天线造造手艺在低频段次要是线圈绕造法,一般的超高频和高频天线造造办法次要存在蚀刻法,电镀法,印刷法。
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蚀刻法
起首在覆有金属箔的PET薄膜上印刷抗蚀油墨来庇护天线线路图形在蚀刻中不被溶蚀掉,接着烘烤,蚀刻,清洗得到我们需要的天线图案。
长处:工艺成熟,天线消费的废品率很高,并且天线的性能一致性很好;缺点:蚀刻工序很慢,招致天线消费速度慢;因为操纵了减成工艺, 很大部门的铜箔都被蚀刻掉, 所以招致其成本比力高。
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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, 就得到了天线的造造过程。
长处:消费速度快,并且能够实现柔性化消费,能够适用于小批量消费。缺点:①导电银浆的导电性远远不如铜箔( 大要为其1/20),天线的导体损耗比力大,招致天线效率不如蚀刻法天线;②导电银浆对PET基材附着性欠好,容易脱落,招致天线的可靠性不高。③比来银价大涨,招致导电银浆的成本大幅增大,削弱了其成本的优势。
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电镀法
起首用导电银浆(厚度薄于印刷法)或其他电镀种子层把天线图案间接印刷在PET基材上,烘烤接着电镀加厚,从而得到天线废品。
长处:消费速度很快,天线导体损耗少,从而天线的性能好。缺点:初始的设备投资很大,并且其只合适多量量消费。
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实空镀膜法
先以印刷体例将Masking印刷在PET基材上构成RFID天线的反图案,再以实空镀膜体例镀上铝层或铜层, 最初经由De-masking造程便构成了RFID天线。
长处:消费速度快,成本比力低;缺点:堆积的膜大要在2μm摆布,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。实空镀膜的设备大要一台100万美圆, 设备投资很大。跟电镀法类似合适多量量消费。也有人测验考试先印刷含铂油墨到PET基材上构成天线图案做为种子层,然后化学镀铜。它的长处是含铂油墨比拟导电油墨廉价。但是化学镀铜的速度更慢并且堆积厚度大要几个微米。此外,高频天线也存在一个布线法,即把漆包线(大要在0.25mm)穿过超声头,超声头根据设想的图案走线;走线过程中,漆包线与PVC基材超声毗连起来。那种办法的天线性能很好,可靠性也高,就是成底细对蚀刻法还要贵一些。
图1 (a)布线法超声键合头;(b)布线法造造出来的高频天线
模切手艺介绍
因为支流的蚀刻法消费速度慢,浪费质料,并且污染情况;而印刷法的导电银浆成本居高不下,天线可靠性也不高;那一切招致人们起头开发新的低成本,高性能天线造造办法。因而,我们有了接纳模切手艺来加工不干胶构造质料来消费RFID天线。
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模切手艺原理
模切手艺其实属于一种裁切工艺,把不干胶质料放在模切机的模切台上,然后根据事先设想好的图形停止造做成的模切刀版施加压力,使刀锋对应的处所受力断裂别离, 从而得到所需要的外形, 如图2。不干胶质料的模切一般仅仅将面材和胶粘层切穿,即半切穿,保留底纸和其外表的硅油涂层;最末使模切成型的标签保留在底纸上。
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模切质料
RFID天线一般是由一层18um厚的铝或铜加上100um厚的离型纸构成的。铝或铜层是做为功用层,在它上面构成RFID天线的图案外形;PET是做为天线图案的承载层,次要起着机械支持的感化,此外,PET基材的介电常数和厚度也会影响天线的谐振频次。那种构造与传统的不干胶构造很类似,只不外不干胶中间多了一层加强层;所以我们接纳天线做成不干胶构造形式。我们模切所用的质料有三层构造:带硅油的离型纸或PET(大要100μm),粘胶层(大要20μm),带加强层的铝箔(大要35μm),如图3;
此中硅油次要是为了便于别离废料, 加强层次要是为了加强铝箔, 便于排废。
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模切机
模切机次要是通过控造压力来完成模切。其工做原理是操纵模切刀、钢刀、五金模具、钢线(或钢板雕琢成的模版),通过压印版施加必然的压力,将质料轧切成你所需要外形。
按照模切底板和压切机构的差别,模切机可分为平压平、圆压安然平静圆压圆三品种型。
RFID天线模切计划
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RFID天线模切特点阐发
(1)模具要求:
