CN110808448B - 一种基于透明柔性基材的rfid高频天线及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于透明柔性基材的RFID高频天线及制备工艺，属于电子标签技术领域，解决了现有技术中RFID天线透明度低、定向辐射性差、工艺复杂、产品质量低的问题，包括绝缘透明基材层和天线辐射结构，天线辐射结构设于基材层表面，天线辐射结构包括导电图案单元、电路连接单元以及定位臂，导电图案单元包括第一子结构、第二子结构以及第三子结构。本发明中导电图案单元的线宽小，配合透明柔软基材，使天线整体透明化，第一子结构和第二子结构端部断联，实现定向辐射，降低互耦干扰，利用导电图案单元和电路连接单元同平面连接的独特方式，结合单面印刷、单面蚀刻的工艺制备天线，使天线制备简单化、材耗降低化。

Description

一种基于透明柔性基材的RFID高频天线及制备工艺

技术领域

本发明属于电子标签技术领域，具体地说，尤其涉及一种基于透明柔性基材的RFID高频天线及制备工艺。

背景技术

射频识别技术相对于条形码、智能卡等识别技术具有明显优势，RFID可以自动识别不同物体上附着的标签，通过标签与阅读器之间的电磁传播进行无线通信，识别距离较远，且标签与阅读器之间可以有障碍物遮挡，进而实现非视距检测，而条形码和智能卡必须准确放置于指定位置，无法实现自动化识别。条形码的读取距离非常短，且不能有任何遮挡，智能卡则需要卡片和读写器之间有直接的接触，此外，RFID阅读器在一定范围内可以快速识别多个标签，而条形码和智能卡只能一对一读取。

目前市场上RFID高频天线制备过程为先将薄膜片材两面覆上金属箔，然后采用印刷法或光刻法在薄膜片材双面天线图案区域印刷抗蚀油墨，再经蚀刻液蚀刻完成天线加工，该工艺中采用双面印刷和双面蚀刻的方式，需要精确分长套位印刷以及天线起始点卯接来保证电路连通，整个过程操作的精确度不易把握，操作难度大，而且两面蚀刻时，酸液喷淋的浓度和强度不同，导致产品质量参差不齐，产生大量废材。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种透明度高、定向辐射性强、工艺简单化、产品质量高的基于透明柔性基材的RFID高频天线及制备工艺。

为了实现上述技术目的，本发明基于透明柔性基材的RFID高频天线及制备工艺采用的技术方案为：

一种基于透明柔性基材的RFID高频天线，包括绝缘透明基材层和天线辐射结构，所述天线辐射结构设于基材层表面，所述天线辐射结构包括导电图案单元、两端分别连通导电图案单元的电路连接单元以及置于导电图案单元内的定位臂，所述导电图案单元包括第一子结构、第二子结构以及设于第一子结构端部和第二子结构端部上方的第三子结构，所述第一子结构包括第一矩形臂，所述第一矩形臂一端设有45°弯折臂，另一端设有瓶状第一收缩臂，所述第二子结构包括第二矩形臂，所述第二矩形臂沿逆时方向旋转形成多道相互套连呈发散状的矩形圈，所述第二矩形臂形成的矩形圈内设有定位臂，所述第二矩形臂弯折至矩形圈下底角时向矩形圈内侧偏转45°,所述矩形圈下底角弯折处均与弯折臂相平行，所述第二矩形臂一端设有与第一收缩臂相对称的第二收缩臂，另一端设有直角三角形状外延臂，所述第三子结构包括置于所述第一收缩臂和第二收缩臂上方的沿弧状分布的左点臂、右点臂以及设于左点臂和右点臂中间的中点臂，所述左点臂、中点臂以及右点臂按等弧度分布，且左点臂与第一收缩臂之间形成的角度等同于右点臂与第二收缩臂之间形成的角度，均为10～15°，所述电路连接单元包括一端与弯折臂相连通，另一端与外延臂相连通的连接桥，所述连接桥下表面设有绝缘膜层，所述绝缘膜层设于连接桥前后两端之间，且处于矩形圈下底角弯折处的表面。

