Eine kleine Verbesserung der Tiefdruckausrüstung kann das Kontaktdruckproblem bei der Herstellung elektronischer RFID-Tags leicht lösen!!
Mit dem Aufkommen des Zeitalters des mobilen Internets, das von der 5G-Technologie dominiert wird, werden das Internet of Everything und die allgegenwärtige Sensorik nach und nach Realität. Elektronische RFID-Tags, insbesondere Ultrahochfrequenz-RFID-Tags, werden als wichtiges Mittel zur Wahrnehmung der Außenwelt im Internet der Dinge (IoT) weit verbreitet sein. In diesem Artikel stellt der Autor basierend auf praktischen Produktionserfahrungen die Anwendung des Tiefdrucks bei der Herstellung elektronischer RFID-Tags vor und schlägt einige Lösungen zur Verbesserung der Druckqualität als Referenz für die Leser vor.
Technische Merkmale elektronischer RFID-Tags
Bei elektronischen RFID-Tags handelt es sich um Tags, die eine kontaktlose automatische Identifikationstechnologie verwenden, um Zielobjekte zu identifizieren und relevante Daten über Hochfrequenzsignale zu erhalten, ohne dass während des Erkennungsprozesses ein menschliches Eingreifen erforderlich ist. Als drahtlose Version von Barcodes haben elektronische RFID-Tags Vorteile, die Barcodes nicht bieten, darunter Wasserdichtigkeit, Magnet-Beständigkeit, hohe-Temperatur-Beständigkeit, lange Lebensdauer, Fähigkeit zum Lesen über weite Entfernungen, Datenverschlüsselung, größere Datenspeicherkapazität und flexible Informationsaktualisierung. Die Kodierungs-, Speicher- und Lese-/Schreibmethoden elektronischer RFID-Tags unterscheiden sich von herkömmlichen Tags (z. B. Barcodes) oder manuellen Tags. Die codierten Daten werden auf integrierten Schaltkreisen entweder im Nur-Lese-Format oder im Lese-/Schreibformat gespeichert. Insbesondere erfolgt das Lesen und Schreiben über eine drahtlose elektronische Übertragung, wie in Abbildung 1 dargestellt.
Insgesamt sind die herausragenden technischen Merkmale elektronischer RFID-Tags: Sie können einzelne, hochspezifische Objekte identifizieren, im Gegensatz zu Barcodes, die nur eine Artikelkategorie identifizieren können; Sie können mehrere Objekte gleichzeitig lesen, während Barcodes einzeln gelesen werden müssen. sie können eine große Menge an Informationen speichern; Mithilfe von Radiofrequenzen können Daten durch externe Materialien gelesen werden, während Barcodes Laser oder Infrarot benötigen, um Informationen von der Oberfläche der Materialien zu lesen.
Abbildung 1 Schematische Darstellung des Funktionsprinzips eines elektronischen RFID-TagsGängige Herstellungsprozesse für elektronische RFID-TagsEs gibt drei Hauptherstellungsprozesse für elektronische RFID-Tags: Kupferdraht-Brennprozess, Metallätzprozess und Druckprozess. Unter ihnen nutzt der Druckprozess hauptsächlich die Siebdrucktechnologie (wie in Abbildung 2 dargestellt). Aufgrund der Einschränkungen der Leitfähigkeit und des Leitmechanismus der leitfähigen Paste können nur leitfähige Silberpaste mit hohem-Silber--Gehalt und Siebgewebe mit niedriger -Mesh--Anzahl verwendet werden. Darüber hinaus wird die gedruckte Verkabelungsstruktur für elektronische RFID-Tags durch mehrere Faktoren wie Tintenviskosität, Duktilität, Fließfähigkeit, Rakeldruck, Siebspannung und Netzstörungen beeinflusst und ist anfällig für Probleme wie Verformung, raue Kanten, Kurzschlüsse, Brüche und einen erheblichen Unterschied zwischen der tatsächlichen Strahlungseffizienz und der theoretischen Strahlungseffizienz, wie in Abbildung 3 dargestellt.
Abbildung 2 Schematische Darstellung der Herstellung elektronischer RFID-Tags durch Siebdruck von leitfähiger Silberpaste
图3 丝网印刷RFID-电子标签导线的局部放大图
目前,行业普遍使用铝箔蚀刻法制造超高频RFID电子标签,而普及应用超高频RFID电子标签的主要瓶颈是标签的价格,尺寸和环境适应性.铝箔蚀刻法制作日线的过程包括金属贴合,光阻印刷,金属蚀刻等,流程较为繁杂,成本偏高且不环保.其中,在印刷日线油墨方面,根据成分不同,包括银浆,铝浆,铜浆与碳浆等,以金属浆料印刷的日线效果最好.然而,目前铝,铜金属浆需高温脱氧烧结才能展现导电性,使得日线底材受到一定限制,而传统碳浆导电性未达日线应用的电阻要求,且银浆日线的制程繁琐, 价格昂贵, 导电性能会因弯折而降低, 使得目前在市场上利用印刷方式来制作RFID日线的方式仍无法大规模生产并无法取代目前的铝蚀刻日线.而采用RFI D种无线日线的印制, 在市场上无论从性能方面, 还是价格方面来说, 都具备十足的竞争力.
