射頻標簽(RFID)靜電控制解決方案

　　射頻標簽(RFID)是印刷產(chǎn)業(yè)中的生力軍，也是眾多有長遠眼光的企業(yè)家們最為看好的一個領域。為了滿足不同人士的需求，本文詳細地闡述了射頻標簽上靜電產(chǎn)生的原因和危害以及靜電控制專家和解決方案供應商們保護射頻芯片的方法。

　　隨著射頻識別技術的異軍突起，射頻標簽(RFID)也已經(jīng)進入了紙制品加工行業(yè)。設備供應商們紛紛想要成為行業(yè)內(nèi)提供頻射標簽解決方案的第一霸主，這樣一來，也就帶動了這項技術在整個行業(yè)內(nèi)的迅速推廣。射頻標簽的應用范圍是無限的。雖然它能給人們帶來無數(shù)的機會，但隨著使用人數(shù)的增加，它也會給人們帶來一定程度的挑戰(zhàn)。

　　大多數(shù)的標簽和商標加工者都在問："到底什么是射頻標簽?"無線射頻技術是一種能夠?qū)?shù)據(jù)進行遠程存儲和檢索的方法，它的使用載體為射頻標簽。這種標簽含有天線，能夠接受和反射來自射頻收發(fā)器的無線電波。根據(jù)射頻標簽供電方式的不同，可以分為兩種，一種是有源射頻標簽，一種是無源射頻標簽。有源射頻標簽內(nèi)含有內(nèi)置電池，而后者不含有內(nèi)置電池。內(nèi)置電池能夠向較遠的地方發(fā)射清晰的信號，但有遠射頻標簽的體積也相對較大，價格也比無源射頻標簽貴一些。

　　這也正是"地震"發(fā)生的地方。射頻標簽是電子設備，人們在設計它時，沒有考慮到紙制品加工業(yè)的惡劣環(huán)境。我不能確定紙制品加工廠對電子元件有多么熟悉，但我可以向你保證，在紙制品加工廠里，沒有一塊適合存放無保護芯片的地方。的確，正如上面所說的那樣，芯片的種類是五花八門的，其中有一些抵抗靜電干擾的能力比較強，盡管如此，還是有許多文件記錄下了靜電釋放對射頻芯片造成損壞的案例。這種損壞通常會導致產(chǎn)品質(zhì)量在短時間內(nèi)的下降，更嚴重的還有可能造成射頻芯片的失效。

　　問題

　　在包裝和紙制品加工的過程中，靜電是一個老生常談的問題。例如：縱切，印刷和涂布等過程都與靜電有關。

　　靜電荷是由材料在經(jīng)過不同的生產(chǎn)和處理階段時互相接觸和分離所產(chǎn)生的。當材料互相接觸和分離時，它們之間的摩擦(摩擦起電)就會產(chǎn)生表面電荷，或靜電荷。從定義上講，靜電荷就是由電荷不平衡所引起的剩余電荷。這種電荷通常產(chǎn)生在絕緣材料上，例如：膠片或涂布紙，也有可能產(chǎn)生于與地面隔絕的導電性表面上。這是很重要的一點，因為許多材料供應商都聲稱他們的新型抗靜電材料能夠保護射頻芯片免受靜電荷的干擾。但很遺憾，他們的說法并不完全正確，因為靜電荷可以被轉(zhuǎn)移到與地面隔絕的導電性物體上。一旦這種導電性物體(例如射頻芯片)與地面接近，電荷的轉(zhuǎn)移就能夠引起物體的損壞。

　　材料表面的接觸和分離

　　當兩個表面接觸時，它們之間的電荷就會發(fā)生重新排列。而當兩個表面分離時，就會發(fā)生電子交換。一個表面將給出自己的電子，那么它的電荷平衡狀態(tài)就會被打破，從而處于正電狀態(tài)，而另一個表面的電子就會過?；蛱幱谪撾姞顟B(tài)。涉及到的材料以及它們接觸和分離所產(chǎn)生的吸引力和壓力等都將對電荷的數(shù)量產(chǎn)生巨大的影響。要想了解材料的電荷特性，你就必須要考慮材料在摩擦電序中的排位。材料在摩擦電序表中的相對位置決定了材料之間接觸和分離時產(chǎn)生的電荷的數(shù)量和極性。在這個序列中間隔越遠的材料，它們之間產(chǎn)生的電荷數(shù)量也就越多。而且，排在表中最上部的材料在與表中下部材料接觸時，更容易捕獲正電荷。

