RFID智能识别产品的设计与制造技术

黄爱宾，刘彩凤，陈浙泊

（杭州电子科技大学，杭州，310018）

中国包装总公司科学技术奖获奖项目成果专栏

RFID智能识别产品的设计与制造技术

黄爱宾，刘彩凤，陈浙泊

（杭州电子科技大学，杭州，310018）

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，是物联网的核心技术。物联网智能包装是在互联网的基础上，将包装延伸和扩展到任何物品与任何物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相连，因为该技术涵盖物联网、智能、包装等多个行业和领域，所以就简称为物联网智能包装[1]。RFID智能识别产品的设计与制造技术项目围绕着物联网智能包装领域研发的一项高新科技项目。项目围绕RFID技术、印刷技术、包装技术的融合，解决标签天线制造中的关键技术，解决RFID标签天线设计和封装工艺中的关键技术；解决RFID智能标签产品的溯源与防伪技术；解决RFID智能卡及票据产品制造过程中的生产工艺控制问题。最终实现RFID产品低成本、适应性强、多功能、低碳环保、大规模产业化生产的要求。

RFID标签；溯源与防伪技术；智能卡

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。通常，RFID系统由电子标签、读写器和数据管理系统这三个主要部分组成。RFID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[2]。

RFID应用领域非常广泛，在物流、零售、制造业、服装业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、交通、食品、图书馆、汽车等领域均有应用。我们研究团队在研究EAS基础上，深入开展RFID智能产品设计与制造技术的研究，促进RFID产品的普及化应用。

射频标签的工作频率不仅决定着射频识别系统工作原理（电感耦合还是电磁耦合）、识别距离，还决定着射频标签及读写器实现的难易程度和设备成本。按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波等不同种类。不同频段的RFID工作原理不同，LF和HF频段RFID电子标签一般采用电磁耦合原理，而UHF及微波频段的RFID一般采用电磁发射原理。目前国际上广泛采用的频率分布于4种波段，低频（125KHz）、高频（13.56MHz）、超高频（845MHz-920MHz）和微波（2.45GHz）。每一种频率都有它的特点，被用在不同的领域，因此要正确应用就要先选择合适的频率[3]。

为顺应工业4.0的需求，中国包装印刷产业面临转型升级的机遇与挑战，而物联网行业的RFID特种标签的制造则为包装印刷行业提供了这个机会。智能包装就是在现有包装技术上，添加更多的相闭信息，并可以采用今朝先进的智能手机、互联网、物联网予以读取，从而使包装具有更大的信息容量。对消费者来说，获得了更透明的商品信息和增加了更大的挑选余地；对生产者来说，智能包装无疑是提供了一个与消费者直接见面的大容量平台。同时，智能包装在商品防伪技术上也将获得质的突破。进军智能包装行得掌握RFID技术。RFID电子标签实际上是印刷和微电子行业之间的边缘产品，因此，在RFID电子标签的生产历程中，印刷企业必须在原有标签印刷历程中植入RFID芯片，同时也要对RFID芯片进行数据输入，这是跨出传统印刷行业的一步。

“RFID智能识别产品的设计与制造技术”项目恰恰是传统包装印刷行业与物联网信息科技的完美结合。项目的实施不仅仅为物联网电子企业创造了新的经济增长点，同时也为包装印刷行业提供了一个新的发展方向。

“RFID智能识别产品的设计与制造技术”项目主要研究了（1）研究大规模印刷制造RFID标签天线智能产品的关键技术。（2）研究溯源易撕防伪RFID智能标签产品的制造技术。（3）研究基于高频RFID原理的智能卡及各种智能票据产品的制造技术。

在项目实施的过程中本研究团队在考查了RFID基材的物化性能对标签天线电磁性能的影响的基础上，建立了RFID标签制造品质因素与无源RFID智能标签辐射效率的数学模型。从理论上明确了制造标签天线的材料性能与无源RFID智能标签电磁学性能之间的关系。这对于设计并大制造性能优异的标签天线智能产品具备重要的理论指导价值。

