浅谈RFID标签的丝网印刷工艺

文 | 牟笑竹

浅谈RFID标签的丝网印刷工艺

文 | 牟笑竹

RFID是英文Radio Frequency Identification的缩写，中文称为无线射频标识、感应卡、电子标签、射频标签等。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。

RFID技术是一项革命性的技术，不远的将来，物流、包装、零售、制造、交通等行业诸如物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运、包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费等都会因为RFID技术全球化的推动引发翻天覆地的变化，全面改写企业的运作流程。

一、RFID标签的丝网印刷优势

RFID系统由三部分组成，如图1所示。标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器（Reader）：读取标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线（Antenna）：在标签和读取器间传递射频信号。RFID的天线其实就是能产生射频信号的回形电路。

直接印刷法是用银浆导电油墨直接印刷在纸质或塑料薄膜卷材上，墨层厚度约为20μm，这正是丝网印刷的优势所在。因为丝网印刷的墨层厚度最多可以达到300μm，是柔印、胶印和凹印的好几倍。这对于用导电油墨印刷天线线圈是十分有利的。实际印刷电路生产中，墨层厚度的要求一般为20μm以上。所以说，最适合RFID天线制作的方法中，丝网直接印刷为首选，因为丝网印刷在集成电路板、薄膜开关等方面的印刷质量是其他印刷方法所无法比拟的。

丝网印刷RFID标签具有如下优势：

（1）低成本且环保

丝网印刷是绿色环保型技术，与现今比较流行的方法相比，如铜蚀刻方法，丝网印刷不仅实现了一步式印刷，而且不含侵蚀性材料。如果从经济的角度出发，相对于铜蚀法，丝网印刷不仅设备价格较低，而且由于不需要额外的投资来适应环保要求，其保养的费用也明显降低。事实上，保养铜蚀生产线、处理废弃物（如残留的化学浸蚀液）需要非常大的资金投入，因此也导致了电子产品在生产过程中每个环节成本的增加。

当然，还有另外一种绿色环保技术用于RFID天线的制作：缠绕铜网技术。但是，这种技术只能用于制作低频（LF）的RFID 产品，它的天线有许多圈铜环，对厂家而言，这种低频RFID天线的成本根本不是需要优先考虑的问题。

（2）柔软的RFID 标签

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利用丝网印刷印制的RF感应器天线的另一个显著优势是其电子单元将更具柔性。换句话说，天线可以抵抗更高的机械压力，并具备如弯曲度、弯曲角度等特性，使其有别于其他RFID 产品。

事实上，由于丝网印刷天线所用的导电性浆料中含有金属薄片或颗粒，并分散在热塑性粘合剂或树脂中，使浆料具有粘性流体的特性，印制的天线更具弹性。将这种感应器弯曲时，比用铜蚀刻法制作的RFID 标签或用铝蚀刻法制作的EAS标签更具表现力和可靠性。

（3）承印材料广泛

丝网印刷对承印材料没有要求，可以利用丝网印刷在各种不同的承印材料上印制天线，相反，铜蚀刻法则要求承印物在制作过程中能耐溶剂侵蚀。多酯纤维是铜蚀刻常用的基材，相对于丝网印刷所用的纸张基材，在无形中增加了铜蚀刻标签的成本。

还要特别指出的是，当天线的设计比较复杂时，还可以利用丝网印刷技术印制交叉线，因此，为了适应复杂的天线设计，并保证天线的可靠性，一些制造厂商还为铜蚀刻生产线配备了丝网印刷设备。

（4）RFID天线——导电油墨

用导电油墨印制的天线可接收RFID专用的无线电信号，其优势表现在导电效果出色和成本较低。据一些大型RFID制造厂商介绍，在印制RFID射频卡及其组装电子元件方面，导电油墨是印制超高频（UHF）天线的首选材料。近几年来，许多公司也在全力研究、设计更加适合于高产量、低成本RFID天线的导电油墨。DuPont公司推出的专门用于智能标签RFID天线印刷的MCM5033油墨的含银量较低，可大大降低高频（HF）及超高频（UHF）天线的制作成本。导电油墨的研制，是最近RFID印制技术的一个发展热点。

