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1、印制电路信息 2010 No 3 30 短评与介绍 Short Comment antenna method 在RFID标签中 天线层是主要的功能层 其目 标是传输最大的能量进出标签芯片 RFID天线是按 照射频识别所要求的功能而设计的电子线路 将导 电银浆或导电碳浆网印在PVC PC或PET上 再与 面层 保护层和底层等合成的 RFID标签天线的制 印质量是RFID制造过程中需要控制的关键问题 天 线的制作方法常见的有蚀刻法 烫印法和导电油墨 印刷法 下面简单介绍这三种作用方法的特点和操 作技术要领 1 蚀刻法 天线在蚀刻前应先印刷上抗蚀膜 首先将PET 薄膜片材两面覆上金属 如铜 铝等 箔
2、 然后采 用印刷法 网印 凹印等 或光刻法 在薄膜片材 基板 双面天线图案区域印刷抗蚀油墨 就是将 抗蚀油墨印在需要保留铜箔 天线图案 的部分 用以保护线路图形在蚀刻中不被溶蚀掉 抗蚀油 墨品牌较多 但基本上可分为自干型 热固型 和 光固型两大类型 印刷抗蚀墨的方法多采用丝网印 刷 也有用凹印 它成本较低 但由于印刷精度 不太高 只适用于加工制作线宽0 2 mm以上的导 电图形 光刻法是在覆铜基板表面预先涂布光敏抗 蚀膜 并用相应的掩膜覆合曝光 经过显影腐蚀 除去板上残留抗蚀膜 就可得到一个完整的天线图 形 光刻法成本较高 但能加工0 2 mm以下线宽的 精细图形 近年来 随着高科技在印刷领域
3、的普遍 应用 丝网印刷技术也取得可喜的进步 其印刷精 度和质量都有很大的提高 特别是带有图像识别功 能的全自动网印机的出现和高精度丝网制版技术的 完善 使古老的网印技术在微电子加工领域展现出 新的活力 改变了丝网印刷只适用于图像分辨率和 尺寸精要求不太高的印制 蚀刻和图形电镀制作电路 板的局面 如今也能印刷出较高精度 细线精度 墨膜厚度精度 尺寸重复精度 的产品 而且自动 印制电子 Printed Electronics 31 短评与介绍 Short Comment Introduction印制电路信息 2010 No 3 化程度较高 因此可大批量生产 深受人们的瞩目 在抗蚀油墨丝网印刷天线中
4、 要想获得精细的 印刷图形 除要注重选择性能优良的制版 印刷设 备外 对印刷基材 印刷油墨 丝网 感光乳剂以 及印刷环境等也都有特殊的要求 抗蚀油墨可购买 厂家配制好的 也可自己配制 一般其配方为 松 香 工业级 0 8 kg 1 kg 墨绿或深蓝胶版油墨 200 g 立德粉 320目 3 kg 松节油 工业级 1000 ml 1200 ml 硬脂酸 工业级 32 g 配制 时先将松香和硬脂酸一起加热熔化 熔化后必须离 开加热器再缓缓加入松节油 边倒边搅拌 勿使松 香重新凝固 然后加入油墨使其溶解 最后加入立 德粉 充分搅拌或碾压均匀即可 配制时 立德粉 的目数一定要严格选用 加热不要采用水浴
5、法以免 水蒸气进入印料使其结团 抗蚀油墨印刷前 要注 意将油墨充分搅拌均匀 一般不使用稀释剂 印刷 中要注意控制抗蚀油墨干燥后的成膜厚度 成膜过 厚会造成导电图形扩张 影响精度 但成膜也不可 过薄 否则可能会形成砂眼针孔等 增加修版工作 量 网印后一般可采用UV或远红外固化 如采用 远红外烘道干燥2 min即可 而用自然干燥时 温度 应控制在25 30 大约需要4 h或更长一些时 间 成膜铅笔硬度达2 H 干燥后的印刷天线电路板 即可进入蚀刻工序 蚀刻就是将印刷油墨图案已固 化的片材浸入蚀刻液中 溶蚀掉未印刷抗蚀油墨层 区域的金属 然后再去除薄膜片材天线图案金属层 上的抗蚀刻油墨 这样就完成了
