CN113394557A - 一种射频识别标签天线的加法生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频识别标签天线的加法生产工艺，属于射频识别标签天线生产技术领域。该生产工艺主要包括：S1，在天线基材上按天线设计图形用耐温胶粘剂形成天线图形后烘干形成烘干未固化胶粘剂层，接着在烘干未固化胶粘剂层上喷洒一层导电颗粒并使其粘附于烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层；S2，将带有导电颗粒层的烘干未固化胶粘剂层固化；S3，固化后在导电颗粒层上覆盖一层导电材料形成的导电材料连接层，使导电材料与导电颗粒结合使得导电颗粒间形成稳定电连接，形成射频识别标签天线。该生产工艺避免了蚀刻带来的废水排放污染，也避免了银浆印刷天线成本高且性能不稳，真正实现了RF I D天线的绿色环保加法生产工艺，同时也为后续用焊接替代ACP胶水进行芯片绑定提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频识别标签天线的加法生产工艺，属于射频识别标签天线生产技术领域。
背景技术
射频识别(RFID)标签天线生产工艺的发展历程依次经历了导线捆扎、网印蚀刻、凹印蚀刻和导电银浆印制的过程。目前约90％的天线均采用凹印蚀刻法进行生产，也有部分采用导电银浆印制的工艺进行生产。
采用蚀刻工艺进行生产具有以下不足之处：(1)需要蚀刻与脱墨工序，因此生产过程中有较多高COD值废液需要排放，同时会产生较多废油墨；(2)由于各地环保意识增强，工厂选址会受到环保因素的诸多制约，需要配套环保设备，且不易通过评审；(3)蚀刻生产过程复杂，且蚀刻工艺参数不易检测，较难管控；(4)蚀刻开始前需要加温，开始后需要冷却降温，并要泵、烘干、酸气吸收等高功率设备持续工作，因此蚀刻生产过程能耗大；(5)蚀刻设备一般较大，且需要设备多，因此需要占用许多生产场地；(6)基材的选用受到蚀刻工艺的限制，需要耐水、耐酸、耐碱；(7)需要使用强酸、强碱和大量的复合胶、油墨、溶剂等危险化学品；(8)原材料的利用率低；(9)蚀刻后的天线绕卷后容易出现粘连现象，需增加工序处理；(10)生产过程中会产生易燃易爆的氢气。
虽然导电银浆印刷工艺与蚀刻法工艺相比具有一定优势，但也存在如下缺陷：导电银浆材料的成本很高；银浆印刷天线耐绕卷和弯折性差；性能不稳定，易受环境因素影响；因为成本问题无法大批量供货等。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种射频识别标签天线的加法生产工艺,该生产工艺能够着重解决现有蚀刻工艺和银浆印刷工艺的缺点，无废水、废液的排放，节能绿色环保，占用的生产场地少、产能高，同时所制备产品的性能与可靠性高。
本发明的技术方案是：
本发明公开了一种射频识别标签天线的加法生产工艺，该生产工艺主要包括下述步骤：
S1，在天线基材上按照天线设计图形采用耐温胶粘剂形成天线图形，然后进行烘干溶剂或稀释剂形成烘干未固化胶粘剂层，接着在该烘干未固化胶粘剂层上喷洒一层导电颗粒并使该导电颗粒粘附于烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层；其中导电颗粒的直径大于烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度；
S2，将带有导电颗粒层的烘干未固化胶粘剂层进行固化或熟化；
S3，经固化或熟化后，在导电颗粒层上覆盖一层导电材料形成的导电材料连接层，进而使导电材料与导电颗粒结合使得导电颗粒之间形成稳定电连接，形成所述射频识别标签天线。
其进一步的技术方案是：
步骤S1中采用耐温胶粘剂形成天线图形的方法为印刷或打印。
其进一步的技术方案是：
步骤S1中所述耐温胶粘剂为溶剂型热固化胶、水性热固化胶、溶剂型UV胶、水性UV胶或溶剂型湿固化胶中的一种，且该耐温胶粘剂固化后能够耐受至少180℃/10s的条件。
其进一步的技术方案是：
步骤S1中所述导电颗粒为铜粉体颗粒、铜包银粉体颗粒、镍包银粉体颗粒以及可导电的非金属外层包覆金属的颗粒。
