印刷型NFC傳感器設備，例如佩戴式的溫度監測器或篡改檢測設備等，并不需要在電路板上提供電源、插頭或有線(xiàn)的連接方式，跳線(xiàn)上的集成芯片在靠近具有NFC功能的讀取器或蜂巢設備時(shí)才會(huì )啟動(dòng)。生產(chǎn)NFC傳感器系統需要NFC功能元件及傳感器功能元件?，F在，透過(guò)采用印刷型銀柔性制造和裝配工藝，可以提高這兩類(lèi)主要功能元件的制造效率。

 

最近在銀墨和印刷技術(shù)上的發(fā)展，可以將每個(gè)NFC標簽鑲嵌層或設備所需的導電天線(xiàn)線(xiàn)圈走線(xiàn)印刷到高度耐久、高度靈活的聚合物基板上。與同等的銅電路相比，聚酯上的導電墨水可以顯著(zhù)降低基板的成本。在相同的基板上可以形成傳感器，或者將傳感器連接到其上，而且這一工藝支持添加微控制器（MCU）單元及其他電子元件，實(shí)現全整合的解決方案。從貨運和物流業(yè)直到藥物與醫療設施中的病人監護，NPC印刷型傳感器系統現在正在轉移到要求一次性使用的眾多產(chǎn)業(yè)。

 

 

在為給定的應用指定導電墨水和基板材料時(shí)，必須認真的考慮多個(gè)因素。當從傳統的剛性電路或柔性銅電路過(guò)渡到具有NFC功能的印刷型銀柔性傳感器系統時(shí)，這種做法尤其正確。NFC需要依賴(lài)于天線(xiàn)線(xiàn)圈走線(xiàn)的導電性，蝕刻的銅走線(xiàn)是一種高導電性的基體材料，寬度可能小至0.003英寸。然而，印刷型銀電路的導電性要低于作為基體材料的銅，所以印刷的走線(xiàn)需要更寬一些，由于聚合物基板在元件的正常使用過(guò)程中會(huì )屈曲，較寬的走線(xiàn)特別可以保持印刷走線(xiàn)的完整性。

 

成功的轉換到銀柔性元件，需要具備相關(guān)的知識來(lái)進(jìn)行必要的調整，從而正確的形成更寬的走線(xiàn)，并且設計出功能與基于銅的元件相同的天線(xiàn)。應當部署富有經(jīng)驗的設計開(kāi)發(fā)團隊簡(jiǎn)化這一流程，采用先進(jìn)、專(zhuān)有的鈑金制造與滾動(dòng)式制造工藝可以簡(jiǎn)化智慧標簽、傳感器跳線(xiàn)，以及其他大批量產(chǎn)品上銀走線(xiàn)的印刷工藝。與FR-4或銅柔性電路板不同的是，印刷型銀柔性技術(shù)增加了進(jìn)行進(jìn)一步轉換的選項和能力，例如可以形成一卷具有NFC功能的傳感器標簽，或者采用圖形貼紙來(lái)進(jìn)行美化。

 

根據印刷型傳感器設計的復雜性及其預期的功能，從FR-4電路板過(guò)渡到成本更低的聚合物基板上的印刷型銀電路，可能就是最佳的方案。對于復雜的應用來(lái)說(shuō)，例如，如果印刷電路板上超微型化的元件間距過(guò)于稠密，那么傳統上使用銅的FR-4電路板非常有可能作為首選的技術(shù)。對于元件數量較少（約為20件或更少一些）的應用，銀柔性技術(shù)的優(yōu)勢則會(huì )更加明顯，原因在于可以降低銀走線(xiàn)覆蓋住的基板區域的占比。

 

比如說(shuō)，佩戴式的健身或醫療傳感器上的跳線(xiàn)可以提供充裕的空間，支持更寬的銀走線(xiàn)，并且需要更加柔軟易彎的基板材料，例如聚酯等。聚合物上的印刷型銀柔性技術(shù)重量更輕、在三維（3D）上具有極高的靈活性，因此以上任一種應用都還可從該技術(shù)中獲益。另一項優(yōu)勢則在于與銅相比，銀更加環(huán)保，其制造過(guò)程也更加清潔，這是因為增材型的銀印刷工藝不會(huì )產(chǎn)生有害的化學(xué)蝕刻廢料。

 

圖1：在聚酯基板上展示了具有代表性的Molex SilverFlex電路，顯示了電路的小尺寸與柔性

 

