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RFID印刷被动式电子标签良率的探讨

发布时间:2022年04月28日    点击:[0]人次

RFID印刷被动式电子标签良率的探讨

前言

随着RFID市场的成长,电子标签的使用量也呈倍数的成长,但真正阻碍RFID产业发展的因素却是电子标签的价格成本仍高居不下,而印刷式的电子标签则挟先天上成本优势深受市场所冀望。

印刷式电子技术被广泛应用在软性电子、有机显示器、EMI防治、纸电池及RFID等领域,其中又以RFID 被动式的电子标签印刷所面临的技术难题最多。

印刷制程

RFID 被动式的电子标签印刷主要使用之油墨俗称为「导电银胶」。由于印刷时需使用银粉材料,而近来原物料价格不断攀升使得银胶的成本居高不下,导致原本佔有制造成本优势的印刷式电子标签,一时之间成本降不下来,不过长远来看印刷式的电子标签,仍是未来低价电子标签的最佳解决方桉之一。

在印刷的制程上,光是印刷转印油墨的方式就有网版、凹版、凸版及喷墨等四大类,而每种印刷制程特性、品质及成本亦各有不同,若再加入油墨及印刷底材之特性考量,电子标签印刷的制程及材料特性之组配,将能决定各项电子标签印件所适合採用的生产方式。

网版印刷

RFID 电子标签的印刷制程採用此种方桉的桉例最多,如图〔1〕所示网版印刷就是把导电油墨由网版的另一侧以刮刀将油墨扫压过网版,而油墨则穿透过网版上图样的网孔间隙,黏印在被印刷的底材上。网版印刷的油墨黏度较高,且印刷膜厚最高可达100μm,而RFID 电子标签的印刷膜厚仅约为8~12μm即可,其后干燥则可以UV、IR及热风等方式来达成。凹版印刷

凹版印刷是将刻有图样的金属薄版(凹刻),固定于印刷机上的印刷辘上,沾上印刷油墨后转印至被印刷的底材上,详如图〔2〕所示。凹版印刷的油墨黏度较网版印刷油墨的黏度来的低,油墨膜厚控制最为精准,亦可符合RFID 电子标签印制所需膜厚要求,而且印刷速度更快,极适合大量印刷生产,缺点是需投入之设备资金较高。

凸版印刷

凸版印刷是将有图样的橡胶厚版(凸刻),固定于印刷机上的印刷辘上,在沾上印刷油墨后转印至底材上,详如图〔3〕所示。凸版印刷的油墨黏度比凹版印刷来的低,油墨膜厚也是远低于前二者的,且印刷导电银胶时所遭遇的难题最高最难克服,但若能克服种种难题,直接将电子标签印刷在纸箱上的价格竞争力却是前二者所不能媲美的。

喷墨印刷

喷墨印刷技术的发展是近十年来的新兴技术,其大型喷墨印刷设备的印刷精度最高可50μm左右,此技术也是最有可能成功实现IC电路于制程中直接以印刷方式制作,但缺点是印刷速度慢,设备及油墨成本也是所有印刷制程中最高的,而油墨黏度则是四者制程中最低的,膜厚控制精度却是最高的。

导电银胶油墨特性

目前导电银胶的供应商以美、欧厂商为主,亚洲则有日本及南韩厂商相争,其油墨特性主要为银粉成份,而银粉成份的多寡决定其导电阻抗的特性。另外银粉颗粒直径的大小,亦是决定其印刷阻抗均一性的关键,表〔1〕为目前市面上几种导电银胶油墨的商品特性比较表,由表中可见干燥烘烤温度及时间比一般印刷油墨高且长,新开发的导电银胶特性则有朝向低温快干低耗能及兼顾环保的趋势。

底材

在电子标签印刷制程中,最易被忽略的部份就是电子标签的底材(substrate)一般来说被动式电子标签的底材种类不外乎PVC、PET,涂佈白纸、瓦愣纸等,但若要用在UHF频段时,则底材材质的介电係数会大幅影响电子标签的RF阻抗[5],故在设计电子标签天线时须考量此因素在内。

又瓦愣纸当底材印刷电子标签时,由于瓦愣纸的毛细孔相当大,且呈不规则分佈,如图〔4〕所示。当导电油墨印刷上去时,油墨会渗入毛细孔,导致电子标签天线阻抗分佈不均,此种现象在频率愈高时问题愈严重。

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