电子标签（RFID）天线的印制技术

　　电子标签是射频识别（RFID）的俗称，RFID是射频识别技术的英文（RadioFrequencyIdentification）缩写，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到自动识别目的的技术。电子标签（RFID）技术是上世纪90 年代迅速发展起来的物品自动识别技术，当每件产品制造完成时，给它赋予唯一信息的电子标签，使它不管流通到哪里，人们都能够通过识别器（或称读写器）随时获得这件产品的相关信息。电子标签是时下最为先进的非接触感应技术，自从1998 年，美国德州仪器（TI）和荷兰菲利浦公司（Philips ）宣布开发出了一种廉价的非接触感应芯片，到了2000 年，国际标准化组织已把这种非接触感应芯片写入了国际标准ISO15693 中。因独有的特点和优点，现正广泛应用于流通管理、防伪、金融收费、汽车防盗和物品跟踪等各个行业领域。
　　电子标签系统的硬件组成包括电子标签和电子标签读写器两个部分。读写器通过射频信号同电子标签进行通信，系统通过读写器给电子标签发送指令，并通过读写器分析电子标签返回的有关信息；
电子标签是应答器，用来响应读写器的指令，并报告处理结果。电子标签由标签天线和标签芯片两部分组成，如图1 所示。标签天线是读写器和标签芯片之间进行信号和能量传递的中介；标签芯片则根据读写器的指令，做出相应的操作和响应。目前天线的制造技术主要有四种：绕线法、蚀刻法、电镀法和直接印制法。除了绕线法不属于印制技术，而是直接在底基载体上绕上一定的铜线或铝线作为天线，其它三种方法的天线都是由印制技术实现的。

1 电子标签天线的印制技术
电子标签天线制造技术中的蚀刻法、电镀法和直接印制法都属于天线的印制技术。目前国内外主要是以蚀刻法和电镀法为主，直接印制法是最近正在兴起和研究的印制技术。
1.1 蚀刻法
　　蚀刻法也称印制腐蚀法，也称减成法印制。先在一个底基载体（ 如塑料） 上面覆盖一层20mm~25mm 厚的铜或铝，另外制作一张天线阳图的丝网印版，用网印的方法将抗蚀剂印在铜或铝的表面上，保护下面的铜或铝不受腐蚀剂侵蚀，而未被抗蚀剂膜覆盖的铜或铝会被腐蚀剂溶化，露出底基成为天线电路线的间隔线，最后涂上脱膜液去除抗蚀膜，进而制成天线。具体的工艺流程见图2 。

1.2 电镀法
　　电镀法也叫印制电镀法，也称加成法印制。在底基上通过网印的方法涂覆一层薄的（几微米）起催化作用的油墨，呈天线的阳图形状。此种特殊油墨含有金属颗粒，在印制之后，印过的材料再经过电镀过程，铜被镀在材料上，只附着在油墨形成的图形上。电镀过程持续到材料上沉积的铜的量达到一定的厚度使之具有合适的导电性，进而形成天线。具体的工艺流程见图3 。

1.3 直接印制法
　　直接印制法是直接用导电油墨在绝缘基板（薄膜、纸张等）上印制导电线路， 形成天线和电路，具体的工艺流程见图4 。直接印制法制作电子标签跟蚀刻法和电镀法相比主要有三个方面的优点：
（1 ）传统蚀刻法和电镀法制作金属天线，工艺复杂，成品制作时间长，而直接印制法制作天线是利用高速的印制方法，高效快速。如今，直接印制法已开始取代各频率段的蚀刻天线，如超高频段（8 6 0 M H z ~ 9 5 0 M H z ）和微波频段（2 4 5 0 M H z ），同时天线的质量可以与传统工艺制作的天线相比拟；（2 ）传统蚀刻法和电镀法制作的金属天线要消耗金属材料，成本较高，而直接印制法的原材料成本要低于传统的金属天线，这对于降低电子标签的制作成本有很大的意义；（3 ）传统蚀刻或电镀工艺的制作过程产生大量含金属和化学物质的废液，对环境造成较大的污染，直接印制法采用导电油墨直接在底基上进行印制，不含侵蚀性材料，化学试剂的使用较少或没有，具有“绿色”环保的优点。
　　所以，直接印制法是值得推广和发展的电子标签印制工艺，但在这种工艺中，要注意导电油墨的应用和具体的印制方式，导电油墨主要以碳浆和银浆为主，具体的印制方式目前是以丝网印制为主，同时正在向柔印、凹印和胶印等其它印制方式发展。

