CN102222261A

CN102222261A - 一种具有薄型rfid芯片的纸质电子标签及其制作方法

Info

Publication number: CN102222261A
Application number: CN2011101834346A
Authority: CN
Inventors: 杨正岭; 全满江; 王润君; 杨展鹏; 何涛
Original assignee: GAUNGZHOU HUABIAO TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: GAUNGZHOU HUABIAO TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: CN102222261B

Abstract

本发明公开了一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签及其制作方法，该标签包括数据打印纸层、顶部面纸层、能量层、电子标签层、基材层、背部带胶面纸层和离心纸层，能量层和电子标签层被集成在基材层表面，所述能量层包括供电模块，所述电子标签层包括IC半导体芯片和天线。该制作方法包括首先确定能量层上供电材料的数量和分布，在计算机控制下对IC半导体芯片与天线在基材层表面上进行封装；然后将电子标签所包括的各层依次排列定位，在层与层之间喷涂黏合剂，在一定压力下，将上述各层挤压复合成一体。本发明具有薄型特点，且能在高速移动中、远距离准确识别，能够不改变现有纸质标签外观及使用方法，广泛应用于车辆电子年检标签等领域。

Description

一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签及其制作方法

技术领域

本发明属于电子标签设计领域，特别涉及一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签及其制作方法。

背景技术

随着电子技术的飞速发展和物联网技术的广泛应用，RFID(Radio Frequency Identification，射频识别)技术已逐渐应用于物流管理、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、车辆防盗、停车场管制、生产线自动化、物料管理等社会生活的诸多领域。含RFID芯片的电子标签可以通过嵌入到身份证、护照、工作证、年检标签等各种有效证件中，用于在非接触情况下对人员身份或其他对象进行识别和验证。

根据RFID电子标签工作时的能量来源可将RFID标签分为两种：(1)无源RFID电子标签，内部没有能量供应，工作时使用的能量是来自读写器发射的无线电波；(2)有源RFID电子标签，内部自带有能量供应，它可以通过电池实现自身的工作驱动以及产生和对外发射特定无线电波的能量。

对于无源式RFID电子标签，由于它需要从读写器接收到足够的能量后才能工作，故其读取距离有一定局限性，通常为5～8米，即使进行优化后亦最多只能达到9～10米(动态)或10～12米(静态)，远远达不到远距离识别和监控要求。对于有源式RFID电子标签，其读取距离大大高于无源标签，平均可以达到动态30米以上和静态50米以上，但由于它需要更复杂的电气结构以满足发射器能量的需求，造成了它的高成本和高能量消耗。同时有源式RFID标签也很难设计成具有柔韧性或精巧纤薄的结构，所以目前有源式RFID标签主要应用于制作电子车牌、路桥不停车收费(ETC)等，但因其价格昂贵和安装不便，难以被广大车主接受，导致电子车牌、路桥不停车收费(ETC)长时间得不到普及。

因此，需要提供一种在不影响现有纸质标签外观及使用方法的情况下，能够实现高速移动以及远距离情况下准确识别的具有RFID芯片的纸质电子标签及其制作方法。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其具有薄型特点，且能够在高速移动中、远距离情况下实现准确识别和监控，且这种电子标签不会改变原有纸质标签的外观，能够和现有的纸质标签无缝融合，不影响纸质标签原来的使用习惯和方法，即使电子标签失效也能够通过传统的纸质标签识别方法进行识别。本发明还提供了上述电子标签的制作方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，包括纸质标签部分和RFID超高频电子标签芯片部分，所述纸质标签部分包括数据打印纸层、顶部面纸层、背部带胶面纸层和离心纸层，数据打印纸层、顶部面纸层、RFID超高频电子标签芯片部分、背部带胶面纸层、离心纸层依次复合组成电子标签；所述RFID超高频电子标签芯片部分包括能量层、电子标签层和基材层，能量层和电子标签层被集成在基材层表面，所述能量层包括供电模块和导电桥，用于对RFID超高频电子标签芯片部分中各层部件的供电，所述电子标签层包括相互连接的IC半导体芯片和天线，天线用于接收和发射信息，IC半导体芯片包括天线收发模块、信息存储模块、中央处理模块、通信协议模块和能量控制模块，其中天线收发模块用于控制天线对外发射或接收外部信息，信息存储模块用于存储电子标签中的信息，通信协议模块用于完成根据无线模块的协议封装数据包功能，能量控制模块用于根据中央处理模块的指令控制能量层能量的供应，中央处理模块用于控制IC半导体芯片中的各模块。

