RFID标签的应用与制作技术

什么是RFID技术 

对于很多人来说，对于RFID并不感到陌生。RFID的全称是RadioFrequencyIdentification，中文翻译为射频识别。它是一种非接触的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。 

它在历史上的首次应用可以追溯到第二次世界大战期间(2O世纪40年代)，当时用于分辨敌对双方飞机。到了70年代末，美国政府通过LosAlamos科学实验室将RFID技术用于民间，在商业上最早用于牲畜身上。到了80年代，美国与欧洲几家公司开始着手生产RFID卷标。而今天．RFID技术已经广泛应用于各个领域，典型的应用包括：物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识．运动计时、门禁控制/电子门票和道路自动收费等。RFID产业潜力无穷，应用范围遍及制造、物流、医疗、运输、零售，国防等领域。专家预计，2010年全球RFID市场将达3000亿美元。 

最基本的RFID系统由3部分组成： 

1．标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线进行通信。每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。 
2．阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。 
3．天线(Antemm)：在标签和阅读器问传递射频信号。 

RFID系统的基本工作流程是：阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线的工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内的内置天线发送出去：系统接收天线接收到的从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。有些系统还通过阅读器的RS232或RSR4855接口与外部计算机(上位机主系统)连接，进行数据交换。 

通常情况下，RFID阅读器发送的频率称为RFID系统的工作频率或载波频率。RFID载波频率基本上有3个范围：低频(3 0～3 0 0 kHz)、高频(3～30MHz)和超高频(30o～3GHz)。常见的工作频率有低频125kHz与134．2kHz、高频13．56MHz、超高频433MHz、860～930MHz、2．45GHz等。 

RFID在标签上的应用 

RFID标签是承印物与电子技术的一个典型组合应用，由此可实现承印物与计算机间的通讯。RFID标签是指在承印物上就包含了存有产品信息的电子芯片以及相关的天线和电源，通过天线接收来自专用阅读器所发射的微波等无线电信号，并反射标签芯片中所包含的数据信息，最后送入主计算机进行处理．从而实现产品非接触式的识别、查找与管理，打破了传统条形码识别的局限性，可广泛应用于超市、物流、仓储等应用领域。据了解．目前全球最大的零售商巨头沃尔玛正在极力地推动RFID标签的应用。 

相对于条形码来讲．RFID标签具有如下优点： 

1．RFID可工作于各种恶劣环境．环境的适应性强：通过射频信号自动识别目标对象．无需可见光源：具有穿透性．可以透过外部材料直接读取数据．保护外部包装．节省开箱时间。 
2．可识别高速运动的物体．这给识别工作带来极大的便利。 
3．可同时识别多个标签．操作快捷方便，适用于批量识别场合。 
4．标签根据商家种类的不同能储存从5 1 2字节到4兆字节不等的数据。而且支持写入数据．无需重新制作新的标签。 
5．被动式RFID标签能量来自天线接收到的电磁波信号．不需要电源。 

由于RFID标签的优点．其在国外发展得很快，已被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域．例如汽车或火车等的交通监控系统．高速公路自动收费系统、物品管理．生产自动化流水线．门禁系统、金融交易、仓储管理、畜牧管理、车辆防盗等。德国汉莎航空公司正在尝试用RFID电子标签来代替飞机票．从而改变了传统的机票购销方式。时至今日．射频识别技术的新应用仍然层出不穷。 

RFID标签的印刷制作方法 

RFID以其巨大的优越性．大有将条形码取而代之的趋势，但是，阻碍其应用的一个重要因素就是成本问题。国外专家指出．现在RFID标签的价格从0．15～1o0美元不等，这对于大多数商家和消费者来说是不容易接受的。所以．现在很多公司都在致力于RFID成本的降低。经过许多公司的实验．采用印刷的方式来制作导电天线．可以降低RFID标签制作成本．这是RFID的一大创新．同时，RFID标签也给印刷业带来无限商机。 

首先．最容易想到的制作RFID标签的方法是先把集成电路芯片．天线及电源做成一个芯片层．再分别做好底层、印刷面层，最后把这三层复合在一起。显然．这种制作RFiD标签的方法是比较易于实现的．然而成本也较高，难以普及推广。为了更广泛地推广应用RFID标签，一些新的RFID标签印刷技术及器材被不断开发出来。 

后来．有人发现可以用导电油墨(conductive-ink)来印刷RFID标签。导电油墨是一种允许电流流动的印刷油墨，利用这种导电油墨．能在软的或硬的基材上印刷导线、电路元件或天线．印制的天线可接收阅读器发出的无线电信息流。而通过有效的实验表明，在超高频(860MHZ～950MHz)与微波(2450MHz)的频率下．用导电油墨印刷的天线与传统的铜线圈天线具有同样的功能；在13．56MHz高频附近．附加一些处理步骤，如升高温度或再进行电镀．可使导电油墨天线像铜线圈天线一样工作出色。 

但是．在用导电油墨印刷时．不仅仅是一个真实还原图像的问题，还要求有一定的印刷精度．也就是说要有一定的横截面积．印刷出来的导线和电路元件必须符合电路的要求。如果用很薄的油墨来印刷虽然也可以．但印刷的面积会很大．也就是说线印得宽．但是智能标签本身就处于轻、薄、小的发展趋势．不能印得太宽．所以要求线与线之间的距离要小．每根线要有一定的印刷厚度。目前国内外印刷天线的厚度在0．01～0．04mm．所以要印刷天线的话．目前最有效的做法是采用丝网印刷的方式．并要求网印机的印刷厚度要非常均匀。 

用丝网印刷的方法来实现RFID标签的印刷的工艺与其它丝网印刷的方法基本上一致。由于RFID标签的印刷图文面积往往很小．而且印刷时必须具有较好的印刷精度．这就为丝网印刷RFID标签增加了不小的难度。所以在采用丝网印刷RFID标签时应注意如下事项： 

1．在选择丝网时．网孔选用六角形的孔形．因为这样有利于导电油墨的彻底转移 导电油墨选用溶剂型的油墨效果更佳。 
2．创造优良的油墨干燥条件(如：减小烘箱内的风速．加热温度在140℃．加热时间在30秒到120秒之间．温度或时间的不合适．会使天线的基材发生变形超过标准)．有利于印刷线圈图形轮廓的精确成形。 
3．保持洁净的印刷工作环境。在印刷天线的过程中．要求没有任何杂质掺加在油墨里面．否则会影响导电效果。车间环境要求没有粉尘．灰尘等．否则导电的灰尘横在两个导线之间就会连通它们。 

在过去．导电油墨只是采用丝网印刷方式．而现在我们可以将导电油墨扩展到胶印、柔性版印刷．凹印．这样可以大大提高标签的制作效率、有效降低制作成本。另外．有报道称韩国开发喷墨打印制造工艺生产RFID产品．与原先制造成本相比减少十分之一．每个识别标签1～5日元(合0．OO4美元)。相信，随着制作方式的不断改进和制作成本的降低，RFID将在人们的日常生活中扮演越来越重要的角色。