RFID電子標(biāo)簽天線模切工藝方案詳解

隨著RFID電子標(biāo)簽的普及與應(yīng)用，其工藝技術(shù)也逐漸完善與成熟。下文就為大家介紹RFID電子標(biāo)簽天線的制作方法和模切工藝。

一、RFID天線制造方法

天線制造技術(shù)在低頻段主要是線圈繞制法，一般的超高頻和高頻天線制造方法主要存在蝕刻法，電鍍法，印刷法。

1、蝕刻法

首先在覆有金屬箔的P E T薄膜上印刷抗蝕油墨來保護(hù)天線線路圖形在蝕刻中不被溶蝕掉，接著烘烤，蝕刻，清洗得到我們需要的天線圖案。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：工藝成熟，天線生產(chǎn)的成品率很高，而且天線的性能一致性很好；而缺點(diǎn)就是：蝕刻工序很慢，導(dǎo)致天線生產(chǎn)速度慢；由于利用了減成工藝， 很大部分的銅箔都被蝕刻掉， 所以導(dǎo)致其成本比較高。

2、印刷法

通過導(dǎo)電銀漿把天線圖案印刷在P E T基材上， 然后烘烤固化， 就得到了天線的制造過程。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)速度快，而且可以實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，可以適用于小批量生產(chǎn)。

這種方法的缺點(diǎn)是：1 導(dǎo)電銀漿的導(dǎo)電性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如銅箔（ 大概為其1／20），天線的導(dǎo)體損耗比較大，導(dǎo)致天線效率不如蝕刻法天線；2 導(dǎo)電銀漿對PET基材附著性不好，容易脫落，導(dǎo)致天線的可靠性不高。3 最近銀價(jià)大漲，導(dǎo)致導(dǎo)電銀漿的成本大幅增大，削弱了其成本的優(yōu)勢。

3、電鍍法

首先用導(dǎo)電銀漿（厚度薄于印刷法）或其他電鍍種子層把天線圖案直接印刷在P E T基材上，烘烤接著電鍍加厚，從而得到天線成品。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)速度很快，天線導(dǎo)體損耗少，從而天線的性能好。缺點(diǎn)就是：初始的設(shè)備投資很大，而且其只適合大批量生產(chǎn)。

4、真空鍍膜法

先以印刷方式將Masking印刷在PET基材上形成RFID天線的反圖案，再以真空鍍膜方式鍍上鋁層或銅層， 最后經(jīng)由D e － m a s k i n g制程便形成了RFID天線。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是：生產(chǎn)速度快，成本比較低；缺點(diǎn)就是：沉積的膜大概在2μm左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于蝕刻和電鍍的1 8μm。天線的性能介于蝕刻和印刷之間。真空鍍膜的設(shè)備大概一臺1 0 0萬美元， 設(shè)備投資很大。跟電鍍法類似適合大批量生產(chǎn)。

也有人嘗試先印刷含鉑油墨到P E T基材上形成天線圖案作為種子層，然后化學(xué)鍍銅。它的優(yōu)點(diǎn)是含鉑油墨相比導(dǎo)電油墨便宜。但是化學(xué)鍍銅的速度更慢而且沉積厚度大概幾個(gè)微米。

此外，高頻天線也存在一個(gè)布線法，即把漆包線（大概在0．25mm）穿過超聲頭，超聲頭按照設(shè)計(jì)的圖案走線；走線過程中，漆包線與PVC基材超聲連接起來。這種方法的天線性能很好，可靠性也高，就是成本相對蝕刻法還要貴一些。

二、模切技術(shù)

由于主流的蝕刻法生產(chǎn)速度慢，浪費(fèi)材料，而且污染環(huán)境；而印刷法的導(dǎo)電銀漿成本居高不下，天線可靠性也不高；這一切導(dǎo)致人們開始開發(fā)新的低成本，高性能天線制造方法。因此，我們有了采用模切技術(shù)來加工不干膠結(jié)構(gòu)材料來生產(chǎn)RFID天線。

1、模切技術(shù)原理

模切技術(shù)其實(shí)屬于一種裁切工藝，把不干膠材料放在模切機(jī)的模切臺上，然后按照事先設(shè)計(jì)好的圖形進(jìn)行制作成的模切刀版施加壓力，使刀鋒對應(yīng)的地方受力斷裂分離， 從而得到所需要的形狀， 如圖2。不干膠材料的模切一般僅僅將面材和膠粘層切穿，即半切穿，保留底紙和其表面的硅油涂層；最終使模切成型的標(biāo)簽保留在底紙上。

