導電油墨及其在RFID天線印刷之應用

 

刊登日期:2017/6/5
  • 字級

RFID(Radio Frequency Identification)無線射頻識別系統被視為影響未來全球產業的重要技術,為本世紀十大重要技術之一。RFID系統主要是由標籤(Tag)、讀取器(Reader)及整合性的軟體系統(Middleware System; SI)所組成,如圖二,藉由三者的架構串聯,建立完整的硬/軟體管理系統。當標籤進入磁場區域後,接收的讀取器發出訊號,憑藉感應電流所獲得的能量發送出儲存在晶片中的產品資訊(Passive Tag,無電源標籤或稱被動標籤)。

根據ChainLink Research RFID標籤市場研究(圖三),拜物聯網所賜,2020年RFID標籤市場規模將接近350億片,幾乎為今年(2017)市場的兩倍,成長極為可觀。而RFID標籤使用的普及,關鍵因素還是在於成本的降低,其中天線的製作成本,又為最主要的關鍵因素。目前RFID天線製造方式如表一。其中以鋁膜蝕刻(Etching)最為普遍,但因蝕刻製程一直有環保上的疑慮,早期國內業者亦想用網印取代蝕刻製程,可惜成本太高,導致目前仍不普遍。由表中亦可看出,印刷技術未來將取代有環保疑慮的鋁膜蝕刻技術。

網版印刷RFID天線
網版印刷(Screen Printing)是採用尼龍網布、特多龍網布、鋼絲網布等材質,經張網固定於網框上,利用感光塗料塗佈在網布上,再以照相光學原理將要印刷的圖案沖洗出來。將導電銀漿倒在網版內側,以刮板將 銀漿從印刷內容處下壓平刮,此時銀漿從印刷內容處滲透到被印物上面製成圖案。印刷精度由網布孔徑、刮刀、操作參數與印材決定,網版印刷為目前最成熟的印刷導線製程。目前已可量產印製50 μm精細導線,且已建立卷對卷高效率網印製程技術。

工研院材化所研究團隊與民間公司合作,開發網印高頻RFID非接觸近距感應智慧卡,具儲值消費、身份證明與門禁功能,使用DuPont導電銀漿及其Melinex PET基材,感應系統採用MIFARE®系統(NXP Semiconductors)。製程流程為:天線印刷→絕緣區印刷→晶片連接跨線印刷→點異向性導電膠→晶片貼合→熱壓封面→裁切成卡,印刷設備與成品如圖四。HF RFID智慧卡通過ISO/IEC 7810 & 14443標準檢驗,感應距離為9 cm。

圖四、工研院材化所界面化學研究室之網印HF RFID天線,並製成HF RFID非接觸智慧卡
圖四、工研院材化所界面化學研究室之網印HF RFID天線,並製成HF RFID非接觸智慧卡

噴墨列印RFID天線
噴墨列印(Inkjet Printing)是透過噴墨頭將墨水直接數位印刷在基材上,具有精度高、不需遮罩、非接觸式印刷不污染、不損傷基材等優點,也是最省能、省料的印刷製程。噴墨主要分為兩種型式:連續式與需求式(Drop on Demand)。印刷電子產業皆採用需求式噴墨系統,透過壓電(Piezo)、熱機(Thermal)、靜電(Electrostatic)、聲學或高壓氣化(Aerosol)等方式,給予墨水動能,使其可經過噴墨頭微孔,噴印於基材上。圖五為三種驅動方式的噴印頭設計。

工研院材化所界面化學研究室透過自行開發的奈米銀墨水與超精密噴印機,噴印1 cm × 1 cm的小型HF RFID天線,再化學鍍銅降低天線電阻到小於50 Ω,達到HF RFID天線電性需求,天線線寬17 ± 3 μm,線距33 ± 3 μm,可製作小型需安全認證的智慧標籤。表四為目前商用與工研院材化所開發的奈米銀噴印墨水特性比較。由於精密噴印的噴墨頭孔徑皆在μm範圍,因此所搭配的導電銀噴印墨水所含銀微粒尺寸皆需為奈米等級,且因噴印墨水黏度皆非常低,因此噴印RFID天線穩定性的關鍵因素即為…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

表四、商用與工研院材化所開發之噴印奈米銀導電墨水特性比較
表四、商用與工研院材化所開發之噴印奈米銀導電墨水特性比較

 

作者:段啟聖/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」366期,更多資料請見下方附檔。


分享
為此篇文章評分

相關廠商