其进一步的技术方案是：
步骤S1中所述烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度为金属颗粒直径的1/3～2/3。
其进一步的技术方案是：
步骤S2中烘干未固化胶粘剂层的固化方式为热固化、UV固化或湿固化中的一种。
其进一步的技术方案是：
步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为印刷、低温烧结、真空溅射、熔融、蒸镀、电镀、低温焊接、超声焊接、激光烧结和金属化合物还原中的至少一种；所述导电材料为铜、低熔点合金、银和液态金属中的一种。
其进一步的技术方案是：
所述导电材料为铜时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用可印刷且能还原铜单质的油墨，并将该油墨印刷至导电颗粒层上及相邻导电颗粒之间或覆盖导电颗粒后，将该油墨进行还原，还原出的金属将导电颗粒连接在一起；或
采用真空溅射方式在导电颗粒层上及相邻导电颗粒之间溅射一层铜层。
其进一步的技术方案是：
所述覆盖的导电材料为银时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用纳米银低温烧结的方式将导电颗粒层中的导电颗粒连接在一起。
其进一步的技术方案是：
所述覆盖的导电材料为低熔点锡合金时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用低熔点合金熔融的方式将低熔点合金熔融涂布，利用熔融的低熔点合金渗透填补导电颗粒间的空隙，冷却凝固后将导电颗粒连接在一起；或
采用低温焊锡方式将印刷有低温焊膏的导电颗粒层经过加温使焊膏回流，利用熔融的软钎焊料渗透填补导电颗粒间的空隙将导电颗粒连接在一起。
本发明的有益技术效果是：
本发明所述生产工艺与蚀刻法相比，生产工艺不需要蚀刻与脱墨工序，无废水排放，无脱墨产生的废油墨，COD排放极少，对环境友善；生产过程能耗低，低碳环保；生产速度快，产能高；无需庞大的蚀刻设备和与之配套的环保设施，需要的生产场地较小；基材的选用范围比铝蚀刻天线广，可以直接使用耐温性较好的纸基材制作标签天线；不使用强酸、强碱和抗蚀油墨，胶粘剂和溶剂的用量也显著减少；原材料的利用率高，减少了损耗；没有蚀刻天线中易出现的复合胶水返粘的现象，不需要做防粘处理；生产工艺比较简单，生产过程容易控制；
本发明所述生产工艺和银浆印刷天线法相比，原材料的成本比较低；天线的性能更稳定可靠；为用焊接方法替代ACP胶水绑定芯片提供了可能；且生产过程中无易燃易爆的氢气产生，提高了生产的安全性。
附图说明
图1是在天线基材上采用耐温胶粘剂形成天线图形后的天线结构示意图；
图2是在烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层后的天线正面结构示意图；
图3是在烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层后的天线背面结构示意图；
图4是在导电颗粒层上覆盖导电材料连接层后的天线结构示意图；
图5是导电颗粒层与导电材料连接层结合后的天线结构示意图；
图6是整体天线示意图；
其中：
1、天线基材；2、烘干未固化胶粘剂层；3、导电颗粒层；4、导电材料连接层；5、标签天线。
具体实施方式
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，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例详细记载了本申请所述射频识别标签天线的加法生产工艺，该生产工艺主要包括下述步骤：
S1，在天线基材1上按照天线设计图形采用耐温胶粘剂形成天线图形，然后将该耐温胶粘剂中的水分或者溶剂或者稀释剂烘干后形成烘干未固化胶粘剂层2，接着在该烘干未固化胶粘剂层上喷洒一层导电颗粒并使该导电颗粒粘附于烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层3。
