CN101308953A - 一种专用薄膜及制作射频标签天线的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制作射频标签天线的专用薄膜，包括基膜层、离型料层和金属层的三层结构，以及利用这种专用薄膜制作射频标签天线的方法，主要包括以下步骤：A)印刷步骤：用粘合剂做为成像物质，在专用薄膜金属层上形成射频天线图案；B)刻蚀步骤：用刻蚀液将专用薄膜上未印刷粘合剂部分的金属层溶解，形成金属天线图案；C)转印步骤：将承印物与专用薄膜压合、分离，金属天线图案转移到承印物表面。本发明的方法工艺简单，生产效率高，成本低，承印物选择范围大，可用于高精度、低阻抗、高导电性、厚金属膜的全频段各种RFID天线的制造。

Description

一种专用薄膜及制作射频标签天线的方法

技术领域

本发明涉及一种专用薄膜及制作射频标签天线的方法。

背景技术

无线射频标签技术(RFID)具有精度高、适应环境能力强、读取距离远、抗干扰强、应用便利等许多优点，在工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域(如美国专利公开号US5206626、US5448110和US5497140所示)均有广泛的应用潜力，它将涉及到人们日常生活的各个方面，具有巨大的市场价值。但是，由于目前的RFID标签制作工艺复杂，制造成本相对偏高，特别是其关键部件RFID天线的制作，在技术层面还有许多制约，因此，RFID标签技术还没有得到应有的普及。

以下为现有技术的常见技术方案。

方案1.传统的刻蚀-去膜法制作射频天线

首先将薄膜片材双面覆铝箔；然后采用凹印工艺，在薄膜片材双面天线图案区域印刷抗蚀油墨；将片材双面油墨图案置于UV灯下固化；接着将片材浸入刻蚀液中双面蚀刻，溶解未印刷抗蚀油墨层区域的金属；最后去除薄膜片材天线图案金属层上的油墨层，完成天线加工。

方案2.印刷腐蚀-转印法制天线(美国专利公开号：US7159298)

首先在基片上沉积厚度为0.001～0.25μm的铝金属层；然后在基片的金属层上天线图案以外的区域印刷金属腐蚀剂，将金属腐蚀成粉状；然后用水冲洗，基片上余下金属天线图案；最后套准、涂胶、剥离，采用转印的方法将天线图案转移到射频标签承印材料表面。

方案3.热烫转印-模切制作射频天线(中国专利申请公开号：CN 1988257)

首先制作烫印层，它是用于转移到基材表面来制作天线的金属材料(如：铜、铝等)，结构由导电层和热熔胶层组成；然后烫印层在烫印模具的压力和热的作用下粘合到基材表面；接着，将转移到基材表面的烫印层通过模切工具按要求的天线图案进行模切；最后将未粘合的烫金层分离而形成射频天线的基本图形。

方案4.裁切-粘合法制射频天线(日本专利申请公开号：JP2006295485)

烫金材料由基材、金属箔、粘合剂三个分离层组成，采用裁切粘合工具，用工具上的刀片将天线的主体部分切离，同时工具附带的加热单元对裁出部分下的粘合剂加热，使热熔胶熔化，天线主体部分的金属箔粘合到基材上，未粘合的金属箔剥离完成天线加工。

在印制RFID天线的方法中，冲压刻蚀法制作的金属天线膜层厚，不利于制作柔性标签，同时制作速度慢，产率低；真空沉积法，镀层可以较薄，但工艺复杂，同样产率较低；导电油墨法，制作的速度较快，但印制天线的导电性能较差，同时导电油墨制备过程也较为复杂，成本也较高。

方案1所述的方法是目前国内外大部分射频天线制造企业所采用的工艺手段，整个流程均为轴对轴生产，可以连成线，也可以分段进行，其突出的优点是速度快、产量高。但这种方法必需印刷抗蚀油墨，同时天线制作的基材必须是薄膜片材，无法在纸张、金属等材料，正方体、圆柱等几何体上直接附着，成本相对较高，承印物局限性大。

