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RFID China Forum 基本原理 浅谈射频标签(RFID)静电控制解决方案
浅谈射频标签(RFID)静电控制解决方案
2006-01-10
[摘要]在包装和纸制品加工的过程中，静电是一个老生常谈的问题。随着射频标签在更宽更高速的印刷机上的大量生产，静电控制也就成为一个越来越重要的问题。
编者按：射频标签（RFID）是印刷产业中的生力军，也是众多有长远眼光的企业家们最为看好的一个领域。为了满足不同人士的需求，本文详细地阐述了射频标签上静电产生的原因和危害以及静电控制专家和解决方案供应商们保护射频芯片的方法。
随着射频识别技术的异军突起，射频标签（RFID）也已经进入了纸制品加工行业。设备供应商们纷纷想要成为行业内提供频射标签解决方案的第一霸主，这样一来，也就带动了这项技术在整个行业内的迅速推广。射频标签的应用范围是无限的。虽然它能给人们带来无数的机会，但随着使用人数的增加，它也会给人们带来一定程度的挑战。
大多数的标签和商标加工者都在问："到底什么是射频标签？"无线射频技术是一种能够对数据进行远程存储和检索的方法，它的使用载体为射频标签。这种标签含有天线，能够接受和反射来自射频收发器的无线电波。根据射频标签供电方式的不同，可以分为两种，一种是有源射频标签，一种是无源射频标签。有源射频标签内含有内置电池，而后者不含有内置电池。内置电池能够向较远的地方发射清晰的信号，但有远射频标签的体积也相对较大，价格也比无源射频标签贵一些。
这也正是"地震"发生的地方。射频标签是电子设备，人们在设计它时，没有考虑到纸制品加工业的恶劣环境。我不能确定纸制品加工厂对电子元件有多么熟悉，但我可以向你保证，在纸制品加工厂里，没有一块适合存放无保护芯片的地方。的确，正如上面所说的那样，芯片的种类是五花八门的，其中有一些抵抗静电干扰的能力比较强，尽管如此，还是有许多文件记录下了静电释放对射频芯片造成损坏的案例。这种损坏通常会导致产品质量在短时间内的下降，更严重的还有可能造成射频芯片的失效。
问题
在包装和纸制品加工的过程中，静电是一个老生常谈的问题。例如：纵切，印刷和涂布等过程都与静电有关。
静电荷是由材料在经过不同的生产和处理阶段时互相接触和分离所产生的。当材料互相接触和分离时，它们之间的摩擦（摩擦起电）就会产生表面电荷，或静电荷。从定义上讲，静电荷就是由电荷不平衡所引起的剩余电荷。这种电荷通常产生在绝缘材料上，例如：胶片或涂布纸，也有可能产生于与地面隔绝的导电性表面上。这是很重要的一点，因为许多材料供应商都声称他们的新型抗静电材料能够保护射频芯片免受静电荷的干扰。但很遗憾，他们的说法并不完全正确，因为静电荷可以被转移到与地面隔绝的导电性物体上。一旦这种导电性物体（例如射频芯片）与地面接近，电荷的转移就能够引起物体的损坏。
材料表面的接触和分离
当两个表面接触时，它们之间的电荷就会发生重新排列。而当两个表面分离时，就会发生电子交换。一个表面将给出自己的电子，那么它的电荷平衡状态就会被打破，从而处于正电状态，而另一个表面的电子就会过剩或处于负电状态。涉及到的材料以及它们接触和分离所产生的吸引力和压力等都将对电荷的数量产生巨大的影响。要想了解材料的电荷特性，你就必须要考虑材料在摩擦电序中的排位。材料在摩擦电序表中的相对位置决定了材料之间接触和分离时产生的电荷的数量和极性。在这个序列中间隔越远的材料，它们之间产生的电荷数量也就越多。而且，排在表中最上部的材料在与表中下部材料接触时，更容易捕获正电荷。
由于静电是逐渐增加的，所以它会使问题变得更加复杂，每次材料与另外一个表面接触时，它所带的电荷就会增加一些。这在材料与多个表面接触的过程中最为明显，卷筒纸加工过程中的卷筒纸紧纸辊就是如此。最重要的是要意识到应该在生产过程中，把对这些电荷的控制看作是保护射频标签安全性计划中的一部分。容易产生大量电荷的典型生产领域有：卷筒纸转移系统——开卷装置，夹紧辊，累加器，带有绝缘套筒的导纸辊，电晕处理装置，凹印过版辊，自动复卷装置，独立包装或上封面装置等。
电子设备
人们把射频芯片引入包装/纸制品加工领域中，使一切都发生了改变。因为这些微小的电路承受不了杂散电压的影响。它们可能会因为多种原因而损坏，其中破坏性最大的是：
* 静电的直接放电所造成的损坏。当一个带电物体或个人接触射频芯片时，一些储存下来的电荷就会转移或释放到射频芯片上，或者通过射频芯片，转移到地上。转移到射频芯片上的电荷所带有电量足以破坏芯片上的电路。能量的转移主要体现在热量上，而这种热量将会引起设备内部一层或多层材料的熔化。
