印刷行业发展的新领域——RFID智能标签

文|李浩

印刷行业发展的新领域
——RFID智能标签

文|李浩

每当我们去超市选购物品结账时，通常都会看到收银员使用一个特殊的装置，往商品的包装上一扫，则该商品的价格等信息马上就被自动识别出来，既方便又快捷。这就是自动识别技术（auto identification）的一个简单应用。此外，许多年之前，曾经一度非常流行的IC电话卡，以及当今我们大多数人都在使用的银行卡等，也都应用了自动识别技术。

但是，诸如条形码、IC卡、磁卡等，它们都多多少少存在着一些缺陷。比如，条形码通常只可以印刷在纸张、塑料、金属等表面，而且需要光源才可以读取，信息量也非常有限；再比如磁卡，由于信息的载体为磁性物质，所以比较容易碰到被“消磁”的现象而导致存储的信息无法读取。为了克服这些缺陷，一种新的自动识别技术RFID（即Radio Frequency Identification，中文名称为射频识别技术，又叫智能标签），正逐渐被人们所接受，并得到了越来越广泛的应用。

一、射频识别技术及它的优势

射频识别技术是一种非接触式的自动识别技术，它采用了先进的技术手段，可以实现对各类目标在不同状态下的自动识别和管理。识别工作无需人式干预，而且可以工作于各种恶劣的环境中。它同时还具有信息量大，保密性好等优点。表1列出了各种自动识别技术的比较。

表1 各种自动识别技术的比较

一个射频识别系统通常由电子标签、阅读器和天线三部分组成，其中电子标签又由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，它用于标识目标对象。阅读器则是用来读取（有时还可以写入）标签信息的设备，见图1。而天线是一种以电磁波形式把无线电收发机的射频信号功率接收或辐射出去的装置，它用来在标签和读取器间传递射频信号。

二、RFID智能标签与印刷技术

上文已经提到，芯片和天线是RFID标签中的两个重要的元素。其中芯片可以用纸张、聚乙烯甚至纺织品等材料封装后进行印刷。而RFID天线制作技术主要有蚀刻天线、线圈绕制天线和印刷天线三种。

过去制作RFID天线通常都是采用蚀刻法。以铜质天线为例，首先在一个塑料薄膜上层压一个平面铜箔片；然后在铜箔片上涂覆光敏胶，干燥后通过一个正片对其进行光照；放入化学显影液中，此时感光胶的光照部分被洗掉，露出铜；最后放入蚀刻池，所有未被感光胶覆盖部分的铜被蚀刻掉，从而得到所需形状的铜线圈。使用这种方法制作出的的天线精度高，特性能够与读写机的询问信号相匹配，同时在天线的阻抗、应用到物品上的射频性能等都很好（图2为几种蚀刻天线）。但是它惟一的缺点就是成本太高。特别是一些本身成本很低的产品，如果使用了RFID标签后造成成本大幅度上升，那消费者显然很难接受。

而利用线圈绕制法制作RFID标签时，要在一个绕制工具上绕制标签线圈并进行固定，此时要求天线线圈的匝数较多，其缺点是成本高，生产速度慢。

为了克服成本上的“瓶颈”，RFID导电油墨印刷天线为近年来发展的一种新技术。导电油墨是一种允许电流流动的特殊油墨，它是由分散的细微导电粒子和导电聚合物等组成，印刷到承印物上以后，可以起到导线、天线和电阻的作用。这种油墨印刷在柔性或硬质承印物上可制成印刷电路，用导电油墨印制的天线就可以接收RFID专用计算机发出的无线电信号。

这种印刷天线的成本比起蚀刻法和线圈绕制法做成的天线，成本大大降低。其中主要体现在导电油墨材料和丝网印刷工序这两个方面的原因。从材料本身的成本上来讲，油墨要比冲压或蚀刻金属线圈的价格低，特别是在铜、银的价格上涨的情况下，采用导电油墨印刷法制作RFID天线不失为一种理想的替代方法，另外，从材料耗用量上说，蚀刻要消耗大量金属，而导电油墨印刷天线电路速度快、材料省、成本低、效率高。

丝网印刷工序之所以也能降低成本，原因之一是引进印刷设备的投资比引进铜蚀刻设备要便宜得多。此外，由于印刷过程中无需因环保要求而追加额外的投资，故而生产及设备的维护成本比铜蚀刻方法也要低，从而也减少了标签的单件成本。此外，印刷天线的主要的印刷方法也已经从只用丝网印刷扩展到胶印、柔性版印刷、凹印等制作方法，较为成熟的制作工艺为网印与凹印技术。印刷技术的进步及其进一步应用于RFID天线的制作使RFID标签的生产成本降低，从而促进了RFID电子标签的应用。

三、RFID智能标签的发展前景

比较于欧美等发达国家或地区，我国的RFID产业起步较晚，发展还较为落后。国家通过金卡工程等试点工程以及第二代身份证等大项目的积极推动，其巨大潜在的市场价值已经吸引了各方企业投入。同时，配套设施的日渐成熟，使得国内市场发展步伐在不断加快，产业链日渐立体化，RFID产品逐渐丰富，应用领域在各行业扩展的程度也在不断加深。

RFID的这种发展趋势，也必将会为印刷业带来前所未有的发展机遇。可以认为，传统印刷技术必将赋予先进的RFID技术以新的生命力。RFID智能标签使印刷行业和电子行业紧密结合起来，并凸显出传统印刷业在现代电子科技中的重要性。而利用导电油墨及先进的RFID天线印刷技术，可优化RFID电子标签的应用价值，进一步促进RFID的应用。

此外，RFID天线的制作除了导电油墨外，还需要借助于先进的印刷技术。因为为配合RFID智能标签技术和导电油墨RFID印刷天线的发展，印刷行业将会不断研发更加先进的印刷技术，从而推动印刷行业自身的飞速发展。同时也为印刷行业开辟了新的领域，使之不再仅仅局限于传统的纸面印刷，而是与自动识别行业及半导体行业等有了交叉点，可以促进各个行业的共同进步。

随着导电油墨及印刷技术的发展，RFID印刷天线技术将会得到普及和大规模的使用，RFID标签的成本将会进一步下降，从而推动RFID技术在更多领域的应用。