4.2超高頻RFID標(biāo)簽的分類(lèi)

超高頻RFID的應(yīng)用是非常多的，按照應(yīng)用或外觀分類(lèi)都十分困難。為了方便講解，姑且分為普通材質(zhì)標(biāo)簽和特種材質(zhì)標(biāo)簽兩大類(lèi)，每個(gè)大類(lèi)中又有不同的應(yīng)用標(biāo)簽。

4.2.1普通材質(zhì)標(biāo)簽

普通材質(zhì)標(biāo)簽的定義：凡是通過(guò)Inlay直接復(fù)合生產(chǎn)而成的標(biāo)簽叫做普通材質(zhì)標(biāo)簽；特種材質(zhì)標(biāo)簽的定義：通過(guò)其它生產(chǎn)工藝（非復(fù)合）實(shí)現(xiàn)的標(biāo)簽。

普通材質(zhì)標(biāo)簽的特點(diǎn)是價(jià)格便宜、生產(chǎn)簡(jiǎn)單，適用于海量應(yīng)用。最常見(jiàn)的服裝吊牌、物流標(biāo)簽等都是普通材質(zhì)標(biāo)簽。普通材質(zhì)標(biāo)簽占電子標(biāo)簽總量的95%。

01、服裝吊牌標(biāo)簽

服裝吊牌標(biāo)簽是超高頻RFID全球應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域，標(biāo)簽的形式比較簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)的服裝吊牌標(biāo)簽是一樣的，只是在吊牌內(nèi)復(fù)合了超高頻RFID Inlay。

如圖4-7所示為服裝吊牌標(biāo)簽，其中圖4-7（a）為標(biāo)簽的整體外觀，看起來(lái)與傳統(tǒng)服裝標(biāo)簽沒(méi)有任何區(qū)別。這個(gè)服裝吊牌標(biāo)簽內(nèi)部為圖4-7（b）所示的Inlay。

圖4-7服裝吊牌標(biāo)簽

服裝吊牌標(biāo)簽有軟標(biāo)簽和硬標(biāo)簽兩種，如果是軟標(biāo)簽可以直接使用白Inlay；如果是硬標(biāo)簽就一定需要復(fù)合的工序，再經(jīng)過(guò)模切成獨(dú)立的硬標(biāo)簽。

02、行李標(biāo)簽

由于機(jī)場(chǎng)對(duì)行李分揀的要求越來(lái)越高，就提出了機(jī)場(chǎng)行李次標(biāo)簽的概念，并且已經(jīng)在全球范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。如圖4-8為最出現(xiàn)的行李標(biāo)簽，2008年香港機(jī)場(chǎng)行李標(biāo)簽。

圖4-8香港機(jī)場(chǎng)行李標(biāo)簽

圖4-8中的標(biāo)簽是成卷的軟標(biāo)簽，使用時(shí)需要把標(biāo)簽Inlay部分露在行李外部（貼在行李上的部分不包含標(biāo)簽Inlay部分），這樣閱讀器對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀取時(shí)不會(huì)受到行李內(nèi)部物品影響。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在主流的行李標(biāo)簽已經(jīng)升級(jí)為3D標(biāo)簽或圓極化標(biāo)簽，是因?yàn)樾欣钤趥魉蛶习徇\(yùn)時(shí)，方向很難確定，偶極子標(biāo)簽存在一定的盲點(diǎn)。

03、易碎紙標(biāo)簽

易碎紙標(biāo)簽是中國(guó)地區(qū)應(yīng)用于防偽和溯源的一類(lèi)標(biāo)簽，其特點(diǎn)是一旦標(biāo)簽被轉(zhuǎn)移或商品開(kāi)封，標(biāo)簽的天線(xiàn)就會(huì)損壞，而無(wú)法工作。隨著中國(guó)的防偽和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的不斷升級(jí)，已經(jīng)有大量的品牌使用易碎紙RFID標(biāo)簽做防偽使用，如：茅臺(tái)、五糧液等。如圖4-9所示為五糧液的易碎紙標(biāo)簽：

