黃愛賓，劉彩鳳，陳浙泊

（杭州電子科技大學(xué)，杭州，310018）

中國包裝總公司科學(xué)技術(shù)獎獲獎項目成果專欄

RFID智能識別產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)

黃愛賓，劉彩鳳，陳浙泊

（杭州電子科技大學(xué)，杭州，310018）

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)智能包裝是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將包裝延伸和擴展到任何物品與任何物品之間，進行信息交換和通信，也就是物物相連，因為該技術(shù)涵蓋物聯(lián)網(wǎng)、智能、包裝等多個行業(yè)和領(lǐng)域，所以就簡稱為物聯(lián)網(wǎng)智能包裝[1]。RFID智能識別產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)項目圍繞著物聯(lián)網(wǎng)智能包裝領(lǐng)域研發(fā)的一項高新科技項目。項目圍繞RFID技術(shù)、印刷技術(shù)、包裝技術(shù)的融合，解決標簽天線制造中的關(guān)鍵技術(shù)，解決RFID標簽天線設(shè)計和封裝工藝中的關(guān)鍵技術(shù)；解決RFID智能標簽產(chǎn)品的溯源與防偽技術(shù)；解決RFID智能卡及票據(jù)產(chǎn)品制造過程中的生產(chǎn)工藝控制問題。最終實現(xiàn)RFID產(chǎn)品低成本、適應(yīng)性強、多功能、低碳環(huán)保、大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的要求。

RFID標簽；溯源與防偽技術(shù)；智能卡

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。通常，RFID系統(tǒng)由電子標簽、讀寫器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)這三個主要部分組成。RFID電子標簽主要由芯片和天線組成，芯片主要用于接收和傳送數(shù)據(jù)，通過由閱讀器發(fā)出的無線射頻信號來讀取，閱讀器與天線和計算機網(wǎng)絡(luò)相連，形成一個電子模塊，閱讀器發(fā)送來自其天線的特殊信號給特定區(qū)域的電子標簽，再將反饋信息處理后傳送給計算機網(wǎng)絡(luò)，從而使管理人員得到商品的特殊信息[2]。

RFID應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，在物流、零售、制造業(yè)、服裝業(yè)、醫(yī)療、身份識別、防偽、資產(chǎn)管理、交通、食品、圖書館、汽車等領(lǐng)域均有應(yīng)用。我們研究團隊在研究EAS基礎(chǔ)上，深入開展RFID智能產(chǎn)品設(shè)計與制造技術(shù)的研究，促進RFID產(chǎn)品的普及化應(yīng)用。

射頻標簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標簽及讀寫器實現(xiàn)的難易程度和設(shè)備成本。按照工作頻率的不同，RFID標簽可以分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波等不同種類。不同頻段的RFID工作原理不同，LF和HF頻段RFID電子標簽一般采用電磁耦合原理，而UHF及微波頻段的RFID一般采用電磁發(fā)射原理。目前國際上廣泛采用的頻率分布于4種波段，低頻（125KHz）、高頻（13.56MHz）、超高頻（845MHz-920MHz）和微波（2.45GHz）。每一種頻率都有它的特點，被用在不同的領(lǐng)域，因此要正確應(yīng)用就要先選擇合適的頻率[3]。

為順應(yīng)工業(yè)4.0的需求，中國包裝印刷產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級的機遇與挑戰(zhàn)，而物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的RFID特種標簽的制造則為包裝印刷行業(yè)提供了這個機會。智能包裝就是在現(xiàn)有包裝技術(shù)上，添加更多的相閉信息，并可以采用今朝先進的智能手機、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)予以讀取，從而使包裝具有更大的信息容量。對消費者來說，獲得了更透明的商品信息和增加了更大的挑選余地；對生產(chǎn)者來說，智能包裝無疑是提供了一個與消費者直接見面的大容量平臺。同時，智能包裝在商品防偽技術(shù)上也將獲得質(zhì)的突破。進軍智能包裝行得掌握RFID技術(shù)。RFID電子標簽實際上是印刷和微電子行業(yè)之間的邊緣產(chǎn)品，因此，在RFID電子標簽的生產(chǎn)歷程中，印刷企業(yè)必須在原有標簽印刷歷程中植入RFID芯片，同時也要對RFID芯片進行數(shù)據(jù)輸入，這是跨出傳統(tǒng)印刷行業(yè)的一步。

“RFID智能識別產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)”項目恰恰是傳統(tǒng)包裝印刷行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)信息科技的完美結(jié)合。項目的實施不僅僅為物聯(lián)網(wǎng)電子企業(yè)創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點，同時也為包裝印刷行業(yè)提供了一個新的發(fā)展方向。

“RFID智能識別產(chǎn)品的設(shè)計與制造技術(shù)”項目主要研究了（1）研究大規(guī)模印刷制造RFID標簽天線智能產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)。（2）研究溯源易撕防偽RFID智能標簽產(chǎn)品的制造技術(shù)。（3）研究基于高頻RFID原理的智能卡及各種智能票據(jù)產(chǎn)品的制造技術(shù)。

