淺談RFID電子標簽及卷到卷電子標簽生產(chǎn)線
引言
電子標簽是RFID系統(tǒng)的核心，也是關鍵。如何提高電子標簽生產(chǎn)速度、降低電子標簽成本是RFID業(yè)內(nèi)人士普遍關心的問題。柔性電子標簽具有成本低并可在卷到卷電子標簽生產(chǎn)線上實現(xiàn)高速生產(chǎn)的特點，所以RFID對電子標簽的大量需求主要來源于柔性電子標簽的生產(chǎn)。
1RFID技術及應用
RFID即無線射頻識別技術，它的基本原理是將電子標簽附著在被標識物上，通過讀寫器對電子標簽以無接觸的方式讀取或寫入信息。識別工作無須人工干預，可識別高速運動的物體，并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。
最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：其一是標簽(Tag)，主要由芯片及標簽天線組成，每個標簽具有唯一的電子編碼；其二是讀寫器(Reader)，讀取或寫入標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式；其三是天線(Antenna)，用于在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
RFID技術與互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、通信等技術相結合，可廣泛應用于物流、制造、交通管理、軍事應用、公共信息服務等領域，并可實現(xiàn)全球范圍內(nèi)物品跟蹤與信息共享，從而大幅度提高管理和運作效率、降低成本、提升社會信息化水平。隨著RFID技術的不斷完善，RFID的應用將隨處可見。
2電子標簽的組成
RFID電子標簽通常由芯片、標簽天線和外部包封材料組合而成。
2.1電子標簽天線
電子標簽天線一般由基材加金屬電路組成。電子標簽天線的種類很多，常用的有如圖1所示的FR-4基材的PCB硬板標簽天線以及如圖2所示的PET基材加鋁箔電路的柔板標簽天線。本文主要介紹PET基材加鋁箔電路的柔板標簽天線。
2.2電子標簽芯體
將芯片鍵合(電連)到天線的饋點上就構成了電子標簽的芯體(Inlay),芯體是電子標簽的半成品。芯片鍵合工藝主要有錫焊、線綁(WireBind)和倒封裝(FlipChip)。
圖2 PET柔板標簽天線
線綁是指用打金線方式將芯片和天線饋點鍵合在一起的工藝。線綁主要由貼片、打金線、點膠、烘烤等工序組成。線綁工藝生產(chǎn)效率低，不適合電子標簽大規(guī)模高速生產(chǎn)。
倒封裝是指用ACP各向異性導電膠將芯片和天線饋點鍵合在一起的工藝。倒封裝主要由在天線饋點上點膠、翻轉貼片、熱壓固化等工序組成。圖3所示是倒封裝工藝示意圖。
圖3 倒封裝示意圖
2.3RFID電子標簽
將電子標簽芯體包封在不同材料中就構成了RFID電子標簽成品。電子標簽的包封形式有很多種，常用的有如圖4所示的PVC層壓注塑包封、如圖5所示的PVC盒封以及如圖6所示的柔性包封等。柔性包封是指用帶不干膠的面層材料(多數(shù)為銅版紙)和帶轉移膠的底層離型紙將Inlay包封并模切成即時貼電子標簽(又稱柔性電子標簽)的包封形式。
3卷到卷電子標簽生產(chǎn)線
3.1電子標簽封裝工藝及卷到卷電子標簽生產(chǎn)線
根據(jù)電子標簽的組成方式，可將電子標簽的封裝工藝分為前道封裝和后道封裝兩部分。前道封裝是指將標簽芯片鍵合到天線饋點上構成電子標簽芯體的過程；后道封裝是指將電子標簽芯體包封在不同材料中構成成品的電子標簽生產(chǎn)過程。其工藝過程如圖7所示。
圖7 電子標簽封裝工藝
卷到卷電子標簽生產(chǎn)線是指從原料卷到產(chǎn)品卷無間斷生產(chǎn)電子標簽的設備。它只適用于柔性材料高速生產(chǎn)柔性電子標簽。根據(jù)電子標簽的封裝工藝特點，自動化生產(chǎn)線分為前道倒封裝電子標簽Inlay生產(chǎn)線和后道層合模切電子標簽生產(chǎn)線。現(xiàn)在RFID行業(yè)內(nèi)倒封裝電子標簽Inlay生產(chǎn)線主要有德國Muehlbauer、奧地利Datacon等廠家的設備；層合模切電子標簽生產(chǎn)線主要有德國Bielomatik、德國MELZER等廠家的設備。
