专利名称：一种用于无芯片rfid射频标签的制作工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无芯片RFID射频标签的制作工艺，尤其涉及利用真空蒸镀法或冷、热烫印法制作无芯片RFID射频标签天线的工艺方法。
背景技术：
射频识别技术(RFID, Radio Frequency Identification)是一项利用射频信号通过空间耦合进行双向信息传输的自动识别技术。它是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号能够自动识别目标对象来获取相关数据，识别工作不需要人工干预，具有防磁、防水、耐高温、存储数据容量大等优点，能够广泛应用于例如不停车收费系统、火车运输监控系统、商品物流管理、流水线制造自动化、门禁安全管理、畜牧管理等要收集和处理数据的应用领域。RFID技术大致根据使用“有源”标签或“无源”标签而加以分类。有源标签具有局部能源(例如电池)，以便有源标签由询问器传送要阅读的信号。有源标签具有较长的信号范围，相反，“无源”标签没有内部能源，作为代替，无源标签有读取器获得能源，并且当从读取器接收信号时，无源标签再次发射或转发信息。通常，两类标签都具有集成电路或硅芯片形式的电子电路。电路存储并向读取器传送识别数据。除了芯片之外，标签包括与芯片连接的一些形式的天线。有源标签合并来自标签自身能源的与读取器通讯的天线，对于无源标签，天线用作将来源于读取器的射频能量转化为电能的转换器，芯片然后变为受激发，并执行与读取器的通讯功能。相对于条形码等技术，RFID标签和阅读设备的价格过高，虽然业界普遍对RFID技术的前景看好，但真正实际投入运行的系统却不多。其中标签的成本是限制RFID技术商业应用能否取得成功的关键。虽然大量的研究工作使芯片RFID标签的成本有所降低，但是普通的芯片RFID标签主要由IC芯片、天线和封装等几部分构成，由于芯片的存在，它的成本还是无法跟自动识别领域中的条形码相竞争。无芯片RFID标签指的是不含有硅芯片的射频识别标签，既没有集成电路也没有分离电子元件，例如晶体管，最具有前景的无芯片RFID标签的主要潜在优势在于其最终能以O.1美分的花费直接印在产品和包装上，以更灵活可靠的特性取代每年十万亿使用量的条形码，以低成本为特征的无芯片RFID射频标签开辟了射频标签实现的另一新领域。普通的芯片RFID标签，是通过芯片存储的数据流控制标签天线的负载阻抗来对反射散射信号进行调制。无芯片RFID标签没有芯片，但也要完成数据保存功能以及将保存的标签信息反射回阅读器。这就需要对标签结构进行独特的涉及，每个标签在结构上有微小的差别，使得标签的反向散射信号有自己的唯一性，并能够被阅读器获取、识别并数字化成唯一的ID。这类似于雷达工作原理，不同的是，我们希望标签的反向散射信号有一定的规律，便于阅读器解调后数字化。无芯片射频标签的特点是超薄、低成本、 存贮数据量少。Jalaly提出一种无芯片RFID标签，它包含了 η个具有不同振子间距的印刷偶极子天线阵，利用工业、科学、医疗的多个频段，创建了一个Ilbit的实用条形码。利用同样的原理McVay提出了一个覆盖300MHz频带的5bit Hilbert-Peano曲线RFID标签，由于分形曲线的空间填充使它结构更加紧凑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在无芯片RFID射频标签用作谐振天线、微带天线等的基材上采用真空蒸镀法或冷、热烫印法绘制线路图案的方法。无芯片RFID标签没有芯片，但也要完成数据保存功能以及将保存的标签信息反射回阅读器。这就需要对标签结构进行独特的设计，每个标签在结构上有微小的差别，使得标签的反向散射信号有自己的唯一性，并能够被阅读器获取、识别并数字化成唯一的ID。目前出现的无芯片RFID标签大致是基于两种设计方法1、标签由微带天线构成，设置每个天线端口的特性不同，或者在端口加载微带结构的负载，使得天线反向散射信号的幅值或相位根据端口特性的不同而改变。2、标签设计成一个简化的射频收发电路，有一个接收天线、谐振电路和一个发射天线组成。标签的接收天线接受阅读器发射的访问信号，经谐振电路后创建了频谱，再经发射天线将频谱信号反射回阅读器。