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印刷工艺与智能标签印刷 浏览次数: 3952

 

 

     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(SmartLabel)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10~50mPa.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10mPa.s左右。

    喷墨印刷分为连续喷墨和按需喷墨两种方式。

 总体上说,温变油墨包装印刷的主要结论是油墨具有良好的温变色灵敏性、稳定性及印刷适应性;最佳的印刷方式与工艺;避免各工序引起的高温,特别是长时间的高温与光照对温变效果的损坏。

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StorkPrint公司为智能标签的天线线圈印刷制造的RotaryScreenIntegration(简称RSI)丝网印刷标签专用生产线,可以连续印刷50万米不停机。

    3.“绿色”、环保

    传统的蚀刻等过程有废料排出,对环境造成较大的污染。印刷技术采用导电油墨直接在底材上进行印刷,化学试剂的使用较少或没有,具有“绿色”、环保的优点。

    4.底材选择灵活多样

    可在各种承印材料上印刷导电油墨以制得所需要的天线。若采用有“万能印刷方式”之称的丝网印刷,标签底材的选择也就更加灵活。

    5.标签样式丰富,稳定性、可靠性好

    印刷技术能够允许天线具有多种设计样式,能够印刷多种样式的天线。因而,所制作的标签样式丰富,允许被贴标对象具有不同的表面形状,如不同曲率、角度的物体表面。此外,印刷的导电油墨天线还能够经受住更高的外部机械压力。印刷导电油墨制得的智能标签天线具备黏性流体的特性,具有更好的弹性。在标签受压弯曲时,表现出的性能及可靠性更好。

    电子文档系统基金会(TheElectronicDocumentSystemsFoundation)的一项调查显示,7l%的受访企业认为在未来几年中,RFID类电子标签的印刷生产,将主要采用数字印刷的方法。有19%的企业认为柔印会被采用。当然,目前最为流行的方式还是丝网印刷,IBM公司,Printronix以及Zebra等公司对RFID的打印机印刷方式也开发了一些解决方案。

    如Printronix的RFID打印机———SL5000rMP2,它能提供真正符合EPCglobalGen规范要求的Gen2RFID。这些打印机集成了EPCglobalGen2CertifiedHardwareRFIDSmart编码技术,可满足许多应用要求和全球频率要求。这一系列的打印机均具备智能化RFID标记管理功能,可确定并重击不符合标准的RFID智能标签,防止它们进入供应链。这些打印机打印的是已经做好的RFID标签,在正面生成条码。但丝印和喷墨打印与其他印刷方式相比,其效率和产量却很难在未来几年内满足市场需求,而随着RFID技术的提高,表面起到补充作用的条码印刷将不再使用,关键的印刷技术还是解决天线的制作问题。

      前几年,曼罗兰公司就研究过收发器的天线是否能被直接印刷在基材上。研究表明,采用胶印或其他印刷方法,合适的导电油墨或基于金属或导电聚合物的粘接剂是可以直接印刷进行的。早在Drupa2004上,曼罗兰就展示了采用基于金属油墨印刷的RFID天线。这种方式使天线与基材结合在一起,只能通过将其破坏的方式除去它。在印刷机上采用特殊油墨印刷简单有效,同时在设计包装的过程中就可以将收发器也考虑进去,直接将天线印刷在基材上。当然,一个重要前提是用度量的方法在下道工序进行电路的功能检验。因此,曼罗兰将其作为开发直接印刷RFID天线的前提加以考虑。目前,德国西门子公司正在采用网印,凹印和柔版印刷技术,在实验室制作带聚合物电极、绝缘体和半导体的塑料集成电路,但是所用的导电聚合物价格却十分高昂。如果卷筒至卷筒的技术开发完成,则印刷电子标签就会像印刷报纸一样。

    通过以上分析,在RFID智能标签生产的初期,将主要采用网版印刷的方法,但最终将会被速度更快的胶印和凹印等工艺所取代。更加精细,导电性更好的新型油墨的研究使用,也使电子标签印刷采用胶印,柔印的工艺成为可能。大大拓宽印刷领域的同时,为RFID智能标签的生产普及打下了基础。

 

(来自printing-in-china.net,摘自中国印刷)
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