無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線電波達(dá)到非接觸資料存取的目的
RFID即無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)，也稱為無(wú)線IC標(biāo)簽、電子標(biāo)簽、感應(yīng)式電子芯片、感應(yīng)卡、非接觸卡等。它是一種透過(guò)無(wú)線電波來(lái)達(dá)到非接觸的資料存取的技術(shù)，可透過(guò)無(wú)線通訊結(jié)合資料存取技術(shù)，連結(jié)背后的資料庫(kù)系統(tǒng)，形成一個(gè)龐大且串連在一起的系統(tǒng)。其系統(tǒng)的基本組件包括RFID電子標(biāo)簽、RFID讀寫(xiě)器和天線。其中天線是一種以電磁波形式把無(wú)線電收發(fā)機(jī)的射頻信號(hào)功率接收或輻射出去的裝置。
RFID系統(tǒng)的工作流程
閱讀器通過(guò)發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)射頻卡進(jìn)入發(fā)射天線的工作區(qū)域時(shí)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(guò)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(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送到后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理；主系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。
電子標(biāo)簽的外觀看似簡(jiǎn)單，其實(shí)設(shè)計(jì)以及調(diào)試還是比較煩瑣，目前還不能形成一步到位的設(shè)計(jì)，特別是標(biāo)簽天線的設(shè)計(jì)以及配合芯片后的進(jìn)一步性能優(yōu)化，必須經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的調(diào)整；生產(chǎn)過(guò)程也比較繁多，各工藝環(huán)節(jié)也必須嚴(yán)格控制，才能使成品標(biāo)簽滿足設(shè)計(jì)要求和客戶使用需要。那么如何使用現(xiàn)有設(shè)備制作RFID標(biāo)簽?zāi)兀肯旅娼榻B幾種方法：
1．濕式嵌入法
在這個(gè)工作流程中，先在標(biāo)簽面材上
印刷圖像，然后剝離標(biāo)簽底紙。通過(guò)標(biāo)簽面材背面的膠黏劑。濕式內(nèi)嵌(由于內(nèi)嵌上涂布有膠黏劑，并使用剝離底紙，所以被稱為濕式內(nèi)嵌)可以被固定在標(biāo)簽面材的背面。然后再把標(biāo)簽面材與底紙層合。經(jīng)過(guò)模切、收卷、排廢，完成RFID標(biāo)簽的加工。
2．干式嵌入法
干式嵌入法需要很精確的嵌入系統(tǒng)。在此工作流程中，標(biāo)簽圖像先
印刷到標(biāo)簽面材上。然后將標(biāo)簽底紙剝離。利用一個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)的裁切輥。把干式內(nèi)嵌(由于內(nèi)嵌上沒(méi)有涂布膠黏劑。不使用底紙，所以被稱為干式內(nèi)嵌)裁切為單個(gè)的嵌體。然后通過(guò)標(biāo)簽面材背面的膠黏劑，將其固定在標(biāo)簽面材的背面。最后，帶有內(nèi)嵌的標(biāo)簽面材與經(jīng)過(guò)二次涂布熱熔膠的標(biāo)簽底紙層壓，經(jīng)過(guò)模切、收卷、排廢，完成RFID標(biāo)簽的加工。在標(biāo)簽面材與標(biāo)簽底紙層壓時(shí)，膠黏劑就已經(jīng)冷卻。
簽帶粘貼法
制作超高頻RFID標(biāo)簽，一般使用簽帶粘貼法，該方法可以直接把導(dǎo)電油墨
印刷在標(biāo)簽面材的背面，但還有兩種不同的形式。
(1) 沒(méi)有涂布膠黏劑的標(biāo)簽面材作為主要的卷筒材料
在簽帶粘貼過(guò)程中，需要用導(dǎo)電油墨在標(biāo)簽面材的背面
印刷天線。但是導(dǎo)電油墨很難在標(biāo)簽的膠黏劑層上
