Tinta conductiva hablar
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Uno de los mayores avances en la impresión de etiquetas electrónicas RFID es la aparición de un nuevo tipo de método de impresión, el método de impresión con tinta conductora, que puede reemplazar el método de grabado y el método tradicional de grabado.
El proceso de impresión del método consiste en imprimir directamente una línea conductora en un sustrato aislante (película, papel, etc.) con una tinta conductora para formar una antena y un circuito.
La impresión con tinta conductiva puede reemplazar los métodos tradicionales de grabado y galvanoplastia para hacer etiquetas electrónicas, principalmente porque tiene las siguientes tres ventajas:
● El método de grabado tradicional y el método de galvanoplastia hacen que la antena metálica, el proceso es complicado, el producto terminado se produce durante mucho tiempo y el método de impresión directa es hacer la antena utilizando el método de impresión de alta velocidad, que es eficiente y rápido. Hoy en día, la impresión directa ha comenzado a reemplazar las antenas grabadas en varias bandas de frecuencia, como la banda de frecuencia ultraalta (860MHz ~ 950MHz) y la banda de frecuencia de microondas (2450MHz), y la calidad de la antena se puede comparar con la antena tradicional. tecnología.
● La antena de metal fabricada por el método de grabado tradicional y el método de galvanoplastia consume materiales metálicos, y el costo es alto, y el costo de la materia prima del método de impresión directa es menor que el de la antena metálica convencional, lo que tiene una gran importancia para reducir El coste de fabricación de la etiqueta electrónica.
● El proceso de grabado tradicional o proceso de galvanoplastia produce una gran cantidad de líquido residual que contiene sustancias metálicas y químicas, lo que provoca una gran contaminación para el medio ambiente. El método de impresión directa utiliza tinta conductora para imprimir directamente sobre el sustrato sin materiales corrosivos. El uso de reactivos químicos es menor o no, y tiene la ventaja de la protección ambiental "verde".
Por lo tanto, el desarrollo de tinta conductora se ha convertido en un punto caliente en el desarrollo de la tecnología de impresión RFID. Las tintas conductoras han existido durante mucho tiempo. En el pasado, algunas compañías solían producir tintas conductoras con plata, cobre plateado, carbono y grafito para productos de tarjetas inteligentes RFID; Hoy en día, los fabricantes de tinta conductiva están trabajando arduamente para desarrollar nuevas formulaciones. Flint recientemente invirtió fuertemente en investigación y desarrollo de nuevas tintas conductoras; No hace mucho, una empresa llamada Parelec desarrolló una tinta que se dice que es tres veces más conductora que las tintas conductoras tradicionales.
En primer lugar, la formulación y composición de la tinta conductora.
La tinta conductora es una tinta especial que se puede usar para agregar energía conductora a las tintas UV, tintas flexo acuosas o tintas especiales para hacer que la tinta sea conductora. Las tintas conductoras se componen principalmente de pigmentos (materiales conductores), aglutinantes (aglutinantes y disolventes) y aditivos para tintas.
Los materiales conductores pueden dividirse en conductores y semiconductores de acuerdo con su conductividad eléctrica; También se pueden clasificar en sistemas inorgánicos y orgánicos. El material conductor inorgánico es un material metálico común como Ag, Cu, etc., y el sistema orgánico se puede clasificar en un sistema conjugado de electrones π y un compuesto intermolecular.
El aglutinante es el principal material formador de película que compone la tinta conductora. El disolvente se utiliza para disolver la resina aglutinante. Por lo tanto, el solvente debe tener la capacidad de disolver la resina aglutinante y, por otro lado, el solvente no puede desestabilizar la conductividad del material conductor y disminuir las propiedades fisicoquímicas de la película de tinta.
Los aditivos de la tinta son principalmente el agente dispersante para guiar la tinta eléctrica, el agente de nivelación, el antioxidante conductor de metal y similares.
En segundo lugar, el tipo de tinta conductora.
La tinta conductora es una tinta funcional, y hay principalmente pasta de carbón, pasta de plata y similares en la impresión.
La tinta de pasta de carbón es una tinta termoestable de tipo líquido. Tiene la función de proteger la lámina de cobre y conducir la corriente después del curado de la formación de la película. Tiene buena conductividad y baja impedancia, no es fácil de oxidar, tiene un rendimiento estable y es resistente a los solventes ácidos, alcalinos y químicos. Tiene las características de una fuerte resistencia al desgaste y una buena resistencia al choque térmico.
