По оценке аналитиков Deutche Bank Research, к 2010 г. ёмкость рынка RFID-систем составит 22 млрд. евро. Для сравнения, в 2004 г. этот показатель был равен 1,5 млрд. евро. Как правило, системы радиочастотной идентификации в России внедряются впервые. Компания, устанавливающая RFID-систему, имеет возможность внедрять самые передовые разработки — необходимость в устаревшем оборудовании отпадает.
RFID (Radio Frequency Identification — радиочастотная идентификация) — метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах или RFID-метках.
Любая система радиочастотной идентификации состоит из считывающего устройства (считыватель, ридер или интеррогатор) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег) (см. рис. 1).
Рис. 1. Технология радиочастотной идентификации
|
Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая — интегральная схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая — антенна для приёма и передачи сигнала.
Существует несколько способов систематизации RFID-меток и систем:
– по рабочей частоте;
– по источнику питания;
– по типу памяти;
– по исполнению.
По типу источника питания RFID-метки делятся на:
– пассивные;
– активные;
– полупассивные.
Пассивные метки СВЧ- и УВЧ-диапазонов (860…960 МГц и 2,4…2,5 ГГц) передают сигнал методом модуляции отражённого сигнала несущей частоты. Антенна считывателя излучает сигнал несущей частоты и принимает отражённый от метки модулированный сигнал. Пассивные метки ВЧ-диапазона передают сигнал методом модуляции нагрузки сигнала несущей частоты. Каждая метка имеет идентификационный номер. Пассивные метки могут содержать перезаписываемую энергонезависимую память EEPROM-типа. Дальность действия меток составляет 1…200 см (ВЧ-метки) и 1…10 м (СВЧ- и УВЧ-метки).
В настоящее время большинство систем радиочастотной идентификации построено на пассивных метках, работающих на частоте 13,56 МГц (диапазон средних частот) и не требующих для своей работы встроенной батареи.
Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, благодаря чему они обычно имеют гораздо больший радиус считывания (до 300 м). Активные метки обладают большими размерами и могут оснащаться дополнительной электроникой; больший, по сравнению с пассивными метками, объём памяти позволяет хранить больше информации для отправки приёмопередатчиком. Однако такие метки дороги, а у батарей ограничено время работы.
Полупассивные или, как их иногда называют, полуактивные RFID-метки очень похожи на пассивные метки, но оснащены батареей, которая обеспечивает чип энергопитанием. При этом дальность действия этих меток зависит только от чувствительности приёмника считывателя, и они могут функционировать на большем расстоянии и с лучшими характеристиками.
Радиочастотная метка состоит из четырех компонентов (см. рис. 2): чип; антенна; соединение антенны и чипа; подложка.
Рис. 2. Строение RFID-устройства
|
Процесс производства метки состоит из двух основных этапов — производство антенны и сборка устройства (см. рис. 3).
Рис. 3. Линия производства устройств радиочастотной идентификации
|
Производство антенны
Встроенная антенна является основным элементом, позволяющим использовать технологию RFID для приёмопередающих устройств. В большинстве случаев передающая антенна выполняется в виде спирали или петли — структуры, позволяющей максимизировать взаимное влияние электромагнитных полей и передачу энергии.
Металлические антенны формируются, в основном, в виде трёхмерной катушки, созданной путём намотки металлической проволоки на сердечник. Антенны прикрепляются к товарам для предотвращения воровства в магазине. Подобные катушки велики по размеру и дороги в производстве.
Плоские металлические антенны (см. рис. 4), которые являются более технологичными и дешёвыми, формируются из тонкого слоя металла, например меди или алюминия, который наносится на изолирующий материал подложки. Этот слой металла при использовании традиционной технологии проходит химическое травление для получения необходимого рисунка. В дальнейшем для создания контакта между двумя концами спирали и чипом наносится второй проводящий слой. В плоских металлических антеннах этот слой производят обычно из токопроводящей пасты, которая наносится методом трафаретной печати. Однако токопроводящие пасты имеют недостатки. Во-первых, эти пасты обладают большим сопротивлением по сравнению с металлом, что приводит к потерям энергии. Производительность пассивных RFID-систем напрямую зависит от эффективности получения и обработки радиочастотной энергии. Антенны, использующие проводящие пасты, обеспечивают меньшую производительность из-за потерь на сопротивлении. Во-вторых, «спиральным» антеннам требуются два слоя проводящих паст, разделенных изолирующим слоем, для обеспечения полного контакта электрической цепи. К тому же производственный процесс требует, чтобы слои паст были послойно совмещены, в результате чего он может быть сложным и дорогим. Плоские металлические антенны широко применяются для производства, например, идентификационных карт работников.
Рис. 4. Строение плоской антенны
|
В настоящее время всё более широкое распространение получает аддитивный процесс меднения для металлизации предварительно сформированного рисунка антенны из проводящей пасты (см. рис. 5).
