СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ RFID-АНТЕНН, РАБОТАЮЩИХ В ДИАПАЗОНЕ УЛЬТРАВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
MANUFACTURING METHOD OF RFID ANTENNAE OPERATING IN ULTRAHIGH FREQUENCY RANGE

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к области нанесения металлов на подложки, а конкретно к способу изготовления электропроводящего слоя на полимерной или бумажной основе.
Уровень техники
Из уровня техники известен способ изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы (RU 2231237, кл. Н05K 1/02, публ. 2004 г). Известный способ изготовления контактной площадки тонкопленочной микросхемы включает формирование на поверхности диэлектрической подложки с нанесенным резистивным слоем слоя алюминия с подслоем металла и защитным слоем, получение рисунка резистивного слоя и контактной площадки с последующим стабилизирующим отжигом. В качестве защитного слоя используют окисел тантала, который затем полностью окисляют, а выводы микросхемы приваривают к контактной площадке после формирования защитного слоя непосредственно через его поверхность способом ультразвуковой сварки. Известный способ содержит ряд сложных и длительных технологических операций, таких как, нанесение на всю поверхность диэлектрической подложки, а именно на резистивный слой и контактную площадку слоя тантала с удельным сопротивлением 150-300 Ом, который затем полностью окисляют в течение не менее 6 ч при температуре не ниже 350°С и не выше температуры отжига резестивного слоя. Таким образом, известный способ обладает низкими показателями производительности и надежности использования.
Из уровня техники известен способ контроля параметров пленочного покрытия в процессе изменения толщины пленки на подложке (RU 2087861, кл. G01B 15/00, публ. 20.08.1997). Известный способ включает облучение образца зондирующим потоком рентгеновского излучения с регистрацией отраженного сигнала, по числу осцилляции которого определяю толщину покрытия, а по их контрастности микрошероховатость. В известном способе, длину волны и угол скольжения зондирующего излучение выбирают в диапазоне, определяемом системой неравенств и как следствие этого выполнение измерений по данному способу сопряжено со сложностями связанными с расчетами соответствующих неравенств и применением полученных параметров при выполнении измерений, кроме того, данный способ не предназначен для определения поверхностного сопротивления токопроводящих материалов.
Наиболее близким аналогом, предлагаемого изобретения является способ изготовления структурированных, проводящих электрический ток поверхностей (см. RU 2394402, кл. H05K 3/24, публ. 10.07.2010 г.). Известный способ изготовления электропроводящего слоя на полимерной или бумажной подложке, включает формирование на подложке методом трафаретной печати токопроводящего слоя краски, содержащего серебро. Из недостатков можно отметить, что в известном решении не предусмотрено проведение измерений технологических показателей полученных изделий.
Раскрытие изобретения
Задачей предлагаемого изобретения является повышение технологичности производства, расширение эксплуатационных возможностей, повышение качества контроля и отбора подложек с проводящим слоем не соответствующих необходимым для корректной работы техническим характеристикам, что позволяет существенно снизить производственные издержки на последующих производственных этапах, кроме того повысить точность измерения, а также повысить производительность работы устройства.
2
Указанная задача достигается тем, что способ изготовления антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты включает формирование на полимерной или бумажной подложке, методом трафаретной печати токопроводящего слоя краски, содержащего серебро, при этом перед нанесением методом трафаретной печати серебросодержащей краски с содержанием серебра в количестве 70-90%, на подложку наносят слой меди или алюминия с поверхностным сопротивлением порядка 90-110 Ом/м методом селективной вакуумной металлизации с предварительным нанесением на подложку масочного покрытия, в качестве которого используется перфторполиэфир, затем осуществляют измерение поверхностного сопротивления полученного токопроводящего покрытия методом четырехзондового контроля и проводят отбраковку участков подложки не соответствующих необходимым техническим характеристикам, определяемым из условия допустимого разброса поверхностного сопротивления не более 15% в абсолютных единицах.
Наиболее предпочтительно если на бракованные участки подложки наносят идентифицирующие метки в месте предполагаемого нанесения чипа.
Обработка подложки слоем меди или алюминия методом селективной вакуумной металлизации с последующим нанесением слоя серебра методом трафаретной печати позволяет повысить технологичность производства и расширить эксплуатационные возможности, т.к. в результате реализации указанных двух этапов неожиданно обнаружено, что в итоге получается готовые антенны (UHF - антенны) с необходимыми для выбранного частотного диапазона рабочими характеристиками, кроме того, технологичность и оптимизация достигается тем, что нанесение дополнительного слоя серебросодержащей краски на токопроводящий слой подложки методом трафаретной печати позволяет без лишних затруднений производить замену чипа (микросхемы), который крепится на серебросодержащий слой, например в случае его неисправности.
Также неожиданно обнаружено, что метод вакуумной селективной металлизации с использованием нанесения меди или алюминия на полимерную или бумажную подложку позволяет получать размер между токовыводами менее 80 микрон, что позволяет использовать полученное изделие как антенну, принимающую сигнал в UHF диапазоне, кроме того, расстояние между выводами характеризует возможность использования нового поколения чипов у которых расстояние между выводами менее 80 микрон.