所述RFID超高频电子标签芯片部分与读写器之间采用半双工模式，并采用超高频通信，具体通信频率为860-960兆赫。采用这种超高频通信可以实现读写设备在超远距离、动态、快速移动中识别被检测的电子标签。

所述IC半导体芯片储存量为1096bits，具体为符合ISO18000-6C标准和EPC国际组织Gen-2(第二代)电子标签标准的超大规模集成电路芯片。

所述天线厚度为0.1～0.3mm，用于接收来自读写器的轮询电磁波和发射响应无线电波，并且在读写过程中按照ISO18000-6C标准与读写器进行超高频无线电通信。

所述能量层采用薄膜纸状供电模块，包括薄型正电极、薄型负电极以及固态胶状薄型电解质隔膜，厚度为0.05～0.30mm，长度为30～50mm，宽度为5～15mm，能量层上供电材料的分布和数量根据追踪对象对能量的要求来确定。

作为优选方案，所述能量层和电子标签层中IC半导体芯片中的能量控制模块之间设有电路开关，通过电路开关来控制能量层是否对外输送能量，在电子标签的使用寿命达到IC半导体芯片所储存的有效期时，通过此电路开关控制能量层无法提供IC半导体芯片工作所需要的电压，从而使电子标签失效。

所述数据打印纸层用于打印传统的纸质标签上的内容和信息，外观与传统的纸质标签相同，例如对于车辆的电子年检标签，包括合格标志号、车牌号码、有效期、使用注意事项等。

所述顶部面纸层用于使RFID超高频电子标签芯片部分表面整体平整，对RFID超高频电子标签芯片部分提供物理保护，具体包括屏蔽保护和强度保护。所述顶部面纸层为纸质或合成物质，如PET、PVC材料。

所述背部带胶面纸层用于将电子标签粘贴在需要进行追踪、管理的对象上，且该层采用玻璃材质的粘合剂。采用此种粘合材料，可以在电子标签被撕毁后而失效，从而保证电子标签和追踪对象的一致性。

所述离心层用于在电子标签粘贴在追踪对象前，保护好背部带胶面纸层的粘合材料，在电子标签实际使用前需要移除所述的离心层。在具体操作中，离心层可采用硅材质。

一种制作上述具有薄型RFID芯片的纸质电子标签的方法，具体包括以下步骤：

(1)根据标签使用场合的要求，计算标签的休眠电流和每个工作周期所需要的电池容量，然后再根据标签计划使用的年限，结合室内外环境温度产生不同电阻的影响来确定能量层上供电材料的数量和分布，得到能量层；

(2)由计算机控制、在完全自动化的密封环境下将小于0.5x0.5x0.15mm的IC半导体芯片从硅晶片上提取出，运用倒贴片对IC半导体芯片与天线在基材层表面上进行封装；

(3)能量层和步骤(2)所得的复合层在保证天线和能量层的供电馈线之间的极间电容低于允许值的情况下进行定位，然后采用超声焊接工艺进行连接，得到RFID超高频电子标签芯片部分。

(4)将顶部面纸层粘合在步骤(3)所完成的RFID超高频电子标签芯片部分上；

(5)将步骤(4)所得到的复合层进行抗静电处理后，将数据打印纸层、步骤(4)所得到的复合层、背部带胶面纸层、离心层依次排列定位，在层与层之间均匀喷涂黏合剂，然后在一定压力下，将上述各层挤压复合成一体，即得到具有薄型RFID芯片的纸质电子标签。

作为优选方案，所述步骤(3)和步骤(4)是同步进行的，顶部面纸层的硬度为能量层与步骤(2)所得的复合层的超声焊接提供了支撑力。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明纸质电子标签在外观上与传统的纸质标签相同，内部是由多层结构通过黏合剂压合而成的，具有薄型的优点，整个标签厚度不超过0.55mm，能够和纸质标签完全融合，不影响现有年检标签的外形。

2、本发明可以在电子标签上根据追踪对象的不同，打印可视的对象识别信息，同时也可通过读写器将对象信息写入电子标签中的芯片内，另外电子标签在粘贴到追踪对象上后，如果被撕毁则会无效，从而保证追踪对象和电子标签的一致性，保证电子标签即为对象的“电子身份证”。

3、本发明采用超高频通信，且在电子标签内部设置能量层为标签提供能量，所以识别距离远，静态可以达到50m，动态可以达到20m，且能够在时速达120千米/小时的情况下准确识别追踪对象。