2、模切材料

R F I D天線一般是由一層1 8 u m厚的鋁或銅加上1 0 0 u m厚的離型紙構(gòu)成的。鋁或銅層是作為功能層，在它上面形成RFID天線的圖案形狀；PET是作為天線圖案的承載層，主要起著機(jī)械支撐的作用，此外，P E T基材的介電常數(shù)和厚度也會影響天線的諧振頻率。這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的不干膠結(jié)構(gòu)很類似，只不過不干膠中間多了一層增強(qiáng)層；所以我們采用天線做成不干膠結(jié)構(gòu)形式。我們模切所用的材料有三層結(jié)構(gòu)：帶硅油的離型紙或PET（大概100μm），粘膠層（大概20μm），帶增強(qiáng)層的鋁箔（大概35μm），如圖：

其中硅油主要是為了便于分離廢料， 增強(qiáng)層主要是為了加強(qiáng)鋁箔， 便于排廢。

3、模切機(jī)

模切機(jī)主要是通過控制壓力來完成模切。其工作原理是利用模切刀、鋼刀、五金模具、鋼線（或鋼板雕刻成的模版），通過壓印版施加一定的壓力，將材料軋切成你所需要形狀。

根據(jù)模切底板和壓切機(jī)構(gòu)的不同，模切機(jī)可分為平壓平、圓壓平和圓壓圓三種類型。

三、RFID天線模切方案

1、RFID天線模切特點(diǎn)分析

模具要求：

雖然我們采用不干膠的結(jié)構(gòu)來制作我們的天線， 但是我們的面材是金屬鋁或銅。金屬比較容易損耗刀模，對于非金屬材料，蝕刻模一般可以模切20萬次，對于金屬來說大概在2萬次左右就必須修?；驈U棄。所以我們選擇好一點(diǎn)的模具材料也可以對刀鋒處進(jìn)行熱處理來提高刀鋒的硬度。

RFID天線圖案比較精細(xì)復(fù)雜，間距也比較小，一般線寬在1mm左右。

所以我們選擇精度高的蝕刻刀或者是雕刻模，而且一般選擇單峰刀模，有斜角的面朝外，沒有斜面的朝內(nèi)，這樣保證切出來的線寬是1mm，而且平直。如下圖所示：

模切材料要求：

前面提到面材的強(qiáng)度對排廢具有很大的影響。我們所用的鋁箔一般在1 8μm左右， 此時(shí)它的強(qiáng)度十分弱， 基本上用手一扯就破了； 直接采用一單層鋁箔或銅箔作為面材，強(qiáng)度明顯不夠。為此，我們在鋁箔的背面增加了一層增強(qiáng)層，在這里我們選擇為10μm厚的PET，具體可見圖3。

為了節(jié)約成本，我們選擇離型紙作為天線基材。粘膠為了排廢和模切的方便，我們選擇水乳性的膠作為我們的膠粘層。膠層厚度在20μm左右。

排廢難點(diǎn)分析：

RFID超頻天線圖案精細(xì)復(fù)雜，導(dǎo)致模切工藝的排廢異常困難。這也是模切天線的困難之所在。具體說來存在以下幾個(gè)特點(diǎn)（我們以NXP提供的參考天線為例，圖5）：

存在閉合環(huán)， 一般偶極子天線為了把阻抗調(diào)到與芯片共軛匹配，其天線結(jié)構(gòu)中都存在T型匹配結(jié)構(gòu)或電感耦合結(jié)構(gòu)； 這些阻抗匹配結(jié)構(gòu)基本上是一個(gè)閉合的圓環(huán)。直接排廢基本上不可能。

天線結(jié)構(gòu)中為了調(diào)節(jié)天線的實(shí)部部分，T型匹配結(jié)構(gòu)只是與天線輻射部分在中間部分相連。T型結(jié)構(gòu)其他部分與天線輻射部分存在一個(gè)間隙。此間隙與彎折線和正常的排版方向垂直，一般不好排廢。

