RFID技术与丝网印刷分析

一 引言 智能标签的印刷与传统标签的印刷有着很大的区别，目前，我国传统标签的印刷技术已具有很高的水平，商标印刷业中不乏有经验丰富的企业，也生产出许多设计精美和高品质的产品，但对于智能标签，有人认为它并无特殊之处，只要用普通标签给它外覆一件美丽的外衣，这对于高品质标签的印刷企业来说并不困难，但这样单纯地添加美丽外衣的智能标签，其高附加值却是令人担忧的，否则会造成首先，从智能标签的定义上来看，智能，是由芯片、天线等组成的射频电路；而标签是由标签印刷工艺使射频电路具有商业化的外衣。从印刷的角度来看，智能标签的出现会给传统标签印刷带来更高的含金量。智能标签的芯片层可以用纸、PE、PET甚至纺织品等材料封装并进行印刷，制成不干胶贴纸、纸卡、吊标或其他类型的标签。芯片是智能标签的关键，由其特殊的结构决定，不能承受印刷机的压力，所以，除喷墨印刷外，一般是采用先印刷面层，再与芯片层复合、模切的工艺。 二 印刷工艺 （1）印刷方法。印刷主要是以丝网印刷为首选，因为丝网印刷在集成电路板、薄膜开关等方面的印刷质量是其他印刷方法所无法比试的。在智能标签印刷中，要使用导电油墨，而印刷导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。它是一种高技术丝网，它不是由一般的金属或尼龙等丝线编织成的丝网，而是由镍箔钻孔而成箔网，网孔呈六角形，也可用电解成形法制成圆孔形。整个网面平整匀薄，能极大地提高印迹的稳定性和精密性，用于印刷导电油墨、晶片及集成电路等高技术产品效果较好，能分辨0.1mm 的电路线间隔、定位精度可达0.01mm。还可以选择61-100T/厘米丝网制溶剂印版印刷，印刷导电油墨后使用60度温度烘干。 （2）导电油墨的应用。导电油墨是一种特种油墨，它可在UV 油墨、柔版水性油墨或特殊胶印油墨中加入可导电的载体，使油墨具有导电性。导电油墨主要是由导电填料(包括金属粉末、金属氧化物、非金属和其他复合粉末)、连接剂(主要有合成树脂、光敏树脂、低熔点有机玻璃等) 、添加剂(主要有分散剂、调节剂、增稠剂、增塑剂、润滑剂、抑制剂等)、溶剂(主要有芳烃、醇、酮、酯、醇醚等)等组成。该油墨是一种功能性油墨，在印刷中主要有碳浆、银浆等导电油墨。碳浆油墨是一液型热固型油墨，成膜固化后具有保护铜箔和传导电流的作用，具有良好的导电性和较低的阻抗力；它不易氧化，性能稳定，耐酸、碱和化学溶剂的侵蚀；具有耐磨性强、抗磨损、抗热冲击性好等特点。银浆油墨是由超细银粉和热塑性树脂为主体组成的一液型油墨，在PET、PT、PVC片材上均可使用，有极强的附着力和遮盖力，可低温固化，具有可控导电性和很低的电阻值。另外，可将具有导电性的纳米级碳墨加入油墨制成导电油墨，也可将导电油墨中金属粉(如银粉)制成纳米级银粉来制造导电油墨，这种导电油墨不仅印刷的膜层薄且均匀光滑，性能优良，而且还可大量节省材料。 　　在智能标签印刷中，导电油墨主要用于印制RFID天线，替代传统的压箔法或腐蚀法制作的金属天线。它具有两个主要的优点，首先，传统的压箔法或腐蚀法制作的金属天线，工艺复杂，成品制作时间长，而应用导电油墨印刷天线是利用高速的印刷方法，高效快速，是印刷天线和电路中首选的既快又便宜的方法。如今，导电油墨已开始取代各频率段的蚀刻天线，如超高频段(860～950MHz)和微波频段(2450MHz)，用导电油墨印刷的天线可以与传统蚀刻的铜天线相比拟，此外，导电油墨还用于印制智能标签中的传感器及线路印刷。其次，传统的压箔法或腐蚀法制作的金属天线要消耗浪费金属材料，成本较高，而导电油墨的原材料成本要低于传统的金属天线，这对于降低智能标签的制作成本有很大的意义。 　 （3）独特的工艺要求。智能标签印刷对制作工艺有其独特的要求，主要应注意高成品率、厚纸印刷和复合加工。 　　在高成品率上，由于智能标签本身的价值要高于普通印刷标签许多倍，所以给企业带来高利润的同时，印刷品高成品率尤为重要。尤其是许多产品都要求多色UV 墨印刷、上光、上胶，印量大的标签大多数还采用卷到卷印刷或无接口印刷等方式加工，由于加工工序多，也加大了成品的筛选难度。 　　对于厚纸印刷，在卡纸加工中，必须注意设备对350克厚的卡纸要有良好的印刷适性，卡纸印刷中要保持纸带的张力稳定，保证印刷累计套印误差降到最小，因此如果每个画面都套印很准，但是画面之间的间距产生误差较大，也会给智能标签印刷后的复合和模切工序造成麻烦。 　　至于复合加工，它是智能标签加工中的关键工序，在复合加工中不仅要求每个标签之间的尺寸不会因为张力变化而改变，而且对于薄膜类材料，还要考虑拉伸变形造成标签间距增加，并做适当调整。 三 电子标签的标准 （1）灵敏度高（既Q值高） （2）解码率高（标准的解码率为1%） （3）解码以后的复活率少（10分钟内复活率应该是0） （4）不干胶粘性好 （5）软标签整体软性要好。虽然标准是死的，但要生产出符合条件的标签，就要做到高技术、精工艺。