無線射頻技術（RFID）電子標簽的印刷制作工藝分析

高溯 呂澤軍 劉雅楠 齊元勝

RFID（Radio Frequency IdenTIficatiON）是一種通過射頻信號的自動識別技術（通過射頻信號獲取目標對象的相關的數據信息），但是與其他一般的識別方式不同的是，RFID式識別方法是非接觸式的。射頻識別技術的核心在于標簽的制作，以往射頻識別往往采用“減法”工藝，通過刻蝕等方法將金屬物質或堆積，或固定在基本載體上，而RFID的出現，給射頻識別打開了一扇嶄新的大門，采用新興材料導電油墨作為天線的原材料，采用“加法”（印刷工藝）進行標簽制作，采用印刷制造工藝使RFID變成了印刷流水線作業產品，令紙張也可以作為標簽的載體，使得標簽更加輕便，識別更加準確方便，限制變少，同時又大大提高了制作效率、降低了成本、避免了材料浪費，更加符合環保要求。

RFID技術具有以下優點：①RFID的非接觸識別比接觸型識別更加安全、輕便、快捷，也為遠距離識別提供了可行性方案。②對被識別的電子標簽限制極少，即使電子標簽在高速運動或晃動中，只要標簽信息的完整性符合要求，就可以準確識別其包含的信息，擴寬了射頻識別技術應用的環境限制。③讀寫器可以同時識別多個電子標簽，即可以高數量、高質量的快速識別標簽，大大提升了工作效率。④此外，RFID的優點還在于可以進行雙向識別，電子標簽可以被讀寫器識別，讀寫器也可以被電子標簽識別并相互交換數據（當然，最常用的是讀寫器對于電子標簽信息的識別與更改）。

RFID原理及分類

在工作時，RFID讀寫器通過天線向周圍持續發送出一定頻率的信號，信號中包含著被編碼的信息，電子標簽一旦進入到讀寫器的信號范圍便可以接收此脈沖信號，無源標簽憑借磁場中的感應電流的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，即無內置電池的無源標簽只能借助讀取器發出的信號中的能量向外部發送包含信息的信號。

有源標簽則可以不借助外部能量主動發送某一頻率的信號，卡內芯片中的有關電路對此信號進行調制、解碼、解密，然后對命令請求、密碼、權限等進行判斷，如果命令可執行、密碼正確并且檢測到標簽擁有執行此命令的權限，則對命令做出相應的反應。比如發出的是修改命令，控制邏輯電路則從硅片中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過卡內天線再發送給閱讀器，讀取器對接收到的信號進行解調、解碼、解密后送至中央信息系統進行數據修改，信息系統再通過網絡將修改后的信息發送給閱讀器，閱讀器再通過上述步驟將信息傳達給卡內芯片，邏輯電路對命令判斷后將新信息替代原來的信息，完成信息的更改。（另外標簽還有安裝有小型電池的半主動式標簽）。

通常我們所說的RFID產品的關鍵在于物理層（終端信息儲存），基本部件即為電子標簽。電子標簽由耦合元件及芯片組成，構成了包含著一系列的數據和信息的標識體系，數據及信息儲存在硅片中，讀取器讀取的便是硅片當中的信息。RFID標簽分為有源標簽和無源標簽，有源標簽自帶內置電源，所以運行速率較大，能承載更多的信息，信號傳播較遠，通常適用于遠距離讀取。而無源標簽則沒有內置電源，運行的電壓來自于讀取器的信號，運行速率較小，但制作成本低，并且輕便，常用于近距離快速識別。

RFID電子標簽制造工藝分析

1.印刷前期準備工藝

①印刷材料

在概述里提到用導電油墨代替金屬作為天線。導電油墨的主要成分是導電材料，是用導電做成油墨狀，使其具有油墨的性能。現今應用最廣泛的是納米銀油墨，通過化學方法制備，并且導電性極高，利于電子標簽信息的儲存與傳遞，黏度低，利于透過絲網工具。最重要的是實現了電子標簽紙張化，使其更加方便。

②印刷環境與材料

導電油墨顆粒較大，并且天線的制作精度要求極高，所以，印刷單元使用絲網印刷的方式。但由于絲網印刷的原理及導電油墨的特殊性，對環境和材料要求極為苛刻。

應用噴墨技術的絲網印刷要求溫度必須穩定在20℃～27℃，如果工作時溫度有所變化，則會導致噴頭出墨量產生偏差，甚至改變到導電油墨的導電性能，影響電子標簽的質量。寬幅打印機的印刷環境理應控制在55%±5%，過高的濕度會引起紙張卷曲、網點擴大、噴墨打印環節套印不準等問題，濕度過低則導致紙張產生靜電在輸紙機構出產生雙張甚至多張的情況。另外，噴墨打印單元對水平程度和平穩程度要求也很苛刻，水平影響噴墨單元的墨滴掉落的定位，而微小的震動就可能影響墨滴的運動軌跡，從而影響到電子標簽的精度。

為了電子標簽的需要，油墨必須保持良好的導電性和流變性能，還需要較低的黏度和較好的觸變性流平性、黏彈性和流動性，并且顆粒需要在一定粒徑范圍內，才能滿足噴墨打印單元的正常運行。在保持導電油墨的導電性能為基本前提下實際生產中常用增稠劑和撤黏劑等輔助劑等來調節導電油墨的流變性能。由于電子標簽需要良好的套準精度，所以要求承印物的表面需要良好的平滑度，并且需要對導電油墨有良好的吸收性。

