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 智能電子標簽的印刷生產(chǎn)等。

  一、智能電子標簽

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

  電子標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)域的電子標簽, 再將反饋信息處理后傳送給計算機網(wǎng)絡, 從而使管理人員得到商品的特殊信息。RFID 智能標簽在商品的生產(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)的條形碼標簽相比, 功能多、防偽效果好。

  目前電子標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格, 主要表現(xiàn)在幾個方面: 首先是精確的印刷位置; 嚴格的油墨( 印料) 附著量, 如對導電漿料膜的厚度和導電微粒的數(shù)量都有嚴格控制; 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電的金屬粉末, 金屬氧化物粉末等載體, 使油墨具有導電性。當然與傳統(tǒng)的印刷油墨相似, 印料也有復雜的流變特性, 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。當然這一點可以通過反復印刷多次來完成, 但是這對于精細線路的套準控制又提出了新的挑戰(zhàn), 新型的、導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。在智能標簽印刷中, 要使用導電油墨, 而印刷目前的導電油墨較好的絲網(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。

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

  三、印刷工藝應用

  使用印刷的方法制作標簽天線的優(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 公司為智能標簽的天線線圈印刷制造的Rotary ScreenIntegration(簡稱RSI)絲網(wǎng)印刷標簽專用生產(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)采用導電油墨直接在底材上進行印刷, 化學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, 標簽底材的選擇也就更加靈活。

 5. 標簽樣式豐富, 穩(wěn)定性、可靠性好

  印刷技術(shù)能夠允許天線具有多種設計樣式, 能夠印刷多種樣式的天線。因而, 所制作的標簽樣式豐富, 允許被貼標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, 印刷的導電油墨天線還能夠經(jīng)受住更高的外部機械壓力。印刷導電油墨制得的智能標簽天線具備黏性流體的特性, 具有更好的彈性。在標簽受壓彎曲時, 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)認為在未來幾年中, RFID 類電子標簽的印刷生產(chǎn), 將主要采用數(shù)字印刷的方法。有19% 的企業(yè)認為柔印會被采用。當然,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標記管理功能, 可確定并重擊不符合標準的RFID 智能標簽, 防止它們進入供應鏈。這些打印機打印的是已經(jīng)做好的RFID 標簽, 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、絕緣體和半導體的塑料集成電路, 但是所用的導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, 則印刷電子標簽就會像印刷報紙一樣。

  通過以上分析, 在RFID 智能標簽生產(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, 導電性更好的新型油墨的研究使用, 也使電子標簽印刷采用膠印, 柔印的工藝成為可能。大大拓寬印刷領(lǐng)域的同時, 為RFID 智能標簽的生產(chǎn)普及打下了基礎。 (divid)