不同的谐振电路创建不同的频谱，则为该标签唯一的ID0 本发明的制作工艺如下1.真空蒸镀法首先根据要求设计无芯片RFID射频标签的天线结构，然后以PVC、PP、PET、纸、塑料等为基材，利用印刷的方法将底胶印刷在基材表面，充分干燥后，利用真空蒸镀的方法将导电金属蒸镀在基材表面上，并在金属层表面采用凹印工艺按照所设计天线的形状印刷保护油墨，然后用溶剂溶解洗去天线形状以外的其余部分的金属，具有天线形状的金属线路被保留，最后进行覆膜封装，得到无芯片RFID射频标签。所述的真空蒸镀金属的金属导电材料可以采用铝或铜，其中铜的熔点1083°C、沸点2595°C ;铝的熔点660. 4°C、沸点2467°C ;铜的电导率高于铝，铜较铝成本增加不大。所述的真空蒸镀金属是在真空状态下，将金属加热熔融至蒸发，金属原子凝结在高分子材料表面，形成极薄的金属层。真空蒸镀金属要求基材表面光滑、平整、厚度均匀；挺度和摩擦系数适当；表面张力大于38dyn/cm ;热性能好,经得起蒸发源的热福射和冷凝热的作用；基材含水量低于O.1 %。被镀金属材料可以是金、银、铜、锌、铬、铝等，其中用的最多的是铝。所述的真空蒸镀，其原理如下将卷筒状的待镀基材装在真空蒸镀机的放卷站上，将基材穿过冷却辊(蒸镀辊)卷绕在收卷站上，用真空泵抽真空，使蒸镀室中的真空度达到4X10-4mba以上，加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300-1400°C的温度下融化并蒸发成气态铝。启动卷绕系统，当基材运行速度达到一定数值后，打开挡板使气态铝微粒在移动的基材表面沉积、冷却即形成一层连续而光亮的金属铝层。通过控制金属铝的蒸发速度、基材的移动速度以及蒸镀室内的真空度等来控制镀铝层的厚度，一般镀铝层厚度在250- 500A。利用真空蒸镀的方法制备得到的无芯片RFID射频标签，具有以下优点(I)和金属箔相比大大减少了金属的用量，节省了能源和材料，降低了成本。金属箔厚度多为7-9 μ m，而真空蒸镀法所得金属层厚度约为400Α(0.04μπι)左右，其耗金属量约为金属箔的1/200，且生产速度可高达700m/min。(2)具有优良的耐折性和良好的韧性，很少出现针孔和裂口，无揉曲龟裂现象。作为无芯片RFID射频标签的天线具有良好的导电性能。(3)可采用屏蔽或洗脱进行部分镀铝，以获得不同图案的无芯片RFID射频天线，操作工艺简单易行。2.热烫印工艺在烫印机上，由于机械的运动，电化金属烫金箔与烫印基材合在一起，按照天线形状制作的烫印模板给结合在一起的电化金属烫金箔和烫印基材局部施加压力并传递热量，这样在相对应的位置上电化金属烫金箔和烫印基材由于胶粘层的粘合作用而牢固的结合在一起，然后将未被烫印的多余的电化金属烫金箔从烫印基材上剥离，即得无芯片RFID射频标签。3.冷烫印工艺按照天线形状，在需要烫金的部位印刷特种粘合剂一UV固化粘合剂，也可以采用高分子聚合物乳胶进行印刷。UV固化粘合剂通过UV干燥装置将粘合剂中的水分去除到一定程度，并形成一层高粘度的薄压敏胶层，然后开始冷烫印，在一对金属滚筒的作用下，使金属箔同粘合剂接触并压合为一体。由于粘合剂同金属箔之间粘结力很大，所以排废时，金属箔与粘合剂接触的部位留在基材表面，与基材成为一体，而金属箔的其他部分则同传统烫印一样排废，从而完成冷烫印过程，得到无芯片RFID射频标签。所述的电化金属烫金箔为分四层(冷烫印分为三层)基膜层可以选用双向拉伸聚脂薄膜(BOPET)或双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)等，基膜层应具有强度大、耐拉伸、耐高温等性能；脱离层采用有机硅树脂、乳化蜡等涂布而成，主要是帮助物质很好的转移，应有较好的脱离性能，否则会影响烫印产品的质量；金属层的金属材料可以采用经特殊处理的铝箔、铜箔或二者的合金；胶粘层一般用易熔的热塑性树脂通过涂布机在金属层上经烘干即成胶粘层，主要作用是将烫印材料粘结在被烫物体上，冷烫印所用的电化金属烫印材料中不含有胶粘层。所述的烫印机为圆压圆型烫印机(德国斯拿〈steuer〉)、圆压平型烫印机(海德堡730等)或平压平型烫印机(亚华920、吉斯870、手动)中的一种，其中以平压平型烫印机最为普遍，而圆压圆型烫印机实施的是线压力，总压力小，可以相对较小的压力轻松完成大面积实地烫印，运行平稳，生产效率较高，适合大批量活件烫印。
