印刷技术的迅速发展, 源于社会对信息需求的大量增加。采用印刷的方法复制图文 信息, 可以降低生产成本, 提高生产效率, 而且得到的印刷品式样统一, 美 观耐用。技术的发展, 使印刷工艺可在各种承印材料上施印, 除了文字线条外, 还可以进行网点的叠印, 得到彩色连续调图文。电子工业及油墨技术的发展, 开辟了印刷工艺的新领域, 如PCB 印刷线路板及新兴的RFID 智能电子标 签的印刷生产等。
一、智能电子标签
智能标签(Smart Label)也有人称 之为无线射频识别标签, 是电子和计算机等高新技术在标签制印上的结晶。智能标 签包含无线射频识别技术( RFID) 电子标签, 隐蔽或公开的商标保护指示 器或提示产品状况的传感器。
电子标签主要由芯片和天线组成,芯片主要用于接收和 传送数据, 通过由阅读器发出的无线射频信号来读取, 阅读器与天线和计算机网 络相连, 形成一个电子模块, 阅读器发送来自其天线的特殊信号给特定区域的电 子标签, 再将反馈信息处理后传送给计算机网络, 从而使管理人员得到商品的特 殊信息。RFID 智能标签在商品的生产、贮运、保质、防伪、管理等诸多方面满 足了更高更全的信息需求。与传统的条形码标签相比, 功能多、防伪效果好。
目前 电子标签的天线多采用冲压及蚀刻的方法制作, 成本较高, 阻碍了其推广使用。 而通过印刷导电油墨的方法制作天线, 无论是从材料成本, 还是材料消耗以及生 产效率上来看, 都是最佳的选择, 可以大大提高其制作效率并降低生产成本。
智 能标签的印刷在目前阶段还包括表面条码信息的印制, 这样做是为了防止标签损坏 而不能被读取而采用的补充手段。这样来说, RFID 的印刷既是标签印刷的范 畴, 也属于线路印刷的一种。生产过程对印刷要求比较严格, 主要表现在几个方 面: 首先是精确的印刷位置; 严格的油墨( 印料) 附着量, 如对导电浆料 膜的厚度和导电微粒的数量都有严格控制; 另外一个因素是印刷分辨率的大小。选 择印刷工艺可从印刷量的大小, 承印材料的表面性能, 油墨或印料的附着性质, 成本, 工艺过程的特点等方面综合考虑。
线路印刷中使用的功能型导电油墨, 也叫做印料。它是在UV 油墨、柔版水性油墨或特殊胶印油墨中加入可导电的金属 粉末, 金属氧化物粉末等载体, 使油墨具有导电性。当然与传统的印刷油墨相似 , 印料也有复杂的流变特性, 并在很大程度上影响着印刷的过程。由于生产工艺 的特点, 印料要耐溶剂, 耐光, 及耐摩擦等。
二、印刷工艺比较
目前的印刷方 法可分为传统印刷和数字印刷工艺两种, 胶印, 凹印, 凸印及丝网印刷属于传 统印刷方法, 采用的是有压印刷方式。喷墨印刷, 静电摄影等数字印刷方式是无 压印刷工艺, 图文从计算机直接被转印到承印材料。
胶印是应用最为普遍的方法, 80%的出版物印刷采用胶印的方式。其承印材料广泛, 如纸张、纸板、金属、 塑料等都可进行印刷。印数可从500 到100万不等, 速度快, 效率高。
采 用预涂感光版, 印刷时根据油水相斥的原理, 在印版上形成图文部分覆盖油墨, 空白部分覆盖水的分布形式,油墨先被转移到橡皮布上, 然后由橡皮布转印到承 印材料上。油墨粘度很大,约为l～50Pa.s, 极性较小。
胶印的另一种方式 是无水胶印, 印版上的空白部分由硅胶树脂组成, 硅树脂在印刷时不吸附油墨。 由于没有了“ 水” 的影响, 生产中操作更加方便,质量更稳定, 印刷精度更 高。印刷得到的墨膜厚度约在0.5～3μm 之间。
胶印应用于线圈印刷有着效率 、精度及分辨率的优势, 但是胶印墨膜厚度较小, 不符合线路印刷的要求。当然 这一点可以通过反复印刷多次来完成, 但是这对于精细线路的套准控制又提出了新 的挑战, 新型的、导电能力更好的油墨也可以在较小的厚度下达到需要的阻抗性能 。
