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印刷技術在RFID中嶄露頭角
來源: | 作者:jxwsdcom | 發布時間: 2018-09-21 | 829 次瀏覽 | 分享到:
在最近的幾年當中,無線電頻率識別(RFID)技術發展顯著。在這個時段之前,缺少生產標準和支持不同RFID 應用的基礎結構使這一創新的技術起點受到質疑。 然而,由于RFID 開發人員的堅持使生產系統有了突破,而供應渠道發展支持了RFID的制造。目前,大多數RFID 應用程序已標準化,這些產品的市場如生產的公司數量有了顯著增長。在這些開發RFID 市場的公司中,都是具有工業網版印刷背景的企業,尤其是那些具有電子設備印刷經驗的企業。而采用其他印刷方法的公司也進入到RFID制造的許多方面。在本文中,我們重點介紹什么是RFID 以及它的功能如何。我們還將弄清楚怎樣證明網版印刷和其他印刷技術適合于印刷RFID標簽和商標的關鍵部件—天線
RFID 原理

    基本說來,RFID技術的產生是為了使識別和跟蹤產品的過程變得簡單、快速和精確。RFID 商標和標簽具有的其他好處和能力包括以下幾類:
    ● 保護產品真實性;
    ● 保護產品以防盜;
    ● 控制零售點、倉庫和圖書館等的產品庫存;
    ● 控制通往建筑物、停車場、道路和其他場所的入口;
    ● 通過防止數據輸入過程中發生的差錯,提高數據處理速度并降低其成本。

    在RFID 之前,產品包裝上的條形碼和銀行業務及信用卡上的磁條是識別、跟蹤產品和交易的主要方式。要取得條形碼或磁條上的數據需要用讀出設備掃描條碼、磁條或卡片,必須人工將產品或卡片放置在讀出設備中,而這樣會導致數據處理的延遲,我們在航空票務柜臺和當地超市結賬處均經歷過這樣的延遲。

    RFID 技術以自動方式提示產品或賬目的數據,在RFID標簽、商標或卡片與讀出設備之間并無直接接觸。通過將產品或卡片上附有的數據返回到讀出設備,RFID 對磁輻射作出反應。此外,存儲在RFID 商標上的數據可以更新或改變。RFID 不會完全代替所有的條形碼和類似的系統,但會成為將來產品識別的主要方式。

    不管是用作標簽固定于產品上,還是嵌入信用卡或銀行業務卡中,RFID標簽的結構基本相同。這種標簽會有RFID 脈沖發射器,它有一個附著于天線上的芯片。此天線實際上是一簡單的線圈,產生磁感應或電壓。

    在RFID 標簽與閱讀器/ 書寫器的天線之間發生數據交換,閱讀器/ 書寫器與一臺計算機相連接。以下分布描述RFID 技術是怎樣工作的:
    1 .無源RFID標簽在閱讀器的電磁場內移動;
    2 .此標簽接收來自閱讀器的信號,以此激活商標;
    3. 通過向閱讀器傳輸發射器芯片上存儲的數據,標簽作出反應;
    4. 閱讀器將收到的數據傳遞到主計算機, 此閱讀器還可為標簽提供新數據,重寫現有數據,或使標簽無效。

    RFID 標簽優于條形碼的重要之處是無需閱讀器一行行地觀察即可閱讀,不像條形碼那樣,RFID 標簽定位不需要人的協助,這樣閱讀標簽的過程可以自動執行。

    RFID標簽的另一個優勢是RFID發射器上的芯片是一個動態的數據載體,這意味著數據既可從芯片上閱讀,也可書寫到芯片上。由于數據通過電磁輻射進行交換,故可同時閱讀多個RFID標簽。

    目前,RFID 標簽通過郵政和快遞服務日益增多地用于物流和供應鏈管理、食品工業、醫療護理和制藥工業、圖書館、出入口管理和通行費征收、航空行李搬運、牲畜識別、文件跟蹤、產品鑒定或防假冒產品。為了防止服裝假冒和盜竊,一些公司甚至于將RFID 天線直接印刷到紡織品上。

    RFID 標簽類型

    RFID 標簽分兩種,即無源的和有源的。無源RFID 標簽在傳遞它們攜帶的數據之前需要通過閱讀器系統激活。有源RFID 標簽裝有電池,使商標能夠獨立地傳遞信號。本文只關注無源RFID標簽,它們是最常用的。

    無源RFID標簽的天線可產生感應的或電容性信號。感應天線能將磁場轉變成電信號或其他形式,這些天線看似纏繞的線圈。另一種是電容性天線,它對電磁能不敏感,而只對電信號敏感,電容性天線可根據其偶極子的形狀加以分辨。

    電磁輻射的頻率決定著標簽支持的閱讀距離。收集數據所要求的最小閱讀距離是設計具體應用的RFID天線的主要影響因素。

    RFID 標簽可以一些頻帶為基礎,例如低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)及微波上。RFID 商標閱讀和書寫的距離為10~500 cm。

    L F 天線支持的頻率為125 kHz。天線由纏繞200 多次的銅線圈組成,此種天線用于不超過5 0 c m 的比較短的閱讀距離。L F 標簽常見的應用包括出入口管理(即大門入口/ 安全卡)以及牲畜和家畜的識別。

    H F 標簽裝有由4 ~6 個銅線圈組成的天線,對13.56 MHz 的頻率敏感。這類標簽支持的最大閱讀距離為1 m。HF 標簽可用作“智能卡”,如圖書館頒發的閱讀卡,航空行李處理系統中的行李標簽。

