RFID印刷天線技術(shù)及應(yīng)用價值

　　RFID(Radio Frequency Identification)射頻識別技術(shù)如今已成為各國關(guān)注的焦點，其系統(tǒng)的基本組件包括RFID電子標(biāo)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。在RFID系統(tǒng)中，天線分為標(biāo)簽天線和讀寫器天線兩種。標(biāo)簽天線的目標(biāo)是傳輸最大的能量進出標(biāo)簽芯片：發(fā)射時，把高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波;接收時，把電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流。

　　RFID天線有多種制作工藝，本文將對RFID天線的制作技術(shù)進行總結(jié)與分析，重點對RFID天線的最新的制作方法——RFID印刷天線及相關(guān)技術(shù)進行闡述，并展望其前景。

　　三種RFID天線制作技術(shù)

　　RFID天線制作技術(shù)主要有蝕刻法、線圈繞制法和印刷天線三種。其中，RFID導(dǎo)電油墨印刷天線為近年來發(fā)展的一種新技術(shù)。

　　以上RFID標(biāo)簽天線的制作方法分別適用于不同頻率的RFID電子標(biāo)簽產(chǎn)品。低頻RFID電子標(biāo)簽天線基本是繞線方式制作而成，高頻RFID電子標(biāo)簽天線利用以上三種方式均可實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅，UHF RFID電子標(biāo)簽天線則以印刷天線為主。

　　蝕刻法也稱為減法制作技術(shù)。其制作流程如下(以銅質(zhì)天線為例)：首先在一個塑料薄膜上層壓一個平面銅箔片;然后在銅箔片上涂覆光敏膠，干燥后通過一個正片(具有所需形狀的圖案)對其進行光照;放入化學(xué)顯影液中，此時感光膠的光照部分被洗掉，露出銅;最后放入蝕刻池，所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉，從而得到所需形狀的銅線圈。

　　蝕刻印制天線因為其精度高，特性能夠與讀寫機的詢問信號相匹配，同時在天線的阻抗、應(yīng)用到物品上的射頻性能等都很好，但是它惟一的缺點就是成本太高。

　　利用線圈繞制法制作RFID標(biāo)簽時，要在一個繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈并進行固定，此時要求天線線圈的匝數(shù)較多(典型匝數(shù)50-l500匝)。這種方法用于頻率范圍在125-134 KHz 的RFID標(biāo)簽，其缺點是成本高，生產(chǎn)速度慢。

　　印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板(薄膜)上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路，又叫添加法制作技術(shù)。主要的印刷方法已從只用絲網(wǎng)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(wǎng)印與凹印技術(shù)。印刷技術(shù)的進步及其進一步應(yīng)用于RFID天線的制作使RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)成本降低，從而促進了RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用。

　　印刷天線本身與蝕刻天線、繞制天線相比，具有以下獨特之處：

　　1、印刷天線制造可更加精確地調(diào)整電性能參數(shù)，將卡片使用性能最佳化。

　　RFID標(biāo)簽的主要技術(shù)參數(shù)有：諧振頻率、Q值和阻抗。為了達到最優(yōu)性能，所有RFID標(biāo)簽制造技術(shù)都可以采用改變天線匝數(shù)、天線尺寸大小和線徑粗細的方法來獲得。印刷天線技術(shù)還可以通過局部改變線的寬度，改變晶片層的厚度等精確調(diào)整到所需的目標(biāo)值。

　　2、印刷天線制造可以任意改變線圈形狀，以適應(yīng)用戶表面加工要求。

　　針對RFID卡片的多用途使用，以及各種個性化的要求越來越多，印刷天線可按要求方便地改變成任何形狀，如不同曲率、角度的物體表面，以滿足客戶要求，而不降低任何使用性能。

　　3、印刷天線可使用各種不同卡基體材料。

　　印刷式天線可按用戶要求使用不同卡體材料，除PVC(聚氯乙烯)外，還可使用PET-G(共聚酯)、PET(聚酯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PC(聚碳酸脂)和紙基材料等。如果采用繞線技術(shù)，就很難用PC等材料生產(chǎn)出適應(yīng)惡劣環(huán)境條件的RFID標(biāo)簽。

