RFID印刷天線技術及應用價值

RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別技術如今已成為各國關注的焦點，其系統(tǒng)的基本組件包括RFID電子標簽、RFID讀寫器和天線。其中，天線是一種以電磁波形式把無線電收發(fā)機的射頻信號功率接收或輻射出去的裝置。在RFID系統(tǒng)中，天線分為標簽天線和讀寫器天線兩種。標簽天線的目標是傳輸最大的能量進出標簽芯片：發(fā)射時，把高頻電流轉換為電磁波；接收時，把電磁波轉換為高頻電流。

RFID天線有多種制作工藝，本文將對RFID天線的制作技術進行總結與分析，重點對RFID天線的最新的制作方法——RFID印刷天線及相關技術進行闡述，并展望其前景。

三種RFID天線制作技術

RFID天線制作技術主要有蝕刻法、線圈繞制法和印刷天線三種。其中，RFID導電油墨印刷天線為近年來發(fā)展的一種新技術。

以上RFID標簽天線的制作方法分別適用于不同頻率的RFID電子標簽產(chǎn)品。低頻RFID電子標簽天線基本是繞線方式制作而成，高頻RFID電子標簽天線利用以上三種方式均可實現(xiàn)，但以蝕刻天線為主，其材料一般為鋁或銅，UHF RFID電子標簽天線則以印刷天線為主。

蝕刻法也稱為減法制作技術。其制作流程如下（以銅質天線為例）：首先在一個塑料薄膜上層壓一個平面銅箔片；然后在銅箔片上涂覆光敏膠，干燥后通過一個正片（具有所需形狀的圖案）對其進行光照；放入化學顯影液中，此時感光膠的光照部分被洗掉，露出銅；最后放入蝕刻池，所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉，從而得到所需形狀的銅線圈。

蝕刻印制天線因為其精度高，特性能夠與讀寫機的詢問信號相匹配，同時在天線的阻抗、應用到物品上的射頻性能等都很好，但是它惟一的缺點就是成本太高。

利用線圈繞制法制作RFID標簽時，要在一個繞制工具上繞制標簽線圈并進行固定，此時要求天線線圈的匝數(shù)較多(典型匝數(shù)50-l500匝)。這種方法用于頻率范圍在125-134 KHz 的RFID標簽，其缺點是成本高，生產(chǎn)速度慢。

印刷天線是直接用導電油墨在絕緣基板（薄膜）上印刷導電線路，形成天線和電路，又叫添加法制作技術。主要的印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷擴展到膠印、柔性版印刷、凹印等制作方法，較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印與凹印技術。印刷技術的進步及其進一步應用于RFID天線的制作使RFID標簽的生產(chǎn)成本降低，從而促進了 RFID電子標簽的應用。

印刷天線本身與蝕刻天線、繞制天線相比，具有以下獨特之處：

一、印刷天線制造可更加精確地調整電性能參數(shù)，將卡片使用性能最佳化。

RFID標簽的主要技術參數(shù)有：諧振頻率、Q值和阻抗。為了達到最優(yōu)性能，所有RFID標簽制造技術都可以采用改變天線匝數(shù)、天線尺寸大小和線徑粗細的方法來獲得。印刷天線技術還可以通過局部改變線的寬度，改變晶片層的厚度等精確調整到所需的目標值。

二、印刷天線制造可以任意改變線圈形狀，以適應用戶表面加工要求。

針對RFID卡片的多用途使用，以及各種個性化的要求越來越多，印刷天線可按要求方便地改變成任何形狀，如不同曲率、角度的物體表面，以滿足客戶要求，而不降低任何使用性能。

三、印刷天線可使用各種不同卡基體材料。

印刷式天線可按用戶要求使用不同卡體材料，除PVC（聚氯乙烯）外，還可使用PET-G（共聚酯）、PET（聚酯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PC（聚碳酸脂）和紙基材料等。如果采用繞線技術，就很難用PC等材料生產(chǎn)出適應惡劣環(huán)境條件的RFID標簽。

四、印刷天線制造適合于各種不同廠家提供的晶片模塊。

隨著RFID標簽的廣泛使用，越來越多的IC晶片廠家都加入到生產(chǎn)RFID晶片模塊的隊伍。由于缺乏統(tǒng)一的標準，電性能參數(shù)也不同，而印刷天線結構的靈活性，可分別與各種不同晶片以及采用不同封裝形式的模塊相匹配，以達到最佳使用性能。

RFID導電油墨與印刷天線技術

RFID印刷天線之所以具有強于傳統(tǒng)天線的特點，主要取決于導電油墨的特性及其與印刷技術的完美結合。

導電油墨由細微導電粒子或其他特殊材料（如導電的聚合物等）組成，印刷在柔性或硬質承印物上可制成印刷電路，起到導線、天線和電阻的作用。導電油墨從較大程度上決定了RFID印刷天線的阻抗這一關系RFID天線性能的重要參數(shù)。

目前，富林特（Flint）公司、Parelec公司、杜邦（DuPont）公司、韓國ABC納米技術公司、上海寶銀公司、北京力拓達科技公司、武漢三萊科技發(fā)展有限公司分別研發(fā)了各種RFID印刷天線用導電油墨。

根據(jù)制造工藝的不同，導電油墨可以分為間接法導電油墨和直接法導電油墨。

按導電油墨中所含導電因子的成分，導電油墨包括碳漿油墨、銅漿油墨、銀漿油墨和金漿油墨。由于銀漿油墨有較低的電阻率，對于RFID標簽而言是最佳的選擇。另外由于銅氧化速度非常快，因此并不適合用于RFID天線的印刷。

