RFID電子標籤天線印刷製程良率提升辦法

2021-01-21 RFID世界網

  隨著RFID市場的成長,電子標籤的使用量也呈倍數的成長,但真正阻礙RFID產業發展的因素卻是電子標籤的價格成本仍高居不下,而印刷式的電子標籤則挾先天上成本優勢深受市場所冀望。

  印刷式電子技術被廣泛應用在軟性電子、有機顯示器、EMI防治、紙電池及RFID等領域,其中又以RFID被動式的電子標籤印刷所面臨的技術難題最多。

  印刷製程

  RFID被動式的電子標籤印刷主要使用之油墨俗稱為「導電銀膠」。由於印刷時需使用銀粉材料,而近來原物料價格不斷攀升使得銀膠的成本居高不下,導致原本佔有製造成本優勢的印刷式電子標籤,一時之間成本降不下來,不過長遠來看印刷式的電子標籤,仍是未來低價電子標籤的最佳解決方桉之一。

  在印刷的製程上,光是印刷轉印油墨的方式就有網版、凹版、凸版及噴墨等四大類,而每種印刷製程特性、品質及成本亦各有不同,若再加入油墨及印刷底材之特性考量,電子標籤印刷的製程及材料特性之組配,將能決定各項電子標籤印件所適合採用的生產方式。

  網版印刷

  RFID電子標籤的印刷製程採用此種方桉的桉例最多,網版印刷就是把導電油墨由網版的另一側以刮刀將油墨掃壓過網版,而油墨則穿透過網版上圖樣的網孔間隙,黏印在被印刷的底材上。網版印刷的油墨黏度較高,且印刷膜厚最高可達100μm,而RFID電子標籤的印刷膜厚僅約為8~12μm即可,其後乾燥則可以UV、IR及熱風等方式來達成。

  凹版印刷

  凹版印刷是將刻有圖樣的金屬薄版(凹刻),固定於印刷機上的印刷轆上,沾上印刷油墨後轉印至被印刷的底材上,詳如圖〔2〕所示。凹版印刷的油墨黏度較網版印刷油墨的黏度來的低,油墨膜厚控制最為精準,亦可符合RFID電子標籤印製所需膜厚要求,而且印刷速度更快,極適合大量印刷生產,缺點是需投入之設備資金較高。

  凸版印刷

  凸版印刷是將有圖樣的橡膠厚版(凸刻),固定於印刷機上的印刷轆上,在沾上印刷油墨後轉印至底材上。凸版印刷的油墨黏度比凹版印刷來的低,油墨膜厚也是遠低於前二者的,且印刷導電銀膠時所遭遇的難題最高最難克服,但若能克服種種難題,直接將電子標籤印刷在紙箱上的價格競爭力卻是前二者所不能媲美的。

  噴墨印刷

  噴墨印刷技術的發展是近十年來的新興技術,其大型噴墨印刷設備的印刷精度最高可50μm左右,此技術也是最有可能成功實現IC電路於製程中直接以印刷方式製作,但缺點是印刷速度慢,設備及油墨成本也是所有印刷製程中最高的,而油墨黏度則是四者製程中最低的,膜厚控制精度卻是最高的。

  導電銀膠油墨特性

  目前導電銀膠的供應商以美、歐廠商為主,亞洲則有日本及南韓廠商相爭,其油墨特性主要為銀粉成份,而銀粉成份的多寡決定其導電阻抗的特性。另外銀粉顆粒直徑的大小,亦是決定其印刷阻抗均一性的關鍵,表〔1〕為目前市面上幾種導電銀膠油墨的商品特性比較表,由表中可見乾燥烘烤溫度及時間比一般印刷油墨高且長,新開發的導電銀膠特性則有朝向低溫快幹低耗能及兼顧環保的趨勢。

  底材

  在電子標籤印刷製程中,最易被忽略的部份就是電子標籤的底材(substrate)一般來說被動式電子標籤的底材種類不外乎PVC、PET,塗佈白紙、瓦愣紙等,但若要用在UHF頻段時,則底材材質的介電係數會大幅影響電子標籤的RF阻抗[5],故在設計電子標籤天線時須考量此因素在內。

  又瓦愣紙當底材印刷電子標籤時,由於瓦愣紙的毛細孔相當大,且呈不規則分佈。當導電油墨印刷上去時,油墨會滲入毛細孔,導致電子標籤天線阻抗分佈不均,此種現象在頻率愈高時問題愈嚴重。