所以印刷制造電子標簽時需要相對穩定的溫度、濕度、水平程度和平穩程度以及油墨、紙張良好的印刷適性（最好采用銅版紙或者較為平滑的特種紙和納米銀油墨）。

值得一提的是紙張采用有孔特種紙，特種紙的邊緣存在小孔，這種有孔紙在電子標簽表面圖文信息的印刷中發揮著巨大的作用，紙張長邊小孔之間的距RFID芯片的長度相吻合，紙張寬邊小孔之間的距離與RFID芯片的寬度一樣，機器通過檢測到小孔的位置，直接確定RFID芯片的位置，即確定了相對應的圖文信息的印刷位置。

2.RFID的印刷制造工藝

大多數新興技術的興起，在最初都是服務于軍方的，RFID也不例外，在早期射頻識別技術識別發展中，最早是由美國國防部軍需供應局投入研究并使用于物資運送，主要側重其技術的方便程度。由于技術限制，只能采用刻蝕技術，但是顯而易見，刻蝕技術要求在基底上進行鉆刻，力度精度要求較高，浪費大量金屬等原材料的同時又產生大量化學廢液污染環境，極不環保，并且對圖形的控制性較差，無法生產精細的比較微小的尺寸，限制極大。后來新興的銅絲繞制法、化學腐蝕法、電鍍法等均不如印刷法方便、快捷、成本低。導電油墨的出現使印刷工藝制作標簽可行，將導電油墨作為電子標簽天線的原材料，紙張作為基底，大大加快了生產效率，節約了用料，也能夠進行精密電路圖的印刷，并且十分環保。所以RFID已經變成了一種完全印刷工藝制作的產品，也正是印刷技術給了RFID大規模推廣的機會，RFID從器件變成印刷產品，而制造機械也變演化了適用于導電油墨的印刷機。

傳統方法制作RFID芯片使用刻蝕技術，先將感光油涂到覆銅板上（感光藍油危害環境，不環保），使用紫外燈曝光除需要刻蝕外另外的部分（能量消耗較大，紫外線使用較為危險，精度要求較高），將覆銅板先后置于顯影劑和刻蝕劑中，覆銅板表面的銅將以肉眼可見的速度被迅速腐蝕（這一步驟中，浪費掉大量的銅金屬，并使這種重金屬影響周邊環境與操作人身體健康，另外刻蝕劑十分不環保，對環境危害較大，并且操作中十分危險，容易將皮膚灼傷），大量清水沖洗后烘干，電路便顯現出來。

而使用印刷的方法將芯片制作則即為環保安全，直接將導電油墨印刷在特種紙上，噴墨打印的技術使精度十分高，并且人力節省較大，效率也相應提高。

RFID的發展前景展望

為滿足人們日益增長的生活水平要求，RFID的推廣是勢在必行的，而同樣，RFID的推廣與發展也會影響印刷業的發展，簡單來說，RFID將給印刷行業帶來第二春，RFID的迅猛發展定會促進推陳出新，同時也就促進印刷技術大革新，印刷理念大為更改。印刷業與RFID相互促進，在今后幾年將會出現為期不短的繁榮景象。

在智能概念普及的當下，印刷可以分為狹義印刷和廣義印刷兩種不同的解讀，狹義印刷即傳統印刷，紙質和書刊的白紙黑字式印刷，在逐漸受到電子刊物崛起的沖擊后，印刷開始了艱難的轉型和升級，RFID的介入是一次革命性的變革，標志著印刷正式從紙質品印刷向電子信息載體的升級和邁進。

印刷有其獨特的制造優勢，自由度高，修改方便，可批量生產，成本低，危險性小，是未來智能制造的重要生產方式之一。RFID標簽可以認為是電子芯片的簡化版，在其外部是供人閱讀的圖文信息，內部是供機器閱讀的電子信息，兼備了物理視覺和機器視覺兩種信息讀取的能力，非接觸式的穩定信息源保證了信息在極限環境下傳播的可能性。

可以做如下比喻：民用標簽是商業的眼睛，防偽追溯，價格識別，與區塊鏈工程相結合，電子實體經濟齊頭并進；工業標簽是機器的眼睛，網絡化的標簽體系囊括了整個機器人的運動區域纖毫畢現，多網點的定位方式相比于單AP的信號定位，消除了信道折躍和檢測誤差的問題，無須傅里葉變換和打包處理，重要的是其無線電特性雖然限制了空間卻開放了領域，可以在極端環境下大放異彩。

印刷行業在高精尖制造領域的的巨大作用顯而易見，當傳統步入夕陽，廣義的科技印刷和綠色印刷迎面而來，散發出了新的光輝色彩，尤其當廣義印刷拜擺脫狹義印刷的束縛，拓展到印刷制造方面，更有廣闊的前景。

并且應用印刷技術制造出來的RFID具有更大的優勢，可以應用于各種環境下，比如極冷極熱或者太空真空下，印刷中只要添加抗熱隔水覆膜RFID便可以抵抗各種惡劣環境的侵蝕，擴寬了無線射頻技術的應用范圍。

RFID已經成為大規模印刷作業生產流水線，新興的RFID通過印刷技術的發展也擁有了更加強大的監控、定位等許多的功能，應用于物流、醫療、圖書館藏等方面，印刷將RFID更加迅速地推向世界，也推向各行各業。

（作者簡介：高溯，劉雅楠系北京印刷學院機械專業本科生；呂澤軍，北京印刷學院印刷工程專業本科生；齊元勝，北京印刷學院機電工程學院院長）