　　4、印刷天線制造適合于各種不同廠家提供的晶片模塊。

　　隨著RFID標(biāo)簽的廣泛使用，越來越多的IC晶片廠家都加入到生產(chǎn)RFID晶片模塊的隊伍。由于缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，電性能參數(shù)也不同，而印刷天線結(jié)構(gòu)的靈活性，可分別與各種不同晶片以及采用不同封裝形式的模塊相匹配，以達到最佳使用性能。

　　RFID導(dǎo)電油墨與印刷天線技術(shù)

　　RFID印刷天線之所以具有強于傳統(tǒng)天線的特點，主要取決于導(dǎo)電油墨的特性及其與印刷技術(shù)的完美結(jié)合。

　　導(dǎo)電油墨由細微導(dǎo)電粒子或其他特殊材料(如導(dǎo)電的聚合物等)組成，印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上可制成印刷電路，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。導(dǎo)電油墨從較大程度上決定了RFID印刷天線的阻抗這一關(guān)系RFID天線性能的重要參數(shù)。

　　目前，富林特(Flint)公司、Parelec公司、杜邦(DuPont)公司、韓國ABC納米技術(shù)公司、上海寶銀公司、北京力拓達科技公司、武漢三萊科技發(fā)展有限公司分別研發(fā)了各種RFID印刷天線用導(dǎo)電油墨。

　　根據(jù)制造工藝的不同，導(dǎo)電油墨可以分為間接法導(dǎo)電油墨和直接法導(dǎo)電油墨。

　　按導(dǎo)電油墨中所含導(dǎo)電因子的成分，導(dǎo)電油墨包括碳漿油墨、銅漿油墨、銀漿油墨和金漿油墨。由于銀漿油墨有較低的電阻率，對于RFID標(biāo)簽而言是最佳的選擇。另外由于銅氧化速度非?？欤虼瞬⒉贿m合用于RFID天線的印刷。

　　從未來的發(fā)展看，RFID印刷天線技術(shù)將成為主流的RFID天線制作技術(shù)，這源于利用導(dǎo)電油墨進行天線印刷的下列優(yōu)勢：

　　·成本低

　　成本的降低主要取決于導(dǎo)電油墨材料和網(wǎng)印工序這兩個方面的原因。從材料本身的成本上來講，油墨要比沖壓或蝕刻金屬線圈的價格低，特別是在銅、銀的價格上漲的情況下，采用導(dǎo)電油墨印刷法制作RFID天線不失為一種理想的替代方法;從材料耗用量上說，蝕刻要消耗大量金屬，而導(dǎo)電油墨印刷天線電路速度快、材料省、成本低、效率高。

　　網(wǎng)印工序之所以能降低成本，原因之一是引進印刷設(shè)備的投資比引進銅蝕刻設(shè)備要便宜得多。此外，由于印刷過程中無需因環(huán)保要求而追加額外的投資，故而生產(chǎn)及設(shè)備的維護成本比銅蝕刻方法也要低，從而也減少了標(biāo)簽的單件成本。

　　·導(dǎo)電性能好

　　導(dǎo)電油墨干燥后，由于導(dǎo)電粒子間的距離變小，自由電子沿外加電場方向移動形成電流，因此RFID印刷天線具有良好的導(dǎo)電性能。

　　·操作容易

　　印刷技術(shù)作為一種添加法制作技術(shù)，較之減法制作技術(shù)(如蝕刻)而言，本身是一種容易控制、一步到位的工藝過程。

　　·無污染

　　銅蝕刻過程必須采用的光敏膠和其他化學(xué)試劑都具有較強的侵蝕作用，所產(chǎn)生的廢料及排出物對環(huán)境造成較大的污染。而采用導(dǎo)電油墨直接在基材上進行印刷，無需使用化學(xué)試劑，因而具有無污染的優(yōu)點。

　　·基材選擇靈活多樣

　　導(dǎo)電油墨幾乎能印刷在所有的承印材料上，包括聚酯、聚酰亞胺、ABS工程塑料、PVC (聚氯乙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、(涂料)紙板等。而銅蝕刻技術(shù)則只能采用具有高度抗腐蝕性的基材如聚酯，這類基材的價格一般要比印刷所選擇的基材高。

　　印刷的導(dǎo)電油墨天線還能夠經(jīng)受住更高的外部機械壓力。此外，利用導(dǎo)電油墨制作的RFID標(biāo)簽印刷天線具有更好的彈性和更高的可靠性。