Рис. 5. Процесс гальванического меднения
|
По сравнению со стандартным процессом производства, требующим травления, новый процесс позволяет существенно сократить затраты. Экономия средств видна и при сравнении с альтернативным аддитивным процессом нанесения серебросодержащей пасты для ВЧ-антенн, стоимость которого высока из-за необходимости нанесения толстых слоёв серебросодержащей пасты. Различные методы производства антенн приведены на рисунке 6.
Рис. 6. Методы производства антенн
|
В производстве систем радиочастотной идентификации особенно важной является гибкость производственной линии. Линия аддитивного гальванического меднения является лучшим на сегодняшний день с экономической точки зрения решением для производства RFID-антенн. По сравнению с процессом изготовления антенн, требующим травления слоёв (длительный процесс с низкой производительностью), автоматические линии гальванического меднения, например Meco FAP 330 EcoLine, предлагают универсальное и выгодное решение для производства антенн различных типов (ВЧ/СВЧ). Данная установка, работающая по принципу из катушки в катушку, гарантирует непрерывное производство и не имеет достойных аналогов в соотношении стоимость/технические характеристики.
Возможность интеграции в установку замкнутой системы отмывки позволяет соответствовать любым местным требованиям по водостоку. Дополнительным преимуществом являются и малые габариты линии, что позволяет устанавливать её практически на любых производствах.
Сборочный процесс
В производстве RFID-меток существует базовое различие прямого и непрямого соединения кристаллов. При прямом соединении контактные выступы чипа помещаются непосредственно на антенну по технологии flip-chip. Основным преимуществом этого метода является низкая стоимость сборки, достигаемая благодаря малому количеству этапов процесса и малому количеству используемого материала.
В качестве альтернативы различные производители используют непрямое соединение кристаллов. Первым этапом данного процесса является производство планки-шифратора по технологии flip-chip. Далее при существенной производительности планка-шифратор монтируется на антенну методом обжима. Непрямое соединение кристаллов удобно для производителей, не имеющих опыта работы с бескорпусными кристаллами и не планирующих инвестировать средства в разработку данного направления. Сборка подобных устройств менее затратна по сравнению с методом прямого соединения кристаллов, однако стоимость упаковки и герметизации при такой технологии значительно выше. Помимо этого качество обжимного соединения является весьма спорным. Поэтому распространены альтернативные методы создания соединений путем приклейки или пайки.
Для сборки RFID-изделий в серийном производстве обычно используют автоматические линии. Основное требование к такой линии — гибкость, обеспечивающая возможность обработки всех видов кристаллов, подложек и технологий создания соединений. Также линия должна предоставлять широкие возможности для работы при дальнейших изменениях в области продукции радиочастотной идентификации.
Автоматическая линия сборки Datacon’s 8800 FC Smart Line — это оборудование, полностью основанное на получении продукции по технологии Reel to Reel («с катушки на катушку»). После намотки ленты с изделиями осуществляется их проверка на производственный брак. Продукция несоответствующего качества маркируется.
Основа интегрированной линии 8800 FC Smart Line — это высокопроизводительный автомат монтажа полупроводниковых компонентов типа flip-chip 8800 FC Quantum. Линия обеспечивает возможность дозирования и флюсования, монтажа кристаллов типа flip-chip и контроля изделия. Интегрированная линия 8800 FC Smart Line предназначена для получения RFID-изделий как прямым соединением кристаллов, так и непрямым. Установка 8800 FC для монтажа компонентов типа flip-chip совмещает в себе высочайшую производительность, точность, гибкость и универсальность.
Если вашему предприятию необходимы передовые технологические решения для построения новых и модернизации существующих производств изделий по технологии RFID, специалисты ЗАО Предприятие Остек совместно с Meco и Datacon готовы разработать проект под ваши задачи с учётом долгосрочных планов развития производства, оценить затраты на техническое оснащение и материалы, а также оценить стоимость производства вашего изделия. Комплексный подход Предприятия Остек позволяет нашим клиентам создавать наиболее эффективные производства и выпускать качественную и надёжную продукцию.
Линия производства антенн FAP 330 EcoLine | |
Линия FAP 330 Eco является оптимальным техническим и экономическим решением для производства антенн радиочастотной идентификации. Полностью автоматизированная линия из катушки в катушку гарантирует продолжительную работу с наилучшим соотношением стоимости и характеристик. • Максимальное количество барабанов: 4 шт. • Максимальная скорость перемещения: 2 м/мин • Средняя скорость меднения: 4,5 мкм/мин • Производительность установки при изготовлении устройств ВЧ-диапазона: 6000 шт./ч |
Линия монтажа кристаллов для производства RFID 8800 SmartLine | |
• Монтаж на проводящие и непроводящие адгезивы и пасты • Размеры устанавливаемых кристаллов 0,4…30 мм • Нагреваемый групповой пресс • Производительность до 10,000 комп./ч • Точность 10 мкм, 3c • Лента шириной до 15 • Высокоскоростное дозирование • Контроль после дозирования и после монтажа компонента • Интегрированный электрический тест |