具体实施例方式下面实施例对本发明进行详细说明实施例1微带福射器概念最先由Deschamps于1953年提出。在1955年由法国Cutton和Baissinot发表专利。第一个实用天线有Howell和Munson研制,从那时起,对微带天线和阵列进行了广泛的研究和开发，旨在发挥其巨大的优点，如重量轻、体积小、成本低、共形结构以及与集成电路的兼容特性等，这导致各种各样的应用而生，并且导致了微波天线这一宽阔领域，微带天线课题作为一个独立的实体而建立起来。 本实施例设计一种微带天线的无芯片RFID射频标签，其由三个微带单元组成一个天线阵列，三个微带天线单元有不同的谐振频率，而且谐振频率临近，都在
2.lGHz-2. 5GHz范围内，根据微带天线的设计理论和工作频率选取合适的边长。
其制作工艺如下以PVC为基材，利用印刷的方法将底胶印刷在PVC表面，充分干燥后，利用真空蒸镀的方法将导电金属蒸镀在基材表面上，并在金属层表面采用凹印工艺按照所设计微带天线的形状印刷保护油墨，然后用溶剂溶解洗去天线形状以外的其余部分的金属，具有天线形状的金属线路被保留，最后进行覆膜封装，得到无芯片RFID射频标签。上述的真空蒸镀金属的金属导电材料为铝，铝的熔点660. 4°C、沸点2467°C。上述的真空蒸镀，其原理如下将卷筒状的待镀基材装在真空蒸镀机的放卷站上，将基材穿过冷却辊(蒸镀辊)卷绕在收卷站上，用真空泵抽真空，使蒸镀室中的真空度达到4X10_4Mpa以上，加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300-1400°C的温度下融化并蒸发成气态铝。启动卷绕系统，当基材运行速度达到一定数值后，打开挡板使气态铝微粒在移动的基材表面沉积、冷却即形成一层连续而光亮的金属铝层。通过控制金属铝的蒸发速度、基材的移动速度以及蒸镀室内的真空度等来控制镀铝层的厚度，一般镀铝层厚度在250- 500A。实施例2为了降低标签成本和扩大标签适用范围，无芯片RFID射频标签能简化到只有两个天线的结构，一个水平计划的圆盘单极子天线连接到一个垂直极化的偶极子天线，这两个天线极化方向正交，同样极化分集隔离了收发信号。Frederic Croq等人设计出了一种信号层由多个不同长度的平行偶极子谐振器组成，口径耦合馈电的微带天线，它在4. 5GHz-7. 5GHz范围内可实现三个谐振频率；Faton Tefiku等人设计了一种双频偶极子天线，长的一对偶极子工作于O. 9GHz，短的一对偶极子工作于1. 5GHz ο本实施例设计一种偶极子天线的无芯片RFID射频标签，其制作工艺如下以塑料为基材，按照天线形状，在需要烫金的部位印刷特种粘合剂——UV固化粘合剂。UV固化粘合剂通过UV干燥装置将粘合剂中的水分去除到一定程度，并形成一层高粘度的薄压敏胶层，然后开始冷烫印，在一对金属滚筒的作用下，使金属箔同粘合剂接触并压合为一体。由于粘合剂同金属箔之间粘结力很大，所以排废时，金属箔与粘合剂接触的部位留在基材表面，与基材成为一体，而金属箔的其他部分则同传统烫印一样排废，从而完成冷烫印过程，得到无芯片RFID射频标签。上述的真空蒸镀金属的金属导电材料采用铜，铜的熔点1083°C、沸点2595°C。上述的电化金属烫金箔采用电化铝铜合金烫金箔，其中基膜层选用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP);脱离层采用醋酸纤维素涂布而成；金属层的金属材料采用经特殊处理的铝、铜合金；冷烫印所用的电化金属烫印材料中不含有胶粘层。上述的烫印机为圆压圆型烫印机。
权利要求
1.一种无芯片RFID射频标签的制作工艺，其具体步骤如下 首先根据要求设计无芯片RFID射频标签的天线结构，然后以PVC、PP、PET、纸、塑料等为基材，利用真空蒸镀法或冷、热烫印法将导电金属转移到基材表面上，最后进行覆膜封装，得到无芯片RFID射频标签。
2.根据权利要求1所述的真空蒸镀法的工艺如下 根据要求设计无芯片RFID射频标签的天线结构，然后以PVC、PP、PET、纸、塑料等为基材，利用印刷的方法将底胶印刷在基材表面，充分干燥后，利用真空蒸镀的方法将导电金属蒸镀在基材表面上，并在金属层表面采用凹印工艺按照所设计天线的形状印刷保护油墨，然后用溶剂溶解洗去天线形状以外的其余部分的金属，具有天线形状的金属线路被保留，最后进行覆膜封装，得到无芯片RFID射频标签。
