RFID标签天线的技术现状

谢小英

摘要：RFID技术是一项革命性的技术，它通过射频信号自动识别对象和获取数据，无需人工干预，可在恶劣环境中工作，能同时对多个标签进行批量处理，可大量存储数据，应用领域广泛。标签天线是RFID标签的重要组成部分，本文阐述了制作标签天线的传统工艺、印刷工艺及模切工艺的技术现状。

关键词：标签天线;传统工艺;印刷工艺;模切工艺

中图分类号：TS805 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1001-0270.2019.04.01

Abstract： RFID is a revolutionary technology. It automatically identifies objects and acquires data through radio frequency signals. RFID can work in harsh environments without manual intervention and can process multiple tags in batches at the same time. It can store big data and has a wide range of applications. Tag antenna is an important part of RFID tag. The status quo of traditional technology， printing technology and die-cutting technology to make tag antenna is illustrated.

Key Words： Tag Antenna; Traditional Technology; Printing Technology; Die-cutting Technology

1 引言

射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID），又称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）来自动识别被标识的对象，并获取相应信息[1]。RFID于1948年首次被用在军事领域，随着信息技术的不断革命和创新，其在在零售业、制造业、物流、数字医疗、身份识别、资产跟踪管理、防偽安全、移动支付、食品监测、图书管理、交通运输、智慧城市、国防军事、物联网等领域应用越来越广泛[2，3]。

基本的RFID系统由读写器、天线和芯片三部分组成，在RFID卡和读写器进行通信的过程中，天线起到了重要的作用，其性能对提高系统的整体性能有着重要的意义。标签天线的性能优劣和成本高低与其生产工艺紧密相关。

2 RFID标签天线工艺进展

2.1 传统工艺

生产电子标签天线的传统工艺主要有三种：绕线法、蚀刻法和电镀法，但这些工艺均存在生产能耗高、污染严重、生产周期长，成本高等问题。

2.1.1 绕线法

绕线法制作的标签天线，一般应用在低频标签中。低频标签也称为ID卡，其芯片内容只读不写。绕线工艺采用自动绕线机直接在薄膜基材上绕上被低熔点绝缘漆保护的铜线，然后用使用粘结剂固定铜导线与基材。通过绕线法制备的2000年，李德胜等人[4]制作了一种多功能传感器，其具有较好的识别能力，既可以识别金属和半导体材料，还能识别绝缘体材料。该传感器的制作工艺为在柔性绝缘薄板上缠绕两只金属线圈，既能用作电感线圈，又可当作平面电容。

2.1.2 蚀刻法

蚀刻法被称为减法制作，采用粘接剂将铝箔或铜箔固定在柔性绝缘基底上，把待保留的天线图形用光敏抗蚀膜或抗蚀油墨保护起来，未被覆盖的部分被蚀刻剂如FeO3融掉，整个工艺流程如图1所示[5]。根据抗蚀介质，蚀刻法分为光刻刻蚀法和印刷刻蚀法[6]。通过刻蚀法制备的天线性能稳定，但该工艺复杂，且在制作过程中容易丢失未使用的铜箔或铝箔，增加了生产成本，并会产生对环境有害的金属废料[7]。

2.1.3 电镀法

不同于蚀刻法，电镀法被称为加法制作，源于电镀的过程中，标签天线的镀层在不断增厚。电镀法是通过电化学在柔性绝缘薄膜上沉积一层金属或合金，具体工艺为先在基底上按照线圈形状涂覆一层含金属或合金的导电油墨，这一导电油墨层也称为种子层，再经过电镀，金属或合金会不断在种子层上附着加厚。电镀法工艺相对成熟，能控制线圈厚度，但是生产过程繁杂，污染环境，且不适合制作小尺寸天线[8，9]。

2.2 印刷工艺

印刷工艺能直接印制RFID标签天线，相比于传统工艺，直接印刷法节能环保，成本低廉，常见的印制工艺有丝网印刷和喷墨打印。

2.2.1 丝网印刷

丝网印刷发展于20世纪70年代后期，其利用感光材料以照相制版方式做印版，通过刮板使油墨挤压通过网孔转移到承印物上，形成目标图案[10]。丝网印刷在印刷行业具有广泛的应用，后被用来制作集成电路，其关键工艺有三步：丝印、干燥和烧成。国内外已大量报道了使用丝网印刷工艺在不同介质上制作RFID标签天线，S. Merilampi等[11]先制备聚合物银墨水，后将其在纸质基板上印制出蝶形天线。曹彬[12]制备了不同含量的金属银微粒导电油墨，通过丝网印刷在PET薄膜上制作了天线，并讨论了金属银含量、刮印参数及干燥条件对标签天线的工艺性能和电学性能的影响。

