智能标签
印刷技术的迅速发展, 源于社会对信息需求的大量增加。采用印刷的方法复制图文信息, 可以降低生产成本, 提高生产效率, 而且得到的印刷品式样统一, 美观耐用。技术的发展, 使印刷工艺可在各种承印材料上施印, 除了文字线条外, 还可以进行网点的叠印, 得到彩色连续调图文。电子工业及油墨技术的发展, 开辟了印刷工艺的新领域, 如PCB 印刷线路板及新兴的RFID 智能电子标签的印刷生产等。
一、智能电子标签
智能标签(Smart Label)也有人称之为无线射频识别标签, 是电子和计算机等高新技术在标签制印上的结晶。智能标签包含无线射频识别技术( RFID) 电子标签, 隐蔽或公开的商标保护指示器或提示产品状况的传感器。
电子标签主要由芯片和天线组成,芯片主要用于接收和传送数据, 通过由阅读器发出的无线射频信号来读取, 阅读器与天线和计算机网络相连, 形成一个电子模块, 阅读器发送来自其天线的特殊信号给特定区域的电子标签, 再将反馈信息处理后传送给计算机网络, 从而使管理人员得到商品的特殊信息。RFID 智能标签在商品的生产、贮运、保质、防伪、管理等诸多方面满足了更高更全的信息需求。与传统的条形码标签相比, 功能多、防伪效果好。
目前电子标签的天线多采用冲压及蚀刻的方法制作, 成本较高, 阻碍了其推广使用。而通过印刷导电油墨的方法制作天线, 无论是从材料成本, 还是材料消耗以及生产效率上来看, 都是最佳的选择, 可以大大提高其制作效率并降低生产成本。
智能标签的印刷在目前阶段还包括表面条码信息的印制, 这样做是为了防止标签损坏而不能被读取而采用的补充手段。这样来说, RFID 的印刷既是标签印刷的范畴, 也属于线路印刷的一种。生产过程对印刷要求比较严格, 主要表现在几个方面: 首先是精确的印刷位置; 严格的油墨( 印料) 附着量, 如对导电浆料膜的厚度和导电微粒的数量都有严格控制; 另外一个因素是印刷分辨率的大小。选择印刷工艺可从印刷量的大小, 承印材料的表面性能, 油墨或印料的附着性质, 成本, 工艺过程的特点等方面综合考虑。
线路印刷中使用的功能型导电油墨, 也叫做印料。它是在UV 油墨、柔版水性油墨或特殊胶印油墨中加入可导电的金属粉末, 金属氧化物粉末等载体, 使油墨具有导电性。当然与传统的印刷油墨相似, 印料也有复杂的流变特性, 并在很大程度上影响着印刷的过程。由于生产工艺的特点, 印料要耐溶剂, 耐光, 及耐摩擦等。
二、印刷工艺比较
目前的印刷方法可分为传统印刷和数字印刷工艺两种, 胶印, 凹印, 凸印及丝网印刷属于传统印刷方法, 采用的是有压印刷方式。喷墨印刷, 静电摄影等数字印刷方式是无压印刷工艺, 图文从计算机直接被转印到承印材料。
胶印是应用最为普遍的方法, 80%的出版物印刷采用胶印的方式。其承印材料广泛, 如纸张、纸板、金属、塑料等都可进行印刷。印数可从500 到100万不等, 速度快, 效率高。
采用预涂感光版, 印刷时根据油水相斥的原理, 在印版上形成图文部分覆盖油墨, 空白部分覆盖水的分布形式,油墨先被转移到橡皮布上, 然后由橡皮布转印到承印材料上。油墨粘度很大,约为l～50Pa.s, 极性较小。
胶印的另一种方式是无水胶印, 印版上的空白部分由硅胶树脂组成, 硅树脂在印刷时不吸附油墨。由于没有了“ 水” 的影响, 生产中操作更加方便,质量更稳定, 印刷精度更高。印刷得到的墨膜厚度约在0.5～3μm 之间。
胶印应用于线圈印刷有着效率、精度及分辨率的优势, 但是胶印墨膜厚度较小, 不符合线路印刷的要求。当然这一点可以通过反复印刷多次来完成, 但是这对于精细线路的套准控制又提出了新的挑战, 新型的、导电能力更好的油墨也可以在较小的厚度下达到需要的阻抗性能。
柔版印刷主要应用于包装装潢印刷, 承印材料包括纸张, 纸板(尤其是瓦楞纸板印制), 塑料薄膜等。这是一种直接印刷的方式, 用1～5mm 厚的柔性感光树脂制版, 采用卷筒纸印刷, 速度快, 效率高。油墨粘度在0.01～0.1Pa.s之间, 可采用水基油墨, 溶剂型油墨及UV 固化油墨。但柔印分辨率较低, 通常在60L/ cm 左右, 精细印刷可达80L/ cm, 墨膜厚度在6～8μm, 适合于天线印刷的要求。