3.2倒封裝電子標簽Inlay生產(chǎn)線
前道倒封裝電子標簽Inlay生產(chǎn)線包括天線卷進料、點ACP膠、翻轉貼芯片、熱壓固化、測試、Inlay收卷等工藝流程,其生產(chǎn)線流程圖如圖8所示。倒封裝主要有三個參數(shù)：溫度、壓力和時間，這三個參數(shù)決定了產(chǎn)品的質量和生產(chǎn)效率。倒封裝工藝具有高效率、低成本、高可靠性的特點，因此非常適合高速生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)柔性電子標簽Inlay。
好的倒封裝電子標簽Inlay生產(chǎn)線，要求點膠量和點膠位置控制精準，倒裝貼片精準，熱壓參數(shù)易調且能保持穩(wěn)定，測試準確無誤，全程防靜電保護，全程防護芯片受壓損壞功能，整個系統(tǒng)協(xié)調且高速運行，每條線每小時生產(chǎn)Inlay在1萬枚以上，成品率在99.7%以上。
3.3層合模切電子標簽生產(chǎn)線
后道層合模切電子標簽生產(chǎn)線包括Inlay、面層材料、轉移膠三卷材料進料、層合、模切、測試、電子標簽收卷等工藝流程。圖9所示是層合模切電子標簽生產(chǎn)線流程圖。
好的層合模切電子標簽生產(chǎn)線，要求每卷材料的張力可獨立調節(jié)，層合時套位精準，模切精準并可自動糾偏，測試準確無誤，全程防靜電保護，全程防護芯片受壓損壞功能，整個系統(tǒng)協(xié)調且高速運行，每條線每小時生產(chǎn)電子標簽在3萬枚以上，成品率在99.7%以上。
卷到卷電子標簽生產(chǎn)線生產(chǎn)RFID電子標簽速度高、穩(wěn)定性好、生產(chǎn)成本低，可滿足市場上對RFID電子標簽的海量需求。用卷到卷電子標簽生產(chǎn)線高速大批量生產(chǎn)柔性電子標簽是目前國際國內(nèi)普遍采用的生產(chǎn)方式。
4幾點經(jīng)驗
4.1電子標簽品質檢測指點
標簽生產(chǎn)完成后可對標簽做下列抽檢試驗，以判斷標簽的品質：用讀寫器測試標簽能否正常讀寫數(shù)據(jù)；用標簽測試儀測試標簽性能好壞;用顯微鏡觀察芯片外觀及與天線鍵合是否良好；用萬用表測試天線饋點兩端正反向電阻，判斷芯片與天線的電連是否可靠；用推力計測試芯片與天線的粘接強度;用卷繞機測試標簽耐彎折能力；用高低溫老化測試標簽環(huán)境適應能力。
4.2層合模切設備輪轉模切磁性輥分度圓周長計算方法
現(xiàn)以下面案例來計算層合模切設備輪轉模切磁性輥分度圓周長。若已知某標簽跳距要求為36.674mm，參見圖10,求所需輪轉模切磁性輥的分度圓周長。
圖10 標簽跳距
為計算方便，先列出各參數(shù)代號設置:
齒數(shù)Z(為整數(shù))，估算(estimate)齒數(shù)Ze；
分度圓周長C,估算周長C*；
分度圓齒距P(P=3.175)；
刀模一周內(nèi)排列個數(shù)N(為整數(shù))，估算個數(shù)Ne；
刀模(knife)跳距Dk；
標簽(label)跳距Dl。
磁性輥設計應滿足的條件：0.03mmWDk-DlW0.08mm；
已知：C=ZxP,Dk=C+N,Dl=36.674mm；
設：分度圓參考周長Ce0=500mm。
計算：
Ne=Ce0+DL=500+36.674=13.634(取N=14)
Ce=DLxN=36.674x14=513.436mm
Ze=Ce+P=513.436+3.175=161.712齒(取Z=162齒)
C=ZxP=162x3.175=514.35mm
驗證：
Dk=C+N=514.35+14=36.739mm
Dk-Dl=36.739-36.674=0.065mm
可見其滿足：0.03mmWDk-DlW0.08mm。
所以，分度圓周長為514.35mm(齒數(shù)為162齒)的磁性輥可以滿足標簽跳距為36.674mm的標簽生產(chǎn)要求。
5結語
本文介紹了RFID電子標簽的組成和封裝工藝，著重介紹了柔性電子標簽的生產(chǎn)工藝及卷到卷電子標簽生產(chǎn)線的功能模塊和生產(chǎn)流程，并指出好的生產(chǎn)線應具備的條件。本文介紹的電子標簽品質檢測指點和磁性輥分度圓周長計算方法均對電子標簽應用和生產(chǎn)有指導意義。
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