一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法
【專利摘要】一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,屬于物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽技術(shù)領(lǐng)域。主要包括以下步驟:(1)對紙基基板進行清洗和表面改性處理;(2)噴刷質(zhì)敏劑,形成天線圖形;(3)在金屬化溶液中浸泡處理,取出,晾干,即在紙基基板上得到電子標(biāo)簽天線。本發(fā)明提供的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法無需蝕刻、無需高溫制程,工藝簡單、實現(xiàn)便捷、成本低,可用于批量化大規(guī)模生產(chǎn);本發(fā)明所制得的金屬層致密均勻,金屬線條精度高,可適應(yīng)于不同頻段天線的制備;本發(fā)明技術(shù)方案所使用的金屬化溶液可循環(huán)利用,紙基基板可自然降解,具有良好的環(huán)境相容性。
【專利說明】
一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于物聯(lián)網(wǎng)電子標(biāo)簽技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無線射頻識別(Rad1 Frequency Identificat1n,簡稱RFID)技術(shù)是一種基于無線射頻通信的非接觸式自動識別技術(shù),可實現(xiàn)快速掃描、非可視識別、移動識別、多目標(biāo)識另Ij、定位及長期跟蹤管理。由于識別工作無需人工干預(yù),可自由工作在各種惡劣環(huán)境下,且讀取速度快,讀取信息安全可靠,因此RFID技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景,已被應(yīng)用于零售、物流管理、人員管理、食品藥品管理、安全生產(chǎn)管理等領(lǐng)域。
[0003]RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽、讀寫器、中間件軟件、傳輸網(wǎng)絡(luò)與管理系統(tǒng)等構(gòu)成,其中,電子標(biāo)簽主要由標(biāo)簽芯片以及標(biāo)簽天線組成,利用電磁反向散射耦合或電感耦合完成與讀寫器之間的通信。標(biāo)簽天線通過接收射頻能量激活標(biāo)簽芯片,是標(biāo)簽芯片與讀寫器進行信息傳遞的重要橋梁,其生產(chǎn)成本直接決定了電子標(biāo)簽的實際應(yīng)用。
[0004]目前,標(biāo)簽天線的制造工藝主要包括刻蝕工藝、絲網(wǎng)印刷工藝和銅線繞制工藝??涛g工藝是目前制造標(biāo)簽天線的主要方法,該方法首先在天線的基板上層壓一層金屬,并在金屬上涂覆一層感光膠,用一個帶天線形狀的正片對箔片層進行曝光,洗掉感光膠的光照部分顯露出其下的金屬,將這些金屬蝕刻溶解掉,留在基板上的即為天線。刻蝕工藝雖然可以制造電阻小、可靠性高的標(biāo)簽天線,但其浪費了大量的原材料,成本高,工藝復(fù)雜,且會產(chǎn)生大量廢水,污染大。絲網(wǎng)印刷工藝是直接利用導(dǎo)電油墨在絕緣基材上印刷導(dǎo)電線路,經(jīng)高溫固化后形成RFID標(biāo)簽天線。該工藝制造的天線電阻率較大、均勻性較差且成本高。銅線繞制工藝是通過將銅絲繞制成標(biāo)簽線圈并熱壓固定,從而得到標(biāo)簽天線,該工藝成本高、生產(chǎn)效率較低且天線形狀受限。
[0005]通常制造天線所用基材有聚酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰亞胺(PI)和PCB等,這些基材成本較高,且自然環(huán)境下降解周期長,不利于環(huán)保。紙基基材的使用可以大幅降低電子標(biāo)簽的制造成本,同時對環(huán)境污染小。然而紙基基材的表面粗糙度大,且具有疏松多孔的結(jié)構(gòu),這使得在其表面難以形成高質(zhì)量的標(biāo)簽天線用金屬層。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出了一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法。本發(fā)明首先對所用紙基基材進行表面改性處理,隨后噴印質(zhì)敏劑形成天線圖案,最后采用化學(xué)鍍的方法沉積金屬層,得到電子標(biāo)簽天線。本發(fā)明方法工藝簡單、成本低,所制備的金屬層致密均勻、金屬線條精度高,且對環(huán)境無污染,適合批量化大規(guī)模生產(chǎn)。