在研发了新型耐高温易撕薄膜的基础上，本研究团队研发了新型易撕防伪RFID智能标签产品制造技术。（参考已授权的发明专利CN103246918B，CN103295058B，CN103295057B）该智能标签产品可广泛用于食品、药品等包装中，可溯源、防伪。网易旗下的考拉海购就RFID防伪项目与杭州美思特电子科技有限公司牵手合作将本项目的研发成果——易撕防伪RFID标签应用于网购商品的防伪、溯源、盘点、出入库管理业务等各个方面。此外，由杭州市粮食局主办，酒行业协会承办的“G20峰会国际葡萄酒与艺术展”上本项目的研究成果应用于“葡萄酒信息智能展示系统”中，为每瓶葡萄酒提供商品信息展示、防伪、溯源等功能[4]。五粮液集团与茅台集团基于易碎防伪溯源的目的，先后开发出易碎防伪RFID标签，申请了相关发明专利（专利号：CN202033778U, CN102930441B），并且研发出了防伪溯源系统（参考http://www.wlyfw.com/）[5]。然而，该易碎防伪RFID标签的生产是采用强力胶转移复合的方法将铝箔天线与易碎纸复合工艺，该工艺由于复合工艺上存在一些暇疵导致其向酒瓶贴标时难以批量自动化贴标，同时排废工艺存在一些困难导致成品率较低，从而标签生产成本上升。同时该工艺仅可以制备易碎超高频标签，无法制造高频易碎RFID标签。这也就造成了迄今为止目前RFID标签仅限用于少数高端品种的酒类防伪。优比科电子有限公司与天津博苑高新材料有限公司、英诺尔电子有限公司等公司的易碎防伪超高频RFID标签由于生产制造工艺有类似之处（参考专利：CN102663468B, CN102955976B, CN102838865B）[6]，因此也同样具备价格较贵，自动化批量贴标困难等缺陷，同时无法制造高频易碎RFID标签。尽管厦门英诺尔公司在电容面采用导电银浆印刷的方法可以获得高频易碎RFID标签，但导电银浆的高成本与印刷套准工艺的困难亦同样大大限制了该标签的大规模推广应用。（参考专利：CN102915461B）[7]。

鉴于此，本项目研发了新型溯源易撕防伪RFID标签，该项目在总结了以往工作的基础上研发了新型易撕可刻蚀基底，作为天线衬底，提高了标签天线的抗张强度，而同时保持其易撕即破的能力。同时，由于其制造方法较普通RFID标签天线更为接近，因此成本可大幅度下降，亦可以实现后道工序湿inlay的复合工艺大批量生产制造。具体制造方法为：一种薄层耐高温塑料薄膜经易撕处理后与铝箔复合，经印刷刻蚀后获得易撕高频/超高频RFID的干Inlay，经印刷封装后获得易撕防伪高频/超高频RFID防伪标签。该标签不仅仅具有传统高频RFID标签的追踪溯源功能，而且标签本身还具备了易撕防伪防替换的功能。此方法较导电银浆油墨印刷的工艺成本低；同时制得的天线精细度也较导电油墨印刷精细度高许多；在同等条件下，采用此方法制备的高频/超高频RFID易撕防伪标签阅读距离远。而且，此方法制备出的易撕裂高频RFID标签还具有可大规模量产的优点。（参考专利：CN103246918B，CN103295058B，CN103295057B；CN203217601U，CN203217615U，CN203218450U）[8]。本项目采用新型易撕PET作为RFID标签天线基材，解决了易碎RFID标签无支撑材料而导致其天线在复合机上批量生产湿inlay时带来的窘境，其具备一定的抗张强度，但其撕裂强度非常合适，一撕即破。新型衬底材料的制备过程如下：首先薄层耐高温塑料薄膜表面涂布一缩二乙二醇为原料合成的聚酯，并电晕处理，降低塑料薄膜的表面强度，然后使用版纹金属压辊对塑料薄膜进行滚压处理，降低塑料薄膜的撕裂度。所制得的易撕裂塑料薄膜一方面必须具有足够的纵向拉伸强度，能满足薄膜与铝箔的复合拉伸要求，另一方面必须具有优良的易撕裂性，能满足各个方向徒手撕裂该薄膜。此基材除具备易撕功能外，还具有一定的抗张强度，可满足复合机由干inlay制备湿inlay再制造标签时的支撑作用。此外使排废工艺也变得简单易操作，因此易撕衬底可解决大规模制造RFID标签时的低成品率问题，可显著降低成本。鉴于用于防伪方面的用途，故标签天线在设计上采用小型化设计。另外鉴于增强易撕RFID标签的易撕性能，在标签的周围增加了花刀模切切边。可实现顺利撕裂标签的目的。具体模切刀版的做法已授权发明专利。

