【正文】 和環(huán)保無污染等優(yōu)點 .因而印刷式的電子標簽 具有成本優(yōu)勢 ，深受市場所冀望 .現(xiàn)如今， 印刷式電子技術被廣泛應用在軟性電子、有機顯示器、 EMI 防治、紙電池及 RFID 等領域，其中又以 RFID 被動式的電子標簽印刷所面臨的技術難題最多 .當導電油墨印刷上去時，油墨會滲入毛細孔，導致電子標簽天線阻抗分布不均，此種現(xiàn)象在頻率愈高時問題愈嚴重 .印刷天線的附著力、晶片封裝及油墨特性等，則是決定此類產(chǎn)品壽命的重要因素 .RFID 被動式的電子標簽印刷 主要使用的油墨 稱為“導電銀膠” .由于印刷時需使用銀粉材料，而近來原料價格不斷攀升，使得銀膠的成本居高不下，導致原本占有制造成本優(yōu)勢的印刷式電子標簽，一時之間成 本降不下來 .不過從長期來看，印刷式電子標簽仍是未來低價電子標簽的最佳解決方案之一 . 江南大學學士學位 論文 8 以下主要介紹 RFID 電子標簽 天線印刷的技術方法和印刷方式 . 電子標簽天線印刷的技術方法 目前 ，主要 有四種 電子標簽 天線 的 制造技術 ： 蝕刻天線、繞線式天線、印刷天線及印刷與電鍍混合制作天線 ， 目前國內(nèi)外主要是以蝕刻法和電鍍法為主，直接印制法 （導電油墨印刷法） 是最近正在興起和研究的印制技術 .上述各類工藝比較見表 21. 表 21 各類天線印刷工藝比較 天線類型 設備投 入 生產(chǎn)效率 制造成 本 天線性 能 結(jié)構(gòu)靈活 應用局 限 環(huán)保問題 印刷天線 低 高 低 良好 大 較小 較小 蝕刻天線 高 高 高 優(yōu)良 一般 有 有 繞制天線 低 低 低 優(yōu)良 小 較小 無 印刷與電鍍混合 低 較高 低 良好 大 有 有 可以看到采用印刷方式制作天線 ， 具有設備投入 少、生產(chǎn)效率高、制造成本低、天線結(jié)構(gòu)應用靈活及環(huán)保問題較少等優(yōu)點 . （ 1）蝕刻法， 稱印制腐蝕法，或減成印制法 .先在一個底基載體（如塑料）上面覆蓋一層 20mm~25mm 厚的銅或鋁，另外制作一張?zhí)炀€陽圖的絲網(wǎng) .印刷用網(wǎng)印的方法將抗蝕劑印在銅或鋁的表面上，保護下面的銅或鋁不受腐蝕劑侵蝕；而未被抗蝕劑膜覆蓋的銅或鋁會被腐蝕劑溶化，露出底基成為天線電路線的間隔線；最后涂上脫膜液去除抗蝕膜，進而制成天線 .工藝流程如圖 21 所示 . 圖 21 蝕刻法的工藝流程圖 （ 2） 電鍍法，也稱印制電鍍法，或加成印制法 .在底基上通過印刷涂覆一層薄的（幾微米）起催化作用的油墨，呈天線的陽圖形狀此種特殊油墨含有金屬顆粒，在印制之后，印過的材料再經(jīng)過電鍍過程，銅被鍍在材料上，只附著在油墨形成的圖形上電鍍過程持續(xù)到材料上沉積的銅的量達到一定的厚度使之具有合適的導電性，進而形成天線具體的工藝流程（以網(wǎng)印為例）如圖 22 所示 . 底 基制作 天線的陽圖底片 覆蓋 銅或鋁膜 印制 抗蝕膜 蝕 刻 去除 抗蝕膜 曬制 抗蝕膜的網(wǎng)版 制作 天線 基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術研究 9 圖 22 電鍍法的工藝流程圖 （ 3） 直接印制法，又稱導電油墨印刷法，是直接用導電油墨在絕緣底基（薄膜 、 紙張等）上印制導電線路，形成天線和電路，具體工藝流程見圖 23 所示 . 圖 23 導電油墨印刷法的工藝流程圖 導電油墨印刷法的優(yōu)勢 (1)導電油墨印刷法制作 RFID 電子標簽與蝕刻法和電鍍法相比，主要有 3 方面的優(yōu)點： 用傳統(tǒng)蝕刻法和電鍍法制作 RFID 電子標簽天線，工藝復雜，成品制作時間長；導電油墨印刷法制作 RFID 電子標簽天線高效快速 .