　　由于靜電是逐漸增加的，所以它會使問題變得更加復雜，每次材料與另外一個表面接觸時，它所帶的電荷就會增加一些。這在材料與多個表面接觸的過程中最為明顯，卷筒紙加工過程中的卷筒紙緊紙輥就是如此。最重要的是要意識到應該在生產(chǎn)過程中，把對這些電荷的控制看作是保護射頻標簽安全性計劃中的一部分。容易產(chǎn)生大量電荷的典型生產(chǎn)領域有：卷筒紙轉(zhuǎn)移系統(tǒng)——開卷裝置，夾緊輥，累加器，帶有絕緣套筒的導紙輥，電暈處理裝置，凹印過版輥，自動復卷裝置，獨立包裝或上封面裝置等。

　　電子設備

　　人們把射頻芯片引入包裝/紙制品加工領域中，使一切都發(fā)生了改變。因為這些微小的電路承受不了雜散電壓的影響。它們可能會因為多種原因而損壞，其中破壞性最大的是：

　　* 靜電的直接放電所造成的損壞。當一個帶電物體或個人接觸射頻芯片時，一些儲存下來的電荷就會轉(zhuǎn)移或釋放到射頻芯片上，或者通過射頻芯片，轉(zhuǎn)移到地上。轉(zhuǎn)移到射頻芯片上的電荷所帶有電量足以破壞芯片上的電路。能量的轉(zhuǎn)移主要體現(xiàn)在熱量上，而這種熱量將會引起設備內(nèi)部一層或多層材料的熔化。

　　* 當與地面隔絕的導電性物體暴露在靜電場內(nèi)時，也有可能產(chǎn)生靜電。在這些情況下，被隔離的導體(射頻芯片)就會在電場中發(fā)生極化，而且如果這個射頻芯片在這種情況下迅速與地面接觸，它就會在尋求電荷平衡的情況下產(chǎn)生電流。這樣造成的結(jié)果就是當電場被去掉時，射頻芯片就會產(chǎn)生相反極性的電荷，處于帶電狀態(tài)，那么當它第二次與地面接觸時，就會產(chǎn)生直接放電現(xiàn)象。

　　* 電磁干擾對射頻芯片所造成的影響也十分危險。所謂電磁干擾，就是我們經(jīng)常在電子工業(yè)中所提到的過電壓。如果射頻芯片遇到超出其電路絕緣能力的瞬時電量，電壓或臨時電量時，就會發(fā)生損壞。

　　電子產(chǎn)業(yè)部門做出的失敗的分析報告表明靜電對射頻芯片造成間接或毀滅性損害的幾率只有10%;在90%的情況下，它會引起潛在故障，這些潛在故障最終會導致設備的失效。我認為這種潛在故障與玻璃上的裂縫非常相像。這塊玻璃也許還能用，但它每被壓一次，裂縫就會大一些，直到這塊玻璃最終被打碎為止。問題就在于，射頻標簽到底何時失效?更重要的是，人們在生產(chǎn)過程中沒有辦法修復這些潛在故障;你在自己的檢測站對這個射頻芯片進行了最后的檢測而且它工作正常，但當你的客戶對它進行測試時，它就不能正常工作了。在這一點上，制造商面對的最大一個問題就是芯片的完整性。收益率并不是它們真正需要的，它們需要為客戶提供百分之百可靠的產(chǎn)品。

　　解決方案

　　在當今紙品加工領域表現(xiàn)最為活躍的射頻產(chǎn)品就是壓敏標簽?，F(xiàn)在，它的生產(chǎn)過程已經(jīng)變得非常緩慢了，當芯片從卷筒紙架轉(zhuǎn)移到承印物上時，運轉(zhuǎn)速度僅為50到150fpm(英尺/分鐘)。有一些制造商們會把射頻芯片的生產(chǎn)過程嵌入它們的紙制品加工過程，或者有一些小型標簽加工廠會把一些預先組裝的射頻芯片轉(zhuǎn)移到印刷好的標簽上。在這兩種情況下，無論他們使用的插入設備是非常成熟的名牌產(chǎn)品還是自己組裝的加工機器，都會給靜電控制造成很大的影響。