圖4-9五糧液RFID易碎紙標(biāo)簽

易碎紙標(biāo)簽常見(jiàn)兩種工藝，一種是鋁天線(xiàn)轉(zhuǎn)移工藝，一種是銀漿工藝。鋁天線(xiàn)轉(zhuǎn)移工藝就是將Inlay的天線(xiàn)層和芯片與PET基材剝離轉(zhuǎn)貼在易碎紙上，此工藝的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)移的時(shí)候良率很低，對(duì)成本影響很大。銀漿工藝是在易碎紙上用銀漿作為天線(xiàn)，再倒封裝芯片，這個(gè)工藝最大的缺點(diǎn)是，由于基材是易碎紙，在倒封裝芯片時(shí)良率很低?？偟膩?lái)說(shuō)，這兩種工藝都有自身的缺陷，導(dǎo)致成本較高，同時(shí)運(yùn)輸和保存的過(guò)程中也容易損壞，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目識(shí)別存在一定的問(wèn)題。除了這兩種工藝，還有一些新的創(chuàng)新工藝，但是至今還沒(méi)有一種特別合適的工藝能解決上述問(wèn)題。但是市場(chǎng)的需求是無(wú)法阻擋的，大量的商品都在使用易碎紙標(biāo)簽，相信在市場(chǎng)的推動(dòng)下技術(shù)也會(huì)不斷進(jìn)步，最終能以高性能、低價(jià)格的方式推動(dòng)易碎紙電子標(biāo)簽的發(fā)展。

04、圖書(shū)檔案標(biāo)簽

圖書(shū)及檔案管理RFID標(biāo)簽的應(yīng)用非常廣，國(guó)內(nèi)的高校圖書(shū)館已經(jīng)基本統(tǒng)一使用超高頻RFID電子標(biāo)簽作為圖書(shū)管理的工具。圖書(shū)和檔案標(biāo)簽有兩個(gè)特點(diǎn)：第一點(diǎn)是不需要在標(biāo)簽上打印信息，只需要將信息寫(xiě)入標(biāo)簽芯片即可；另一點(diǎn)是需要多個(gè)標(biāo)簽接近時(shí)性能不受影響。既然不需要打印信息，可直接使用濕Inlay。多個(gè)標(biāo)簽靠近互相影響的問(wèn)題可以通過(guò)合理的天線(xiàn)設(shè)計(jì)來(lái)改善。

如圖4-10所示為圖書(shū)標(biāo)簽，其尺寸為94mm×5.8mm，這么細(xì)的原因有兩點(diǎn)：一是標(biāo)簽很細(xì)的時(shí)候標(biāo)簽之間的天線(xiàn)影響會(huì)很小，對(duì)多本書(shū)籍或檔案堆疊時(shí)的影響較?。欢菆D書(shū)標(biāo)簽是裝訂在書(shū)脊上的，只有很細(xì)的標(biāo)簽才能裝訂進(jìn)去。

圖4-10圖書(shū)標(biāo)簽

HF標(biāo)簽也在圖書(shū)館有不少應(yīng)用，兩者差別在于：

HF圖書(shū)標(biāo)簽一般是正方形或者圓形，其面積一般大于20mm×20mm，在日常使用中很容易被讀者發(fā)現(xiàn)并撕毀。

HF圖書(shū)標(biāo)簽由于HF是近場(chǎng)通信，工作距離不超過(guò)1米，無(wú)法大批量快速的盤(pán)點(diǎn)。

UHF標(biāo)簽只是一個(gè)濕Inlay，其成本也低于HF標(biāo)簽。

基于上述的三個(gè)原因，新的圖書(shū)RFID管理應(yīng)用多選擇超高頻RFID技術(shù)。

普通材質(zhì)的RFID標(biāo)簽應(yīng)用種類(lèi)還有許多種，如新零售應(yīng)用的折疊抗金屬標(biāo)簽，可以利易拉罐等金屬物體作為天線(xiàn)的一部分，從而實(shí)現(xiàn)抗金屬的特性。隨著應(yīng)用的擴(kuò)展及超高頻RFID技術(shù)的創(chuàng)新，普通材質(zhì)的標(biāo)簽經(jīng)過(guò)少許變形會(huì)出現(xiàn)更多原來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用中。

4.2.2  特種材質(zhì)標(biāo)簽

隨著超高頻RFID的應(yīng)用越來(lái)越多，電子標(biāo)簽被使用在各種復(fù)雜的環(huán)境中，有的需要貼在金屬物品的表面，有的則要經(jīng)受環(huán)境的壓力和碰撞，基于這些市場(chǎng)的要求，各種新型材料和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的超高頻RFID特種標(biāo)簽應(yīng)運(yùn)而生。