如今，直接印制法已開始取代制作各頻率段的蝕刻天線，如超高頻段（ 860MHz~950MHz）和 微 波 頻 段（ 2450MHz），同時在天線質(zhì)量方面，直接印制法制作的天線可以與傳統(tǒng)工藝制作的天線相媲美 . (2)傳統(tǒng)蝕刻法和電鍍法制作的 RFID 電子標簽天線要消耗大量的金屬材料，成本較高；而直接印制法的原材料成本要低于傳統(tǒng)的金屬天線，這對于降低電子標簽的制作成本有很大的意義 . (3)傳統(tǒng)蝕刻或電鍍工藝的制作過程產(chǎn)生大量含金屬和化學物質(zhì)的廢液，對環(huán)境造成較大的污染；導電油墨印刷法采用導電油墨直 接在底基上進行印制，不含侵蝕性材料，化學試劑的使用較少或沒有，具有綠色環(huán)保的優(yōu)點 . RFID 電子標簽天線的印刷方式 天線印刷方式概述 RFID 電子標簽是一種微結(jié)構(gòu)，對印刷的要求較高，且需要用導電油墨印刷，印刷的膜層要求高 .通常的膠印機由于墨膜厚度較小，并不適合這種微結(jié)構(gòu)的印刷 .為了能讓導電油墨均勻而極薄地涂布在很薄的基材上，必須解決兩個問題：一是導電油墨的研發(fā)；二是印刷設備提供商能夠提供出印刷電子標簽的理想解決方案，如采用混合印刷技術 . 德國開姆尼茨工業(yè)大學印刷和媒體技術研究所目前正在進行聚合物電子印刷的項目底基 印制 油墨 曬制 油墨的網(wǎng)版 油墨 上電鍍銅或鋁 制作 天線的陽圖底片 制成 天線 底基 制作 天線的 陽圖 底片 曬制 導電油墨的 網(wǎng)版 印制 導電油墨 制成 天線 江南大學學士學位 論文 10 研究 ， 目的是研制一種適合于工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物電子產(chǎn)品的新型印刷方法 ， 這 種研究思想就是利用現(xiàn)有的膠印機將導電油墨疊印在寬幅的卷筒材料上 .根據(jù)研究所介紹 ， 用一臺高效率印刷機在 40min 內(nèi)可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)電子標簽廠 1 年的產(chǎn)量 ， 并且制作價格也降到每枚 1 歐分以下 .可見， RFID 電子標簽的發(fā)展將有力地促進著未來印刷技術的革新 . 目前 , 電子標簽的印刷工藝可分為傳統(tǒng)印刷和數(shù)字印刷工藝 .常用的傳統(tǒng)印刷方式有絲網(wǎng)印、膠印、凹印及凸印 , 數(shù)字印刷方式有 噴墨印刷和靜電攝影 ,但目前還沒有發(fā)現(xiàn)噴墨印刷和靜電攝影用于智能標簽生產(chǎn)的優(yōu)勢 .絲網(wǎng)印刷以其高效率、高可靠性、靈活性成為了目前最適合印刷 RFID 天線的方式 .下面介紹一下電子標簽印刷的 4 種傳統(tǒng)印刷方式和數(shù)字噴墨印刷方式 . 天線各印刷方式特點分析 (1)絲網(wǎng)印刷 電子標簽天線的印刷制作過程采用此種方案的案例最多，也是目前首選的印刷方式 .在智能標簽印刷中 , 目前印刷導電油墨較好的絲網(wǎng)是鎳箔穿孔網(wǎng) .該網(wǎng)由鎳箔鉆孔而成 ,網(wǎng)孔呈六角形或圓孔形 ,整個網(wǎng)面平整勻薄 ,能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性 ， 用于印刷導電油墨效果較好 ， 能分辨 的電路線間隔、定位精度可達 這 并不是最理想的 電子標簽天線印刷 工藝 .絲網(wǎng)印刷的不足就是其最大分辨率較小 ， 而且其印刷速度與其他印刷方式相比較小 .