CN104347944B - 一种金属直镀rfid电子标签天线的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属直镀RFID电子标签天线的制作方法，其天线是以基材层上依次设置预涂层、天线图形层、金属直镀层、面涂层构成；制作方法包括基材或基材预涂、天线设计、制备图案网纹辊、印制天线图形、真空金属直镀及涂布面涂料等步骤。本发明利用在真空下,将金属原料高温熔化蒸发，按设计好的天线图形蒸镀到基材上直接成形，并且不需要洗铝或烫印等后续制作步骤，简化了生产工艺。本发明是一种能降低射频天线制造成本、绿色环保、工艺简单、生产效率高的RFID电子标签天线的制造方法，以克服现有电子标签天线制造方法存在的成本偏高、污染环境等缺点。

Description

一种金属直镀RFID电子标签天线的制作方法

技术领域

本发明涉及天线制作方法，尤其是一种射频识别(RFID)电子标签天线的制作方法。

背景技术

射频识别卡(RFID，radio frequency identification)，是一种典型的非接触式IC卡，它是利用无线通信技术来实现***与IC卡之间数据交换。

RFID标签的特点有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，能够实现非可视识别、无须人工干预、快速读写、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术已经广泛应用在互联网、通讯、销售、物流、制造、旅游、管理、公共信息服务等行业，提高了管理和工作效率。预计，在2015年将有超过4000亿枚RFID标签被应用在各行各业中，全球RFID市场的产值将预计达将高达250亿美元。

RFID标签按能量供给方式的不同分为无源、半有源和有源三种；按工作频率的不同可分为低频(约125 KHz)、高频(约13.56 MHz)、超高频(860～960 MHz)和微波频段(约2.45 GHz)；RFID天线的类型主要有线圈型、微带贴片型、偶极子型三种基本形式的天线。RFID天线是 RFID卡与读写器实现数据通讯的媒介，无源的RFID卡芯片要启动电路工作需要天线在读写器天线产生的电磁场中获得足够的能量，才能使信息正常的传递。因此，“天线”在RFID技术中起着至关重要的作用。

目前，常见的RFID电子标签天线的制造方法有以下几种：(1)绕制法(CN201048162Y，一种RFID读写器天线设计)；(2)蚀刻法(CN101197462A，RFID蚀刻铝天线的制造方法)；(3)丝网印制法(CN101717557A，一种制作射频识别(RFID)标签天线的热固化银导电浆料)；(4)电镀法(CN1893003A布线衬底以及半导体装置的制造方法)。

然而这几种工艺都存在一些不足。如绕制法成本太高，且天线形状受限；蚀刻或电镀法的制作过程产生大量含金属和化学物质的废液，对环境造成较大的污染。

目前应用最多的是丝网印刷，虽然丝网印刷制作RFID天线的导电性能良好，但丝网印制天线也有不足之处，如：印刷在承印物上的银浆线路需经过130～200 ℃以上的隧道式烘道和烘箱加热干燥方能固化，从而实现导电性，热处理限制了承印材料的选择，或者需对材料进行热定型处理；丝网印刷的印刷速度较慢，生产效率较低，印刷精度不足，不能满足精细导电线路的要求，且贵金属银含量要一般达到50%甚至更高含量，加上墨层厚，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能降低射频天线制造成本、绿色环保、工艺简单、生产效率高的RFID电子标签天线的制作方法，以克服现有电子标签天线制造方法存在的成本偏高、污染环境等缺点。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种金属直镀RFID电子标签天线的制作方法，特点是：该天线是以基材层上依次设置预涂层、天线图形层、金属直镀层、面涂层构成（其中预涂层和面涂层为根据实际需要，可选的工艺步骤）；具体制作包括以下步骤：

(1)、基材或基材预涂

使用塑料膜或纸作为基材，或者对基材的单面用预涂料进行预涂处理，基材厚度为0.01～2.0 mm；预涂至天线所适合的加工面的光洁度及表面适性，形成天线加工面；

(2)、天线设计

明确天线的工作频率、阻抗、磁场强度、品质因数和读写距离，设计出天线的形状和尺寸；

(3)、制作图形印版辊

根据所设计的天线图形，激光或电雕在柔性印版上，制成刻有天线图形的印版辊，天线图形的部位呈阴图内凹，其它部位呈阳图凸出；

(4)、印制天线图形

通过网纹辊将直镀油传递到印版辊上；将基材或预涂处理过的基材在印版辊表面滚过，基材表面转印上设计好的天线图形；本步骤在真空镀膜机的腔体内完成；

(5)、真空金属直镀

对转印有天线图形的基材采用真空镀膜方式进行金属直镀，其基材上非直镀油层区就附着上了金属镀层，局部直镀油层区金属层不附着，呈现空白区；金属直镀厚度为0.03～2.00 μm；

