增益天線及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明通過利用柔版印刷將含有50～70質量％的平均粒徑在20nm以下的銀粒子的銀粒子分散液涂布到基板上，之后進行燒成，由此制造在基材上形成有銀導電膜的增益天線，該銀導電膜包含10～50體積％的銀粒子的燒結體且體積電阻率為3～100μΩ·cm，表面電阻率在0.5Ω/□以下，厚度為1～6μm，從而提供一種電氣特性以及彎曲性優(yōu)異且能廉價地大量生產(chǎn)的增益天線。
【專利說明】增益天線及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及增益天線及其制造方法，尤其涉及RFID標簽用增益天線及其制造方法。
【背景技術】
[0002]RFID 標簽是利用 RFID (RadioFrequencyIDentification:射頻識別技術(無線通信的個體識別技術))的標簽，是包括存儲有識別編號等數(shù)據(jù)的半導體芯片與用于進行電波收發(fā)的天線的薄型且重量較輕的小型電子裝置。
如上所述的RFID標簽期待被廣泛利用于物流管理等各種領域的各種使用環(huán)境中，因此希望通過大量生產(chǎn)來降低制造成本，并普及。此外，RFID標簽用天線為了擴大能收發(fā)數(shù)據(jù)的距離(通信距離)，降低收發(fā)時的數(shù)據(jù)丟失，需要較低的電阻。并且，RFID標簽在(例如，運送容器的追蹤、可追蹤性、位置信息的管理或洗衣標簽這樣的洗衣業(yè)者進行的衣類管理等)各種物理管理等領域中被使用，因此根據(jù)使用環(huán)境常常發(fā)生被反復彎折的情況，因此，需要即使被反復彎折，也能防止由于天線的金屬疲勞而導致斷線或電阻增大等天線特性的劣化從而無法再作為RFID標簽使用，因此需要具有良好的彎曲性。
作為形成RFID標簽用天線電路(導電電路)的方法，具有將銅線線圈、金屬絲用作天線的方法、將銅箔、鋁箔等金屬箔轉印到基材上的方法、在層疊于塑料膜等基材上的金屬箔上以抗蝕刻油墨印刷天線電路圖案，在進行掩模處理后，腐蝕金屬箔等方法。
然而，這些方法在生產(chǎn)性上具有限制，并不適合大量生產(chǎn)，進一步降低制造成本較為困難。此外，這些方法中，將金屬箔轉印到基材上的方法、腐蝕金屬箔的方法中，金屬箔利用軋制等來制造，但金屬箔中金屬的比例為大致100%的較高值，因此利用金屬箔形成有天線電路的RFID標簽具有電氣特性良好、但彎曲性較差的問題。利用金屬箔形成有天線電路的RFID標簽中，一般使用膜厚10?50 y m左右的金屬箔，若金屬箔過厚，則接近金屬板的性質，與基材的密接性降低，RFID標簽彎曲時金屬箔可能會從基材剝離。并且，由于金屬箔中的金屬比例較高，因此RFID標簽彎曲時，應力集中于彎曲面，彎曲面易于發(fā)生裂紋，其結果是，產(chǎn)生電氣特性的惡化、斷線，從而無法用作RFID標簽用天線。另一方面，若為了提高RFID標簽的彎曲性，使用由金屬成分與樹脂成分構成的導電膜來代替金屬箔，降低金屬的比例，則通常能通過應力緩和而提高彎曲性，但降低金屬成分的含量會導致電阻惡化，無法滿足作為RFID標簽用天線的充分的特性。
作為制造形成不使用金屬箔、與基材之間的密接性良好的導電電路的RFID標簽用天線的方法，提出了如下的制造方法:利用柔版印刷將含有40質量％以下的銀粒子的水性導電性油墨涂布到膜狀基材的表面，并使其干燥，由此在膜狀基材的表面形成厚度為0.1?0.5 ii m的導電膜，從而制造出作為RFID標簽的一種的IC標簽用天線(例如，參照日本專利特開2010-268073號公報)。
