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电子标签的生产工艺简介(一)
标签的主要任务,就是用来标识产品或者商品等物件的主要信息,并且要求记录的信息有较高的可靠性、准确性,还要求标签本身具有低廉的成本、较好的易用性和数据耐用性。这些应用环境和条件, 促使现代的电子标签向柔性化、低成本、高性能方向发展。目前市场上的电子标签,依据材质大至可分为3种基材: 纸皮材质、柔性聚酯膜以及硬质塑料牌等,依天线制作工艺可分为线绕式、铝膜或铜膜蚀刻式、导电银浆印刷式。其中工艺成熟、耐用性强、应用较广的当属带有自粘胶的纸质或者聚酯膜蚀刻式电子标签;适合于大批量生产、造价低廉的电子标签,其工艺采用了银桨印刷天线和倒装芯片技术。它们被广泛应用于货物供应链管理、包裹和邮政服务、物流仓储管理系统、图书馆和出租服务、航空行李箱标签、产品证明、品牌防伪保护、通常的识别系统、压力容器标签等。近年来新推出的EPC Gen2标签,以其数米远的工作距离和超高速认证速度,将电子标签的应用拓展到更加广泛的应用领域。
电子标签的外观看似简单,其实设计以及调试还是比较烦琐,目前还不能形成一步到位的设计,特别是标签天线的设计以及配合芯片后的进一步性能优化,必须经过反复多次的调整;生产过程也比较繁多,各工艺环节也必须严格控制,才能使成品标签满足设计要求和客户使用需要。图1一图3所示为中山市达华智能科技有限公司典型电子标签生产工艺流程框图,它包括以下三个主要部分:
(一)各种原材料--复合成天线基材--天线设计图+蚀刻--天线制成品;
(二)天线制成品--放置IC芯片--焊接芯片--层间包装--测试计数--芯料制成品;
(三)芯料制成品+图案设计+制板+印刷+双面胶--复合模切--测试计数等--最终得到电子标签成品。
电子标签是将体积极小的芯片(≤1mm )与尺寸适中的标签天线固定在一起构成的。以纸质标签为例,天线的基材是由两层导电铝膜+一层绝缘膜+树脂粘合剂再经复合得到天线芯料。有了天线成品,其非接触芯片就可以装贴在天线的连接端口上。芯片与天线的电气连接,一般采用超声波IC绑定机以金线或铝线绑定,或者使用芯片倒装技术沟通电路。金属膜蚀刻天线与绑定工艺生产的标签,其综合成本比银浆印刷天线与倒装芯片工艺生产的标签可能要高一些,但金属膜天线的成品率、耐用性方面占有绝对优势。
电子标签的正面一般根据需要进行图文印刷,通常采用柔性纸预先印刷制作,再将天线与印刷层/背胶层采用自动化复合工艺进行粘合、模切和质量检测。例如,生产一张具有自粘特性的纸质彩印电子标签, 一般需要9层基材复合而成(含双面粘胶层的离形保护纸),由达华公司提供的纸质标签层间结构见表1。用户撕掉底层的离形纸,即可将标签牢固粘贴在需要标识的物品上。
实际应用中的标签尺寸,可以根据使用条件做成长条形、矩形、圆形等多种多样,平面尺寸亦可大可小。一般标签天线为频率受限器件,仅允许在规定的几个狭小的不同频段中使用,考虑到工作频段的特性差异和增益的要求,天线不能做得过小。在使用条件允许的情况下,电子标签感应天线的有效面积应当尽可能大些。因为尺寸过小的电子标签,其感应天线必然也较小,在相同的场强处,小天线感应到的电能就比大天线要弱小许多,所以,太小尺寸标签的寻读距离有可能比较近。一般来讲, 电子标签天线的有效面积最好大于200mm。以上,否则在普通读写机具上的有效操作将变得非常困难,甚至不能寻到标签信息。从芯片的工作原理来看,只有当标签天线因同频谐振感应接收到足够功率的射频信号, 位于标签芯片电路前端的电荷泵才可能开始工作,才能将天线接收送来的这部分信号转换成直流电压供后端电路使用。
在HF波段中,适合电子标签使用的非接触式芯片的种类比较多,表2列出部分比较适合做纸质电子标签的常用Ic芯片,供读者参考,有关UHF波段电子标签生产工艺以及标签相关数据,我们将在下期继续介绍。