在項目實施的過程中本研究團隊在考查了RFID基材的物化性能對標簽天線電磁性能的影響的基礎(chǔ)上，建立了RFID標簽制造品質(zhì)因素與無源RFID智能標簽輻射效率的數(shù)學(xué)模型。從理論上明確了制造標簽天線的材料性能與無源RFID智能標簽電磁學(xué)性能之間的關(guān)系。這對于設(shè)計并大制造性能優(yōu)異的標簽天線智能產(chǎn)品具備重要的理論指導(dǎo)價值。

在研發(fā)了新型耐高溫易撕薄膜的基礎(chǔ)上，本研究團隊研發(fā)了新型易撕防偽RFID智能標簽產(chǎn)品制造技術(shù)。（參考已授權(quán)的發(fā)明專利CN103246918B，CN103295058B，CN103295057B）該智能標簽產(chǎn)品可廣泛用于食品、藥品等包裝中，可溯源、防偽。網(wǎng)易旗下的考拉海購就RFID防偽項目與杭州美思特電子科技有限公司牽手合作將本項目的研發(fā)成果——易撕防偽RFID標簽應(yīng)用于網(wǎng)購商品的防偽、溯源、盤點、出入庫管理業(yè)務(wù)等各個方面。此外，由杭州市糧食局主辦，酒行業(yè)協(xié)會承辦的“G20峰會國際葡萄酒與藝術(shù)展”上本項目的研究成果應(yīng)用于“葡萄酒信息智能展示系統(tǒng)”中，為每瓶葡萄酒提供商品信息展示、防偽、溯源等功能[4]。五糧液集團與茅臺集團基于易碎防偽溯源的目的，先后開發(fā)出易碎防偽RFID標簽，申請了相關(guān)發(fā)明專利（專利號：CN202033778U, CN102930441B），并且研發(fā)出了防偽溯源系統(tǒng)（參考http://www.wlyfw.com/）[5]。然而，該易碎防偽RFID標簽的生產(chǎn)是采用強力膠轉(zhuǎn)移復(fù)合的方法將鋁箔天線與易碎紙復(fù)合工藝，該工藝由于復(fù)合工藝上存在一些暇疵導(dǎo)致其向酒瓶貼標時難以批量自動化貼標，同時排廢工藝存在一些困難導(dǎo)致成品率較低，從而標簽生產(chǎn)成本上升。同時該工藝僅可以制備易碎超高頻標簽，無法制造高頻易碎RFID標簽。這也就造成了迄今為止目前RFID標簽僅限用于少數(shù)高端品種的酒類防偽。優(yōu)比科電子有限公司與天津博苑高新材料有限公司、英諾爾電子有限公司等公司的易碎防偽超高頻RFID標簽由于生產(chǎn)制造工藝有類似之處（參考專利：CN102663468B, CN102955976B, CN102838865B）[6]，因此也同樣具備價格較貴，自動化批量貼標困難等缺陷，同時無法制造高頻易碎RFID標簽。盡管廈門英諾爾公司在電容面采用導(dǎo)電銀漿印刷的方法可以獲得高頻易碎RFID標簽，但導(dǎo)電銀漿的高成本與印刷套準工藝的困難亦同樣大大限制了該標簽的大規(guī)模推廣應(yīng)用。（參考專利：CN102915461B）[7]。

鑒于此，本項目研發(fā)了新型溯源易撕防偽RFID標簽，該項目在總結(jié)了以往工作的基礎(chǔ)上研發(fā)了新型易撕可刻蝕基底，作為天線襯底，提高了標簽天線的抗張強度，而同時保持其易撕即破的能力。同時，由于其制造方法較普通RFID標簽天線更為接近，因此成本可大幅度下降，亦可以實現(xiàn)后道工序濕inlay的復(fù)合工藝大批量生產(chǎn)制造。具體制造方法為：一種薄層耐高溫塑料薄膜經(jīng)易撕處理后與鋁箔復(fù)合，經(jīng)印刷刻蝕后獲得易撕高頻/超高頻RFID的干Inlay，經(jīng)印刷封裝后獲得易撕防偽高頻/超高頻RFID防偽標簽。該標簽不僅僅具有傳統(tǒng)高頻RFID標簽的追蹤溯源功能，而且標簽本身還具備了易撕防偽防替換的功能。此方法較導(dǎo)電銀漿油墨印刷的工藝成本低；同時制得的天線精細度也較導(dǎo)電油墨印刷精細度高許多；在同等條件下，采用此方法制備的高頻/超高頻RFID易撕防偽標簽閱讀距離遠。而且，此方法制備出的易撕裂高頻RFID標簽還具有可大規(guī)模量產(chǎn)的優(yōu)點。（參考專利：CN103246918B，CN103295058B，CN103295057B；CN203217601U，CN203217615U，CN203218450U）[8]。本項目采用新型易撕PET作為RFID標簽天線基材，解決了易碎RFID標簽無支撐材料而導(dǎo)致其天線在復(fù)合機上批量生產(chǎn)濕inlay時帶來的窘境，其具備一定的抗張強度，但其撕裂強度非常合適，一撕即破。新型襯底材料的制備過程如下：首先薄層耐高溫塑料薄膜表面涂布一縮二乙二醇為原料合成的聚酯，并電暈處理，降低塑料薄膜的表面強度，然后使用版紋金屬壓輥對塑料薄膜進行滾壓處理，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須具有足夠的縱向拉伸強度，能滿足薄膜與鋁箔的復(fù)合拉伸要求，另一方面必須具有優(yōu)良的易撕裂性，能滿足各個方向徒手撕裂該薄膜。此基材除具備易撕功能外，還具有一定的抗張強度，可滿足復(fù)合機由干inlay制備濕inlay再制造標簽時的支撐作用。此外使排廢工藝也變得簡單易操作，因此易撕襯底可解決大規(guī)模制造RFID標簽時的低成品率問題，可顯著降低成本。鑒于用于防偽方面的用途，故標簽天線在設(shè)計上采用小型化設(shè)計。另外鑒于增強易撕RFID標簽的易撕性能，在標簽的周圍增加了花刀模切切邊?？蓪崿F(xiàn)順利撕裂標簽的目的。具體模切刀版的做法已授權(quán)發(fā)明專利。