然而，日本專利特開2010-268073號公報的方法中，能夠大量生產(chǎn)電阻較低的IC標簽用天線來降低制造成本，但使用了銀粒子含量較少的導電性油墨，來形成厚度為0.1?0.5 的較薄的導電膜，由于導電膜中銀的比例是高到大致為100%，因此與將金屬箔轉印到基材上的方法、腐蝕金屬箔的方法相同，存在彎曲性較差的問題。
此外，在天線被一體形成的RFID標簽芯片中，存在通信距離較短的問題，因此期望延長通信距離。因此，優(yōu)選為在天線被一體形成的RFID標簽芯片(形成為與RFID標簽芯片的天線發(fā)生電磁耦合)中安裝增益天線，來延長通信距離。
然而，在RFID標簽芯片中安裝增益天線的情況下，與在RFID標簽芯片中一體形成天線相同，需要安裝電氣特性以及彎曲性優(yōu)異且能廉價地大量生產(chǎn)的增益天線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]因此，本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有的問題而完成的，其目的在于，提供一種電氣特性以及彎曲性優(yōu)異且能廉價地大量生產(chǎn)的增益天線以及其制造方法。
本發(fā)明人員為了解決上述問題，歷經(jīng)潛心研究，發(fā)現(xiàn)通過制造在基材上形成有銀導電膜的增益天線，該銀導電膜包含10~50體積％的銀粒子的燒結體且體積電阻率為3~IOOu Q ? cm，從而能制造電氣特性以及彎曲性優(yōu)異且能廉價地大量生產(chǎn)的增益天線，從而完成了本發(fā)明。
即，本發(fā)明所涉及的增益天線的特征在于，在基材上形成包含10~50體積％的銀粒子的燒結體且體積電阻率在3~IOOy Q ? cm的銀導電膜。在該增益天線中，優(yōu)選銀導電膜的表面電阻率為0.5 Q / □以下,優(yōu)選厚度為I~6 ii m。
此外，本發(fā)明所涉及的增益天線的制造方法的特征在于，通過將包含50~70質量％的銀粒子的銀粒子分散液涂布在基板上，之后進行燒成，從而在基板上形成上述銀導電膜。在該增益天線的制造方法中，優(yōu)選為利用柔版印刷來將銀粒子分散液涂布到基板上。此外，優(yōu)選銀粒子的平均粒徑在20nm以下。
另外，本說明書中，“銀粒子的平均粒徑”是指利用透過型電子顯微鏡照片(TEM圖像)所求得的銀粒子一次粒子直徑的平均值、即一次粒子平均直徑。
根據(jù)本發(fā)明，能制造電氣特性以及彎曲性優(yōu)異且能廉價地大量生產(chǎn)的增益天線。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]圖1是說明實施例以及比較例中在基材上印刷Ag油墨后的形狀的圖。
圖2A是表示使用實施例以及比較例中制成的導電膜所制成的增益天線的形狀的圖。
圖2B是表示RFID標簽芯片安裝于圖2A的增益天線上的狀態(tài)的圖。
圖3是簡要地示出實施例以及比較例中使用的彎曲試驗用樣品的圖。
圖4是說明實施例以及比較例中進行的彎曲試驗的圖，圖4(b)是簡要地示出圖4(a)的虛線的圓所包圍部分放大后的彎曲試驗用樣品的圖。
【具體實施方式】