方案2所述的方法是借鉴烫金、刻蚀的原理，对烫金材料进行了改进，增加了镀金属膜的厚度，降低了方阻。此工艺先对金属膜进行刻蚀后再冷烫转印，整个过程虽然增加了金属膜层厚度，但加入了印刷腐蚀液、套准，增加了操作难度，降低了加工速度；同时，由于印刷腐蚀液量较少，所以能处理金属膜的厚度仅限于0.25μm以内，从而限制了天线的使用范围。

方案3是对烫金的后期产品进行后加工，引入了模切的工艺，可以较好地处理厚膜层，也扩大了天线承印物的选择范围，但对于复杂天线图案，其模切刀不易加工，同时加工速度也较慢。

方案4与方案3较为相似，不同点在于此技术是先模切再热烫金，因此其也存在模切刀不易加工和加工速度慢的缺点。

发明内容

本发明就是针对目前RFID天线制作过程中出现的困难，提出了一个独特的工艺方案。

如上所述，目前的RFID天线的制作方法中，有的膜层太厚，不利于制作柔性标签；有的导电性能较差，不能涵盖所有的频段；有的制造工艺复杂，产品的稳定性和可靠性较差，且成本高。

本发明要解决的问题就是在保持高印制精度和较好的柔软性的前提下，增加印制金属层的厚度，简化工艺，降低制作成本，使天线实现在各种材质、大多数几何体承印物上的印制。

一种制作射频标签天线的专用薄膜，结构包含有：

一基膜层；

一离型料层，形成于该基膜层上；及

一金属层，形成于该离型料层上。

基膜层优选自厚度为0.001-0.2mm，聚乙烯塑料薄膜、聚氯乙烯塑料薄膜、聚丙烯塑料薄膜、聚酯塑料薄膜、聚偏二氯乙烯塑料薄膜、聚碳酸酯塑料薄膜及涤纶薄膜之一。

离型料层是由水性离型料或树脂型离型料、或蜡质离型料加入助剂或混合溶剂合成、润湿分散调制而成。

金属层的材质优选自厚度为0.03-100μm，铝、银、铜、镍、铁、钴、锌、锡之一。

专用薄膜的生产工艺采用真空镀覆或，金属箔与塑料薄膜复合。

一种在专用薄膜上制作射频标签天线的方法，包括以下步骤：

A)印刷步骤：用粘合剂做为成像物质，在专用薄膜上形成射频天线图案；

B)刻蚀步骤：用刻蚀液将专用薄膜上未印刷粘合剂部分的金属层溶解，形成金属天线图案；

C)转印步骤：将承印物与专用薄膜压合、分离，依靠粘合剂的粘合和离型料层的分离作用，将金属天线图案转移到承印物表面。

印刷步骤采用的工艺优选自凹版印刷、柔性版印刷、平版印刷、凸版印刷、丝网印刷或喷墨印刷之一。

粘合剂优选自水溶型粘合剂、溶剂型粘合剂、乳剂型粘合剂之一；当金属层为铝金属层时，刻蚀液更优选为温度40-100℃、浓度为50g/l-500g/l的NaOH或KOH溶液，粘合剂更优选UV粘合剂。