1.3.1 导电油墨
导电油墨是一种特种油墨，主要是由导电填料（包括金属粉末、金属氧化物、非金属和其它复合粉末）、连接剂（主要有合成树脂、光敏树脂、低熔点有机玻璃等）、添加剂（主要有分散剂、调节剂、增稠剂、增塑剂、润滑剂、抑制剂等）、溶剂（主要有芳烃、醇、酮、酯、醇醚等）等组成。同时，该油墨又是一种功能性油墨，在印制中主要有碳浆、银浆等导电油墨。碳浆油墨是一液型热固型油墨，成膜固化后具有传导电流的作用，具有良好的导电性和较低的阻抗力，而且它不易氧化，性能稳定，耐酸、碱和化学溶剂的侵蚀，具有耐磨性强、抗磨损、抗热冲击性好等特点。银浆油墨是由超细银粉和热塑性树脂为主体组成的油墨，在P E T 、P T 、P V C 片材上均可使用，有极强的附着力和遮盖力，可低温固化，具有可控导电性和很低的电阻值。另外，可将具有导电性的纳米级碳墨加入油墨制成导电油墨，也可将导电油墨中金属粉（如银粉）制成纳米级银粉来制造导电油墨，这种导电油墨不仅印制的膜层薄均匀光滑、性能优良，而且还可大量节省材料。碳浆的颜色呈黑色，吸收阅读器的电磁波比较多，使反射的信息变少，在这一点上不如银浆，但碳浆的价格远比银浆便宜。因此在导电油墨的使用上我们应根据实际情况来选择和配制导电油墨。
2.3.2 丝网印制
丝网印制方式在集成电路板、薄膜开关等方面的印制质量是其它印制方法所无法比拟的，所以，目前在电子标签的直接印制工艺中，还是以丝网印制方式为主。目前瑞士的一家轮转网版印制设备公司已经为电子标签天线直接印制制造了一条专用的生产线。
所用的丝网最好用镍箔穿孔网，这样有利于导电油墨的彻底转移。镍箔穿孔网是一种高技术丝网，不是由一般的金属或尼龙等丝线编织成的丝网，是由镍箔钻孔而成的箔网，网孔呈六角形，也可用电解成形法制成圆孔形。这种丝网的整个网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性，常用于印制导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品，效果较好。印制精度上，这种丝网能分辨0.1mm 的电路线间隔，它的定位精度可达0.01mm。
制版方式最好采用间接感光制版法，即先在一涤纶片基的感光膜上采用天线的阳图底片曝光成像，然后把像转贴到丝网上，而不是直接在丝网上涂布感光胶后曝光成像。间接感光制版法在图像分辨力和印制精度上都比其它的网版制版方法好，有利于印制出精细的电路线条。导电油墨选用溶剂型的油墨更佳，同时要创造优良的油墨干燥条件（如：减小烘箱内的风速，加热温度在140 ℃，加热时间在30s 到120s 之间），有利于印制线圈图形轮廓的精确成形。
丝网印制方式又有平台丝网印制和轮转丝网印制之分。平台丝网印制的速度慢，因而平台丝网印制通常只用于印制样品和印数很小的活件；轮转丝网印制的速度快，约为80 英尺/min~200 英尺/min
（25m/min~60 m/min），是大量生产卷对卷RFID 天线的极好技术。在表1 中对平台丝网印制与轮转丝网印制的特点作了简单的比较。