1. 抗金屬標(biāo)簽

在特種標(biāo)簽家族中最常見(jiàn)的是抗金屬標(biāo)簽?？菇饘贅?biāo)簽采用特殊的天線(xiàn)設(shè)計(jì)，從技術(shù)上解決了電子標(biāo)簽不能附著于金屬表面使用的難題。產(chǎn)品可防水、防酸、防堿、防碰撞，可在戶(hù)外使用。將抗金屬電子標(biāo)簽貼在金屬上能獲得良好的讀取性能，甚至比在空氣中讀的距離更遠(yuǎn)?？菇饘贅?biāo)簽分為4大類(lèi)：PCB抗金屬標(biāo)簽、陶瓷抗金屬標(biāo)簽、塑料抗金屬標(biāo)簽、超薄抗金屬標(biāo)簽。

1. PCB抗金屬標(biāo)簽

如圖4-11所示為最常見(jiàn)的PCB抗金屬標(biāo)簽9525，意思就是長(zhǎng)度為95mm，寬度為25mm，其厚度一般為3mm到4mm之間，表面的覆蓋層可以絲印或打碼，背面有背膠，可以貼在金屬上。主要應(yīng)用于貨架識(shí)別管理、倉(cāng)儲(chǔ)資產(chǎn)管理、倉(cāng)儲(chǔ)地標(biāo)管理、IT資產(chǎn)管理、室內(nèi)設(shè)備管理、智能電網(wǎng)識(shí)別、銀行資產(chǎn)管理、電信資產(chǎn)管理。其工作距離大于6米（ERP=2W環(huán)境測(cè)試）。PCB抗金屬標(biāo)簽具有較強(qiáng)的抗碰撞和抗腐蝕特性，一般的標(biāo)簽的長(zhǎng)度要大于20mm，厚度大于3mm。其固定方式多樣，可以螺絲、鉚釘、強(qiáng)力膠、扎帶、雙面膠安裝。PCB抗金屬標(biāo)簽由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，現(xiàn)在已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)主流的抗金屬標(biāo)簽。

圖4-11 PCB抗金屬標(biāo)簽9525

1. 陶瓷抗金屬標(biāo)簽：

如圖4-12所示為幾種陶瓷抗金屬標(biāo)簽，陶瓷抗金屬標(biāo)簽與PCB抗金屬標(biāo)簽原理相同，其不同點(diǎn)在于陶瓷的介電常數(shù)比較大，可以在更小的尺寸達(dá)到天線(xiàn)的電長(zhǎng)度要求。一般情況下尺寸越小的陶瓷標(biāo)簽其介電常數(shù)越大，對(duì)于10mm大小的陶瓷標(biāo)簽，陶瓷基板的介電常數(shù)為100左右。陶瓷抗金屬標(biāo)簽小尺寸的特點(diǎn)是PCB抗金屬標(biāo)簽無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，所以長(zhǎng)度小于20mm的抗金屬標(biāo)簽市場(chǎng)幾乎被陶瓷標(biāo)簽占據(jù)。陶瓷基板的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于耐高溫，尤其是在超過(guò)125℃或更高溫的環(huán)境中PCB的基板會(huì)由于高溫發(fā)生材料特性變化從而引起標(biāo)簽的性能或穩(wěn)定性受到影響。而陶瓷標(biāo)簽由上千度的高溫?zé)贫?，化學(xué)特性穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)閹装俣鹊母邷囟l(fā)生變化。所以在許多具有高溫的應(yīng)用中，都選擇陶瓷標(biāo)簽，如醫(yī)療器械，汽車(chē)電子，電力監(jiān)測(cè)等。

同樣陶瓷標(biāo)簽也有它的一些問(wèn)題，首先陶瓷基材的成本比PCB貴很多，其次陶瓷基板在燒制的過(guò)程中由于摻雜和溫度很難保證一致性，陶瓷標(biāo)簽的一致性較差，一般需要人工調(diào)整工作頻率。由于陶瓷標(biāo)簽尺寸較小，其帶寬很窄，使用環(huán)境若發(fā)生變化，其工作性能很可能會(huì)有較大變化。上述問(wèn)題是限制陶瓷標(biāo)簽快速發(fā)展的主要因素。

