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大型超市迫切需要射频识别标签

时间:2008-09-23 15:08:08来源:科印网作者:徐世垣

  RFID标签(射频识别标签)是利用无线电波在一定频率范围内识别物体的技术。通过装在标签上的芯片对单个物体进行识别,芯片中整合的天线可将存储的信息传输到阅读器。
  超市连锁店和百货公司对RFID标签技术在其营业范围内作为所谓的“商品电子代码”有浓厚的兴趣,因为这种技术可以随时随地告诉你,有多少用RFID识别的包装放在哪个售货架上,使得在营业过程中对流通中的商品进行分析和优化成为可能。

  顾客也受益
  顾客也可以从超市的这种创新中受益。大型超市使用RFID标签技术可大大缩短顾客在收款台前排队等候的时间。因为当采购的物品通过收款台时,所有商品的信息都闪电般地被采集,并迅速结算。
  RFID标签的芯片除可提供识别能力之外,还有附加的存储单元,使RFID标签可以带上其他信息。如:可以让冰箱显示牛奶是否变质;一旦不耐热的织物被高温洗涤时,洗衣机可以发出警告。虽然目前这种洗衣机还是一种想像中的产品,但或许很快就会成为现实。

  廉价大批量生产
  为了实现超市中每个包装上都带有一个RFID芯片的计划,每年需要生产约5000亿枚RFID标签。采用如今的硅半导体,满足不了这么大的需求,而且价格昂贵。一次性芯片必须找到廉价的生产方法。研究人员认为,可以借助印刷技术来寻找快速和廉价的生产方法。

  对印刷的要求
  包装上的RFID标签的芯片涉及到无源应答器(发射器),之所以称为无源,因为它没有自己的能源。对廉价芯片来说,是通过在发射器和阅读仪之间的电感应即电磁耦合进行供电以及数据传输的。
  应答器由集成电路、天线和其他无源部件构成。最重要的部件之一是由4层结构组成的场效应晶体管。最下面一层是指形结构,也就是印刷电路,对印刷分辨力要求很高。为了保证晶体管达到足够的开关速度,要求复制精度达到几微米。关键是两个指形元件之间的距离,即信道长度L。德国媒体学院接受了这个挑战,并借助凹印导电油墨,专门复制微米级的结构。

  凹版制版
  要实现1000线/厘米的复制精度,只有使用制作精密的印版才能实现,因此人们开始对各种制版方法的适用性进行研究。由于传统的雕刻凹版有不可避免的锯齿效应,所以研究人员一开始没有考虑雕刻凹版,而是将主要精力集中在腐蚀制版技术方面。随后对生产过程进行分析,把与每个工作步骤相关的、累积起来的误差减少到最低限度。只有用位图替代矢量格式输入成像数据,才能避开有缺陷的加网过程,这种方法使复制精度有很大提高。

  替代方案
  为了确保印刷结构内的电荷转移,研究人员还要寻找可替代的网墙结构。使用传统的、封闭的网穴结构,由于网墙不能百分之百地阻止油墨外溢,在印制导线时总会产生一些缺陷。但由于网墙具有支撑刮墨刀的作用,不可能放弃网墙。经过反复研究,开发出一种开放的网穴结构,以及相配套的确保油墨不外溢的工艺方案。尽管先前人们放弃了雕刻制版技术,但最终还是借助金刚石刻刀才达到了最佳的效果。
  改进的雕刻技术可以使雕刻网穴在所要求的只有几微米大小的网墙上没有锯齿效应。雕刻制版的优点在于直接在凹印滚筒上加工,印版在一个工序中借助金刚石刻刀成像,分辨力可达5080dpi。虽然腐蚀制版技术号称可达到同样高的分辨力,但要经过多道工序,不能保证以规定的像素精确地转移。
  并且腐蚀制版还存在一些不可靠性,在微米范围内还无法掌控。

  印刷试验
  选择导电油墨进行印刷试验,旨在通过一系列分析研究,检验其对精细结构的印刷适应性。各种油墨之间的差异主要表现在干燥性能和颜料细度方面,研究人员试图利用凹印试验设备,通过改变油墨黏度、机器速度以及印刷压力,来对导电油墨的印刷性能进行研究,并编制推荐标准。但由于试验设备的滚筒直径只有80mm,所以试验中一再出现问题。因此决定使用典型生产尺寸的印版滚筒。
  导电油墨成本较高,从一开始就排除了在轮转凹印机上进行试验的可行性。由于建立了良好的合作关系,试验中可以使用不同的凹印制版厂的打样机。传统的凹印油墨印刷仅几微米的阴文细线,效果很好,而导电油墨出现了一些不良现象,主要是因为导电油墨的流变性较差。

  总结
  尽管使用导电油墨能够印制出仅几微米的高分辨力结构,但在显微镜观察下,印刷墨层在厚度和均匀性方面均暴露出了一些缺陷。按照要求,这些缺陷应限制在亚微米范围内。
  大小不等的大于几微米的导电颜料从一开始就决定了,印刷效果不可能达到高分辨力的要求。
  为保证SD(源漏极)结构组成可靠的场效应晶体管的完整性,不可能接受较大的墨层厚度偏差。为了能够把绝缘体放在三个足够薄的膜层中,需要一个尽量平的底基,放在其中的半导体层只能在一定程度上补偿SD的不平度。
  使用传统的凹印油墨进行印刷试验,取得了比较好的效果,为此可以得出以下的结论:未来能否在超市中广泛使用RFID标签,决定权很大程度上掌控在油墨制造厂的手中。

  受欢迎的RFID标签
  RFID标签是目前包装、零售和物流业中正在流行并被经常谈论的词汇,在“条形码”技术成功应用于上述领域之后,我们今天又迎来更先进的自动识别技术——RFID。RFID标签是在电子技术的基础上,以整个信息科学为基础发展起来的,巨大的信息存储量、灵活的数据格式、非接触式快速读写的优点和较高的环境适应能力,使其在国内外的许多领域都得到了应用。RFID标签在提高应用领域中企业管理水平和生产效率,降低生产成本以及提高产品质量方面有着远远优于“条形码”技术的能力。
  在信息化、数字化、全球化的今天,人们对于可以承载大量信息且灵活方便的RFID标签的需求正在呈几何级数的增长。根据F&S公司对全球RFID标签应用市场的分析与预测:到2009年,全球RFID市场将从2003年的20亿美元猛增到100亿美元。世界各国、各地区的各大企业正在应用或即将使用这项自动识别技术。国际的相关标准,如:EPCglobal、UID、ISO等系列标准体系已经形成,另有许多国家和地区正在制定适合自己的相应标准。可以相信,RFID技术必将得到更广泛的应用,统一的国际标准和相关组织即将产生。很多领域,如零售、包装、物流以及医药、服装、食品、保健品与化妆品等生产行业,在应用RFID标签后会得到更快的发展,产生更深的变化,为人们带来更多更好的物质和精神享受。


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