電子標(biāo)簽印刷綜述

RFID(RadioFrequencyIdentification)的中文名稱為射頻識(shí)別技術(shù)，這一技術(shù)早在上世紀(jì)80年代初就由美國國防部和世界第一大商品零售商———沃爾瑪公司首先提出并進(jìn)行研究。目的是讓人們通過采用一些先進(jìn)的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對各類目標(biāo)(人或物)在不同狀態(tài)(靜止、移動(dòng)，甚至惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識(shí)別和管理，從而實(shí)現(xiàn)商品生產(chǎn)過程中的控制，提高生產(chǎn)效率：實(shí)現(xiàn)商品流程過程中的控制，提高流通效率，減少商品流失現(xiàn)象：在安檢部門可以實(shí)現(xiàn)無接觸的安全檢查：在交通部門可以實(shí)現(xiàn)對交通工具的實(shí)時(shí)監(jiān)測等等。
1射頻識(shí)別技術(shù)
射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽(圖1)和閱讀器兩部分組成。
閱讀器向RFID標(biāo)簽發(fā)出一定頻率的查詢信號(hào)，標(biāo)簽得到信號(hào)后，發(fā)出反饋信號(hào)，再由閱讀器將信號(hào)處理后傳給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。RFID電子標(biāo)簽也由兩部分組成，RFID電子標(biāo)簽由耦合元件(專用天線)和芯片(圖3)集成在薄膜上來完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、發(fā)送和搜集數(shù)據(jù)的。經(jīng)過人們多年的研究，目前電子標(biāo)簽芯片的厚度越來越薄，足以用在包裝產(chǎn)品的一些柔性材料上。
電子標(biāo)簽以其獨(dú)特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運(yùn)輸控制管理，汽車、火車等交通監(jiān)控：高速公路自動(dòng)收費(fèi)系統(tǒng)：停車場管理系統(tǒng)：物品管理：流水線生產(chǎn)自動(dòng)化：安全出入檢查：倉儲(chǔ)管理：動(dòng)物管理：車輛防盜等。
電子標(biāo)簽?zāi)壳皯?yīng)用得最成功的地方就是物流管理和商品流通領(lǐng)域，譬如:某一超市要追蹤某一品牌牙膏銷售狀況，通常做法是超市管理人員用掃描器直接閱讀商品的條形碼，如果貨架上有幾十種商品，掃描牙膏的條形碼就會(huì)耗用大量時(shí)間。假若我們使用RFID技術(shù)，可以在幾秒鐘之內(nèi)自動(dòng)完成對所有牙膏的信息采集：而且，一旦有新的商品被填充到貨架，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)更新商品目錄，并在缺貨時(shí)自動(dòng)發(fā)單訂貨。RFID技術(shù)還可以快捷地登記商品，解決了超市交款排隊(duì)等候和商品被盜等問題。
說到此，大家也許不禁要問射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)的發(fā)展跟現(xiàn)在采用的傳統(tǒng)印刷有什么關(guān)系呢?目前，它們之間的聯(lián)系關(guān)系確實(shí)不密切，但是可以肯定在不久的將來射頻識(shí)別系統(tǒng)將借助于印刷技術(shù)來推廣應(yīng)用。傳統(tǒng)印刷技術(shù)將賦予先進(jìn)的RFID技術(shù)以新的生命力，RFID標(biāo)簽將把印刷行業(yè)和電子行業(yè)更加緊密地結(jié)合起來。雖然傳統(tǒng)的線路板和傳統(tǒng)印刷行業(yè)關(guān)系不是很大，但是智能標(biāo)簽出現(xiàn)以后印刷的重要性就很突出了。
2電子標(biāo)簽天線印刷
過去RFID標(biāo)簽中的天線通常是用銅腐蝕法來制作，由于腐蝕銅制作天線不僅不利于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)制作成本也比較昂貴，這對于那些高檔產(chǎn)品而言，增加數(shù)美元成本費(fèi)用也許能夠被廠商和消費(fèi)者接受，而對于中、低檔的日常消費(fèi)品，RFID標(biāo)簽就不易接受了，因?yàn)檎l也不愿意接受一支因?yàn)槭褂肦FID標(biāo)簽而漲了數(shù)美元的普通牙膏。所以，許多大公司都在積極尋找降低RFID標(biāo)簽成本的辦法，人們設(shè)想使用印刷的方式來制作導(dǎo)電天線去代替腐蝕法制作天線。這一技術(shù)被認(rèn)為是降低RFID標(biāo)簽制作成本的一大創(chuàng)新，同時(shí)，RFID標(biāo)簽給印刷業(yè)帶來勃勃商機(jī)。
