印刷技术在无线电频率识别中崭露头角

印刷技术在无线电频率识别中崭露头角

在最近的几年当中，无线电频率识别（RFID）技术发展显著。在这个时段之前，缺少生产标准和支持不同RFID 应用的基础结构使这一创新的技术起点受到质疑。

然而，由于RFID 开发人员的坚持使生产系统有了突破，而供应渠道发展支持了R F I D 的制造。目前，大多数RF外循环时可将槽内恒温液体外引ID 应用程序已标准化，这些产品的市场如生产的公司数量有了显著增长。在这些开发RFID 市场的公司中，都是具有工业版印刷背景的企业，尤其是那些具有电子设备印刷经验的企业。而采用其他印刷方法的公司也进入到R F I D 制造的许多方面。在本文中，我们重点介绍什么是RFIDs 以及它的功能如何。我们还将弄清楚怎样证明版印刷和其他印刷技术适合于印刷R F I D标签和商标的关键部件—天线。

RFID 原理

基本说来，R F I D 技术的产生是为了使识别和跟踪产品的过程变得简单、快速和精确。RFID 商标和标签具有的其他好处和能力包括以下几类：

● 保护产品真实性；

● 保护产品以防盗；

● 控制零售点、仓库和图书馆等的产品库存；

● 控制通往建筑物、停车场、道路和其他场所的入口；

● 通过防止数据输入过程中发生的差错，提高数据处理速度并降低其成本。

在R F I D s 之前，产品包装上的条形码和银行业务及信用卡上的磁条是识别、跟踪产品和交易的主要方式。要取得条形码或磁条上的数据需要用读出设备扫描条码、磁条或卡片，必须人工将产品或卡片放置在读出设备中，而这样会导致数据处理的延迟，我们在航空票务柜台和当地超市结账处均经历过这样的延迟。

RFID 技术以自动方式提示产品或账目的数据，在R F I D 标签、商标或卡片与读出设备之间并无直接接触。通过将产品或卡片上附有的数据返回到读出设备，RFIDs 对磁辐射作出反应。此外，存储在RFID 商标上的数据可以更新或改变。RFIDs 不会完全代替所有的条形码和类似的系统，但会成为将来产品识别的主要方式。

不管是用作标签固定于产品上，还是嵌入信用卡或银行业务卡中，R F I D 标签的结构基本相同。这种标签会有RFID 脉冲发射器，它有一个附着于天线上的芯片。此天线实际上是一简单的线圈，产生磁感应或电压。

在RFID 标签与阅读器/ 书写器的天线之间发生数据交换，阅读器/ 书写器与一台计算机相连接。以下分布描述RFID 技术是怎样工作的：

1 . 无源R F I D 标签在阅读器的电磁场内移动；

2 . 此标签接收来自阅读器的信号，以此激活商标；

3. 通过向阅读器传输发射器芯片上存储的数据，标签作出反应；

4. 阅读器将收到的数据传递到主计算机， 此阅读器还可为标签提供新数据，重写现有数据，或使标签无效。

RFID 标签优于条形码的重要之处是无需阅读器一行行地观察即可阅读，不像条形码那样，RFID 标签定位不需要人的协助，这样阅读标签的过程可以自动执行。

R F I D 标签的另一个优势是R F I D 发射器上的芯片是一个动态的数据载体，这意味着数据既可从芯片上阅读，也可书写到芯片上。由于数据通过电磁辐射进行交换，故可同时阅读多个R F I D 标签。

目前，RFID 标签通过邮政和快递服务日益增多地用于物流和供应链管理、食品工业、医疗护理和制药工业、图书馆、出入口管理和通行费征收、航空行李搬运、牲畜识别、文件跟踪、产品鉴定或防假冒产品。为了防止服装假冒和盗窃，一些公司甚至于将RFID 天线直接印刷到纺织品上。

RFID 标签类型

RFID 标签分两种，即无源的和有源的。无源RFID 标签在传递它们携带的数据之前需要通过阅读器系统激活。有源RFID 标签装有电池，使商标能够独立地传递信号。本文只关注无源R F I D 标签，它们是最常用的。

无源R F I D 标签的天线可产生感应的或电容性信号。感应天线能将磁场转变成电信号或其他形式，这些天线看似缠绕的线圈。另一种是电容性天线，它对电磁能不敏感，而只对电信号敏感，电容性天线可根据其偶极子的形状加以分辨。

电磁辐射的频率决定着标签支持的阅读距离。收集数据所要求的最小阅读距离是设计具体应用的R F I D 天线的主要影响因素。

RFID 标签可以一些频带为基础，例如低频（LF）、高频（HF）、超高频（U H F ）及微波上（见表1 ）。RFID 商标阅读和书写的距离为10～500 cm。

L F 天线支持的频率为125 kHz。天线由缠绕200 多次的铜线圈组成，此种天线用于不超过5 0 c m 的比较短的阅读距离。L F 标签常见的应用包括出入口管理（即大门入口/ 安全卡）以及牲畜和家畜的识别。