電子標簽印刷天線的厚度一般為 ——， 這就要求絲網(wǎng)印刷機必須能印出足夠細的細線 ， 并且相鄰的兩根細線之間的間隙越小越好 ，這樣可以確保電子標簽做得小巧 .然而，在通常的網(wǎng)印機上，把間隙做得很小是非常困難的 .此外，為了確保天線的導電性能，印刷電子標簽時也要求網(wǎng)印機的印刷厚度均勻一致，否則如果在印刷天線時出 現(xiàn)一些微小的裂縫或凹陷，將會影響導電性能 .同時， 天線印刷過程中對環(huán)境的要求很高 ,因為如果在印刷過程中 ， 環(huán)境里存在粉塵的話，也將影響到導線之間的導電性能 .不過，呈六角形的鎳箔穿孔網(wǎng)（不是由金屬或尼龍編織成的網(wǎng)）的整個網(wǎng)面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性，比較適合用導電油墨印刷 . 網(wǎng)印印刷 RFID 電子標簽天線還具有下列優(yōu)勢：綠色環(huán)保；可實現(xiàn)一步式印刷；不含侵蝕性材料；印刷設備價格較低；可以在各種承印材料上印刷； 可以印制交叉線路 等 .但網(wǎng)版印刷的油墨黏度較高，且印刷膜厚最高可達 ，而 RFID 電子標簽天線的印刷膜厚僅約為 ~ 絲網(wǎng)印刷墨層厚度由絲網(wǎng)網(wǎng)版的透墨量決定，在印制時可以通過調(diào)節(jié)諸多參數(shù)，比如刮印參數(shù)（刮印壓力、刮印速度、網(wǎng)版距離刮板角度等）選擇不同分辨率的網(wǎng)版等來印刷得到所需的印刷膜層厚度 .另外，還需注意選擇合適的導電油墨 ， 確定印刷墨膜的最佳干燥條件 ， 網(wǎng)版印刷后干燥可以通過及熱風等方式來達成 . (2)凹版印刷 凹版印刷是將刻有圖樣的金屬薄版（凹刻），固定于印刷機上的印刷版上，沾上印刷油墨后轉(zhuǎn)印至承印底材上，其分辨率可達 100l/cm，墨膜厚度為 ~刷的油墨黏度相對于網(wǎng)版印刷油墨的黏度較低，油墨膜厚控制較為精準，亦可符合 RFID基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術研究 11 電子標簽天線印制所 需膜厚要求，而且印刷速度更快，極適合大量印刷生產(chǎn) .缺點是需投入的 設備資金較高，印刷壓力太大，印刷 RFID 標簽天線時存在一定困難 . (3)凸版印刷 凸版印刷是將有圖樣的橡膠厚版（凸刻），固定于印刷機上的印刷版上，在沾上印刷油墨后轉(zhuǎn)印至底材上 .凸版印刷的油墨黏度相對于凹版印刷較低，油墨膜厚也遠低于前二者 .然而但柔印分辨率較低 ， 通常在 60l/cm 左右 ， 精細印刷可達 80l/cm， 墨膜厚度在 6~ 8Lm， 且印跡的邊緣部分有印紋出現(xiàn) ， 使得線路邊緣印跡不規(guī)則 ， 影響到油墨附著的精度及線路的阻抗性 ， 容易生產(chǎn)出廢品 .但若能克服以下障礙，如印跡的邊緣部分會有印紋出現(xiàn)、使 得天線邊緣的印跡不規(guī)則、影響天線的精度及阻抗性、容易產(chǎn)生廢品等， 凸版印刷直接將 RFID 電子標簽印刷在紙箱上的價格競爭力卻是前二者所不能媲美的 .此外，柔性版印刷可采用水基油墨、溶劑型油墨及 UV 固化油墨 ， 且印刷速度快、印刷精度高、效率高 . (4)膠版印刷 膠印是電子標簽天線印刷中 目前 應用較為普遍的方法 ， 用于線圈印刷有著效率、精度及分辨率高的優(yōu)勢 ， 但是墨膜厚度 較小 ， 不符合線路印刷的要求 .當然可通過反復印刷多次來完成 ， 但對于精細線路的套準控制有一定的困難 ， 新型的、導電能力更好的油墨也可以在較小的厚度下達到需要的阻抗性能 . (5)噴墨印刷 噴墨印刷技術是近年來發(fā)展 起來 的新興技術，其多功能性是其他印刷方式 所 無法比擬的 .