丝网印刷是一种绿色环保技术，工艺简单，不含侵蚀性材料。不同于传统工艺，丝网印刷的承印材料广泛，能在不同的基材上印制天线，如纸张、PET、聚酰亚胺等。根据承印材料，丝网印刷所用浆料可分为两类：金属陶瓷浆料和聚合物，两种浆料的成膜工艺条件差别很大[13]。

2.2.2 喷墨印刷

喷墨打印是一种非接触式印刷，通过计算机在预先制定的轨迹上连续喷射墨水或按需喷射墨水，并打印出目标图案。近年来，在RFID标签天线制作工艺中，喷墨印刷是发展最快的一种方法，2008年，美国Kovio公司开发出的基于纳米硅墨水通过喷墨打印的RFID标签首次实现了商品化[2]。喷墨印刷也有非常广泛的承印材料，但比丝网印刷有更多优点，最突出的一点是无需制版，大大简化了工艺流程。另外，喷墨印刷是依据预制图形按需喷墨，减少了导电墨水的浪费。

能适用喷墨印刷的导电墨水种类繁多，理论上只要墨水的表面张力、黏度、颗粒尺寸等满足墨水的参数范围，即可应用喷墨打印[14]。喷墨导电墨水一般分为两种，其一是无颗粒型导电银墨水，实质是一种银盐化合物溶液，经烧结后使银盐分解出银单质，并在烧结过程中连接成导电图形，形成标签天线。辛智青[15]等采用液相还原法制备了不同银含量的纳米银乳液，作为喷墨打印的导电油墨，在多种基材上打印的天线图案，经激光烧结后可以满足RFID天线的性能要求。其二是颗粒型喷墨墨水，有水性和溶剂型两种。高志强[15]采用水合肼还原法制備了颗粒型纳米银导电墨水，并通过真空抽滤方法有效控制了纳米银的粒径。

2.3 模切法

模切技术的本质是印刷业后期加工的一种裁切工艺。模切法先依据目标图形制作好相应的刀模，然后通过刀模裁切直接得到所需图形，蒋青青等[16]采用两次模切法制备了图案精细的天线图形。模切法具备生产速度快、成本低廉等特点，适合大规模生产，且所得天线图案精细。

3 结论

RFID电子标签的应用已经深入到各行各业，随着物联网的到来，电子标签的需求还将继续增长，并且对超高频电子标签的性能要求越来越高，未来的标签天线的生产工艺必须具备快速高效、规模化成本低，绿色环保等特点，且生产的天线物理性能稳定，电学性能优异。

参考文献：

[ 1 ]林金堵.无线射频识别技术（RFID）应用与发展[J].印制电路信息，2007（12）：8-9.

[ 2 ]黄志爱.基于喷墨打印工艺的RFID标签天线设计研究[D].大连理工大学，2015.

[ 3 ]黄玉兰.射频识别（RFID）核心技术详解[M].北京：人民邮电出版社，2010，12.

[ 4 ]李德胜，巍国，张世平等.材质识别多功能触觉传感器[J].仪器仪表学报，2000，21（1）：42-45，49.

[ 5 ]辛智青.RFID标签天线的制作技术[J].网印工业，2010（10）：44-45.

[ 6 ]汤文杰.RFID天线制作工艺最新发展[J].印刷世界，2012（4）：39-41.

[ 7 ]W. Zoomer. Printing Technologies Make Their Mark in Radio Frequency Identification[J]. Screen Printing，2006， 96（5）：96.

[ 8 ]唐宝玲.电子标签（RFID）天线的印制技术[J].印制电路信息，2007（6）：24-27.

[ 9 ]刘彩凤，曹彬.RFID标签天线的制造方案[J].包装世界，2011（6）：28-29.

[10]吴萍，吴泽华，罗运华等.低成本RFID标签天线的工艺与测试研究[J].电子技术，2008，45（11）：55-56.

[11]S. Merilampi， L. Ukkonen， L. Sydanheimo， et al. Analysis of Silver Ink Bow-tie RFID Tag Antenna Printed on Paper Substrates[J]. International Journal of Antennas and Propagation，2007：1-9.

[12]曹彬.RFID标签天线导电油墨丝网印刷工艺研究[D]，杭州电子科技大学，2012.

[13]赵庚申.低成本柔性电子标签的设计与制备研究[D].大连理工大学，2006.

[14]辛智青，李路海，唐小君等.纳米银喷墨印刷天线的制作研究[C]，全国天线年会，2009.

[15]高志强.基于RFID喷墨印刷的纳米银导电墨水的制备[D].天津科技大学，2013.

[16]蒋青青，安兵，张加波等.模切法RFID天线制造技术[J].电子工艺技术，2011，32（5）：255-257.