一、前言
　　目前，采用導電油墨印刷RFID標簽天線主要應用絲網(wǎng)或凹版印刷方式進行設計制造， RFID標簽天線對其導電率的要求越來越高，往往需要導電油墨中含有較高的金屬顆粒含量。在固液比較高的情況下，絲網(wǎng)印制具有均勻致密、表面光滑、分辨率高的天線線路，但研究印刷工藝參數(shù)對標簽天線電學性能的研究國內(nèi)還不多見，是目前采用印刷方式生產(chǎn)標簽天線的企業(yè)所面臨的一個難題。為了確定關鍵參數(shù)進行工藝改進，有必要對導電油墨印刷過程中各環(huán)節(jié)工藝與性能關系進行仔細分析。本文采用含銀導電油墨和絲網(wǎng)印刷的方式印制標簽天線，并剖析導電油墨和絲網(wǎng)印刷的關鍵參數(shù)對該工藝過程的影響。
　　二、導電油墨絲網(wǎng)印刷方式的選擇
　　絲網(wǎng)印刷一般分為接觸式和非接觸式印刷兩種，在接觸式印刷中基板直接與絲網(wǎng)接觸，刮板在絲網(wǎng)上移動時，不會使絲網(wǎng)傾斜和變形；非接觸式印刷，絲網(wǎng)和基板之間有一固定的距離，刮板推動漿料流過絲網(wǎng)時，使絲網(wǎng)傾斜，并與基板接觸，印出圖形，由于印刷后絲網(wǎng)即反彈回位，不會將印刷圖案蹭模糊。為獲得良好的印刷質(zhì)量避免蹭臟，一般采用非接觸式印刷作為導電標簽印刷方式，圖一為非接觸式印刷的過程示意圖。
　　圖一 非接觸式印刷的過程示意圖
　　三、絲網(wǎng)印刷墨層厚度的計算
　　目前，能應答器線圈的墨層厚度一般為6μm以上，線圈導線之間的間隙根據(jù)應答器規(guī)格而定，小規(guī)格應答器是發(fā)展趨勢。絲網(wǎng)印刷的墨層厚度從4μm～70μm不等，可調(diào)范圍廣，是目前印刷RFID應答器線圈的技術(shù)。在網(wǎng)目調(diào)絲網(wǎng)印刷中，墨層厚度的控制占有重要地位。
　　按照透墨量的內(nèi)涵不同，可將透墨量分為兩種，即理論透墨量和實際透墨量。
　　1.理論透墨量
　　理論透墨量是指由絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)所決定的單位面積內(nèi)透過絲網(wǎng)網(wǎng)孔油墨的總量。由于理論透墨量是由絲網(wǎng)的技術(shù)參數(shù)所決定的，絲網(wǎng)的基本技術(shù)參數(shù)包括絲徑、目數(shù)和絲網(wǎng)厚度，其它的參數(shù)都可以通過這幾個參數(shù)計算得到。
　　所以理論透墨量的函數(shù)表達式可以寫成如下形式，即：
　　                               （1）
　　其中，為理論透墨量，單位cm3/m2，為絲網(wǎng)目數(shù)，單位目/cm，為絲網(wǎng)的絲徑，單位為μm，為絲網(wǎng)厚度，單位為μm。圖二為絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)示意圖。
　　圖二 絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)示意圖
　　從上面的分析可以看出，絲網(wǎng)的目數(shù)是決定理論透墨量的主要因素，如果能找出絲網(wǎng)目數(shù)與理論透墨量的對應關系，就可以基本上確定理論透墨量的大致范圍。
　　決定絲網(wǎng)印刷墨層厚度Thv的關鍵因素是絲網(wǎng)開口的透墨量G。透墨量的大小與絲網(wǎng)網(wǎng)孔的體積V成正比。而絲網(wǎng)網(wǎng)孔體積V主要由絲網(wǎng)目數(shù)M決定，如圖三所示。
　　圖三 絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)
　　絲網(wǎng)目數(shù)M是指單位長度內(nèi)的網(wǎng)孔數(shù)量，網(wǎng)孔邊長L為：
　　                       （2）
　　網(wǎng)孔面積                  （3）
　　靜態(tài)時，絲網(wǎng)厚度t近似為：
　　                                  （4）
　　因此，網(wǎng)版靜態(tài)時，一個絲網(wǎng)網(wǎng)孔的透墨量G也即絲網(wǎng)網(wǎng)孔的體積V，其值約為：
　　             （5）
　　油墨轉(zhuǎn)移到承印材料表面，則承印材料上的墨層厚度Thv近似為透墨量/面積：
　　                   （6）
　　目前，絲網(wǎng)網(wǎng)版的絲線直徑zui小為30μm。一般來說，絲網(wǎng)目數(shù)M越小，絲網(wǎng)的絲線直徑d相應增大。因此，從公式（6）可見：理論計算的油墨層厚度Thv應隨絲網(wǎng)網(wǎng)版的目數(shù)增大而減小。
　　2.實際透墨量
