第一章 導論
1.1 RFID 簡介
第一章 導論
1.1 RFID 簡介
無線辨識系統 (Radio Frequency Identification, RFID)，是無線非接觸式具備 辨識能力之元件，包含電子標籤(Tag)、讀取器(Reader)、中介軟體三大部分，
如圖 1.1 所示[1]，可藉由無線非接觸式讀取裝置核對儲存在標籤元件內的辨識 碼，進行各種不同的廣泛應用。相關整合應用包括航空行李監控、生產自動化 管控、倉儲管理、運輸監控、保全管制以及醫療管理等。由於資料的存取可以 使用 RFID 的技術達成完全自動化目的，因而能節省人力成本，並可大幅縮短 作業時間。RFID 標籤不只體積小、重量輕，其天線形狀或材質可配合實際應 用狀況而設計成各種不同的外型。另外，RFID 標籤內部具有微晶片可儲存大 量資訊，透過 Reader 可對 Tag 進行讀取或覆寫資料的工作，且 Reader 與 Tag 間的收訊範圍可依照需求調整，根據它本身的輸出功率和使用頻率的不同，範 圍從數十公分到數十公尺不等。
圖1.1 RFID 系統架構
RFID 不僅可取代現行使用廣泛的條碼 (Barcode) 設備，更因具有非接觸 性、無方向性、永久使用、耐候性強等特性，所以非常適合使用於自動化或是惡 劣環境中，例如，收發倉庫及物流管理、汽車防盜保全系統、動物自動化管理、
自動收費系統、品質管理等方面。另外，RFID 還具有壽命長、安全性高、不會 受環境限制等優點。RFID 標籤壽命最高可以達 10 年以上，且還擁有傳統條碼所
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不具備的防水、防磁、防水、耐高溫等性能；傳統條碼在遇到雪、霧、冰、等惡 劣工作環境下，其光學識別技術將會失效，而 RFID 依然可以正常地工作。因而 使得 RFID 技術的應用有逐漸擴大的趨勢，並且成為值得投入人力與資源進行 開發研究的技術之一。
目前 RFID 使用的頻率，主要有四個頻段，分別為 LF 的 125-134 KHz、
HF 的 13.56 MHz、UHF 的 869 MHz 以及 SHF 中的 2.45 GHz 及 5.86 GHz。
茲將各種頻率 Tag 之特性比較列表如下：[2]
標籤的傳輸距離與成本，是 RFID 能否迅速普及的最重要關鍵。目前主要 應用成熟階段在 LF 和 HF 的頻段，125KHz 以 下 傳 輸 距 離 短 約 50 公 分 左 頻頻 率 率
低 低頻頻
（
（LLFF,, 112255 KHKHzz））
高 高頻頻
（H（HFF,, 1133..5566 MMHHzz））
超 超高高頻頻
（
（UUHHFF,, 886600--993300 MHMHzz））
微 微波波
（
（22..4455-- 55..88 MHMHzz）） 系系 統統 型型 態 態 被動被動式式 1414444433 1515669933 被動被動式式 主動主動式式 被動被動式式 主主動動式式 讀讀 取取 距距 離 離 < < 00..55 mm < < 00..55 mm << 11..55 mm 3-3-1100 mm > > 1100 mm 3-3-1100 mm > > 1100 mm 記
記憶憶體體 bybytteess 6464--11kk 8k8k--112288kk 252566kk--551122kk 6644kk--551122kk -- 1616kk--6644kk -- 傳
傳 輸輸 功功 率 率 7722ddBBμμAA//mm 4242ddBBμμAA//mm 1010mmWW--44WW 4W4W((UUSSAA))，，00..55WW 讀
讀 取取 方方 法 法 感應感應線線圈圈 感應感應線線圈圈 電電容容式式電電場場效效應應 電電容容式式電電場場效效應應 讀讀 取取 速速 度 度 慢慢 ←←→→ 快 快
環環境境適適應應性 性 佳佳 ←←→→ 差 差 尺尺 寸 寸 大大 ←←→→ 小 小
