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RFID的印刷解决方案
作者：宋晓明、高珊珊
来源：《中国标签与贴标》
日期：2009-02-26 10:08:03
摘要：RFID的印刷与传统标签的印刷有着很大的区别。从印刷的角度来看，RFID的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。RFID的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或其他类型的标签，芯片是RFID的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般是采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。
RFID（Radio Frequency Identification）即无线射频识别系统，也称为无线IC标签、电子标签、感应式电子芯片、感应卡、非接触卡等。它是一种透过无线电波来达到非接触的资料存取的技术，可透过无线通讯结合资料存取技术，连结背后的资料库系统，形成一个庞大且串连在一起的系统。其系统的基本组件包括RFID电子标签、RFID读写器和天线。其中天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置。
RFID系统的工作流程
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线的工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内的内置天线发送出去：系统接收天线接收到的从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
RFID的印刷与传统标签的印刷有着很大的区别。从RFID的定义上来看，智能是指由芯片、天线等组成的射频电路；而标签是由标签印刷工艺使射频电路具有商业化的外衣。从印刷的角度来看，RFID的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。RFID的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或其他类型的标签，芯片是RFID的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般是采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。而天线则有蚀刻法、线圈绕制法和印刷天线三种制作技术。其中，RFID导电油墨印刷天线为近年来发展的一种新技术。
1)天线的印刷方式
印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板上印刷导电线路，形成天线和电路，又叫添加法制作技术。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法，较为成熟的制作工艺为网印与凹印技术。印刷技术的进步及其进一步应用于RFID天线的制作使RFID标签的生产成本降低，从而促进了RFID电子标签的应用。
2) 丝网印刷RFID标签
RFID印刷主要是以网版印刷为首选，在智能标签印刷中，要使用导电油墨，而印刷导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。它是一种高技术丝网，而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。整个网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性，用于印刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品，效果较好，能分辨0.1mm的电路线间隔、定位精度可达0.01mm。还可以选择61～100T/mm丝网制溶剂印版印刷，印刷导电油墨后在60℃下烘干。
胶印是应用最为普遍的方法。其承印材料广泛，速度快，效率高。胶印应用于线圈印刷有着效率、精度及分辨率的优势，但是胶印墨膜厚度较小，不符合线路印刷的要求。当然这一点可以通过反复印刷多次来完成，但是这对于精细线路的套准控制又提出了新的挑战，新型的、导电能力更好的油墨也可以在较小的厚度下达到需要的阻抗性能。
4) 柔版印刷RFID标签
柔版印刷是一种直接印刷的方式，用1～5mm厚的柔性感光树脂制版，采用卷筒纸印刷，速度快，效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之间，可采用水基油墨，溶剂型油墨及UV固化油墨。但柔印分辨率较低，通常在60L/cm左右，精细印刷可达80L/cm，墨膜厚度在6～8μm，适合于天线印刷的要求。
随着薄版技术的发展，柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不断提高。其不足之处在于：印迹的边缘部分有印纹出现，这是由印刷过程的压力使印版变形所致。印纹的出现使得线路边缘印迹不规则，会影响到油墨附着的精度及线路的阻抗性，容易生产出废品。
5) 凹版印刷RFID标签
凹版印刷耐印力大，承印材料广泛。油墨粘度约为10～50mPa.s，主要用溶剂型油墨。分辨率与网纹穴的雕刻有关，采用激光雕刻，可达1000L/cm，墨膜厚度在8～12μm之间。但是由于其印刷压力太大，在RFID的天线印刷中存在困难。
6) 喷墨印刷RFID标签
喷墨印刷是近年来发展最快的一种印刷方式，其多功能性是其他印刷方式无法相比的。这种无压力的方式可将计算机中的数字信息直接喷涂到任何形状的材料上。其油墨系统较为复杂，使用的油墨可以是水基的，热熔型的，或是UV固化型的，其粘度在10mPa.s左右。但是喷墨印刷存在着喷墨位置的偏差，影响印刷质量的小墨滴会出现在空白部分，产生边缘效应。
利用印刷技术与镀金相结合的方式生产无线标签（RFID标签）天线图案。不使用蚀刻，也就是说可以避免将材料切掉，因此能以更低的成本生产无线标签天线。
无线标签天线的制造工序如下：
1）首先使用水溶性特殊墨水，利用印刷技术或喷墨技术，在采用PET等方法形成了天线图案的柔性底板上绘制出天线图案；
2）然后将柔性底板放入镀液中镀铜。经过上述处理后，就能在利用特殊墨水绘制的布线图案上形成铜膜。这里使用的特殊墨水是指将两种金属形成粒径数十纳米的微粒后溶于水而制成的溶液；
这种方式没有对铜箔进行蚀刻、即“减法”工序，只是将材料置于底板上，因此通常称为“加法”方式。而且铜布线本身是利用电镀技术形成的，不需热处理等高温烧结。因此可使用低耐热性的柔性底板材料。天线两端之间的电阻不足0.4Ω。尽管从块状铜来说，非常大，但作为无线标签天线完全没有问题。对于布线的加工精度，在开始的工序中就使用印刷技术，将能够实现80μm的布线间隔。但喷墨技术有飞沫产生，因此精度略有下降，布线间隔稍宽一点。
结语