优选的，所述基材层采用绝缘PET或PC柔性薄膜制成。

优选的，所述基材层厚度为100nm～1mm。

优选的，所述第一矩形臂、第二矩形臂以及弯折臂的宽度小于1mm。

优选的，所述第二矩形臂长度L1为62mm，宽度L2为31mm。

优选的，所述定位臂截面成正方形。

一种基于透明柔性基材的RFID高频天线制备工艺，包括以下步骤：

1)基材检测：对PET薄膜或PC薄膜进行初步检测，确保膜面干净，尺寸符合；

2)铝箔贴合：将薄膜基材装入干式复合机，上胶辊对转动过程中的薄膜基材表面进行复合胶黏剂涂覆，刮刀刮除多余胶黏剂，其中上胶辊气压为0.5～0.8Mpa，刮刀张力为0.1～0.5Mpa，将铝箔层复合于薄膜基材表面，经红外线加热固化设备固化后，透明薄膜基材与铝箔贴合为一体，形成透明高频复合膜；

3)天线制备：在印刷机线速度为30～50m/min，收卷牵引张力为0.3～0.4Mpa，放卷牵引张力为0.2～0.4Mpa，顶板压力为0.4～0.6Mpa，印版压力为0.5～0.8Mpa，刮刀压力为0.3～0.4Mpa，烘箱温度为60～70的条件下，对高频复合膜进行单面印刷，将完成印刷后的高频复合膜送入蚀刻机进行单面蚀刻，经酸液喷淋蚀刻后制成含有导电图案单元的天线雏形；

4)打点：将天线雏形再次置入印刷机内，上胶辊对转动过程中的天线矩形圈的下底角处涂覆复合胶黏剂，再将透明绝缘膜层复合于涂胶处，经红外线加热固化设备固化后，对绝缘层上下端打点，分别连通第一子结构起点和第二子结构终点，同时保证了整体天线的始终点处于同一平面；

5)分切：将产品分切制成各天线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中导电图案单元的线宽小，配合透明柔软基材，使天线整体透明化，在保证远距离识别特性的条件下，令RFID天线整体透明化，降低损耗，实现高发射率；

2、本发明将导电图案单元中第一子结构和第二子结构端部断联，实现天线区域的划分后定向辐射，同时降低互耦干扰，通过在第一子结构和第二子结构上方设置第三子结构，以形成低阻抗的电路接合，提高灵敏度性能；

3、本发明利用导电图案单元和电路连接单元同平面连接的独特方式，结合单面印刷、单面蚀刻的工艺制备天线，使天线制备简单化、材耗降低化，解决了常规双面工艺制备天线时，需准确分长套位印刷以及天线起始点需铆接的问题，同时避免了双面工艺制备天线过程中，因两面酸液喷淋强度不同，导致产品质量不一、精确度下降、报废率高的问题。

附图说明

图1是传统工艺中RFID天线的结构示意图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明中连接桥处的剖视图。

图中：1.基材层；2.定位臂；3.第一矩形臂；4.弯折臂；5.第一收缩臂；6.第二矩形臂；7.第二收缩臂；8.外延臂；9.左点臂；10.右点臂；11.中点臂；12.连接桥；13.绝缘膜层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明进一步说明：