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右 ， 通 訊 速 度 慢 。 此 頻 段 在 絕 大 多 數 的 國 家 屬 於 開 放 ， 不 涉 及 法 規 開 放 和 執 照 申 請 的 問 題 ， 因 此 使 用 最 廣 ， 主 要 使 用 在 寵 物 、 門 禁 管 制 和 防 盜 追 蹤。13.56MHz 薄 化 的 效 果 最 佳 傳 輸 距 離 為 1 公 尺 以 下，代 表 性 應 用 為 會 員 卡、識 別 證、飛 機 機 票 和 建 築 物 出 入 管 理，通 訊 距 離 10 公 分 左 右 的 近 距 離 非 接 觸 式 IC 卡 發 展 快 速 。 但 是 其 傳 輸 距 離 相對而言有 限，因此藉由較高的頻段 (UHF) 可提升我們的傳輸距離與應用層面。目前在 各頻段中以 UHF 最被看好，全球主要供應商也積極朝縮短加工時間、減少材 料成本兩方面著手。然而，目前各國開放給 RFID 頻段並不相同，特別是在 UHF 頻帶，美國為 902-938MHz、歐洲是 868MHz、日本為 950-956MHz 都有 所差異。此一各 國 頻 率 法 規 不 一 的 問 題，在 跨 區 應 用 上 必 然 會 出 現 管 理 的 盲 點 。 標準與頻率不一，導致 RFID Reader 與 Tag 之產品互通性降低，進 而影響精準度。
印刷式電子標籤 (Printed RFID Tag) 製程[3] 發展是不可避免的趨勢。
Printed RFID Tag 主要是建構在軟性電子基礎之上，從有機材料、印刷技術、製 程、元件設計等技術持續演進，而完整產業鏈亦正逐步成形。全球對於 Printed RFID Tag 未來的市場潛力具有共識，跨國整合型研究計畫或是個別廠商研發投 入相當積極，但同時可發現在廠商相繼發表雛形產品的背後，面對量產化議題 卻相對保守，可知目前離商品化還有一段距離。除了整合不同領域專業資源、
加速研發時程外，適度降低研發風險也是一項考量。最重要也是最關鍵的部分 就是軟性基板，材料特性影響著製程技術的困難度與產品的應用面。
在軟性基板的選擇方面，大致上可分為三大類，分別為薄玻璃基板(thin glass substrate)、不鏽鋼金屬薄基板(thin metal foil substrate)與塑膠基板(plastic substrate)。天線印製部分則使用網版印刷 (screen printing)。目前，有三種天線 製造技術：蝕刻/衝壓天線（etched/punched antenna）、印刷天線（printed antenna）
和繞線式天線。其中，繞線和印刷技術在中國大陸較為廣泛的應用，臺灣大部
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分的 RFID 標籤製造商也是採用此技術；而蝕刻技術主要應用於歐洲地區，而 在臺灣目前僅有少數軟性電路板廠有能力運用此技術製造 RFID 標籤。繞線技 術僅可用於製造 125 KHz 與 13.56 MHz 頻段的 RFID 標籤，無法用於製造超高 頻(UHF) 頻段的 RFID 標籤。印刷技術與蝕刻技術均可以運用於大量製造 13.56MHz 與 UHF 頻段。
印刷天線有以下優點：
(1) 印刷式天線製造可較精確調整電性能參數，將卡片使用性能最佳 化。RFID 標籤電性能參數的設計是十分重要的，它直接影響了 RFID 標籤的讀卡距離對讀卡機的適應性和工作穩定性。RFID 標籤的主要 技術電性能主要參數有：諧振頻率、Q 值和阻抗。為了達到最優性 標籤製造技術都可以採用改變天線匝數、天線尺寸大小和線徑粗細 方法來獲得。但印刷天線技術除此以外，可以透過局部改變線的寬 度，改變晶片層的厚度等精確調整到所需的目標值。RFID 標籤的諧 振頻率、Q 值和阻抗可以採用阻抗儀或是網絡分析儀測出。
(2) 印刷式天線製造可任意改變線圈形狀，以適應用戶表面加工要求。
甚至為非規則曲線以滿足客戶要求，而不降低任何使用性能。
(3) 印刷式天線製造適合於各種不同廠家提供的晶片模塊。隨著 RFID 標 籤的廣泛多的 IC 晶片廠家都加入到生產 RFID 晶片模塊的隊伍。由於 缺乏統一的標準，電性使用，越來越能參數也不同，而印刷天線 INLAY 結構的靈活性，可分別與各種不同晶片以及採用不同封裝形式的模塊 相匹配，以達到最佳使用性能。
天線印刷是一道重要加工程序。天線印刷技術與一般網版印刷技術相同。
首先按設計好的天線形狀進行製版。印刷網目可按實際需要在 100-257 目/吋之 間選用。印刷油墨的選用十分關鍵。由於油墨是導電體。油墨主要成分是金屬
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如銀和鋁等。要選用那些低電阻率、荷值比高的油墨。印刷後線圈的電阻一般 在 2-25Ω 之間。根據實際技術需要，採用單面或雙面印刷天線，可以獲得所需 要的感抗。要想獲得高質量的天線，還需要在許多細微之外進行改進，如油墨 選用、油墨調和、壓力大小、網目選用等，印刷板製作和油墨乾燥等方面。這 些都需要長期的工作實際經驗累積。與繞線和蝕刻天線相比，印刷天線的技術 的特點是投資少、效率高。