上述步骤中的天线基材可选用PET基材或者环保型的纸基材等。
其中耐温胶粘剂为溶剂型热固化胶、水性热固化胶、溶剂型UV胶、水性UV胶或溶剂型湿固化胶中的一种，且该耐温胶粘剂固化后能够耐受至少180℃/10s的条件。本具体实施例中选用的耐温胶粘剂为市售胶黏剂，如罗门哈斯的Adcote 502s聚氨酯复合胶、调配Coreactant F异氰酸酯固化剂等。
其中采用耐温胶粘剂形成天线图形的方法为印刷或打印，印刷方式可采用丝网印刷及其他常规印刷方式。
上述步骤中的导电颗粒为铜粉体颗粒、铜包银粉体颗粒、镍包银粉体颗粒以及可导电的非金属包覆金属颗粒，如二氧化硅微粒包覆银颗粒。
其中导电颗粒的直径大于烘干未固化胶粘剂层2的胶膜厚度，优选烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度为金属颗粒直径的1/3～2/3。本具体实施例中导电颗粒的粒径优选为5μm，则烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度优选为2-3μm。则耐温胶粘剂既能将导电颗粒粘附起来，同时又不会完全覆盖住导电颗粒，从而使所有导电颗粒均有部分露出于烘干未固化胶粘剂层，便于后续通过导电材料连接在一起。
S2，将带有导电颗粒层的烘干未固化胶粘剂层进行固化；该固化方式为热固化、UV固化或湿固化中的一种，也可以采用其他常见的胶粘剂固化方式。具体的热固化温度或UV固化辐照能量及辐照时间等工艺参数为本领域现有技术，是本领域技术人员根据所选用耐温胶粘剂的种类、烘干胶粘剂层的厚度能够及本领域现有技术能够获知并确定的，本具体实施例中不再赘述。
S3，等烘干未固化胶粘剂层固化后，在导电颗粒层上覆盖一层导电材料形成导电材料连接层，使导电材料与导电颗粒结合进而使得导电颗粒之间形成稳定的电连接，形成所述射频识别标签天线。
上述步骤中导电材料为铜、低熔点合金、银和液态金属中的一种，其中低熔点合金为低熔点锡基合金或低熔点铋基合金，且该低熔点合金的熔点优选138℃；其中液态金属为镓铟锡合金，且该液态金属在后续的步骤中通过加热到高于熔点温度(优选47-145℃)熔化，再通过恢复常温或降温形成为固体，并与导电颗粒形成更高熔点的合金。
上述步骤中覆盖导电材料连接层的方式为印刷、低温烧结、真空溅射、熔融、蒸镀、电镀、低温焊接、超声焊接、激光烧结和金属化合物还原中的一种。
在进行具体的将导电材料与导电颗粒结合的步骤时，根据选用的导电材料的不同，则在导电颗粒上覆盖导电材料连接层的方式，及将导电材料与导电颗粒结合的方式也不同。该部分内容的具体实施例举例如下：
实施例一：
需要覆盖的导电材料为铜时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为，采用可印刷且能还原铜单质的油墨，并将该油墨印刷至导电颗粒层上，该含铜离子的油墨在外加条件的作用下还原成铜单质与铜导电颗粒结合，并填充铜颗粒间隙，形成连续的导电层；或，采用真空溅射方式在导电颗粒层上溅射一层铜层，同时铜会溅射到相邻导电颗粒之间的缝隙内，从而能够将所有的导电颗粒连接在一起。
利用油墨还原出的铜单质或真空溅射的铜来填补导电颗粒之间的空隙，从而使导电颗粒相互连接在一起，形成由导电颗粒和连接材料形成的致密的导电层，形成标签天线。
实施例二：
需要覆盖的导电材料为银时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为，采用纳米银低温烧结(即银纳米粒子低温烧结技术)的方式将导电颗粒层中的导电颗粒连接在一起，其利用低温烧结将纳米银颗粒熔化，熔化的银将导电颗粒之间的空隙填补起来，银固化后使导电颗粒相互连接在一起，形成由导电颗粒和连接材料形成的致密的导电层，形成标签天线。
实施例三：
需要覆盖的导电材料为低熔点锡基合金时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为，先在导电颗粒层上印刷一层焊膏(如锡铋合金焊锡膏)，利用该焊膏的流动性或可塑性填补导电颗粒之间的空隙，然后采用低温焊锡方式将印刷有焊膏的天线经过加温使焊膏回流，利用熔融的软纤焊料渗透填补导电颗粒间的空隙，将导电颗粒相互焊接在一起，形成一层由导电颗粒和软纤焊料组成的致密导电层，形成标签天线。