基于溯源及防偽的RFID標簽在產(chǎn)品的包裝上嵌入不可復(fù)制、不可轉(zhuǎn)移、一撕即毀的RFID標簽，商品選材、生產(chǎn)、流通、銷售等各環(huán)節(jié)的信息同步寫入標簽內(nèi)的電子芯片中，成為唯一電子身份證，實現(xiàn)商品全生命周期的監(jiān)管，建立產(chǎn)品安全全程質(zhì)量追溯管理系統(tǒng)，形成“來源可追溯、去向可查證、真?zhèn)慰杀孀R、責任可追究”的安全責任鏈，保證追溯鏈條的完整性和兼容性；可滿足用戶不同需求，自行定制RFID標簽尺寸，為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)提供高性能、高質(zhì)量、低成本的RFID標簽。

在研發(fā)非接觸式RFID卡和RFID票據(jù)過程中，本項目研究了耦合式雙界面IC卡的制造工藝，并為相關(guān)聯(lián)應(yīng)用企業(yè)申請了發(fā)明專利。（發(fā)明專利CN104361386B, CN102779286B, CN102129598B）。在研究各種RFID票據(jù)智能產(chǎn)品過程中，發(fā)展了獨特的RFID標簽封裝技術(shù)，例如：根據(jù)產(chǎn)品不同RFID標簽的封裝工藝，研究了在線質(zhì)量檢測方法和廢品剔除方法。分析了無源RFID智能標簽的自動化封裝工藝流程，確定了雙面膠質(zhì)量參數(shù)，研究了芯片帖附壓力參數(shù)、模切工藝參數(shù)、去廢工藝參數(shù)及智能標簽在線質(zhì)量檢測和廢品剔除方法等。

目前國內(nèi)外RFID的應(yīng)用，安全問題，標準問題，成本問題，制約了現(xiàn)在RFID的應(yīng)用。我們要清醒的看到，RFID技術(shù)中很多核心技術(shù)掌握在國外，這需要國內(nèi)加速研發(fā)進度，努力趕超國外水平。項目的建設(shè)正是建立于此上，借鑒并改進國外先進技術(shù)，創(chuàng)新自主技術(shù)，用自身的努力為我國RFID產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻一份力量。通過項目的實施，將會從根本上提升我國RFID標簽在國際市場上的價格優(yōu)勢，同時依靠我們在RFID標簽上的自主核心技術(shù)，在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上保證產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，使得我們在未來的RFID智能識別產(chǎn)品供應(yīng)市場占據(jù)絕對優(yōu)勢，打破國外企業(yè)在市場上的優(yōu)勢地位，在創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時提升我國RFID包裝標簽行業(yè)的發(fā)展。

[1]崔慶斌，徐恒，周淑寶．RFID智能銷售包裝的應(yīng)用前景[J]．出版與印刷，2015,（2）：38－39．

[2]黃玉蘭．物聯(lián)網(wǎng)-射頻識別(RFID)核心技術(shù)教程[M]．北京：人民郵電出版社．2016．

[3]祁超．RFID射頻識別技術(shù)及其頻率劃分[J]．電信快報，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

黃愛賓（1977-），男，河北邢臺人，博士研究生學(xué)歷，杭州電子科技大學(xué)數(shù)媒學(xué)院副教授，包裝印刷系副主任，主要研究方向為新媒介前端挖掘技術(shù)（物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)），新型包裝材料，RFID工藝與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

劉彩鳳（1966-），女，浙江江山人，博士研究生學(xué)歷，杭州電子科技大學(xué)數(shù)媒學(xué)院教授，包裝印刷研究生所長，主要研究方向為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，RFID產(chǎn)品設(shè)計與制造。

陳浙泊（1979-），男，浙江溫州人，博士研究生學(xué)歷，杭州電子科技大學(xué)數(shù)媒學(xué)院講師，主要研究方向為人工智能，物聯(lián)網(wǎng)信息軟件架構(gòu)。