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RFID天线印刷过程中要注意什么?

1、丝网印刷RFID天线需求


RFID是一种非接触式的自动识别技 术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。其可在各种恶劣的环境中工作,且无需人工干预。RFID标签的系统主要由三部分组成,即标签、阅读器和 天线。其中天线的制造与印刷有着越发“亲近”的关系——由于传统制造技术铜导线绕制工艺的成本较高、速度慢,而金属箔蚀刻工艺存在精度低、污染环境、防水 耐折性差的弊病,故采用印刷的方式直接印制RFID标签天线是近年来行业内普遍使用的一种方式。


实则,柔版印刷、凹版印刷、喷墨印刷以及丝网印刷都可以完成对RFID标签天线的 印制工作,但从诸多方面考虑,似乎丝网印刷要优于其他几种印刷工艺,尤其墨层厚度这一因素,让丝网印刷占据了绝对的优势。在实际印制过程中,一般要求墨层 厚度要达到20μm以上,这对于墨层厚度可以达到300μm的丝网印刷而言自然没有太大困难,但对于其他印刷方式,则需要依靠多次反复印刷以达到期望厚度,这必然会对印刷精度又提出更高的要求。所以,认为丝网印刷是最适合印制RFID标签天线的印刷工艺。


2、非传统丝印的非传统法则




虽然丝网印刷是最适于印制RFID标签天线的印刷工艺,但由于RFID标签天线印制过程中采用的是导电油墨,所以在某些方面还有别于传统的丝网印刷,在印刷过程中需要对以下问题特别注意。



2.1. 天线结构的确定


天线在RFID标签的整个工作过程中主要起到接收及发送信号的作用,包括低频、高频、超高频和微波4个工作频段。根据频段的不同,RFID标签的天线可以分为线圈型、微带贴片型和偶极子型3种基本形式。

小于1米的近距离应用系统的RFID标签天线一般采用工艺简单、成本较低的线圈型的天线结构,其工作频段主要位于低频和高频。线圈型天线可以采用不同的构成方式——既可以是圆形环,也可以是矩形环;基板可以采用不同的材料——既可以是柔性基材,也可以是硬质基材。

1米以上的远距离应用系统的RFID标签天线需要采用的是微带贴片或偶极子型的天线结构,其主要工作于超高频以及微波频段,典型的工作距离为1~10米。


2.2 印刷方式的确定


丝网印刷方式一般分为接触式和非接触式两种。接触式印刷过程中,基板与丝网直接接触,刮板在丝网上移动进行印刷,其优点在于不会使丝网倾斜和变形。非接 触式印刷过程中,丝网与基板之间有一固定的距离,刮板推动浆料流经丝网时,使丝网倾斜,并与基板接触印出图形。由于印刷后丝网可即刻反弹,故不会将印刷图 案蹭模糊。在采用接触式印制RFID标签天线时,由于导电油墨的性能所致,极容易发生蹭脏现象,对精细印刷产生不良影响。所以为了得到良好的印刷质量,在 实际操作中,多采用非接触式印刷作为RFID标签天线的印刷方式。


3.3 导电油墨的选择




导电油墨的导电性能会被导电材料种类、粒子大小、形状、填充量、分散状态、黏合剂种类以及固化时间等诸多因素影响。不同变量之间的搭配亦会对导电性能产生 不同的影响。鉴于RFID标签天线对导电性要求极高,故首选即为银系导电油墨。油墨用银粉主要分微米级和纳米级2类,而常用的微米级银粉包括片状和球形2 种。为了使银粉在连接料之间有较好的接触,一般选用片状银粉做主要填料,纳米银粉辅助。


在印刷过程中,可能会遇到由于烘干不完全、印刷厚度薄而引起的油墨电阻增大现象。此外,倘若印前油墨搅拌不够彻底,由于银的比重大,容易沉积到底部,故而会导致油墨上层银含量低,增大电阻,下层银含量高,附着力降低等问题。这些都应该引起足够的重视。


3、需要特别注意的问题


在确定了印刷方式、天线结构等基本因素后,印刷的过程也并非是一帆风顺的。采用丝网印刷印制RFID标签天线的过程中,会出现些许难以避免的问题,特举例提示,以供读者借鉴。


1. 漏墨不匀


在用丝网印刷方式印制RFID标签天线的 过程中,经常会遇见这种情况:局部导电性良好,整体导电性差或者无明显导电性,用放大镜观察时会发现有断断续续的线路,即承印物表面局部没有油墨,也就是 我们常说的漏墨不匀。造成这种现象的原因有很多,诸如丝网目数选择得过高,就会导致油墨通透性差,目数过低则会导致线条精度下降,影响精细印刷品的质量, 所以一般选择丝网目数在200~300目;刮板压印力不够或者受力不均匀也会导致漏墨不匀,应调整丝印刮板力度;油墨黏度问题也是导致漏墨不匀的原因之 一,黏度过高,油墨渗透力低,不能均匀地转移到承印物上,过低则会导致糊版。


2. 静电放电


静电放电简称ESD(Electro Static Discharge),是电子制造业的巨大隐患,严重影响产业的发展。固体、液体和气体中的任意两种相摩擦都会产生静电。在印刷时,刮墨刀的速度、压力、 油墨量、网距、基材的剥离速度都会产生静电,机器本身的运作也会产生静电。静电产生后会吸附灰尘,使材料表面蹭脏或网版堵网,造成印刷缺陷;静电也会引起 拉丝或飞毛现象,对精细薄膜线路产生较大的影响;过高的静电电压则有可能击穿空气,进而产生火花,引起火灾。

静电危害如此之大,鉴于其不可见性、随机性、潜在性和复杂性等特点,对ESD现象要以预防为主,可以通过以下两种措施进行防护。

①泄放法。通过有效接地,将产生的静电直接泄放到大地,从而消除静电。

②中和法。通过释放不同极性的静电,中和掉标签基材和机器上的静电。


3. 银粉迁移


在日常工作中,往往会出现这样一种现象:产品在出厂检查时性能良好,各项参数指标完全合格,但用户在使用一段时间后却发现某些产品电阻增大,甚至出现短 路自通现象。究其原因,就是银的迁移在作祟。银迁移问题也是影响银浆油墨应用范围扩大的最大一个症结。当然,目前还不存在完全不发生银迁移的银浆,但我们 可以通过对银粉进行适当处理在一定程度上抑制银的迁移。由于银粉对浆料的排胶性具有催化剂的作用,所以可以使用粒度为0.1~0.2μm、平均表面积为 2m2/g的超细片状银粉。采用气流喷雾法制备的Ag-Pd导电浆料,即使在200℃和潮湿条件下,导电性能也比较稳定,很少出现由于银迁移造成的短路现象。



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