随着薄版技术的发展, 柔性版印刷的分辨率和印刷精度也不断提高。其不足之处在于: 印迹的边缘部分有印纹出现, 这是由印刷过程的压力使印版变形所致。印纹的出现使得线路边缘印迹不规则, 会影响到油墨附着的精度及线路的阻抗性, 容易生产出废品。
凹版印刷也是主要的包装出版印刷方式, 占到大约18% 的市场份额。耐印力大, 可达50 万印以上, 承印材料广泛, 如薄纸, 纸板, 塑料薄膜等。油墨粘度约为10～50mPa.s, 主要用溶剂型油墨。分辨率与网纹穴的雕刻有关, 采用激光雕刻, 可达1000L/ cm,墨膜厚度在8～12μm 之间。但是由于其印刷压力太大, 在RFID 的天线印刷中存在困难。
丝网印刷是一种模版印刷方式,先将丝网绷于网框之上, 曝光晒版后,印版上的图文部分能透过油墨, 空白部分被感光胶覆盖, 印刷时, 油墨在刮板压力作用下透过丝网在承印物上形成图文。丝网印刷的油墨粘度在0.1～10Pa.s 之间, 印刷可形成厚度不同的墨膜, 可从200nm～100μm 不等。丝网印刷的不足就是其最大分辨率较小, 通常在50L/ cm 以下, 而且其印刷速度与其他印刷方式相比较小。但对于线路板的蚀刻生产而言, 丝网印刷可以大大提高效率。
丝网印刷可以说是目前最适合印刷RFID 天线的首选方式。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企及的。在智能标签印刷中, 要使用导电油墨, 而印刷目前的导电油墨较好的丝网是镍箔穿孔网。该网由镍箔钻孔而成, 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。
喷墨印刷是近年来发展最快的一种印刷方式, 其多功能性是其他印刷方式无法相比的。这种无压力的方式可将计算机中的数字信息直接喷涂到任何形状的材料上。其油墨系统较为复杂, 使用的油墨可以是水基的, 热熔型的, 或是UV 固化型的, 其粘度在10mPa.s 左右。
喷墨印刷分为连续喷墨和按需喷墨两种方式。按需喷墨的墨滴容量可在5pl 之下, 也就是说墨滴的直径在2lμm, 可以获得很高的分辨率。当然,这种方式存在着喷墨位置的偏差, 影响印刷质量的小墨滴会出现在空白部分,产生边缘效应。
静电摄影又叫做静电复制或激光印刷技术, 是另一种主要的电子印刷技术, 当然, 目前还没有发现有其可用于智能标签生产的优势。
三、印刷工艺应用
使用印刷的方法制作标签天线的优点可总结为以下几点:
1. 成本低, 操作容易
采用印刷的方法, 生产量大, 节省时间, 工序较少。
2. 采用轮转的方法印刷速度更快,可大大提高生产效率, 油墨转移能力更好
如瑞典Stork Print 公司为智能标签的天线线圈印刷制造的Rotary ScreenIntegration(简称RSI)丝网印刷标签专用生产线, 可以连续印刷50 万米不停机。
3.“绿色”、环保
传统的蚀刻等过程有废料排出, 对环境造成较大的污染。印刷技术采用导电油墨直接在底材上进行印刷, 化学试剂的使用较少或没有, 具有“ 绿色”、环保的优点。
4. 底材选择灵活多样
可在各种承印材料上印刷导电油墨以制得所需要的天线。若采用有“ 万能印刷方式” 之称的丝网印刷, 标签底材的选择也就更加灵活。
5. 标签样式丰富, 稳定性、可靠性好
印刷技术能够允许天线具有多种设计样式, 能够印刷多种样式的天线。因而, 所制作的标签样式丰富, 允许被贴标对象具有不同的表面形状, 如不同曲率、角度的物体表面。此外, 印刷的导电油墨天线还能够经受住更高的外部机械压力。印刷导电油墨制得的智能标签天线具备黏性流体的特性, 具有更好的弹性。在标签受压弯曲时, 表现出的性能及可靠性更好。
