網(wǎng)印在智能標(biāo)簽制作上的優(yōu)勢(shì)

　　摘要介紹了RFID標(biāo)簽的優(yōu)點(diǎn)、原理及制作方法，討論了網(wǎng)印在智能標(biāo)簽制作上的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)網(wǎng)印導(dǎo)電油墨作了說(shuō)明。

    智能標(biāo)簽作為RFID(射頻識(shí)讀)系統(tǒng)的應(yīng)答器， 是目前最為先進(jìn)的非接觸感應(yīng)技術(shù)。它具有一系列突出的優(yōu)點(diǎn)， 比如數(shù)據(jù)記憶容量大，數(shù)據(jù)密度高，抗污染能力和耐久性好，對(duì)水、油和化學(xué)藥品的污染幾乎沒(méi)有影響，閱讀距離長(zhǎng)，速度快， 數(shù)據(jù)安全性能好等等。事實(shí)已經(jīng)證明， 隨著RFID和材料技術(shù)的發(fā)展，智能標(biāo)簽將取代目前流行的條形碼，成為零售、包裝、物流的新寵。

    RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射步頁(yè)信號(hào)來(lái)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)大體上包含三個(gè)模塊，即智能標(biāo)簽、閱讀器、射頻天線，如圖1所示。系統(tǒng)工作原理如下。當(dāng)標(biāo)簽受射頻天線島嘎 口 能標(biāo)簽到系統(tǒng)閱讀器產(chǎn)生并發(fā)射的無(wú)線電射頻信號(hào)照射時(shí)，內(nèi)部線路產(chǎn)生感應(yīng)電流，芯片被激活；芯片將自身包含的信息通過(guò)標(biāo)簽的內(nèi)置天線(線圈)發(fā)送出去；RFID系統(tǒng)的射頻天線接收到標(biāo)簽發(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；閱讀器再對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼， 從而獲取標(biāo)簽中包含的數(shù)據(jù)信息。

    從RFID 系統(tǒng)的工作原理可知， 系統(tǒng)的閱讀器可以同時(shí)讀取多個(gè)智能標(biāo)簽， 且標(biāo)簽的識(shí)別完全是非接觸式的自動(dòng)識(shí)別， 無(wú)需任何的人工干預(yù)， 只需要將貼有智能標(biāo)簽的多種對(duì)象移經(jīng)射頻區(qū)即可，如圖2所示。所以，使用智能標(biāo)簽技術(shù)節(jié)省了條形碼技術(shù)所必須的人力，同時(shí)也提高了超市的售貨效率，方便了消費(fèi)者，節(jié)省了消費(fèi)者的時(shí)間。

    標(biāo)簽的成本相對(duì)較高是智能標(biāo)簽推廣進(jìn)程的瓶頸。市場(chǎng)調(diào)查表明， 目前每個(gè)標(biāo)簽的單價(jià)從大約20美分到1美元不等；一般認(rèn)為，對(duì)單件商品而言，可以接受的標(biāo)簽價(jià)格是5美分。因此，全面推廣智能標(biāo)簽主要應(yīng)從兩個(gè)方面進(jìn)行努力：進(jìn)一步提高標(biāo)簽的性能及降低標(biāo)簽的制作成本。

    智能標(biāo)簽由(硅)芯片、內(nèi)置天線(線圈)及底材三部分構(gòu)成，如圖3所示。目前芯片和底材的性能、價(jià)格基本上比較穩(wěn)定， 因而各種制作方法的優(yōu)勢(shì)就只能體現(xiàn)在優(yōu)化標(biāo)簽內(nèi)置天線的制作工序及降低天線制作成本上。判斷一種方法所制作的標(biāo)簽內(nèi)置天線的功能性及成本效益性高低，至少應(yīng)符合三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①天線應(yīng)具有較高的電學(xué)性能(阻抗)；②允許在天線上很容易地安裝上芯片； ③ 能進(jìn)行大批量、低成本的生產(chǎn)。

    目前智能標(biāo)簽天線制作的方法主要有三種。

    · 蝕刻法。也稱(chēng)做減法制作技術(shù)。采用該法首先在一個(gè)塑料薄膜上層壓一個(gè)平面銅箔片； 然后在銅箔片上涂覆光敏膠， 干燥后通過(guò)一個(gè)正片(具有所需形狀的圖案)對(duì)其進(jìn)行光照； 放入化學(xué)顯影液中， 此時(shí)感光膠的光照部分被洗掉， 露出銅； 最后放入蝕刻池，所有未被感光膠覆蓋部分的銅被蝕刻掉，從而得到所需形狀的銅線圈。