  良率

  在此所謂的良率除了成品之電子標籤是否能被讀寫器所讀到外,另外使用者更加關心應用良率,就是所謂穩定的讀取距離,而影響此良率的關鍵原因就是成品的RF阻抗。另外印刷天線之附著力、晶片封裝及油墨特性等,則是決定此類產品壽命的重要因素。

  導電阻抗

  印刷的電子標籤天線,其RF阻抗的特性將會因印刷時油墨的固形份是否均勻的分佈在油墨中、印刷後的膜厚及印刷底材的介電係數等因素所決定[7],而在印刷界的人都知道印刷出來的第一個印件到最後印出來的印件,顏色的色差或膜厚都會有一定幅度的變動。若再加上底材的品質因素產生介電係數的變動,則二者變動所產生的相加或相抵的結果,就會造成電子標籤印刷天線阻抗超出規格而產生不良品。在HF印刷被動式天線影響較為輕微,但若是在UHF印刷被動式天線遇上此種情形,則產生不良品的機率將大增。即使前二者製程變數變動程度的相加或相抵結果,未使電子標籤天線印刷阻抗超出規格,但仍會使印刷出的UHF電子標籤產生不同讀取距離的結果。

  附著力

  當底材使用光滑緊緻材質時,油墨乾燥後有可能產生容易剝離的現象,尤其當在半成品或成品捲曲的時候,乾燥後之膜厚因彎曲應力而產生剝離或碎裂,但此種情形可藉由油墨中樹脂的調整來改善而提昇油墨之附著力。

  植晶封裝

  植晶製程的良率主要決定於封裝導電膠之RF特性及印件的定位精度,一般來講凸版印刷的精度是最差的,若日後能在製程規劃與初期設備建置調整時就考量,將有效提昇植晶製程的良率。

  生命周期

  印刷式的電子標籤生命周期是比蝕刻、衝壓或蒸鍍的方式所製成的電子標籤來的短,原因是烘烤乾燥後的銀膠與空氣中的水分子或硫分子接觸後,極易產生氧化或硫化現象,而有變色或變黑現象。

  若此種印刷式的電子標籤被使用貼在會經海運運送的貨品上時,則所面臨的被氧化或塩化現象將更嚴重。天線被氧化、塩化或硫化後電子標籤的RF性能將會隨其變化層的深淺而有所影響,但所幸的是變化層厚度要到一定深度時,才會使RF阻抗有明顯的變化。

  結論

  在前述四種印刷方式使用於被動式之UHF電子標籤印刷時,其成本及製程良率各有不同,詳如圖〔5〕所示,雖然凹版及凸版兩項印刷技術之良率較低,但是這二種技術之生產成本及產能卻極具競爭力,而日後導電油墨材料若能有突破時圖〔5〕的結果將完全會改觀。

  另外,噴墨印刷所需成本目前高仍於凹版及凸版兩項印刷技術,但若將設備投資成本排除時,噴墨印刷所使用之導電油墨價格與凹版及凸版使用之導電油墨價格是相近,且低材料損耗、穩定高良率的製程特性,反而使得總體生產成本最低。

  由於印刷天線的性能主要取決於導電油墨之導電粒子固形份含量及印刷膜厚等二樣製程參數,且此二項參數可掌控影響製程良率結果的74%,這顯示印刷被動式電子標籤技術良率將深受導電油墨材料特性所影響。

