CN103490150A

CN103490150A - 制造天线的方法

Info

Publication number: CN103490150A
Application number: CN201210194264.6A
Authority: CN
Inventors: 林文岑
Original assignee: Yongfeng Precise Electronic (yangzhou) Co Ltd
Current assignee: Yongdao Radio Frequency Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-06-13
Filing date: 2012-06-13
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2032-06-13
Also published as: CN103490150B

Abstract

本发明涉及一种制造天线的方法，其包括下列步骤：于输送带上输送柔性板材。将导电墨水图案柔版印刷于柔性板材的表面上。将柔性板材升温至工艺温度，以干燥导电墨水图案。升温速率为4℃/秒至20℃/秒。将柔性板材维持工艺温度，以烧结导电墨水图案，以于柔性板材的表面上形成一线路。工艺温度介于150℃至200℃，而输送带的输送速度为15至30米/分钟。

Description

制造天线的方法

技术领域

本发明涉及一种制造天线的方法，更具体地，涉及一种制造柔性天线的方法。

背景技术

无线射频辨识技术是一种无线通讯技术。其可通过无线电信号辨别特定对象，并读取相关数据，而无需通过识别系统与对象间直接接触。举例来说，在射频辨识系统中，读取器内建的天线可将信号传送至射频辨识标签。此信号会激发该射频辨识标签，而可将储存的信息反向散射至读取器。接着，读取器对此信息进行译码。以目前来说，无线射频辨识技术已广泛应用于各种用途，如用于防止产品伪造、控制通行、电子收费系统及物流管理等。

一般而言，可利用金属箔蚀刻工艺来制造天线，此金属箔可例如为铜箔或铝箔。但蚀刻工艺会浪费部分材料以及造成环境污染。此外，因蚀刻工艺时间长，也使得工艺成本增加。

因此，需要一种新颖的制造天线的方法来减少工艺时间，以降低工艺成本，而可有效地解决上述问题。

发明内容

本发明的一方面是提供一种制造天线的方法，其包括下列步骤：于输送带上输送柔性板材。将导电墨水图案柔版印刷(flexographic printing)至柔性板材的表面上。将柔性板材以第一加热组件于第一时间内升温至工艺温度，以干燥导电墨水图案。升温速率为4℃/秒至20℃/秒。将柔性板材以第二加热组件于第二时间内维持工艺温度，以烧结导电墨水图案，以于柔性板材的表面上形成一线路。工艺温度介于150℃至200℃，而输送带的输送速度为15至30米/分钟。

根据本发明一个实施方式，导电墨水图案的导电墨水包括纳米金属粒子、分散剂和溶剂。

根据本发明一个实施方式，纳米金属粒子占该导电墨水的重量百分比介于40至70wt％。

根据本发明一个实施方式，溶剂是水、醇类或其组合。

根据本发明一个实施方式，柔性板材是纸、聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚丙烯(PP)。

根据本发明一个实施方式，第一加热组件及第二加热组件相同或相异，其分别选自由一个或多个由热风加热组件、红外线(IR)照射组件及其组合所组成的群组。

根据本发明一个实施方式，第一加热组件及第二加热组件是红外线(IR)照射组件。

根据本发明一个实施方式，第一加热组件是热风加热组件，第二加热组件是红外线(IR)照射组件。

根据本发明一个实施方式，第一加热组件是红外线(IR)照射组件，红外线照射组件与柔性板材距离25至75毫米。

根据本发明一个实施方式，第一时间与第二时间的总和为10至50秒。

根据本发明一个实施方式，将柔性板材维持工艺温度步骤后还包括于线路上封装一芯片。

附图说明

为了使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，对附图说明如下：

图1是显示依照本发明一个实施方式的一种制造线路的方法的流程图。

图2是显示依照本发明一个实施方式的一种制造线路的方法中各工艺阶段的示意图。

图3是显示依照本发明一个实施方式的一种红外线照射组件的结构示意图。

图4是显示依照本发明另一实施方式的一种热风加热组件的结构示意图。

图5是显示依照本发明一个实施方式的一种天线图案的示意图。

图6是显示依照本发明另一实施方式的一种天线图案的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图说明本发明的多个实施方式。为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图，一些公知惯用的结构与组件在附图中将以简单示意的方式绘示。