生产电子防盗软标签的技术不是单一技术与工艺，它的技术与工艺是多方面的组合。里面包括电子/电路方面、机械控制方面、化学/化工方面、印刷等方面。 四 电子标签技术参数 标签参数 规　　格　 38mmX42mm . 30mmX37mm . 50mmX50mm等。 厚　　度　 10丝 频　　率　 8.2M 上下偏移0.1 Q　　值　 153 不解码率　 1/10000 复 活 率　 1/1000 五 射频标签读写设备基本原理 　　射频标签读写设备是射频识别系统的两个重要组成部分（标签与读写器）之一。射频标签读写设备根据具体实现功能的特点也有一些其他较为流行的别称，如：阅读器（Reader），查询器（Interrogator），通信器（Communicator），扫描器（Scanner），读写器（Reader and Writer），编程器（Programmer），读出装置（Reading Device），便携式读出器（Portable Readout Device），AEI设备（ Automatic Equipment Identification Device）等。 通常情况下，射频标签读写设备应根据射频标签的读写要求以及应用需求情况来设计。随着射频识别技术的发展，射频标签读写设备也形成了一些典型的系统实现模式，本章的重点也在于介绍这种读写器的实现原理。 读写器即对应于射频标签读写设备，读写设备与射频标签之间必然通过空间信道实现读写器向射频标签发送命令，射频标签接收读写器的命令后做出必要的响应，由此实现射频识别。此外，在射频识别应用系统中，一般情况下，通过读写器实现的对射频标签数据的无接触收集或由读写器向射频标签中写入的标签信息均要回送的应用系统中或来自应用系统，这就形成了射频标签读写设备与应用系统程序之间的接口API（Application Program Interface）。一般情况下，要求读写器能够接收来自应用系统的命令，并且根据应用系统的命令或约定的协议作出相应的响应（回送收集到的标签数据等）。 六 智能标签中的射频天线 射频天线类型的选择必须使它的阻抗与自由空间和ASIC匹配。方向性天线具有更少的辐射模式和返回损耗的干扰。门禁系统可以使用短作用距离的无源标签。在RF装置中，工作频率增加到微波区域的时候，天线与标签芯片之间的匹配问题变得更加严峻。天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细的设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。考虑的频带是435MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz，在零售商品中使用。 1、天线必须： （1）足够的小以至于能够贴到需要的物品上； （2）有全向或半球覆盖的方向性； （3）提供最大可能的信号给标签的芯片； （4）无论物品什么方向，天线的极化都能与读卡机的询问信号相匹配； （5）具有鲁棒性； （6）非常便宜。 （7）在选择天线的时候的主要考虑是： 　a、天线的类型； 　b、天线的阻抗： 　c、在应用到物品上的RF的性能； 　d、在有其他的物品围绕贴标签物品时的RF性能。 　2、可能的选择 　　这里有两种使用方式：1）贴标签的物品被放在仓库中，有一个便携装置，可能是手持式，询问所有的物品，并且需要它们给予信息反馈信息；2）在仓库的门口安装读卡设配，询问并记录进出物品。还有一个主要的选择是有源标签还是无源标签。 　3、可选的天线 　　在435 MHz, 2.45 GHz 和 5.8 GHz频率是用的RFID系统中，可选的天线有几种，见下表，它们重点考虑了天线的尺寸。这样的小天线的增益是有限的，增益的大小取决于辐射模式的类型，全向的天线具有峰值增益0到2dBi；方向性的天线的增益可以达到6dBi。增益大小影响天线的作用距离。下表中的前三个种类的天线是线极化的，但是微带面天线可以使圆极化的，对数螺旋天线仅仅是圆极化的。由于RFID标签的方向性是不可控的，所以读卡机必须是圆极化的。一个圆极化的标签天线可以产生3dB 以强的信号。 　4、阻抗问题 　　为了最大功率传输，天线后的芯片的输入阻抗必须和天线的输出阻抗匹配。设计天线与50 或70欧姆的阻抗匹配，但是可能设计天线具有其他的特性阻抗。例如，一个缝隙天线可以设计具有几百欧姆的阻抗。一个折叠偶极子的阻抗可以是一做个标准半波偶极子阻抗的20倍。印刷贴片天线的引出点能够提供一个很宽范围的阻抗(通常是40 到100欧姆)。选择天线的类型，以至于它的阻抗能够和标签芯片的输入阻抗匹配是十分关键的。另一个问题是其他的与天线接近的物体可以降低天线的返回损耗。对于全向天线，例如双偶极子天线，这个影响是显著的。改变双偶极子天线和一听番茄酱的间距做了一些实际测量，显示了一些变化，其他的物体也有相似的影响。此外是物体的介电常数，而不是