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喷墨印刷RFID标签天线印刷的未来趋势

发布时间:2020/11/24

 RFID标签具有读写速度快、读取距离远、数据容量大等优点,已在众多领域得到了快速应用。RFID标签通常由芯片和天线组成,其中天线起着非常重要的作用,它不仅要将RFID标签所存储的信息调制反射,同时还要捕获阅读器发射的电磁波,为芯片提供能量。关于RFID标签天线的制作,目前已有多种方法,本文试探讨喷墨印刷这种新兴的天线印制方式。


  喷墨印刷的优势


  RFID标签天线常用的制作方法有:蚀刻法、电镀法和直接印制法(导电油墨印刷法),目前国内外主要以蚀刻法和电镀法为主。


  与蚀刻法和电镀法相比,直接印制法是最近正在兴起和研究的一种天线印制技术,其制作RFID标签天线主要有三方面的优点:


  (1)传统蚀刻法和电镀法工艺复杂,制作时间长;直接印制法制作RFID标签天线更为高效、快速。


  (2)传统蚀刻法和电镀法制作的RFID标签天线要消耗大量的金属材料,成本较高;直接印制法的原材料成本要低一些,这对于降低RFID标签的制作成本有很大的意义。


  (3)传统蚀刻法和印刷报价电镀法的制作过程中会产生大量含金属和化学溶剂的废液,对环境造成较大污染;直接印制法采用导电油墨直接在承印材料上进行印刷,不含侵蚀性物质,较少或不使用有机溶剂,具有绿色环保的优点。


  正是直接印制法具有上述蚀刻法和电镀法无法比拟的优势,使其成为RFID标签天线制作的热点,并逐渐被采用。


  直接印制法的方式有很多种,包括网印、柔印、凹印、喷墨印刷等。目前常用的是网印,但因其印刷速度较慢、生产效率较低、印刷精度不高、墨层厚、成本较高等缺点,已逐渐不能满足天线精细印制的要求。作为一种新兴的印刷方式,喷墨印刷技术具有很大的优势:无需接触、无需压力、无需制版,具有分辨率较高、工艺流程少等特点,可以印刷纸类、塑料类、金属类等多种材料。截至目前,国内外很多专家、学者已通过理论分析及实验验证,证明RFID标签天线可以由导电油墨通过喷墨印刷方式印制,并具有印刷膜层薄、印刷成本低、导电性好、天线图案易控制等特点。


  影响喷墨印刷天线质量的因素


  RFID标签天线的电感和阻抗关系到其工作频段、识读距离、数据交换速度、实现方式等诸多非常关键的特性指标。而RFID标签天线的电感和阻抗与其结构尺寸有很大关系。天线印刷后的结构尺寸误差主要体现在天线的膜层宽度和厚度的制造误差上,从印刷的角度来说,RFID标签天线的电感和阻抗受印刷过程中天线膜层质量的影响较大。


  影响喷墨印刷天线膜层质量的因素有很多,包括喷出墨滴的速度、喷出墨滴的大小、喷墨印刷油墨的性质、喷头控制系统等。下面介绍两个主要因素:喷墨印刷油墨的性质和喷出墨滴的速度。


  1.喷墨印刷油墨的性质


  RFID标签天线要求具有导电性,所以天线印刷所用的油墨要具有导电颗粒,导电油墨就是这样一种特殊的油墨。导电油墨是用于制作RFID标签天线不可缺少的材料,它的好坏将直接影响天线导电性能的优劣。


  喷墨印刷用导电油墨一般以水基或醇基为主,其组分是纳米金属颗粒、溶剂(水或醇类)、表面活性剂、分散稳定剂和其他助剂。制备喷墨印刷用导电油墨,首先需要得到纳米金属乳液。一般是在低浓度下,通过化学还原法制备出纳米金属颗粒,如纳米银、铜等,然后干燥、重新分散,得到高浓度的金属颗粒悬浮液,再调整相关参数制成适合喷墨印刷的导电油墨。


  纳米金属颗粒是导电油墨的主要成分,其浓度的高低非常关键,因为它不仅关系到天线能否表现出良好的导电性能,还关系到导电油墨能否顺利印刷。如果导电油墨中金属颗粒的浓度过高,纳米金属颗粒之间的距离变小,易出现油墨沉积结块现象,在进行喷墨印刷时,不利于导电油墨的顺利喷出,影响印刷质量。


  另外,在印刷时导电油墨要保证适当的流动性。导电油墨的流动性太好,印刷过程中印迹易铺展扩大,线条清晰度下降,细小线条分辨率及膜层厚度均难达到要求;导电油墨的流动性差,则不易转移到承印材料上,印迹会出现空隙、断线及针眼的问题,尤其是细线条的印刷均匀度会严重下降。同时,导电油墨还必须具有良好的触变性。触变性表征的是导电油墨在外力作用下,黏度降低;外力撤除后,黏度迅速恢复的特性。导电油墨印刷后沉积在承印材料上,如果导电油墨的触变性不好,外力撤除后其黏度不能迅速恢复到静置时的状态,那么导电油墨会向周围流溢,印迹边缘不清晰。


  通过喷墨印刷方式将导电油墨印刷在绝缘柔性承印材料上,形成RFID标签天线的图案,但此时纳米金属颗粒间还没有形成连续的导电层,需要处理后方可实现导电性。常用的后处理方式有烘箱加热烧结、压延、脉冲激光处理等。经上述方法处理后,纳米金属颗粒之间相互搭接,实现导通,获得导电性良好的RFID标签天线。


  2.喷出墨滴的速度


  喷出墨滴的速度是影响喷墨印刷天线质量中很重要的一个因素。随着墨滴速度的改变,墨滴到达承印物表面时会出现沉积、飞溅、反弹等不同的现象。在喷墨印刷RFID标签天线时,我们希望墨滴沉积在承印材料表面,而不发生飞溅或者反弹现象,否则便会影响RFID标签天线的性能,不能满足客户的要求。


  喷出墨滴的速度受很多因素的影响,如喷头结构、驱动电压大小、油墨与供墨系统的润湿性等。当然,还有墨滴飞行时外部环境的影响,如环境的温湿度等。只有控制好这些因素,才能得到适合的墨滴速度。


  结语


  随着技术人员的不断努力,喷墨印刷在RFID标签天线印制方面会大放异彩,RFID标签天线的性能也会更上一层楼。相信喷墨印刷将成为RFID标签天线印刷的未来趋势。


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