4、本发明中的能量层可以根据追踪对象的需要进行设计，并由控制电路对能量供应进行控制，可以对能源的使用寿命进行智能制约。

5、本发明具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，具有广泛的应用价值，不仅能够运用在机动车辆的年检标签，也能运用到其它一些用于核查的年检标签，如环保标志、保险标志等。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中RFID超高频电子标签芯片部分的结构示意图。

图3是本发明中电子标签层的结构原理示意图；

图4是本发明中RFID超高频电子标签芯片部分的原理示意图；

图5是本发明电子标签具体制造过程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

在本实施例中，通过将本发明所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签应用于车辆电子年检来说明本发明的结构及其优点。

据了解，传统的年检标签主要是通过形状和颜色来判断到期年份，然后通过打孔判断到期月份。在查车过程中，主要由交通警察设置路障，将可疑车辆拦停，然后对驾驶人和机动车辆的相关证件进行人工核查，包括查看年检标签、身份证、驾驶证、行驶证，以及车架、发动机号码是否正确，有无涂改痕迹等。显然，传统的稽查方法拦停车辆也容易造成交通阻塞，引来怨声载道，主要依靠交警人工判断，无法对车辆进行智能化识别，效率低，很难作为一种常态管理模式，不能满足现代车辆稽查，尤其是打击黑车、***的需要。

如图1和图2所示，本发明所述的一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，包括纸质标签部分和RFID超高频电子标签芯片部分103，所述纸质标签部分包括数据打印纸层101、顶部面纸层102、背部带胶面纸层104和离心纸层105，数据打印纸层101、顶部面纸层102、RFID超高频电子标签芯片部分103、背部带胶面纸层104、离心纸层105依次复合组成电子标签；所述RFID超高频电子标签芯片部分103包括能量层203、电子标签层202和基材层201，能量层203和电子标签层202被集成在基材层201表面，所述能量层203包括供电模块和导电桥，用于对RFID超高频电子标签芯片部分中各层部件的供电，所述电子标签层202包括相互连接的IC半导体芯片和天线，天线用于接收和发射信息，如图3所示，IC半导体芯片包括天线收发模块、信息存储模块、中央处理模块、通信协议模块和能量控制模块，其中天线收发模块用于控制天线对外发射或接收外部信息，信息存储模块用于存储电子标签中的信息，通信协议模块用于完成根据无线模块的协议封装数据包功能，能量控制模块与能量层中的导电桥相连，用于根据中央处理模块的指令控制能量层能量的供应，中央处理模块用于控制IC半导体芯片中的各模块。

所述天线厚度为0.2mm，用于接收来自读写器的轮询电磁波和发射响应无线电波；并且在读写过程中按照ISO18000-6C标准与读写器进行超高频无线电通信。

在本实施例中，所述能量层203采用薄膜纸状供电模块，包括薄型正电极、薄型负电极以及固态胶状薄型电解质隔膜，厚度为0.15mm，长度为40mm，宽度为10mm，能量层203上供电材料的分布和数量根据追踪对象对能量的要求来确定。

所述的能量层203，其功能主要是为本发明中的电子标签工作供应能量，具体体现在电子标签发送或者接收无线射频信号提供能量，实现本电子标签在高速、移动、远距离情况下能够准确识别。当电子标签接收到对应阅读器的无线射频信号的时候启动能量源供应，当远离阅读器的无线射频信号后自动关闭能量源供应，该功能主要由电子标签层芯片内含开关进行智能控制；这样不仅实现了超高频电子标签的能量供给，又能够对电子标签的工作寿命和工作状态进行控制，在具体的实施中根据用户单位的实际需求而设置，例如电子年检标签的寿命最长为两年，到期后将自动失效。另外，本电子标签在能量层失效的情况下依然可以当做普通无源标签使用，依然具有短距离识别效果；在实际操作中，可以通过芯片智能控制该电子标签在有效期到期后失去无源标签的效果，从而保证用户必须更换新的电子标签，达到管理的目的。

所述能量层和电子标签层中IC半导体芯片中的能量控制模块之间设有电路开关，通过电路开关来控制能量层是否对外输送能量，在电子标签的使用寿命达到IC半导体芯片所储存的有效期时，通过此电路开关控制能量层无法提供IC半导体芯片工作所需要的电压，从而使电子标签失效。

所述的数据打印纸层101主要用于打印传统的机动车检验合格标志上的内容和信息，方便可视读取，具体的信息内容包括但不限于合格标志号、车牌号码、有效期、使用注意事项等。