[0005]本發(fā)明所涉及的增益天線的實施方式中，在基材上形成包含10~50體積％的銀粒子的燒結體且體積電阻率在3~IOOii Q 的銀導電膜。若銀導電膜中的銀粒子的燒結體的量小于10體積％，則銀導電膜中的銀粒子的燒結體的量會過少而導致導電性惡化，在用作為RFID標簽用增益天線的情況下，無法起到增益天線的作用。另一方面，若銀導電膜中的銀粒子的量超過50體積％，則在用作為RFID標簽用增益天線的情況下，RFID標簽彎曲時，應力集中于彎曲面，從而易于在彎曲面產(chǎn)生裂紋。其結果是，易于產(chǎn)生電氣特性的惡化或斷線，無法起到增益天線的作用的可能性增高。此外，若銀導電膜的體積電阻率在3~100 u Q ? cm的范圍內(nèi)，則在用作為RFID標簽用增益天線時,通信距離較長,能可靠地進行與讀寫器之間的RFID標簽數(shù)據(jù)的收發(fā)，因此，不易產(chǎn)生由增益天線導致的收發(fā)時的數(shù)據(jù)丟失。
此外，優(yōu)選為銀導電膜的表面電阻率在0.5Q / □以下。若銀導電膜的表面電阻率在0~5Q / □以下的范圍內(nèi)，則在用作為RFID標簽用增益天線時，通信距離較長，能可靠地進行與讀寫器之間的RFID標簽數(shù)據(jù)的收發(fā)，因此，不易產(chǎn)生由增益天線導致的收發(fā)時的數(shù)據(jù)丟失。
并且，優(yōu)選銀導電膜的厚度為I~6i!m。銀導電膜的厚度越薄對于成本越有利，但若小于I U m，則在用作為RFID標簽用增益天線時，會由表皮效果導致UHF頻帶中電阻增大，通信距離縮短。
此外，本發(fā)明所涉及的增益天線的制造方法的實施方式中，通過將包含50~70質量％的銀粒子的銀粒子分散液涂布在基板上，之后進行燒成，從而在基板上形成上述銀導電膜。若銀粒子分散液中的銀粒子的含量小于50質量％，則難以在基板上形成上述銀導電膜，由于銀導電膜中的銀粒子的燒結體的量過少而導致導電性惡化、電阻增高，若銀粒子分散液中的銀粒子的含有量超過70質量％，則銀粒子分散液粘度增高，難以利用柔版印刷等進行涂布。 在該增益天線的制造方法中，優(yōu)選利用柔版印刷將銀粒子分散液涂布到基板上，也可以反復進行多次柔版印刷。此外，銀粒子的平均粒徑優(yōu)選為在20nm以下，優(yōu)選為5~15nm。若銀粒子的平均粒徑在幾nm~十幾nm左右，則比表面積增大，熔點急劇降低，因此即使在300°C以下的低溫下進行燒成，也能使銀粒子相互之間燒結(即，能獲得銀納米粒子的低溫燒結性)，但若銀粒子的平均粒徑比20nm大，則難以獲得銀納米粒子的低溫燒結性。
另外，銀粒子的平均粒徑(一次粒子平均直徑)例如通過如下方式計算得到:將包含Ag油墨(皮凱姆企業(yè)有限公司制造(PChem Associates Inc.)的PF1-700型)等銀粒子的2質量部的Ag油墨添加到96質量部的環(huán)己烷與2質量部的油酸的混合溶液中，該Ag油墨包含60質量％的Ag粒子(平均粒徑IOnm的銀粒子)、3.0質量％的氯乙烯共聚物膠乳、2.0質量％的聚氨酯以及2.5質量％的丙二醇，在利用超聲波進行分散后，將獲得的分散溶液滴加于帶支承膜的Cu微柵，使其干燥，以倍率300，000倍拍攝利用透過型電子顯微鏡(日本電子株式會社制造的JEM-1OOCXMark-1I型)、將加速電壓設為100kV、在明亮視野下觀察到的該微柵上的銀粒子的圖像，根據(jù)獲得的TEM圖像能計算銀粒子的平均粒徑。該銀粒子的一次粒子平均直徑的計算例如能使用圖像解析軟件(旭化成工程株式會社制造的A圖像君(注冊商標))來進行。該圖像解析軟件以顏色的深淺來識別各個粒子，并進行解析，例如能夠對于300，000倍的TEM圖像以“粒子的明亮度”設為“暗”、“雜音去除過濾”設為“有”、“圓形閥值”設為“20”、“重疊度”設為“50”的條件進行圓形粒子解析，測定200個以上粒子的一次粒子直徑，求出該數(shù)平均直徑以作為一次粒子平均直徑。另外，在TEM圖像中凝結粒子、異性粒子較多的情況下，可能無法進行測定。
