RFID天线模切工艺研究与分析

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天线制造技术在低频段主要是线圈绕制法，一般的超高频和高频天线制造方法主要存在蚀刻法，电镀法，印刷法。 

一、蚀刻法

这种方法的优点是：工艺成熟，天线生产的成品率很高，而且天线的性能一致性很好;

而缺点就是：蚀刻工序很慢，导致天线生产速度慢;由于利用了减成工艺， 很大部分的铜箔都被蚀刻掉， 所以导致其成本比较高。

二、印刷法

通过导电银浆把天线图案印刷在P E T基材上， 然后烘烤固化， 就得到了天线的制造过程。

这种方法的优点是：生产速度快，而且可以实现柔性化生产，可以适用于小批量生产。

这种方法的缺点是：

1 导电银浆的导电性远远不如铜箔( 大概为其1/20)，天线的导体损耗比较大，导致天线效率不如蚀刻法天线;

2 导电银浆对PET基材附着性不好，容易脱落，导致天线的可靠性不高；

3 最近银价大涨，导致导电银浆的成本大幅增大，削弱了其成本的优势。

三、电镀法

首先用导电银浆(厚度薄于印刷法)或其他电镀种子层把天线图案直接印刷在P E T基材上，烘烤接着电镀加厚，从而得到天线成品。

这种方法的优点是：生产速度很快，天线导体损耗少，从而天线的性能好。

缺点就是：初始的设备投资很大，而且其只适合大批量生产。

四、真空镀膜法

这种方法的优点是：生产速度快，成本比较低;

缺点就是：沉积的膜大概在2μm左右，远远低于蚀刻和电镀的1 8μm。天线的性能介于蚀刻和印刷之间。

真空镀膜的设备大概一台1 0 0万美元， 设备投资很大。跟电镀法类似适合大批量生产。

也有人尝试先印刷含铂油墨到P E T基材上形成天线图案作为种子层，然后化学镀铜。

它的优点是含铂油墨相比导电油墨便宜。但是化学镀铜的速度更慢而且沉积厚度大概几个微米。

此外，高频天线也存在一个布线法，即把漆包线(大概在0.25mm)穿过超声头，超声头按照设计的图案走线;走线过程中，漆包线与PVC基材超声连接起来。

这种方法的天线性能很好，可靠性也高，就是成本相对蚀刻法还要贵一些。

图1 (a)布线法超声键合头;(b)布线法制造出来的高频天线

由于主流的蚀刻法生产速度慢，浪费材料，而且污染环境;而印刷法的导电银浆成本居高不下，天线可靠性也不高;这一切导致人们开始开发新的低成本，高性能天线制造方法。

因此，我们有了采用模切技术来加工不干胶结构材料来生产RFID天线。

1.模切技术原理

模切技术其实属于一种裁切工艺，把不干胶材料放在模切机的模切台上，然后按照事先设计好的图形进行制作成的模切刀版施加压力，

使刀锋对应的地方受力断裂分离， 从而得到所需要的形状，如图2。

不干胶材料的模切一般仅仅将面材和胶粘层切穿，即半切穿，保留底纸和其表面的硅油涂层;最终使模切成型的标签保留在底纸上。

2.模切材料

R F I D天线一般是由一层1 8 u m厚的铝或铜加上1 0 0 u m厚的离型纸构成的。铝或铜层是作为功能层，在它上面形成RFID天线的图案形状;PET是作为天线图案的承载层，主要起着机械支撑的作用。

此外，P E T基材的介电常数和厚度也会影响天线的谐振频率。这种结构与传统的不干胶结构很类似，只不过不干胶中间多了一层增强层;所以我们采用天线做成不干胶结构形式。

我们模切所用的材料有三层结构：带硅油的离型纸或PET(大概100μm)，粘胶层(大概20μm)，带增强层的铝箔(大概35μm)，如图3;

其中硅油主要是为了便于分离废料， 增强层主要是为了加强铝箔， 便于排废。

3.模切机

根据模切底板和压切机构的不同，模切机可分为平压平、圆压平和圆压圆三种类型。

1）RFID 天线模切特点分析RFID天线模切方

所以我们选择精度高的蚀刻刀或者是雕刻模，而且一般选择单峰刀模，有斜角的面朝外，没有斜面的朝内，这样保证切出来的线宽是1mm，而且平直。如下图所示：

前面提到面材的强度对排废具有很大的影响。我们所用的铝箔一般在1 8μm左右， 此时它的强度十分弱， 基本上用手一扯就破了; 直接采用一单层铝箔或铜箔作为面材，强度明显不够。

为此，我们在铝箔的背面增加了一层增强层，在这里我们选择为10μm厚的PET。

4、同样为了小型化， 天线末端有时也会存在折合结构， 这相当于大半个闭合环，给排废带来了比较大的困难。

2.粘胶模切排废方案

针对R F I D天线精细复杂的情况，我们提出了两次模切两次排废的天线制造方案。我们把天线分为内部图案和框架图案两大部分。

框架图案是一个很规则的图案可以直接排废;而内部属于比较难排的图案，我们把其分为一个个分离的图案，用粘胶把其粘掉排废。见下图:

粘胶排废主要是基于粘接力的相对大小来达到排废的目的。如图7所示，紫色部分为要排废的部分，它们是一个个分离的“孤岛”。要保留的图案部分是整体连接在一起的。粘胶带附在要排废的图案上面。

当粘胶揭起经过“孤岛”时，由于“孤岛”部分面积相对而言很小，粘胶带队“孤岛”部分的粘接力大于“孤岛”部分与离型纸的粘接力，“孤岛”部分被转移到胶粘带上。

当粘胶带要经过要保留的图案时，要保留的图案的面积很大， 胶粘带对"孤岛” 部分的粘接力小于要保留图案部分与离型纸的粘接力，所以要保留的图案继续留在离型纸上。

这样的话，分离的“孤岛”本分就被粘胶带带出，而要保留的图案层继续留在离型纸上，从而达到了排废的目的。

具体流程见下图

图9 NXP提供的参考天线排废过程图案变化图

图10 ( a)内部图案模切模具; ( b)外框模切模具

模切过程实物图：

3.模切天线与蚀刻天线性能比较

(A)边缘整齐性：由于模切天线是机械切出，它的边缘非常平整。而蚀刻法制造的天线，由于化学腐蚀的侧蚀作用，边缘是凹凸不平的。具体见下图：

(D)图案的确定性：蚀刻法天线图案是牢牢粘在P E T基底上面，而模切法制出的天线由于其离型纸上的硅油，天线图案不是固定的，容易滑动造成图案失真。这需要生产过程中尽可能的减少人工的干预。

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