RFID標簽的應(yīng)用與制作技術(shù)

什么是RFID技術(shù) 

對于很多人來說，對于RFID并不感到陌生。RFID的全稱是RadioFrequencyIdentification，中文翻譯為射頻識別。它是一種非接觸的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。 

它在歷史上的首次應(yīng)用可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間(2O世紀40年代)，當時用于分辨敵對雙方飛機。到了70年代末，美國政府通過LosAlamos科學實驗室將RFID技術(shù)用于民間，在商業(yè)上最早用于牲畜身上。到了80年代，美國與歐洲幾家公司開始著手生產(chǎn)RFID卷標。而今天．RFID技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，典型的應(yīng)用包括：物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標識．運動計時、門禁控制/電子門票和道路自動收費等。RFID產(chǎn)業(yè)潛力無窮，應(yīng)用范圍遍及制造、物流、醫(yī)療、運輸、零售，國防等領(lǐng)域。專家預(yù)計，2010年全球RFID市場將達3000億美元。 

最基本的RFID系統(tǒng)由3部分組成： 

1．標簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線進行通信。每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。 
2．閱讀器(Reader)：讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。 
3．天線(Antemm)：在標簽和閱讀器問傳遞射頻信號。 

RFID系統(tǒng)的基本工作流程是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線的工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內(nèi)的內(nèi)置天線發(fā)送出去：系統(tǒng)接收天線接收到的從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼，然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構(gòu)動作。有些系統(tǒng)還通過閱讀器的RS232或RSR4855接口與外部計算機(上位機主系統(tǒng))連接，進行數(shù)據(jù)交換。 

通常情況下，RFID閱讀器發(fā)送的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率。RFID載波頻率基本上有3個范圍：低頻(3 0～3 0 0 kHz)、高頻(3～30MHz)和超高頻(30o～3GHz)。常見的工作頻率有低頻125kHz與134．2kHz、高頻13．56MHz、超高頻433MHz、860～930MHz、2．45GHz等。 

RFID在標簽上的應(yīng)用 

RFID標簽是承印物與電子技術(shù)的一個典型組合應(yīng)用，由此可實現(xiàn)承印物與計算機間的通訊。RFID標簽是指在承印物上就包含了存有產(chǎn)品信息的電子芯片以及相關(guān)的天線和電源，通過天線接收來自專用閱讀器所發(fā)射的微波等無線電信號，并反射標簽芯片中所包含的數(shù)據(jù)信息，最后送入主計算機進行處理．從而實現(xiàn)產(chǎn)品非接觸式的識別、查找與管理，打破了傳統(tǒng)條形碼識別的局限性，可廣泛應(yīng)用于超市、物流、倉儲等應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)了解．目前全球最大的零售商巨頭沃爾瑪正在極力地推動RFID標簽的應(yīng)用。 

相對于條形碼來講．RFID標簽具有如下優(yōu)點： 

1．RFID可工作于各種惡劣環(huán)境．環(huán)境的適應(yīng)性強：通過射頻信號自動識別目標對象．無需可見光源：具有穿透性．可以透過外部材料直接讀取數(shù)據(jù)．保護外部包裝．節(jié)省開箱時間。 
2．可識別高速運動的物體．這給識別工作帶來極大的便利。 
3．可同時識別多個標簽．操作快捷方便，適用于批量識別場合。 
4．標簽根據(jù)商家種類的不同能儲存從5 1 2字節(jié)到4兆字節(jié)不等的數(shù)據(jù)。而且支持寫入數(shù)據(jù)．無需重新制作新的標簽。 
5．被動式RFID標簽?zāi)芰縼碜蕴炀€接收到的電磁波信號．不需要電源。 

由于RFID標簽的優(yōu)點．其在國外發(fā)展得很快，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化、交通運輸控制管理等眾多領(lǐng)域．例如汽車或火車等的交通監(jiān)控系統(tǒng)．高速公路自動收費系統(tǒng)、物品管理．生產(chǎn)自動化流水線．門禁系統(tǒng)、金融交易、倉儲管理、畜牧管理、車輛防盜等。德國漢莎航空公司正在嘗試用RFID電子標簽來代替飛機票．從而改變了傳統(tǒng)的機票購銷方式。時至今日．射頻識別技術(shù)的新應(yīng)用仍然層出不窮。 