這種無壓力的印刷方式可將計算機中的數(shù)字信息直接噴涂到任何形狀的材料上 .噴墨印刷技術的油墨系統(tǒng)較為復雜，可以使用水性 UV 墨水，其大型噴墨印刷設備的印刷精度最高可達 左右，此技術也是最有可能成功實現(xiàn)以印刷方式來直接制作 IC 電路的技術 .但是噴墨印刷存在著噴墨位置偏差，小墨滴會出現(xiàn)在空白區(qū)域影響印刷質(zhì)量，印刷速度慢，設備及油墨成本高等問題 .噴墨印刷技術的油墨黏度是以上幾種印刷方式中最低的，膜厚控制精度卻是最高 . 通過以上分析 ， RFID 智能標簽 在 生產(chǎn)的初期 ， 常用最流行的還是絲網(wǎng)印刷 方式， 且短期內(nèi)還將主要采用網(wǎng)版印刷的方法 ，但 最終將會被速度更快的膠印等工藝所取代 .更加精細 、 電性更好的新型油墨的研究使用 ， 使電子標簽印刷采用膠印 、 柔印的工藝成為可能 .雖然 RFID 電子標簽印刷天線具有很大的優(yōu)勢，但在印刷天線的過程中，要求沒有任何雜質(zhì)摻合其中，否則會影 響導電效果 .另外，烘干溫度的控制也很重要 .溫度不合適，會使天線的基材發(fā)生超標準的變形，還會對后面的工序造成影響 .這就對印刷企業(yè)的生產(chǎn)管理提出更高的要求，同時也會促進印刷企業(yè)在技術細節(jié)管理水平上的提高 . 天線絲網(wǎng)印刷工藝分析 以下給出絲網(wǎng)印刷中標簽天線設計的結(jié)構(gòu)圖 24. 江南大學學士學位 論文 12 圖 24 標簽天線設計結(jié)構(gòu)圖 設計如圖 24 的 天線結(jié)構(gòu) . 采用 MarabuMS300F 網(wǎng)印機 ， 用 ED7251A 導電銀漿和埃奇森 PF050 銀漿進行 ， 網(wǎng)版選用 350 目直拉尼龍網(wǎng)版，基材為 PET 片 ， 固化采用溫度可控加熱爐 . 印刷天線實物如圖 25 所示 . 圖 25 采用 Marabu MS300F 網(wǎng)印機印刷獲得的天線實物圖 基于物聯(lián)網(wǎng)下的印刷技術研究 13 實驗結(jié)果通過阻抗分析儀 ( Agilent 4294A)進行分析 ，分析結(jié)果如圖 26 所示 . 圖 26 Agilent 4294A 阻抗分析儀分析 PF050 銀漿天線電參數(shù) 圖中顯示的波峰為天線在并聯(lián)一 電容時的諧振頻率 ， 通過阻抗分析儀可以直接測出天線的電感、電容及電阻值 ， 從而獲得下面的分析 .分析顯示 : a. 使用印刷工藝 ， 對同種銀漿 ， 如果具有同樣設計結(jié)構(gòu)而不論印刷工藝參數(shù)如何 ， 印刷天線兩個主要的電性能參數(shù)電感值、電容值大體一致 ， 見表 22. 表 22 不同銀漿不同工藝電參數(shù)統(tǒng)計平均值（統(tǒng)計 40 片） ED7251A 銀漿 埃奇森 PF050 銀漿 電感（ uH） 3． 87 均方差 電容（ pF） 均方差 b. 不同的銀漿、不同的印刷工藝 ， 包括銀漿的粘度、印刷基材、印刷速度、印刷壓力、印刷刮板與承印物間的承印角、印刷過程網(wǎng)版與承印物間的承印距離、銀漿的固化等工藝參數(shù)會對天線阻值起到較大的影響 .如圖 27 所示 ， 增大固化溫度對獲得理想的天線阻值有明顯的效果 .因此優(yōu)化的印刷工藝可以獲得理想的較低的天線阻值 . 江南大學學士學位 論文 14 圖 27 相同速度、相同壓力、不同固化工藝下天線電阻值 c. 印刷天線的結(jié)構(gòu)一旦確定 ， 其電性能通過品質(zhì)因子的阻值 ,而最終取決于印刷工藝 .品質(zhì)因子 Q如下： ?? = 2π fLR