RFID印刷における受動電子ラベルの歩留まりに関する考察
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本論文は受動UHF電子ラベル印刷で使用される4つの印刷方法を探究し、そしてコストとプロセス歩留まりを比較した。
序文
ＲＦＩＤ市場の成長と共に、電子タグの使用も増加しているが、ＲＦＩＤ産業の発展に対する実際の障害は、電子タグの価格が依然として高いことであり、一方印刷された電子タグは大きなコスト上の利点を有する。 市場から期待されています。
プリンテッドエレクトロニクス技術は、ソフトエレクトロニクス、有機ディスプレイ、EMI防止、紙の電池およびRFIDで広く使用されています。 その中でも、RFIDパッシブ電子ラベル印刷は最も技術的な問題に直面しています。
印刷プロセス
ＲＦＩＤ受動電子ラベル印刷に使用されるインクは一般に「導電性銀接着剤」として知られている。 印刷中に銀粉材料を使用するために、最近の原材料価格の上昇は銀接着剤の高コストをもたらし、その結果、もともと製造コストの利点を有する電子タグの印刷コストがもたらされた。 コストを一度に削減することはできませんが、長期的には、印刷タイプ電子ラベルは、将来的に低コストの電子ラベルのための最高のソリューションの1つです。
印刷工程では、スクリーン印刷、グラビア印刷、凸版印刷、インクジェットなどの4種類の印刷インキがあります。 印刷プロセスの特性、品質、およびコストも異なります。 印刷基材の特性、電子ラベル印刷の組立工程、および材料特性の組み合わせによって、各電子ラベル印刷に適した製造方法が決まる。
スクリーン印刷
ＲＦＩＤ電子タグの印刷プロセスは、この種の方法の最も一般的な例を採用する。 スクリーン印刷とは、スクリーンの反対側からインクをドクターブレードでスキャンしてスクリーンを通してインクを押すことであり、インクはスクリーン上のパターンに浸透します。 メッシュギャップはプリント基板に接着されている。 スクリーン印刷インキは高い粘度と最大１００μｍの印刷膜厚を有し、一方ＲＦＩＤ電子ラベルはわずか約８〜１２μｍの印刷膜厚を有し、次いでＵＶ、ＩＲ、および熱風により乾燥される。
グラビア印刷
グラビア印刷では、パターンが刻まれた金属板（凹版）を印刷機上の印刷版に固定し、印刷インキを印刷すべき基材に塗布する。 グラビア印刷のインキ粘度はスクリーン印刷インキのそれよりも低い。 インク膜厚制御は最も正確です。 それはまたRFIDの電子ラベル印刷のフィルム厚さの条件を満たすことができ、そして印刷速度はより速く、それは大量印刷生産に非常に適しています。 投資が必要な機器は比較的高価です。
凸版印刷
凸版印刷は、印刷機上で印刷版に取り付けられたパターンを有するゴム厚板（エンボス加工）であり、印刷インキを適用した後に基材に転写される。 凸版印刷のインキ粘度はグラビア印刷のそれよりも低い。 インキ皮膜の厚さは前者のそれよりはるかに薄い。 導電性銀接着剤を印刷するときに遭遇する問題は、克服するのが最も難しい。 ただし、さまざまな問題を解決できる場合は、電子ラベルを直接貼ってください。 段ボール箱への印刷の価格競争力は、前の2つに匹敵するものではありません。
インクジェット印刷
インクジェット印刷技術の開発は過去10年間で新たな技術です。 大型インクジェット印刷装置の印刷精度は最大50μmです。 この技術はまた印刷の過程で直接ＩＣ回路をうまく実現する可能性が最も高い。 しかし、欠点は、印刷速度が遅く、装置およびインクのコストがすべての印刷プロセスの中で最も高く、そしてインク粘度が４つのプロセスの中で最も低く、そして膜厚制御精度が最も高いことである。
導電性銀接着剤インクの特性
現在、導電性銀接着剤の供給元は主にアメリカとヨーロッパの製造業者ですが、アジアには日本と韓国の製造業者があります。 インクの特性は主に銀粉成分であり、銀粉の量はその導電性インピーダンスの特性を決定します。 さらに、銀粉体粒子の直径も耐刷性の均一性を決定するための鍵となる。 市販されているいくつかの導電性銀インクの商業的特性の比較表です。 表から、乾燥焼き付け温度と時間は一般の印刷インキよりも高いことがわかる。 長く、新しく開発された導電性銀接着剤は、低温、速乾性、低エネルギー、および環境に優しいという傾向がある。
基板