一般來(lái)說(shuō)，在電池供電的設備中，任何無(wú)線(xiàn)資料通訊協(xié)定消耗的功率在所需的總功率中都會(huì )占很大的比重。使用NFC則可以降低設備的總功率要求，因為無(wú)線(xiàn)資料通訊的全部功率都是從NFC讀取器中輸送過(guò)來(lái)。提供無(wú)線(xiàn)讀出功能、啟用了NFC的傳感器系統并不需要消耗功率，讀取器可以將供電和資料指令發(fā)送到具有NFC功能的傳感器系統，然后系統會(huì )將資料發(fā)送回讀取器，作出回應。為基于印刷的制造工藝設計無(wú)線(xiàn)NFC傳感器系統，可以采用多種方案。在設計階段，則應盡早辨別出最佳的方法。

 

圖2：olex NFC溫度即時(shí)讀出標簽

 

 

一體化的NFC和MCU芯片的系統架構相對簡(jiǎn)單一些。單芯片可提供定義明確的功能，成本效益極高。然而，成品的功能將受到硬件的局限，因此一體化的設計最適合用來(lái)滿(mǎn)足高度專(zhuān)一的應用的要求，相互獨立的NFC和MCU芯片則通?？梢愿玫臑閺碗s性較高的設備提供支持。雙芯片的封裝會(huì )提高工程上的要求、增加工程成本，但是又允許更高程度的定制，例如，可以支持多種應用或多條產(chǎn)品線(xiàn)，并且對仍在發(fā)展中的需求進(jìn)行監控。在設計和開(kāi)發(fā)的周期中，雙芯片的解決方案可以提高多功能性，使資料記錄功能獨立于資料通訊部分而單獨存在，提供更加復雜而又穩健的功能。MCU可以隨著(zhù)時(shí)間而逐漸的執行資料記錄功能，而且無(wú)需為NFC加電，進(jìn)而延長(cháng)設備的電池壽命。

 

NFC傳感器系統可以整合到智慧標簽和其他設備中，適合需要資料記錄功能的應用，并且有益于產(chǎn)品保質(zhì)期方面的時(shí)間記錄和溫度記錄，或者對熱敏或環(huán)境敏感型產(chǎn)品的監測。條碼或RFID讀取器只是以單向的方式將資料從標簽傳遞到讀取器，與此不同的是，移動(dòng)電話(huà)中嵌入的NFC芯片可以在讀取器-寫(xiě)入器的模式下部署，供資料獲取應用使用。然后，移動(dòng)電話(huà)可透過(guò)蜂巢資料連接或Wi-Fi連接來(lái)促進(jìn)已采集資料向服務(wù)器及云端的遠距離傳輸。

 

根據芯片和天線(xiàn)的不同，啟動(dòng)NFC傳感器設備的典型距離有所不同，但是一般在4公分(cm)的范圍以?xún)?。非輻射的NFC訊號的近場(chǎng)范圍可使電磁干擾降至最低，在降低了資料外泄或資料入侵風(fēng)險的同時(shí)，可以提供一個(gè)更為安全的通訊平臺。從功率的觀(guān)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，與藍牙無(wú)線(xiàn)技術(shù)相比，NFC設備消耗的總功率要低一些，這就意味著(zhù)可以為傳感器系統延長(cháng)電池壽命。

 

圖3：Molex NFC溫度測井智慧標簽，顯示了柔性和透明度

 

 

對于安全訪(fǎng)問(wèn)、電子支付系統和其它短距無(wú)線(xiàn)應用來(lái)說(shuō)，NFC都是一種久經(jīng)考驗的技術(shù)，但是直到最近才被現代的手機和家庭及辦公場(chǎng)所中的許多種平板電腦所完全采用。這一發(fā)展趨勢代表了向前邁進(jìn)的一大步，可以建立起所需的基礎設施，將NFC的部署提升一個(gè)層次。

 

印刷制造技術(shù)中發(fā)展潛力最大的一個(gè)方面就是存在著(zhù)潛力來(lái)推動(dòng)數字時(shí)代的創(chuàng )新。結合NFC和蜂巢通訊來(lái)充分利用銀印刷型傳感器系統的應用，可以在前所未有的程度上提供一種可資利用而又受資料驅動(dòng)的深入洞察力。移動(dòng)設備與移動(dòng)應用可以提供基于時(shí)間的靈敏度、位置服務(wù)，以及遠端電力通訊之類(lèi)的固有功能，為NFC傳感器系統使用的新應用的開(kāi)發(fā)工作提供支持。

 

NFC可經(jīng)定制來(lái)滿(mǎn)足一系列眾多應用的要求，透過(guò)減少資料讀出所需的能量，正在重新塑造傳感器系統的架構。這一技術(shù)還可在無(wú)需電池的情況下實(shí)現持續的自動(dòng)化監控，這樣就可以顯著(zhù)的延長(cháng)設備的壽命，或者降低傳感器系統的物料清單成本。NFC功能可以與銀柔性印刷工藝與制造工藝良好的結合。