淺談RFID電子標(biāo)簽及卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線

引言

電子標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的核心，也是關(guān)鍵。如何提高電子標(biāo)簽生產(chǎn)速度、降低電子標(biāo)簽成本是RFID業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)心的問題。柔性電子標(biāo)簽具有成本低并可在卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)高速生產(chǎn)的特點(diǎn)，所以RFID對電子標(biāo)簽的大量需求主要來源于柔性電子標(biāo)簽的生產(chǎn)。

1RFID技術(shù)及應(yīng)用

RFID即無線射頻識別技術(shù)，它的基本原理是將電子標(biāo)簽附著在被標(biāo)識物上，通過讀寫器對電子標(biāo)簽以無接觸的方式讀取或?qū)懭胄畔ⅰＷR別工作無須人工干預(yù)，可識別高速運(yùn)動(dòng)的物體，并可同時(shí)識別多個(gè)標(biāo)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(biāo)簽(Tag)，主要由芯片及標(biāo)簽天線組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼；其二是讀寫器(Reader)，讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式；其三是天線(Antenna)，用于在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

RFID技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫、通信等技術(shù)相結(jié)合，可廣泛應(yīng)用于物流、制造、交通管理、軍事應(yīng)用、公共信息服務(wù)等領(lǐng)域，并可實(shí)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(yùn)作效率、降低成本、提升社會(huì)信息化水平。隨著RFID技術(shù)的不斷完善，RFID的應(yīng)用將隨處可見。

2電子標(biāo)簽的組成

RFID電子標(biāo)簽通常由芯片、標(biāo)簽天線和外部包封材料組合而成。

2.1電子標(biāo)簽天線

電子標(biāo)簽天線一般由基材加金屬電路組成。電子標(biāo)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(biāo)簽天線以及如圖2所示的PET基材加鋁箔電路的柔板標(biāo)簽天線。本文主要介紹PET基材加鋁箔電路的柔板標(biāo)簽天線。

2.2電子標(biāo)簽芯體

將芯片鍵合(電連)到天線的饋點(diǎn)上就構(gòu)成了電子標(biāo)簽的芯體(Inlay),芯體是電子標(biāo)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(biāo)簽天線

線綁是指用打金線方式將芯片和天線饋點(diǎn)鍵合在一起的工藝。線綁主要由貼片、打金線、點(diǎn)膠、烘烤等工序組成。線綁工藝生產(chǎn)效率低，不適合電子標(biāo)簽大規(guī)模高速生產(chǎn)。

倒封裝是指用ACP各向異性導(dǎo)電膠將芯片和天線饋點(diǎn)鍵合在一起的工藝。倒封裝主要由在天線饋點(diǎn)上點(diǎn)膠、翻轉(zhuǎn)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(biāo)簽

將電子標(biāo)簽芯體包封在不同材料中就構(gòu)成了RFID電子標(biāo)簽成品。電子標(biāo)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(zhuǎn)移膠的底層離型紙將Inlay包封并模切成即時(shí)貼電子標(biāo)簽(又稱柔性電子標(biāo)簽)的包封形式。

3卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線

3.1電子標(biāo)簽封裝工藝及卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線

根據(jù)電子標(biāo)簽的組成方式，可將電子標(biāo)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(biāo)簽芯片鍵合到天線饋點(diǎn)上構(gòu)成電子標(biāo)簽芯體的過程；后道封裝是指將電子標(biāo)簽芯體包封在不同材料中構(gòu)成成品的電子標(biāo)簽生產(chǎn)過程。其工藝過程如圖7所示。

圖7  電子標(biāo)簽封裝工藝

卷到卷電子標(biāo)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(biāo)簽的設(shè)備。它只適用于柔性材料高速生產(chǎn)柔性電子標(biāo)簽。根據(jù)電子標(biāo)簽的封裝工藝特點(diǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)線分為前道倒封裝電子標(biāo)簽Inlay生產(chǎn)線和后道層合模切電子標(biāo)簽生產(chǎn)線。現(xiàn)在RFID行業(yè)內(nèi)倒封裝電子標(biāo)簽Inlay生產(chǎn)線主要有德國Muehlbauer、奧地利Datacon等廠家的設(shè)備；層合模切電子標(biāo)簽生產(chǎn)線主要有德國Bielomatik、德國MELZER等廠家的設(shè)備。

