Os componentes das etiquetas RFID, que incluem leitores, antenas e dispositivos periféricos, formam a camada física do sistema RFID. Como é de conhecimento geral, a comunicação entre as etiquetas RFID e os leitores é obtida por meio do uso da propagação de ondas eletromagnéticas, bem como do acoplamento indutivo e de retroespalhamento. Mas a pergunta que fica é: como essas etiquetas são realmente fabricadas? Para entender isso, vamos explorar as diferentes partes de uma etiqueta, como o chip RFID e seu processo de construção.
COMPONENTES E CONSTRUÇÃO DE TAGS
As etiquetas RFID consistem em três componentes: um chip RFID, uma antena e um substrato. Em geral, nem todos esses componentes são produzidos internamente pelo fabricante da etiqueta. O circuito integrado (IC) geralmente é criado por um fabricante de semicondutores, enquanto a antena é projetada e fabricada pelo fabricante da etiqueta. Vários tamanhos, designs e formatos de tags estão disponíveis e podem ser adaptados a uma finalidade específica. Recomenda-se o uso de tags de estoque, a menos que seja necessária uma grande quantidade, pois as tags personalizadas podem ser caras.
IC (CHIP RFID)
Um circuito eletrônico, conhecido como CI, microchip ou chip, é produzido e projetado por um fabricante de semicondutores. O CI inclui uma unidade lógica responsável pela tomada de decisões e tem a capacidade de armazenar dados. Em essência, o CI funciona como um pequeno microprocessador, com os modelos mais recentes contendo mais de 40.000 a 50.000 transistores, superando o IBM PC original. Para funcionar, o CI requer uma fonte de energia, que pode ser uma bateria dentro da etiqueta (para etiquetas ativas) ou obtida das ondas de rádio emitidas pela antena do leitor(para etiquetas passivas). Uma parte do CI é dedicada especificamente ao gerenciamento da fonte de alimentação.
As etiquetas RFID consistem em chips e antenas RFID. Essas antenas podem ser fornecidas em uma variedade de formatos, como visto na imagem da antena HF e do chip.
O protocolo de comunicação é implementado pela lógica de processamento, que também lida com a modulação e a demodulação de sinais e com a codificação e a decodificação de bits digitais durante a comunicação entre o leitor e a tag. A memória no CI é dividida em diferentes blocos, conhecidos como bancos, que podem ser somente de leitura, somente de gravação uma vez ou de gravação muitas vezes. As tags usam EEPROM, um tipo de memória que pode ser eletricamente apagada, programada e somente leitura, eliminando a necessidade de alimentação contínua para armazenar dados. Isso permite que os dados sejam mantidos na etiqueta por vários anos, mesmo sem energia. O tipo de dados armazenados na memória depende do protocolo usado e pode incluir ID da tag, identificador de objeto, senha e código de detecção de erros, como o CRC. Os CIs são fabricados em grandes wafers de semicondutores, com cada wafer contendo até 300.000 CIs. O processo de produção requer instalações avançadas de sala limpa, e cada CI acabado é testado individualmente para garantir o funcionamento adequado em campo. Com o avanço da tecnologia, os CIs estão ficando menores e agora podem ser tão pequenos quanto um grão de areia. Essa redução no tamanho leva a custos e consumo de energia menores, tornando os CIs de etiquetas mais eficientes e aumentando o alcance de leitura das etiquetas passivas.
Os circuitos integrados (ICs) presentes em cada wafer devem ser separados e afixados em uma antena de tag. À medida que os CIs ficam menores, é necessário um equipamento mais avançado para conectá-los à antena, o que pode aumentar o custo do processo de montagem da tag.
ANTENNA TAG
O principal componente da tag é a antena, que está ligada ao circuito integrado (IC) da tag. A antena é responsável por receber sinais do leitor e, dependendo do tipo de tag, ela pode transmitir ou refletir o sinal recebido. No caso das tags ativas, ela transmite os sinais, enquanto as tags semipassivas e passivas os refletem. Além disso, a antena das tags passivas também coleta energia das ondas de rádio e a fornece ao CI.