本发明方法的印刷与刻蚀步骤之间进一步包含：

干燥步骤：用热红外、紫外光(UV)或电子束干燥装置使粘合剂干燥、增大粘性。

本发明方法的刻蚀与转印步骤之间进一步包含：

水洗步骤：用液体冲洗刻蚀反应后的专用薄膜表面，以便冲洗掉刻蚀反应的生产物和刻蚀液；

干燥步骤：用热红外使水洗后的专用薄膜表面干燥，使表面粘合剂恢复高粘性。。

本发明方法所需承印物的材质可选自纸、塑料、玻璃、金属之一，形状可以是片材或具有平面的几何体。

本发明的有益效果：

1.简化工艺

用粘合剂取代刻蚀油墨，粘合剂不但起到了抗蚀油墨的遮盖效果，而且转印后能实现天线与承印物之间的结合，避免了传统工艺中印刷和去除抗蚀油墨的操作，简化了制作工艺。

2.降低成本

生产过程对基膜材料基本无破坏，天线转印到承印物后基膜表面仅剩余部分离型料层，将这些基膜回收，直接或在表面进行适当处理就可以作为制作专用薄膜的基膜重新使用。

3.扩大了承印物选择范围

承印物材料无论是纸、塑料、玻璃还是金属，同时承印物形状无论是片材或是圆柱体，只要具有转印平面的几何体，通过转印工艺都能实现将天线图案粘附在其表面。

4.生产效率高

印刷、刻蚀、转印速度快，整个生产过程可以设计成流水线，极大地提高了生产效率。

5.易于后续焊接

转印后金属层表面残余的离型料一方面可以保护金属层被氧化，另一方面在焊接高温作用时离型料中的大部分物质易气化脱离金属层表面，从而有利于后续的焊接工艺。

因而本发明的方法可以显著降低生产成本，提高生产效率，实现了印制高性能射频天线的技术突破。

附图说明

图1示出了复合法制专用薄膜及相应制作天线的工艺。

图2示出了真空镀法制专用薄膜及相应制作天线的工艺。

图3示出了专用薄膜和承印物剖视图变化。

具体实施方式

本发明要解决的就是如何采用印刷、刻蚀和转印工艺在专用薄膜上印制高精度、厚金属膜层、低阻抗RFID天线，同时简化工艺，提高产率，降低成本。

本发明涉及一种制作射频标签天线的专用薄膜，结构包含有：

一基膜层；

一离型料层，形成于该基膜层上；及

一金属层，形成于该离型料层上。

专用薄膜的生产工艺采用真空镀覆或，金属箔与塑料薄膜复合。采用真空镀覆工艺时，首先在基膜层上涂布离型料层，烘干，然后放入真空室内镀覆合适厚度的金属膜。采用复合工艺时，可选用干式复合，首先在基膜层上涂布离型料层，烘干，然后将基膜层与金属箔压合制得所需的专用薄膜；也可采用湿式复合，首先在基膜层上涂布离型料层，将基膜层与金属箔压合，然后复合薄膜烘干，制得所需的专用薄膜。

基膜层优选自厚度为0.001-0.2mm，聚乙烯塑料薄膜、聚氯乙烯塑料薄膜、聚丙烯塑料薄膜、聚酯塑料薄膜、聚偏二氯乙烯塑料薄膜及聚碳酸酯塑料薄膜之一。

离型料层是由水性离型料或树脂型离型料、或蜡质离型料加入助剂或混合溶剂合成、润湿分散调制而成。离型料层固化后具有一定的粘性，足以使复合过程中的基膜层和金属层较好结合。

金属层要求表面厚度均一，材质优选自厚度为0.03-100μm，铝、银、铜、镍、铁、钴、锌、锡之一。

本专利涉及一种在专用薄膜上制作射频标签天线的方法，包括以下步骤：

A)印刷步骤：用粘合剂做为成像物质，采用的工艺优选自凹版印刷、柔性版印刷、平版印刷、凸版印刷、丝网印刷或喷墨印刷之一，在专用薄膜的金属层表面上形成射频天线图案；

B)刻蚀步骤：用刻蚀液将印刷后的专用薄膜上未覆盖粘合剂部分的金属层溶解，形成金属天线图案；

C)转印步骤：将承印物与专用薄膜压合、分离，依靠粘合剂的粘合和离型料层的分离作用，将金属天线图案转移到承印物表面。粘合剂的内聚力、粘附力均远大于离型料的内聚力、粘附力，承印物与专用薄膜压合，由于粘合剂的内聚力和粘附力大，金属层被牢固粘着在承印物表面；一旦专用薄膜从承印物表面剥离，由于离型料的内聚力和粘附力相对较小，离型料层中间被撕裂，金属层与基膜自然分离，金属天线图案就从薄膜转移到承印物的表面；分离后的承印物金属天线图案表面和基膜层表面均保留一定厚度的离型料层。

粘合剂优选自水溶型粘合剂、溶剂型粘合剂、乳剂型粘合剂之一，如：UV粘合剂，水性胶。粘合剂具有流变性，易干燥，较好的印刷适性，干燥增粘后能牢固附着在金属层表面，同时短时间内强刻蚀液对其性能影响微乎其微。