图1是显示依照本发明一个实施方式的一种制造天线的方法的流程图。图2是显示依照本发明一个实施方式的一种制造天线的方法中各工艺阶段的示意图。具体来说，此实施方式可应用于生产射频辨识天线(Radio-frequencyidentification antenna)。

在步骤110中，在输送带201上输送柔性板材202。在一个实施方式中，柔性板材202是纸、聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚丙烯(PP)。在一个实施方式中，输送带的输送速度为15至30米/分钟。

在步骤120中，将导电墨水图案204a柔版印刷至板材202的表面202a上。形成的导电墨水图案204a的厚度介于0.5微米至1.5微米。举例来说，可利用柔版印刷装置210来进行此步骤，但不限于此。柔版印刷装置210可包括墨水槽211、沾墨辊212、网纹辊213、印版辊214与压印辊215。

墨水槽211容纳导电墨水204。沾墨辊212局部地浸泡在墨水槽211中。当沾墨辊212转动时，可自墨水槽211中连续地沾取导电墨水204。

网纹辊213接触沾墨辊212上的导电墨水204，以将其转移至网纹辊213的表面。网纹辊213上配置有数个沟槽。所以，当沾墨辊212及网纹辊213分别往不同方向转动时，沾墨辊212上的导电墨水204会散布到网纹辊213的表面上及沟槽内。

网纹辊213另外接触具有凹凸图案的印版辊214，而可将网纹辊213上的一部分导电墨水204转至印版辊214上。换言之，也就是在印版辊214上形成导电墨水图案。印版辊214可例如由中心的钢轮和外围的橡胶层所组成，且橡胶层可利用黏贴的方式贴在钢轮上。橡胶层设有欲形成的线路的图案。

压印辊215设置于印版辊214的对侧，用以在印刷时支撑柔性板材202。也就是说，当柔性板材202的两表面大致同时分别接触印版辊214及压印辊215时，导电墨水图案204a可被转印至表面202a上。

在一个实施方式中，导电墨水204的组成可为纳米金属粒子、分散剂和溶剂。

纳米金属粒子包括纳米银粒子、纳米铜粒子或其组合。

分散剂可为一种高分子，例如为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)，分散剂用以避免纳米金属粒子聚集成团块。此外，分散剂还要能够溶解于溶剂中，才能有效地包覆粒子，避免粒子凝集。

溶剂例如为水、醇类或其组合。醇类例如可为乙醇。因此，分散剂必须为高极性的高分子，才能溶解于上述溶剂中。

导电墨水204的制作方法简述如下。首先，将纳米金属前驱物溶液、分散剂溶液和还原剂溶液混合，让纳米金属前驱物还原成纳米金属粒子。纳米金属前驱物例如为硝酸银或硝酸铜。还原剂例如为硼氢化钠或联胺(hydrazine)。当还原反应发生后，形成纳米金属粒子。此时，纳米金属粒子会被分散剂所包覆和分散，故不会团聚结块，而可形成分散良好的纳米金属粒子溶液，其即为导电墨水。

在步骤130中，将柔性板材202以第一加热组件222a于第一时间内升温至工艺温度，以干燥导电墨水图案204a。工艺温度介于150℃至200℃。此步骤主要是将导电墨水204中的溶剂移除，但同时可烧除一部分的分散剂。

第一加热组件222a选自由一个或多个由热风加热组件、红外线(IR)照射组件及其组合所组成的群组。

在一个实施方式中，红外线照射组件300可为红外线灯管302，如图3所示。红外线照射组件300与板材202间的距离D可视所选用的红外线照射组件300功率的不同而进行调整。由于红外线(IR)照射组件提供热辐射来加热柔性板材202，因此其与柔性板材202的距离将会影响到柔性板材202的升温速率。因此，在一个实施例中，红外线照射组件300与柔性板材202间的最短距离D为25至75mm，红外线照射组件300的功率为1.95至2.5kW。

在另一实施方式中，热风加热组件400包括至少一个加热线圈以及一个封闭的热风箱体，如图4所示。在一个实施例中，热风加热组件400的热风箱体中可维持在150℃以上的恒温。

在一个实施方式中，升温速率为4℃/秒至20℃/秒。第一时间例如可为5至40秒。虽然此升温速率极快，但本实施方式中的柔性板材202并不会因此而发生严重翘曲现象。其原因详述如下。

