淺談RFID標簽的絲網印刷工藝

文 | 牟笑竹

淺談RFID標簽的絲網印刷工藝

文 | 牟笑竹

RFID是英文Radio Frequency Identification的縮寫，中文稱為無線射頻標識、感應卡、電子標簽、射頻標簽等。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可工作于各種惡劣環境。

RFID技術是一項革命性的技術，不遠的將來，物流、包裝、零售、制造、交通等行業諸如物流和供應管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運、包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制/電子門票、道路自動收費等都會因為RFID技術全球化的推動引發翻天覆地的變化，全面改寫企業的運作流程。

一、RFID標簽的絲網印刷優勢

RFID系統由三部分組成，如圖1所示。標簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器（Reader）：讀取標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；天線（Antenna）：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。RFID的天線其實就是能產生射頻信號的回形電路。

直接印刷法是用銀漿導電油墨直接印刷在紙質或塑料薄膜卷材上，墨層厚度約為20μm，這正是絲網印刷的優勢所在。因為絲網印刷的墨層厚度最多可以達到300μm，是柔印、膠印和凹印的好幾倍。這對于用導電油墨印刷天線線圈是十分有利的。實際印刷電路生產中，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，絲網直接印刷為首選，因為絲網印刷在集成電路板、薄膜開關等方面的印刷質量是其他印刷方法所無法比擬的。

絲網印刷RFID標簽具有如下優勢：

（1）低成本且環保

絲網印刷是綠色環保型技術，與現今比較流行的方法相比，如銅蝕刻方法，絲網印刷不僅實現了一步式印刷，而且不含侵蝕性材料。如果從經濟的角度出發，相對于銅蝕法，絲網印刷不僅設備價格較低，而且由于不需要額外的投資來適應環保要求，其保養的費用也明顯降低。事實上，保養銅蝕生產線、處理廢棄物（如殘留的化學浸蝕液）需要非常大的資金投入，因此也導致了電子產品在生產過程中每個環節成本的增加。

當然，還有另外一種綠色環保技術用于RFID天線的制作：纏繞銅網技術。但是，這種技術只能用于制作低頻（LF）的RFID 產品，它的天線有許多圈銅環，對廠家而言，這種低頻RFID天線的成本根本不是需要優先考慮的問題。

（2）柔軟的RFID 標簽

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利用絲網印刷印制的RF感應器天線的另一個顯著優勢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 產品。

事實上，由于絲網印刷天線所用的導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，使漿料具有粘性流體的特性，印制的天線更具彈性。將這種感應器彎曲時，比用銅蝕刻法制作的RFID 標簽或用鋁蝕刻法制作的EAS標簽更具表現力和可靠性。

（3）承印材料廣泛

絲網印刷對承印材料沒有要求，可以利用絲網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，相對于絲網印刷所用的紙張基材，在無形中增加了銅蝕刻標簽的成本。

還要特別指出的是，當天線的設計比較復雜時，還可以利用絲網印刷技術印制交叉線，因此，為了適應復雜的天線設計，并保證天線的可靠性，一些制造廠商還為銅蝕刻生產線配備了絲網印刷設備。

（4）RFID天線——導電油墨

用導電油墨印制的天線可接收RFID專用的無線電信號，其優勢表現在導電效果出色和成本較低。據一些大型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、設計更加適合于高產量、低成本RFID天線的導電油墨。DuPont公司推出的專門用于智能標簽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。導電油墨的研制，是最近RFID印制技術的一個發展熱點。

二、RFID標簽的絲網印刷工藝要求

1．導電油墨絲網印刷方式的選擇

絲網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接觸，刮板在絲網上移動時印刷票證，不會使絲網傾斜和變形；非接觸式印刷，絲網和基板之間有一固定的距離，刮板推動漿料流過絲網時，使絲網傾斜，并與基板接觸富士星光，印出圖形，由于印刷后絲網即反彈回位，不會將印刷圖案蹭模糊。為獲得良好的印刷質量避免蹭臟，一般采用非接觸式印刷作為導電標簽印刷方式。

2．導電油墨的印刷適性要求

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

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

b．流變性的要求。導電油墨的流變性能主要包括黏度、 觸變性、 流平性、 黏彈性等。導電油墨流變參數的選擇受印刷機的速度、墨路的長短等因素制約，不同的印刷方式要求的油墨流變參數范圍不同。所以，導電油墨的流變參數應與印刷方式相適合，以達到較好效果。在實際生產中，常用觸變劑、流平劑、消泡劑、增稠劑和撤黏劑等來調節導電油墨的流變性能。但要注意，所用助劑盡量不能降低導電油墨的導電性能。

c．干燥速度的要求。導電油墨徹底干燥后，導電性能才能比較穩定，達到最佳狀態。 另外，印完的導電油墨會發生變化，所以應根據導電油墨自身特點選擇干燥方式，如揮發型干燥、滲透型干燥和反應型干燥等方式。

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

e．適應承印材料的要求。承印材料的特性影響著導電油墨的印刷效果。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，對油墨中導電材料的滲透也就很少；表面粗糙的承印材料對油墨中導電材料的滲透較多，容易造成導電材料的不連續性，導電性能就會變差。所以應根據承印材料的不同選擇性能不同的導電油墨。另外，對于一些表面能較低、難于黏附的承印物，要在印刷前進行適當的預處理，如電暈放電、等離子處理等。

3．絲網印刷RFID標簽的注意問題

由于RFID標簽的印刷圖文面積往往很小，而且印刷時必須具有較好的印刷精度，這就為絲網印刷RFID標簽增加了不小的難度。所以在采用絲網印刷RFID標簽時應注意如下事項：

（1）網孔選用六角形的孔形。

因為這樣有利于導電油墨的徹底轉移，導電油墨選用溶劑型的油墨效果更佳。

（2）創造優良的油墨干燥條件。

如減小烘箱內的風速，加熱溫度在140℃，加熱時間在30～120s之間，溫度或時間不合適，會使天線的基材發生變形超過標準。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境。

在印刷天線的過程中，要求沒有任何雜質摻加在油墨里面，否則會影響導電效果。車間環境要求沒有粉塵、灰塵等，否則導電的灰塵橫在兩個導線之間就會連通它們。

三、RFID標簽的絲網印刷前景

傳統印刷技術賦予先進的RFID技術以新的生命力，RFID標簽將印刷行業和電子行業更加緊密地結合起來。

RFID無疑是一項革命性的技術，物流、包裝、零售、制造、交通等行業都會因為RFID全球化的推動引發翻天覆地的變化，改寫企業的運作流程。現今全球每天大約印刷400億個條碼，假若這400億個條碼中有1%采用電子標簽印刷，這對印刷企業來說無疑是一個巨大市場。專家預計，2010年全球RFID市場將達3000億美元。

絲網印刷以其效率高、生產靈活、可靠性強等特點仍然是目前乃至未來最合適的印刷電子標簽天線的方式，由此看來，隨著新工藝、新材料、新技術、新設備的研發和逐步應用，古老的絲網印刷工藝會隨著電子標簽的迅猛發展而煥發生機，迎來一個全新的應用領域和發展空間。