RFID印制中的导电油墨和喷墨技术

文/王娜

RFID是英文Radio　Frequency　Identification的缩写，中文称为无线射频标识、感应卡、电子标签、射频标签等。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID给印刷界及其油墨行业的发展带来了一个巨大的发展契机。各种印刷电路技术，导电油墨制备技术，随着整个RFID应用领域驱动，发展速度很快，技术日新月异。本文从RFID基本原理，技术优点入手，阐述了几种印制RFID的印制方式和导电油墨现状及其发展趋势。

RFID技术的基本工作原理

RFID 技术的基本工作原理并不复杂，标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，凭借感应电流驱动标签内信息存储芯片，发送出存储在芯片中的产品信息；RFID 读写器的任务是控制射频模块向标签发射读取信号，并接收标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息连带标签上其他相关信息传送至中央信息系统（计算机系统）进行有关数据处理。RFID标签的特殊在于免用电池、免接触、免刷卡故不怕脏污，且芯片密码是唯一的，安全可靠。

RFID 技术优点

1．数据的读写功能。RFID标签通过读取器，不需要直接接触就能读取信息，并传送到数据库。它一次可以读取多个标签，还可将物流状态写入标签，供下一段物流处理的读取判断之用。

2．小型化和多样化。RFID在读取上不受尺寸大小和形状的限制，不需要为了读取精确度而配合特定的纸张、固定的尺寸及印刷品质。此外，RFID标签更可以向小型化、多样型发展，以满足不同类型产品的要求。

3．耐环境性好。纸张等标签沾上脏污，就会看不清楚，丢失信息，但RFID标签对

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纸卡、吊标或其他类型的标签。芯片是RFID的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般是采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。

在天线制作过程中，也会用到印刷技术。目前，有三种天线制造技术，蚀刻天线（etched antenna）、印刷天线（printed　antenna）和绕线式天线。除绕线式天线外，另两种天线制造技术是属印制板制造技术。

1.蚀刻天线技术。现在，国际上采用蚀刻／冲压天线为主，其导电材料一般为铝或者铜，由覆铜箔或铝箔的绝缘基板薄膜）经印制蚀刻形成线圈状图形，成为天线，同时是装载芯片元件的电路载板。蚀刻印制天线因为其精度高，特性上能与读写机的询问信号相匹配，同时在天线的阻抗，应用到物品上的射频性能等方面都很好，但缺点是成本太高。

2.印刷天线技术。印刷天线是直接用导电油墨在绝缘基板（薄膜）上印刷导电线路，形成天线和电路。而且已从只用丝网印刷扩展到可以使用胶印、柔印、凹印等印刷，现在印刷主要还是以丝网印刷为首选，这是因为丝网印刷在集成电路板、薄膜开关等方面的印刷质量还是其他印刷方法暂时所无法企及的。在RFID印刷中，要使用导电油墨。而印刷导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。它是一种高技术丝网，不是由一般的金属或尼龙等丝线编织成的，而是由镍箔钻孔而成箔网，网孔呈六角形，也可用电解成形法制成圆孔形。整个网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性，用于印刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品的效果较好，能分辨0.1mm的电路线间隔，定位精度可达0.01mm。印刷技术的进步促进了RFID标签的生产成本在降低，增加其实用性。

导电油墨在印刷天线中的运用

导电油墨的研制，是最近RFID印制技术的一个发展热点。利用导电油墨，可以将RFID的天线以接近于零的成本印制到产品包装上。导电油墨

水、油和有机溶剂及其他脏污物却有很好的忍耐性和抗御能力，它在黑暗中和被污染的环境下也可以读取数据。

4．可重复使用。由于RFID为电子数据，可以反复被读出、写入，因此可以回收标签，重复使用。如果是被动式标签，不用电池就可使用，还省却了维护保养的麻烦。

5．有穿透性。RFID标签若被纸张、布料、木材、塑料等非金属、不透明物质遮挡、包覆，信息可照样传输，不受影响。

6．数据的记忆容量大。随着社会不断发展，未来物品所需要携带的信息量也越来越大，这是传统标签所无法胜任的，这种携带大容量信息的任务，只有RFID标签能够胜任。

7．能同时识别多个物体。可以同时对多个物体进行识读，而条形码只能一个一个地读。此外，储存的信息量也非常大。更重要的是目前全世界每年生产超过5亿种商品，而全球通用的商品条形码，由12位排列出来的条形码号码已经快要用光了。所以条形码是有可能被RFID标签替代的。