[0007]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明采取的技術(shù)方案具體包括以下步驟:
[0008](I)依次對紙基基板進行清洗和表面改性處理;
[0009](2)在步驟I處理后得到的紙基基板上噴刷質(zhì)敏劑,形成天線圖形;
[0010](3)將步驟2處理后得到的帶天線圖形的紙基基板在金屬化溶液中浸泡處理,取出,晾干,即在紙基基板上得到電子標(biāo)簽天線。
[00?1 ]進一步地,步驟I所述紙基基板為相紙、硫酸紙、特斯林紙等,其厚度為10ym?500
μ??ο
[0012]進一步地,步驟I所述對紙基基板進行清洗處理的具體過程為:在溫度為10?40°C、頻率為30?40ΚΗΖ、功率為250?500W的超聲條件下,用去離子水清洗I?5分鐘,晾干。
[0013]進一步地,步驟I所述對紙基基板進行表面改性處理的具體過程為:將清洗晾干后的紙基基板在20?40 0C的表面改性處理劑中浸泡I?1min,取出晾干;所述表面改性處理劑溶液的溶劑為去離子水,溶質(zhì)為3丨02、他25203、!1(:1、謂1104、311(:12、(:11(勵3)2、他:^03、101550(硅烷偶聯(lián)劑)、NaOH中的一種或多種,所述表面改性處理劑中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為0.01?0.20mol/L。
[0014]進一步地,步驟2所述在紙基基板上噴刷質(zhì)敏劑時采用的噴刷設(shè)備為噴墨打印機、平板印刷機等打印液體類墨水設(shè)備,噴刷時墨水飽和度設(shè)置為80%?100%。
[0015]進一步地,步驟2所述的質(zhì)敏劑,其中的溶質(zhì)為可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽、可溶性銀鹽、可溶性鈀鹽中的一種,溶劑為去離子水、正丙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇、無水乙醇、甲醇、苯甲醇、聚乙二醇、聚丙二醇、脂肪醇等中的一種或多種。
[0016]進一步地,步驟2所述質(zhì)敏劑中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為0.05moVL?0.45mol/L,具有催化金屬化溶液中金屬離子沉積的作用。
[0017]進一步地,步驟2所述的質(zhì)敏劑的粘度為I?5mPa.s(25°C ),表面張力為25?35mN/m(25°C)o
[0018]進一步地,步驟3所述金屬化溶液包括金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑和pH值調(diào)節(jié)劑,所述金屬鹽為可溶性銅鹽、可溶性鐵鹽、可溶性錫鹽等;所述還原劑主要包括甲醛、硼氫化鈉、水合肼和次磷酸鈉等,可將金屬化溶液中的金屬離子還原為金屬從而沉積在噴刷有天線圖形的紙基基板上;所述絡(luò)合劑主要包括酒石酸鹽、乙二胺四乙酸二鈉、檸檬酸鹽、三乙醇胺、環(huán)乙二胺四乙酸或乙二胺、四羥丙基乙二胺等,可使金屬離子成為絡(luò)合離子狀態(tài),有利于細化晶粒,調(diào)控沉積速率并提高金屬化溶液的穩(wěn)定性;所述穩(wěn)定劑包括聯(lián)吡啶、三吡啶、硫脲等,可提高金屬化溶液的穩(wěn)定性;所述PH值調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或醇胺類物質(zhì)中的一種或幾種,用以將金屬化溶液的pH值調(diào)節(jié)至11?14。
[0019]進一步地,步驟3所述在金屬化溶液中浸泡處理的具體過程為:在溫度為25?45°C的金屬化溶液中浸泡5?25min。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:(I)采用本發(fā)明方法對紙基基板進行前處理后可在基板表面發(fā)生抑合反應(yīng)生成阻隔層,阻隔質(zhì)敏劑在疏松多孔的紙基基板表面擴散及滲透;同時前處理溶液可與質(zhì)敏劑發(fā)生反應(yīng)生成具有催化活性的金屬粒子,提高質(zhì)敏劑活性,使制得的金屬層表面致密均勻;(2)本發(fā)明提供的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法無需蝕刻、無需高溫過程,工藝簡單、實現(xiàn)便捷、成本低,可用于批量化大規(guī)模生產(chǎn);(3)本發(fā)明所制得的金屬層致密均勻,金屬線條精度高,可適應(yīng)于不同頻段天線的制備;(4)本發(fā)明技術(shù)方案所使用的金屬化溶液可循環(huán)利用,紙基基板可自然降解,具有良好的環(huán)境相容性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線制造方法的流程圖;