1

相關焦點

  • RFID抗金屬標籤是什麼?為什麼都用rfid抗金屬標籤?
    RFID抗金屬標籤在原有的基礎上添加了一種抗金屬材料,這種材料可以防止標籤與金屬物體粘合出現失效的情況,這種材料的標籤被稱為rfid抗金屬標籤。 抗金屬材料是一種特殊的防磁性吸波材料封裝成的電子標籤,從技術上解決了電子標籤不能附著於金屬表面使用的難題。
  • 添加rfid電子標籤需要注意什麼?
    該籤字由接受方或rfid讀取器獲取,其不可是唯一的,並且能夠顯示信息標誌商品的部位。rfid也被運用在具備銀聯閃付作用的透支卡上。由於電子標籤是磁讀的,因而它比一般的視覺效果掃描儀系統軟體具備高些的高效率,並且電子標籤和讀取器也不用雜亂無章的通信光纜。
  • RFID天線技術分析
    天線在上述無線電波傳輸的過程中,是無線通信系統的第一個和最後一個器件。       RFID天線的極化:有些應用可以採用線極化,例如在流水線上,這時電子標籤的位置基本上是固定不變的,電子標籤的天線可以採用線極化的方式。但在大多數場合,由於電子標籤的方位是不可知的,所以大部分rfid系統採用圓極化天線。
  • RFID電子標籤天線的種類與發展趨勢
    ,局部結構對輻射模式的影響要求等,這些都將影響電子標籤天線的特性,都是電子標籤設計面臨的問題。蝕刻技術生產的天線可以運用於大量製造13.56M、UHF頻寬的電子標籤中,它具有線路精細、電阻率低、耐候性好、信號穩定等優點。
  • RFID電子標籤天線有哪一些種類
    電子標籤天線的設計還面臨許多其他難題,如相應的小尺寸要求,低成本要求,所標識物體的形狀及物理特性要求,電子標籤到貼標籤物體的距離要求,貼標籤物體的介電常數要求,金屬表面的反射要求,局部結構對輻射模式的影響要求等,這些都將影響電子標籤天線的特性,都是電子標籤設計面臨的問題。
  • 論一款性能好的RFID天線對RFID倉儲管理系統的重要性
    在倉儲領域,通過電子標籤與貨物進行綁定,通過天線和讀寫器將信號傳遞到系統當中,形成自動化的數據採集工作。 RFID天線在一個RFID倉儲管理項目中成本只佔到0.5%,佔比很低,但其性能的好壞卻對整個項目的影響很大。
  • RFID系統中電子標籤天線分類及設計
    此外,標籤天線設計時還必須考慮電子標籤所應用的場合,如應用在金屬物體表面的標籤天線和應用在普通物體表面的標籤天線在天線的結構和選材上存有很大的差別。適合於多種晶片、低成本、多用途的標籤天線是射頻識別在我國得到廣泛普及的關鍵技術之一。
  • RFID電子標籤天線分類與特點_訪談報導_新聞中心_RFID世界網
    RFID系統主要包含三大部分:電子標籤、感應天線及讀寫應答設備(如上圖);同時,電子標籤是由電子標籤天線與射頻晶片共同組成。今天我們重點來介紹一下電子標籤天線的有哪些種類,它們分別有什麼特點;目前,RFID標籤天線由於導線材質、材料結構與製造工藝不同,大致可以分成以下幾大類,蝕刻天線、印刷天線、繞線天線、加成天線、陶瓷天線等蝕刻天線(含銅蝕刻天線與鋁蝕刻天線)
  • 關於RFID天線你不知道的那些事兒
    一、你對RFID天線知多少射頻識別技術(RFID)是一種新興的自動識別技術,其工作原理是通過無線方式進行雙向數據通信,達到傳遞射頻信息的目的。一般情況下,RFID系統由電子標籤、閱讀器和相關應用系統軟體等組成。
  • 詳解RFID電子標籤的分類(按頻率高低劃分)
    RFID電子標籤種類繁多,每種不同的標籤,都有自己不同的特點,也有著各自不同的應用場景。RFID電子標籤由耦合元件及晶片組成,每個RFID標籤具有唯一的電子編碼,附著在物體上標識目標對象。工作在不同頻段或頻點上的電子標籤具有不同的特點。
  • RFID標籤天線製備技術
    RFID電子標籤主要由底材、天線及晶片組成,天線層是主要的功能層,其目的是傳輸最大的能量進出標籤晶片。與傳統蝕刻法,繞線法相比,標籤天線的直接印製法大大節約了成本。,溶蝕掉未印刷抗蝕油墨層區域的金屬;然後再去除薄膜片材天線圖案金屬層上的抗蝕刻油墨,這樣就得到了標籤天線。