從未來的發(fā)展看，RFID印刷天線技術將成為主流的RFID天線制作技術，這源于利用導電油墨進行天線印刷的下列優(yōu)勢：

成本低

成本的降低主要取決于導電油墨材料和網(wǎng)印工序這兩個方面的原因。從材料本身的成本上來講，油墨要比沖壓或蝕刻金屬線圈的價格低，特別是在銅、銀的價格上漲的情況下，采用導電油墨印刷法制作RFID天線不失為一種理想的替代方法；從材料耗用量上說，蝕刻要消耗大量金屬，而導電油墨印刷天線電路速度快、材料省、成本低、效率高。

網(wǎng)印工序之所以能降低成本，原因之一是引進印刷設備的投資比引進銅蝕刻設備要便宜得多。此外，由于印刷過程中無需因環(huán)保要求而追加額外的投資，故而生產(chǎn)及設備的維護成本比銅蝕刻方法也要低，從而也減少了標簽的單件成本。

導電性能好

導電油墨干燥后，由于導電粒子間的距離變小，自由電子沿外加電場方向移動形成電流，因此RFID印刷天線具有良好的導電性能。

操作容易

印刷技術作為一種添加法制作技術，較之減法制作技術(如蝕刻)而言，本身是一種容易控制、一步到位的工藝過程。

無污染

銅蝕刻過程必須采用的光敏膠和其他化學試劑都具有較強的侵蝕作用，所產(chǎn)生的廢料及排出物對環(huán)境造成較大的污染。而采用導電油墨直接在基材上進行印刷，無需使用化學試劑，因而具有無污染的優(yōu)點。

基材選擇靈活多樣

導電油墨幾乎能印刷在所有的承印材料上，包括聚酯、聚酰亞胺、ABS工程塑料、PVC (聚氯乙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、(涂料)紙板等。而銅蝕刻技術則只能采用具有高度抗腐蝕性的基材如聚酯，這類基材的價格一般要比印刷所選擇的基材高。

印刷的導電油墨天線還能夠經(jīng)受住更高的外部機械壓力。此外，利用導電油墨制作的RFID標簽印刷天線具有更好的彈性和更高的可靠性。

在利用導電油墨印刷RFID天線時，以下幾方面的操作需格外注意，以達到最好的印刷效果。

操作環(huán)境：印刷環(huán)境的選擇對印刷效果有直接的影響，應盡量減少印刷區(qū)的灰塵及異物污染，環(huán)境的要求至少是100000級以上的凈化室。

前處理：要保證印刷面清潔無污染、無油脂及氧化物等，印刷面處理后停留的時間越短越好，以防止被氧化或污染。

稀釋：油墨調好粘度后，加少量的稀釋劑，可以改善自動印刷的印刷效果。用前須充分攪拌10分鐘。

預烘干：溫度和時間可根據(jù)特定的生產(chǎn)工藝來調整。

保存：溫度在20-25度保存，避光、避熱。

由此可見，利用導電油墨制作RFID印刷天線時對工藝具有較高的要求。對于導電油墨本身而言，應具有附著力強、電阻率低、固化溫度低、導電性能穩(wěn)定等特性，以滿足RFID天線的功能要求。

RFID印刷天線應用價值

RFID技術目前已應用于物流、零售、軍事、城市管理、圖書管理、食品安全追溯等多個領域。特別是在零售領域，RFID電子標簽因技術先進和方便管理而被眾多的零售商添加到商品包裝上，以實時跟蹤商品的流動情況。沃爾瑪、麥德龍等國際大零售商都要求其供應商在其提供的商品上貼加RFID標簽。

因而，RFID及相關技術需不斷進步，以適應不同行業(yè)不同領域應用需求。而利用導電油墨及先進的RFID天線印刷技術，可優(yōu)化RFID電子標簽的應用價值，進一步促進RFID的應用。所以，RFID天線印刷技術的應用價值，主要集中在以下兩個方面：

首先，降低標簽成本，促進各行業(yè)RFID應用。

標簽成本高一直以來都是困擾RFID業(yè)界及用戶的難題，RFID標簽成本在RFID各個環(huán)節(jié)所占比重最大。因此，在RFID電子標簽推廣應用的過程中，如何降低標簽的成本、完善性能，是當務之急。

對于一般商品，RFID標簽的使用會導致產(chǎn)品成本的提高從而阻礙了RFID技術的進一步應用。但導電油墨技術則可使RFID應用走出成本瓶頸。利用導電油墨進行RFID標簽天線的印刷可大大降低HF及UHF天線的制作成本，從而降低RFID標簽的總體成本。
導電油墨RFID印刷天線已用于我國公交乘車系統(tǒng)中使用的RFID電子標簽車票。醫(yī)藥及其它領域的產(chǎn)品防偽也是RFID電子標簽可以大顯身手的領域。標簽價格的降低使之可以大規(guī)模的應用于醫(yī)藥、酒類等附加值高的產(chǎn)品的防偽系統(tǒng)中。

其次，促進印刷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

RFID天線的制作除了導電油墨外，還需要借助于先進的印刷技術。這無疑為印刷行業(yè)拓寬了發(fā)展的方向和道路，使之不再僅僅局限于傳統(tǒng)的紙面印刷，而是與自動識別行業(yè)、半導體行業(yè)等有了交叉點，可以促進各個行業(yè)的共同進步。

另外，為配合RFID電子標簽技術和導電油墨RFID印刷天線的發(fā)展，印刷行業(yè)將會不斷研發(fā)更加先進的印刷技術，從而推動印刷行業(yè)自身的飛速發(fā)展。

隨著導電油墨及印刷技術的發(fā)展，RFID印刷天線技術將會得到普及和大規(guī)模的使用，RFID標簽的成本將會進一步下降，從而推動RFID技術在更多領域的應用。