2.3.3 其它直接印制方式
国内外在直接印制电子标签天线时，最常用的工艺是丝网印制。但丝网印制天线也有不足之处，如电子标签天线的印制厚度一般为0.01mm~0.04mm，这就要求丝网印制机必须能印出足够细的细线，并且，相邻的两根细线之间的间隙越小越好，这样可以确保电子标签做得小巧，然而，在通常的网印机上，把间隙做得很小是非常困难的。此外，为了确保天线的导电性能，印制电子标签时也要求网印机的印制厚度均匀一致， 如果在印制天线时出现一些微小的裂缝或凹陷，都会影响到天线的导电性能。天线印制过程中对环境的要求很高， 如果在印制过程中环境里存在粉尘的话， 也将影响到导线之间的导电性能。所以，目前国内外已在研究其它的天线直接印制方式，如：柔印、凹印和胶印等印制方式。
UHF天线一般比HF天线薄，因而，其它印制方法比网版印制更适合印制U H F 天线。比如，柔印和凹印比网印的墨层薄得多，但对于UHF 天线足够了，这两种印制方法一般用于印量大的活件，因
为柔印和轮转凹印的印制速度为100 英尺/min~500 英尺/min（30m/min~150m/min）。UHF 天线的印数决定最适合的印制方式。一般来说，与使用轮转网印的单通道相比，使用柔印和凹印印制HF 天线需要两个通道。由于双通道生产可能涉及套准问题，所以轮转网印就成为制作所有尺寸的HF 天线的主要方法，同时它也用于印制少至中等印数的UHF 天线。柔印、凹印和网印三种天线印制方式的特点见表2 。

德国斯图加特媒介大学在研究凹印方式进行直接印制RFID 标签的试验中，得到以下有益的结论：最好的制版方式是使用金刚石的电子雕刻方法，分辨率选在5080dpi，这时几乎没有锯齿边，并且能
精确地传送需要的单元，前端制版所需的图像文件格式使用位图格式，这样图形信息不易损失；对于网点的结构，需要选用一种特殊的有别于传统网穴的开放型网穴，如果使用传统的网穴，那么网穴间
的网墙将会把导电油墨分割开，不能形成连贯的通路，开放型的网穴既保留网墙又能轻松地解决网墙分割油墨问题。
德国开姆尼茨工业大学印制和媒体技术研究所目前正在进行聚合物电子印制的项目研究，目的是研制一种适合于工业化生产的聚合物电子产品的新型印制方法，这种研究思想就是利用现有的胶印机将
导电油墨叠印在宽幅的卷筒材料上。根据研究所介绍，用一台高效率印制机在40min 内可以生产出传统电子标签厂1 年的产量，并且制作价格也降到每枚1 欧分以下。RFID 电子标签的发展将有力地促进着未来印制技术的革新， 因为RFID 电子标签是一种微结构的印制技术， 而通常的胶印机并不适合这种微结构的印制， 但是为了能够让导电油墨均匀而极薄地涂布在很薄的基材上，在此必须要解决两个问题：（1 ）导电油墨的研发；（2 ）印制设备提供商能够提供出印制RFID 电子标签的理想解决方案，

例如：采用混合印制技术。
3 结语
电子标签是射频识别技术（RadioFrequency Identification）的俗称，具备数据密度高、传输速度快、传输距离远、无方向性、保密性强、可靠性高、使用寿命长、可适用于各种外部自然环境等优点，已广泛应用于社会的许多领域。目前电子标签天线的制作工艺主要以蚀刻法和电镀法为主，但这些传统的印制工艺存在高昂的制造成本、复杂的生产制造过程和严重的环境污染，这些成为制约其发展的因素。而目前正在研究和兴起的用导电油墨直接印制天线的技术相对于传统工艺来说具有工艺简单、成本大大降低和环境污染减少的优点，将是未来电子标签天线制作工艺的发展主流。