Использование в качестве маскирующего покрытия бумажной или полимерной подложки перфторполиэфира обусловлено тем, что в условиях вакуума он обладает высокой термической и окислительной стойкостью в широком диапазоне температур, высокими диэлектрическими свойствами, низким изменение вязкости во все диапазоне рабочих температур, а также низкой потерей массы при нагревании.
Измерение поверхностного сопротивления полученного токопроводящего покрытия методом четырехзондового контроля и проведение отбраковки участков подложки не соответствующих необходимым характеристикам, позволяющей работать в UHF диапазоне позволит повысить качество контроля и отбора подложек с проводящим слоем не соответствующих необходимым для корректной работы в UHF диапазоне техническим характеристикам, что позволяет существенно снизить производственные издержки на последующих производственных этапах, кроме того повысить точность измерения, а также повысить производительность работы устройства.
Осуществление изобретения
В таблице 1 представлены значения параметров, при которых проводилась реализация способа изготовления RFID-антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты, а именно содержание серебра в краске, при использовании метода трафаретной печати, поверхностное сопротивление меди или алюминия, при использовании метода вакуумной селективной металлизации и допустимый разброс поверхностного сопротивления, полученной антенны после завершения двух этапов металлизации.
Таблица [1]
Содержание серебра в краске, %
60
70
80
90
98
Поверхностное сопротивление меди или алюминия, Ом/м<sup>2</sup>
80
90
100
110
120
Допустимый разброс поверхностного сопротивления, после завершения двух этапов металлизации, %
25
20
15
10
5
В указанных интервалах значений обеспечивалось повышение технологичности производства, расширение эксплуатационных возможностей, повышение качества контроля и отбора подложек с проводящим слоем не соответствующим необходимым для корректной работы в диапазоне ультравысокой частоты, что позволит существенно снизить производственные издержки на последующих производственных этапах, а также повысить точность измерения и производительность способа изготовления UHF-антенн в целом.
2
2
Экспериментально было установлено, что при снижении количества серебра в краске менее 70% уменьшается проводимость отдельных участков подложки, а также ослабление контактных площадок, увеличение количества содержания серебра большим, чем 90% к улучшению показателей качества не привели и следовательно использование в предлагаемом способе краски с содержанием серебра более 90% является нецелесообразным, при использовании слоя меди или алюминия с поверхностным сопротивлением менее 90 Ом/м не устанавливается расстояние между токовыводами менее 80 микрон, что не позволяет корректно использовать полученное изделие в качестве антенны, работающей в диапазоне ультравысокой чистоты, а увеличение поверхностного сопротивления более чем на 110 Ом/м приводило к последующему разбросу его у полученных изделий более чем в 15%, что является крайне не желательным для антенн, работающих в UHF диапазоне.
Работает предлагаемое изобретение следующим образом.
2
Первоначально в вакууме на полимерную или бумажную подложку устройством формирования масочного покрытия наносится перфторполиэфир, а затем на подложку наносят слой меди или алюминия с поверхностным сопротивлением порядка 90-110 Ом/м методом селективной вакуумной металлизации, далее на уже металлизированные участки подложки методом трафаретной печати наносят слой краски с содержанием серебра в количестве 70-90%. Затем по методу 4-х зондового контроля поверхностного сопротивления в режиме пошагового теста подложка с предварительно нанесенным токопроводящим покрытием проходит этап контроля на соответствие требуемым техническим характеристикам. Устройство измерения поверхностного сопротивления, основанное на 4-х точечном зонде измеряет поверхностное сопротивление каждого участка подложки с нанесенным токопроводящим слоем. Допустимый разброс поверхностного сопротивления для корректной работы полученных в последствии изделий, а именно RFID-антенны составляет не более 15% в абсолютных единицах. Данные измерений отображаются в графическом виде на экране монитора управляющей системы. Все результаты измерения записываются в матричной форме в базу данных, хранящуюся в памяти системы управления. Результаты этих измерений в дальнейшем используются для операции выбраковки участков подложки с нанесенным токопроводящим покрытием не соответствующих необходимым техническим характеристикам. Маркировка таких участков подложки не соответствующих необходимым техническим характеристикам осуществляется методом струйной печати в рамках единой технологической операции непосредственно после измерения поверхностного сопротивления токопроводящего слоя подложки. При обнаружении брака, а именно, участка подложки с токопроводящим слоем с некорректными характеристиками, эти данные поступают в управляющую систему, которая в свою очередь предает соответствующий сигнал на печатную головку, которая перемещаясь наносит на бракованный участок подложки краску в виде специальной метки, в том месте, где предполагается в последствии наносить специальный чип, который позволит использовать полученную подложку с токопроводящим покрытием как RFID-антенну, работающую в UHF диапазоне. Место нанесения маркировочной краски считывается из базы данных в матричном виде и определяется позицией на подложке токопроводящего слоя. Таким образом, при дальнейшем этапе производства RFID-антенны, нанесенная метка в виде участка краски препятствует приклейке специального чипа в промаркированное место, что позволяет избежать приклейки специального чипа на бракованный участок подложки.
Предлагаемое изобретение может найти широкое применение в промышленности, а именно в области использовании RFID-антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты для радиочастотной идентификации и обладающими высокими эксплуатационными характеристиками и высокой надежностью работы.