偶極子天線為了小型化， 一般采用了彎折線技術(shù)。彎折線的間距一般在1mm－2mm左右。彎折高度大概在8mm左右。這些細(xì)長的彎折線是比較難排廢。我們在加了增強(qiáng)層以后， 發(fā)現(xiàn)一端的彎折線間隙可以直接排掉，另一端的彎折線間隙不好排掉。

同樣為了小型化， 天線末端有時(shí)也會存在折合結(jié)構(gòu)， 這相當(dāng)于大半個(gè)閉合環(huán)，給排廢帶來了比較大的困難。

2、粘膠模切排廢方案

針對R F I D天線精細(xì)復(fù)雜的情況，我們提出了兩次模切兩次排廢的天線制造方案。我們把天線分為內(nèi)部圖案和框架圖案兩大部分?？蚣軋D案是一個(gè)很規(guī)則的圖案可以直接排廢；而內(nèi)部屬于比較難排的圖案，我們把其分為一個(gè)個(gè)分離的圖案，用粘膠把其粘掉排廢。見下圖：

粘膠排廢原理：

粘膠排廢主要是基于粘接力的相對大小來達(dá)到排廢的目的。如圖7所示，紫色部分為要排廢的部分，它們是一個(gè)個(gè)分離的“孤島”。要保留的圖案部分是整體連接在一起的。粘膠帶附在要排廢的圖案上面。當(dāng)粘膠揭起經(jīng)過“孤島”時(shí)，由于“孤島”部分面積相對而言很小，粘膠帶隊(duì)“孤島”部分的粘接力大于“孤島”部分與離型紙的粘接力，“孤島”部分被轉(zhuǎn)移到膠粘帶上。當(dāng)粘膠帶要經(jīng)過要保留的圖案時(shí)，要保留的圖案的面積很大， 膠粘帶對＂孤島” 部分的粘接力小于要保留圖案部分與離型紙的粘接力，所以要保留的圖案繼續(xù)留在離型紙上。這樣的話，分離的“孤島”本分就被粘膠帶帶出，而要保留的圖案層繼續(xù)留在離型紙上，從而達(dá)到了排廢的目的。

排廢流程圖與圖案過程變化圖：

以N X P提供的參照天線為例，圖9是模切過程中的天線圖案的逐步變化圖

NXP提供的參考天線排廢過程圖案變化圖

具體實(shí)施過程：

按照粘膠排廢方案， 我們選擇兩臺3 0 0 m m寬平刀模切機(jī)。兩臺復(fù)合機(jī)，一臺貼合機(jī)、一臺剝離機(jī)。

貼合即負(fù)責(zé)把膠帶貼合到不干膠上面的鋁箔上，剝離機(jī)負(fù)責(zé)把粘了廢料的膠帶回收起來。由于離型紙上的硅油作用，鋁箔對離型紙的黏力很?。?0g就算超重剝離力），一般的膠帶粘接力都可以達(dá)到100g以上，所以粘接力一般沒有問題。粘膠帶的寬度一般比最大廢料的寬度要窄一些。

我們按照前面提到的流程，把天線圖案按照內(nèi)部和外框分別開了兩副模具，為了提高產(chǎn)出率，我們在一副模具上做了三排圖案，具體見下圖：

內(nèi)部圖案模切模具

外框模切模具

模切過程實(shí)物圖：

3、模切天線與蝕刻天線性能比較

邊緣整齊性：

由于模切天線是機(jī)械切出，它的邊緣非常平整。而蝕刻法制造的天線，由于化學(xué)腐蝕的側(cè)蝕作用，邊緣是凹凸不平的。具體見下圖：

生產(chǎn)速度：

模切機(jī)的速度是3次每秒，假定刀模有3個(gè)圖案，機(jī)器一天工作1 2小時(shí)，那么我們每天可以生產(chǎn)天線4 0萬張，這不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蝕刻法的速度，而且比印刷法還要快。

圖案精細(xì)方面：

蝕刻法精度可到0 ． 2 m m，適合芯片直接倒裝在天線上； 模切法的精度大概在0 ． 5 m m左右， 所以必須通過模組轉(zhuǎn)移的方式來完成天線與芯片的互聯(lián)。

圖案的確定性：

蝕刻法天線圖案是牢牢粘在P E T基底上面，而模切法制出的天線由于其離型紙上的硅油，天線圖案不是固定的，容易滑動造成圖案失真。這需要生產(chǎn)過程中盡可能的減少人工的干預(yù)。