随着RFID(Radio Frequency Idenficaon)技术越来越成熟RFID标签价格逐渐下降,RFID标签很可能取代传统的一维条形码和二维码。如果二维码是一维码标签的延伸,那么RFID它的诞生可以称为标签行业的革命。
丝网印刷正中RFID天线需求
RFID通过射频信号自动识别目标对象,获取相关数据,是一种非接触式自动识别技术。它可以在不需要人工干预的恶劣环境中工作。RFID标签系统主要由标签、阅读器和天线三部分组成。其中,天线的制造和印刷越来越多“亲近”的关系——由于传统制造工艺铜线绕组工艺成本高、速度慢,金属箔蚀刻工艺精度低、环境污染、防水抗折性差,直接印刷RFID标签天线是近年来业内广泛使用的一种方式。
事实上,印刷、凹版印刷、喷墨印刷、丝网印刷都可以完成RFID标签天线的印刷工作,但从许多方面来看,丝网印刷似乎优于其他印刷工艺,特别是墨层厚度,使丝网印刷占据绝对优势。在实际印刷过程中,墨层厚度一般要求达到20μm以上墨层厚度可达300μm丝网印刷并不难,但对于其他印刷方法,需要多次重复印刷以达到预期的厚度,这必然会对印刷精度提出更高的要求。因此,笔者认为丝网印刷最适合印刷RFID标签天线的印刷工艺。
非传统丝印非传统规则
虽然丝网印刷最适合印刷RFID但由于标签天线的印刷工艺,RFID导电墨用于标签天线印刷,因此在某些方面与传统的丝网印刷不同,在印刷过程中需要特别注意以下问题。
1. 确定天线结构
天线在RFID标签主要用于接收和发送信号,包括低频、高频、超高频和微波。根据频段的不同,RFID标签天线可分为三种基本形式:线圈型、微带贴片型和偶极子型。
小于1米的近距离应用系统RFID标签天线一般采用工艺简单、成本低的线圈天线结构,其工作频段主要位于低频和高频。线圈天线可以采用不同的组成方法——它可以是圆环或矩形环;基板可以使用不同的材料——它既可以是柔性基材,也可以是硬基材。
远距离应用系统超过1米RFID标签天线采用微带贴片或偶极子天线结构,主要工作在超高频和微波频段,典型工作距离为1~10米。
2. 确定印刷方法
丝网印刷一般分为接触式和非接触式。在接触式印刷过程中,基板与丝网直接接触,刮板在丝网上移动印刷,其优点是不会使丝网倾斜变形。在非接触式印刷过程中,丝网与基板之间有固定的距离。刮板推动浆液流经丝网时,使丝网倾斜,并与基板接触并打印图形。由于丝网在印刷后可以立即反弹,印刷图案不会模糊。采用接触式印刷RFID标签天线时,由于导电油墨的性能,很容易蹭脏,对精细印刷有不良影响。因此,为了获得良好的印刷质量,在实际操作中,多采用非接触式印刷作为RFID印刷标签天线。
3. 导电油墨的选择
导电油墨的导电性能受导电材料类型、粒径、形状、填充量、分散状态、粘合剂类型、固化时间等因素的影响。不同变量之间的搭配也会对导电性产生不同的影响。鉴于RFID标签天线对导电性要求很高,所以银系导电墨是首选。油墨银粉主要分为微米级和纳米级,常用的微米级银粉包括片状和球形。为使银粉与连接料有良好的接触,一般选用片状银粉作为主填料,纳米银粉辅助。
在印刷过程中,油墨电阻可能会因干燥不完全和印刷厚度薄而增加。另外,如果印刷前油墨搅拌不彻底,由于银的比例大,容易沉积到底部,会导致上银含量低、电阻增大、下银含量高、附着力降低等问题。这些都应该引起足够的重视。
需要特别注意的问题
在确定了印刷方法、天线结构等基本因素后,印刷过程并非一帆风顺。丝网印刷印刷RFID在标签天线的过程中,会出现一些不可避免的问题,特例提示,供读者参考。
1. 漏墨不匀
用丝网印刷印刷RFID在标签天线的过程中,我们经常会遇到这样的情况:局部导电性好,整体导电性差或导电性不明显。当我们用放大镜观察时,我们会发现断断续续的线路,即轴承表面没有油墨,这通常被称为不均匀的漏墨。造成这种现象的原因有很多,如丝网目数选择过高,会导致油墨渗透性差,目数过低会导致线条精度下降,影响精细印刷质量,一般选择200~300目;刮板压力不足或力不均匀也会导致油墨泄漏不均匀,应调整丝网刮板强度;油墨粘度问题也是油墨泄漏不均匀的原因之一,粘度过高,油墨渗透性低,不能均匀地转移到承印物上,过低会导致糊版。
2. 静电放电
静电放电简称ESD(Electro Stac Discharge),严重影响电子制造业发展的是电子制造业的巨大隐患。固体、液体和气体之间的任何摩擦都会产生静电。印刷时,刮墨刀的速度、压力、油墨量、网距、基材剥离速度生静电,机器本身的运行也会产生静电。静电产生后,会吸收灰尘,使材料表面脏或网络堵塞,造成印刷缺陷;静电也会引起拉丝或飞毛现象,对精细影响较大;静电电压过高可能会穿透空气,产生火花和火灾。
鉴于其不可见性、随机性、潜在性和复杂性,静电危害如此之大ESD以预防为主,可采取以下两种措施进行保护。
①排放法。产生的静电通过有效接地直接排放到地面上,从而消除静电。
②中和法。通过释放不同极性的静电,中和标签基材和机器上的静电。
3. 银粉迁移
在日常工作中,经常会出现这样的现象:产品性能良好,参数指标完全合格,但用户发现部分产品电阻增加,甚至短路自通。原因是银的迁移在作祟。银迁移问题也是影响银浆油墨应用范围扩大的最大症结。当然,没有银迁移的银浆,但我们可以在一定程度上抑制银迁移。由于银粉对浆料的排胶性有催化剂的作用,可使用粒度为0.1~0.2μm、平均表面积为2m2/g超细片状银粉。采用气流喷雾法制备的气流喷雾法Ag-Pd即使在2000年,导电浆也是导电浆℃在潮湿条件下,导电性相对稳定,银迁移引起的短路很少。