浅谈RFID电子标签及卷到卷电子标签生产线

引言

电子标签是RFID系统的核心，也是关键。如何提高电子标签生产速度、降低电子标签成本是RFID业内人士普遍关心的问题。柔性电子标签具有成本低并可在卷到卷电子标签生产线上实现高速生产的特点，所以RFID对电子标签的大量需求主要来源于柔性电子标签的生产。

1RFID技术及应用

RFID即无线射频识别技术，它的基本原理是将电子标签附着在被标识物上，通过读写器对电子标签以无接触的方式读取或写入信息。识别工作无须人工干预，可识别高速运动的物体，并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

最基本的RFID系统由三部分组成：其一是标签(Tag)，主要由芯片及标签天线组成，每个标签具有唯一的电子编码；其二是读写器(Reader)，读取或写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；其三是天线(Antenna)，用于在标签和读取器间传递射频信号。

RFID技术与互联网、数据库、通信等技术相结合，可广泛应用于物流、制造、交通管理、军事应用、公共信息服务等领域，并可实现全球范围内物品跟踪与信息共享，从而大幅度提高管理和运作效率、降低成本、提升社会信息化水平。随着RFID技术的不断完善，RFID的应用将随处可见。

2电子标签的组成

RFID电子标签通常由芯片、标签天线和外部包封材料组合而成。

2.1电子标签天线

电子标签天线一般由基材加金属电路组成。电子标签天线的种类很多，常用的有如图1所示的FR-4基材的PCB硬板标签天线以及如图2所示的PET基材加铝箔电路的柔板标签天线。本文主要介绍PET基材加铝箔电路的柔板标签天线。

2.2电子标签芯体

将芯片键合(电连)到天线的馈点上就构成了电子标签的芯体(Inlay),芯体是电子标签的半成品。芯片键合工艺主要有锡焊、线绑(WireBind)和倒封装(FlipChip)。

图2  PET柔板标签天线

线绑是指用打金线方式将芯片和天线馈点键合在一起的工艺。线绑主要由贴片、打金线、点胶、烘烤等工序组成。线绑工艺生产效率低，不适合电子标签大规模高速生产。

倒封装是指用ACP各向异性导电胶将芯片和天线馈点键合在一起的工艺。倒封装主要由在天线馈点上点胶、翻转贴片、热压固化等工序组成。图3所示是倒封装工艺示意图。

图3  倒封装示意图

2.3RFID电子标签

将电子标签芯体包封在不同材料中就构成了RFID电子标签成品。电子标签的包封形式有很多种，常用的有如图4所示的PVC层压注塑包封、如图5所示的PVC盒封以及如图6所示的柔性包封等。柔性包封是指用带不干胶的面层材料(多数为铜版纸)和带转移胶的底层离型纸将Inlay包封并模切成即时贴电子标签(又称柔性电子标签)的包封形式。

3卷到卷电子标签生产线

3.1电子标签封装工艺及卷到卷电子标签生产线

根据电子标签的组成方式，可将电子标签的封装工艺分为前道封装和后道封装两部分。前道封装是指将标签芯片键合到天线馈点上构成电子标签芯体的过程；后道封装是指将电子标签芯体包封在不同材料中构成成品的电子标签生产过程。其工艺过程如图7所示。

图7  电子标签封装工艺

卷到卷电子标签生产线是指从原料卷到产品卷无间断生产电子标签的设备。它只适用于柔性材料高速生产柔性电子标签。根据电子标签的封装工艺特点，自动化生产线分为前道倒封装电子标签Inlay生产线和后道层合模切电子标签生产线。现在RFID行业内倒封装电子标签Inlay生产线主要有德国Muehlbauer、奥地利Datacon等厂家的设备；层合模切电子标签生产线主要有德国Bielomatik、德国MELZER等厂家的设备。

3.2倒封装电子标签Inlay生产线

前道倒封装电子标签Inlay生产线包括天线卷进料、点ACP胶、翻转贴芯片、热压固化、测试、Inlay收卷等工艺流程,其生产线流程图如图8所示。倒封装主要有三个参数：温度、压力和时间，这三个参数决定了产品的质量和生产效率。倒封装工艺具有高效率、低成本、高可靠性的特点，因此非常适合高速生产线大批量生产柔性电子标签Inlay。

好的倒封装电子标签Inlay生产线，要求点胶量和点胶位置控制精准，倒装贴片精准，热压参数易调且能保持稳定，测试准确无误，全程防静电保护，全程防护芯片受压损坏功能，整个系统协调且高速运行，每条线每小时生产Inlay在1万枚以上，成品率在99.7%以上。

3.3层合模切电子标签生产线

后道层合模切电子标签生产线包括Inlay、面层材料、转移胶三卷材料进料、层合、模切、测试、电子标签收卷等工艺流程。图9所示是层合模切电子标签生产线流程图。

好的层合模切电子标签生产线，要求每卷材料的张力可独立调节，层合时套位精准，模切精准并可自动纠偏，测试准确无误，全程防静电保护，全程防护芯片受压损坏功能，整个系统协调且高速运行，每条线每小时生产电子标签在3万枚以上，成品率在99.7%以上。

卷到卷电子标签生产线生产RFID电子标签速度高、稳定性好、生产成本低，可满足市场上对RFID电子标签的海量需求。用卷到卷电子标签生产线高速大批量生产柔性电子标签是目前国际国内普遍采用的生产方式。

4几点经验

4.1电子标签品质检测指点

标签生产完成后可对标签做下列抽检试验，以判断标签的品质：用读写器测试标签能否正常读写数据；用标签测试仪测试标签性能好坏;用显微镜观察芯片外观及与天线键合是否良好；用万用表测试天线馈点两端正反向电阻，判断芯片与天线的电连是否可靠；用推力计测试芯片与天线的粘接强度;用卷绕机测试标签耐弯折能力；用高低温老化测试标签环境适应能力。

4.2层合模切设备轮转模切磁性辊分度圆周长计算方法

现以下面案例来计算层合模切设备轮转模切磁性辊分度圆周长。若已知某标签跳距要求为36.674mm，参见图10,求所需轮转模切磁性辊的分度圆周长。

图10  标签跳距

为计算方便，先列出各参数代号设置:

齿数Z(为整数)，估算(estimate)齿数Ze；

分度圆周长C,估算周长C*；

分度圆齿距P(P=3.175)；

刀模一周内排列个数N(为整数)，估算个数Ne；

刀模(knife)跳距Dk；

标签(label)跳距Dl。

磁性辊设计应满足的条件：0.03mmWDk-DlW0.08mm；

已知：C=ZxP,Dk=C+N,Dl=36.674mm；

设：分度圆参考周长Ce0=500mm。

计算：

Ne=Ce0+DL=500+36.674=13.634(取N=14)

Ce=DLxN=36.674x14=513.436mm

Ze=Ce+P=513.436+3.175=161.712齿(取Z=162齿)

C=ZxP=162x3.175=514.35mm

验证：

Dk=C+N=514.35+14=36.739mm

Dk-Dl=36.739-36.674=0.065mm

可见其满足：0.03mmWDk-DlW0.08mm。

所以，分度圆周长为514.35mm(齿数为162齿)的磁性辊可以满足标签跳距为36.674mm的标签生产要求。

5结语

本文介绍了RFID电子标签的组成和封装工艺，着重介绍了柔性电子标签的生产工艺及卷到卷电子标签生产线的功能模块和生产流程，并指出好的生产线应具备的条件。本文介绍的电子标签品质检测指点和磁性辊分度圆周长计算方法均对电子标签应用和生产有指导意义。

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