　　要想控制射頻芯片上的靜電，你需要使用一個有源靜電消除器，它能保持相對的電離平衡，而且也能夠中和你在特定(速度，材料種類等等)應用過程中產(chǎn)生的電荷。靜電消除器的電離平衡(正負電荷保持平衡)是非常重要的，因為膠印電壓能夠損壞某些射頻芯片。雖然到目前為止還沒有一個行業(yè)標準規(guī)定出了射頻芯片能夠免受靜電干擾的電壓值，但許多標簽制造商都建議人們把電荷水平保持在500伏特左右。舉例來說，當芯片被放進p-s標簽裝配線上時，它們就會變得更加結(jié)實，但許多插入設備制造商建議人們在1,500伏左右的電壓下，在標簽被對插入標簽承印物上時對靜電荷進行控制。無論怎樣，一臺設計周到的電離器所帶來的電離平衡都能使靜電荷的數(shù)量迅速下降到不危害射頻芯片的水平上。

　　不要用無源靜電消除器(金屬箔或?qū)щ娦跃€繩)來保護射頻芯片。雖然在某些工業(yè)環(huán)境中，無源靜電消除器能夠消除一些靜電荷，但這種電離器對射頻裝置來說非常危險，因為它們只能把靜電荷減少到電離作用產(chǎn)生的臨界電壓值上。使用這種設備的危險在于無源靜電消除器的臨界電壓值通常會高于多數(shù)射頻芯片所能承受的電壓值。

　　在有源靜電離產(chǎn)品中， 現(xiàn)在已經(jīng)被證明最有效的是加長靜電棒(static bar)。它們能夠中和掉高速移動(2,000 到2,500 fpm)的卷筒紙上的靜電，而且它的裝配距離非常合適，能夠使離子更好地混合，從而保持更好的離子平衡狀態(tài)。同時，它還能使射頻芯片與緊挨著發(fā)射極的高強度電場保持相對安全的距離。當靜電棒到達轉(zhuǎn)移點(插入點)時，就能成功地中和標簽紙(帶有膠粘劑和襯紙的標簽印刷材料)，紙張或膠片上的靜電荷。所謂轉(zhuǎn)移點(插入點)，就是射頻芯片露出的地方，同時，這也是最脆弱，最容易受到靜電破壞的地方。因此，我們使用靜電棒的理念就是要每時每刻保證這個區(qū)域的靜電平衡狀態(tài)。

　　轉(zhuǎn)移(插入)操作是十分關鍵的，因為在這個過程中，射頻芯片非常有可能會因為接觸或分離而產(chǎn)生電荷。人們在這方面通常會使用專為電子應用而設計的電離設備，電離鼓風機或重點區(qū)域的空氣輔助電離器，因為這些設備的離子平衡特征更加有利于傳導芯片的敏感性，而且它們也有能力把離子傳送到狹小的機器空間內(nèi)。

　　靜電棒能夠用在插入射頻芯片的轉(zhuǎn)換點上，控制卷筒紙緊紙輥或額外加工過程(例如：模切)中產(chǎn)生的靜電。對于標簽加工廠來說，模切加工之后裁切材料的去除過程，也是一個眾所周知的靜電產(chǎn)生區(qū)域，而且它通常會在20,000或30,000伏的電壓下產(chǎn)生靜電。人們必須要對這些電荷進行控制，來保護射頻芯片，減少卷筒紙復卷時在紙輥上積累的電荷數(shù)量。紙輥上大量的靜電荷是對裝配到標簽紙上的射頻芯片的巨大威脅，原因前面已經(jīng)提到過了，我在這里就不多說了。

　　總結(jié)

　　射頻技術為包裝產(chǎn)業(yè)帶來了光明的前景，它將為這個行業(yè)帶來大量的商業(yè)機會，而且，隨著射頻標簽在更寬更高速的印刷機上的大量生產(chǎn)， 靜電控制也就成為一個越來越重要的問題。只要你能控制好靜電，未來就是屬于你的。