印刷技術(shù)的迅速發(fā)展, 源于社會對信息需求的大量增加。采用印刷的方法復(fù)制圖文信息, 可以降低生產(chǎn)成本, 提高生產(chǎn)效率, 而且得到的印刷品式樣統(tǒng)一, 美觀耐用。技術(shù)的發(fā)展, 使印刷工藝可在各種承印材料上施印, 除了文字線條外, 還可以進行網(wǎng)點的疊印, 得到彩色連續(xù)調(diào)圖文。電子工業(yè)及油墨技術(shù)的發(fā)展, 開辟了印刷工藝的新領(lǐng)域, 如PCB 印刷線路板及新興的RFID 智能電子標(biāo)簽的印刷生產(chǎn)等。

  一、智能電子標(biāo)簽

  智能標(biāo)簽(Smart Label)也有人稱之為無線射頻識別標(biāo)簽, 是電子和計算機等高新技術(shù)在標(biāo)簽制印上的結(jié)晶。智能標(biāo)簽包含無線射頻識別技術(shù)( RFID) 電子標(biāo)簽, 隱蔽或公開的商標(biāo)保護指示器或提示產(chǎn)品狀況的傳感器。

  電子標(biāo)簽主要由芯片和天線組成,芯片主要用于接收和傳送數(shù)據(jù), 通過由閱讀器發(fā)出的無線射頻信號來讀取, 閱讀器與天線和計算機網(wǎng)絡(luò)相連, 形成一個電子模塊, 閱讀器發(fā)送來自其天線的特殊信號給特定區(qū)域的電子標(biāo)簽, 再將反饋信息處理后傳送給計算機網(wǎng)絡(luò), 從而使管理人員得到商品的特殊信息。RFID 智能標(biāo)簽在商品的生產(chǎn)、貯運、保質(zhì)、防偽、管理等諸多方面滿足了更高更全的信息需求。與傳統(tǒng)的條形碼標(biāo)簽相比, 功能多、防偽效果好。

  目前電子標(biāo)簽的天線多采用沖壓及蝕刻的方法制作, 成本較高, 阻礙了其推廣使用。而通過印刷導(dǎo)電油墨的方法制作天線, 無論是從材料成本, 還是材料消耗以及生產(chǎn)效率上來看, 都是最佳的選擇, 可以大大提高其制作效率并降低生產(chǎn)成本。

  智能標(biāo)簽的印刷在目前階段還包括表面條碼信息的印制, 這樣做是為了防止標(biāo)簽損壞而不能被讀取而采用的補充手段。這樣來說, RFID 的印刷既是標(biāo)簽印刷的范疇, 也屬于線路印刷的一種。生產(chǎn)過程對印刷要求比較嚴(yán)格, 主要表現(xiàn)在幾個方面: 首先是精確的印刷位置; 嚴(yán)格的油墨( 印料) 附著量, 如對導(dǎo)電漿料膜的厚度和導(dǎo)電微粒的數(shù)量都有嚴(yán)格控制; 另外一個因素是印刷分辨率的大小。選擇印刷工藝可從印刷量的大小, 承印材料的表面性能, 油墨或印料的附著性質(zhì), 成本, 工藝過程的特點等方面綜合考慮。

  線路印刷中使用的功能型導(dǎo)電油墨, 也叫做印料。它是在UV 油墨、柔版水性油墨或特殊膠印油墨中加入可導(dǎo)電的金屬粉末, 金屬氧化物粉末等載體, 使油墨具有導(dǎo)電性。當(dāng)然與傳統(tǒng)的印刷油墨相似, 印料也有復(fù)雜的流變特性, 并在很大程度上影響著印刷的過程。由于生產(chǎn)工藝的特點, 印料要耐溶劑, 耐光, 及耐摩擦等。

  二、印刷工藝比較

  目前的印刷方法可分為傳統(tǒng)印刷和數(shù)字印刷工藝兩種, 膠印, 凹印, 凸印及絲網(wǎng)印刷屬于傳統(tǒng)印刷方法, 采用的是有壓印刷方式。噴墨印刷, 靜電攝影等數(shù)字印刷方式是無壓印刷工藝, 圖文從計算機直接被轉(zhuǎn)印到承印材料。

  膠印是應(yīng)用最為普遍的方法, 80%的出版物印刷采用膠印的方式。其承印材料廣泛, 如紙張、紙板、金屬、塑料等都可進行印刷。印數(shù)可從500 到100萬不等, 速度快, 效率高。

  采用預(yù)涂感光版, 印刷時根據(jù)油水相斥的原理, 在印版上形成圖文部分覆蓋油墨, 空白部分覆蓋水的分布形式,油墨先被轉(zhuǎn)移到橡皮布上, 然后由橡皮布轉(zhuǎn)印到承印材料上。油墨粘度很大,約為l～50Pa.s, 極性較小。

  膠印的另一種方式是無水膠印, 印版上的空白部分由硅膠樹脂組成, 硅樹脂在印刷時不吸附油墨。由于沒有了“ 水” 的影響, 生產(chǎn)中操作更加方便,質(zhì)量更穩(wěn)定, 印刷精度更高。印刷得到的墨膜厚度約在0.5～3μm 之間。