RFID的印刷既是标签印刷的范畴,也属于线路印刷的一种。生产过程对印刷要求比较严格,印刷位置要精确，严格的油墨附着量,如对导电浆料膜的厚度和导电微粒的数量都有严格控制，并且要考虑印刷分辨率的大小。选择印刷工艺可从印刷量的大小,承印材料的表面性能,油墨或印料的附着性质,成本,工艺过程的特点等方面综合考虑。对于印刷领域来说，可利用印刷技术生产RFID的天线，这给印刷业带来新的发展契机。
RFID系统的工作流程
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线的工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内的内置天线发送出去：系统接收天线接收到的从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
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图1 RFID标签
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图2 RFID系统的工作流程图
RFID的印刷与传统标签的印刷有着很大的区别。从RFID的定义上来看，智能是指由芯片、天线等组成的射频电路；而标签是由标签印刷工艺使射频电路具有商业化的外衣。从印刷的角度来看，RFID的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。RFID的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或其他类型的标签，芯片是RFID的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般是采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。而天线则有蚀刻法、线圈绕制法和印刷天线三种制作技术。其中，RFID导电油墨印刷天线为近年来发展的一种新技术。
1)天线的印刷方式
印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板上印刷导电线路，形成天线和电路，又叫添加法制作技术。主要的印刷方法已从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法，较为成熟的制作工艺为网印与凹印技术。印刷技术的进步及其进一步应用于RFID天线的制作使RFID标签的生产成本降低，从而促进了RFID电子标签的应用。
2) 丝网印刷RFID标签
RFID印刷主要是以网版印刷为首选，在智能标签印刷中，要使用导电油墨，而印刷导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。它是一种高技术丝网，而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。整个网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性，用于印刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品，效果较好，能分辨0.1mm的电路线间隔、定位精度可达0.01mm。还可以选择61～100T/mm丝网制溶剂印版印刷，印刷导电油墨后在60℃下烘干。
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图3 丝网印刷RFID的优势
胶印是应用最为普遍的方法。其承印材料广泛，速度快，效率高。胶印应用于线圈印刷有着效率、精度及分辨率的优势，但是胶印墨膜厚度较小，不符合线路印刷的要求。当然这一点可以通过反复印刷多次来完成，但是这对于精细线路的套准控制又提出了新的挑战，新型的、导电能力更好的油墨也可以在较小的厚度下达到需要的阻抗性能。
4) 柔版印刷RFID标签
柔版印刷是一种直接印刷的方式，用1～5mm厚的柔性感光树脂制版，采用卷筒纸印刷，速度快，效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之间，可采用水基油墨，溶剂型油墨及UV固化油墨。但柔印分辨率较低，通常在60L/cm左右，精细印刷可达80L/cm，墨膜厚度在6～8μm，适合于天线印刷的要求。
随着薄版技术的发展，柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不断提高。其不足之处在于：印迹的边缘部分有印纹出现，这是由印刷过程的压力使印版变形所致。印纹的出现使得线路边缘印迹不规则，会影响到油墨附着的精度及线路的阻抗性，容易生产出废品。
5) 凹版印刷RFID标签
凹版印刷耐印力大，承印材料广泛。油墨粘度约为10～50mPa.s，主要用溶剂型油墨。分辨率与网纹穴的雕刻有关，采用激光雕刻，可达1000L/cm，墨膜厚度在8～12μm之间。但是由于其印刷压力太大，在RFID的天线印刷中存在困难。
6) 喷墨印刷RFID标签
喷墨印刷是近年来发展最快的一种印刷方式，其多功能性是其他印刷方式无法相比的。这种无压力的方式可将计算机中的数字信息直接喷涂到任何形状的材料上。其油墨系统较为复杂，使用的油墨可以是水基的，热熔型的，或是UV固化型的，其粘度在10mPa.s左右。但是喷墨印刷存在着喷墨位置的偏差，影响印刷质量的小墨滴会出现在空白部分，产生边缘效应。
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图4PRINTRONIX电子标签打印机SL4M
利用印刷技术与镀金相结合的方式生产无线标签（RFID标签）天线图案。不使用蚀刻，也就是说可以避免将材料切掉，因此能以更低的成本生产无线标签天线。
无线标签天线的制造工序如下：
1）首先使用水溶性特殊墨水，利用印刷技术或喷墨技术，在采用PET等方法形成了天线图案的柔性底板上绘制出天线图案；
2）然后将柔性底板放入镀液中镀铜。经过上述处理后，就能在利用特殊墨水绘制的布线图案上形成铜膜。这里使用的特殊墨水是指将两种金属形成粒径数十纳米的微粒后溶于水而制成的溶液；
这种方式没有对铜箔进行蚀刻、即“减法”工序，只是将材料置于底板上，因此通常称为“加法”方式。而且铜布线本身是利用电镀技术形成的，不需热处理等高温烧结。因此可使用低耐热性的柔性底板材料。天线两端之间的电阻不足0.4Ω。尽管从块状铜来说，非常大，但作为无线标签天线完全没有问题。对于布线的加工精度，在开始的工序中就使用印刷技术，将能够实现80μm的布线间隔。但喷墨技术有飞沫产生，因此精度略有下降，布线间隔稍宽一点。
结语
RFID的印刷既是标签印刷的范畴,也属于线路印刷的一种。生产过程对印刷要求比较严格,印刷位置要精确，严格的油墨附着量,如对导电浆料膜的厚度和导电微粒的数量都有严格控制，并且要考虑印刷分辨率的大小。选择印刷工艺可从印刷量的大小,承印材料的表面性能,油墨或印料的附着性质,成本,工艺过程的特点等方面综合考虑。对于印刷领域来说，可利用印刷技术生产RFID的天线，这给印刷业带来新的发展契机。