当纳米金属粒子浓度较高时，在干燥过程中所造成的翘曲现象较为轻微。这是因为相对于低纳米金属粒子浓度的导电墨水而言，高纳米金属粒子浓度的导电墨水所需移除的溶剂量较少，使得步骤130中导电墨水图案204a的收缩量较小。

但若纳米金属粒子占导电墨水的重量百分比小于40wt％，则导电墨水的黏度过低。在经过步骤120后，导电墨水会溢流，而使图案中的线路图形变宽甚至变形。此外，在经过步骤130时，因溶剂的挥发量高，而造成板材严重翘曲。

反之，若纳米金属粒子占导电墨水的重量百分比大于70wt％，则导电墨水的黏度偏高，这是因为使用了较多分散剂的缘故。在经过步骤120后，导电墨水图案会发生溢墨现象。在经过步骤130时，虽然溶剂的挥发量低，但被分散剂所包覆的纳米金属粒子分布密度太高，也会阻碍到溶剂的挥发路径，使得溶剂在短时间内无法完全去除。

由上述可知，纳米金属粒子占导电墨水204的重量百分比，较佳为介于40至70wt％。此导电墨水204具有适当的黏度，而不会发生溢流或溢墨现象。并且，能够在升温速率为4℃/秒至20℃/秒的范围下，有效地使溶剂完全挥发，并维持良好的平整性，而不会发生严重翘曲现象。在一个实施方式中，黏度为50至200毫帕·秒，测试转速为1000转/秒。在一个实施方式中，黏度为200至1000毫帕·秒，测试转速为10转/秒。

在步骤140中，将柔性板材202以第二加热组件222b于第二时间内维持工艺温度，以烧结导电墨水图案204a，以于柔性板材202的表面202a上形成线路204b。此步骤是让纳米金属粒子在工艺温度下烧结形成线路，并烧除剩余的分散剂。

第二加热组件222b可与第一加热组件222a相同或相异。第二加热组件222b选自由一个或多个由热风加热组件、红外线(IR)照射组件及其组合所组成的群组。第二加热组件222b的实施方式可与第一加热组件222a的实施方式相同。

在一个实施方式中，第一加热组件222a及第二加热组件222b皆为红外线(IR)照射组件。

在另一实施方式中，第一加热组件222a是热风加热组件，第二加热组件222b是红外线(IR)照射组件。热风加热组件以循环热风方式加热柔性板材202，并带走挥发的溶剂。

在一个实施方式中，第一时间与第二时间的总和为10至50秒。由此可知，本发明的实施方式可快速地干燥及烧结导电墨水图案204a，而形成线路204b。

在一个实施方式中，输送带201的输送速度为15至30米/分钟。

在一个实施方式中，在步骤140后还包括封装芯片于线路上(步骤150)，而形成射频辨识天线。详细来说，可将成卷的线路板材使用另一输送带输送，以进行连续式的封装芯片工艺。

由此可知，本发明的实施方式可大幅减少工艺时间以及降低工艺成本，而能够有效地应用于量产射频辨识天线的线路与射频辨识天线。

实施例

以下的实施例用以详述本发明的特定方面，并使本发明所属技术领域中的技术人员能够实施本发明。以下的实施例不应用以限制本发明。

实施例1：以不同输送速度制造的一种天线的电阻

本发明设备的第一加热组件和第二加热组件分别为五支红外线灯管，其功率为1.95至2.5kW，温度可达1000℃。红外线灯管与板材的距离为30mm。而本实验是将设备的输送速度分别设定为20、25与30米/秒，其余设备参数维持不变，然后分别测试线路的电阻值，以得到较适当的输送速度。

在此实施例中，首先将铜版纸板材由放卷装置输送至墨水印刷装置，然后在纸板材上印刷出导电墨水图案。导电墨水图案的厚度约为1微米，其图案参照图5。墨水印刷装置中的印版轮，每米的板材上可印出约22个图案。随后，将具有图案的纸板材输送至第一加热组件，以升温至160℃。再将具有图案的纸板材输送至第二加热组件，以维持板材的温度于160℃左右。最后，卷收表面形成有线路的纸板材。

