CN108629393A - Rfid高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，具体是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔和搭桥铝箔低温焊接在一起的工艺，焊膏包括焊料和助焊剂，焊料为熔点低于180℃的单金属粉末或合金粉末，焊剂包括有机胺及其改性物或有机酸。本发明通过对焊膏的改进，再加上激光的方式，解决了传统铝材焊接需要400‑500℃高温的问题，通过激光加热，在低温(低于180℃)下破除铝箔表面的氧化层，实现了RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥，克服了焊接不能用于RFID高频铝天线搭桥的技术难题，是RFID高频铝天线搭桥的新突破，工艺完全不同于现有的模切冲压和银浆印刷这两种搭桥方式。
Description
技术领域
本发明属于RFID(射频识别)高频铝天线搭接技术领域，特别涉及一种 RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺。
背景技术
RFID标签天线是RFID电子标签的应答器天线，是一种通信感应天线。一般与芯片组成完成RFID电子标签应答器。RFID标签天线由于材质与制造工艺不同，分为金属蚀刻天线、印刷天线、镀铜天线等几种。射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒，在社会发展中起着越来越重要的作用。
RFID高频天线的搭桥直接影响其工作效果，目前RFID高频天线的搭桥有模切冲压和银浆印刷两种，高频天线的搭桥问题一直是该类天线失效的主要原因，如当前的高频易碎防伪天线银浆搭桥可靠性差一直是行业的痛点。第一，模切冲压搭桥的不足：①、桥接点阻值波动范围大；②、接点阻值受温度、湿度、氧气影响逐渐劣化，易失效；③、在绕卷、弯折、拉伸的情况下，接点阻值变大或开路，影响产品可靠性；④、模切搭桥不适合纸基、易碎纸、布基高频天线，应用范围受限。第二，银浆印刷搭桥的不足：①、耐侯性差，阻值随温度、湿度、基材材质变化大，容易失效；②、耐弯折性差，绕卷弯折后容易失效；③、银浆搭桥成本高。
有鉴于以上的问题，本发明人积极加以研究创新，以期望创设一种RFID 高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，解决了在纸基、易碎纸或布基上高频天线上的搭桥难题，当前在手机中集成RFID高频读写器已越来越普遍，随着行业内高频天线搭桥问题的解决，将促进手机应用程序与RFID技术的结合，使RFID技术在更广的范围内推广应用，加速物联网的发展。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，所述工艺是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔和搭桥铝箔低温焊接在一起的工艺，所述焊膏包括焊料和助焊剂，所述焊料为熔点低于180℃的单金属粉末或合金粉末，所述助焊剂包括有机胺及其改性物或有机酸。
进一步地说，所述的低温软钎焊接搭桥工艺，包括以下步骤：
S01.将天线铝箔复合到基材上，用激光或蚀刻在基材之上的天线铝箔上形成RFID高频天线的图案，即天线线圈；
S02.按照搭桥的形状在天线线圈上印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨，但在搭桥焊接点的位置不印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨；
S03.将另一铝箔贴合到步骤S02中印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨的RFID 高频天线的天线线圈上；
S04.在步骤S03中所述另一铝箔上用激光沿步骤S02所述胶粘剂或粘性油墨的边沿切割出搭桥的形状，且在所述搭桥焊接点的中心处切割出一盲孔，所述盲孔从所述另一铝箔的表面延伸到所述天线铝箔的表面；
S05.将所述另一铝箔上除搭桥形状之外的铝箔去除，形成搭桥铝箔；
S06.将焊料和助焊剂配制的焊膏，印刷、喷涂或点涂在所述搭桥焊接点中心处的盲孔内；
S07.激光加热焊膏，加热温度为100-180℃时，激活助焊剂，利用助焊剂清除天线铝箔表面的氧化层；
S08.激光继续加热使焊膏中的焊料融化，于所述搭桥焊接点处将天线铝箔和搭桥铝箔软钎焊接在一起。