基于溯源及防伪的RFID标签在产品的包装上嵌入不可复制、不可转移、一撕即毁的RFID标签，商品选材、生产、流通、销售等各环节的信息同步写入标签内的电子芯片中，成为唯一电子身份证，实现商品全生命周期的监管，建立产品安全全程质量追溯管理系统，形成“来源可追溯、去向可查证、真伪可辨识、责任可追究”的安全责任链，保证追溯链条的完整性和兼容性；可满足用户不同需求，自行定制RFID标签尺寸，为物联网行业提供高性能、高质量、低成本的RFID标签。

在研发非接触式RFID卡和RFID票据过程中，本项目研究了耦合式双界面IC卡的制造工艺，并为相关联应用企业申请了发明专利。（发明专利CN104361386B, CN102779286B, CN102129598B）。在研究各种RFID票据智能产品过程中，发展了独特的RFID标签封装技术，例如：根据产品不同RFID标签的封装工艺，研究了在线质量检测方法和废品剔除方法。分析了无源RFID智能标签的自动化封装工艺流程，确定了双面胶质量参数，研究了芯片帖附压力参数、模切工艺参数、去废工艺参数及智能标签在线质量检测和废品剔除方法等。

目前国内外RFID的应用，安全问题，标准问题，成本问题，制约了现在RFID的应用。我们要清醒的看到，RFID技术中很多核心技术掌握在国外，这需要国内加速研发进度，努力赶超国外水平。项目的建设正是建立于此上，借鉴并改进国外先进技术，创新自主技术，用自身的努力为我国RFID产业发展贡献一份力量。通过项目的实施，将会从根本上提升我国RFID标签在国际市场上的价格优势，同时依靠我们在RFID标签上的自主核心技术，在降低生产成本的基础上保证产品的性能和品质，使得我们在未来的RFID智能识别产品供应市场占据绝对优势，打破国外企业在市场上的优势地位，在创造经济效益的同时提升我国RFID包装标签行业的发展。

[1]崔庆斌，徐恒，周淑宝．RFID智能销售包装的应用前景[J]．出版与印刷，2015,（2）：38－39．

[2]黄玉兰．物联网-射频识别(RFID)核心技术教程[M]．北京：人民邮电出版社．2016．

[3]祁超．RFID射频识别技术及其频率划分[J]．电信快报，2010,（3）：14－16．

[4] http：//www．wlyfw．com/

[5] http：//www．soopat．com/Patent/201310015660

[6] http：//www．soopat．com/Patent/201210278303?lx=FMSQ

[7] http：//syxy．hdu．edu．cn/index．php?c=content&a=show&id =2833

Design and Manufacturing Technology of RFID Intelligent Recognition Products

HUANG Ai-bing, LIU Cai-feng, CHEN Zhe-bo

RFID stands for radio frequency identification. This technology allows transmission of data between a transponder and a reader on a contactless base. It is the core technology of Internet of things and it can work in various environments. RFID technology was applied in packaging felds which named networking intelligent packaging. The design and manufacturing technology of RFID product is a hightech project, which is based on the research and development of intelligent packaging in the Internet of things. The project integration around the RFID technology, printing technology, packaging technology, the key technology to solve the tag antenna manufacturing, the key technology to solve the RFID tag antenna design and packaging process. It contained the RFID smart labels product traceability and anti-counterfeit technology; RFID smart card and ticket according to the production process in the product manufacturing process control. The low cost, strong adaptability, multi function, low carbon environmental protection and large scale industrial production of RFID products were fabricated after the application of the project.

RFID tags; traceability and security technolog; smart cards

TS206

A

1400 (2017) 02-0035-04

10.19362/j.cnki.cn10-1400/tb.2017.02.001

黄爱宾（1977-），男，河北邢台人，博士研究生学历，杭州电子科技大学数媒学院副教授，包装印刷系副主任，主要研究方向为新媒介前端挖掘技术（物联网应用技术），新型包装材料，RFID工艺与物联网技术。

刘彩凤（1966-），女，浙江江山人，博士研究生学历，杭州电子科技大学数媒学院教授，包装印刷研究生所长，主要研究方向为物联网技术，RFID产品设计与制造。

陈浙泊（1979-），男，浙江温州人，博士研究生学历，杭州电子科技大学数媒学院讲师，主要研究方向为人工智能，物联网信息软件架构。