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印刷电子市场给柔印带来新机遇

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-31  浏览次数:254

印刷电子市场前景广阔

印刷技术在电子产品的制造过程中已被广泛使用,能以最经济的方式在电子器件的制造中形成功能涂层。采用网印工艺印刷银浆、铜浆和碳浆导电油墨,已成为印刷电容器、电路板等电子器件的一种成熟技术。但是,近年来随着印刷电子技术的不断发展,其应用早已超出了普通电子元器件的范围,人们更加期望能够用印刷电子技术来取代半导体工业当前所采用的成本高昂的蚀刻技术,并能够创造出全新的电子产品。RFID标签印制技术的发展,无疑是这一技术领域应用的最好例证。

在印刷电子市场中,RFID标签是最重要的组成部分。RFID标签在物流管理、生产流程监控、食品和药品安全追踪等领域大显身手。RFID标签用于零售商品包装,能有效解决零售商店中商品断货和顾客排队等候结账的问题,它所带来的方便、高效的消费模式令人期待,但相对较高的成本却成为其在零售业推广普及的瓶颈。零售商品包装上采用的是被动式RFID标签,其天线制作的传统方法主要是铜丝绕制法和蚀刻法,如今人们将印刷技术引入到RFID标签的天线制作中,希望借助印刷型RFID标签的普及应用,大幅降低RFID标签的成本,使其能够应用于更多的、价格更便宜的商品上。

几乎各种印刷工艺都可以用来印制RFID标签,但目前占主导地位的是网印工艺和喷墨印刷工艺。除上述两种印刷工艺之外,平版胶印和柔印在RFID标签印制中也逐渐占有越来越多的份额。据估计,用于印刷电子产品的传统印刷设备(不包括网印)的数量在未来几年将有极大的增长,其中大部分是胶印机和柔印机,也有一定数量的凹印机。

占主导地位的网印和喷墨印刷工艺

网印是采用刮板刮压导电油墨,使其透过网版上的网孔转移到承印材料上。网印在集成电路板和薄膜开关的印制中可以获得其他印刷方式无法比拟的印刷质量,但在RFID标签的天线印刷中,由于不同工作频率的天线线圈对应不同的圈数和截面厚度(如HF系统的工作频率为13.56MHz,通常要求线圈圈数为6,线圈截面厚度约为20μm;而UHF系统的工作频率为868MHz和950MHz,要求线圈截面厚度约为4μm),所以RFID标签的天线印刷对墨层厚度和精度都有严格要求。由于网印自身的工艺特点,人们认为其难以达到RFID标签天线对印刷精度的严格要求,而普通的网印机也难以满足大批量印刷对印刷速度的要求。据报道,采用网印工艺印刷天线时,最好选用溶剂型导电油墨,使用由镍箔钻孔制成的箔网,网孔宜选用六角形,并选择适宜的油墨干燥条件,以利于导电油墨的转移和印刷线圈图形轮廓的精确成型。此外,轮转网印设备的研制和应用也有利于提高印刷速度。

喷墨印刷工艺之所以能够应用于印刷电子领域,特别是RFID标签的天线印刷,主要是由于该工艺印刷精度高,材料损耗低,可以精确控制墨膜厚度,但喷墨印刷速度慢,设备和油墨的成本高昂,这也是不争的事实。此外,喷墨印刷工艺也不适于大批量印刷电子产品的生产。

探寻发展机遇的平版胶印工

几十年来,平版胶印工艺一直都是印刷技术竞技场上的巨无霸,如今仍然统治着出版及商业印刷领域。虽然平版胶印在包装印刷领域也有一定的影响力,但是近年来凹印工艺的地位越来越重要,柔印工艺的竞争也不容忽视。然而平版胶印所具有的高生产效率确实是印刷电子工业的未来目标所在,所以平版胶印在印刷电子领域还有很大的发展机遇。

因为要补偿其在高速印刷机上所受到的高剪切力的作用,故平版胶印油墨的黏度较高,这也成为该印刷工艺固有的缺点。为了获得如此高的油墨黏度,平版胶印油墨的配方中需要加入大量的高分子树脂,这些树脂成分是不导电的,在油墨干燥后常常要留在承印物表面上,从而影响墨层的导电性。同时,平版胶印油墨中还含有多种用于改善油墨印刷适性的添加剂,这些成分的存在也会导致印刷过程中出现问题。此外,由于平版胶印是间接印刷方式,墨层薄,因而可以获得高品质的图文复制效果,这一特点在某些电子产品的制作中可以算作是胶印方式的优点,但在构建功能性装置和电子元器件时,如此超薄的印刷墨层反而又成为该印刷工艺的一大缺点。