1. 塑料抗金屬標(biāo)簽

塑料抗金屬標(biāo)簽常見(jiàn)形式為一個(gè)結(jié)實(shí)的塑料外殼包裹內(nèi)部天線(xiàn)和芯片，如圖4-13所示，其內(nèi)部為一個(gè)塑料材質(zhì)的抗金屬標(biāo)簽（內(nèi)部的抗金屬標(biāo)簽也可以單獨(dú)使用，只是穩(wěn)定性和防污染等特性都不具備）。這些抗金屬標(biāo)簽一般厚度大于5mm，有的厚度達(dá)到10mm，尺寸各異，但是長(zhǎng)度一般大于30mm。這些具有結(jié)實(shí)塑料外殼的抗金屬標(biāo)簽，可以承受上噸的壓力和特殊化學(xué)物品的污染。塑料抗金屬標(biāo)簽憑借其卓越的性能和防護(hù)特性，成為海外應(yīng)用最為廣泛的抗金屬標(biāo)簽。如圖4-13的標(biāo)簽為Omni-ID的Dura系列，主要應(yīng)用在回收型物流運(yùn)輸、工廠設(shè)備以及集裝箱的追蹤, 也可用于金屬、非金屬材質(zhì)和液體附近, 適用于石油、天然氣、軍事、建筑和汽車(chē)等行業(yè)。

塑料抗金屬標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)決定了它具有更好的量產(chǎn)能力以及批量的一致性。其外殼內(nèi)部的抗金屬標(biāo)簽是通過(guò)一個(gè)濕Inlay卷在一個(gè)塑料塊上實(shí)現(xiàn)的。如圖4-14（a）所示，為塑料抗金屬標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，包括塑料基板和一個(gè)Inlay，Inlay的設(shè)計(jì)圖如4-14（b）所示。而塑料外殼是注塑而成，整個(gè)產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)高精度的工業(yè)化控制和全產(chǎn)線(xiàn)的自動(dòng)化生產(chǎn)。

（a）結(jié)構(gòu)示意圖

（b）Inlay結(jié)構(gòu)示意圖

圖4-14塑料抗金屬標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1、超薄抗金屬標(biāo)簽，

如圖4-15所示為超薄抗金屬標(biāo)簽，其厚度一般為0.8mm的卷料形式封裝，且可以通過(guò)RFID打印機(jī)進(jìn)行寫(xiě)碼。其最大特點(diǎn)就是超薄、柔性、可打印，是用于資產(chǎn)管理和IT管理的最佳選擇。

圖4-15 超薄抗金屬標(biāo)簽

超薄抗金屬標(biāo)簽的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都有一定的難度，其設(shè)計(jì)方法如圖4-16所示，頂部是一個(gè)白標(biāo)簽，中間是一層高介電常數(shù)材料，底部是粘合膠與離型紙（或PET）。從天線(xiàn)設(shè)計(jì)的角度分析，由于該標(biāo)簽非常薄，天線(xiàn)距離金屬襯底的距離太近，標(biāo)簽的性能受限，對(duì)于天線(xiàn)設(shè)計(jì)的要求非常高。從生產(chǎn)工藝的角度考慮，中間層的高介電常數(shù)材料需要一致性好且厚度均勻，生產(chǎn)中引起的一點(diǎn)點(diǎn)厚度不均勻都會(huì)對(duì)天線(xiàn)的性能有非常大的影響。

圖4-16

2、洗滌標(biāo)簽

目前，酒店、醫(yī)院、浴場(chǎng)及專(zhuān)業(yè)的洗滌公司正面臨每天都要處理成千上萬(wàn)件的工作服、布草的交接、洗滌、熨燙、整理、儲(chǔ)藏等工序，如何有效地跟蹤管理每一件布草的洗滌過(guò)程、洗滌次數(shù)、庫(kù)存狀態(tài)和布草有效歸類(lèi)等是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。超高頻RFID洗滌標(biāo)簽配合射頻識(shí)別系統(tǒng)的引入，將使得用戶(hù)的洗衣管理變得更為透明，且提高了工作效率，解決了以往無(wú)法通過(guò)其他技術(shù)實(shí)現(xiàn)的管理頑癥，如：大批量的待洗布草統(tǒng)計(jì)、交接。

常見(jiàn)的洗滌標(biāo)簽有硅膠洗滌標(biāo)簽、織嘜洗滌標(biāo)簽、以及一些創(chuàng)新型的標(biāo)簽。

1.硅膠洗滌標(biāo)簽

硅膠洗滌標(biāo)簽是最早出現(xiàn)的洗滌標(biāo)簽，如圖4-17（a）所示，其設(shè)計(jì)思路非常簡(jiǎn)單，通過(guò)硅膠保護(hù)Inlay不受高溫和化學(xué)腐蝕，通過(guò)硅膠具有彈性的特點(diǎn)保障洗滌時(shí)不會(huì)損壞衣物及標(biāo)簽，且具有一定的承壓能力，可以減小內(nèi)部inlay的壓力。

