RFID技術(shù)及其標(biāo)簽有怎樣的新工藝

20世紀(jì)40年代初期，雷達(dá)的改進(jìn)和應(yīng)用催生了無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)。經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探索階段，目前，RFID已經(jīng)在公共安全、生產(chǎn)制造、物流管理等領(lǐng)域起到了舉足輕重的作用。

RFID

無(wú)線射頻識(shí)別(RFID，RBdio Frequency Identification)技術(shù)是一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)。

RFID系統(tǒng)的基本工作原理可以通過(guò)圖1進(jìn)行闡述：閱讀器將要發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)編碼后加載在某一頻率的載波信號(hào)上由天線向外發(fā)送，進(jìn)入閱讀器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接收此脈沖信號(hào)，標(biāo)簽內(nèi)芯片中的有關(guān)電路對(duì)此信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解碼、解密，然后對(duì)命令請(qǐng)求，密碼，權(quán)限等進(jìn)行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲(chǔ)器中讀取有關(guān)信息，經(jīng)加密、編碼，調(diào)制后通過(guò)電子標(biāo)簽內(nèi)天線再發(fā)送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解碼，解密后送至中央處理系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理;若為修改信息的寫(xiě)命令，有關(guān)控制邏輯引起的內(nèi)部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫(xiě)EEPRQM中的內(nèi)容進(jìn)行改寫(xiě)，若經(jīng)判斷其對(duì)應(yīng)的密碼和權(quán)限不符，則返回出錯(cuò)信息。

RFID系統(tǒng)的應(yīng)用范圍

國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代即將到來(lái)，據(jù)悉，RFID技術(shù)已在歐美市場(chǎng)廣泛應(yīng)用，隨著中國(guó)市場(chǎng)RFID技術(shù)的日趨成熟和RFID標(biāo)簽價(jià)格的降低，RFID電子標(biāo)簽將替代傳統(tǒng)的一維條形碼和二維碼。如果說(shuō)二維碼是一維碼標(biāo)簽的延伸，那RFID的誕生就是標(biāo)簽行業(yè)的一場(chǎng)革命。其應(yīng)用領(lǐng)域主要在以下方面：

1.物流管理

物流是RFID最大的市場(chǎng)應(yīng)用空間，可以極大地提高物流環(huán)節(jié)的效率，并為實(shí)現(xiàn)零庫(kù)存提供技術(shù)保障。全球零售業(yè)巨頭沃爾瑪以及德國(guó)麥德龍極力推廣RFID標(biāo)簽的應(yīng)用，均已實(shí)現(xiàn)在超市中利用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品識(shí)別、反偷竊，實(shí)時(shí)庫(kù)存和產(chǎn)品有效期控制。

2.食品安全

食品安全問(wèn)題是一個(gè)國(guó)家的民生大事，RFID技術(shù)可以通過(guò)對(duì)食品原來(lái)的種植或養(yǎng)殖過(guò)程進(jìn)行全程的管理記錄以及對(duì)食品流通的環(huán)節(jié)進(jìn)行正向跟蹤和逆向追溯，全方位保證食品安全。

3.商品防偽

商品防偽能保障正常的市場(chǎng)秩序與消費(fèi)信譽(yù)，具有巨大的市場(chǎng)空間。采用RFID防偽技術(shù)與無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)商品的質(zhì)量檢驗(yàn)，目前已在煙、酒。醫(yī)藥等商品上進(jìn)行試點(diǎn)。

4.其他領(lǐng)域的應(yīng)用

RFID具有著非常廣泛的應(yīng)用空間，比如在交通管理，軍品管理、安防，動(dòng)物養(yǎng)殖與寵物管理，圖書(shū)館管理等領(lǐng)域，都具有巨大應(yīng)用前景。

RFID標(biāo)簽天線制備技術(shù)

影響RFID推廣的核心問(wèn)題在于芯片技術(shù)以及成本。如圖2所示，RFID電子標(biāo)簽主要由底材、天線及芯片組成，天線層是主要的功能層，其目的是傳輸最大的能量進(jìn)出標(biāo)簽芯片。與傳統(tǒng)蝕刻法，繞線法相比，標(biāo)簽天線的直接印制法大大節(jié)約了成本。

1.標(biāo)簽天線的傳統(tǒng)制造工藝

①采用蝕刻方式加工制備標(biāo)簽天線

天線在蝕刻前應(yīng)先印刷上抗蝕膜，首先將PET薄膜片材兩面覆上金屬(如銅、鋁等)箔;然后采用印刷法(絲網(wǎng)印刷，凹印等)或光刻法，在基板雙面天線圖案區(qū)域印刷抗蝕油墨，用以保護(hù)線路圖形在蝕刻中不被溶蝕掉：然后進(jìn)行蝕刻，即將印刷油墨圖案已固化的片材浸入蝕刻液中，溶蝕掉未印刷抗蝕油墨層區(qū)域的金屬;然后再去除薄膜片材天線圖案金屬層上的抗蝕刻油墨，這樣就得到了標(biāo)簽天線?；蛘卟捎霉饪谭?，在覆銅基板表面預(yù)先涂布光敏抗蝕膜，并用相應(yīng)的掩膜覆合曝光，經(jīng)過(guò)顯影腐蝕，除去版上殘留抗蝕膜，就得到一個(gè)完整的天線圖形。