La tinta de plata es una tinta líquida compuesta de polvo de plata ultrafino y resina termoplástica. Se puede utilizar en láminas de PET, PT y PVC. Tiene una fuerte capacidad de adhesión y ocultamiento, curado a baja temperatura, conductividad controlable y muy bajo valor de resistencia.
Además, la tinta conductora de nano-carbono se agrega a la tinta conductora hecha de tinta, y el polvo metálico (como el polvo de plata) en la tinta conductora también se puede convertir en polvo de plata a nanoescala para fabricar tinta conductora, y La tinta conductora no solo imprime la capa de película. Fino e incluso suave, excelente rendimiento y puede ahorrar una gran cantidad de materiales.
En tercer lugar, los requisitos de rendimiento de la tinta conductora
Aunque las tintas conductivas están impresas en etiquetas electrónicas RFID, el costo de las etiquetas RFID se puede ahorrar de dos maneras. Primero, en términos de costo de material, la tinta es menos costosa que estampar o grabar las bobinas de metal. En segundo lugar, en términos de consumo de material, el estampado o grabado consume una gran cantidad de metal, mientras que las tintas conductoras imprimen antenas o circuitos a alta velocidad y bajo costo. eficiente. Las dos partes más importantes de RFID son la parte de chip y la parte de antena. Aunque la parte del chip no se imprime actualmente, si la parte de la antena se puede imprimir con tinta conductora, se puede reducir el costo de RFID.
Sin embargo, debe reconocerse que la tinta conductora también tiene la desventaja de que la resistencia eléctrica de la tinta conductora es mayor que la del material de cable eléctrico convencional, lo que significa que no puede conducir una gran corriente de manera efectiva, y además, resolución de impresión, la precisión de registro, la capa de aislamiento necesaria aún no se ha mejorado y mejorado.
Esto requiere que los desarrolladores de tecnología desarrollen y mejoren activamente los requisitos de rendimiento de las tintas conductoras al imprimir etiquetas electrónicas RFID.
Los requisitos para las características de las tintas conductoras son principalmente:
1 resistencia a la flexión. La línea conductora está impresa en el diafragma. Si la flexibilidad de la tinta es pobre, puede romperse en la curva, o el valor de resistencia puede aumentar incluso si no está roto.
2 adhesividad. La resistencia de adhesión de la tinta basada en la película de poliéster se determina generalmente mediante una prueba de cinta.
3 resistividad. Se requiere que cuanto menor sea la resistencia específica de la tinta, la tinta que tiene una baja resistividad es ventajosa cuando se imprime con el mismo tipo de malla (que forma el mismo espesor de película).
Distribución de tamaño de 4 partículas. Se refiere al estado de distribución de las partículas conductoras. Cuanto más fino sea el tamaño de partícula de las partículas conductoras, mejor será el estado de distribución del aglutinante y las partículas, y el área recubierta es grande porque la tinta en la placa de impresión tiene un buen alargamiento.
5 condiciones de secado. Se refiere al tiempo de secado y la temperatura de secado necesarios para el curado completo de la tinta conductora. La tinta de secado a baja temperatura puede reducir las horas de trabajo y aumentar la productividad.
6 imprimibilidad. En la actualidad, la mejor tinta conductora para la impresión es la tinta conductora de pasta de plata. Después de la impresión, el horno exterior se cura a 120 ° C durante 1 min, y luego se coloca en un horno de operación por lotes durante 30 min; con impresión de tinta de película protectora de migración de plata (ion), en infrarrojo lejano El horno se secó a 120 ° C durante 2 min.
Se cree que con los esfuerzos continuos de los técnicos y de los interesados en la impresión de etiquetas electrónicas RFID con tintas conductoras, se mejorará aún más el rendimiento de las tintas conductoras y el rendimiento de impresión de las etiquetas electrónicas RFID será aún mejor.
En cuarto lugar, la naturaleza de la tinta conductora.
La tinta conductora es una tinta especial que permite que la corriente fluya, principalmente por rellenos conductores (incluidos los polvos metálicos, óxidos metálicos, no metales y otros polvos compuestos), agentes de conexión (principalmente resinas sintéticas, resinas fotosensibles, plexiglás de bajo punto de fusión, etc.) )), aditivos (principalmente dispersantes, reguladores, espesantes, plastificantes, lubricantes, inhibidores, etc.), disolventes (principalmente aromáticos, alcoholes, cetonas, ésteres, éteres de alcohol, etc.) y otros componentes. La impresión en sustratos flexibles o rígidos se puede hacer en circuitos impresos que actúan como cables, antenas y resistencias. Después de que la tinta conductora se haya secado, ya que la distancia entre las partículas conductoras se hace pequeña, los electrones libres se mueven a lo largo de la dirección del campo eléctrico aplicado para formar una corriente, que tiene buena conductividad eléctrica y puede recibir la señal de radiofrecuencia dedicada a la RFID . La tinta conductora determina la impedancia de la antena impresa RFID en gran medida como un parámetro importante del rendimiento de la antena RFID.