3.根据权利要求2所述的真空蒸镀金属的金属导电材料可以采用铝或铜，其中铜的熔点1083°C、沸点2595°C;铝的熔点660. 4°C、沸点2467°C;铜的电导率高于铝，铜较铝成本增加不大。
4.根据权利要求2所述的真空蒸镀金属是在真空状态下，将金属加热熔融至蒸发，金属原子凝结在高分子材料表面，形成极薄的金属层；真空蒸镀金属要求基材表面光滑、平整、厚度均匀；挺度和摩擦系数适当；表面张力大于38dyn/cm;热性能好，经得起蒸发源的热辐射和冷凝热的作用；基材含水量低于O.1 %。
5.根据权利要求2所述的真空蒸镀，其原理如下 将卷筒状的待镀基材装在真空蒸镀机的放卷站上，将基材穿过冷却辊(蒸镀辊)卷绕在收卷站上，用真空泵抽真空，使蒸镀室中的真空度达到4X10-4mba以上，加热蒸发舟使高纯度的铝丝在1300-1400°C的温度下融化并蒸发成气态铝；启动卷绕系统，当基材运行速度达到一定数值后，打开挡板使气态铝微粒在移动的基材表面沉积、冷却即形成一层连续而光亮的金属铝层；通过控制金属铝的蒸发速度、基材的移动速度以及蒸镀室内的真空度等来控制镀铝层的厚度，一般镀铝层厚度在250- 500A。
6.根据权利要求1所述的热烫印工艺如下 在烫印机上，由于机械的运动，电化金属烫金箔与烫印基材合在一起，按照天线形状制作的烫印模板给结合在一起的电化金属烫金箔和烫印基材局部施加压力并传递热量，这样在相对应的位置上电化金属烫金箔和烫印基材由于胶粘层的粘合作用而牢固的结合在一起，然后将未被烫印的多余的电化金属烫金箔从烫印基材上剥离，即得无芯片RFID射频标签。
7.根据权利要求1所述的冷烫印工艺如下 按照天线形状，在需要烫金的部位印刷特种粘合剂——UV固化粘合剂，也可以采用高分子聚合物乳胶进行印刷。UV固化粘合剂通过UV干燥装置将粘合剂中的水分去除到一定程度，并形成一层高粘度的薄压敏胶层，然后开始冷烫印，在一对金属滚筒的作用下，使金属箔同粘合剂接触并压合为一体。由于粘合剂同金属箔之间粘结力很大，所以排废时，金属箔与粘合剂接触的部位留在基材表面，与基材成为一体，而金属箔的其他部分则同传统烫印一样排废，从而完成冷烫印过程，得到无芯片RFID射频标签。
8.根据权利要求5、6所述的电化金属烫金箔为分四层(冷烫印分为三层)基膜层可以选用双向拉伸聚脂薄膜(BOPET)或双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)等，基膜层应具有强度大、耐拉伸、耐高温等性能；脱离层采用有机硅树脂、乳化蜡等涂布而成，主要是帮助物质很好的转移，应有较好的脱离性能，否则会影响烫印产品的质量；金属层的金属材料可以采用经特殊处理的铝箔、铜箔或二者的合金；胶粘层一般用易熔的热塑性树脂通过涂布机在金属层上经烘干即成胶粘层，主要作用是将烫印材料粘结在被烫物体上，冷烫印所用的电化金属烫印材料中不含有胶粘层。
9.根据权利要求5、6所述的烫印机为圆压圆型烫印机(德国斯拿〈steuer〉)、圆压平型烫印机(海德堡730等)或平压平型烫印机(亚华920、吉斯870、手动)中的一种，其中以平压平型烫印机最为普遍，而圆压圆型烫印机实施的是线压力，总压力小，可以相对较小的压力轻松完成大面积实地烫印，运行平稳，生产效率较高，适合大批量活件烫印。
全文摘要
本发明公开一种无芯片RFID射频标签的制作工艺，该发明利用真空蒸镀法或冷、热烫印法制作无芯片RFID射频标签。其工艺方法如下根据要求设计无芯片RFID射频标签的天线结构，然后以PVC、PP、PET、纸、塑料等为基材，利用真空蒸镀法或冷、热烫印法将导电金属转移到基材表面上，最后进行覆膜封装，得到无芯片RFID射频标签。利用该方法制备的无芯片RFID射频标签具有优良的耐折性和良好的韧性、制作成本低、操作工艺简单易行等优点，具有广阔的应用前景。
文档编号G06K19/067GK103065180SQ20111031612
公开日2013年4月24日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者张伟, 冯岩 申请人:哈尔滨大东方卷烟材料科技开发有限责任公司