    · 線圈繞制法。在一個(gè)繞制工具上繞制標(biāo)簽線圈并進(jìn)行固定，此時(shí)要求天線線圈的匝數(shù)較多(典型匝數(shù)50～l 500匝)。對(duì)于頻率范圍較小(比如小于l 35 kHz) 的標(biāo)簽， 以及不首要考慮標(biāo)簽成本問(wèn)題的市場(chǎng)應(yīng)用時(shí)， 通常采用該方法。

    · 導(dǎo)電油墨(Conductive Ink)印刷法。也稱(chēng)做添加法制作技術(shù)。由于標(biāo)簽天線具有相對(duì)粗糙的外形， 因而可以通過(guò)在底材上印刷(添加)導(dǎo)電油墨的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)， 目前主要采用的是網(wǎng)版印刷的方法來(lái)制作UHF (超高頻)標(biāo)簽天線。

    網(wǎng)印制作標(biāo)簽天線的優(yōu)點(diǎn)

    網(wǎng)印制作標(biāo)簽內(nèi)置天線采用的材料是導(dǎo)電油墨。導(dǎo)電油墨是由金屬導(dǎo)電微粒(銀、銅、碳)分散在連接料中形成的一種導(dǎo)電性復(fù)合材料， 印刷到承印物上后，起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。該油墨印刷在柔性或硬質(zhì)底材(紙、PVC、PE 等)上可制成印刷電路， 用導(dǎo)電油墨印制的天線可接收RFID專(zhuān)用的無(wú)線射頻信號(hào)。智能標(biāo)簽內(nèi)置天線采用導(dǎo)電油墨網(wǎng)印方法較之其他方法(如銅蝕刻法)具有許多優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)是一種綠色、穩(wěn)定、低成本的解決方案， 對(duì)大批量制作低成本標(biāo)簽來(lái)說(shuō)是一種理想的工藝方法，其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

    1．成本低

    采用網(wǎng)印導(dǎo)電油墨的方法來(lái)制作標(biāo)簽內(nèi)置天線的一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是成本低、操作容易。該方法的低成本特性體現(xiàn)在兩個(gè)方面。

    (1) 網(wǎng)印工序。首先， 引進(jìn)網(wǎng)印設(shè)備的投資比引進(jìn)銅蝕刻設(shè)備要便宜得多； 此外， 由于網(wǎng)印過(guò)程中無(wú)需因環(huán)保要求而追加額外的投資，故而生產(chǎn)及設(shè)備的維護(hù)成本比銅蝕刻方法也要低。事實(shí)上，維護(hù)銅蝕刻生產(chǎn)線及處理廢料(比如化學(xué)蝕刻池中的殘?jiān)?本身需要一個(gè)非常貴的固定成本， 因而也增加了標(biāo)簽的單件成本。

    (2)導(dǎo)電油墨。首先，從材料成本上，導(dǎo)電油墨要比蝕刻金屬線圈的價(jià)格低；此外，從材料耗用量上說(shuō)， 蝕刻過(guò)程要消耗大量的金屬， 而導(dǎo)電油墨印刷天線或電路的速度快、成本低、效率高。

    2．操作容易

    網(wǎng)印技術(shù)作為一種加法制作技術(shù)，較之減法制作技術(shù)(如蝕刻)而言，本身是一種控制容易、一步到位的工藝過(guò)程。在網(wǎng)印過(guò)程中， 也不存在其他印刷過(guò)程比如膠印中的水墨平衡、更換橡皮布、油墨乳化及調(diào)節(jié)墨斗鍵之類(lèi)的技術(shù)問(wèn)題， 所以它具有操作容易的性能。

    3． “綠色” 環(huán)保

    由上面的介紹可知，銅蝕刻過(guò)程必須采用光敏膠及其他化學(xué)試劑。這些化學(xué)藥品都具有較強(qiáng)的侵蝕作用，所產(chǎn)生的廢料及排出物對(duì)環(huán)境造成較大的污染。而網(wǎng)印技術(shù)采用導(dǎo)電油墨直接在底材上進(jìn)行印刷，無(wú)需使用化學(xué)試劑，因而具有“綠色”、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

    當(dāng)然，采用繞制銅線技術(shù)來(lái)制作天線也是一道“綠色”、環(huán)保的制造工序。但如果考慮標(biāo)簽的成本因素， 繞制法就明顯不如網(wǎng)版印刷。

    4．底材選擇靈活多樣

    網(wǎng)印能夠?qū)?dǎo)電油墨印刷在幾乎所有的承印材料上， 以制得所需要的天線。因此， 標(biāo)簽底材的選擇也就更加靈活、多樣?？勺鳛橹悄軜?biāo)簽基片的材料有聚酯、聚酰亞胺、ABS工程塑料、PVC (聚氯乙烯)、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、(涂料)紙板等等。在標(biāo)簽制作時(shí)，選擇哪種材料需依具體的應(yīng)用而定。