6、天线加工过程 至 于RFID标签成品制作 还要经过芯片封装 二次加 工 封装印刷等工序 图1 蚀刻效果对RFID天线制作质量的影响很大 因 此 要保证蚀刻质量 一般来说 要注意以下几个 方面的问题 1 1 注意减少侧蚀和产生突沿 侧蚀会严重影响印制导线的精度 给制作精 细导线带来困难甚至无法实现 当侧蚀和突沿降 低时 蚀刻系数就升高 高的蚀刻系数表示有高精 细导线的能力 使蚀刻后的导线接近原图尺寸 此 外 还要注意突沿过度等弊病 防止引起导线短 路 因为突沿容易发生断裂 在导线的两点之间形 成电的桥接 影响侧蚀的因素很多 如采用浸泡和 鼓泡方式蚀刻时会造成较大的侧蚀 而用泼溅和喷 淋方式蚀刻则
7、侧蚀较小 尤以喷淋蚀刻效果最好 蚀刻液对侧蚀有很大的影响 不同的蚀刻液种类因 化学组分不同 其蚀刻速率也不相同 蚀刻系数也 有差异 如酸性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数通常为3 碱性氯化铜蚀刻液的蚀刻系数可达到4 近来的研 究表明 以硝酸为基础的蚀刻系统可以做到几乎没 有侧蚀 达到蚀刻的线条侧壁接近垂直 但这种蚀 刻系统尚有待于完善和推广 蚀刻液的pH值也对侧 蚀有一定的影响 pH值较高 碱性蚀刻液 时 侧 蚀增大 故应注意控制蚀刻液的pH值 一般在8 5以 下 减少侧蚀 碱性蚀刻液的密度太低会加重侧 蚀 因此可选用高铜浓度的蚀刻液 以减少侧蚀 还有 蚀刻速率与侧蚀也有很大的关系 一般蚀刻 速率慢会造
8、成严重侧蚀 也就是说线路板在蚀刻液 中停留的时间越长 侧蚀越严重 因此加快蚀刻速 率可提高蚀刻质量 蚀刻速度越快 线路板在蚀刻 液中停留的时间越短 侧蚀量就越小 蚀刻出的图 形清晰整齐 金属 如铜 铝等 箔厚度也是引起 侧蚀的一个因素 因为金属箔越薄 在蚀刻液中的 时间越短 侧蚀量就越小 所以 要达到最小侧蚀 的细导线的蚀刻 最好采用 超 薄铜箔 而且线 宽越细 铜箔厚度应越薄 1 2 提高线路板之间蚀刻速率的一致性 在连续的线路板蚀刻中 蚀刻速率越一致 越 能获得均匀蚀刻的线路板 要达到这一要求 必须 保证蚀刻液在蚀刻的全过程始终保持在最佳的蚀刻 状态 这就要求选择容易再生和补偿 蚀刻速率容
9、 图1 RFID蚀刻法流程图 印制电子 Printed Electronics 印制电路信息 2010 No 3 32 短评与介绍 Short Comment Introduction 易控制的蚀刻液 选用能提供恒定的操作条件和对各 种溶液参数能自动控制的工艺和设备 通过控制溶铜 量 pH值 溶液的浓度 温度 溶液流量的均匀性 喷淋系统或喷嘴以及喷嘴的摆动 等来实现 1 3 保证线路板表面蚀刻速率的均匀性 线路板上下两面以及板面上各个部位的蚀刻均 匀性是由线路板表面受到蚀刻剂流量的均匀性决定 的 蚀刻过程中 上下板面的蚀刻速率往往会不一 致 一般来说 下板面的蚀刻速率高于上板面 因 为上板面有
10、溶液的堆积 减弱了蚀刻反应的进行 这个问题可以通过调整上下喷嘴的喷啉压力来解 决 在相同时间里使全部板面都蚀刻干净是蚀刻线 路板很难做到而普遍存在的一个问题 一般来说 线路板边缘比中心部位蚀刻得快 要解决这个问 题 可采用喷淋系统并使喷嘴摆动 这是一个较为 有效的措施 更进一步的改善可想办法使线路板中心 和边缘处的喷淋压力不同 以及采用前沿和后端间歇 蚀刻等方法 使整个板面的蚀刻达到均匀一致 1 4 注意薄铜箔完好 对于薄铜箔的蚀刻 必须保证不被擦伤或划 伤 薄铜箔与厚铜箔不同 经受不了机械上的磨擦 和碰撞 有时较剧烈的振颤都有可能划伤铜箔 这 点在蚀刻中也要加以注意 1 5 注意绿色环保 减
11、少环境污染 铜对水的污染是线路板生产中普遍存在的问题 氨碱蚀刻液的使用更加重了这个环境污染问题 因为 铜与氨络合 不容易用离子交换法或碱沉淀法除去 所以 采用第二次喷淋操作的方法 用无铜的添加液 来漂洗板子 可大大减少铜的排出量 然后 再用空 气刀在水漂洗之前将板面上多余的溶液除去 就可减 轻水对铜和蚀刻的盐类的漂洗负担 蚀刻完毕后可用 1 2 氢氧化钠稀碱液喷淋去膜 2 烫印法 烫印技术是通过烫印金属箔强调亮度和创意效 果的技术 该技术一般被用于书籍的装订和商品的 包装等 烫印法制作天线就是将书刊封面等的烫金 技术移植到天线的制作中来 在书籍 票据等纸制 印刷品的制造中 可将无线标签直接烫印