3.2倒封裝電子標(biāo)簽Inlay生產(chǎn)線

前道倒封裝電子標(biāo)簽Inlay生產(chǎn)線包括天線卷進(jìn)料、點(diǎn)ACP膠、翻轉(zhuǎn)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(gè)參數(shù)：溫度、壓力和時(shí)間，這三個(gè)參數(shù)決定了產(chǎn)品的質(zhì)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(diǎn)，因此非常適合高速生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)柔性電子標(biāo)簽Inlay。

好的倒封裝電子標(biāo)簽Inlay生產(chǎn)線，要求點(diǎn)膠量和點(diǎn)膠位置控制精準(zhǔn)，倒裝貼片精準(zhǔn)，熱壓參數(shù)易調(diào)且能保持穩(wěn)定，測試準(zhǔn)確無誤，全程防靜電保護(hù)，全程防護(hù)芯片受壓損壞功能，整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)且高速運(yùn)行，每條線每小時(shí)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(biāo)簽生產(chǎn)線

后道層合模切電子標(biāo)簽生產(chǎn)線包括Inlay、面層材料、轉(zhuǎn)移膠三卷材料進(jìn)料、層合、模切、測試、電子標(biāo)簽收卷等工藝流程。圖9所示是層合模切電子標(biāo)簽生產(chǎn)線流程圖。

好的層合模切電子標(biāo)簽生產(chǎn)線，要求每卷材料的張力可獨(dú)立調(diào)節(jié)，層合時(shí)套位精準(zhǔn)，模切精準(zhǔn)并可自動(dòng)糾偏，測試準(zhǔn)確無誤，全程防靜電保護(hù)，全程防護(hù)芯片受壓損壞功能，整個(gè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)且高速運(yùn)行，每條線每小時(shí)生產(chǎn)電子標(biāo)簽在3萬枚以上，成品率在99.7%以上。

卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線生產(chǎn)RFID電子標(biāo)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(biāo)簽的海量需求。用卷到卷電子標(biāo)簽生產(chǎn)線高速大批量生產(chǎn)柔性電子標(biāo)簽是目前國際國內(nèi)普遍采用的生產(chǎn)方式。

4幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

4.1電子標(biāo)簽品質(zhì)檢測指點(diǎn)

標(biāo)簽生產(chǎn)完成后可對標(biāo)簽做下列抽檢試驗(yàn)，以判斷標(biāo)簽的品質(zhì)：用讀寫器測試標(biāo)簽?zāi)芊裾Ｗx寫數(shù)據(jù)；用標(biāo)簽測試儀測試標(biāo)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(diǎn)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(jì)測試芯片與天線的粘接強(qiáng)度;用卷繞機(jī)測試標(biāo)簽?zāi)蛷澱勰芰?；用高低溫老化測試標(biāo)簽環(huán)境適應(yīng)能力。

4.2層合模切設(shè)備輪轉(zhuǎn)模切磁性輥分度圓周長計(jì)算方法

現(xiàn)以下面案例來計(jì)算層合模切設(shè)備輪轉(zhuǎn)模切磁性輥分度圓周長。若已知某標(biāo)簽跳距要求為36.674mm，參見圖10,求所需輪轉(zhuǎn)模切磁性輥的分度圓周長。

圖10  標(biāo)簽跳距

為計(jì)算方便，先列出各參數(shù)代號設(shè)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(gè)數(shù)N(為整數(shù))，估算個(gè)數(shù)Ne；

刀模(knife)跳距Dk；

標(biāo)簽(label)跳距Dl。

磁性輥設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的條件：0.03mmWDk-DlW0.08mm；

已知：C=ZxP,Dk=C+N,Dl=36.674mm；

設(shè)：分度圓參考周長Ce0=500mm。

計(jì)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(yàn)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(biāo)簽跳距為36.674mm的標(biāo)簽生產(chǎn)要求。

5結(jié)語

本文介紹了RFID電子標(biāo)簽的組成和封裝工藝，著重介紹了柔性電子標(biāo)簽的生產(chǎn)工藝及卷到卷電子標(biāo)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(yīng)具備的條件。本文介紹的電子標(biāo)簽品質(zhì)檢測指點(diǎn)和磁性輥分度圓周長計(jì)算方法均對電子標(biāo)簽應(yīng)用和生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。

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