H F 标签装有由4 ～6 个铜线圈组成的天线，对1重点突破新型高性能降阻涂料技术、船底空气润滑降阻技术等3.56 MHz 的频率敏感。这类标签支持的最大阅读距离为1 m。HF 标签可用作“智能卡”，如图书馆颁发的阅读卡，航空行李处理系统中的行李标签。

UHF 标签对862～950 MHz的频率产生感应，阅读/ 书写距离为5 m 以上。在美国，U H F 标准频率是915 MHz。在世界的其他地方可使用不同的频率。大的阅读距离需要偶极天线。这样的标签使邮政和快递服务能确定堆放在架子上的产品的性质而无需检查每一个包装。这样的标签也用于汽车驾驶员的自动缴费卡。

微波R F I D 标签的阅读距离约为1 m，对2.45 GHz 或5.8 GHz 的频率产生感应。微波标签用于物流。H F 和U H F 标签是应用最普遍的RFID 系统，此类标签主要由三部分组成：

● 天线—银质、铜质或铝质天线通过传输和接收数据与阅读器联络；

● 芯片—芯片装在天线上并存储供传输的数据；

● 插件—一个插件是承载片上的芯片和天线的组合体。RFID 插件可固定在胶纸上或塑料片上，以起到标签或商标的作用，也可装在塑料卡上。

制作RFID 天线

制作天线是R F I D 生产工艺的开始步骤。可用下列三种不同的方法制作H F 和U H FRFID 标签天线：

● 用银导电油墨直接印刷；

● 用腐蚀方法去除层压件上的铜或铝（减法）；

● 涂上导电介质， 然后电镀（加法）。

制作RFID 天线的各种方法均可用印刷方法完成。根据天线所要求的使用时间和特性，可用柔印、凹印和印印制。

直接印刷：直接印刷使天线一次操作即可生产，而其他方法需要多个步骤。对于直接印刷，使用溶剂基、导电、银聚合物厚膜（P T F ）油墨在塑料或纸基承印材料上印刷天线。这一应用使用的U V 油墨目前正在开发之中。

H F 天线要求比较厚的墨层，以达到合适的导电性，因而版印刷是制作这些天线的主要技术。版印刷是产生厚墨层的一种理想的技术。通过转换为不同线数的丝，即可容易地调节墨层厚度。印刷之后，热空气干燥使油墨中的银离子连接起来，以此形成电路，即最终的天线。

除PTF 油墨之外，还有热银导电油墨。这类油墨不含聚合物连接料，而含有导电的有机金属粒子。这些粒子在高温之下熔融在一起。用热银导电油墨印制的天线具有的导电性比用P T F 油墨更好。

U H F 天线一般比H F 天线薄，因而，其他印刷方法比版印刷更适合印制U H F 天线。柔印和凹印比印的墨层薄得多，但对于U H F 天线足够了。这两种印刷方法一般用于印量大的活件。

柔印和轮转凹印的印刷速度为1 0 0～5 0 0 英尺/ m i n（3 0 ～150 m/min），平台版印刷机的速度其中464吉瓦(40%)来自中国慢得多，因而平台印机通常只用于印制样品和印数很小的活件。相反，轮转印的印刷速度约为80 ～200 英尺/min（2 5 ～60 m/min），处于平台印与柔印/ 凹印中间的突出位置上。在表3 中对平台印与轮转印的性能作了比较。

轮转印、柔印和凹印是大量生产卷对卷R F I D 天线的极好技术。U H F 天线的印数决定最适合的印刷技术。一般地说，与使用轮转印的单通道相比，使用柔印和凹印印制H F 天线需要两个通道。由于双通道生产可能涉及套准问题，所以轮转印就成为制作所有尺寸的H F 天线的主要方法。它也用于印制短至中等印数的U H F 天线。

减法：用减法制作RFID 天线（有时叫做印刷腐蚀法），承印物是一个层压件，它有一个塑料（如聚酯）底基，上面覆盖一层2 0 ～25 mm 厚的铜或铝膜。用印的方法将抗蚀剂印在复合的金属表面上。此抗蚀膜呈天线的阳图形状，保护下面的金属不受腐蚀剂侵蚀。在涂覆腐蚀性的腐蚀剂时，腐蚀剂会溶解抗蚀膜未覆盖的金属。然后涂上脱膜液去除抗蚀膜，进而制成天线。

加法：加法又称印刷电镀片，与减法类似。在塑料底基上涂一层薄的（几微米）导电起催化作用的油墨，呈天线的阳图形状。此种特殊油墨含有金属颗粒，在印刷之后，印过的材料再经过电镀过程，铜被镀在材料上，只附着在导电油墨形成的图形上。电镀过程持续到材料上沉积的铜的量达到一定的厚度使之具有合适的导电性。

RFID 技术的未来