RFID系统基本组成

1.标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

2.读写器（Reader）：读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。

3.天线（Antenna）：在标签和读写器间传递射频信号（天线可附属于读写器与标签）。

RFID的制印技术

从RFID的定义上来看，智能是指由芯片、天线等组成的射频电路；而标签是利用标签印刷工艺使射频电路具有实用化的外衣。从印刷的角度来看，RFID的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。RFID的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、

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制成的导电油墨，也可将导电油墨中金属粉(如银粉)制成纳米级银粉来制造导电油墨，这种导电油墨不仅印刷的膜层薄且均匀光滑，性能优良，而且还可节省大量材料。

喷墨技术在RFID电子标签印制中的运用RFID电子标签印制中的喷墨技术是采用抗蚀油墨，阻焊油墨和字符油墨，用喷墨的方法直接喷在覆铜板上，再固化得到制品；也可以用含纳米金属颗粒的导电墨水直接将电路图形喷在聚酯片基上，经过低温烧焙固化，形成电路；还可以通过喷出相应特性的墨水来制造电容器及电阻器等器件。与传统方法相比，喷墨技术将会带来更快的速度和更低的成本，最重要的是可以达到更高的布线密度。导电材料可以为金，银，铜，钯，镍中的任何一种金属微粒，金属氧化物导电性聚合物等。生产含有金属细粉末的油墨，关键是制备稳定化的胶体。如果纳米粒子没有分散均匀，产生团聚现象,平均粒径大的颗粒会堵塞喷墨头的喷嘴，从而产生有缺陷的印刷,不能连续地形成导电电路。为了解决这一问题,韩国郑光春等人发明了一种有机银组合物溶液，消除了常规分散方法的缺点以便经济地生产稳定化的墨水。

RFID标签作为一种智能标签，在推广使用中最大的问题就是成本。那么以导电油墨来印刷其天线，代替铜箔腐蚀法，可达到高工效、低成本，而且节省材料，减少化学腐蚀液的污染。国外油墨供货商纷纷制订策略，已专门为此项业务设立了开发部门，

另一方面：导电油墨也由传统的银粉导电油墨变成由纳米银粉和普通银粉混合的混合油墨，导电高分子和树脂混合，导电高分子和银粉掺和等各种新型导电油墨。印刷方式也由传统的丝网印刷过渡到胶印，柔印，凹印，喷墨等各种高速印刷方式。随着导电油墨和印刷技术发展，RFID标签必定会成为价廉物美的产品，从而给标签产业，防伪产业带来一次技术革命。

的问世已有较长一段时间了，有些公司在过去主要生产掺有银、镀银铜、碳及石墨的导电油墨，用于RFID和智能卡产品当中。如今导电墨水的生产商正在努力研究新配方。富林特公司最近就斥巨资研究开发新的导电油墨。前不久，一家名为Parelec的公司开发出了一种油墨，据称其导电性能是传统导电油墨的三倍。通过导电油墨在产品的包装盒上印制RFID天线，比传统的金属天线成本低、印制速度快、节省空间，并利于环保。

导电油墨是由细微导电粒子或其他特殊材料（如导电的聚合物等）组成，印刷到承印物上后，起到导线、天线和电阻的作用。其印刷工艺是在纸板、聚酯、聚苯乙烯等绝缘材料上用含金属与聚合物的导电油墨（主要成分为银和铝等金属）印刷出天线图形。这种油墨印刷在挠性或硬质承印物上的制成品也即印制电路，挠性基板天线也适合成卷生产。用导电油墨印制的天线可接收RFID专用的无线电信号。其优势表现在导电效果出色和成本较低，但印刷分辨力、套准精度、必要的隔离层还有待改善和提高。

同时，导电油墨是一种特种油墨，可在UV 油墨、柔版水性油墨或特殊胶印油墨中加入可导电的载体，使油墨具有导电性。导电油墨主要是由导电填料(包括金属粉末、金属氧化物、非金属和其他复合粉末〕、连结剂(主要有合成树脂、光敏树脂、低熔点有机玻璃等)、添加剂(主要有分散剂、调节剂、增稠剂、增塑剂、润滑剂、抑制剂等)、溶剂 (主要有芳烃、醇、酮、酷,醇醚等)等组成。

导电油墨是一种功能性油墨，在印刷中主要有碳浆、银浆等。碳浆油墨是液型热固型油墨，成膜固化后具有保护铜箔和传导电流的作用，具有良好的导电性和较低的阻抗，不易氧化，性能稳定，耐酸、碱和化学溶剂的侵蚀，具有耐磨性强、抗热冲击性好等特点。银浆油墨是由超细银粉和热塑性树脂为主体组成的液型油墨，在PET、PT、PVC片材上均可使用，有极强的附着力和遮盖力，低温固化，可控导电性和很低的电阻值。另外，将具有导电性的纳米级碳墨加入油墨

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