电子文档系统基金会( The ElectronicDocument Systems Foundation) 的一项调查显示, 7l% 的受访企业认为在未来几年中, RFID 类电子标签的印刷生产, 将主要采用数字印刷的方法。有19% 的企业认为柔印会被采用。当然,目前最为流行的方式还是丝网印刷,IBM 公司, Printronix 以及Zebra 等公司对RFID 的打印机印刷方式也开发了一些解决方案。
如Printronix 的RFID 打印机———SL5000r MP2, 它能提供真正符合EPCglobal Gen 规范要求的Gen 2 RFID。这些打印机集成了EPC global Gen 2 CertifiedHardware RFID Smart 编码技术,可满足许多应用要求和全球频率要求。这一系列的打印机均具备智能化RFID标记管理功能, 可确定并重击不符合标准的RFID 智能标签, 防止它们进入供应链。这些打印机打印的是已经做好的RFID 标签, 在正面生成条码。但丝印和喷墨打印与其他印刷方式相比,其效率和产量却很难在未来几年内满足市场需求, 而随着RFID 技术的提高, 表面起到补充作用的条码印刷将不再使用, 关键的印刷技术还是解决天线的制作问题。
前几年, 曼罗兰公司就研究过收发器的天线是否能被直接印刷在基材上。研究表明, 采用胶印或其他印刷方法,合适的导电油墨或基于金属或导电聚合物的粘接剂是可以直接印刷进行的。早在Drupa 2004 上, 曼罗兰就展示了采用基于金属油墨印刷的RFID 天线。这种方式使天线与基材结合在一起, 只能通过将其破坏的方式除去它。在印刷机上采用特殊油墨印刷简单有效, 同时在设计包装的过程中就可以将收发器也考虑进去, 直接将天线印刷在基材上。当然, 一个重要前提是用度量的方法在下道工序进行电路的功能检验。因此, 曼罗兰将其作为开发直接印刷RFID 天线的前提加以考虑。目前, 德国西门子公司正在采用网印, 凹印和柔版印刷技术, 在实验室制作带聚合物电极、绝缘体和半导体的塑料集成电路, 但是所用的导电聚合物价格却十分高昂。如果卷筒至卷筒的技术开发完成, 则印刷电子标签就会像印刷报纸一样。
通过以上分析, 在RFID 智能标签生产的初期, 将主要采用网版印刷的方法, 但最终将会被速度更快的胶印和凹印等工艺所取代。更加精细, 导电性更好的新型油墨的研究使用, 也使电子标签印刷采用胶印, 柔印的工艺成为可能。大大拓宽印刷领域的同时, 为RFID 智能标签的生产普及打下了基础。
最基本的RFID系统由三部分组成： 标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象； 阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式； 天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。
RFID技术的基本工作原理是什么？
RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
是什么让零售商如此推崇RFID？
据Sanford C. Bernstein公司的零售业分析师估计，通过采用RFID，沃尔玛每年可以节省83.5亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。尽管另外一些分析师认为80亿美元这个数字过于乐观，但毫无疑问，RFID有助于解决零售业两个最大的难题：商品断货和损耗（因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品），而现在单是盗窃一项，沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元，如果一家合法企业的营业额能达到这个数字，就可以在美国1000家最大企业的排行榜中名列第694位。研究机构估计，这种RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。
