RFID標簽的印刷

時間：2013-06-28 14:52:22 來源：上海印刷
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        RFID（Radio Frequency Identification）即無線射頻識別系統，也稱為無線IC標簽、電子標簽、感應式電子芯片、感應卡、非接觸卡等。它是一種透過無線電波來達到非接觸的資料存取的技術，可透過無線通訊結合資料存取技術，連結背后的資料庫系統，形成一個龐大且串連在一起的系統。其系統的基本組件包括RFID電子標簽、RFID讀寫器和天線。其中天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。
　 　 RFID系統的工作流程
 
　 　 閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線的工作區(qū)域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內的內置天線發(fā)送出去：系統接收天線接收到的從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然后送到后臺主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。 
 
　 　 RFID電子標簽的制作工藝
 
　 　 電子標簽的外觀看似簡單，其實設計以及調試還是比較煩瑣，目前還不能形成一步到位的設計，特別是標簽天線的設計以及配合芯片后的進一步性能優(yōu)化，必須經過反復多次的調整；生產過程也比較繁多，各工藝環(huán)節(jié)也必須嚴格控制，才能使成品標簽滿足設計要求和客戶使用需要。那么如何使用現有設備制作RFID標簽呢？下面介紹幾種方法：
　　1．濕式嵌入法
　　在這個工作流程中，先在標簽面材上印刷圖像，然后剝離標簽底紙。通過標簽面材背面的膠黏劑。濕式內嵌(由于內嵌上涂布有膠黏劑，并使用剝離底紙，所以被稱為濕式內嵌)可以被固定在標簽面材的背面。然后再把標簽面材與底紙層合。經過模切、收卷、排廢，完成RFID標簽的加工。
　　2．干式嵌入法
　　干式嵌入法需要很精確的嵌入系統。在此工作流程中，標簽圖像先印刷到標簽面材上。然后將標簽底紙剝離。利用一個伺服驅動的裁切輥。把干式內嵌(由于內嵌上沒有涂布膠黏劑。不使用底紙，所以被稱為干式內嵌)裁切為單個的嵌體。然后通過標簽面材背面的膠黏劑，將其固定在標簽面材的背面。最后，帶有內嵌的標簽面材與經過二次涂布熱熔膠的標簽底紙層壓，經過模切、收卷、排廢，完成RFID標簽的加工。在標簽面材與標簽底紙層壓時，膠黏劑就已經冷卻。
　　3．簽帶粘貼法
　　制作超高頻RFID標簽，一般使用簽帶粘貼法，該方法可以直接把導電油墨印刷在標簽面材的背面，但還有兩種不同的形式。
　　(1) 沒有涂布膠黏劑的標簽面材作為主要的卷筒材料
　　在簽帶粘貼過程中，需要用導電油墨在標簽面材的背面印刷天線。但是導電油墨很難在標簽的膠黏劑層上印刷。解決方法就是標簽面材與標簽底紙單獨放卷。此時，標簽面材上還沒有膠黏劑，可以順利印刷導電油墨。然后使用噴膠頭向標簽面材的背面噴涂導電膠黏劑。同時，用膠帶粘貼的簽帶被由伺服電機控制的簽帶裁切輥切割成單獨的個體，然后借助層壓輥將其粘貼到背面涂布導電膠黏劑的標簽面材上。緊接著，標簽面材通過一條熱風干燥烘道，對之前涂布的導電膠黏劑進行干燥。此時，一個寬幅的連續(xù)熱熔膠涂布噴頭對單獨放卷的底紙噴涂膠黏劑，然后底紙與標簽面材進行層合，經過模切、收卷排廢。完成RFID標簽的加工。
 
　　(2) 不干膠材料作為主要卷筒材料
　　此工藝是先將標簽圖像印刷在不干膠標簽面材上，然后底紙剝離。此時，標簽面材的背面由于有膠黏劑層，不利于導電油墨的印刷。所以先在膠黏劑層上局部涂布一層底漆并進行干燥，然后再用導電油墨印刷天線并進行干燥。此時，使用噴膠頭向標簽面材的背面噴涂導電膠黏劑，以便黏結簽帶。同時，用膠帶粘貼的簽帶被由伺服電機控制的裁切輥裁切成單獨的個體，然后粘貼到背面涂布導電膠黏劑的標簽面材上。緊接著，標簽面材通過一條熱風干燥烘道，對之前涂布的導電膠黏劑進行干燥。而被剝離的標簽底紙經過熱熔膠涂布，再次與標簽面材層合，最后經過模切，收卷，排廢后，完成RFID標簽的加工。
 