所述顶部面纸层102用于使RFID超高频电子标签芯片部分表面整体平整，对RFID超高频电子标签芯片部分提供物理保护，具体包括屏蔽保护和强度保护。所述顶部面纸层102为纸质。当然也可为其他合成材料，例如PET、PVC等。

所述的背部带胶面纸层104主要用于将本法明的纸质电子年检标签粘贴在车辆的前挡风玻璃或者其它需要进行追踪、管理的对象上；在具体实施中为了保证标签和追踪对象的一致性，该层使用玻璃材质的粘合剂，可以在电子标签被撕毁后而失效。所述的离心层105主要作用是在本实施例电子年检标签粘贴在追踪对象(如车辆)前，保护好背部带胶的面纸层的粘合材质，在电子标签实际使用前需要移除所述的离心层，在具体操作中，离心层可采用硅材质。

通过将车辆电子标签替换为本发明所述标签，首创以车辆年检标签核验为切入点，以RFID超高频电子标签为核心，与传统的纸质年检标签无缝融合，在不改变现有年检标签外观和形状的情况下为每一辆车增加了唯一的“电子身份证”，革新了传统的车辆管理模式，也弥补了传统电子车牌成本太高和使用不便的不足。相关车辆管理部门只需要使用对应的阅读器就能在高速移动、超远距离的状态下读取电子年检标签内含的车辆信息，再通过将读取的电子信息与车辆可视信息进行自动比对或人工比对，就能快速识别不合规定的年检标签的机动车辆。本方法最大的特点是无需将所有机动车辆拦停，基于本发明的纸质电子年检标签，可以很方便地将固定查车和流动查车相结合，不会影响正常交通不再受地域和时间限制，增强了交警稽查的灵活性，以物联网理念编织了一张“无形”的黑车、假***防范网，减少对稽查人员人工的依赖，提高核查的智能化水平，打击套牌于无形，让黑车***无处可逃，保障群众利益，维护社会稳定，给力幸福中国建设。

车辆管理部门(如交警)可使用基于本发明电子年检标签的阅读器，对查车时使用，同时读取不同方向的多个(5-20个)车辆年检标签内的电子信息，且互不干扰，从而判断车辆是否是违规车辆。稽查原理如下：1)如果车辆没有张贴纸质新型年检标签，读写器就不能读取信号，则证明该车辆没有进行年检，是黑车；2)如果车辆张贴有纸质电子年检标签，在稽查时就会自动向读写器发出信息，稽查人员通过读写器阅读标签的信息(如车牌号码)，再与可视车牌判断(或车牌自动识别，***自动报警)，立即就能识别车辆是否套牌、年检是否过期。根据这个原理可以基于该新型年检标签开发出多种车辆稽查模式。使用本发明技术有助于交警创新车辆稽查模式，有效“打黑防套”，推动智能化的车辆管理物联网建设。

另外还可以提高车辆稽查效率。使用电子年检标签以后，警察查车不用将车拦停，就能通过车载读写器在流动中对车辆进行稽查。交警可以将固定读写器安装在收费站、车站、停车场、路口等交通枢纽位置，自动读取和采集***辆信息。交警部门也可以在警车上安装车载读写器在移动中侦查***辆，能对周围数十米内的车辆(静止的和移动的)完全检查，不用停车就能快速分辨出重点检查对象车辆，于无形中打击***。以此创新查车模式为基础，可做到全面撒网，重点打击，动静结合，提高效率，增强了警察流动性，不再受地域和时间限制，使查车更具隐蔽性，灵活性，编织了一张“无形”的黑车***防范网络，具有空前威慑力，让黑车***无处可逃。

(3)能量层和步骤(2)所得的复合层在保证天线和能量层的供电馈线之间的极间电容低于允许值的情况下进行定位，然后采用超声焊接工艺进行连接，得到RFID超高频电子标签芯片部分。RFID超高频电子标签芯片部分具体的结构示意图如图4所示，401是IC半导体芯片，402是导电桥，由柔性导电材料组成，403是天线，遵从ISO18000-6C的空中接口协议，能够在860-960兆赫兹频率下工作，并且遵从RoHS的环境质量标准，404是能量供应模块，跟IC半导体芯片401相连，其工作受到IC半导体芯片401的智能控制。

具体的，本过程是在专用的复合设备上完成，其复合和封装的原理是在一定的压力下，把喷涂了黏合剂的各元件层层压复合成一体；在具体操作中，压力需控制得非常适当，既保证各层的紧密粘合，又防止压力过大对电子标签的核心芯层的IC半导体芯片及能量元件造成损伤；在具体操作中，该复合设备主要通过电脑，由专门开发的软件程序进行智能控制；在具体的操作中，必须保证黏合剂喷涂的轻薄、均匀；在具体的操作中，要保证每张标签复合的准确定位，才能保证高效率生产。