二、RFID标签的丝网印刷工艺要求

1．导电油墨丝网印刷方式的选择

丝网印刷一般分为接触式和非接触式印刷两种，在接触式印刷中基板直接与丝网接触，刮板在丝网上移动时印刷票证，不会使丝网倾斜和变形；非接触式印刷，丝网和基板之间有一固定的距离，刮板推动浆料流过丝网时，使丝网倾斜，并与基板接触富士星光，印出图形，由于印刷后丝网即反弹回位，不会将印刷图案蹭模糊。为获得良好的印刷质量避免蹭脏，一般采用非接触式印刷作为导电标签印刷方式。

2．导电油墨的印刷适性要求

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。该油墨在柔性或硬质底材（纸、PVC、PE等）上可印刷电路，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，但对导电油墨的印刷适性有一定的要求。

a．导电性能要求。天线的重要参数之一就是电阻率，导电油墨中导电组分是影响电阻率的重要因素。提高导电性能的方法有以下三种：增加导电油墨中导电组分的含量；根据应用领域选择导电组分的种类；控制导电组分的粒子形貌、颗粒度和颗粒分布。但导电组分的价格较高，应尽可能减少导电油墨中导电组分的含量，以降低成本。

b．流变性的要求。导电油墨的流变性能主要包括黏度、 触变性、 流平性、 黏弹性等。导电油墨流变参数的选择受印刷机的速度、墨路的长短等因素制约，不同的印刷方式要求的油墨流变参数范围不同。所以，导电油墨的流变参数应与印刷方式相适合，以达到较好效果。在实际生产中，常用触变剂、流平剂、消泡剂、增稠剂和撤黏剂等来调节导电油墨的流变性能。但要注意，所用助剂尽量不能降低导电油墨的导电性能。

c．干燥速度的要求。导电油墨彻底干燥后，导电性能才能比较稳定，达到最佳状态。 另外，印完的导电油墨会发生变化，所以应根据导电油墨自身特点选择干燥方式，如挥发型干燥、渗透型干燥和反应型干燥等方式。

d．耐摩擦性的要求。在天线的印刷和使用过程中，导电油墨的墨层难免与其他材料发生摩擦，所以要求导电油墨具备一定的耐摩擦性，以保持墨层尺寸的稳定，否则天线的性能会受到影响。

e．适应承印材料的要求。承印材料的特性影响着导电油墨的印刷效果。平滑度高的承印材料的表面纤维排列紧密，填充料之间的空隙较小，对油墨中导电材料的渗透也就很少；表面粗糙的承印材料对油墨中导电材料的渗透较多，容易造成导电材料的不连续性，导电性能就会变差。所以应根据承印材料的不同选择性能不同的导电油墨。另外，对于一些表面能较低、难于黏附的承印物，要在印刷前进行适当的预处理，如电晕放电、等离子处理等。

3．丝网印刷RFID标签的注意问题

由于RFID标签的印刷图文面积往往很小，而且印刷时必须具有较好的印刷精度，这就为丝网印刷RFID标签增加了不小的难度。所以在采用丝网印刷RFID标签时应注意如下事项：

（1）网孔选用六角形的孔形。

因为这样有利于导电油墨的彻底转移，导电油墨选用溶剂型的油墨效果更佳。

（2）创造优良的油墨干燥条件。

如减小烘箱内的风速，加热温度在140℃，加热时间在30～120s之间，温度或时间不合适，会使天线的基材发生变形超过标准。良好的干燥条件有利于印刷线圈图形轮廓的精确成形。

（3）保持洁净的印刷工作环境。

在印刷天线的过程中，要求没有任何杂质掺加在油墨里面，否则会影响导电效果。车间环境要求没有粉尘、灰尘等，否则导电的灰尘横在两个导线之间就会连通它们。

三、RFID标签的丝网印刷前景

传统印刷技术赋予先进的RFID技术以新的生命力，RFID标签将印刷行业和电子行业更加紧密地结合起来。

RFID无疑是一项革命性的技术，物流、包装、零售、制造、交通等行业都会因为RFID全球化的推动引发翻天覆地的变化，改写企业的运作流程。现今全球每天大约印刷400亿个条码，假若这400亿个条码中有1%采用电子标签印刷，这对印刷企业来说无疑是一个巨大市场。专家预计，2010年全球RFID市场将达3000亿美元。

丝网印刷以其效率高、生产灵活、可靠性强等特点仍然是目前乃至未来最合适的印刷电子标签天线的方式，由此看来，随着新工艺、新材料、新技术、新设备的研发和逐步应用，古老的丝网印刷工艺会随着电子标签的迅猛发展而焕发生机，迎来一个全新的应用领域和发展空间。