  • rfid讀寫器的組成部分包括什麼_rfid讀寫器的主要功能
    rfid讀寫器的組成部分包括什麼   典型的RFID讀寫器終端一般由天線、射頻接口模塊和邏輯控制模塊三部分構成。   1.RFID天線   RFID讀寫器的是發射和接收的設備, 它主要負責將讀寫器中的電流信號轉換成射頻載波信號並發送給,或者接收標籤發送過來的射頻載波信號並將其轉化為電流信號,讀寫器的天線可以外置也可以內置,天線的設計對閱讀器的工作性能來說非常重要,對於標籤來說,它的工作能量全部由閱讀器的天線提供。
  • 9種RFID標籤天線的設計方案
    RFID電子標籤又稱射頻標籤;閱讀器又稱為掃描器。電子標籤與閱讀器之間通過耦合元件實現射頻信號的空間(無接觸)耦合;在耦合通道內,根據時序關係,實現能量的傳遞和數據交換。
  • 用納米銅油墨印刷RFID標籤天線
    相比之下,銅是一個極好的候選材料 ,其導電性好,成本低(銅:0.05元/g-0.07元/g),抗電遷移性能好,是最有潛力普及應用的印刷電子材料之一。目前HF和UHF電子標籤天線的主流製造技術仍是蝕刻技術,與PCB製造相似,但是線路更簡單。因此,本文採用納米銅導電油墨試做了RFID電子標籤的天線電路,以方便地評估其性能和成本。
  • 物流倉儲等應用場景中超高頻RFID天線怎麼選?
    說到超高頻rfid天線,我們經常會在項目應用中不知道該怎麼去選擇天線,選擇天線最關鍵點在於:極化方向,天線增益,波束角度,工作頻段,機械尺寸,應用環境等。  極化方向分別有:圓極化,線極化,雙線極化。  1, 圓極化天線使用場合最為廣泛,對標籤擺放沒有要求,360度旋轉都可以正常識別。
  • RFID技術原理和RFID標籤天線詳解
    3 RFID系統中的天線  從RFID技術原理上看,RFID標籤性能的關鍵在於RFID標籤天線的特點和性能。在標籤與讀寫器數據通信過程中起關鍵作用是天線,一方面,標籤的晶片啟動電路開始工作,需要通過天線在讀寫器產生的電磁場中獲得足夠的能量;另一方面,天線決定了標籤與讀寫器之間的通信信道和通信方式。
  • 在檔案文件管理中,RFID設備如何正確選型?
    RFID數據採集系統,包括讀寫器、讀寫天線和電子標籤,在檔案文件管理中,通過電子標籤與檔案盒或文件袋進行綁定,通過天線和讀寫器將信號傳遞到系統當中,形成自動化的數據採集工作。關於RFID電子標籤選型在檔案文件管理中,通常是需要識別一個柜子裡面有多少份檔案,或者要精確到每一層有多少份,檔案袋的厚度基本是不一致的,有一些檔案紙張少的情況下就非常薄,可能厚度只有1-2MM,這樣的情況下我們要選擇
  • 介質環境對標籤天線的影響分析及紙基RFID標籤天線設計實現
    典型的 RFID 系統由 RFID 讀寫器和 RFID 標籤組成, RFID 標籤依靠讀寫器發射的電磁信號供電,並通過反射調製電磁信號與讀寫器通信。RFID標籤由RFID標籤晶片和標籤天線組成。RFID 標籤天線與標籤晶片之間的阻抗匹配程度,決定了RFID 標籤 的供電效率和讀寫距離。是影響 RFID 標籤性能指標的主要因素。
  • UHF RFID電子標籤常見的形態及應用
    RFID標籤、高頻RFID標籤和超高頻RFID電子標籤幾大類,但這些標籤消耗量巨大的場景幾乎都是使用超高頻RFID標籤,這主要源自以下優勢: (1)超高頻RFID電子標籤的讀取距離更遠; (2)超高頻RFID電子標籤安全性、保密性強; (3)超高頻RFID電子標籤可以識別高速運動的物體; (4)超高頻RFID電子標籤能同時實現多對象的同步識別;
  • 一種超小型超高頻段RFID標籤天線的設計
    2 標籤天線結構設計  電子標籤採用FR4-環氧樹脂電路介質基板(FR4_expoy)厚度為0.8 mm;介電常數為4.4;線寬為0.5 mm。經過長時間繞制,得到天線幾何形狀如圖1所示。  圖1 設計天線結構圖  該結構充分利用了電子標籤形狀,天線的增益如圖2所示。  圖2 天線增益圖  由圖2可知,天線增益為-15.7 dB,全向輻射。天線上的電流分布如圖3所示。  圖3 天線面電流密度  天線諧振圖像如圖4所示。