　 　 RFID電子標簽的生產工藝案例
　 　 以中山市達華智能科技有限公司為例，典型電子標簽生產工藝流程框圖，它包括以下三個主要部分：　　
　 　 1) 各種原材料 → 復合成天線基材 → 天線設計圖＋蝕刻 → 天線制成品；
　 　 2) 天線制成品 → 放置IC芯片 → 焊接芯片 → 層間包裝 → 測試計數 → 芯料制成品；
　 　 3) 芯料制成品＋圖案設計＋制板＋印刷＋雙面膠 → 復合模切 → 測試計數等 → 最終得到電子標簽成品。
 
　 　 RFID電子標簽靜電的產生與消除
　 　 現在市場上的RFID電子標簽的質量參差不齊，有許多買回來不能用，拆開一看原來是電路壞了。其實，這種情況在RFID電子標簽的生產中經常發(fā)生，主要原因是標簽的電路在印刷過程中被靜電燒毀了。
　　1、靜電的產生
　　在RFID標簽的印刷過程中，靜電是經常出現的。印刷時，一般靜電最先從送紙輥產生，然后經過其他一系列棍子和設備，使得靜電越積越多，最終達到擊穿標簽電路的電壓。而一般在標簽印刷中，靜電的產生有兩種方式：一是擠壓和摩擦起電；二是接觸和分離起電。
　　1) 接觸和分離起電
　　兩種不同材料的固體在短時間內接觸、分離時，很容易發(fā)生電子的轉移。這樣，失去電子的帶正電，得到電子的帶負電。這時在兩種材料之間就產生一個接觸電勢差。在標簽印刷時，承印材料先從卷簡上進入印刷機的輸紙部分，在印刷機運轉時，承印材料與設備在不停地接觸、分離，這時就產生了靜電。然后承印材料被叼牙叼住，迅速地環(huán)繞滾筒表面印刷，之后又從壓印滾筒剝離。承印物與壓印滾筒的接觸距離驟然增大，使得原來的電勢差瞬間增大幾十倍，從而堆積大量的靜電荷。一般，在標簽印刷機中，靜電的最高電勢差能達到5000V～1O000V。平常的物體對500V的電壓就很敏感，而RFID電子標簽的電路本來就比較精密，所以在靜電的作用下很容易被燒毀。
　　2) 擠壓和摩擦起電
　　大家知道，在印刷機上，標簽承印材料通過吸紙嘴隨著滾筒旋轉，印版與版臺做往復運動，依靠滾筒與印版的接觸壓力完成圖文的轉移。承印物同時受到印版和滾筒的強力擠壓。在高速運轉的狀態(tài)下，印版、紙張、滾筒、油墨等相互間劇烈摩擦，就產生了靜電。
　　2、靜電的消除
　　在防止RFID電子標簽印刷中的靜電問題上，一般可以采用以下的幾種方法去除RFID標簽印刷中的靜電。
　　1) 安裝一個主動型靜電排除器，通過高壓放電消除承印物表面上的靜電荷。這是一種最有效的方法。但不能安裝如繩子之類的被動型靜電排除器，這樣做一定程度上會降低靜電電壓，但是電壓可能通過承印物流向地面，這時反而很容易將RFID電路燒毀。
　　2) 在印刷車間安裝恒溫、恒濕裝置。這樣做能保持車間的溫度、濕度平衡，溫度低、濕度大的環(huán)境下，靜電不易產生，這只是一種輔助的方法。
　　3) 提高RFID電路的抗電擊性能，這一步要在印刷線路時考慮進去。
 
　 　 RFID電子標簽的印刷方式 
　 　 RFID的印刷與傳統標簽的印刷有著很大的區(qū)別。從RFID的定義上來看，智能是指由芯片、天線等組成的射頻電路；而標簽是由標簽印刷工藝使射頻電路具有商業(yè)化的外衣。從印刷的角度來看，RFID的出現會給傳統標簽印刷帶來更高的含金量。RFID的芯片層可以用紙、PE、PET甚至紡織品等材料封裝并進行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標或其他類型的標簽，芯片是RFID的關鍵，由其特殊的結構決定，不能承受印刷機的壓力，所以，除噴墨印刷外，一般是采用先印刷面層，再與芯片層復合、模切的工藝。而天線則有蝕刻法、線圈繞制法和印刷天線三種制作技術。其中，RFID導電油墨印刷天線為近年來發(fā)展的一種新技術。
 
　　1)天線的印刷方式
　　印刷天線是直接用導電油墨在絕緣基板上印刷導電線路，形成天線和電路，又叫添加法制作技術。主要的印刷方法已從只用絲網印刷擴展到膠印、柔性版印刷、凹印等制作方法，較為成熟的制作工藝為網印與凹印技術。印刷技術的進步及其進一步應用于RFID天線的制作使RFID標簽的生產成本降低，從而促進了RFID電子標簽的應用。
 