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1得到的標(biāo)簽天線的實物圖;
[0023]圖3為本發(fā)明實施例1和對比例得到的標(biāo)簽天線的SEM圖;(a)為實施例1標(biāo)簽天線的SEM圖,(b)為對比例標(biāo)簽天線的SEM圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明,而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0025]實施例1
[0026]—種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,包括以下步驟:
[0027]步驟1:將1cmX 1cm大小的特斯林紙放入500mL去離子水中,在頻率為40KHz、功率為500W、室溫條件下超聲清洗3min,取出后采用去離子水沖洗,晾干;
[0028]步驟2:將Ig SnCl2、12mL HC1(濃度為37% )溶于10mL去離子水中,攪拌混合均勻,得到表面改性處理劑;室溫下,將步驟I清洗晾干后的特斯林紙在上述表面改性處理劑中浸泡1min,取出,晾干;
[0029]步驟3:將7.5g硝酸銀加入30mL去離子水中,攪拌溶解后,再依次加入20mL乙醇、16mL乙二醇、16mL正丙醇、62mL丙三醇,得到質(zhì)敏劑,所述質(zhì)敏劑的粘度為2.5mPa.s,表面張力為31mN/m(25°C);然后將上述配制得到的質(zhì)敏劑加入平板印刷機的墨盒中,通過噴刷的方式在步驟2處理后得到的特斯林紙上形成含質(zhì)敏劑的天線圖形;
[0030]步驟4:將8g硫酸銅、5g乙二胺四乙酸二鈉、24g酒石酸鉀鈉、1g氫氧化鈉、12mL甲醛、5mL聯(lián)吡啶依次分別加入IL去離子水中,攪拌溶解,得到金屬化溶液;將步驟3處理后得到的帶天線圖形的特斯林紙在上述配制得到的金屬化溶液中、41°C條件下浸泡15min,取出后采用去離子水清洗,干燥,即可得到具有高精度線條圖形的RFID電子標(biāo)簽天線(如圖2所示)。
[0031]實施例2
[0032]—種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,包括以下步驟:
[0033]步驟1:將15 X 15cm大小的特斯林紙放入500mL去離子水中,在頻率為30KHz、功率為300W、溫度為35°C條件下超聲清洗5min,取出后采用去離子水沖洗,晾干;
[0034]步驟2:將5mL KH550(硅烷偶聯(lián)劑)、6g Na2S203、3g NaOH溶于50mL去離子水中,攪拌混合均勻,得到表面改性處理劑;將步驟I清洗晾干后的特斯林紙在溫度為40°C的上述表面改性處理劑中浸泡5min,取出,晾干;
[0035]步驟3:將8g氯化鈀加入40mL去離子水中,攪拌溶解后,再依次加入5mL乙醇、1mL異丙醇,14mL聚乙二醇、50mL丙三醇,得到質(zhì)敏劑,所述質(zhì)敏劑的粘度為3mPa.s,表面張力為30mN/m(25°C);然后將上述配制得到的質(zhì)敏劑加入平板印刷機的墨盒中,通過噴刷的方式在步驟2處理后得到的特斯林紙上形成含質(zhì)敏劑的天線圖形;
[0036]步驟4:將8g硫酸銅、1mL三乙醇胺、15g四羥丙基乙二胺、14g氫氧化鉀、9.6mL甲醛、SmL聯(lián)吡啶依次分別加入IL去離子水中,攪拌溶解,得到金屬化溶液;將步驟3處理后得到的帶天線圖形的特斯林紙在上述配制得到的金屬化溶液中、40 °C條件下浸泡20min,取出后采用去離子水清洗,干燥,即可得到制造完成的RFID電子標(biāo)簽天線。
[0037]對比例
[0038]—種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,包括以下步驟:
[0039]步驟1:將1cmX 1cm大小的特斯林紙放入500mL去離子水中,在頻率為40KHz、功率為500W、室溫條件下超聲清洗3min,取出后采用去離子水沖洗,晾干;
[0040]步驟2:將7.5g硝酸銀加入30mL去離子水中,攪拌溶解后,再依次加入20mL乙醇、16mL乙二醇、16mL正丙醇、62mL丙三醇,以用于調(diào)節(jié)溶液的表面張力和粘度,得到質(zhì)敏劑,所述質(zhì)敏劑的粘度為2.5mPa.s,表面張力為31mN/m(25°C);然后將上述配制得到的質(zhì)敏劑加入平板印刷機的墨盒中,通過噴刷的方式在步驟I清洗晾干后的特斯林紙上形成含質(zhì)敏劑的天線圖形;