RFID標簽的印刷制作方法 

RFID以其巨大的優(yōu)越性．大有將條形碼取而代之的趨勢，但是，阻礙其應(yīng)用的一個重要因素就是成本問題。國外專家指出．現(xiàn)在RFID標簽的價格從0．15～1o0美元不等，這對于大多數(shù)商家和消費者來說是不容易接受的。所以．現(xiàn)在很多公司都在致力于RFID成本的降低。經(jīng)過許多公司的實驗．采用印刷的方式來制作導電天線．可以降低RFID標簽制作成本．這是RFID的一大創(chuàng)新．同時，RFID標簽也給印刷業(yè)帶來無限商機。 

首先．最容易想到的制作RFID標簽的方法是先把集成電路芯片．天線及電源做成一個芯片層．再分別做好底層、印刷面層，最后把這三層復(fù)合在一起。顯然．這種制作RFiD標簽的方法是比較易于實現(xiàn)的．然而成本也較高，難以普及推廣。為了更廣泛地推廣應(yīng)用RFID標簽，一些新的RFID標簽印刷技術(shù)及器材被不斷開發(fā)出來。 

后來．有人發(fā)現(xiàn)可以用導電油墨(conductive-ink)來印刷RFID標簽。導電油墨是一種允許電流流動的印刷油墨，利用這種導電油墨．能在軟的或硬的基材上印刷導線、電路元件或天線．印制的天線可接收閱讀器發(fā)出的無線電信息流。而通過有效的實驗表明，在超高頻(860MHZ～950MHz)與微波(2450MHz)的頻率下．用導電油墨印刷的天線與傳統(tǒng)的銅線圈天線具有同樣的功能；在13．56MHz高頻附近．附加一些處理步驟，如升高溫度或再進行電鍍．可使導電油墨天線像銅線圈天線一樣工作出色。 

但是．在用導電油墨印刷時．不僅僅是一個真實還原圖像的問題，還要求有一定的印刷精度．也就是說要有一定的橫截面積．印刷出來的導線和電路元件必須符合電路的要求。如果用很薄的油墨來印刷雖然也可以．但印刷的面積會很大．也就是說線印得寬．但是智能標簽本身就處于輕、薄、小的發(fā)展趨勢．不能印得太寬．所以要求線與線之間的距離要小．每根線要有一定的印刷厚度。目前國內(nèi)外印刷天線的厚度在0．01～0．04mm．所以要印刷天線的話．目前最有效的做法是采用絲網(wǎng)印刷的方式．并要求網(wǎng)印機的印刷厚度要非常均勻。 

用絲網(wǎng)印刷的方法來實現(xiàn)RFID標簽的印刷的工藝與其它絲網(wǎng)印刷的方法基本上一致。由于RFID標簽的印刷圖文面積往往很?。矣∷r必須具有較好的印刷精度．這就為絲網(wǎng)印刷RFID標簽增加了不小的難度。所以在采用絲網(wǎng)印刷RFID標簽時應(yīng)注意如下事項： 

1．在選擇絲網(wǎng)時．網(wǎng)孔選用六角形的孔形．因為這樣有利于導電油墨的徹底轉(zhuǎn)移 導電油墨選用溶劑型的油墨效果更佳。 
2．創(chuàng)造優(yōu)良的油墨干燥條件(如：減小烘箱內(nèi)的風速．加熱溫度在140℃．加熱時間在30秒到120秒之間．溫度或時間的不合適．會使天線的基材發(fā)生變形超過標準)．有利于印刷線圈圖形輪廓的精確成形。 
3．保持潔凈的印刷工作環(huán)境。在印刷天線的過程中．要求沒有任何雜質(zhì)摻加在油墨里面．否則會影響導電效果。車間環(huán)境要求沒有粉塵．灰塵等．否則導電的灰塵橫在兩個導線之間就會連通它們。 

在過去．導電油墨只是采用絲網(wǎng)印刷方式．而現(xiàn)在我們可以將導電油墨擴展到膠印、柔性版印刷．凹?。@樣可以大大提高標簽的制作效率、有效降低制作成本。另外．有報道稱韓國開發(fā)噴墨打印制造工藝生產(chǎn)RFID產(chǎn)品．與原先制造成本相比減少十分之一．每個識別標簽1～5日元(合0．OO4美元)。相信，隨著制作方式的不斷改進和制作成本的降低，RFID將在人們的日常生活中扮演越來越重要的角色。