进一步地说，所述焊膏为所述焊料与所述助焊剂调配的糊状物，按照焊膏的总重量百分比计，其中所述焊料为60-80％，所述助焊剂为20-40％。
进一步地说，所述单金属粉末为锡、铋、铟或镓，所述合金粉末为锡、铋、银、锌、铟和镓中的至少两种。
进一步地说，所述焊料包括以下重量比的原料：所述锌0-9％、所述银0-3％、所述铟0-100％、所述铋0-67％、所述锡0-78％和所述镓0-100％。
进一步地说，所述助焊剂还包括含氯的卤素盐、含氟的卤素盐和氟硼酸盐中的至少一种。
进一步地说，所述激光为红外激光。
进一步地说，步骤S02中所述胶粘剂或粘性油墨是用凹版、丝网、喷涂、点胶或打印的方式形成于RFID高频天线线圈上。
进一步地说，所述粘性油墨包括所述胶粘剂、颜料、染料和荧光剂。
进一步地说，所述胶粘剂为含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的复合胶，或者含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的压敏胶，或者含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的热熔胶，或者丙烯酸胶和环氧胶中的至少一种紫外线(UV)固化胶。
本发明的有益效果是：
本发明是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔和搭桥铝箔低温焊接在一起的工艺，通过对焊膏的改进，再加上激光的方式，解决了传统铝材焊接需要400-500℃高温的问题，通过激光加热，在低温(低于180℃) 下破除铝箔表面的氧化层，实现了RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥，克服了焊接不能用于RFID高频铝天线搭桥的技术难题，是RFID高频铝天线搭桥的新突破，工艺完全不同于现有的模切冲压和银浆印刷这两种搭桥方式；且本发明至少具有以下优点：
第一、桥接阻值低且稳定；
第二、耐候性好，可以长期使用，性能稳定可靠；
第三、耐绕卷与弯折性好；
第四、适合PET还适合纸、易碎纸、布等各种不同类型的基材；
第五、适合高频防伪天线的搭桥。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1a是本发明的步骤S01的主视图；
图1b是图1a的A-A剖面图；
图2a是本发明的步骤S02的主视图；
图2b是图2a的A-A剖面图；
图3a是本发明的步骤S03的主视图；
图3b是图3a的A-A剖面图；
图4a是本发明的步骤S04的主视图；
图4b是图4a的A-A剖面图；
图5a是本发明的步骤S06的主视图；
图5b是图5a的A-A剖面图；
图6a是本发明的步骤S08的工作原理示意图；
图6b是本发明的步骤S08的主视图；
图6c是图6b的A-A剖面图；
附图中各部分标记如下：
基材1、天线铝箔2、搭桥焊接点3、胶粘剂或粘性油墨4、搭桥铝箔5、锡膏6、焊接后的焊接点7、激光8和激光振镜9。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点及功效。本发明也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本发明所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
实施例：一种RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，如图1a-6c所示，所述工艺是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔2和搭桥铝箔 5低温焊接在一起的工艺，所述焊膏6包括焊料和助焊剂，所述焊料为熔点低于180℃的单金属粉末或合金粉末，所述助焊剂包括有机胺及其改性物或有机酸。
所述的低温软钎焊接搭桥工艺，具体包括以下步骤：
S01.将天线铝箔2复合到基材1上，用激光或蚀刻在基材之上的天线铝箔2上形成RFID高频天线的图案，即天线线圈，如图1a和图1b所示，所述基材是但不限于PET、可降解薄膜、纸、易碎纸或合成纸；
S02.按照搭桥的形状在天线线圈上印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨4，但在搭桥焊接点3的位置不印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨；所述胶粘剂或粘性油墨是用凹版、丝网、喷涂、点胶或打印的方式形成于RFID高频天线线圈上；本步骤的一个实施例是使用丝网印刷，但在搭桥焊接点不印刷粘性油墨或胶粘剂，如图2a和图2b所示；
