网印在智能标签制作上的优势

　　摘要介绍了RFID标签的优点、原理及制作方法，讨论了网印在智能标签制作上的优势，并对网印导电油墨作了说明。

    智能标签作为RFID(射频识读)系统的应答器， 是目前最为先进的非接触感应技术。它具有一系列突出的优点， 比如数据记忆容量大，数据密度高，抗污染能力和耐久性好，对水、油和化学药品的污染几乎没有影响，阅读距离长，速度快， 数据安全性能好等等。事实已经证明， 随着RFID和材料技术的发展，智能标签将取代目前流行的条形码，成为零售、包装、物流的新宠。

    RFID是一种非接触式的自动识别技术，通过射步页信号来自动识别目标对象并获取相关数据。RFID系统大体上包含三个模块，即智能标签、阅读器、射频天线，如图1所示。系统工作原理如下。当标签受射频天线岛嘎 口 能标签到系统阅读器产生并发射的无线电射频信号照射时，内部线路产生感应电流，芯片被激活；芯片将自身包含的信息通过标签的内置天线(线圈)发送出去；RFID系统的射频天线接收到标签发送来的载波信号， 经天线调节器传送到阅读器；阅读器再对接收的信号进行解调和解码， 从而获取标签中包含的数据信息。

    从RFID 系统的工作原理可知， 系统的阅读器可以同时读取多个智能标签， 且标签的识别完全是非接触式的自动识别， 无需任何的人工干预， 只需要将贴有智能标签的多种对象移经射频区即可，如图2所示。所以，使用智能标签技术节省了条形码技术所必须的人力，同时也提高了超市的售货效率，方便了消费者，节省了消费者的时间。

    标签的成本相对较高是智能标签推广进程的瓶颈。市场调查表明， 目前每个标签的单价从大约20美分到1美元不等；一般认为，对单件商品而言，可以接受的标签价格是5美分。因此，全面推广智能标签主要应从两个方面进行努力：进一步提高标签的性能及降低标签的制作成本。

    智能标签由(硅)芯片、内置天线(线圈)及底材三部分构成，如图3所示。目前芯片和底材的性能、价格基本上比较稳定， 因而各种制作方法的优势就只能体现在优化标签内置天线的制作工序及降低天线制作成本上。判断一种方法所制作的标签内置天线的功能性及成本效益性高低，至少应符合三个标准：①天线应具有较高的电学性能(阻抗)；②允许在天线上很容易地安装上芯片； ③ 能进行大批量、低成本的生产。

    目前智能标签天线制作的方法主要有三种。

    · 蚀刻法。也称做减法制作技术。采用该法首先在一个塑料薄膜上层压一个平面铜箔片； 然后在铜箔片上涂覆光敏胶， 干燥后通过一个正片(具有所需形状的图案)对其进行光照； 放入化学显影液中， 此时感光胶的光照部分被洗掉， 露出铜； 最后放入蚀刻池，所有未被感光胶覆盖部分的铜被蚀刻掉，从而得到所需形状的铜线圈。

    · 线圈绕制法。在一个绕制工具上绕制标签线圈并进行固定，此时要求天线线圈的匝数较多(典型匝数50～l 500匝)。对于频率范围较小(比如小于l 35 kHz) 的标签， 以及不首要考虑标签成本问题的市场应用时， 通常采用该方法。

    · 导电油墨(Conductive Ink)印刷法。也称做添加法制作技术。由于标签天线具有相对粗糙的外形， 因而可以通过在底材上印刷(添加)导电油墨的方法来实现， 目前主要采用的是网版印刷的方法来制作UHF (超高频)标签天线。

    网印制作标签天线的优点

    网印制作标签内置天线采用的材料是导电油墨。导电油墨是由金属导电微粒(银、铜、碳)分散在连接料中形成的一种导电性复合材料， 印刷到承印物上后，起到导线、天线和电阻的作用。该油墨印刷在柔性或硬质底材(纸、PVC、PE 等)上可制成印刷电路， 用导电油墨印制的天线可接收RFID专用的无线射频信号。智能标签内置天线采用导电油墨网印方法较之其他方法(如铜蚀刻法)具有许多优势，可以说是一种绿色、稳定、低成本的解决方案， 对大批量制作低成本标签来说是一种理想的工艺方法，其优势体现在以下几个方面

    1．成本低

    采用网印导电油墨的方法来制作标签内置天线的一个显著的优点是成本低、操作容易。该方法的低成本特性体现在两个方面。

    (1) 网印工序。首先， 引进网印设备的投资比引进铜蚀刻设备要便宜得多； 此外， 由于网印过程中无需因环保要求而追加额外的投资，故而生产及设备的维护成本比铜蚀刻方法也要低。事实上，维护铜蚀刻生产线及处理废料(比如化学蚀刻池中的残渣)本身需要一个非常贵的固定成本， 因而也增加了标签的单件成本。