下面，對本發(fā)明所涉及的增益天線以及其制造方法的實施例進行詳細說明。實施例
[0006]實施例1~4
首先，準備包含60質量％的Ag粒子(平均粒徑IOnm的銀粒子)、3.0質量％的氯乙烯共聚物膠乳、2.0質量％的聚氨酯以及2.5質量％的丙二醇的Ag油墨(皮凱姆企業(yè)有限公司制造(PChem Associates Inc.)的 PF1-700 型)。
接著，使用柔版印刷機(日本電子精機株式會社的多用途微細印刷機JEMFlex)與柔版印刷機(株式會社渡邊護三堂制造、印刷版的材質為旭化成工程株式會社制造的板狀感光性樹脂AWP等級DEF、表面加工150線、96D0T% )，將網(wǎng)紋容量設為8cc/m2 (400線/英寸)、印刷速度設為20m/分、印刷次數(shù)分別設為I次(實施例1)、2次(實施例2)、3次(實施例3)以及4次(實施例4)，如圖1所示，印刷上述的Ag油墨，使得在基材(杜邦帝人薄膜公司制造的PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜Melinex545 (Melinex:注冊商標))10上形成3cmX 15cm左右大小的大致矩形的5枚膜12，之后，通過在加熱板上對印刷物在140°C下進行30秒的熱處理，并進行燒成，從而獲得導電膜(銀導電膜)。
接著，將制作成的導電膜與基板一起切斷為如圖2A所示的大致J型，如圖2B所示，粘貼到粘接性剝離薄膜(琳得科株式會社制造的型號PET38)上來制作增益天線14后，在該增益天線14上(與天線一體形成)安裝RFID標簽芯片(Impinj公司制造的TrapMonza3) 16 (使得增益天線14與RFID標簽芯片16的天線產(chǎn)生電磁稱合)。
關于如上所述那樣制造 的RFID標簽芯片搭載增益天線，在測定導電膜的膜厚、電阻(線電阻)以及表面電阻率的同時，計算導電膜的體積電阻率以及導電膜中的金屬(Ag)的比例。
利用激光顯微鏡(KEYENCE公司制造的型號VK-9700)，測量100個位置的形成導電膜的基材表面與導電膜表面的高低差，并通過計算平均值來求出導電膜的膜厚。其結果是，導電膜的膜厚在實施例1中為1.4 iim、在實施例2中為2.1ii m、在實施例3中為3.0ii m、在實施例4中為3.6um。
導電膜的電阻(線電阻)通過利用測試器(CUSTOM公司制造的型號CDM-03D)測定增益天線的一個導電膜的最長直線部(5.0_X70mm的矩形部分)的長邊方向的電阻而獲得。其結果是，導電膜的電阻在實施例1中為7.7Q、在實施例2中為1.8Q、在實施例3中為
1.20，在實施例4中為0.80。
將導電膜切割為2.0cmX2.0cm的大小，并使用表面電阻率測定器(三菱化學株式會社制造的LorestaGP)，通過4端子法測定導電膜的表面電阻率。其結果是，導電膜的表面電阻率在實施例1中為0.25 Q/ □、在實施例2中為0.06 Q/ □、在實施例3中為0.03 Q/ 口，在實施例4中為0.02 Q / 口。
根據(jù)導電膜的膜厚、電阻以及面積(形成于基材的表面的面積)求出導電膜的體積電阻率。其結果是，導電膜的體積電阻率在實施例1中為44.Q ? cm、在實施例2中為17.4 u Q ? cm、在實施例3中為15.3 y Q ? cm、在實施例4中為13.6 y Q ? cm。