本发明方法的印刷与刻蚀步骤之间可选地进一步包含：

干燥步骤：印刷天线图案之后，可以用热红外、紫外光(UV)或电子束干燥装置使粘合剂增大粘度，使之牢固地附着在金属层表面，以便粘合剂对金属层有足够的遮盖性能，保护其下的金属层不被刻蚀。

本发明方法的刻蚀与转印步骤之间可选地进一步包含：

水洗步骤：刻蚀反应一段时间之后，可以用液体(例如水、弱酸水)冲洗刻蚀反应后的专用薄膜表面，以便冲洗掉刻蚀反应的生产物和刻蚀液，清洁粘合剂层；

干燥步骤：在水洗之后可以用热红外对水洗后的专用薄膜表面进行干燥，使表面粘合剂恢复高粘性。本领域技术人员很容易通过简单实验确定烘干时间，在此不再赘述。

承印物的材质可选自纸、塑料、玻璃、金属之一，形状可以是片材或具有平面的几何体。

金属层材料优选是铝。当金属层厚度大于20μm时，专用薄膜上铝层制作工艺优选铝箔复合；厚度小于20μm时，专用薄膜上铝层制作工艺优选真空镀覆。

当金属层为铝金属层时，刻蚀液优选为温度40-100℃、浓度为50g/l-500g/l的NaOH或KOH溶液，为最大限度地消除强碱液对粘合剂性能的影响，刻蚀时间控制在20s以内，更优为10s以内，最优为5s以内；粘合剂优选UV粘合剂，印刷工艺优选平版胶印。

在本发明的第一具体实施方式中，首先采用铝箔和塑料薄膜，应用铝箔复合工艺制作专用薄膜；然后采用胶印机在专用薄膜的金属铝表面按照天线图案印制UV粘合剂；接着将印刷后的专用薄膜在UV灯下烘烤，使印刷的UV粘合剂粘度增加，牢固地附着在专用薄膜表面；将以上处理后的专用薄膜通过盛有强碱液的刻蚀槽中，碱液浓度为15g/l-20g/l，温度为90-100℃，专用薄膜在强碱中浸泡时间为5-10s；刻蚀后的专用薄膜立刻用清水冲洗，烘干，烘干温度为60-80℃；烘干后，将专用薄膜附着粘合剂的一侧与纸张压合；待粘合剂充分固化，将专用薄膜从纸张上撕离，天线图案的金属铝层就转移到纸张上，从而完成天线的制作，剥离的专用薄膜回收待重新使用。

图1以工艺流程模块的方式示出了本发明的第一具体实施方式的工艺。图3以热烫金材料和承印物剖视图变化示出了本发明的第一具体实施方式的步骤。参照图1和图3，具体如下所述。

步骤一，复合。单元(1-1)是塑料薄膜的放卷辊，单元(1-2)是铝箔的放卷辊，将离型料102涂布在塑料薄膜101上，然后铝箔103覆在离型料层102之上，经单元(1-3)复合，制备了专用薄膜100。

步骤二，印刷。单元(1-4)是胶印单元，在专用薄膜上按照天线图案印制UV粘合剂104，然后在单元(1-5)(UV灯)下烘烤，使印刷的UV粘合剂粘度增加，牢固地附着在专用薄膜表面。

步骤三，刻蚀。将印刷后的专用薄膜通过盛有高温强碱液的单元(1-6)刻蚀槽，保证专用薄膜在碱液中浸泡5-10s，无UV粘合剂遮盖部位金属层完全溶解。将刻蚀后的专用薄膜通过传输导向辊箱单元(1-7)，改变传输方向后迅速导入单元(1-8)中水洗，然后用单元(1-9)热红外装置干燥专用薄膜表面，使UV粘合剂恢复粘性，得到有天线图案金属层和高粘性胶层的薄膜110。粘合剂具有很强的粘合性，一旦与导辊接触容易导致专用薄膜表面粘合剂图案粘结脱落，因此采用传输导向辊箱的特殊设计，在保证专用薄膜粘合剂面始终不与导辊面接触的前提下，达到传输、导向薄膜的作用。