固然我们接纳不干胶的构造来造做我们的天线, 但是我们的面材是金属铝或铜。金属比力容易损耗刀模,关于非金属质料,蚀刻模一般能够模切20万次,关于金属来说大要在2万次摆布就必需修模或烧毁。所以我们选择好一点的模具质料也能够对刀锋处停止热处置来进步刀锋的硬度。RFID天线图案比力精细复杂,间距也比力小,一般线宽在1mm摆布。
所以我们选择精度高的蚀刻刀或者是雕琢模,并且一般选择单峰刀模,有斜角的面朝外,没有斜面的朝内,如许包管切出来的线宽是1mm,并且平曲。如下图所示:
(2)模切质料要求
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摆布, 此时它的强度非常弱, 根本上用手一扯就破了; 间接接纳一单层铝箔或铜箔做为面材,强度明显不敷。为此,我们在铝箔的后背增加了一层加强层,在那里我们选择为10μm厚的PET。为了节约成本,我们选择离型纸做为天线基材。粘胶为了排废和模切的便利,我们选择水乳性的胶做为我们的胶粘层。胶层厚度在20μm摆布。
(3)排废难点阐发
RFID超频天线图案精细复杂,招致模切工艺的排废异常困难。那也是模切天线的困难之所在。详细说来存在以下几个特点(我们以NXP供给的参考天线为例,图5):
存在闭合环, 一般偶极子天线为了把阻抗调到与芯片共轭婚配,其天线构造中都存在T型婚配构造或电感耦合构造; 那些阻抗婚配构造根本上是一个闭合的圆环。间接排废根本上不成能。
天线构造中为了调理天线的实部部门,T型婚配构造只是与天线辐射部门在中间部门相连。T型构造其他部门与天线辐射部门存在一个间隙。此间隙与弯折线和一般的排版标的目的垂曲,一般欠好排废。
偶极子天线为了小型化, 一般接纳了弯折线手艺。弯折线的间距一般在1mm-2mm摆布。弯折高度大要在8mm摆布。那些细长的弯折线是比力难排废。我们在加了加强层以后, 发现一端的弯折线间隙能够间接排掉,另一端的弯折线间隙欠好排掉。
同样为了小型化, 天线末端有时也会存在折合构造, 那相当于大半个闭合环,给排废带来了比力大的困难。
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粘胶模切排废计划
针对RFID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造造计划。我们把天线分为内部图案和框架图案两大部门。框架图案是一个很规则的图案能够间接排废;而内部下于比力难排的图案,我们把其分为一个个别离的图案,用粘胶把其粘掉排废。见下图:
(1)粘胶排废原理
粘胶排废次要是基于粘接力的相对大小来到达排废的目标。如图7所示,紫色部门为要排废的部门,它们是一个个别离的“孤岛”。要保留的图案部门是整体毗连在一路的。粘胶带附在要排废的图案上面。当粘胶揭起颠末“孤岛”时,因为“孤岛”部门面积相对而言很小,粘胶带队“孤岛”部门的粘接力大于“孤岛”部门与离型纸的粘接力,“孤岛”部门被转移到胶粘带上。当粘胶带要颠末要保留的图案时,要保留的图案的面积很大, 胶粘带对"孤岛” 部门的粘接力小于要保留图案部门与离型纸的粘接力,所以要保留的图案继续留在离型纸上。如许的话,别离的“孤岛”天职就被粘胶带带出,而要保留的图案层继续留在离型纸上,从而到达了排废的目标。
(2)排废流程图与图案过程变革图
详细流程见下图
以N X P供给的参照天线为例,图9是模切过程中的天线图案的逐渐变革图
图9 NXP供给的参考天线排废过程图案变革图
(3)详细施行过程
根据粘胶排废计划, 我们选择两台300mm宽平刀模切机。两台复合机,一台贴合机、一台剥离机。
贴合即负责把胶带贴合到不干胶上面的铝箔上,剥离机负责把粘了废料的胶带收受接管起来。因为离型纸上的硅油感化,铝箔对离型纸的黏力很小(50g就算超重剥离力),一般的胶带粘接力都能够到达100g以上,所以粘接力一般没有问题。粘胶带的宽度一般比更大废料的宽度要窄一些。
我们根据前面提到的流程,把天线图案根据内部和外框别离开了两副模具,为了进步产出率,我们在一副模具上做了三排图案,详细见下图:
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:
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模切天线与蚀刻天线性能比力
(1)边沿整齐性:因为模切天线是机械切出,它的边沿十分平整。而蚀刻法造造的天线,因为化学侵蚀的侧蚀感化,边沿是凹凸不服的。详细见下图:
(2)消费速度:模切机的速度是3次每秒,假定刀模有3个图案,机器一天工做1 2小时,每天能够消费天线4 0万张,那不只远远高于蚀刻法的速度,并且比印刷法还要快。
(3)图案精细方面:蚀刻法精度可到0 . 2 m m,合适芯片间接倒拆在天线上; 模切法的精度大要在0 . 5 m m摆布, 所以必需通过模组转移的体例来完成天线与芯片的互联。
(4)图案确实定性:蚀刻法天线图案是牢牢粘在P E T基底上面,而模切法造出的天线因为其离型纸上的硅油,天线图案不是固定的,容易滑动形成图案失实。那需要消费过程中尽可能的削减人工的干涉。
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