12、其上 无 需以往无线标签使用的薄膜材料 还能够省去标签 加工及粘贴程序 与以往将无线标签粘贴到印刷品 上的方式相比 加工成本可降低约30 利用烫印技 术加工天线 已开发出了以纸为基材 性能优越的 UHF频带无线标签 在IC晶片和天线的粘接方面 不使用普通的接合材料 而是采用独特的方法 实 现了牢固的结合强度 烫印有热烫印和冷烫印刷两种 热烫印技术是 指利用专用的金属烫印版通过加热 加压的方式将 烫印箔转移到承印材料表面 冷烫印技术是指利用 UV胶粘剂将烫印箔转移到承印材料上的方法 由于 热烫通常需要120 左右的高温 容易使金属 如 铜 铝等 箔加速氧化而降低其导电性能 因此在 烫印天线制作时
13、还是较多选择冷烫工艺 考虑到烫 印天线金属箔的厚度以及天线对金属导电性上的较 高要求 一般冷烫比热烫更适于RFID天线的制作 RFID冷烫印的主要特点如下 2 1 印刷速度快 冷烫印工艺中的粘合剂是采用柔性版印制 后 续粘合和排废过程简单 相对于热烫印工艺 生产 效率提高 能达到较高的标签制作速度 而使用的 成本也比较低 2 2 方法简单 从图2可以看出 相对于蚀刻法和导电油墨法来 说 烫印法的工艺更为简单 它不但缩减了生产工 艺流程 降低了生产成本 同时还大大降低了材料 的生产成本 大家知道 金属 如铜 铝等 箔与 导电油墨的生产成本相关是几个数量级的 同时从 生产工序流程中可以看出 烫印天
14、线是直接将天线 烫印在基材上 省去标签加工及粘贴程序 因此 烫 印天线的生产流程就仅仅为烫印和封装两个过程 图2 RFID烫印法流程图 2 3 导电率好 纯金属材料中 银的电导率为100 铜为 90 铝为60 冷烫印工艺中铝箔以导线的形式粘 印制电子 Printed Electronics 33 短评与介绍 Short Comment Introduction印制电路信息 2010 No 3 附在基材表面 导电性相对较好 如果增加烫印铝 箔的厚度 其标签上印制天线的导电性也会增加 如果铝箔的导电率不够 也可以采用铜箔 铜箔与 电化铝箔制作工艺相同 成本增加不大 烫印法制 作天线的导电性基本上能
15、达到RFID标签的要求 2 4 精细程度高 产品美观 由于粘合剂的上胶是采用一般普通的柔版印刷技 术 分辨率通常在60 l cm左右 精细印刷可达80 l cm 铝箔粘合和排废过程线条变化不大 因此可以达到天 线印制的要求 烫印天线的工艺流程见图2 在需要 烫印的部位印刷特种粘合剂 UV固化粘合剂 而 后通过UV干燥装置将粘合剂中的水分去除到一定程 度 形成一层高黏度的 非常薄的压敏胶 然后 开 始冷烫印 在一对金属滚筒的作用下 使金属箔同粘 合剂接触并压合为一体 由于粘合剂同铝箔之间粘结 力大 所以排废时 铝箔与粘合剂接触的部位留在 基片表面 与基片成为一体 而铝箔的其他部分则同 传统烫印一
16、样排废 从而完成RFID标签天线的制作 过程 由于转移到印刷品上的铝箔图纹浮在印刷品表 面 牢固度很差 而且标签使用过程中还要防止表面 铝的氧化 必须给予保护 因此在标签装上芯片后还 需在表面上光或覆膜 以保护表面天线 但是烫印天线也存在不足之处 如 1 印刷 品烫印后必须上光或覆膜 增加了成本和工艺的复杂 性 但上光或覆膜能很好地保护烫印天线的金属箔图 纹 同时还能增加标签的美观程度 2 由于UV粘 合剂流平性差 所以干燥后的表面有些不是绝对的 平面 导致转移在其上面的金属箔表面亮度差 有 漫反射现象 可能会影响标签天线的美观 这些都 要在加工中充分考虑 此外 在烫印制作RFID标签天线后 标签化加 工和封装也是RFID成败的关键 RFID对制作工艺有 其独特的要求 主要应注意高成品率 厚纸印刷和 复合加工 在高成品率上 由于RFID本身的价值要 高于普通印刷标签许多倍 所以给企业带来高利润 的同时 印刷品高成品率尤为重要 尤其是许多产 品都要求多色UV墨印刷 上光 上胶 印量大的标 签大多数还采用卷筒印刷或无接口印刷 通花 等 方式加工 由于加工工序多 也加大了成品的筛选 难度 对