如圖4-17（b）所示的為這個(gè)硅膠標(biāo)簽的設(shè)計(jì)圖，上下兩片硅膠都通過(guò)超聲波焊接在一起。為了保證芯片與天線(xiàn)的連接強(qiáng)度，一般采用FPC作為基材，而且會(huì)在芯片與天線(xiàn)連接處添加環(huán)氧樹(shù)脂或其他保護(hù)材料。如果在芯片與天線(xiàn)連接處沒(méi)有增加保護(hù)，該標(biāo)簽的平均使用壽命一般不超過(guò)5次，增加了連接保護(hù)的硅膠標(biāo)簽一般可以保證50次的使用壽命。雖然只有50次，不過(guò)在早期的洗滌領(lǐng)域帶動(dòng)了行業(yè)的變革，做出了重要的貢獻(xiàn)。

（a）硅膠洗滌標(biāo)簽照片       （b）硅膠洗滌標(biāo)簽內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖4-17硅膠洗滌標(biāo)簽

2.織嘜洗滌標(biāo)簽

如圖4-18所示，織嘜洗滌標(biāo)簽是一種耦合式天線(xiàn)設(shè)計(jì)的標(biāo)簽。其中心為一個(gè)獨(dú)立的小模塊，小模塊內(nèi)部為一個(gè)圓形（或方形）近場(chǎng)天線(xiàn)和標(biāo)簽芯片封裝在一起，如圖4-18（a）所示，一般采用PCB的COB技術(shù)；如圖4-18（b）所示，也可以直接封裝成一個(gè)正方形的塑料外殼模塊，這個(gè)小模塊的尺寸一般在5mm到10mm之間。

織嘜洗滌標(biāo)簽的輻射天線(xiàn)通過(guò)縫紉的方式固定在織嘜上，通過(guò)耦合的方式與芯片電磁連接，輻射天線(xiàn)的材質(zhì)是不銹鋼和一些韌性材料的合金具有抗腐蝕和柔韌性強(qiáng)的特點(diǎn)。

（a）圓形模塊織嘜洗滌標(biāo)簽  （b）正方形塑料模塊織嘜洗滌標(biāo)簽

圖4-18織嘜洗滌標(biāo)簽

如圖4-19（a）所示，為圖4-18（b）中的正方形塑料模塊X光透視圖。如圖4-19（b）所示，可以理解為2匝的電感線(xiàn)圈與標(biāo)簽芯片封裝在一起。

（a）X光透視圖         （b）結(jié)構(gòu)分析

圖4-19織嘜洗滌標(biāo)簽正方形塑料模塊X光透視圖

織嘜洗滌標(biāo)簽在自動(dòng)化洗滌使用過(guò)程中會(huì)遇到超高壓和化學(xué)洗衣液的侵蝕，并會(huì)在高溫高壓的環(huán)境中反復(fù)使用，一般要求其壽命超過(guò)200次。這就要求這個(gè)織嘜標(biāo)簽具有非常強(qiáng)的抗壓抗褶皺的能力。RFID標(biāo)簽最脆弱的地方是天線(xiàn)與芯片的連接部分，為了解決這個(gè)問(wèn)題，織嘜洗滌標(biāo)簽采用耦合天線(xiàn)技術(shù)，中間的小模塊尺寸小，受力影響小。而輻射天線(xiàn)具有較強(qiáng)的柔韌性，不容易折斷從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對(duì)比硅膠標(biāo)簽，織嘜洗滌標(biāo)簽具有柔韌性好，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)在的主流技術(shù)。

3.扣子洗滌標(biāo)簽

近些年來(lái)洗滌標(biāo)簽有許多新穎的方案，如圖4-20所示的扣子洗滌標(biāo)簽既可以作為衣服的備用扣子又可以反復(fù)多次洗滌而不損壞，并且一般不會(huì)發(fā)現(xiàn)里面有電子標(biāo)簽，這種標(biāo)簽就是扣子洗滌標(biāo)簽。

圖4-20扣子洗滌標(biāo)簽

這款標(biāo)簽是由兩部分組成的，一部分是扣子，扣子里面有一個(gè)小圓環(huán)Inlay，第二部分是織嘜，織嘜上有金屬線(xiàn)縫紉的天線(xiàn)?？圩永锩娴男A環(huán)Inlay與織嘜的天線(xiàn)進(jìn)行電感耦合，最終達(dá)到遠(yuǎn)距離工作的效果。