　　在利用導(dǎo)電油墨印刷RFID天線時，以下幾方面的操作需格外注意，以達到最好的印刷效果。

　　操作環(huán)境：印刷環(huán)境的選擇對印刷效果有直接的影響，應(yīng)盡量減少印刷區(qū)的灰塵及異物污染，環(huán)境的要求至少是100000級以上的凈化室。

　　前處理：要保證印刷面清潔無污染、無油脂及氧化物等，印刷面處理后停留的時間越短越好，以防止被氧化或污染。

　　稀釋：油墨調(diào)好粘度后，加少量的稀釋劑，可以改善自動印刷的印刷效果。用前須充分?jǐn)嚢?0分鐘。

　　預(yù)烘干：溫度和時間可根據(jù)特定的生產(chǎn)工藝來調(diào)整。

　　保存：溫度在20-25度保存，避光、避熱。

　　由此可見，利用導(dǎo)電油墨制作RFID印刷天線時對工藝具有較高的要求。對于導(dǎo)電油墨本身而言，應(yīng)具有附著力強、電阻率低、固化溫度低、導(dǎo)電性能穩(wěn)定等特性，以滿足RFID天線的功能要求。

　　RFID印刷天線應(yīng)用價值

　　RFID技術(shù)目前已應(yīng)用于物流、零售、軍事、城市管理、圖書管理、食品安全追溯等多個領(lǐng)域。特別是在零售領(lǐng)域，RFID電子標(biāo)簽因技術(shù)先進和方便管理而被眾多的零售商添加到商品包裝上，以實時跟蹤商品的流動情況。沃爾瑪、麥德龍等國際大零售商都要求其供應(yīng)商在其提供的商品上貼加RFID標(biāo)簽。

　　因而，RFID及相關(guān)技術(shù)需不斷進步，以適應(yīng)不同行業(yè)不同領(lǐng)域應(yīng)用需求。而利用導(dǎo)電油墨及先進的RFID天線印刷技術(shù)，可優(yōu)化RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用價值，進一步促進RFID的應(yīng)用。所以，RFID天線印刷技術(shù)的應(yīng)用價值，主要集中在以下兩個方面：

　　首先，降低標(biāo)簽成本，促進各行業(yè)RFID應(yīng)用。

　　標(biāo)簽成本高一直以來都是困擾RFID業(yè)界及用戶的難題，RFID標(biāo)簽成本在RFID各個環(huán)節(jié)所占比重最大。因此，在RFID電子標(biāo)簽推廣應(yīng)用的過程中，如何降低標(biāo)簽的成本、完善性能，是當(dāng)務(wù)之急。

　　對于一般商品，RFID標(biāo)簽的使用會導(dǎo)致產(chǎn)品成本的提高從而阻礙了RFID技術(shù)的進一步應(yīng)用。但導(dǎo)電油墨技術(shù)則可使RFID應(yīng)用走出成本瓶頸。利用導(dǎo)電油墨進行RFID標(biāo)簽天線的印刷可大大降低HF及UHF天線的制作成本，從而降低RFID標(biāo)簽的總體成本。

　　導(dǎo)電油墨RFID印刷天線已用于我國公交乘車系統(tǒng)中使用的RFID電子標(biāo)簽車票。醫(yī)藥及其它領(lǐng)域的產(chǎn)品防偽也是RFID電子標(biāo)簽可以大顯身手的領(lǐng)域。標(biāo)簽價格的降低使之可以大規(guī)模的應(yīng)用于醫(yī)藥、酒類等附加值高的產(chǎn)品的防偽系統(tǒng)中。

　　其次，促進印刷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　RFID天線的制作除了導(dǎo)電油墨外，還需要借助于先進的印刷技術(shù)。這無疑為印刷行業(yè)拓寬了發(fā)展的方向和道路，使之不再僅僅局限于傳統(tǒng)的紙面印刷，而是與自動識別行業(yè)、半導(dǎo)體行業(yè)等有了交叉點，可以促進各個行業(yè)的共同進步。

　　另外，為配合RFID電子標(biāo)簽技術(shù)和導(dǎo)電油墨RFID印刷天線的發(fā)展，印刷行業(yè)將會不斷研發(fā)更加先進的印刷技術(shù)，從而推動印刷行業(yè)自身的飛速發(fā)展。

　　隨著導(dǎo)電油墨及印刷技術(shù)的發(fā)展，RFID印刷天線技術(shù)將會得到普及和大規(guī)模的使用，RFID標(biāo)簽的成本將會進一步下降，從而推動RFID技術(shù)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用。