S03.将另一铝箔贴合到步骤S02中印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨的RFID 高频天线的天线线圈上；其中天线铝箔2和搭桥铝箔5之间胶粘剂的干胶厚度为2-15μm，胶粘剂起到固定搭桥铝箔和防止搭桥铝箔与天线搭桥焊接点3 以外地方短路的作用，本步骤的一个实施例是使用干胶厚度为6μm的水性聚氨酯复合胶，粘贴9μm的搭桥铝箔，如图3a和3b所示：
S04.在步骤S03中所述另一铝箔上用激光沿步骤S02所述胶粘剂或粘性油墨的边沿切割出搭桥的形状，且在所述搭桥焊接点3的中心处切割出一盲孔，所述盲孔从所述另一铝箔的表面延伸到所述天线铝箔2的表面；具体为使用机器视觉作为定位手段，采用近红外、可见光或紫外激光为切割工具，沿着在搭桥铝箔上沿所印刷搭桥图案的边沿切割出搭桥的形状；本步骤的一个实施例是使用双CCD相机的识别2个定位标志计算激光切割位置，使用紫外激光在搭桥铝箔上切割出搭桥的形状，在搭桥焊接点的中心用激光切割一个1mm的圆孔，但不限于圆孔，这个孔用来涂布焊膏6，如图4a和4b所示：
S05.将所述另一铝箔上除搭桥形状之外的铝箔去除，形成搭桥铝箔；本步骤的一个实施例，去除搭桥图案之外的搭桥铝箔5使用压缩空气吹除，但不限于此；
S06.将焊料和助焊剂配制的焊膏，印刷、喷涂或点涂在所述搭桥焊接点 3中心处的盲孔内；本步骤的一个实施例中，按照焊膏的总重量百分比计，其中，焊料70％和助焊剂30％，将焊料和助焊剂充分搅拌混合配制成焊膏，然后灌装在塑料针管中，将针管中的焊膏涂布在搭桥焊接点3中心的圆孔中，如图5a和5b所示；
S07.激光加热焊膏，加热温度为100-180℃时，激活助焊剂，利用助焊剂清除天线铝箔2表面的氧化层，如图6a所示；
S08.激光继续加热使焊膏中的焊料融化，于所述搭桥焊接点3处将天线铝箔2和搭桥铝箔5软钎焊接在一起，同时助焊剂受热挥发，形成焊接后的焊接点7。本步骤用于焊接的激光器的一个实施例为近红外激光，但不限于此，加热焊膏时激光8的光斑处于失焦状态，使用激光振镜9或XY扫描系统使激光的光斑对准被加热焊膏，如光斑小于焊接点时激光在涂布的焊接点范围内进行连续扫描加热，如图6a、图6b和图6c所示。
所述S06中配制焊膏的焊料为熔点低于180℃的单金属粉末或合金粉末，所述单金属粉末为锡、铋、铟或镓，所述合金粉末为锡、铋、银、锌、铟和镓中的至少两种熔融后制成的合金粉末。优选的，所述合金粉末的金属中含有镓，镓可以改变熔点和调整焊接性能。焊料合金的组成的四个实施例如下，但不限于：
实施例1：锡-42％和铋-58％；
实施例2：锡-46％、铟-51％和锌-3％；
实施例3：锡-67％、铟-30％和镓-3％；
实施例4：锡-8％和铟-92％；
实施例5：锡-8％、铟-90和镓-2％；
以上合金粉末的建议粒径为20-30μm，但不限于该粒径范围。
在焊膏中用于去除天线铝箔表面氧化膜的助焊剂包括有机胺及其改性物或有机酸，还包括含氯的卤素盐、含氟的卤素盐和氟硼酸盐中的至少一种。助焊剂的一个组成实施例如下，但不限于该组分及重量配比：
三乙醇胺和三乙烯四胺的复配物：55％；
聚乙二醇：25％；
氟硼酸亚锡和氟硼酸锌的混合物：3％；
氯化铵和氯化锌的混合物：2％；
其它助剂：15％。
所述焊膏为所述焊料与所述助焊剂调配的糊状物，按照焊膏的总重量百分比计，其中所述焊料为60-80％，所述助焊剂为20-40％。
所述胶粘剂中还可以加入固化剂、交联剂和助剂，组成复配物。
所述粘性油墨包括所述胶粘剂、颜料、染料和荧光剂。
所述胶粘剂为含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的复合胶，或者含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的压敏胶，，或者丙烯酸胶和环氧胶中的至少一种紫外线(UV)固化胶。