      在圖4-21中可以看到這個(gè)洗滌標(biāo)簽的扣子與傳統(tǒng)扣子基本一樣，只是內(nèi)部嵌入了一個(gè)圓環(huán)Inlay。從外觀上沒(méi)有人能分辨出是普通的扣子還帶有Inlay的扣子，其堅(jiān)硬程度等其它特性也都一致。

圖4-21洗滌標(biāo)簽扣子結(jié)構(gòu)圖

這個(gè)扣子洗滌標(biāo)簽不僅僅是一個(gè)洗滌標(biāo)簽，它就是這個(gè)衣服的身份證，從衣服生產(chǎn)到運(yùn)輸銷(xiāo)售的整個(gè)過(guò)程中都有超高頻RFID技術(shù)的輔助，已經(jīng)完全替代了吊牌標(biāo)簽，并且無(wú)法被替換（許多商家會(huì)更換吊牌）。對(duì)整個(gè)服裝品牌的渠道管理和品牌建設(shè)有非常大的幫助。再加上衣服在多次洗滌后依然能夠?qū)ζ潆娮訕?biāo)簽進(jìn)行追溯，帶來(lái)的便利也是不言而喻的。

03、超小型封裝標(biāo)簽

超小型封裝標(biāo)簽是由村田、日立等半導(dǎo)體封裝企業(yè)發(fā)起的一種將超高頻RFID標(biāo)簽芯片和小型化的天線(xiàn)封裝為一顆芯片的創(chuàng)新技術(shù)。超小型封裝標(biāo)簽具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，既可以單獨(dú)近距離工作，也可以配合多種場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離工作。從結(jié)構(gòu)上看，這類(lèi)標(biāo)簽只是在封裝上進(jìn)行了創(chuàng)新，但從應(yīng)用場(chǎng)景分析，是將耦合天線(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景放大了，將許多之前無(wú)法低成本實(shí)現(xiàn)的超高頻RFID金屬環(huán)境變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

1. 日立IM5-PK2525 超小型超高頻RFID封裝標(biāo)簽

為了應(yīng)對(duì)金屬表面和一些特殊環(huán)境的超高頻RFID應(yīng)用，日立公司開(kāi)發(fā)了一款超小型的超高頻RFID封裝標(biāo)簽，如圖4-22所示，為IM5-PK2525 超小型超高頻RFID封裝標(biāo)簽，其尺寸為2.5mm×2.5mm×0.3mm，是能夠獨(dú)立工作的最小型的超高頻RFID標(biāo)簽之一。

圖4-22 IM5-PK2525結(jié)構(gòu)封裝圖

該標(biāo)簽是由芯片、天線(xiàn)和塑料殼（包括基板和注塑）組成。其中芯片為傳統(tǒng)的超高頻RFID標(biāo)簽芯片，通過(guò)SIP封裝的方式（4.5.2節(jié)詳細(xì)介紹SIP技術(shù)）與天線(xiàn)連接，該天線(xiàn)具有電感特性，相當(dāng)于天線(xiàn)設(shè)計(jì)中的電感線(xiàn)圈（見(jiàn)4.4.1節(jié)的偶極子標(biāo)簽構(gòu)成），只是通過(guò)多匝螺旋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)足夠大的電感值。

該標(biāo)簽的生產(chǎn)工藝為半導(dǎo)體傳統(tǒng)工藝，具有量產(chǎn)能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高、成本低的優(yōu)勢(shì)，該工藝的生產(chǎn)過(guò)程為：

• 生產(chǎn)帶有天線(xiàn)的芯片基板；

• 將標(biāo)簽芯片粘貼在基板中心；

• 使用Bonding機(jī)器，將芯片的射頻管腳與天線(xiàn)的兩端連接；

• 注塑填充，并冷卻打磨，成為最終的超小型標(biāo)簽。

該標(biāo)簽可以獨(dú)立使用或配合外部天線(xiàn)工作。當(dāng)標(biāo)簽獨(dú)立工作時(shí)，由于尺寸很小，不具有偶極子天線(xiàn)獲取遠(yuǎn)場(chǎng)電磁波的能力，只能通過(guò)近場(chǎng)耦合的方式獲得足夠能量。因此最好配合近場(chǎng)天線(xiàn)使用，工作距離一般為5-10mm。當(dāng)該標(biāo)簽配合遠(yuǎn)場(chǎng)天線(xiàn)工作時(shí)，通過(guò)電感耦合或電容耦合的方式與外部天線(xiàn)傳輸能量，可以實(shí)現(xiàn)幾米的工作距離。如本節(jié)介紹的織嘜洗滌標(biāo)簽，就可以采用該芯片作為中間的小模塊。只要合理利用外接金屬物品都可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的工作，如PCB表面、藥品包裝、金屬機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)、帶有金屬絲的衣服等，也可以使用這種小型標(biāo)簽開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)距離的抗金屬標(biāo)簽，具有更好的穩(wěn)定性。