(6)、涂布面涂料

对已进行金属直镀天线图形的基材涂布面涂料，保护金属层氧化变质及擦伤，改善镀层的表面适应性，如耐潮、耐化学腐蚀性、印刷适性，增加镀层耐磨性、光泽度和美观度；其中：

所述基材预涂处理是在涂布机上完成，涂布机的车速为80～180 m/min，涂布机中的烘道温区控制在70～150 ℃之间，涂布干量为1.0～2.0 g/m²；

所述直镀油能够在常温及1.333×10^-1～1.333×10^-6 Pa真空环境下保持润滑性，粘度10～10000 mPa·s，常温下饱和蒸汽压为0～1×10^-3 Pa；

所述网纹辊的线数为120～200，工作温度为50～150 ℃，车速200～740 m/min；

所述面涂料的涂布是在涂布机上完成的，涂布机的速度为80～150 m/min，涂布机中的烘道温区控制在80～160 ℃之间。涂布干量为0.8～1.5 g/m²。

所述塑料膜为：PET、PC、PVC、PVA、OPP、PE、CPP及PS中的一种或几种组合；所述纸为：铜版纸、卡纸或易碎纸。

所述直镀油为石蜡基矿物油、硅油、全氟聚醚油中的一种或几种组合。

所述金属直镀原料为：在1×10^-3 Pa真空条件下，气化点低于2000 ℃的金属或非金属半导体材料。

所述金属或非金属半导体材料为：铁、铬、锰、铝、镁、铜、锌、锡、镍、金、银及硅中的一种或几种组合。

所述金属直镀的真空镀膜机的真空度为1×10^-3～1×10^-1 Pa。以电阻、高频或电子束对金属镀层原料加热，使金属镀层原料加热到1000～2000℃气化，气化后的金属镀层原料迅速地蒸发、扩散并沉积到被镀部件的表面上，从而完成基材上金属图形层的蒸镀过程。

所述面涂料为：酚醛清漆、聚氨酯清漆、丙烯酸清漆、环氧清漆及氟碳清漆中的一种或几种组合。

所述预涂料为：丙烯酸、环氧、聚氨酯、聚乙烯及聚酯涂料中的一种。

本发明相比现有的RFID天线制作方法，主要有三个方面的优点：

1）、传统蚀刻法和电镀法制作金属天线，成本较高，工艺复杂，成品制作时间长，而本发明制作天线的金属直镀法，高效快速，制作成本要低于传统的金属天线制作方式。本发明可取代各频率段的蚀刻天线，如超高频段(860～950 MHz)和微波频段(2450 MHz)，同时天线的质量可以与传统工艺制作的天线相比拟，这对于降低电子标签的制作成本有很大的意义。

传统蚀刻或电镀工艺的制作过程产生大量含金属和化学物质的废液，对环境造成较大的污染，金属直镀法采用气相金属直接在基材上进行蒸镀，不含侵蚀性材料，无化学试剂的使用，具有“绿色”环保的优点。

2）、相比真空镀铝之后通过洗铝的方式制作RFID天线的工艺，本发明不需要镀铝步骤之后的清洗及热烘干燥步骤，工艺简略，并且节省了用水及耗电的成本。此外，洗铝方式由于过程中基材要接触水和热干燥，基材材料的选择从而受限。而本发明的制作工艺全程可以不接触水，基材及涂料的选用范围更广，可选用一般不能接触水或是水溶性的基材材料，如PVA、PEO、EVOH、蛋白质类膜、淀粉类膜等。

3）、相比电化铝薄膜通过后续烫印方式制得的天线，本发明的工艺中基材不必接触高温(小于100 ℃)，避免了热烫印必须用耐高温基材的限制，可使用如POE、EVA、EPDM、PE、PS、ABS等熔点较低的基材材料。而且，本发明制作的RFID天线，没有烫印工艺制作后的电化铝废料产生。

本发明的金属直镀法制作RFID电子标签天线的有益效果是：使得RFID天线印制工艺质量提升了一步，电性能等都得到了提高；用膜、纸作为一次性基材层，起到了防伪的效果，避免了被第二次利用；简化了传统的RFID天线制作工艺，使得RFID天线可以像胶印印刷一样大批量快速复制，大大提高了生产效率、降低了成本。此外，在本发明的基础上还可以附加上传统的转移镀铝、镭射压纹工艺，制作成镭射全息RFID天线，将全息防伪与RFID技术有机的结合，从而进一步增加产品的美观度，提高防伪力度。

附图说明

图1为本发明的RFID电子标签天线的结构示意图，其中，* 为可选层；

图2为本发明的RFID电子标签天线的制作工艺流程图，其中，* 为可选步骤。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行详细说明，但本实施例不能用于限制本发明，凡采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例 1

本实施例提供一种RFID薄膜铝天线，通过如下步骤获得：

基材层为PET薄膜，厚度20 μm；按具体应用需要设计出天线的形状和尺寸；根据所设计的天线图形，激光雕刻在柔性印版上，制成刻有天线图形的印版辊；在真空镀膜机腔体内，通过网纹辊（线数为180）将直镀油(矿物油，德国莱宝 LVO108)传递到印版辊上；基材在印版辊表面滚过，转印上天线图形，形成天线图形层，温度80 ℃，真空条件1×10^-2 Pa；镀层材料为铝，真空条件4×10^-3 Pa，对已上局部直镀油层的PET薄膜进行金属直镀，车速为450m/min，镀层厚度0.2 μm；对已镀好天线图形的金属层上面涂料(丙烯酸清漆)，车速90 m/min，烘道温度90～100℃，涂布干量1.1 g/m²。所得的天线测得方块电阻值为0.48 Ω/sq。