RFID技术作为一项先进的自动识别和数据采集技术，被公认为21世纪十大重要技术之一，已经成功应用到生产制造、物流管理、公共安全等各个领域。目前，欧美等发达国家在芯片、终端设备、系统应用方面，尤其是在标准制定和技术开发方面处于领先水平。随着RFID技术的成熟和普及，各国政府都意识到RFID技术对未来的影响和蕴涵的巨大商机，制定相关政策或投入物力，积极推动本国RFID产业发展。
相信未来几年内，全球开放的市场将为RFID带来巨大的机会，市场将从培育期逐步过渡到成长期。据预测，2009年全球RFID市场将猛增到100亿美元。随着RFID技术的不断发展和标准的不断完善，RFID产业链从硬件制造技术、中间件到系统集成应用等各环节都将得到提升和发展，产品将更加成熟、廉价和多样性，应用领域将更加广泛。对于国内市场，在政府支持和企业的推动下，RFID产业近几年得到飞速发展，其应用领域越来越广泛，同时也带动了相关产业的发展。
主要体现在：
政策支持。在国家颁布的《2006-2020年国家信息化发展战略》和《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中都阐述了发展RFID产业的重要性，指出推动RFID技术的发展，可增强我国信息产业的国际竞争能力、推动建设创新型国家;科技部发表了《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》，国家还设立了专项基金支持RFID产业的发展，为RFID产业的发展奠定了良好的政策、经济环境。近年来，我国RFID技术的研发和产品设计都有相应进展，已经应用多个行业。
市场潜力大。RFID技术的应用领域非常广泛，从物流管理到资产跟踪、防伪识别、公共安全管理、车辆管理到人员管理等都充满了巨大商机。目前RFID技术在国内交通管理、物流、食品安全、重要资产的跟踪、防伪等领域开始应用。
面临的问题
但是，目前我国的RFID产业发展还不成熟：一是起步较晚，投入不足，自主创新能力还不够强，核心技术掌握在国外人手中;二是产业链发展不够均衡，成本高，市场的成熟度低。我个人认为，我国RFID产业发展之路仍然比较曲折，并且发展速度不会像大家想象得那么快。中国的RFID产业要想迅速通过培育期，就必须通过政府牵头、企业主导、选择重点、行业突破来协调解决，形成行业规范和标准。加强政府监管和扶持，鼓励企业自主创新，掌握核心技术，形成产业化;同时，企业应加大研发投入，加强品牌宣传，参与国际竞争。
RFID技术已经在社会很多领域得到应用，对改善人们生活质量、提高企业效益、加强公共安全产生重要影响，一直以来都受到广泛关注。RFID应用是一个系统工程也是一个复杂的产业化问题，RFID技术在中国行业普及之前还有很多工作要做。其中产业化的定位和标准的确定对推广起到关键作用。只有标准化，才能商品化和产业化。如果我国RFID技术不能拥有自主知识产权，那么，企业的生存与发展能力将受到极大制约，因此，我国相关部门一直都在关注此问题，力争尽快确定我国的RFID行业标准。我认为标准一日不确定，产业的发展将一日受限制，并且会影响各产品、系统的通用性，阻碍开放式系统应用的发展。随着国外产品的不断引入和应用系统逐步推广，标准问题将会日益突出，势必影响国内企业创新和可持续发展，同时也危及国家安全和民族产业的发展。
现在中国企业面临大力发展RFID的最佳机遇，要想推动RFID技术更快更好普及应用，需要各个方面的积极配合：首先需要各级政府主管部门牵头，企业积极参与制定RFID国家标准，只有标准出台了，后续的一系列工作才好进行;二是进一步加大RFID技术的研发力度，进一步降低成本，为大规模应用作好准备;三是遵循先试点后推广原则，行业应用以点带面，首先从典型行业，如政府行业开始应用，然后再逐步推广和应用。
市场前景
就目前的市场情况而言，RFID技术将会首先在政府主导的项目中应用，之后随着技术的进一步成熟和成本的进一步降低，逐步应用到各行各业中。目前我认为主要会在以下领域中应用：
1)高速公路收费及智能交通系统