具体的生产过程，如图5所示，步骤(4)所得到的复合层卷被切成片状通过切刀装置501切割，然后通过真空吸附传输带502，并与背部纸层出卷装置503复合，再由机械臂504吸取电子标签放置底纸上，带有电子标签的底纸传输到面纸贴标装置505，面纸经由贴标机复合至底纸上，经驱动辊轮506压合，平板模切机模508将标签按照设计规格切成最终成品标签

本实施例中，所述步骤(3)和步骤(4)是同步进行的，顶部面纸层的硬度为能量层与步骤(2)所得的复合层的超声焊接提供了支撑力。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，包括纸质标签部分和RFID超高频电子标签芯片部分，所述纸质标签部分包括数据打印纸层、顶部面纸层、背部带胶面纸层和离心纸层，数据打印纸层、顶部面纸层、RFID超高频电子标签芯片部分、背部带胶面纸层、离心纸层依次复合组成电子标签；所述RFID超高频电子标签芯片部分包括能量层、电子标签层和基材层，能量层和电子标签层被集成在基材层表面，所述能量层包括供电模块和导电桥，用于对RFID超高频电子标签芯片部分中各层部件的供电，所述电子标签层包括相互连接的IC半导体芯片和天线，天线用于接收和发射信息，IC半导体芯片包括天线收发模块、信息存储模块、中央处理模块、通信协议模块和能量控制模块，其中天线收发模块用于控制天线对外发射或接收外部信息，信息存储模块用于存储电子标签中的信息，通信协议模块用于完成根据无线模块的协议封装数据包功能，能量控制模块与能量层中的导电桥相连，用于根据中央处理模块的指令控制能量层能量的供应，中央处理模块用于控制IC半导体芯片中的各模块。

2.根据权利要求1所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述RFID超高频电子标签芯片部分与读写器之间采用半双工模式，并采用超高频通信，具体通信频率为860-960兆赫。

3.根据权利要求1所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述IC半导体芯片储存量为1096bits，具体为符合ISO18000-6C标准和EPC国际组织Gen-2电子标签标准的超大规模集成电路芯片。

4.根据权利要求1所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述天线厚度为0.1～0.3mm，用于接收来自读写器的轮询电磁波和发射响应无线电波，并且在读写过程中按照ISO18000-6C标准与读写器进行超高频无线电通信。

5.根据权利要求1所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述能量层采用薄膜纸状供电模块，包括薄型正电极、薄型负电极以及固态胶状薄型电解质隔膜，厚度为0.05～0.30mm，长度为30～50mm，宽度为5～15mm，能量层上供电材料的分布和数量根据追踪对象对能量的要求来确定。

6.根据权利要求5所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述能量层和电子标签层中IC半导体芯片中的能量控制模块之间设有电路开关，通过电路开关来控制能量层是否对外输送能量，在电子标签的使用寿命达到IC半导体芯片所储存的有效期时，通过此电路开关控制能量层无法提供IC半导体芯片工作所需要的电压，从而使电子标签失效。

7.根据权利要求1所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述数据打印纸层用于打印传统的纸质标签上的内容和信息，外观与传统的纸质标签相同；

所述顶部面纸层用于使RFID超高频电子标签芯片部分表面整体平整，对RFID超高频电子标签芯片部分提供物理保护，具体包括屏蔽保护和强度保护；

所述背部带胶面纸层用于将电子标签粘贴在需要进行追踪、管理的对象上；

所述离心层用于在电子标签粘贴在追踪对象前，保护好背部带胶面纸层的粘合材料，在电子标签实际使用前需要移除所述的离心层。

8.根据权利要求7所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签，其特征在于，所述顶部面纸层为纸质或PET、PVC材料；所述背部带胶面纸层采用玻璃材质的粘合剂；所述离心层采用硅材质。

9.一种制作权利要求1所述具有薄型RFID芯片的纸质电子标签的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

(3)能量层和步骤(2)所得的复合层在保证天线和能量层的供电馈线之间的极间电容低于允许值的情况下进行定位，然后采用超声焊接工艺进行连接，得到RFID超高频电子标签芯片部分；

10.根据权利要求9所述的具有薄型RFID芯片的纸质电子标签的制作方法，其特征在于，所述步骤(3)和步骤(4)是同步进行的，顶部面纸层的硬度为能量层与步骤(2)所得的复合层的超声焊接提供了支撑力。