　　2) 絲網印刷RFID標簽
　　RFID印刷主要是以網版印刷為首選，在智能標簽印刷中，要使用導電油墨，而印刷導電油墨較好的絲網是鎳箔穿孔網。它是一種高技術絲網，而不是由一般的金屬或尼龍等絲線編織成的絲網，是由鎳箔鉆孔而成的箔網，網孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個網面平整勻薄，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、晶片及集成電路等高技術產品，效果較好，能分辨0.1mm的電路線間隔、定位精度可達0.01mm。還可以選擇61～100T/mm絲網制溶劑印版印刷，印刷導電油墨后在60℃下烘干。
 
絲網印刷RFID的優(yōu)勢
 
　　3) 膠版印刷RFID標簽
膠印是應用最為普遍的方法。其承印材料廣泛，速度快，效率高。膠印應用于線圈印刷有著效率、精度及分辨率的優(yōu)勢，但是膠印墨膜厚度較小，不符合線路印刷的要求。當然這一點可以通過反復印刷多次來完成，但是這對于精細線路的套準控制又提出了新的挑戰(zhàn)，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。
 
　　4) 柔版印刷RFID標簽
柔版印刷是一種直接印刷的方式，用1～5mm厚的柔性感光樹脂制版，采用卷筒紙印刷，速度快，效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之間，可采用水基油墨，溶劑型油墨及UV固化油墨。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6～8μm，適合于天線印刷的要求。
 
    隨著薄版技術的發(fā)展，柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不斷提高。其不足之處在于：印跡的邊緣部分有印紋出現，這是由印刷過程的壓力使印版變形所致。印紋的出現使得線路邊緣印跡不規(guī)則，會影響到油墨附著的精度及線路的阻抗性，容易生產出廢品。
 
　　5) 凹版印刷RFID標簽
　　凹版印刷耐印力大，承印材料廣泛。油墨粘度約為10～50mPa.s，主要用溶劑型油墨。分辨率與網紋穴的雕刻有關，采用激光雕刻，可達1000L/cm，墨膜厚度在8～12μm之間。但是由于其印刷壓力太大，在RFID的天線印刷中存在困難。
 
　　6) 噴墨印刷RFID標簽
　　噴墨印刷是近年來發(fā)展最快的一種印刷方式，其多功能性是其他印刷方式無法相比的。這種無壓力的方式可將計算機中的數字信息直接噴涂到任何形狀的材料上。其油墨系統較為復雜，使用的油墨可以是水基的，熱熔型的，或是UV固化型的，其粘度在10mPa.s左右。但是噴墨印刷存在著噴墨位置的偏差，影響印刷質量的小墨滴會出現在空白部分，產生邊緣效應。  
 
　　7) 綜合印刷RFID標簽方式
利用印刷技術與鍍金相結合的方式生產無線標簽（RFID標簽）天線圖案。不使用蝕刻，也就是說可以避免將材料切掉，因此能以更低的成本生產無線標簽天線。
無線標簽天線的制造工序如下：
      1）首先使用水溶性特殊墨水，利用印刷技術或噴墨技術，在采用PET等方法形成了天線圖案的柔性底板上繪制出天線圖案；
      2）然后將柔性底板放入鍍液中鍍銅。經過上述處理后，就能在利用特殊墨水繪制的布線圖案上形成銅膜。這里使用的特殊墨水是指將兩種金屬形成粒徑數十納米的微粒后溶于水而制成的溶液；
　 　 這種方式沒有對銅箔進行蝕刻、即“減法”工序，只是將材料置于底板上，因此通常稱為“加法”方式。而且銅布線本身是利用電鍍技術形成的，不需熱處理等高溫燒結。因此可使用低耐熱性的柔性底板材料。天線兩端之間的電阻不足0.4Ω。盡管從塊狀銅來說，非常大，但作為無線標簽天線完全沒有問題。對于布線的加工精度，在開始的工序中就使用印刷技術，將能夠實現80μm的布線間隔。但噴墨技術有飛沫產生，因此精度略有下降，布線間隔稍寬一點。
　 　 RFID的印刷既是標簽印刷的范疇,也屬于線路印刷的一種。生產過程對印刷要求比較嚴格,印刷位置要精確，嚴格的油墨附著量,如對導電漿料膜的厚度和導電微粒的數量都有嚴格控制，并且要考慮印刷分辨率的大小。選擇印刷工藝可從印刷量的大小,承印材料的表面性能,油墨或印料的附著性質,成本,工藝過程的特點等方面綜合考慮。對于印刷領域來說，可利用印刷技術生產RFID的天線，這給印刷業(yè)帶來新的發(fā)展契機。
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