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 射頻標籤(RFID)是印刷產業中的生力軍,也是眾多有長遠眼光的企業家們最為看好的一個領域。為了滿足不同人士的需求,本文詳細地闡述了射頻標籤上靜電產生的原因和危害以及靜電控制專家和解決方案供應商們保護射頻晶片的方法。

  隨著射頻識別技術的異軍突起,射頻標籤(RFID)也已經進入了紙製品加工行業。裝置供應商們紛紛想要成為行業內提供頻射標籤解決方案的第一霸主,這樣一來,也就帶動了這項技術在整個行業內的迅速推廣。射頻標籤的應用範圍是無限的。雖然它能給人們帶來無數的機會,但隨著使用人數的增加,它也會給人們帶來一定程度的挑戰。

  大多數的標籤和商標加工者都在問:"到底什麼是射頻標籤?"無線射頻技術是一種能夠對資料進行遠端儲存和檢索的方法,它的使用載體為射頻標籤。這種標籤含有天線,能夠接受和反射來自射頻收發器的無線電波。根據射頻標籤供電方式的不同,可以分為兩種,一種是有源射頻標籤,一種是無源射頻標籤。有源射頻標籤內含有內建電池,而後者不含有內建電池。內建電池能夠向較遠的地方發射清晰的訊號,但有遠射頻標籤的體積也相對較大,價格也比無源射頻標籤貴一些。

  這也正是"地震"發生的地方。射頻標籤是電子裝置,人們在設計它時,沒有考慮到紙製品加工業的惡劣環境。我不能確定紙製品加工廠對電子元件有多麼熟悉,但我可以向你保證,在紙製品加工廠裡,沒有一塊適合存放無保護晶片的地方。的確,正如上面所說的那樣,晶片的種類是五花八門的,其中有一些抵抗靜電干擾的能力比較強,儘管如此,還是有許多檔案記錄下了靜電釋放對射頻晶片造成損壞的案例。這種損壞通常會導致產品質量在短時間內的下降,更嚴重的還有可能造成射頻晶片的失效。

  問題

  在包裝和紙製品加工的過程中,靜電是一個老生常談的問題。例如:縱切,印刷和塗布等過程都與靜電有關。

  靜電荷是由材料在經過不同的生產和處理階段時互相接觸和分離所產生的。當材料互相接觸和分離時,它們之間的摩擦(摩擦起電)就會產生表面電荷,或靜電荷。從定義上講,靜電荷就是由電荷不平衡所引起的剩餘電荷。這種電荷通常產生在絕緣材料上,例如:膠片或塗布紙,也有可能產生於與地面隔絕的導電性表面上。這是很重要的一點,因為許多材料供應商都聲稱他們的新型抗靜電材料能夠保護射頻晶片免受靜電荷的干擾。但很遺憾,他們的說法並不完全正確,因為靜電荷可以被轉移到與地面隔絕的導電性物體上。一旦這種導電性物體(例如射頻晶片)與地面接近,電荷的轉移就能夠引起物體的損壞。

  材料表面的接觸和分離

  當兩個表面接觸時,它們之間的電荷就會發生重新排列。而當兩個表面分離時,就會發生電子交換。一個表面將給出自己的電子,那麼它的電荷平衡狀態就會被打破,從而處於正電狀態,而另一個表面的電子就會過剩或處於負電狀態。涉及到的材料以及它們接觸和分離所產生的吸引力和壓力等都將對電荷的數量產生巨大的影響。要想了解材料的電荷特性,你就必須要考慮材料在摩擦電序中的排位。材料在摩擦電序表中的相對位置決定了材料之間接觸和分離時產生的電荷的數量和極性。在這個序列中間隔越遠的材料,它們之間產生的電荷數量也就越多。而且,排在表中最上部的材料在與表中下部材料接觸時,更容易捕獲正電荷。

  由於靜電是逐漸增加的,所以它會使問題變得更加複雜,每次材料與另外一個表面接觸時,它所帶的電荷就會增加一些。這在材料與多個表面接觸的過程中最為明顯,捲筒紙加工過程中的捲筒紙緊紙輥就是如此。最重要的是要意識到應該在生產過程中,把對這些電荷的控制看作是保護射頻標籤安全性計劃中的一部分。容易產生大量電荷的典型生產領域有:捲筒紙轉移系統——開卷裝置,夾緊輥,累加器,帶有絕緣套筒的導紙輥,電暈處理裝置,凹印過版輥,自動復卷裝置,獨立包裝或上封面裝置等。#p#分頁標題#e#

  電子裝置

  人們把射頻晶片引入包裝/紙製品加工領域中,使一切都發生了改變。因為這些微小的電路承受不了雜散電壓的影響。它們可能會因為多種原因而損壞,其中破壞性最大的是:

  * 靜電的直接放電所造成的損壞。當一個帶電物體或個人接觸射頻晶片時,一些儲存下來的電荷就會轉移或釋放到射頻晶片上,或者通過射頻晶片,轉移到地上。轉移到射頻晶片上的電荷所帶有電量足以破壞晶片上的電路。能量的轉移主要體現在熱量上,而這種熱量將會引起裝置內部一層或多層材料的熔化。

  * 當與地面隔絕的導電性物體暴露在靜電場內時,也有可能產生靜電。在這些情況下,被隔離的導體(射頻晶片)就會在電場中發生極化,而且如果這個射頻晶片在這種情況下迅速與地面接觸,它就會在尋求電荷平衡的情況下產生電流。這樣造成的結果就是當電場被去掉時,射頻晶片就會產生相反極性的電荷,處於帶電狀態,那麼當它第二次與地面接觸時,就會產生直接放電現象。