但是,平版胶印的上述特点并不意味着该印刷工艺永远不能用于印刷电子领域。像知名的胶印机制造商曼罗兰公司,就积极地致力于印刷电子领域,特别是RFID标签领域的研究。该公司认为,就如同四色印刷要通过四色油墨的叠印来完成一样,也可以用相似的分阶段印刷方式来印刷电子产品,以获得所需要的墨层厚度。但曼罗兰公司并未能在相应的印刷机设计方面取得较大的进展。

应用前景光明的柔印工艺

由于凹印可以使用普通油墨达到更高的印刷速度,所以能逐步超越网印。然而,通过改进柔印油墨配方又使得柔印在竞争中能够战胜凹印。

最初,柔印只能用来印刷低档的瓦楞纸箱产品,但随着柔印技术的不断进步,其印刷质量水平也有了大幅度提高,在包装印刷领域,柔印工艺已经从凹印和胶印那里夺取了相当大的市场份额。

柔印的主要优势在于其适应的承印材料范围十分广泛,而这种广泛的适应性正是印刷电子所需要的。此外,在印刷电子领域,柔印还具备其他优势。现如今柔印的印刷精度可以达到20μm,并且在印刷电子领域开展的研究工作已使得柔印达到更高的印刷精度。同时,由于柔印在包装印刷领域得到了广泛应用,它当然也适用于RFID天线的印制。随着技术的逐步成熟,可以使用柔印技术来印制整个RFID标签(感应器或芯片)。现在我们完全可以设想,将包装装潢印刷与电子标签的印刷整合在一起,在柔印和印后加工设备上联机完成。

值得注意的是,来自印刷电子行业内的拥护和支持是推广和普及某一印刷技术的要素之一。柔印能在印刷电子领域取得令人瞩目的成就,在很大程度上归功于全球领先的窄幅轮转印刷设备制造商Mark Andy公司在该领域持续不断的努力。10多年来,Mark Andy公司一直致力于印刷电子的研究,以满足众多愿意采用Mark Andy公司解决方案的客户的需求。并且,Mark Andy公司的核心技术就是柔印以及相关的标签生产技术,因此它的解决方案应该是RFID标签印刷的恰当选择。据报道,Mark Andy公司的RFID标签嵌入方案荣获了“2006年FTA技术创新奖”,该方案是将最佳的RFID标签印刷、加工和鉴别技术在线综合于其窄幅轮转印刷和加工设备中,使其成为在RFID标签生产领域获得成功的首家柔印机制造商。

与宽幅柔印机相比,窄幅柔印机更易于实现对生产过程的控制,而有效的工艺过程控制正是印刷电子的基本要求。另外,由于窄幅柔印机采用了机组式设计,不仅机组的数量可变,而且可以进行联机印后加工,因此很容易在此类印刷设备上添加导电油墨的干燥装置。

柔印在印刷电子领域的成功案例

当前,柔印的发展动力强劲。在印刷电子领域,柔印已经成为一种像网印一样常用的技术。柔印在印刷电子领域的应用非常广泛,印刷商应用柔印工艺不仅可以生产出电池、有机电路、光电元器件和低成本的照明装置,还可以印制RFID标签的天线。

在大多数情况下,原来的标签印刷商如今已成为RFID技术的集成者,他们印制好RFID标签的天线后,还将天线与芯片封装在一起。RSI ID Technologies公司就是这样一家先前从事标签柔印、后来逐步涉足RFID领域的公司,1991年公司创业之初,还只是一家仅有两名雇员的小公司,现如今已发展成为全美屈指可数的、年销售额达1000万美元的从事RFID标签整合的制造商,公司的目标是跻身于全球RFID技术整合制造商的前十位。像RSI ID Technologies公司这么成功的制造商和加工商目前确实不多见,但今后这样的公司会不断增多,他们愿意将印刷电子作为公司未来业务的发展方向。

还有一个成功的案例:Acreo公司选用Nilpeter标签印刷机印制电子显示元件,这更加有力地证明了柔印可以成功用于印刷电子领域。

综上所述,将柔印技术应用于印刷电子产品,尤其是RFID标签的生产制作,是降低生产成本,并使其得到更大发展的一个有效途径。在RFID标签的印刷领域,虽然网印是目前采用最多且将来仍会采用的一种印刷方式,但柔印也正日益显现其竞争优势,今后将大有作为。


 
 
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