La tinta conductora también se llama pasta conductora y pasta conductora de plata. La tinta conductora incluye una tinta de pasta de carbón, una tinta de pasta de cobre, una tinta de pasta de plata y una tinta de pasta de oro de acuerdo con una composición de un factor conductor contenido en la tinta conductora. Debido a su fuerte poder de adhesión y ocultamiento, el curado a baja temperatura, la conductividad controlada y la baja resistencia, la tinta de pasta de plata es la mejor opción para las etiquetas RFID.
Tomemos la pasta de plata conductora como ejemplo para presentar las propiedades y el mecanismo conductor de la tinta conductora.
1. Propiedades de las tintas conductoras.
Una de las tecnologías clave para mejorar la calidad de impresión de la antena de etiqueta es hacer que la tinta conductora tenga las propiedades reológicas deseadas y obtener un buen rendimiento de impresión.
En el proceso de impresión de la antena de etiqueta, a menudo se encuentran imprecisiones de impresión de tinta conductora de alta concentración. La razón de este fenómeno es que la estructura aglomerada de las partículas metálicas conductoras en la matriz del polímero y la irregularidad de la superficie de las mismas es muy probable que formen una estructura floculada. Solo cuando la tensión de corte aplicada excede el valor de rendimiento se puede desmontar la estructura y el sistema de polímeros de la tinta.
La fluidez de la tinta conductora se puede juzgar de acuerdo con la viscosidad de la tinta conductora. La viscosidad es una propiedad de la tinta conductora que impide que fluya en su interior. La viscosidad es demasiado pequeña, la fluidez de la tinta conductora es demasiado grande, la impresión de la película de tinta es fácil de expandir durante el proceso de impresión, la definición de la línea disminuye y la resolución de la línea fina y el espesor de la película de tinta son difíciles de reducir. cumplir con los requisitos. Sin embargo, la viscosidad es demasiado grande. A una cierta velocidad de cizallamiento, la tinta conductora tiene una buena propiedad de rodadura y poca fluidez, y no se transfiere fácilmente al material de impresión. Hay huecos, alambres rotos y agujeros en el medio de la película de tinta, especialmente la uniformidad de impresión de los alambres delgados está muy degradada. .
Además, la tinta conductora también debe tener una buena tixotropía, porque la tixotropía es una medida de la recuperación rápida de la viscosidad de la tinta conductora. La película de tinta se deposita en el material de impresión después de la impresión. Si la viscosidad sigue siendo pequeña, el borde de la línea tiende a colapsarse. Los pequeños huecos se difuminan.
Por lo tanto, una tinta conductora que satisfaga una alta calidad de impresión debe tener las siguientes propiedades en el proceso de impresión, como se muestra en la FIG.
El texto se describe como: se requiere una alta viscosidad durante el almacenamiento para evitar que las partículas metálicas se hundan debido a la gravedad; a alta velocidad de impresión, la viscosidad se reduce rápidamente, la fluidez y la ductilidad aumentan considerablemente y la tinta conductora se puede transferir suavemente al sustrato a través de la boquilla. Después de imprimir, la tinta conductora restaura rápidamente la alta viscosidad, haciendo que los límites de la línea sean claros y uniformes, logrando una mayor resolución.
2. Mecanismo conductor de tinta conductora.
El mecanismo conductor de la tinta conductora incluye principalmente la teoría de la percolación macroscópica y el efecto de túnel mecánico cuántico microscópico. La fracción de volumen de partículas metálicas en tinta conductora es un indicador importante del rendimiento electroquímico de las tintas conductoras y un factor clave que afecta las propiedades reológicas de las tintas conductoras.
El mecanismo conductor de la tinta conductora afecta directamente el comportamiento conductor de la película de tinta conductora impresa con la tinta conductora. Los dos mecanismos conductores de las tintas conductoras se describen a continuación.
2.1 teoría de la filtración: en la película de tinta impresa del alambre, si la fracción de volumen fv de las partículas de metal conductor es alta, las partículas están en contacto directo entre sí, o el espacio entre partículas es menor que la distancia normal de migración del átomo (aproximadamente 10 nm), la película de tinta de alambre está a lo largo. La dirección del campo eléctrico se aplica para formar una red continua de canales conductores, y los electrones libres se mueven directamente a lo largo del camino conductor para formar una corriente. Cuantas más partículas metálicas haya en la película de tinta, cuanto menor sea el espacio entre las partículas, más partículas metálicas estarán en contacto, más densa será la red conductora y más fuerte será la conductividad del cable, que es el fenómeno de la filtración de la tinta conductora.