步骤四，转印。单元(1-10)为纸张放卷辊，纸张105与薄膜110覆合，在单元(1-11)上压合，固化。

步骤五，排废。将薄膜110从纸张105上撕离，胶合的第一金属铝箔图案就转移到纸张105上形成纸基的金属天线111，同时部分离型料层依然附着在塑料基膜上形成排废薄膜112。纸基金属天线在单元(1-12)上完成收卷等待后续的芯片封装工序，排废薄膜112在单元(1-13)上完成收卷等待重新利用。

在本发明的第二具体实施方式中，采用真空镀铝工艺制作专用薄膜；然后采用胶印机在专用薄膜上按照天线图案印制水性粘合剂；接着将印刷后的专用薄膜在热红外灯下烘烤，使印刷的粘合剂粘度增加，牢固地附着在专用薄膜表面；接下来的步骤与上述的第一具体实施方式基本相同。

图2以工艺流程模块的方式示出了本发明的第二具体实施方式的工艺。图3以热烫金材料和承印物剖视图变化示出了本发明的第二具体实施方式的步骤。参照图2和图3，具体如下所述。

步骤一，印刷。采用专门的真空镀铝设备制作专用薄膜，单元(2-1)是专用薄膜100的放卷辊，单元(2-2)是胶印单元，在专用薄膜上按照天线图案印制水性粘合剂104，然后在单元(2-3)(热红外干燥器)下烘烤，使印刷的粘合剂粘度增加，牢固地附着在专用薄膜表面。

步骤三，刻蚀。将印刷后的专用薄膜通过盛有高温强碱液的单元(2-4)刻蚀槽，保证专用薄膜在碱液中浸泡5-10s，无粘合剂遮盖部位金属层完全溶解。将刻蚀后的专用薄膜通过传输导向辊箱单元(2-5)，改变传输方向后迅速导入单元(2-6)中水洗，然后用单元(2-7)热红外装置干燥专用薄膜表面，使粘合剂恢复粘性，得到有天线图案金属层和高粘性胶层的薄膜110。

步骤四，转印。单元(2-8)为纸张放卷辊，纸张105与薄膜110覆合，在单元(2-9)上压合，固化。

步骤五，排废。将薄膜110从纸张105上撕离，胶合的第一金属铝箔图案就转移到纸张105上形成纸基的金属天线111，同时部分离型料层依然附着在塑料薄膜上形成排废薄膜112。纸基金属天线111在单元(2-10)上完成收卷等待后续的封装工序，排废薄膜112在单元(2-11)上完成收卷等待重新利用。

实施本发明方法的设备是商购的胶印机改造而来。例如，将四色卷筒纸胶印机前端增加薄膜复合机，或保留放卷机构；将第一个色组用于印刷粘合剂，保留其干燥装置；将第二个印刷色组滚筒下增加可调温的半密封刻蚀槽；将第三个印刷色组滚筒下增加循环水洗槽，保留其干燥装置；将第四个印刷色组上增加收、放卷模块，制作成转印机组；印刷机最后保留收卷机构。