2.村田Magicstrap標(biāo)簽

Magicstrap（神奇條帶）是由村田公司發(fā)明一種超小型陶瓷工藝封裝的超高頻RFID標(biāo)簽， 其尺寸為3.2mm×1.6mm×0.7mm，如圖4-23所示為該標(biāo)簽的結(jié)構(gòu)示意圖。其結(jié)構(gòu)與日立IM5-PK2525非常相似，不同點(diǎn)在于天線(xiàn)部分，Magicstrap的天線(xiàn)部分基材采用了低溫共燒陶瓷（Low Temperature Co-fired Ceramic，LTCC）技術(shù)，可以在較小的尺寸實(shí)現(xiàn)較大的電長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)芯片的阻抗匹配。采用LTCC的另外一點(diǎn)好處是具有更好的ESD保護(hù)。

圖4-23 Magicstrap結(jié)構(gòu)示意圖

該標(biāo)簽共有兩種材料，分別是上半部分的樹(shù)脂材料和下半部分的LTCC材料，樹(shù)脂材料可以固定和保護(hù)芯片，并連接下半部分的陶瓷材料。由于尺寸和工藝限制，該芯片與天線(xiàn)的連接沒(méi)有使用wire bonding工藝，采用具有小尺寸封裝優(yōu)勢(shì)的CSP封裝。CSP（Chip Scale Package）封裝，是芯片級(jí)封裝的意思，在各種封裝中，CSP是面積最小，厚度最小，因而是體積最小的封裝。

如圖4-24所示為芯片的尺寸圖，Magicstrap的底部有兩個(gè)焊盤(pán)，可以直接焊接在PCB上，對(duì)于電路板的應(yīng)用非常切合。如果可以在PCB上做簡(jiǎn)單的天線(xiàn)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)很好的遠(yuǎn)場(chǎng)特性。

圖4-24 Magicstrap尺寸圖

一般電子產(chǎn)品的PCB都會(huì)鋪地，因此普通超高頻RFID的偶極子天線(xiàn)無(wú)法工作，且偶極子天線(xiàn)還需要占用較大的面積，當(dāng)使用Magicstrap后，可以通過(guò)縫隙天線(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)較好的射頻性能，如圖4-25所示為4種PCB的天線(xiàn)設(shè)計(jì)方案。

圖4-25 Magicstrap在PCB上的天線(xiàn)設(shè)計(jì)方案

這種PCB板上標(biāo)簽的工作距離與該板子的長(zhǎng)度、標(biāo)簽芯片焊接的位置以及開(kāi)槽大小相關(guān)。在PCB板長(zhǎng)度為10~20cm時(shí)，Type 1可以實(shí)現(xiàn)1米的工作距離；Type 2可以實(shí)現(xiàn)2.5米的工作距離；Type 3和Type4可以實(shí)現(xiàn)5米的工作距離。這種PCB的解決方案可以替代原有的PCB上的條碼標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、批量、自動(dòng)化識(shí)別，從而對(duì)生產(chǎn)自動(dòng)化管理、供應(yīng)鏈管理和產(chǎn)品生命周期管理等起到關(guān)鍵作用。

當(dāng)Magicstrap標(biāo)簽單獨(dú)工作時(shí)，其近場(chǎng)通信的工作距離為5mm到10mm，對(duì)比IM5-PK2525的優(yōu)勢(shì)為有較好的抗金屬特性。雖然工作距離較近，但對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)景仍有不錯(cuò)的效果，如眼鏡管理、手術(shù)刀管理、金屬模具管理、電子產(chǎn)品管理等。

當(dāng)Magicstrap利用金屬表面作為輻射天線(xiàn)時(shí)，具有1m到5m的工作距離，具體方案為在金屬表面開(kāi)槽，與PCB板上標(biāo)簽方案相同?？梢詰?yīng)用的場(chǎng)景有鋼板管理、金屬筒管理、金屬盒管理等。

3.集成天線(xiàn)的芯片技術(shù)