如图1—图3所示，一种基于透明柔性基材的RFID高频天线，包括绝缘透明基材层1和天线辐射结构，所述天线辐射结构设于基材层1表面，所述天线辐射结构包括导电图案单元、两端分别连通导电图案单元的电路连接单元以及置于导电图案单元内的定位臂2，所述导电图案单元包括第一子结构、第二子结构以及设于第一子结构端部和第二子结构端部上方的第三子结构，所述第一子结构包括第一矩形臂3，所述第一矩形臂3一端设有45°弯折臂4，另一端设有瓶状第一收缩臂5，所述第二子结构包括第二矩形臂6，所述第二矩形臂6沿逆时方向旋转形成多道相互套连呈发散状的矩形圈，所述第二矩形臂6形成的矩形圈内设有定位臂2，所述第二矩形臂6弯折至矩形圈下底角时向矩形圈内侧偏转45°,所述矩形圈下底角弯折处均与弯折臂4相平行，所述第二矩形臂6一端设有与第一收缩臂5相对称的第二收缩臂7，另一端设有直角三角形状外延臂8，所述第三子结构包括置于所述第一收缩臂5和第二收缩臂7上方的沿弧状分布的左点臂9、右点臂10以及设于左点臂9和右点臂10中间的中点臂11，所述左点臂9、中点臂11以及右点臂10按等弧度分布，且左点臂9与第一收缩臂5之间形成的角度等同于右点臂10与第二收缩臂7之间形成的角度，均为10～15°，所述电路连接单元包括一端与弯折臂4相连通，另一端与外延臂8相连通的连接桥12，所述连接桥12下表面设有绝缘膜层13，所述绝缘膜层13设于连接桥12前后两端之间，且处于矩形圈下底角弯折处的表面。将导电图案单元分别设置为第一子结构、第二子结构和第三子结构，第一子结构与第二子结构之间相断联，不仅实现天线全方位区域的划分，而且令进入第一子结构和第二子结构的电流具有相反相位，提供容性和感性电抗，相互抵消，避免两者之间的互耦干扰，引起谐振减少，从而影响输入电阻的变化，提高天线辐射性能，在第一子结构和第二子结构上方设置第三子结构，第三子结构中左点臂9靠近第一收缩臂5，右点臂10靠近第二收缩臂7，在第一收缩臂5和第二收缩臂7之间空隙的中部的上方设置中点臂11，利用中点臂11调整左点臂9和右点臂10馈电，改变天线辐射阻抗，同时第三子结构整体呈弧状分布，形成低阻抗电路，不仅降低了天线的生产成本，而且兼顾了灵敏度性能。在第一子结构和第二子结构连接过程中采用连接桥12连接，通过在第二子结构的下偏转角的表面设置绝缘膜层13，避免了整体电路的短路的问题，同时又确保整个天线起始点处于同一平面内，解决了常规天线起始点处于上下两表面时，制备过程中需要精确分长进行套位印刷、天线起始点需卯接带来的复杂操作要求的问题，同时也避免了需对两表面喷酸蚀刻带来的精确度下降的问题，令整个制备过程简易化，减少废料的产生。将弯折臂调整至45°进行弯折，实现了天线辐射性能最优化。

所述基材层1采用绝缘PET或PC柔性薄膜制成。采用柔性材料制作基材层1，使天线使用场合不受限制，扩大适用范围。

所述基材层1厚度为100nm～1mm。通过对绝缘基材层1厚度的调节，实现不同场合下的使用需求，在不同场合下对绝缘基材层1厚度要求不同，采用薄型基材层1，满足对基材层1柔韧性的要求，同时满足透明度的要求。

所述第一矩形臂3、第二矩形臂6以及弯折臂4的宽度小于1mm。将导电图案单元内各结构的宽度缩小化，与薄型基材层1相匹配，实现了整体天线的高透明度效果。

所述第二矩形臂6长度L1为62mm，宽度L2为31mm。最优化第二矩形臂6两端长度，确保天线的辐射电阻和耦合电容。

所述定位臂2截面成正方形。将定位臂2设置为正方形，区别于第一子结构、第二子结构以及第三子结构，有效实现了天线的定位，提高天线精准度。

一种基于透明柔性基材的RFID高频天线制备工艺，包括以下步骤：

1)基材检测：对PET薄膜或PC薄膜进行初步检测，确保膜面干净，尺寸符合；

2)铝箔贴合：将薄膜基材装入干式复合机，上胶辊对转动过程中的薄膜基材表面进行复合胶黏剂涂覆，刮刀刮除多余胶黏剂，其中上胶辊气压为0.5～0.8Mpa，刮刀张力为0.1～0.5Mpa，将铝箔层复合于薄膜基材表面，经红外线加热固化设备固化后，透明薄膜基材与铝箔贴合为一体，形成透明高频复合膜；

3)天线制备：在印刷机线速度为30～50m/min，收卷牵引张力为0.3～0.4Mpa，放卷牵引张力为0.2～0.4Mpa，顶板压力为0.4～0.6Mpa，印版压力为0.5～0.8Mpa，刮刀压力为0.3～0.4Mpa，烘箱温度为60～70的条件下，对高频复合膜进行单面印刷，将完成印刷后的高频复合膜送入蚀刻机进行单面蚀刻，经酸液喷淋蚀刻后制成含有导电图案单元的天线雏形；

4)打点：将天线雏形再次置入印刷机内，上胶辊对转动过程中的天线矩形圈的下底角处涂覆复合胶黏剂，再将透明绝缘膜层复合于涂胶处，经红外线加热固化设备固化后，对绝缘层上下端打点，分别连通第一子结构起点和第二子结构终点，同时保证了整体天线的始终点处于同一平面；