  * 電磁干擾對射頻晶片所造成的影響也十分危險。所謂電磁干擾,就是我們經常在電子工業中所提到的過電壓。如果射頻晶片遇到超出其電路絕緣能力的瞬時電量,電壓或臨時電量時,就會發生損壞。

  電子產業部門做出的失敗的分析報告表明靜電對射頻晶片造成間接或毀滅性損害的機率只有10%;在90%的情況下,它會引起潛在故障,這些潛在故障最終會導致裝置的失效。我認為這種潛在故障與玻璃上的裂縫非常相像。這塊玻璃也許還能用,但它每被壓一次,裂縫就會大一些,直到這塊玻璃最終被打碎為止。問題就在於,射頻標籤到底何時失效?更重要的是,人們在生產過程中沒有辦法修復這些潛在故障;你在自己的檢測站對這個射頻晶片進行了最後的檢測而且它工作正常,但當你的客戶對它進行測試時,它就不能正常工作了。在這一點上,製造商面對的最大一個問題就是晶片的完整性。收益率並不是它們真正需要的,它們需要為客戶提供百分之百可靠的產品。

  解決方案

  在當今紙品加工領域表現最為活躍的射頻產品就是壓敏標籤。現在,它的生產過程已經變得非常緩慢了,當晶片從捲筒紙架轉移到承印物上時,運轉速度僅為50到150fpm(英尺/分鐘)。有一些製造商們會把射頻晶片的生產過程嵌入它們的紙製品加工過程,或者有一些小型標籤加工廠會把一些預先組裝的射頻晶片轉移到印刷好的標籤上。在這兩種情況下,無論他們使用的插入裝置是非常成熟的名牌產品還是自己組裝的加工機器,都會給靜電控制造成很大的影響。

  要想控制射頻晶片上的靜電,你需要使用一個有源靜電消除器,它能保持相對的電離平衡,而且也能夠中和你在特定(速度,材料種類等等)應用過程中產生的電荷。靜電消除器的電離平衡(正負電荷保持平衡)是非常重要的,因為膠印電壓能夠損壞某些射頻晶片。雖然到目前為止還沒有一個行業標準規定出了射頻晶片能夠免受靜電干擾的電壓值,但許多標籤製造商都建議人們把電荷水平保持在500伏特左右。舉例來說,當晶片被放進p-s標籤裝配線上時,它們就會變得更加結實,但許多插入裝置製造商建議人們在1,500伏左右的電壓下,在標籤被對插入標籤承印物上時對靜電荷進行控制。無論怎樣,一臺設計周到的電離器所帶來的電離平衡都能使靜電荷的數量迅速下降到不危害射頻晶片的水平上。

  不要用無源靜電消除器(金屬箔或導電性線繩)來保護射頻晶片。雖然在某些工業環境中,無源靜電消除器能夠消除一些靜電荷,但這種電離器對射頻裝置來說非常危險,因為它們只能把靜電荷減少到電離作用產生的臨界電壓值上。使用這種裝置的危險在於無源靜電消除器的臨界電壓值通常會高於多數射頻晶片所能承受的電壓值。

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  在有源靜電離產品中, 現在已經被證明最有效的是加長靜電棒(static bar)。它們能夠中和掉高速移動(2,000 到2,500 fpm)的捲筒紙上的靜電,而且它的裝配距離非常合適,能夠使離子更好地混合,從而保持更好的離子平衡狀態。同時,它還能使射頻晶片與緊挨著發射極的高強度電場保持相對安全的距離。當靜電棒到達轉移點(插入點)時,就能成功地中和標籤紙(帶有膠粘劑和襯紙的標籤印刷材料),紙張或膠片上的靜電荷。所謂轉移點(插入點),就是射頻晶片露出的地方,同時,這也是最脆弱,最容易受到靜電破壞的地方。因此,我們使用靜電棒的理念就是要每時每刻保證這個區域的靜電平衡狀態。

  轉移(插入)操作是十分關鍵的,因為在這個過程中,射頻晶片非常有可能會因為接觸或分離而產生電荷。人們在這方面通常會使用專為電子應用而設計的電離裝置,電離鼓風機或重點區域的空氣輔助電離器,因為這些裝置的離子平衡特徵更加有利於傳導晶片的敏感性,而且它們也有能力把離子傳送到狹小的機器空間內。

  靜電棒能夠用在插入射頻晶片的轉換點上,控制捲筒紙緊紙輥或額外加工過程(例如:模切)中產生的靜電。對於標籤加工廠來說,模切加工之後裁切材料的去除過程,也是一個眾所周知的靜電產生區域,而且它通常會在20,000或30,000伏的電壓下產生靜電。人們必須要對這些電荷進行控制,來保護射頻晶片,減少捲筒紙復卷時在紙輥上積累的電荷數量。紙輥上大量的靜電荷是對裝配到標籤紙上的射頻晶片的巨大威脅,原因前面已經提到過了,我在這裡就不多說了。

  總結

  射頻技術為包裝產業帶來了光明的前景,它將為這個行業帶來大量的商業機會,而且,隨著射頻標籤在更寬更高速的印刷機上的大量生產, 靜電控制也就成為一個越來越重要的問題。只要你能控制好靜電,未來就是屬於你的。

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