片上天線(xiàn)技術(shù)（On-Chip Antenna，OCA）是一種將天線(xiàn)設(shè)計(jì)在集成電路（IC）上的技術(shù)。在超高頻RFID標(biāo)簽芯片中使用片上天線(xiàn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽的最小化，同時(shí)也可以降低標(biāo)簽的封裝成本。如圖4-26所示，為一個(gè)尺寸為1mm×1mm的超高頻RFID OCA標(biāo)簽芯片，芯片的內(nèi)部為傳統(tǒng)芯片的構(gòu)造（見(jiàn)4.3.1節(jié)），標(biāo)簽外部是4匝線(xiàn)圈作為電感天線(xiàn)。

圖4-26 片上天線(xiàn)超高頻RFID標(biāo)簽芯片

這個(gè)電感天線(xiàn)是通過(guò)芯片的頂層金屬（top metal）環(huán)繞而成，其線(xiàn)寬為11μm，線(xiàn)距為2μm。該線(xiàn)圈的電感值約為64nH，高頻電阻（900MHz附近）約為300Ω。OCA芯片方案與日立的IM5-PK2525標(biāo)簽非常相似，只是天線(xiàn)的位置和性能不同，整個(gè)標(biāo)簽的尺寸不同。

該OCA標(biāo)簽可以單獨(dú)使用，其工作距離略小于日立和村田的封裝標(biāo)簽。該OCA標(biāo)簽還可以做成Inlay。當(dāng)Inlay中使用OCA標(biāo)簽芯片后，其封裝工藝也更加簡(jiǎn)單，不需要使用高精度的封裝設(shè)備，只需要粘貼在一個(gè)天線(xiàn)內(nèi)即可，其封裝成本可以大幅下降，由于天線(xiàn)和芯片之間沒(méi)有電器連接，其穩(wěn)定性也大幅提升。如圖4-27所示，標(biāo)簽天線(xiàn)只需要做一個(gè)大于芯片尺寸的電感線(xiàn)圈，將OCA芯片粘貼在中間即可。

圖4-27 OCA芯片的標(biāo)簽結(jié)構(gòu)

OCA 超高頻RFID標(biāo)簽曾經(jīng)在2010年左右在市場(chǎng)上出現(xiàn)，但由于成本和性能等問(wèn)題一直沒(méi)有得到市場(chǎng)的認(rèn)可，至今已經(jīng)罕有聽(tīng)聞了。其最主要的問(wèn)題是芯片尺寸的增加，導(dǎo)致成本也增加了，由于芯片上的天線(xiàn)性能較差，Q值很低只有1.2左右，在信號(hào)傳輸過(guò)程中損耗太大。所以標(biāo)簽的工作距離很有限，只能用于票據(jù)等近距離的應(yīng)用中。

筆者曾經(jīng)在2010年認(rèn)識(shí)了該專(zhuān)利的發(fā)明人復(fù)旦大學(xué)的奚經(jīng)天博士以及他的導(dǎo)師閔昊教授，也曾經(jīng)幫助他一起推廣過(guò)該方案，但由于多種原因最終沒(méi)有成功，最主要原因是芯片的尺寸不斷減小，天線(xiàn)所占的面積對(duì)成本的影響大于封裝成本。不過(guò)我們要鼓勵(lì)創(chuàng)新，雖然OCA的超高頻RFID技術(shù)沒(méi)有成功，但這個(gè)思路的超小型封裝標(biāo)簽在日立和村田的推動(dòng)下得到了發(fā)展和市場(chǎng)的認(rèn)可。

特種材質(zhì)標(biāo)簽還有許多種，如用于電力的堵頭標(biāo)簽，用于汽車(chē)輪胎的彈簧標(biāo)簽，用于防偽的種子標(biāo)簽等，幾乎每個(gè)新的領(lǐng)域都需要標(biāo)簽的定制和開(kāi)發(fā)。

由于超高頻RFID標(biāo)簽的種類(lèi)非常多，這里只是列舉一些常見(jiàn)的方便讀者入門(mén)，在第8章的案例中會(huì)針對(duì)幾個(gè)不同類(lèi)型的項(xiàng)目進(jìn)行詳細(xì)講解。做物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最重要的是根據(jù)需求進(jìn)行創(chuàng)新，無(wú)論是產(chǎn)品創(chuàng)新還是方法創(chuàng)新，尤其是特種材質(zhì)標(biāo)簽，需求的多樣性催生的特種材質(zhì)標(biāo)簽廣泛應(yīng)用，帶來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展是不可估量的。