  膠印應(yīng)用于線圈印刷有著效率、精度及分辨率的優(yōu)勢, 但是膠印墨膜厚度較小, 不符合線路印刷的要求。當(dāng)然這一點可以通過反復(fù)印刷多次來完成, 但是這對于精細線路的套準(zhǔn)控制又提出了新的挑戰(zhàn), 新型的、導(dǎo)電能力更好的油墨也可以在較小的厚度下達到需要的阻抗性能。

  柔版印刷主要應(yīng)用于包裝裝潢印刷, 承印材料包括紙張, 紙板(尤其是瓦楞紙板印制), 塑料薄膜等。這是一種直接印刷的方式, 用1～5mm 厚的柔性感光樹脂制版, 采用卷筒紙印刷, 速度快, 效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之間, 可采用水基油墨, 溶劑型油墨及UV 固化油墨。但柔印分辨率較低, 通常在60L/ cm 左右, 精細印刷可達80L/ cm, 墨膜厚度在6～8μm, 適合于天線印刷的要求。

  隨著薄版技術(shù)的發(fā)展, 柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不斷提高。其不足之處在于: 印跡的邊緣部分有印紋出現(xiàn), 這是由印刷過程的壓力使印版變形所致。印紋的出現(xiàn)使得線路邊緣印跡不規(guī)則, 會影響到油墨附著的精度及線路的阻抗性, 容易生產(chǎn)出廢品。

  凹版印刷也是主要的包裝出版印刷方式, 占到大約18% 的市場份額。耐印力大, 可達50 萬印以上, 承印材料廣泛, 如薄紙, 紙板, 塑料薄膜等。油墨粘度約為10～50mPa.s, 主要用溶劑型油墨。分辨率與網(wǎng)紋穴的雕刻有關(guān), 采用激光雕刻, 可達1000L/ cm,墨膜厚度在8～12μm 之間。但是由于其印刷壓力太大, 在RFID 的天線印刷中存在困難。

  絲網(wǎng)印刷是一種模版印刷方式,先將絲網(wǎng)繃于網(wǎng)框之上, 曝光曬版后,印版上的圖文部分能透過油墨, 空白部分被感光膠覆蓋, 印刷時, 油墨在刮板壓力作用下透過絲網(wǎng)在承印物上形成圖文。絲網(wǎng)印刷的油墨粘度在0.1～10Pa.s 之間, 印刷可形成厚度不同的墨膜, 可從200nm～100μm 不等。絲網(wǎng)印刷的不足就是其最大分辨率較小, 通常在50L/ cm 以下, 而且其印刷速度與其他印刷方式相比較小。但對于線路板的蝕刻生產(chǎn)而言, 絲網(wǎng)印刷可以大大提高效率。

  絲網(wǎng)印刷可以說是目前最適合印刷RFID 天線的首選方式。絲網(wǎng)印刷在集成電路板、薄膜開關(guān)等方面的印刷質(zhì)量是其他印刷方法所無法企及的。在智能標(biāo)簽印刷中, 要使用導(dǎo)電油墨, 而印刷目前的導(dǎo)電油墨較好的絲網(wǎng)是鎳箔穿孔網(wǎng)。該網(wǎng)由鎳箔鉆孔而成, 網(wǎng)孔呈六角形, 也可用電解成形法制成圓孔形。整個網(wǎng)面平整勻薄, 能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性, 用于印刷導(dǎo)電油墨、晶片及集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品效果較好, 能分辨0.1mm 的電路線間隔、定位精度可達0.01mm。

  噴墨印刷是近年來發(fā)展最快的一種印刷方式, 其多功能性是其他印刷方式無法相比的。這種無壓力的方式可將計算機中的數(shù)字信息直接噴涂到任何形狀的材料上。其油墨系統(tǒng)較為復(fù)雜, 使用的油墨可以是水基的, 熱熔型的, 或是UV 固化型的, 其粘度在10mPa.s 左右。

  噴墨印刷分為連續(xù)噴墨和按需噴墨兩種方式。按需噴墨的墨滴容量可在5pl 之下, 也就是說墨滴的直徑在2lμm, 可以獲得很高的分辨率。當(dāng)然,這種方式存在著噴墨位置的偏差, 影響印刷質(zhì)量的小墨滴會出現(xiàn)在空白部分,產(chǎn)生邊緣效應(yīng)。

靜電攝影又叫做靜電復(fù)制或激光印刷技術(shù), 是另一種主要的電子印刷技術(shù), 當(dāng)然, 目前還沒有發(fā)現(xiàn)有其可用于智能標(biāo)簽生產(chǎn)的優(yōu)勢。

  三、印刷工藝應(yīng)用

  使用印刷的方法制作標(biāo)簽天線的優(yōu)點可總結(jié)為以下幾點:

 1. 成本低, 操作容易

采用印刷的方法, 生產(chǎn)量大, 節(jié)省時間, 工序較少。

 2. 采用輪轉(zhuǎn)的方法印刷速度更快,可大大提高生產(chǎn)效率, 油墨轉(zhuǎn)移能力更好

  如瑞典Stork Print 公司為智能標(biāo)簽的天線線圈印刷制造的Rotary ScreenIntegration(簡稱RSI)絲網(wǎng)印刷標(biāo)簽專用生產(chǎn)線, 可以連續(xù)印刷50 萬米不停機。

 3.“綠色”、環(huán)保

  傳統(tǒng)的蝕刻等過程有廢料排出, 對環(huán)境造成較大的污染。印刷技術(shù)采用導(dǎo)電油墨直接在底材上進行印刷, 化學(xué)試劑的使用較少或沒有, 具有“ 綠色”、環(huán)保的優(yōu)點。

 4. 底材選擇靈活多樣

  可在各種承印材料上印刷導(dǎo)電油墨以制得所需要的天線。若采用有“ 萬能印刷方式” 之稱的絲網(wǎng)印刷, 標(biāo)簽底材的選擇也就更加靈活。

 5. 標(biāo)簽樣式豐富, 穩(wěn)定性、可靠性好

  印刷技術(shù)能夠允許天線具有多種設(shè)計樣式, 能夠印刷多種樣式的天線。因而, 所制作的標(biāo)簽樣式豐富, 允許被貼標(biāo)對象具有不同的表面形狀, 如不同曲率、角度的物體表面。此外, 印刷的導(dǎo)電油墨天線還能夠經(jīng)受住更高的外部機械壓力。印刷導(dǎo)電油墨制得的智能標(biāo)簽天線具備黏性流體的特性, 具有更好的彈性。在標(biāo)簽受壓彎曲時, 表現(xiàn)出的性能及可靠性更好。

  電子文檔系統(tǒng)基金會( The ElectronicDocument Systems Foundation) 的一項調(diào)查顯示, 7l% 的受訪企業(yè)認(rèn)為在未來幾年中, RFID 類電子標(biāo)簽的印刷生產(chǎn), 將主要采用數(shù)字印刷的方法。有19% 的企業(yè)認(rèn)為柔印會被采用。當(dāng)然,目前最為流行的方式還是絲網(wǎng)印刷,IBM 公司, Printronix 以及Zebra 等公司對RFID 的打印機印刷方式也開發(fā)了一些解決方案。

  如Printronix 的RFID 打印機———SL5000r MP2, 它能提供真正符合EPCglobal Gen 規(guī)范要求的Gen 2 RFID。這些打印機集成了EPC global Gen 2 CertifiedHardware RFID Smart 編碼技術(shù),可滿足許多應(yīng)用要求和全球頻率要求。這一系列的打印機均具備智能化RFID標(biāo)記管理功能, 可確定并重?fù)舨环�合�?biāo)準(zhǔn)的RFID 智能標(biāo)簽, 防止它們進入供應(yīng)鏈。這些打印機打印的是已經(jīng)做好的RFID 標(biāo)簽, 在正面生成條碼。但絲印和噴墨打印與其他印刷方式相比,其效率和產(chǎn)量卻很難在未來幾年內(nèi)滿足市場需求, 而隨著RFID 技術(shù)的提高, 表面起到補充作用的條碼印刷將不再使用, 關(guān)鍵的印刷技術(shù)還是解決天線的制作問題。

  前幾年, 曼羅蘭公司就研究過收發(fā)器的天線是否能被直接印刷在基材上。研究表明, 采用膠印或其他印刷方法,合適的導(dǎo)電油墨或基于金屬或?qū)щ娋酆衔锏恼辰觿┦强梢灾苯佑∷⑦M行的。早在Drupa 2004 上, 曼羅蘭就展示了采用基于金屬油墨印刷的RFID 天線。這種方式使天線與基材結(jié)合在一起, 只能通過將其破壞的方式除去它。在印刷機上采用特殊油墨印刷簡單有效, 同時在設(shè)計包裝的過程中就可以將收發(fā)器也考慮進去, 直接將天線印刷在基材上。當(dāng)然, 一個重要前提是用度量的方法在下道工序進行電路的功能檢驗。因此, 曼羅蘭將其作為開發(fā)直接印刷RFID 天線的前提加以考慮。目前, 德國西門子公司正在采用網(wǎng)印, 凹印和柔版印刷技術(shù), 在實驗室制作帶聚合物電極、絕緣體和半導(dǎo)體的塑料集成電路, 但是所用的導(dǎo)電聚合物價格卻十分高昂。如果卷筒至卷筒的技術(shù)開發(fā)完成, 則印刷電子標(biāo)簽就會像印刷報紙一樣。

  通過以上分析, 在RFID 智能標(biāo)簽生產(chǎn)的初期, 將主要采用網(wǎng)版印刷的方法, 但最終將會被速度更快的膠印和凹印等工藝所取代。更加精細, 導(dǎo)電性更好的新型油墨的研究使用, 也使電子標(biāo)簽印刷采用膠印, 柔印的工藝成為可能。大大拓寬印刷領(lǐng)域的同時, 為RFID 智能標(biāo)簽的生產(chǎn)普及打下了基礎(chǔ)。 (divid)