印刷。解決方法就是標(biāo)簽面材與標(biāo)簽底紙單獨(dú)放卷。此時(shí)，標(biāo)簽面材上還沒(méi)有膠黏劑，可以順利印刷導(dǎo)電油墨。然后使用噴膠頭向標(biāo)簽面材的背面噴涂導(dǎo)電膠黏劑。同時(shí)，用膠帶粘貼的簽帶被由伺服電機(jī)控制的簽帶裁切輥切割成單獨(dú)的個(gè)體，然后借助層壓輥將其粘貼到背面涂布導(dǎo)電膠黏劑的標(biāo)簽面材上。緊接著，標(biāo)簽面材通過(guò)一條熱風(fēng)干燥烘道，對(duì)之前涂布的導(dǎo)電膠黏劑進(jìn)行干燥。此時(shí)，一個(gè)寬幅的連續(xù)熱熔膠涂布噴頭對(duì)單獨(dú)放卷的底紙噴涂膠黏劑，然后底紙與標(biāo)簽面材進(jìn)行層合，經(jīng)過(guò)模切、收卷排廢。完成RFID標(biāo)簽的加工。
不干膠材料作為主要卷筒材料
此工藝是先將標(biāo)簽圖像印刷在不干膠標(biāo)簽面材上，然后底紙剝離。此時(shí)，標(biāo)簽面材的背面由于有膠黏劑層，不利于導(dǎo)電油墨的印刷。所以先在膠黏劑層上局部涂布一層底漆并進(jìn)行干燥，然后再用導(dǎo)電油墨印刷天線并進(jìn)行干燥。此時(shí)，使用噴膠頭向標(biāo)簽面材的背面噴涂導(dǎo)電膠黏劑，以便黏結(jié)簽帶。同時(shí)，用膠帶粘貼的簽帶被由伺服電機(jī)控制的裁切輥裁切成單獨(dú)的個(gè)體，然后粘貼到背面涂布導(dǎo)電膠黏劑的標(biāo)簽面材上。緊接著，標(biāo)簽面材通過(guò)一條熱風(fēng)干燥烘道，對(duì)之前涂布的導(dǎo)電膠黏劑進(jìn)行干燥。而被剝離的標(biāo)簽底紙經(jīng)過(guò)熱熔膠涂布，再次與標(biāo)簽面材層合，最后經(jīng)過(guò)模切，收卷，排廢后，完成RFID標(biāo)簽的加工。
RFID電子標(biāo)簽的生產(chǎn)工藝案例
以中山市達(dá)華智能科技有限公司為例，典型電子標(biāo)簽生產(chǎn)工藝流程框圖，它包括以下三個(gè)主要部分：各種原材料 → 復(fù)合成天線基材 → 天線設(shè)計(jì)圖＋蝕刻 → 天線制成品；天線制成品 → 放置IC芯片 → 焊接芯片 → 層間包裝 → 測(cè)試計(jì)數(shù) → 芯料制成品；芯料制成品＋圖案設(shè)計(jì)＋制板＋印刷＋雙面膠 → 復(fù)合模切 → 測(cè)試計(jì)數(shù)等 → 最終得到電子標(biāo)簽成品。
RFID電子標(biāo)簽靜電的產(chǎn)生與消除
現(xiàn)在市場(chǎng)上的RFID電子標(biāo)簽的質(zhì)量參差不齊，有許多買(mǎi)回來(lái)不能用，拆開(kāi)一看原來(lái)是電路壞了。其實(shí)，這種情況在RFID電子標(biāo)簽的生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)生，主要原因是標(biāo)簽的電路在印刷過(guò)程中被靜電燒毀了。
靜電的產(chǎn)生
在RFID標(biāo)簽的印刷過(guò)程中，靜電是經(jīng)常出現(xiàn)的。印刷時(shí)，一般靜電最先從送紙輥產(chǎn)生，然后經(jīng)過(guò)其他一系列棍子和設(shè)備，使得靜電越積越多，最終達(dá)到擊穿標(biāo)簽電路的電壓。而一般在標(biāo)簽印刷中，靜電的產(chǎn)生有兩種方式：一是擠壓和摩擦起電；二是接觸和分離起電。
接觸和分離起電
兩種不同材料的固體在短時(shí)間內(nèi)接觸、分離時(shí)，很容易發(fā)生電子的轉(zhuǎn)移。這樣，失去電子的帶正電，得到電子的帶負(fù)電。這時(shí)在兩種材料之間就產(chǎn)生一個(gè)接觸電勢(shì)差。在標(biāo)簽印刷時(shí)，承印材料先從卷簡(jiǎn)上進(jìn)入印刷機(jī)的輸紙部分，在印刷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，承印材料與設(shè)備在不停地接觸、分離，這時(shí)就產(chǎn)生了靜電。然后承印材料被叼牙叼住，迅速地環(huán)繞滾筒表面印刷，之后又從壓印滾筒剝離。承印物與壓印滾筒的接觸距離驟然增大，使得原來(lái)的電勢(shì)差瞬間增大幾十倍，從而堆積大量的靜電荷。一般，在標(biāo)簽印刷機(jī)中，靜電的最高電勢(shì)差能達(dá)到5000V～1O000V。平常的物體對(duì)500V的電壓就很敏感，而RFID電子標(biāo)簽的電路本來(lái)就比較精密，所以在靜電的作用下很容易被燒毀。
