李慶偉 鄭威 發表於 2019-12-02 16:36:07
20世紀40年代初期，雷達的改進和應用催生了無線射頻識別（RFID）技術。經歷了漫長的探索階段，目前，RFID已經在公共安全、生產製造、物流管理等領域起到了舉足輕重的作用。
RFID
無線射頻識別（RFID，RBdio Frequency Identification）技術是一項非接觸式自動識別技術，它通過空間耦合（交變磁場或電磁場）自動識別目標對象並獲取相關數據，以達到目標識別和數據交換的目的，識別工作無需人工幹預。
RFID系統的基本工作原理可以通過圖1進行闡述：閱讀器將要發送的信號，經編碼後加載在某一頻率的載波信號上由天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子標籤接收此脈衝信號，標籤內晶片中的有關電路對此信號進行解調，解碼、解密，然後對命令請求，密碼，權限等進行判斷。若為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼，調製後通過電子標籤內天線再發送到閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調，解碼，解密後送至中央處理系統進行有關數據處理;若為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的內部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPRQM中的內容進行改寫，若經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。
RFID系統的應用範圍
國際物聯網時代即將到來，據悉，RFID技術已在歐美市場廣泛應用，隨著中國市場RFID技術的日趨成熟和RFID標籤價格的降低，RFID電子標籤將替代傳統的一維條形碼和二維碼。如果說二維碼是一維碼標籤的延伸，那RFID的誕生就是標籤行業的一場革命。其應用領域主要在以下方面：
1.物流管理
物流是RFID最大的市場應用空間，可以極大地提高物流環節的效率，並為實現零庫存提供技術保障。全球零售業巨頭沃爾瑪以及德國麥德龍極力推廣RFID標籤的應用，均已實現在超市中利用RFID技術來實現產品識別、反偷竊，實時庫存和產品有效期控制。
2.食品安全
食品安全問題是一個國家的民生大事，RFID技術可以通過對食品原來的種植或養殖過程進行全程的管理記錄以及對食品流通的環節進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秩序與消費信譽，具有巨大的市場空間。採用RFID防偽技術與無線通訊網絡可以在任何時間、任何地點實現商品的質量檢驗，目前已在煙、酒。醫藥等商品上進行試點。
4.其他領域的應用
RFID具有著非常廣泛的應用空間，比如在交通管理，軍品管理、安防，動物養殖與寵物管理，圖書館管理等領域，都具有巨大應用前景。
RFID標籤天線製備技術
影響RFID推廣的核心問題在於晶片技術以及成本。如圖2所示，RFID電子標籤主要由底材、天線及晶片組成，天線層是主要的功能層，其目的是傳輸最大的能量進出標籤晶片。與傳統蝕刻法，繞線法相比，標籤天線的直接印製法大大節約了成本。
1.標籤天線的傳統製造工藝
①採用蝕刻方式加工製備標籤天線
天線在蝕刻前應先印刷上抗蝕膜，首先將PET薄膜片材兩面覆上金屬（如銅、鋁等）箔;然後採用印刷法（絲網印刷，凹印等）或光刻法，在基板雙面天線圖案區域印刷抗蝕油墨，用以保護線路圖形在蝕刻中不被溶蝕掉：然後進行蝕刻，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域的金屬;然後再去除薄膜片材天線圖案金屬層上的抗蝕刻油墨，這樣就得到了標籤天線。或者採用光刻法，在覆銅基板表面預先塗布光敏抗蝕膜，並用相應的掩膜覆合曝光，經過顯影腐蝕，除去版上殘留抗蝕膜，就得到一個完整的天線圖形。
②繞線法製備標籤天線工藝
目前。銅導線繞制RFID標籤天線的製造工藝通常是使用自動繞線機進行，即直接在底基載體薄膜上繞上塗覆了絕緣漆，並使用低熔點烤漆的銅線作為RFID標籤天線的基材，最後用黏合劑對導線與基材進行機械固定。其工藝流程如圖4所示。該方法可靠性較高，但對於RF19電子標籤來說成本太高。
2.標籤天線印製工藝
基於傳統標籤天線製備方法中存在的汙染環境、成本較高的弊端，且工藝複雜，成品製作時間長，必將被新的工藝所替代。採用印刷方式直接印製RFID標籤天線是一種環保節能、低成本的製造工藝。現有可行的印製RFID標籤天線的印刷方式有絲網印刷和噴墨印刷。
①絲網印刷法製備天線
絲網印刷是使用模版直接印刷的過程，即用導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：
標籤天線的絲網印刷就是把導電油墨由網版的另一側以刮板將油墨掃壓過網版，而油墨則穿透過網版上天線圖樣的網孔間隙，粘印在被印刷的底材上。在進行RFID的標籤天線印刷時，由於不同工作頻率的RFID標籤的天線線圈將對應不同的圈數，線圈厚度和每一圈之間的距離（如HF波段使用13.56MHz的晶片，通常它要求線圈圈數為6，厚度約為20um：UHF波段使用868MHz和950MHz的晶片，線圈截面厚度約為4um），故所印刷的墨層厚度、每一道線的寬度和乾燥後的圖形輪廓都有嚴格的允差範圍（如兩次重疊套印的誤差必須在0.1mm之內）。
網版印刷的墨層厚度最多可以達到100um，是柔印、膠印和凹印的幾倍，這對於用導電油墨印刷標籤天線是十分有利的。在實際印刷電路生產中，墨層厚度的要求一般在8～12um，其乾燥則可以採用UV，IR及熱風等方式來完成。
②噴墨印刷法製備天線
絲網印刷在一定程度上節約了成本，但其油墨採用70%左右的高銀含量的導電銀漿，得到15～20um之間的天線，屬於厚膜印刷方式，成本高，且印刷過程中有溶劑排放，墨層柔順性較差。採用噴墨印表機製備導電線路，只需要根據計算機系統設計的圖案，由噴墨印表機的噴頭將導電墨水噴塗到基板上而形成導電線路。噴墨印刷方式作為非傳統印刷，在天線製作方面由於其製作周期短、無汙染、成本低等特性被廣泛關注。國內外很多知名院校、研究所長期致力於噴墨導電墨水的研究，取得了顯著的成就。北京印刷學院以李露海教授為帶頭人的科研團隊成功研製出導電膜厚度在1um左右，電阻達到1Ω左右的噴墨導電墨水：美國Kovio公司在2008年推出了用噴墨列印納米矽墨水製備的FFD，成為噴墨列印墨水第一個商業成功的案例;韓國順天大學2009年研製出基於碳納米管墨水的全印刷1-bit射頻標籤。
採用噴墨印刷來進行RFID標籤的製作可分為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，經過固化後得到成品;②採用含有納米金屬顆粒的導電墨水直接將電路圖形噴在聚酯片基上，經過低溫燒焙固化，形成電路：③通過採用相應特性的墨水，採用噴墨印刷的方法製造RFID標籤中的電容器及電阻器等電子器件。與傳統的印刷方式相比。採用噴墨印刷的方式可以達到更快的生產速度，印刷成本也有所降低，更重要的是能夠增加其布線密度，從而提高成品質量。
展望
RFID標籤以其獨特的優勢，逐漸應用在各個領域。人們致力於研究解決傳統製備方式存在的弊端，噴墨印刷作為標籤天線新技術，依託成本低、導電性好，無汙染以及天線圖案易控制等優點，將使RFID技術得到更廣泛的應用。
責任編輯：ct
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