　　由于影響透墨量的因素比較復雜，除了絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)外，在印刷中還有其他因素也會對透墨量產(chǎn)生較大影響，所以，通常把印刷中在一定印刷條件下所獲得的透墨量稱為實際透墨量。絲網(wǎng)印刷實際墨層厚度由絲網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和實際印刷條件共同影響決定。所以，絲網(wǎng)印刷的墨層厚度是絲網(wǎng)技術(shù)參數(shù)和印刷加工條件的函數(shù)。即：
　　                       （7）
　　其中：Thv-絲網(wǎng)印刷的墨層厚度；M-絲網(wǎng)目數(shù)；m-絲網(wǎng)材料；δ-網(wǎng)孔形狀；θ-刮板角度；ξ-刮板硬度；τ-油墨黏度；α-上墨量；ρ-印刷壓力；ν-印刷速度；ε-印刷環(huán)境。如圖四所示，當印刷壓力增大，絲網(wǎng)網(wǎng)版壓縮，圓形絲線變成橢圓形。
　　圖四 絲網(wǎng)網(wǎng)版受壓變形示意圖
　　刮板的硬度也會影響網(wǎng)版上的透墨量。通常刮板材料的硬度應選擇在肖氏硬度60度左右為好。而刮板在版面上的刮印角度越大，透墨量越少，刮印角越小，透墨量就越大。刮板與印版的夾角一般平面印刷時刮印角度70度左右為宜，曲面印刷時刮印角在50度左右為宜。刮板的移動速度也就是絲網(wǎng)印刷速度，刮板移動速度對油墨的轉(zhuǎn)移量以及對油墨轉(zhuǎn)移的均勻程度都有一定的影響。刮板移動速度越快，透墨量越少；反之，透墨量越多。一般來說，當絲網(wǎng)網(wǎng)版繃緊后網(wǎng)孔的體積比靜態(tài)時縮小15%，在正常印刷條件下網(wǎng)版變形后的網(wǎng)孔體積又縮小15%左右，因此，網(wǎng)版上實際墨層厚度比理論墨層厚度減少25%左右。
　　3.論證絲網(wǎng)網(wǎng)版目數(shù)與墨層厚度的關系
　　針對以上分析得出的結(jié)論，本實驗采用某平面絲網(wǎng)印刷機，聚酯絲網(wǎng)網(wǎng)版，刮板硬度為肖氏60度，刮板角度650，刮板移動速度為4米/分鐘，導電油墨的黏度為90pa.s，在其他印刷加工條件相同的情況下，僅改變絲網(wǎng)網(wǎng)版目數(shù)，測量墨層厚度，分析墨層厚度H與網(wǎng)版目數(shù)n之間的關系，找出不同絲網(wǎng)目數(shù)（從10T目/inch到700T目/inch）所對應的理論透墨量見表1，發(fā)現(xiàn)兩者之間存在良好的相關性，并繪制出其關系曲線，如圖五所示。
　　表1 RFID標簽天線的印刷制造工藝參數(shù)
　　圖五 絲網(wǎng)目數(shù)與理論透墨zui關系曲線
　　分析這一曲線，可發(fā)現(xiàn)存在以下規(guī)律：
　?、匐S著絲網(wǎng)目數(shù)的增加，其理論透墨量相應減小。
　　②當絲網(wǎng)目數(shù)為低目數(shù)（10～50T目/inch）時，即曲線的1～2段，隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增加，理論透墨量急劇下降，其理論透墨量從40μm下降到20μm，說明絲網(wǎng)目數(shù)對理論透墨量的影響非常之大。在這種情況下，選擇絲網(wǎng)目數(shù)時應該特別慎重。
　?、郛斀z網(wǎng)目數(shù)為中低目數(shù)（50T～200T目/inch）時，即曲線的2～3段，隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增加理論透墨量相應下降，理論透墨量從20μm下降到12μm，說明絲網(wǎng)目數(shù)對理論透墨量的影響有所緩解。
　?、墚斀z網(wǎng)為中高目數(shù)（200T～450T目/inch）時，即曲線的3～4段，隨著絲網(wǎng)目數(shù)的增加，理論透墨量稍有下降，其理論透墨量從12μm下降至8μm。
　　⑤當絲網(wǎng)目數(shù)為高目數(shù)450～700T目/inch時，即曲線4～5段，墨層厚度Thv變化很小，從8μm降低到7μm，幾乎可以認為是不變化的。說明絲網(wǎng)目數(shù)對理論透墨量的影響更趨于平緩。因此，在這個范圍內(nèi)選擇絲網(wǎng)時，應盡量選擇較低目數(shù)的絲網(wǎng)。
　　由于RFID應答器線圈在整個導線范圍內(nèi)均勻性要求都很高，筆者用聚酯絲網(wǎng)網(wǎng)版進行了大量的實驗印刷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低于200目/inch的絲網(wǎng)網(wǎng)版印刷得到的線圈粗糙，不能滿足RFID的工作要求。采用250目/inch的絲網(wǎng)網(wǎng)版、高質(zhì)量的導電油墨，印刷得到的線圈墨層厚度精度能滿足RFID的工作要求。