涂覆PUA且使其位于中性層時標(biāo)簽的耐彎曲及扭轉(zhuǎn)性能得到顯著提高。

(2) 在機洗過程中天線導(dǎo)電層的斷裂是導(dǎo)致標(biāo)簽讀寫失效的主要原因，特別是在芯片周圍由應(yīng)力集中引起的導(dǎo)電層斷裂，而芯片-天線接觸界面的松動或脫落屬于次要原因，該結(jié)論可從全涂層標(biāo)簽的機洗試驗結(jié)果得到進一步證實。

上述結(jié)論有望促進絲印織物基RFID標(biāo)簽的工業(yè)化自動生產(chǎn)及應(yīng)用。后續(xù)研究有必要深入分析基底織物表面紋理對天線導(dǎo)電層耐機洗性的影響。