柔版印刷主要应用于包装装潢印刷, 承印材料包括纸张, 纸板(尤其是瓦楞纸 板印制), 塑料薄膜等。这是一种直接印刷的方式, 用1～5mm 厚的柔性感 光树脂制版, 采用卷筒纸印刷, 速度快, 效率高。油墨粘度在0.01～0. 1Pa.s之间, 可采用水基油墨, 溶剂型油墨及UV 固化油墨。但柔印分辨 率较低, 通常在60L/ cm 左右, 精细印刷可达80L/ cm, 墨膜 厚度在6～8μm, 适合于天线印刷的要求。
随着薄版技术的发展, 柔性版印刷 的分辨率和印刷精度也不断提高。其不足之处在于: 印迹的边缘部分有印纹出现, 这是由印刷过程的压力使印版变形所致。印纹的出现使得线路边缘印迹不规则, 会影响到油墨附着的精度及线路的阻抗性, 容易生产出废品。
凹版印刷也是主要的 包装出版印刷方式, 占到大约18% 的市场份额。耐印力大, 可达50 万印 以上, 承印材料广泛, 如薄纸, 纸板, 塑料薄膜等。油墨粘度约为10～5 0mPa.s, 主要用溶剂型油墨。分辨率与网纹穴的雕刻有关, 采用激光雕刻 , 可达1000L/ cm,墨膜厚度在8～12μm 之间。但是由于其印刷压 力太大, 在RFID 的天线印刷中存在困难。
丝网印刷是一种模版印刷方式,先 将丝网绷于网框之上, 曝光晒版后,印版上的图文部分能透过油墨, 空白部分被 感光胶覆盖, 印刷时, 油墨在刮板压力作用下透过丝网在承印物上形成图文。丝 网印刷的油墨粘度在0.1～10Pa.s 之间, 印刷可形成厚度不同的墨膜, 可从200nm～100μm 不等。丝网印刷的不足就是其最大分辨率较小, 通常在50L/ cm 以下, 而且其印刷速度与其他印刷方式相比较小。但对于 线路板的蚀刻生产而言, 丝网印刷可以大大提高效率。
丝网印刷可以说是目前最适 合印刷RFID 天线的首选方式。丝网印刷在集成电路板、薄膜开关等方面的印刷 质量是其他印刷方法所无法企及的。在智能标签印刷中, 要使用导电油墨, 而印 刷目前的导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。该网由镍箔钻孔而成, 网孔呈六角形 , 也可用电解成形法制成圆孔形。整个网面平整匀薄, 能极大地提高印迹的稳定 性和精密性, 用于印刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品效果较好, 能分 辨0.1mm 的电路线间隔、定位精度可达0.01mm。
喷墨印刷是近年来发展 最快的一种印刷方式, 其多功能性是其他印刷方式无法相比的。这种无压力的方式 可将计算机中的数字信息直接喷涂到任何形状的材料上。其油墨系统较为复杂, 使 用的油墨可以是水基的, 热熔型的, 或是UV 固化型的, 其粘度在10mP a.s 左右。
喷墨印刷分为连续喷墨和按需喷墨两种方式。按需喷墨的墨滴容量可 在5pl 之下, 也就是说墨滴的直径在2lμm, 可以获得很高的分辨率。当 然,这种方式存在着喷墨位置的偏差, 影响印刷质量的小墨滴会出现在空白部分, 产生边缘效应。
静电摄影又叫做静电复制或激光印刷技术, 是另一种主要的电子印 刷技术, 当然, 目前还没有发现有其可用于智能标签生产的优势。
三、印刷工艺 应用
使用印刷的方法制作标签天线的优点可总结为以下几点:
1. 成本低, 操作 容易
采用印刷的方法, 生产量大, 节省时间, 工序较少。
2. 采用轮转的方 法印刷速度更快,可大大提高生产效率, 油墨转移能力更好
如瑞典Stork P rint 公司为智能标签的天线线圈印刷制造的Rotary ScreenIn tegration(简称RSI)丝网印刷标签专用生产线, 可以连续印刷50