②繞線法制備標(biāo)簽天線工藝

目前。銅導(dǎo)線繞制RFID標(biāo)簽天線的制造工藝通常是使用自動(dòng)繞線機(jī)進(jìn)行，即直接在底基載體薄膜上繞上涂覆了絕緣漆，并使用低熔點(diǎn)烤漆的銅線作為RFID標(biāo)簽天線的基材，最后用黏合劑對(duì)導(dǎo)線與基材進(jìn)行機(jī)械固定。其工藝流程如圖4所示。該方法可靠性較高，但對(duì)于RF19電子標(biāo)簽來(lái)說(shuō)成本太高。

2.標(biāo)簽天線印制工藝

基于傳統(tǒng)標(biāo)簽天線制備方法中存在的污染環(huán)境、成本較高的弊端，且工藝復(fù)雜，成品制作時(shí)間長(zhǎng)，必將被新的工藝所替代。采用印刷方式直接印制RFID標(biāo)簽天線是一種環(huán)保節(jié)能、低成本的制造工藝?，F(xiàn)有可行的印制RFID標(biāo)簽天線的印刷方式有絲網(wǎng)印刷和噴墨印刷。

①絲網(wǎng)印刷法制備天線

絲網(wǎng)印刷是使用模版直接印刷的過(guò)程，即用導(dǎo)電油墨直接印刷在紙基或塑料薄膜卷材上，其一般工藝流程為：

標(biāo)簽天線的絲網(wǎng)印刷就是把導(dǎo)電油墨由網(wǎng)版的另一側(cè)以刮板將油墨掃壓過(guò)網(wǎng)版，而油墨則穿透過(guò)網(wǎng)版上天線圖樣的網(wǎng)孔間隙，粘印在被印刷的底材上。在進(jìn)行RFID的標(biāo)簽天線印刷時(shí)，由于不同工作頻率的RFID標(biāo)簽的天線線圈將對(duì)應(yīng)不同的圈數(shù)，線圈厚度和每一圈之間的距離(如HF波段使用13.56MHz的芯片，通常它要求線圈圈數(shù)為6，厚度約為20um：UHF波段使用868MHz和950MHz的芯片，線圈截面厚度約為4um)，故所印刷的墨層厚度、每一道線的寬度和干燥后的圖形輪廓都有嚴(yán)格的允差范圍(如兩次重疊套印的誤差必須在0.1mm之內(nèi))。

網(wǎng)版印刷的墨層厚度最多可以達(dá)到100um，是柔印、膠印和凹印的幾倍，這對(duì)于用導(dǎo)電油墨印刷標(biāo)簽天線是十分有利的。在實(shí)際印刷電路生產(chǎn)中，墨層厚度的要求一般在8～12um，其干燥則可以采用UV，IR及熱風(fēng)等方式來(lái)完成。

②噴墨印刷法制備天線

絲網(wǎng)印刷在一定程度上節(jié)約了成本，但其油墨采用70%左右的高銀含量的導(dǎo)電銀漿，得到15～20um之間的天線，屬于厚膜印刷方式，成本高，且印刷過(guò)程中有溶劑排放，墨層柔順性較差。采用噴墨打印機(jī)制備導(dǎo)電線路，只需要根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的圖案，由噴墨打印機(jī)的噴頭將導(dǎo)電墨水噴涂到基板上而形成導(dǎo)電線路。噴墨印刷方式作為非傳統(tǒng)印刷，在天線制作方面由于其制作周期短、無(wú)污染、成本低等特性被廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外很多知名院校、研究所長(zhǎng)期致力于噴墨導(dǎo)電墨水的研究，取得了顯著的成就。北京印刷學(xué)院以李露海教授為帶頭人的科研團(tuán)隊(duì)成功研制出導(dǎo)電膜厚度在1um左右，電阻達(dá)到1Ω左右的噴墨導(dǎo)電墨水：美國(guó)Kovio公司在2008年推出了用噴墨打印納米硅墨水制備的FFD，成為噴墨打印墨水第一個(gè)商業(yè)成功的案例;韓國(guó)順天大學(xué)2009年研制出基于碳納米管墨水的全印刷1-bit射頻標(biāo)簽。

采用噴墨印刷來(lái)進(jìn)行RFID標(biāo)簽的制作可分為3種方式：①使用噴墨印刷方式把抗蝕油墨、阻焊油墨和字符油墨等噴射到覆銅板上，經(jīng)過(guò)固化后得到成品;②采用含有納米金屬顆粒的導(dǎo)電墨水直接將電路圖形噴在聚酯片基上，經(jīng)過(guò)低溫?zé)汗袒?，形成電路：③通過(guò)采用相應(yīng)特性的墨水，采用噴墨印刷的方法制造RFID標(biāo)簽中的電容器及電阻器等電子器件。與傳統(tǒng)的印刷方式相比。采用噴墨印刷的方式可以達(dá)到更快的生產(chǎn)速度，印刷成本也有所降低，更重要的是能夠增加其布線密度，從而提高成品質(zhì)量。

展望

RFID標(biāo)簽以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，逐漸應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。人們致力于研究解決傳統(tǒng)制備方式存在的弊端，噴墨印刷作為標(biāo)簽天線新技術(shù)，依托成本低、導(dǎo)電性好，無(wú)污染以及天線圖案易控制等優(yōu)點(diǎn)，將使RFID技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。