將印刷面積2.6cmX 13.1cm的導電膜溶解到(已知重量的)濃硝酸溶液中，通過ICP發(fā)光分析法計算溶液中的Ag濃度，計算出導電膜中的Ag的重量(g)，之后，根據(jù)Ag的密度
10.5g/cm3求出Ag的體積(cm3),并且根據(jù)導電膜的膜厚與印刷面積(2.6cmX 13.1cm)求出導電膜的體積，從而根據(jù)Ag的體積(cm3) X 100/導電膜的體積導(cm3)來計算出導電膜中的金屬(Ag)的比例。其結果是，導電膜中的Ag的比例在實施例1中為22.4體積％、在實施例2中為31.0體積％、在實施例3中為37.1體積％，在實施例4中為48.3體積％。
接著，關于制作的RFID標簽芯片搭載增益天線，在電波暗箱(邁科公司制造的MY1530)中，利用通信距離測定器(Voyantic公司制造的tagformance),來測定800MHz?IIOOMHz的頻率區(qū)域(符合IS0/IEC18000-6C標準)的通信距離(theoretical read rangeforward)。另外,在該測定之前,進行該條件下的環(huán)境設定(利用附帶tagformance的參考標簽進行設定)。其結果是，頻率為955MHz的通信距離在實施例1中為3.2m、在實施例2中為4.0m、在實施例3中為4.2m，在實施例4中為4.0m。
接著，如圖3所示，將本實施例中制作的導電膜切斷為5.0mmX 20.0mm的大小的大致矩形的導電膜12’，粘貼于粘接性剝離薄膜(琳得科株式會社制造的型號PET38) 18上來制作彎曲試驗用樣品20。如圖4所示，用R=0.5mm的鐵制的柱22以5.0N的力來擦該彎曲試驗用樣品20的導電膜12’，以彎曲成90°的狀態(tài)在箭頭方向上分別進行10次移動IOcm的動作、100次移動IOcm的動作、500次移動IOcm的動作，之后，測定線電阻(測試器)，從而根據(jù)各自的(動作后的線電阻X 100/試驗前的線電阻)求出電阻惡化率(在線電阻不變化的情況下為100% )。其結果是，電阻惡化率在實施例1以及實施例2中10次后、100次后、500次后均為100%，在實施例3中，10次后以及100次后為100%，500此后為125%，實施例4中，10次后為100%、100次后為150%、500次后為180%。
這些實施例1?4的條件以及結果在表I?表3中表示。
[表I]
【權利要求】
1.一種增益天線，其特征在于， 在基板上形成包含10~50體積％的銀粒子的燒結體且體積電阻率在3~100 i! Q -cm的銀導電膜。
2.如權利要求1所述的增益天線，其特征在于， 所述銀導電膜的表面電阻率在0.5 Q / □以下。
3.如權利要求1所述的增益天線，其特征在于， 所述銀導電膜的厚度在I~6 ii m。
4.一種增益天線的制造方法，其特征在于， 通過將包含50~70質量％的銀粒子的銀粒子分散液涂布在基板上，之后進行燒成，從而在基板上形成權利要求1至3任一項所述的銀導電膜。
5.如權利要求4所述的增益天線的制造方法，其特征在于， 利用柔版印刷將所述銀粒子分散液涂布到基板上。
6.如權利要求4所述的增益天線的制造方法，其特征在于， 所述銀粒子的平均粒徑在20nm以下。`
【文檔編號】H01P11/00GK103563172SQ201380001545
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權日:2012年3月29日
【發(fā)明者】伊東大輔, 藤田英史, 村野由, 紺野慎一 申請人:同和電子科技有限公司