擠壓和摩擦起電
大家知道，在印刷機(jī)上，標(biāo)簽承印材料通過(guò)吸紙嘴隨著滾筒旋轉(zhuǎn)，印版與版臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠滾筒與印版的接觸壓力完成圖文的轉(zhuǎn)移。承印物同時(shí)受到印版和滾筒的強(qiáng)力擠壓。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，印版、紙張、滾筒、油墨等相互間劇烈摩擦，就產(chǎn)生了靜電。
靜電的消除
在防止RFID電子標(biāo)簽印刷中的靜電問(wèn)題上，一般可以采用以下的幾種方法去除RFID標(biāo)簽印刷中的靜電。安裝一個(gè)主動(dòng)型靜電排除器，通過(guò)高壓放電消除承印物表面上的靜電荷。這是一種最有效的方法。但不能安裝如繩子之類的被動(dòng)型靜電排除器，這樣做一定程度上會(huì)降低靜電電壓，但是電壓可能通過(guò)承印物流向地面，這時(shí)反而很容易將RFID電路燒毀。在印刷車間安裝恒溫、恒濕裝置。這樣做能保持車間的溫度、濕度平衡，溫度低、濕度大的環(huán)境下，靜電不易產(chǎn)生，這只是一種輔助的方法。提高RFID電路的抗電擊性能，這一步要在印刷線路時(shí)考慮進(jìn)去。
RFID電子標(biāo)簽的印刷方式
RFID的印刷與傳統(tǒng)標(biāo)簽的印刷有著很大的區(qū)別。從RFID的定義上來(lái)看，智能是指由芯片、天線等組成的射頻電路；而標(biāo)簽是由標(biāo)簽印刷工藝使射頻電路具有商業(yè)化的外衣。從印刷的角度來(lái)看，RFID的出現(xiàn)會(huì)給傳統(tǒng)標(biāo)簽印刷帶來(lái)更高的含金量。RFID的芯片層可以用紙、PE、PET甚至紡織品等材料封裝并進(jìn)行印刷，制成不干膠貼紙、紙卡、吊標(biāo)或其他類型的標(biāo)簽，芯片是RFID的關(guān)鍵，由其特殊的結(jié)構(gòu)決定，不能承受印刷機(jī)的壓力，所以，除噴墨印刷外，一般是采用先印刷面層，再與芯片層復(fù)合、模切的工藝。而天線則有蝕刻法、線圈繞制法和印刷天線三種制作技術(shù)。其中，RFID導(dǎo)電油墨印刷天線為近年來(lái)發(fā)展的一種新技術(shù)。
天線的印刷方式
印刷天線是直接用導(dǎo)電油墨在絕緣基板上印刷導(dǎo)電線路，形成天線和電路，又叫添加法制作技術(shù)。主要的印刷方法已從只用絲網(wǎng)印刷擴(kuò)展到膠印、柔性版印刷、凹印等制作方法，較為成熟的制作工藝為網(wǎng)印與凹印技術(shù)。印刷技術(shù)的進(jìn)步及其進(jìn)一步應(yīng)用于RFID天線的制作使RFID標(biāo)簽的生產(chǎn)成本降低，從而促進(jìn)了RFID電子標(biāo)簽的應(yīng)用。
絲網(wǎng)印刷RFID標(biāo)簽
RFID印刷主要是以網(wǎng)版印刷為首選，在智能標(biāo)簽印刷中，要使用導(dǎo)電油墨，而印刷導(dǎo)電油墨較好的絲網(wǎng)是鎳箔穿孔網(wǎng)。它是一種高技術(shù)絲網(wǎng)，而不是由一般的金屬或尼龍等絲線編織成的絲網(wǎng)，是由鎳箔鉆孔而成的箔網(wǎng)，網(wǎng)孔呈六角形，也可用電解成形法制成圓孔形。整個(gè)網(wǎng)面平整勻薄，能極大地提高印跡的穩(wěn)定性和精密性，用于印刷導(dǎo)電油墨、晶片及集成電路等高技術(shù)產(chǎn)品，效果較好，能分辨0.1mm的電路線間隔、定位精度可達(dá)0.01mm。還可以選擇61～100T/mm絲網(wǎng)制溶劑印版印刷，印刷導(dǎo)電油墨后在60℃下烘干。
膠版印刷RFID標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)
膠印是應(yīng)用最為普遍的方法。其承印材料廣泛，速度快，效率高。膠印應(yīng)用于線圈印刷有著效率、精度及分辨率的優(yōu)勢(shì)，但是膠印墨膜厚度較小，不符合線路印刷的要求。當(dāng)然這一點(diǎn)可以通過(guò)反復(fù)印刷多次來(lái)完成，但是這對(duì)于精細(xì)線路的套準(zhǔn)控制又提出了新的挑戰(zhàn)，新型的、導(dǎo)電能力更好的油墨也可以在較小的厚度下達(dá)到需要的阻抗性能。