電子ラベル印刷プロセスにおいて、最も無視されている部分は電子ラベルの基材です。 一般に、受動電子ラベルの種類は、ＰＶＣ、ＰＥＴ、コート白紙、段ボール紙などにすぎない。しかしながら、それがＵＨＦ帯で使用されることになっている場合、基板材料の誘電率は、大きな影響を与えるであろう。電子タグのRFインピーダンス[5]なので、電子タグアンテナを設計するときはこの要素を考慮する必要があります。
段ボール紙電子ラベルが基材に印刷されると、段ボール紙の毛細管孔は非常に大きくなり、不規則に分布する。 導電性インクが印刷されると、インクは毛細管内に浸透し、その結果、電子タグアンテナのインピーダンスの不均一な分布が生じる。 この現象は周波数が高いほど深刻になります。
産出
この場合、いわゆる利回りは読み取り側によって読み取られるだけでなく、ユーザーはアプリケーションの利回りをより心配します。 これがいわゆる安定した読書距離です。 歩留まりの主な理由は完成品です。 RFインピーダンス 加えて、プリントアンテナの接着、チップパッケージングおよびインク特性は、そのような製品の寿命を決定する際の重要な要素である。
導電性インピーダンス
印刷された電子タグアンテナのRFインピーダンスの特性は、印刷中にインクの固形分がインク中に均一に分布しているかどうか、印刷後の膜厚、および印刷基板の誘電率によって決まります[7]。 印刷業界の誰もが最初の印刷物から最後の印刷物まで、印刷された色の違いやフィルムの厚さにある程度の変化があることを知っています。 基板の品質係数が誘電率の変化に加算されると、２つの変化の間の加算またはオフセットの結果として、電子タグ印刷アンテナのインピーダンスが仕様を超え、製品の不良を引き起こす。 HFに印刷されたパッシブアンテナの影響は比較的小さいですが、これがUHF印刷されたパッシブアンテナで発生した場合、不良品が発生する可能性が高まります。 前の２つのプロセス変数の変化または変化の程度が電子タグアンテナの印刷インピーダンスを仕様を超えさせない場合でも、印刷されたＵＨＦ電子タグは異なる読み取り距離をもたらす可能性がある。
癒着
基材が平滑で硬い材料であると、乾燥後のインキの剥がれが生じやすく、特に半製品や完成品がカールした場合、曲げ応力により乾燥後の膜厚が剥がれたり欠けたりする。ただし、この場合、インク中の樹脂を調整することにより、インクの密着性を向上させることができる。
フィトクリスタルパッケージ
結晶化プロセスの歩留まりは、主に包装された導電性ペーストのＲＦ特性および印刷部品の位置決め精度によって決まる。 一般的に言って、凸版印刷の精度は最悪です。 将来調整可能であれば、工程計画および初期設備建設調整において考慮することができる。 結晶化プロセスの収率を効果的に向上させます。
ライフサイクル
焼き付けおよび乾燥後の銀接着剤は空気中の水分子または硫黄分子と容易に接触するので、印刷された電子ラベルのライフサイクルはエッチング、スタンピングまたは蒸発によって作られた電子ラベルよりも短い。 酸化または加硫が起こり、変色または黒化があります。 そのような印刷された電子タグが海上で出荷される商品に使用される場合、酸化または重水素化現象はより深刻になるでしょう。 アンテナが酸化、重水素化または加硫された後、電子タグのRF性能は層の深さの影響を受けますが、幸いなことに、層の厚さは一定の深さに変わるため、RFインピーダンスは大幅に変化します。 。
結論として
上記４つの印刷方法が受動ＵＨＦ電子ラベル印刷に使用されるとき、コストとプロセス歩留まりは異なる。 グラビア印刷と活版印刷の2つの印刷技術の歩留まりは低いものの、これら2つの技術の製造コストと生産性は異なります。 しかし、それは非常に競争力があり、将来的に導電性インク材料が突破することができれば、結果は完全に変わるでしょう。
さらに、インクジェット印刷のコストは、グラビア印刷および凸版印刷の両方の技術において依然として高いが、設備投資コストを除外すると、インクジェット印刷に使用される導電性インクの価格は、グラビア印刷および活版印刷に使用される導電性インクの価格と同様である。 。 材料ロスが少なく、安定した高歩留まりプロセス特性により、全体の製造コストが最も低くなります。
印刷アンテナの性能は主に、導電性インクの導電性粒子の固形分および印刷フィルムの厚さなどの2つのプロセスパラメータに依存し、2つのパラメータはプロセス歩留まりの結果の74％を制御することができる。これは、印刷されたパッシブ電子タグ技術が優れていることを示しています。 この速度は、導電性インク材料の特性によって大きく影響されるだろう。