    (2)导电油墨。首先，从材料成本上，导电油墨要比蚀刻金属线圈的价格低；此外，从材料耗用量上说， 蚀刻过程要消耗大量的金属， 而导电油墨印刷天线或电路的速度快、成本低、效率高。

    2．操作容易

    网印技术作为一种加法制作技术，较之减法制作技术(如蚀刻)而言，本身是一种控制容易、一步到位的工艺过程。在网印过程中， 也不存在其他印刷过程比如胶印中的水墨平衡、更换橡皮布、油墨乳化及调节墨斗键之类的技术问题， 所以它具有操作容易的性能。

    3． “绿色” 环保

    由上面的介绍可知，铜蚀刻过程必须采用光敏胶及其他化学试剂。这些化学药品都具有较强的侵蚀作用，所产生的废料及排出物对环境造成较大的污染。而网印技术采用导电油墨直接在底材上进行印刷，无需使用化学试剂，因而具有“绿色”、环保的优点。

    当然，采用绕制铜线技术来制作天线也是一道“绿色”、环保的制造工序。但如果考虑标签的成本因素， 绕制法就明显不如网版印刷。

    4．底材选择灵活多样

    网印能够将导电油墨印刷在几乎所有的承印材料上， 以制得所需要的天线。因此， 标签底材的选择也就更加灵活、多样。可作为智能标签基片的材料有聚酯、聚酰亚胺、ABS工程塑料、PVC (聚氯乙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、(涂料)纸板等等。在标签制作时，选择哪种材料需依具体的应用而定。

    相比之下，铜蚀刻技术则只能采用具有高度抗腐蚀性的底材， 即那些能够忍受蚀刻过程中所采用的化学试剂的高度侵蚀性的底材(如聚酯)。值得一提的是， 此类底材的价格也可能要比网印所选择的底材要贵。比如铜蚀刻过程采用的聚酯，其价格要比网印公交系统票证标签的纸质底材要贵得多。

    5．标签样式丰富，稳定性、可靠性好

    采用网印技术能够允许天线具有多种设计样式，能够印刷多种样式的天线。因而，所制作的标签样式丰富， 允许被贴标对象具有不同的表面形状，如不同曲率、角度的物体表面。此外，印刷的导电油墨天线还能够经受住更高的外部机械压力。

    事实上， 由于网印导电油墨(或导电浆)是由导电金属微粒分散在热塑型聚合物黏合剂或树脂中形咴的， 因此， 这样制得的智能标签天线具备黏性流体的特性，具有更好的弹性。在标签受压弯曲时，网印智能标签此时表现的性能及可靠性， 蚀刻制得的智能标签和铝蚀刻制得的EAS(电子防盗)标签都要高。

    关于网印导电油墨

    网印电油墨干燥后， 由于导电粒子I司的距离变小， 自由电子沿外加电场方向移动形成电流， 具有良好的导电性能。对于印制智能标签内置天线而言， 一个好的导电油墨配方， 要求具有良好的印刷适性，印刷后具有附着力强、电阻率低、固化温度低、导电性能稳定等特性。

    面对RFID智能标签将带来的包装、零售、物流领域的革命性变化，以及导电油墨在该标签中的广阔应用前景， 国内外一些企业在导电油墨研发方面也取得了突出的成绩。例如，在国外，美国Flint油墨公司已将导电油墨印出的线路与铜蚀刻出来的线路在多种射频带中进行了xt-bL。如860-950 M Hz的超高步页、2 450 MHz的微波及l3．56 MHz的高频等均做过试验，收到了很好的成效；美国Parelec公司也专门为印制智能标签天线成功开发了Parmod导电油墨。针对不同的用途，Parmod 油墨在不同的网印方式下印刷的电路线圈的一些性能参数测试如表1所示。在国内，比如上海宝银电子材料有限公司推出了多种系列的导电油墨(导电浆)；武汉三莱科技公司还推出了水性导电油墨。

小结

    智能标签因技术先进和方便管理而被众多的零售商添加到商品包装上， 以实时跟踪商品的流动情况，其市场潜力大、前景广1阖。在智能标签推广应用的过程中，如何降低标签的成本、完善性能，乃当务之急。采用适当的导电油墨，通过网印方法在底材上印刷导电线圈，作为智能标签的内置天线，这无疑是降低智能标签成本的一个重要途径。随着射频技术、电子封装技术的成熟， 以及优良的导电油墨配方的推出， 网印在推进智能标签高性能、低成本的应用上将发挥越来越重要的作用。