本工艺制备的天线理论上尺寸精度可以做到最大为导电颗粒直径的误差，考虑到胶水印刷的精度误差，通常可以做到≤±50μm，耐弯折性和耐候性优于通常的银浆印刷天线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于，主要包括下述步骤：
S1，在天线基材上按照天线设计图形采用耐温胶粘剂形成天线图形，然后进行烘干形成烘干未固化胶粘剂层，接着在该烘干未固化胶粘剂层上喷洒一层导电颗粒并使该导电颗粒粘附于烘干未固化胶粘剂层上形成导电颗粒层；其中导电颗粒的直径大于烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度；
S2，将带有导电颗粒层的烘干未固化胶粘剂层进行固化或熟化；
S3，经固化或熟化后，在导电颗粒层上覆盖一层导电材料形成的导电材料连接层，进而使导电材料与导电颗粒结合使得导电颗粒之间形成稳定电连接，形成所述射频识别标签天线。
2.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S1中采用耐温胶粘剂形成天线图形的方法为印刷或打印。
3.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S1中所述耐温胶粘剂为溶剂型热固化胶、水性热固化胶、溶剂型UV胶、水性UV胶或溶剂型湿固化胶中的一种，且该耐温胶粘剂固化后能够耐受至少180℃/10s的条件。
4.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S1中所述导电颗粒为铜粉体颗粒、铜包银粉体颗粒、镍包银粉体颗粒以及可导电的非金属包覆金属颗粒。
5.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S1中所述烘干未固化胶粘剂层的胶膜厚度为金属颗粒直径的1/3～2/3。
6.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S2中烘干未固化胶粘剂层的固化方式为热固化、UV固化或湿固化中的一种。
7.根据权利要求1所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为印刷、低温烧结、真空溅射、熔融、蒸镀、电镀、低温焊接、超声焊接、激光烧结和金属化合物还原中的至少一种；所述导电材料为铜、低熔点合金、银和液态金属中的一种。
8.根据权利要求7所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：所述导电材料为铜时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用可印刷且能还原铜单质的油墨，并将该油墨印刷至导电颗粒层上及相邻导电颗粒之间后，对该油墨进行铜还原；或
采用真空溅射方式在导电颗粒层上及相邻导电颗粒之间溅射一层铜层。
9.根据权利要求7所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：所述覆盖的导电材料为银时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用纳米银低温烧结的方式将导电颗粒层中的导电颗粒连接在一起。
10.根据权利要求7所述的射频识别标签天线的加法生产工艺，其特征在于：所述覆盖的导电材料为低熔点锡合金时，步骤S3中覆盖导电材料连接层的方式为：
采用低熔点合金熔融的方式将低熔点合金熔融，利用熔融的低熔点合金渗透填补导电颗粒间的空隙，冷却凝固后将导电颗粒连接在一起；或
采用低温焊接方式将印刷有焊膏的导电颗粒层经过加温使焊膏回流，利用熔融的软钎焊料渗透填补导电颗粒间的空隙将导电颗粒连接在一起。
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