本发明的有益效果：

1.简化工艺

用粘合剂取代刻蚀油墨，粘合剂不但起到了抗蚀油墨的遮盖效果，而且转印后能实现天线与承印物之间的结合，避免了传统工艺中去除抗蚀油墨的操作，简化了制作工艺。

2.降低成本

生产过程对基膜材料基本无破坏，天线转印到承印物后基膜表面仅剩余部分离型料层，将这些基膜回收，直接或在表面进行适当处理就可以重新作为制作专用薄膜的基膜使用。

3.扩大了承印物选择范围

承印物材料无论是纸、塑料、玻璃还是金属，同时承印物形状无论是片材或是圆柱体，只要具有平面的几何体，通过转印工艺都能实现将天线图案粘附在其表面。

4.生产效率高

印刷、刻蚀、转印速度快，整个生产过程可以设计成流水线，极大地提高了生产效率。

5.易于后续焊接

转印后金属层表面残余的离型料一方面可以保护金属层被氧化，另一方面焊接的高温作用时离型料中的大部分物质易气化脱离金属层表面，从而有利于后续的焊接工艺。

因而本发明的方法可以显著降低生产成本，提高生产效率，实现了印制高性能射频天线的技术突破。

附图主要标号说明

101塑料薄膜         102离型料层

103金属铝层         104粘合剂层

105承印物

100专用薄膜

110覆有天线图案金属层和高粘性胶层的薄膜

111纸基金属天线

112排废薄膜

单元(1-1)：塑料薄膜放卷

单元(1-2)：铝箔放卷

单元(1-3)：复合机压合制作专用薄膜

单元(1-4)：用胶印印版印刷UV粘合剂

单元(1-5)：UV灯干燥装置

单元(1-6)：刻蚀槽

单元(1-7)：传输导向辊箱

单元(1-8)：循环水洗槽

单元(1-9)：干燥(烘干)

单元(1-10)：纸张放卷

单元(1-11)：辊压合、剥离实现转印

单元(1-12)：纸张收卷

单元(1-13)：薄膜收卷

单元(2-1)：真空镀铝专用薄膜放卷

单元(2-2)：用胶印印版印刷水性粘合剂

单元(2-3)：热红外干燥装置

单元(2-4)：刻蚀槽

单元(2-5)：传输导向辊箱

单元(2-6)：循环水洗槽

单元(2-7)：干燥(烘干)

单元(2-8)：纸张放卷

单元(2-9)：辊压合、剥离实现转印

单元(2-10)：纸张收卷

单元(2-11)：薄膜收卷

Claims (12)

1.一种制作射频标签天线的专用薄膜，其特征在于，包含有：

一基膜层；

一离型料层，形成于该基膜层上；及

一金属层，形成于该离型料层上。

2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该基膜层选自厚度为0.001-0.2mm，聚乙烯塑料薄膜、聚氯乙烯塑料薄膜、聚丙烯塑料薄膜、聚酯塑料薄膜、聚偏二氯乙烯塑料薄膜及聚碳酸酯塑料薄膜所组成的群组之一。

3.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该离型料层是由水性离型料或树脂型离型料、或蜡质离型料加入助剂或混合溶剂合成、润湿分散调制而成。

4.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，该金属层的材质选自厚度为0.03-100μm，铝、银、铜、镍、铁、钴、锌、锡所组成的群组之一。

5.根据权利要求1所述的专用薄膜，其特征在于，该薄膜的生产工艺采用真空镀覆或，金属箔与塑料薄膜复合。

6.一种利用权利要求1所述的专用薄膜制作射频标签天线的方法，包括以下步骤：

A)印刷步骤：用粘合剂做为成像物质，在权利要求1所述的专用薄膜上形成射频天线图案；

B)刻蚀步骤：用刻蚀液将专用薄膜上未印刷粘合剂部分的金属层溶解，形成金属天线图案；

C)转印步骤：将承印物与专用薄膜压合、分离，金属天线图案转移到承印物表面。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，印刷步骤采用的工艺选自凹版印刷、柔性版印刷、平版印刷、凸版印刷、丝网印刷或喷墨印刷所组成的群组之一。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述的粘合剂常温时为液态，具有流变性，易干燥，选自水溶型粘合剂、溶剂型粘合剂、乳剂型粘合剂所组成的群组之一。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法的印刷与刻蚀步骤之间进一步包含：

干燥步骤：用热红外、紫外光(UV)或电子束干燥装置使粘合剂干燥增粘。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法的刻蚀与转印步骤之间进一步包含：

水洗步骤：用液体冲洗刻蚀反应后的专用薄膜表面，以便冲洗掉刻蚀反应的生产物和刻蚀液；

干燥步骤：用热红外使水洗后的专用薄膜表面干燥，使表面粘合剂恢复高粘性。

11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述承印物的材质选自纸、塑料、玻璃、金属所组成的群组之一，形状可以是片材或具有承印平面的几何体。

12.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当权利1所述的金属层为金属铝层时，刻蚀液优选为温度40-100℃、浓度为50g/l-500g/l的NaOH或KOH溶液，粘合剂优选UV粘合剂，印刷工艺优选平版胶印。

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