实施例 2

本实施例提供一种RFID薄膜铜天线，通过如下步骤获得：

基材层为PVC薄膜，厚度30 μm；按具体应用需要设计出天线的形状和尺寸；根据所设计的天线图形，激光雕刻在柔性印版上，制成刻有天线图形的印版辊；在真空镀膜机腔体内，通过网纹辊（线数为200）将直镀油(硅油，道康宁DC705)传递到印版辊上；基材在印版辊表面滚过，转印上天线图形，形成天线图形层，温度100 ℃，真空条件1×10^-2 Pa；镀层材料为铜，真空条件1×10^-3 Pa，对已上局部直镀油层的PVC薄膜进行金属直镀，车速为350 m/min，镀层厚度0.35 μm。所得的天线测得方块电阻值为0.14 Ω/sq。

实施例 3

本实施例提供一种RFID纸基银天线，通过如下步骤获得：

基材层为铜版纸90 g/m²；对铜版纸的单面进行预涂，预涂料为聚乙烯，车速120m/min，烘道温区110～130 ℃，涂布干量为1.3 g/m²；按具体应用需要设计出天线的形状和尺寸；根据所设计的天线图形，激光雕刻在柔性印版上，制成刻有天线图形的印版辊；在真空镀膜机腔体内，通过网纹辊（线数为120）将直镀油(全氟聚醚油，Fomblin YR-1800)传递到印版辊上；基材在印版辊表面滚过，转印上天线图形，形成天线图形层，温度120 ℃，真空条件2×10^-1 Pa；镀层材料为银，真空条件6×10^-2 Pa，对已上局部直镀油层的铜版纸进行金属直镀，车速为650 m/min，镀层厚度0.05 μm；对已镀好天线图形的金属层上面涂料(氟碳清漆)，车速120 m/min，烘道温度95～115℃，涂布干量1.5 g/m²。所得的天线测得方块电阻值为0.70 Ω/sq。

Claims (8)

1.一种金属直镀RFID电子标签天线的制作方法，其特征在于该天线是以基材层上依次设置预涂层、天线图形层、金属直镀层、面涂层构成，具体制作包括以下步骤：

(1)、基材或基材预涂

使用塑料膜或纸作为基材，或者对基材的单面用预涂料进行预涂处理，形成天线加工面；基材厚度为0.01～2.0 mm；

(2)、天线设计

明确天线的工作频率、阻抗、磁场强度、品质因数和读写距离，设计出天线的形状和尺寸；

(3)、制作图形印版辊

根据所设计的天线图形，激光或电雕在柔性印版上，制成刻有天线图形的印版辊，天线图形的部位呈阴图内凹，其它部位呈阳图凸出；

(4)、印制天线图形

通过网纹辊将直镀油传递到印版辊上；将基材或预涂处理过的基材在印版辊表面滚过，基材表面转印上设计好的天线图形；本步骤在真空镀膜机的腔体内完成；

(5)、真空金属直镀

对转印有天线图形的基材采用真空镀膜方式进行金属直镀，其基材上非直镀油层区附着上了金属镀层，局部直镀油层区金属层不附着，呈现空白区；金属直镀厚度为0.03～2.00μm；

(6)、涂布面涂料

对已进行金属直镀天线图形的基材涂布或者不涂布面涂料；其中：

所述基材预涂处理是在涂布机上完成，涂布机的车速为80～180 m/min，涂布机中的烘道温区控制在70～150 ℃之间，涂布干量为1.0～2.0 g/m²；

所述直镀油能够在常温及1.333×10^-1～1.333×10^-6 Pa真空环境下保持润滑性，粘度10～10000 mPa·s，常温下饱和蒸汽压为0～1×10^-3 Pa；

所述网纹辊的线数为120～200，工作温度为50～150 ℃，车速200～740 m/min；

所述面涂料的涂布是在涂布机上完成的，涂布机的速度为80～150 m/min，涂布机中的烘道温区控制在80～160 ℃之间；涂布干量为0.8～1.5 g/m²。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述塑料膜为：PET、PC、PVC、PVA、OPP、PE、CPP及PS中的一种或几种组合；所述纸为：铜版纸、卡纸或易碎纸。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述直镀油为石蜡基矿物油、硅油、全氟聚醚油中的一种或几种组合。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述金属直镀原料为：在1×10^-3 Pa真空条件下，气化点低于2000 ℃的金属或非金属半导体材料。

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于所述金属或非金属半导体材料为：铁、铬、锰、铝、镁、铜、锌、锡、镍、金、银及硅中的一种或几种组合。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述金属直镀的真空镀膜机的真空度为1×10^-3～1×10^-1 Pa。

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述面涂料为：酚醛清漆、聚氨酯清漆、丙烯酸清漆、环氧清漆及氟碳清漆中的一种或几种组合。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于所述预涂料为：丙烯酸、环氧、聚氨酯、聚乙烯及聚酯涂料中的一种。