國內(nèi)外印刷電子標(biāo)簽的最常用的工藝是絲網(wǎng)印刷，但是并不是最理想的工藝。電子標(biāo)簽印刷天線的厚度一般為0.01～0.04mm，這就要求絲網(wǎng)印刷機(jī)必須能印出足夠細(xì)的細(xì)線，并且，相鄰的兩根細(xì)線之間的間隙越小越好，這樣可以確保電子標(biāo)簽做得小巧，然而，在通常的網(wǎng)印機(jī)上，把間隙做得很小是非常困難的。此外，為了確保天線的導(dǎo)電性能，印刷電子標(biāo)簽時(shí)也要求網(wǎng)印機(jī)的印刷厚度均勻一致，否則如果在印刷天線時(shí)出現(xiàn)一些微小的裂縫或凹陷，將會(huì)影響導(dǎo)電性能。天線印刷過程中對環(huán)境的要求很高，因?yàn)槿绻谟∷⑦^程中環(huán)境里存在粉塵的話，也將影響到導(dǎo)線之間的導(dǎo)電性能。
德國開姆尼茨工業(yè)大學(xué)印刷和媒體技術(shù)研究所目前正在進(jìn)行聚合物電子印刷的項(xiàng)目研究，目的是研制一種適合于工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物電子產(chǎn)品的新型印刷方法，這種研究思想就是利用現(xiàn)有的膠印機(jī)將導(dǎo)電油墨疊印在寬幅的卷筒材料上。根據(jù)研究所介紹，用一臺(tái)高效率印刷機(jī)在40min內(nèi)可以生產(chǎn)出傳統(tǒng)電子標(biāo)簽廠1年的產(chǎn)量，并且制作價(jià)格也降到每枚1歐分以下。
RFID電子標(biāo)簽的發(fā)展將有力地促進(jìn)著未來印刷技術(shù)的革新，因?yàn)镽FID電子標(biāo)簽是一種微結(jié)構(gòu)的印刷技術(shù)，而通常的膠印機(jī)并不適合這種微結(jié)構(gòu)的印刷，但是為了能夠讓導(dǎo)電油墨均勻而極薄地涂布在很薄的基材上。在此必須要解決兩個(gè)問題，一是導(dǎo)電油墨的研發(fā)：二是印刷設(shè)備提供商能夠提供出印刷RFID電子標(biāo)簽的理想解決方案，譬如:采用混合印刷技術(shù)。
3導(dǎo)電油墨
導(dǎo)電油墨是一種允許電流流動(dòng)的特殊油墨，它是由分散的細(xì)微導(dǎo)電粒子和導(dǎo)電聚合物等組成，印刷到承印物上以后，可以起到導(dǎo)線、天線和電阻的作用。這種油墨印刷在柔性或硬質(zhì)承印物上可制成印刷電路，用導(dǎo)電油墨印制的天線可以接收RFID專用計(jì)算機(jī)發(fā)出的無線電信號(hào)。但是接受效果究竟如何呢?有人曾用各種不同的發(fā)射頻率檢驗(yàn)用導(dǎo)電油墨替代腐蝕金屬作為RFID標(biāo)簽天線的效果，實(shí)驗(yàn)證明，在超高頻(860～950MHz)和微波(2450MHz)發(fā)射頻率下，兩者具有同樣的功能：若在13.56MHz高頻附近，附加一些額外處理，如高溫或者進(jìn)行電鍍，可使導(dǎo)電油墨印刷的天線像銅線圈天線一樣工作出色。過去，導(dǎo)電油墨多應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷，而現(xiàn)在它不僅可以應(yīng)用于絲網(wǎng)印刷，也可以應(yīng)用到膠印、凹印、柔性版印刷等各種印刷工藝上，從而大大拓寬應(yīng)用范圍。
4電子標(biāo)簽的印刷前景
現(xiàn)今全球每天大約印刷400億個(gè)條碼，假若這400億個(gè)條碼中有1%采用電子標(biāo)簽印刷，這對印刷企業(yè)來說無疑是一個(gè)巨大市場!但是條碼和電子標(biāo)簽將會(huì)同時(shí)存在很長的一段時(shí)間。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年全球RFID標(biāo)簽市場規(guī)模達(dá)40億美元，2006年有望突破70億美元。2005年在上海舉行的RFID研討會(huì)上，專家預(yù)計(jì)，2010年全球RFID市場將達(dá)3000億美元。
目前電子標(biāo)簽的應(yīng)用領(lǐng)域主要還是集裝箱或大包裝商品或單品價(jià)值較高的商品(圖6)。在這個(gè)領(lǐng)域，電子標(biāo)簽?zāi)軌驅(qū)⒐?yīng)鏈各環(huán)節(jié)結(jié)為一個(gè)有機(jī)的整體，在提高物流效率、降低物流成本，以及在產(chǎn)品質(zhì)量追溯和產(chǎn)品信息加載上具有顯著的優(yōu)勢，已表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭。
但是，電子標(biāo)簽作為日常消費(fèi)品的編碼標(biāo)識(shí)還為時(shí)過早，最直接的原因是成本。可以相信，隨著電子標(biāo)簽的印刷成本下降，電子標(biāo)簽的市場將越來越大。