* 当与地面隔绝的导电性物体暴露在静电场内时，也有可能产生静电。在这些情况下，被隔离的导体（射频芯片）就会在电场中发生极化，而且如果这个射频芯片在这种情况下迅速与地面接触，它就会在寻求电荷平衡的情况下产生电流。这样造成的结果就是当电场被去掉时，射频芯片就会产生相反极性的电荷，处于带电状态，那么当它第二次与地面接触时，就会产生直接放电现象。
* 电磁干扰对射频芯片所造成的影响也十分危险。所谓电磁干扰，就是我们经常在电子工业中所提到的过电压。如果射频芯片遇到超出其电路绝缘能力的瞬时电量，电压或临时电量时，就会发生损坏。
电子产业部门做出的失败的分析报告表明静电对射频芯片造成间接或毁灭性损害的几率只有10%；在90%的情况下，它会引起潜在故障，这些潜在故障最终会导致设备的失效。我认为这种潜在故障与玻璃上的裂缝非常相像。这块玻璃也许还能用，但它每被压一次，裂缝就会大一些，直到这块玻璃最终被打碎为止。问题就在于，射频标签到底何时失效？更重要的是，人们在生产过程中没有办法修复这些潜在故障；你在自己的检测站对这个射频芯片进行了最后的检测而且它工作正常，但当你的客户对它进行测试时，它就不能正常工作了。在这一点上，制造商面对的最大一个问题就是芯片的完整性。收益率并不是它们真正需要的，它们需要为客户提供百分之百可靠的产品。
解决方案
在当今纸品加工领域表现最为活跃的射频产品就是压敏标签。现在，它的生产过程已经变得非常缓慢了，当芯片从卷筒纸架转移到承印物上时，运转速度仅为50到150fpm（英尺/分钟）。有一些制造商们会把射频芯片的生产过程嵌入它们的纸制品加工过程，或者有一些小型标签加工厂会把一些预先组装的射频芯片转移到印刷好的标签上。在这两种情况下，无论他们使用的插入设备是非常成熟的名牌产品还是自己组装的加工机器，都会给静电控制造成很大的影响。
要想控制射频芯片上的静电，你需要使用一个有源静电消除器，它能保持相对的电离平衡，而且也能够中和你在特定（速度，材料种类等等）应用过程中产生的电荷。静电消除器的电离平衡（正负电荷保持平衡）是非常重要的，因为胶印电压能够损坏某些射频芯片。虽然到目前为止还没有一个行业标准规定出了射频芯片能够免受静电干扰的电压值，但许多标签制造商都建议人们把电荷水平保持在500伏特左右。举例来说，当芯片被放进p-s标签装配线上时，它们就会变得更加结实，但许多插入设备制造商建议人们在1,500伏左右的电压下，在标签被对插入标签承印物上时对静电荷进行控制。无论怎样，一台设计周到的电离器所带来的电离平衡都能使静电荷的数量迅速下降到不危害射频芯片的水平上。
不要用无源静电消除器（金属箔或导电性线绳）来保护射频芯片。虽然在某些工业环境中，无源静电消除器能够消除一些静电荷，但这种电离器对射频装置来说非常危险，因为它们只能把静电荷减少到电离作用产生的临界电压值上。使用这种设备的危险在于无源静电消除器的临界电压值通常会高于多数射频芯片所能承受的电压值。
在有源静电离产品中， 现在已经被证明最有效的是加长静电棒（static bar）。它们能够中和掉高速移动（2,000 到2,500 fpm）的卷筒纸上的静电，而且它的装配距离非常合适，能够使离子更好地混合，从而保持更好的离子平衡状态。同时，它还能使射频芯片与紧挨着发射极的高强度电场保持相对安全的距离。当静电棒到达转移点（插入点）时，就能成功地中和标签纸（带有胶粘剂和衬纸的标签印刷材料），纸张或胶片上的静电荷。所谓转移点（插入点），就是射频芯片露出的地方，同时，这也是最脆弱，最容易受到静电破坏的地方。因此，我们使用静电棒的理念就是要每时每刻保证这个区域的静电平衡状态。
转移（插入）操作是十分关键的，因为在这个过程中，射频芯片非常有可能会因为接触或分离而产生电荷。人们在这方面通常会使用专为电子应用而设计的电离设备，电离鼓风机或重点区域的空气辅助电离器，因为这些设备的离子平衡特征更加有利于传导芯片的敏感性，而且它们也有能力把离子传送到狭小的机器空间内。
静电棒能够用在插入射频芯片的转换点上，控制卷筒纸紧纸辊或额外加工过程（例如：模切）中产生的静电。对于标签加工厂来说，模切加工之后裁切材料的去除过程，也是一个众所周知的静电产生区域，而且它通常会在20,000或30,000伏的电压下产生静电。人们必须要对这些电荷进行控制，来保护射频芯片，减少卷筒纸复卷时在纸辊上积累的电荷数量。纸辊上大量的静电荷是对装配到标签纸上的射频芯片的巨大威胁，原因前面已经提到过了，我在这里就不多说了。
总结
射频技术为包装产业带来了光明的前景，它将为这个行业带来大量的商业机会，而且，随着射频标签在更宽更高速的印刷机上的大量生产， 静电控制也就成为一个越来越重要的问题。只要你能控制好静电，未来就是属于你的。
文章来源：必胜网
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