[0041 ] 步驟3:將8g硫酸銅、5g乙二胺四乙酸二鈉、24g酒石酸鉀鈉、1g氫氧化鈉、12mL甲醛、5mL聯(lián)吡啶依次分別加入IL去離子水中,攪拌溶解,得到金屬化溶液;將步驟2處理后得到的帶天線圖形的特斯林紙在上述配制得到的金屬化溶液中、41°C條件下浸泡15min,取出后采用去離子水清洗,干燥,即可得到制造完成的RFID電子標(biāo)簽天線。
[0042]圖3分別為實施例1和對比例得到的標(biāo)簽天線的SEM圖,由圖3可知,本發(fā)明實施例1的紙基基板經(jīng)過表面改性處理,所得標(biāo)簽天線的金屬層致密、均勻且連續(xù)覆蓋于紙基材表面;對比例中的紙基基板未經(jīng)表面改性處理,所得標(biāo)簽天線的金屬層中存在明顯孔洞,膜層覆蓋不均勻。
【主權(quán)項】
1.一種紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,包括以下步驟: 步驟1:對紙基基板進行清洗和表面改性處理; 步驟2:在步驟I處理后得到的紙基基板上噴刷質(zhì)敏劑,形成天線圖形; 步驟3:將步驟2處理后得到的帶天線圖形的紙基基板在金屬化溶液中浸泡處理,取出,晾干,即在紙基基板上得到電子標(biāo)簽天線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟I所述紙基基板為相紙、硫酸紙或特斯林紙,厚度為10Mi?500μηι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟I所述對紙基基板進行表面改性處理的具體過程為:將清洗晾干后的紙基基板在20?40°C的表面改性處理劑中浸泡I?1min,取出晾干;所述表面改性處理劑的溶劑為去離子水,溶質(zhì)為5102、他23203、11(:1、謂1104、311(:12、01(勵3)2、恥23103、101550、恥0!1中的一種或多種,所述表面改性處理劑中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為0.01?0.20mol/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟2所述質(zhì)敏劑中溶質(zhì)為可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽、可溶性銀鹽、可溶性鈀鹽中的一種,溶劑為去離子水、正丙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇、無水乙醇、甲醇、苯甲醇、聚乙二醇、聚丙二醇、脂肪醇中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟2所述質(zhì)敏劑中溶質(zhì)的物質(zhì)的量濃度為0.05mol/L?0.45mol/L。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟2所述質(zhì)敏劑的粘度為I?5mPa.s,表面張力為25?35mN/m。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟2所述在紙基基板上噴刷質(zhì)敏劑時采用的噴刷設(shè)備為噴墨打印機或平板印刷機。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟3所述金屬化溶液包括金屬鹽、絡(luò)合劑、還原劑、穩(wěn)定劑和PH調(diào)節(jié)劑,所述金屬鹽為可溶性銅鹽、可溶性鐵鹽或可溶性錫鹽;所述還原劑為甲醛、硼氫化鈉、水合肼或次磷酸鈉;所述絡(luò)合劑為酒石酸鹽、乙二胺四乙酸二鈉、檸檬酸鹽、三乙醇胺、環(huán)乙二胺四乙酸、乙二胺、四羥丙基乙二胺中的一種或幾種;所述穩(wěn)定劑為聯(lián)吡啶、三吡啶、硫脲中的一種或幾種;所述pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀或醇胺類物質(zhì)中的一種或幾種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紙基射頻識別電子標(biāo)簽天線的制造方法,其特征在于,步驟3所述在金屬化溶液中浸泡處理的具體過程為:在溫度為25?50 0C的金屬化溶液中浸泡5?25min0
【文檔編號】G06K19/077GK105976010SQ201610288479
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】陳金菊, 鄭鑫, 馮哲圣, 王焱, 郭宏
【申請人】電子科技大學(xué)