    相比之下，銅蝕刻技術(shù)則只能采用具有高度抗腐蝕性的底材， 即那些能夠忍受蝕刻過(guò)程中所采用的化學(xué)試劑的高度侵蝕性的底材(如聚酯)。值得一提的是， 此類(lèi)底材的價(jià)格也可能要比網(wǎng)印所選擇的底材要貴。比如銅蝕刻過(guò)程采用的聚酯，其價(jià)格要比網(wǎng)印公交系統(tǒng)票證標(biāo)簽的紙質(zhì)底材要貴得多。

    5．標(biāo)簽樣式豐富，穩(wěn)定性、可靠性好

    采用網(wǎng)印技術(shù)能夠允許天線具有多種設(shè)計(jì)樣式，能夠印刷多種樣式的天線。因而，所制作的標(biāo)簽樣式豐富， 允許被貼標(biāo)對(duì)象具有不同的表面形狀，如不同曲率、角度的物體表面。此外，印刷的導(dǎo)電油墨天線還能夠經(jīng)受住更高的外部機(jī)械壓力。

    事實(shí)上， 由于網(wǎng)印導(dǎo)電油墨(或?qū)щ姖{)是由導(dǎo)電金屬微粒分散在熱塑型聚合物黏合劑或樹(shù)脂中形咴的， 因此， 這樣制得的智能標(biāo)簽天線具備黏性流體的特性，具有更好的彈性。在標(biāo)簽受壓彎曲時(shí)，網(wǎng)印智能標(biāo)簽此時(shí)表現(xiàn)的性能及可靠性， 蝕刻制得的智能標(biāo)簽和鋁蝕刻制得的EAS(電子防盜)標(biāo)簽都要高。

    關(guān)于網(wǎng)印導(dǎo)電油墨

    網(wǎng)印電油墨干燥后， 由于導(dǎo)電粒子I司的距離變小， 自由電子沿外加電場(chǎng)方向移動(dòng)形成電流， 具有良好的導(dǎo)電性能。對(duì)于印制智能標(biāo)簽內(nèi)置天線而言， 一個(gè)好的導(dǎo)電油墨配方， 要求具有良好的印刷適性，印刷后具有附著力強(qiáng)、電阻率低、固化溫度低、導(dǎo)電性能穩(wěn)定等特性。

    面對(duì)RFID智能標(biāo)簽將帶來(lái)的包裝、零售、物流領(lǐng)域的革命性變化，以及導(dǎo)電油墨在該標(biāo)簽中的廣闊應(yīng)用前景， 國(guó)內(nèi)外一些企業(yè)在導(dǎo)電油墨研發(fā)方面也取得了突出的成績(jī)。例如，在國(guó)外，美國(guó)Flint油墨公司已將導(dǎo)電油墨印出的線路與銅蝕刻出來(lái)的線路在多種射頻帶中進(jìn)行了xt-bL。如860-950 M Hz的超高步頁(yè)、2 450 MHz的微波及l(fā)3．56 MHz的高頻等均做過(guò)試驗(yàn)，收到了很好的成效；美國(guó)Parelec公司也專(zhuān)門(mén)為印制智能標(biāo)簽天線成功開(kāi)發(fā)了Parmod導(dǎo)電油墨。針對(duì)不同的用途，Parmod 油墨在不同的網(wǎng)印方式下印刷的電路線圈的一些性能參數(shù)測(cè)試如表1所示。在國(guó)內(nèi)，比如上海寶銀電子材料有限公司推出了多種系列的導(dǎo)電油墨(導(dǎo)電漿)；武漢三萊科技公司還推出了水性導(dǎo)電油墨。

小結(jié)

    智能標(biāo)簽因技術(shù)先進(jìn)和方便管理而被眾多的零售商添加到商品包裝上， 以實(shí)時(shí)跟蹤商品的流動(dòng)情況，其市場(chǎng)潛力大、前景廣1闔。在智能標(biāo)簽推廣應(yīng)用的過(guò)程中，如何降低標(biāo)簽的成本、完善性能，乃當(dāng)務(wù)之急。采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電油墨，通過(guò)網(wǎng)印方法在底材上印刷導(dǎo)電線圈，作為智能標(biāo)簽的內(nèi)置天線，這無(wú)疑是降低智能標(biāo)簽成本的一個(gè)重要途徑。隨著射頻技術(shù)、電子封裝技術(shù)的成熟， 以及優(yōu)良的導(dǎo)電油墨配方的推出， 網(wǎng)印在推進(jìn)智能標(biāo)簽高性能、低成本的應(yīng)用上將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。