上述导电墨水呈黑色，其组成为60wt％的纳米银粒子、20wt％的聚乙烯醇以及20wt％的水。当测试转速为1000转/秒时，黏度为50至200毫帕·秒。当测试转速为10转/秒时，黏度为200至1000毫帕·秒。

将不同输送速度生产出的线路进行电阻测试，其测试方式为测量线路电路图案中相距最远的两点间的电阻值。测试结果参见表一。

表一

由实验例1至实验3可知，当输送速度20至30米/秒之间，输送速度越低，其生产出的线路的电阻值较低，代表其导电性较佳。而根据实验结果得知，印刷上述图案时，输送速度控制在20-30米/秒之间，其生产出的线路效能皆可符合实际应用的需求。

实施例2：以不同输送速度制造的另一种线路的电阻

本实施例的测试条件，如设备、设备参数和制造流程等，皆与实施例1相同。差异仅在于本实施例所印刷的图案较为稠密，其图案参照图6。其中墨水印刷装置中的印版轮，于每米的板材上可印出约200个图案。

同样地，将不同输送速度生产出的线路进行电阻测试。其测试结果参见表二。

表二

由实验例4至实验6可知，当输送速度20至30米/秒之间，输送速度越低，其生产出的线路的电阻值较低，代表其导电性较佳。而根据实验结果得知，印刷上述图案时，输送速度控制在20-30米/秒之间，其生产出的线路效能皆可符合实际应用的需求。

实施例3：射频辨识天线及其灵敏度

将实验例1、2、3的具有线路的板材组装上M4E芯片，以形成三种射频辨识天线(分别为实验例7、8、9)。然后将这些射频辨识天线使用AC265导电胶，以Impinj读距测试系统来测试这三种样品的灵敏度。其中，这三种样品分别取样20个来测试灵敏度，以了解在同一生产条件下制造的样品间的变异性，结果参见表四。

表四

由实验例7、8、9可知，以此实施方式制成的射频辨识天线具有良好的灵敏度。此外，在相同的生产条件下，射频辨识天线样品的变异性相当低，因此本实施方式能够有效地快速且大量制造天线。

综上所述，本工艺具有生产速度快、材料浪费少、环境污染低和工艺成本低等优点。此外，由于印版辊上的橡胶层易于替换，因此更换不同图案的印版辊十分方便，而有益于生产多样化的产品。

虽然本发明已以实施方式揭露如上，然而其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种修改与改变，因此本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims

1.一种制造天线的方法，包括：

于输送带上输送柔性板材；

将导电墨水图案柔版印刷至该柔性板材的一表面上；

将该柔性板材以第一加热组件于第一时间内升温至工艺温度，以干燥该导电墨水图案，升温速率为4℃/秒至20℃/秒；以及

将该柔性板材以第二加热组件于第二时间内维持该工艺温度，以烧结该导电墨水图案，以于该柔性板材的该表面上形成一线路，

其中该工艺温度介于150℃至200℃，而该输送带的输送速度为15至30米/分钟。

2.根据权利要求1所述的方法，其中该导电墨水图案的导电墨水包括纳米金属粒子、分散剂和溶剂。

3.根据权利要求2所述的方法，其中该纳米金属粒子占该导电墨水的重量百分比介于40至70wt％。

4.根据权利要求2所述的方法，其中该溶剂为水、醇类或其组合。

5.根据权利要求1所述的方法，其中该柔性板材为纸、聚对苯二甲酸二乙酯、聚氯乙烯或聚丙烯。

6.根据权利要求1所述的方法，其中该第一加热组件与该第二加热组件相同或相异，其分别选自由一个或多个由热风加热组件、红外线照射组件及其组合所组成的群组。

7.根据权利要求6所述的方法，其中该第一加热组件及该第二加热组件是红外线照射组件。

8.根据权利要求6所述的方法，其中该第一加热组件为热风加热组件，该第二加热组件是红外线照射组件。

9.根据权利要求6所述的方法，其中该第一加热组件为红外线照射组件，该红外线照射组件与该柔性板材距离25至75毫米。

10.根据权利要求1所述的方法，其中该第一时间与该第二时间的总和为10至50秒。

11.根据权利要求1所述的方法，将该柔性板材维持该工艺温度步骤后还包括于该线路上封装一芯片。