2.2 Efecto de tunelización: cuando la fracción de volumen fv de las partículas metálicas conductoras en la película de tinta de impresión disminuye, los canales conductores en la tinta conductora se reducen gradualmente, una parte de las partículas está completamente separada por el medio aislante y una parte de Las partículas de metal todavía están conectadas entre sí. Cuando el medio aislante es inferior a 100 nm, los electrones activados por la vibración térmica también pueden saltar sobre la barrera formada por la capa aislante hacia las partículas conductoras adyacentes, formando una gran corriente de túnel o atravesando un potencial de capa aislante muy bajo. El flujo de la barrera genera una gran corriente de emisión de campo. En este momento, la interfaz de la capa aislante actúa como una capacitancia correspondiente a la distribución interna, que es un fenómeno de "tunelización" de la tinta conductora.
Con el cambio de la fracción de volumen fv de las partículas metálicas conductoras en la película de tinta de impresión, el fenómeno de la filtración y el efecto túnel de la tinta conductora también existen o desaparecen, y el comportamiento conductor de la película de tinta de alambre impreso también presenta tres estados diferentes .
En presencia de solo el flujo de tinta conductora, cuando el espacio de partículas es inferior a 10 nm, la matriz de polímero aislante es solo algunas islas aisladas en la película de tinta. El mecanismo conductor de la tinta es similar al del metal sólido puro, manteniendo la migración de electrones libres en el metal. La conductividad está determinada por la conducción óhmica de las partículas metálicas conductoras. Sin embargo, la isla de polímero aislante en la tinta prolonga la trayectoria conductora de los electrones libres, y tiene un fuerte efecto de dispersión en los portadores conductores de metal, de modo que la trayectoria libre promedio de los electrones se reduce ligeramente.
Cuando el espacio entre partículas es mayor que 10 nm y menor que 100 nm, el modo de transmisión de electrones libres tiene dos tipos de penetración a lo largo de la estructura del laberinto y la perforación de electrones entre las partículas metálicas. El comportamiento de conducción de la película de tinta de alambre es una combinación de efecto de tunelización y efecto de percolación.
Si la fracción de volumen fv de las partículas metálicas en la tinta conductora continúa disminuyendo, y el espacio entre partículas es mayor que 100 nm, la tinta conductora cambia de la estructura metálica a las islas aisladas de las partículas metálicas en el medio del medio aislante. , y la densidad de los canales de permeación entre las partículas disminuye. La conductancia del metal se debilita gradualmente, y el proceso de transporte de portadores entre partículas metálicas aisladas adyacentes mediante túneles térmicos o excitados en el campo se vuelve cada vez más importante. Hasta que el fenómeno de transición de electrones libres en la película de tinta desaparece, la película de tinta de alambre de la antena de etiqueta se convierte casi en un aislante.
conclusión V
Las tintas conductivas se consideran la única tecnología que ha ganado aceptación mundial. Las tintas conductivas son tintas que se imprimen en sustratos no conductores para conducir la corriente y eliminar la carga estática. Suelen ser impresos en plástico, vidrio, cerámica. O sustratos no conductores como el cartón. Hay muchos métodos de impresión, como serigrafía, impresión tipográfica, impresión flexográfica, impresión en huecograbado y litografía. Se pueden seleccionar diferentes métodos de impresión de acuerdo con los requisitos de espesor de la película, y la resistencia, la resistencia de la soldadura y la resistencia a la abrasión también son diferentes dependiendo del espesor de la película.
Sin el desarrollo de tintas conductoras, no existe una aplicación de tecnología de impresión en la fabricación de etiquetas RFID. Aunque el mercado de RFID ha estado creciendo, el crecimiento a largo plazo que se esperaba durante mucho tiempo depende de la reducción en el costo de producción de las etiquetas RFID y su aplicación a gran escala en productos comunes. La impresión de tintas conductivas será una solución ideal para reducir el costo de producción de etiquetas RFID. En la actualidad, las tintas conductoras para la impresión de antenas RFID representan solo una porción muy pequeña de todo el mercado de tintas conductoras. Sin embargo, la industria cree que en los próximos 10 años, la proporción de tintas conductoras utilizadas en la impresión de antenas RFID continuará creciendo rápidamente en todo el mercado de las tintas conductoras. Al mismo tiempo, la participación de las tintas conductoras en todo el mercado de tinta también aumentará significativamente.