柔版印刷RFID標(biāo)簽
柔版印刷是一種直接印刷的方式，用1～5mm厚的柔性感光樹(shù)脂制版，采用卷筒紙印刷，速度快，效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之間，可采用水基油墨，溶劑型油墨及UV固化油墨。但柔印分辨率較低，通常在60L/cm左右，精細(xì)印刷可達(dá)80L/cm，墨膜厚度在6～8μm，適合于天線印刷的要求。
隨著薄版技術(shù)的發(fā)展，柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不斷提高。其不足之處在于：印跡的邊緣部分有印紋出現(xiàn)，這是由印刷過(guò)程的壓力使印版變形所致。印紋的出現(xiàn)使得線路邊緣印跡不規(guī)則，會(huì)影響到油墨附著的精度及線路的阻抗性，容易生產(chǎn)出廢品。
凹版印刷RFID標(biāo)簽
凹版印刷耐印力大，承印材料廣泛。油墨粘度約為10～50mPa.s，主要用溶劑型油墨。分辨率與網(wǎng)紋穴的雕刻有關(guān)，采用激光雕刻，可達(dá)1000L/cm，墨膜厚度在8～12μm之間。但是由于其印刷壓力太大，在RFID的天線印刷中存在困難。
噴墨印刷RFID標(biāo)簽
噴墨印刷是近年來(lái)發(fā)展最快的一種印刷方式，其多功能性是其他印刷方式無(wú)法相比的。這種無(wú)壓力的方式可將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信息直接噴涂到任何形狀的材料上。其油墨系統(tǒng)較為復(fù)雜，使用的油墨可以是水基的，熱熔型的，或是UV固化型的，其粘度在10mPa.s左右。但是噴墨印刷存在著噴墨位置的偏差，影響印刷質(zhì)量的小墨滴會(huì)出現(xiàn)在空白部分，產(chǎn)生邊緣效應(yīng)。
PRINTRONIX電子標(biāo)簽打印機(jī)SL4M
綜合印刷RFID標(biāo)簽方式
利用印刷技術(shù)與鍍金相結(jié)合的方式生產(chǎn)無(wú)線標(biāo)簽天線圖案。不使用蝕刻，也就是說(shuō)可以避免將材料切掉，因此能以更低的成本生產(chǎn)無(wú)線標(biāo)簽天線。
無(wú)線標(biāo)簽天線的制造工序如下：
1）首先使用水溶性特殊墨水，利用印刷技術(shù)或噴墨技術(shù)，在采用PET等方法形成了天線圖案的柔性底板上繪制出天線圖案；
2）然后將柔性底板放入鍍液中鍍銅。經(jīng)過(guò)上述處理后，就能在利用特殊墨水繪制的布線圖案上形成銅膜。這里使用的特殊墨水是指將兩種金屬形成粒徑數(shù)十納米的微粒后溶于水而制成的溶液；
這種方式?jīng)]有對(duì)銅箔進(jìn)行蝕刻、即“減法”工序，只是將材料置于底板上，因此通常稱為“加法”方式。而且銅布線本身是利用電鍍技術(shù)形成的，不需熱處理等高溫?zé)Y(jié)。因此可使用低耐熱性的柔性底板材料。天線兩端之間的電阻不足0.4Ω。盡管從塊狀銅來(lái)說(shuō)，非常大，但作為無(wú)線標(biāo)簽天線完全沒(méi)有問(wèn)題。對(duì)于布線的加工精度，在開(kāi)始的工序中就使用印刷技術(shù)，將能夠?qū)崿F(xiàn)80μm的布線間隔。但噴墨技術(shù)有飛沫產(chǎn)生，因此精度略有下降，布線間隔稍寬一點(diǎn)。
RFID的印刷既是標(biāo)簽印刷的范疇,也屬于線路印刷的一種。生產(chǎn)過(guò)程對(duì)印刷要求比較嚴(yán)格,印刷位置要精確，嚴(yán)格的油墨附著量,如對(duì)導(dǎo)電漿料膜的厚度和導(dǎo)電微粒的數(shù)量都有嚴(yán)格控制，并且要考慮印刷分辨率的大小。選擇印刷工藝可從印刷量的大小,承印材料的表面性能,油墨或印料的附著性質(zhì),成本,工藝過(guò)程的特點(diǎn)等方面綜合考慮。對(duì)于印刷領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，可利用印刷技術(shù)生產(chǎn)RFID的天線，這給印刷業(yè)帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。