近些年中国的高速公路发展非常快，但是目前高速公路收费却存在一些问题，如，收费站口交通堵塞。而RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现射频识别技术的优势。在车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费，解决了交通的瓶颈问题，提高了车行速度，避免了拥堵，提高了收费计算效率。
2)机动车自动识别与管理
通过建立采用射频识别技术的自动车号识别系统，能够随时了解车辆的运行情况，不仅实现了车辆的自动跟踪管理，利于管理，还可以大大减少发生事故的可能性。另外通过射频识别技术对车辆的主人进行有效验证，防止车辆偷盗发生，且可以在车辆丢失以后有效寻找丢失的车辆。便于车牌管理，防止假牌和套牌。
3)电子票证
使用射频识别标签实现非现金结算，解决现金交易既不方便也不安全的问题。同时，射频识别标签可以用作各种票证以及人员管理等，达到方便、快捷。如奥运会门票和世博会门票等。
4)动物跟踪和管理
射频识别技术可用于动物跟踪与管理。将用小玻璃封装的射频识别标签植于动物皮下，可以标识牲畜，监测动物健康状况等重要信息，为牧场的管理现代化提供了可靠的技术手段。
在大型养殖厂，可通过采用射频识别技术的动物耳标方式建立饲养档案、预防接种档案等，达到高效、自动化管理牲畜的目的，同时为食品安全提供了保障。射频识别技术还可用于信鸽比赛、赛马识别等，以准确测定到达时间。
5)资产追踪管理
将射频识别系统用于固定资产或仓库货物管理，可以有效地解决资产的盘点、维修以及货物流向等相关信息管理，监控货物信息，实时了解产品情况，自动识别货物，确定货物的位置等，如RFID图书馆应用管理系统。
除此之外，RFID还将在门禁管理、防伪识别、生产的自动化及过程控制、人员管理等领域得到应用和推广。
发展趋势
随着RFID技术不断发展和应用系统的推广普及，我认为射频识别技术在性能等各方面都会有较大提高，成本将逐步降低，可以预见未来RFID技术的发展将有以下趋势：
1、标签产品多样化。未来用户个性化需求较强，单一产品不能适应未来发展和市场需求。芯片频率、容量、天线、封装材料等组合形成产品系列化，与其他高科技融合，如与传感器、GPS、生物识别结合将由单一识别向多功能识别发展。
2、系统网络化。当RFID系统应用普及到一定程度时，每件产品通过电子标签赋予身份标识，与互联网、电子商务结合将是必然趋势，也必将改变人们传统的生活、工作和学习方式。
3、系统的兼容性更好。随着标准的统一，系统地兼容性将会得到更好的发挥。产品替代性更强。
4、与其他产业融合。与其他IT产业一样，当标准和关键技术解决和突破之后，与其他产业如3C、3网等融合将形成更大的产业集群，并得到更加广泛的应用，实现跨地区、跨行业应用。
因此，我们有理由相信RFID产业发展潜力是巨大的，将是未来发展的一个新的增长点，RFID技术将与人们的日常生活密不可分。
至于RFID技术领域面临的主要问题，我认为首先是标准问题。到目前为止，射频识别技术已经具有了一些国际标准。而在我国，射频识别技术的生产和应用领域仅有一些行业标准，还没有国家标准。制定一个自主的国家标准，并且与国际标准相互兼容，使我国的RFID产品能顺利地在世界范围中流通，是当前重要而急切需要解决的问题。
第二是安全与隐私问题：一方面射频识别技术的应用有着无限的魅力，另一方面对个人隐私安全的威胁极大的阻碍了射频识别技术的快速推广。因此，如何保护持有人的隐私安全技术将是在目前和今后发展RFID技术十分关注的课题。
第三是多样性和复杂性。目前国内的应用还处于初级阶段，应用效果不好评判。由于用户需求的多样性和复杂性，导致很多应用只是在探索阶段，从而使公司的研发压力和成本更大。同时，通过改进工艺和技术创新进一步降低成本，使之能够与传统的条码相比，才能将RFID标签广泛地应用到更多的商品中。
尽管如此，由于RFID产业前景广阔，市场潜力巨大，同时政府支持、企业重视，我们对RFID产业的发展充满信心。航天信息将会加大投入、自主创新，积极参与我国RFID行业标准制定和行业试点应用，为各行业提供产品和完整的系统解决方案，为国内的RFID产业发展贡献自己的力量。