本发明是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔和搭桥铝箔低温焊接在一起的工艺，通过对焊膏的改进，再加上激光的方式，解决了传统铝材焊接需要400-500℃高温的问题，通过激光加热，在低温(低于180℃) 下破除铝箔表面的氧化层，实现了RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥，克服了焊接不能用于RFID高频铝天线搭桥的技术难题，是RFID高频铝天线搭桥的新突破，工艺完全不同于现有的模切冲压和银浆印刷这两种搭桥方式；且本发明至少具有以下优点：第一、桥接阻值低且稳定；第二、耐候性好，可以长期使用，性能稳定可靠；第三、耐绕卷与弯折性好；第四、适合PET还适合纸、易碎纸、布等各种不同类型的基材；第五、适合高频防伪天线的搭桥。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述工艺是以激光为焊接工具在180℃以下通过焊膏将天线铝箔和搭桥铝箔低温焊接在一起的工艺，所述焊膏包括焊料和助焊剂，所述焊料为熔点低于180℃的单金属粉末或合金粉末，所述助焊剂包括有机胺及其改性物或有机酸。
2.根据权利要求1所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S01.将天线铝箔复合到基材上，用激光或蚀刻在基材之上的天线铝箔上形成RFID高频天线的图案，即天线线圈；
S02.按照搭桥的形状在天线线圈上印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨，但在搭桥焊接点的位置不印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨；
S03.将另一铝箔贴合到步骤S02中印刷或涂布胶粘剂或粘性油墨的RFID高频天线的天线线圈上；
S04.在步骤S03中所述另一铝箔上用激光沿步骤S02所述胶粘剂或粘性油墨的边沿切割出搭桥的形状，且在所述搭桥焊接点的中心处切割出一盲孔，所述盲孔从所述另一铝箔的表面延伸到所述天线铝箔的表面；
S05.将所述另一铝箔上除搭桥形状之外的铝箔去除，形成搭桥铝箔；
S06.将焊料和助焊剂配制的焊膏，印刷、喷涂或点涂在所述搭桥焊接点中心处的盲孔内；
S07.激光加热焊膏，加热温度为100-180℃时，激活助焊剂，利用助焊剂清除天线铝箔表面的氧化层；
S08.激光继续加热使焊膏中的焊料融化，于所述搭桥焊接点处将天线铝箔和搭桥铝箔软钎焊接在一起。
3.根据权利要求1所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述焊膏为所述焊料与所述助焊剂调配的糊状物，按照焊膏的总重量百分比计，其中所述焊料为60-80％，所述助焊剂为20-40％。
4.根据权利要求1所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述单金属粉末为锡、铋、铟或镓，所述合金粉末为锡、铋、银、锌、铟和镓中的至少两种。
5.根据权利要求4所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述焊料包括以下重量比的原料：所述锌0-9％、所述银0-3％、所述铟0-100％、所述铋0-67％、所述锡0-78％和所述镓0-100％。
6.根据权利要求1所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述助焊剂还包括含氯的卤素盐、含氟的卤素盐和氟硼酸盐中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述激光为红外激光。
8.根据权利要求2所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：步骤S02中所述胶粘剂或粘性油墨是用凹版、丝网、喷涂、点胶或打印的方式形成于RFID高频天线线圈上。
9.根据权利要求2所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述粘性油墨包括所述胶粘剂、颜料、染料和荧光剂。
10.根据权利要求2所述的RFID高频铝天线低温软钎焊接搭桥工艺，其特征在于：所述胶粘剂为含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的复合胶，或者含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的压敏胶，或者含丙烯酸、聚氨酯和丁苯类中的至少一种的热熔胶，或者丙烯酸胶和环氧胶中的至少一种紫外线(UV)固化胶。
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