    UHF 標簽對862~950 MHz的頻率產生感應,閱讀/ 書寫距離為5 m 以上。在美國,U H F 標準頻率是915 MHz。在世界的其他地方可使用不同的頻率。大的閱讀距離需要偶極天線。這樣的標簽使郵政和快遞服務能確定堆放在架子上的產品的性質而無需檢查每一個包裝。這樣的標簽也用于汽車駕駛員的自動繳費卡。

    微波RFID標簽的閱讀距離約為1 m,對2.45 GHz 或5.8 GHz 的頻率產生感應。微波標簽用于物流。H F 和U H F 標簽是應用最普遍的RFID 系統,此類標簽主要由三部分組成:

    ● 天線—銀質、銅質或鋁質天線通過傳輸和接收數據與閱讀器聯絡;

    ● 芯片—芯片裝在天線上并存儲供傳輸的數據;

    ● 插件—一個插件是承載片上的芯片和天線的組合體。RFID 插件可固定在膠紙上或塑料片上,以起到標簽或商標的作用,也可裝在塑料卡上。

    制作RFID 天線

    制作天線是RFID生產工藝的開始步驟??捎孟铝腥N不同的方法制作H F 和U H FRFID 標簽天線:

    ● 用銀導電油墨直接印刷;

    ● 用腐蝕方法去除層壓件上的銅或鋁(減法);

    ● 涂上導電介質, 然后電鍍(加法)。

    制作RFID 天線的各種方法均可用印刷方法完成。根據天線所要求的使用時間和特性,可用柔印、凹印和網印印制。

    直接印刷:直接印刷使天線一次操作即可生產,而其他方法需要多個步驟。對于直接印刷,使用溶劑基、導電、銀聚合物厚膜(P T F )油墨在塑料或紙基承印材料上印刷天線。這一應用使用的U V 油墨目前正在開發之中。

    H F 天線要求比較厚的墨層,以達到合適的導電性,因而網版印刷是制作這些天線的主要技術。網版印刷是產生厚墨層的一種理想的技術。通過轉換為不同線數的絲網,即可容易地調節墨層厚度。印刷之后,熱空氣干燥使油墨中的銀離子連接起來,以此形成電路,即最終的天線。

    除PTF 油墨之外,還有熱銀導電油墨。這類油墨不含聚合物連接料,而含有導電的有機金屬粒子。這些粒子在高溫之下熔融在一起。用熱銀導電油墨印制的天線具有的導電性比用P T F 油墨更好。

    U H F 天線一般比H F 天線薄,因而,其他印刷方法比網版印刷更適合印制U H F 天線。柔印和凹印比網印的墨層薄得多,但對于U H F 天線足夠了。這兩種印刷方法一般用于印量大的活件。

    柔印和輪轉凹印的印刷速度為1 0 0~5 0 0 英尺/ m i n(3 0 ~150 m/min),平臺網版印刷機的速度慢得多,因而平臺網印機通常只用于印制樣品和印數很小的活件。相反,輪轉網印的印刷速度約為80 ~200 英尺/min(2 5 ~60 m/min),處于平臺網印與柔印/ 凹印中間的突出位置上。

    輪轉網印、柔印和凹印是大量生產卷對卷RFID天線的極好技術。U H F 天線的印數決定最適合的印刷技術。一般地說,與使用輪轉網印的單通道相比,使用柔印和凹印印制H F 天線需要兩個通道。由于雙通道生產可能涉及套準問題,所以輪轉網印就成為制作所有尺寸的H F 天線的主要方法。它也用于印制短至中等印數的U H F 天線。

    減法:用減法制作RFID 天線(有時叫做印刷腐蝕法),承印物是一個層壓件,它有一個塑料(如聚酯)底基,上面覆蓋一層2 0 ~25 mm 厚的銅或鋁膜。用網印的方法將抗蝕劑印在復合的金屬表面上。此抗蝕膜呈天線的陽圖形狀,保護下面的金屬不受腐蝕劑侵蝕。在涂覆腐蝕性的腐蝕劑時,腐蝕劑會溶解抗蝕膜未覆蓋的金屬。然后涂上脫膜液去除抗蝕膜,進而制成天線。

    加法:加法又稱印刷電鍍片,與減法類似。在塑料底基上涂一層薄的(幾微米)導電起催化作用的油墨,呈天線的陽圖形狀。此種特殊油墨含有金屬顆粒,在印刷之后,印過的材料再經過電鍍過程,銅被鍍在材料上,只附著在導電油墨形成的圖形上。電鍍過程持續到材料上沉積的銅的量達到一定的厚度使之具有合適的導電性。

    RFID 技術的未來

    由于RFID標簽使用的芯片的價格仍然較高,在近期,RFID的應用將局限于多次應用的H F標簽。這些應用包括個人識別產品,以及跟蹤圖書和文件的標簽。不是用在單一產品識別, 各種UHF標簽將用在物流方面,如標簽箱、托盤和多種產品的貨柜上。

    隨著對RFID 標簽和商標需求的增加,這些標簽和商標使用的芯片的價格將會下降。因此,我們可以預期,RFID 技術的應用會擴展。RFID 專家預計,在2010 - 2015 年間RFID產品的使用會有顯著增長,到那時,網版印刷在RFID 標簽天線生產中已顯示的有效性,保證本工藝在這個市場上前途光明。(peter)

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