凹版印刷在RFID电子标签制作中的应用
由于导电浆料具备导电性能高,兼容性强,性价比高等特点,越来越多的厂家采用石墨烯浆料印制RFID标签.由于凹版印刷精度高, 速度快, 生产效率高, 石墨烯RFID电子标签的生产制造通常采用凹版印刷来完成.在印刷过程中,石墨烯浆料被填充到凹版滚筒的凹槽内,凹版滚筒表面多余的石墨烯浆料用刮刀刮掉,凹槽内的石墨烯浆料印刷至基材上.为适用于各种印刷场合,如不同粗糙度或不同型号的凹版滚筒,不同结构的石墨烯日线等,需要调整刮刀与凹版滚筒的接触角度,接触压力等参数,以防止所印制的石墨烯RFID电子标签Unter Unter normalen Umständen ist bei bestehenden Tiefdruckgeräten nach der Einstellung des Rakelwinkels die Arbeitsposition des Rakels während des Druckvorgangs festgelegt und kann nicht geändert werden. Wenn die Arbeitsposition des Rakelmessers angepasst wird, kann es zu einem zu hohen oder zu geringen Anpressdruck auf den Tiefdruckzylinder kommen, oder aufgrund der hohen Passgenauigkeit zwischen Rakelmesser und Tiefdruckzylinder kann es sogar zu einem Problem kommen, bei dem es überhaupt keinen Kontakt gibt. Darüber hinaus kann es bei Tiefdruckzylindern mit geringer Rundheitsgenauigkeit dazu kommen, dass die Rakel die Oberfläche des Tiefdruckzylinders nicht gleichmäßig berührt, sodass die überschüssige Graphenpaste nicht sauber entfernt werden kann. Darüber hinaus kann es bei einer Fehlfunktion des Druckgeräts und einem Wackeln des Tiefdruckzylinders zu Stößen auf das Rakelmesser kommen, wodurch das Rakelmesser und die damit verbundenen Mechanismen Stoßbelastungen ausgesetzt werden und möglicherweise das Rakelmesser oder sein Verbindungsmechanismus beschädigt werden, was wiederum die Pastenentfernungsfähigkeit des Rakelmessers beeinträchtigt. Bezüglich des Anpressdrucks zwischen Rakel und Tiefdruckzylinder sind bestehende Tiefdruckgeräte nicht in der Lage, diesen zu kontrollieren. In der Regel erfolgt die Voreinstellung auf Erfahrungsbasis, was zu einer schlechten Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Produkte führt. Dies verhindert, dass ein angemessener Rakeldruck entsprechend dem tatsächlichen Zustand des Produkts eingestellt wird, wodurch die Druckqualität elektronischer Graphen-RFID-Etiketten beeinträchtigt wird. Um dieses Problem zu lösen, hat der Autor das Tiefdruckgerät verbessert und ermöglicht Anpassungen des Tiefdruckzylinders, des Rakels, der linearen Einstellkomponenten, der Winkeleinstellkomponenten, der Druckeinstellkomponenten und der schwebenden Komponenten, wie in Abbildung 4 dargestellt.
Abbildung 4 Schematische Darstellung der Komponenten des Tiefdruckgeräts
Die spezifische Methode ist wie folgt: Die Einstellkomponente ist mit der Rakel verbunden und bewegt sich linear entlang der radialen Richtung des Tiefdruckzylinders, wodurch sich die Rakel mit der beweglichen Komponente verschiebt. die Winkeleinstellkomponente verbindet die Rakel und die lineare Einstellkomponente und ermöglicht es der Rakel und der linearen Einstellkomponente, sich entsprechend zu drehen, um den Kontaktwinkel zwischen der Rakel und dem Tiefdruckzylinder einzustellen; Das rotierende Teil ist über einen beweglichen Abschnitt mit der Rakel und der linearen Einstellkomponente verbunden, sodass sich die Rakel und die lineare Einstellkomponente radial relativ zum Tiefdruckzylinder bewegen können.
Diese Lösung kann den Kontaktwinkel zwischen der Rakel und dem Tiefdruckzylinder sowie den Kontaktdruck zwischen ihnen anpassen und messen und so sicherstellen, dass überschüssige Graphenpaste auf der Oberfläche des Tiefdruckzylinders vollständig abgekratzt wird, während die Paste in den Rillen auf das Substrat gedruckt wird. Mit dieser Tiefdrucktechnologie gedruckte elektronische RFID-Tags weisen glatte Kanten, keine Verzahnungen und eine tatsächliche Strahlungseffizienz auf, die mit der theoretischen Strahlungseffizienz übereinstimmt, wodurch die Herausforderungen, die bei der Herstellung elektronischer RFID-Tags durch Siebdruck auftreten, effektiv gemeistert werden, wie in Abbildung 5 dargestellt.
Abbildung 5: Lokale vergrößerte Ansicht des Leiters eines im Tiefdruck-gedruckten elektronischen RFID-Tags. Diese Tiefdrucktechnologie kann auf verschiedene Druckszenarien angewendet werden. Es verhindert strukturelle Verformungen, raue Kanten und Kurzschlüsse oder Brüche in gedruckten Graphen-RFID-Tag-Antennen und gewährleistet so die Druckqualität von RFID-Elektronik-Tags, die im Tiefdruckverfahren hergestellt werden. Dadurch wird eine hohe Präzision und Effizienz erreicht und die technischen Herausforderungen beim RFID-Tag-Druck gelöst.