5)分切：将产品分切制成各天线。

本发明采用单面印刷、单面蚀刻的制备工艺，同时采用特有导电图案单元，实现了采用单面基材层即可实现天线回路的效果，较以往双面印刷、双面蚀刻，不仅节省了制备时间，而且无需常规精确分长的套位印刷、天线起始点卯接，令制备难度大大降低，提高操作的精确性，降低废材料。本发明中制备的RFID天线经仿真设计后，最佳谐振频率为914MHZ，在860～960MHZ频率范围内，灵敏度能达到-18dbm以上，损耗较小。

综上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (5)

1.一种基于透明柔性基材的RFID高频天线，其特征在于：包括绝缘透明基材层和天线辐射结构，所述基材层采用绝缘PET或PC柔性薄膜制成，所述天线辐射结构设于基材层表面，所述天线辐射结构包括导电图案单元、两端分别连通导电图案单元的电路连接单元以及置于导电图案单元内的定位臂，所述导电图案单元包括第一子结构、第二子结构以及设于第一子结构端部和第二子结构端部上方的第三子结构，所述第一子结构包括第一矩形臂，所述第一矩形臂一端设有45°弯折臂，另一端设有瓶状第一收缩臂，所述第二子结构包括第二矩形臂，所述第二矩形臂沿逆时方向旋转形成多道相互套连呈发散状的矩形圈，所述第二矩形臂形成的矩形圈内设有定位臂，所述第二矩形臂弯折至矩形圈下底角时向矩形圈内侧偏转45°,所述矩形圈下底角弯折处均与弯折臂相平行，所述第二矩形臂一端设有与第一收缩臂相对称的第二收缩臂，另一端设有直角三角形状外延臂，所述第三子结构包括置于所述第一收缩臂和第二收缩臂上方的沿弧状分布的左点臂、右点臂以及设于左点臂和右点臂中间的中点臂，所述左点臂、中点臂以及右点臂按等弧度分布，且左点臂与第一收缩臂之间形成的角度等同于右点臂与第二收缩臂之间形成的角度，均为10～15°，所述电路连接单元包括一端与弯折臂相连通，另一端与外延臂相连通的连接桥，所述连接桥下表面设有绝缘膜层，所述绝缘膜层设于连接桥前后两端之间，且处于矩形圈下底角弯折处的表面；所述第一矩形臂、第二矩形臂以及弯折臂的宽度小于1mm。

2.根据权利要求1所述基于透明柔性基材的RFID高频天线，其特征在于：所述基材层厚度为100nm～1mm。

3.根据权利要求1所述基于透明柔性基材的RFID高频天线，其特征在于：所述第二矩形臂长度L1为62mm，L2为31mm。

4.根据权利要求1所述基于透明柔性基材的RFID高频天线，其特征在于：所述定位臂截面成正方形。

5.根据权利要求1所述基于透明柔性基材的RFID高频天线制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)基材检测：对PET薄膜或PC薄膜进行初步检测，确保膜面干净，尺寸符合；

2)铝箔贴合：将薄膜基材装入干式复合机，上胶辊对转动过程中的薄膜基材表面进行复合胶黏剂涂覆，刮刀刮除多余胶黏剂，其中上胶辊气压为0.5～0.8Mpa，刮刀张力为0.1～0.5Mpa，将铝箔层复合于薄膜基材表面，经红外线加热固化设备固化后，透明薄膜基材与铝箔贴合为一体，形成透明高频复合膜；

3)天线制备：在印刷机线速度为30～50m/min，收卷牵引张力为0.3～0.4Mpa，放卷牵引张力为0.2～0.4Mpa，顶板压力为0.4～0.6Mpa，印版压力为0.5～0.8Mpa，刮刀压力为0.3～0.4Mpa，烘箱温度为60～70的条件下，对高频复合膜进行单面印刷，将完成印刷后的高频复合膜送入蚀刻机进行单面蚀刻，经酸液喷淋蚀刻后制成含有导电图案单元的天线雏形；

4)打点：将天线雏形再次置入印刷机内，上胶辊对转动过程中的天线矩形圈的下底角处涂覆复合胶黏剂，再将透明绝缘膜层复合于涂胶处，经红外线加热固化设备固化后，对绝缘层上下端打点，分别连通第一子结构起点和第二子结构终点，同时保证了整体天线的始终点处于同一平面；

5)分切：将产品分切制成各天线。

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