A frequência na qual a tag opera é o fator determinante para o formato da antena. Apesar de usar o mesmo CI, diferentes designs de antena resultam em tags com propriedades e comportamentos distintos. A antena pode assumir vários formatos, como uma bobina em espiral, um dipolo simples, dois dipolos (um perpendicular ao outro) ou um dipolo dobrado. Cada um desses tipos fundamentais tem diversas variações com base nos requisitos de projeto e nos recursos do projetista. A antena é projetada especificamente para uma determinada frequência de operação e, em seguida, é ajustada com base nas características do material que será usado para marcar. Embora a frequência designada determine o comprimento efetivo da antena, o design inovador da antena permite que o comprimento real da antena seja menor.
Normalmente, as antenas são compostas de tiras finas de metal, como cobre, alumínio ou prata, que são aplicadas a um substrato em alta velocidade usando um dos três métodos: gravação de cobre, estampagem de folhas e impressão em tela. Embora a impressão em tela seja o método mais rápido e econômico, as antenas criadas por meio desse processo podem não ser tão eficientes quanto as criadas pelos outros dois métodos. Para reduzir os custos e agilizar o processo de criação de etiquetas, os fabricantes de etiquetas poderiam incorporar uma antena impressa em tela com tinta condutora feita de cobre, níquel ou carbono em sua experiência de impressão.
MATERIAL DE BASE
Os componentes da tag são mantidos juntos pelo substrato. O CI é fixado ao substrato no qual a antena do tag foi depositada ou impressa. Normalmente, o substrato é feito de material flexível, como plástico fino, mas também pode ser feito de material rígido. O material flexível com uma espessura de 100 a 200 nm é comumente usado para substratos em tags passivos. O substrato deve ser capaz de resistir a várias condições ambientais que a tag pode encontrar durante sua vida útil. Os materiais de substrato comuns incluem polímero, PVC, polietileno-hereftalato (PET), fenólicos, poliésteres, estireno e papel. O substrato precisa ter propriedades como dissipação do acúmulo de estática, uma superfície lisa para o layout da antena, durabilidade, estabilidade sob diferentes condições operacionais e proteção mecânica para a antena, o chip e suas conexões. Condições ambientais como calor, umidade, vibração, produtos químicos, luz solar, abrasão, impacto e corrosão podem afetar o substrato. O material do substrato também pode afetar a frequência de projeto da antena, portanto, deve ser levado em consideração durante o processo de sintonia.
Um lado do substrato geralmente é revestido com um material adesivo para fixar a etiqueta em um objeto. O material adesivo deve ser capaz de suportar as condições ambientais relevantes. Além disso, uma cobertura protetora feita de materiais como laminação de PVC, resina epóxi ou papel adesivo pode ser adicionada para proteger a etiqueta dos efeitos ambientais.
RÓTULOS DE EMBALAGENS
INLAYS
Normalmente, o processo começa com um inlay, também conhecido como insert, que é uma etiqueta totalmente preparada que pode ser facilmente incorporada a uma etiqueta ou encapsulada. Um inlay é composto por um CI e uma antena que são fixados em um substrato. O substrato geralmente não tem adesivo. Os inlays são fornecidos em um carretel de bobina contínua e são utilizados pelos fabricantes de etiquetas, também chamados de conversores, para integrar os recursos de RFID às etiquetas. A forma contínua dos inlays permite que os rótulos sejam montados rapidamente em equipamentos de alta velocidade.
Na imagem acima, podemos ver uma instância de um Inlay RFID UHF, que é um componente das etiquetas RFID. Essas etiquetas são compostas de RFID Inlays que contêm chips e antenas RFID.
ETIQUETAS INTELIGENTES
O ponto de partida comum para as etiquetas é um inlay (ou inserção), que é essencialmente uma etiqueta totalmente preparada que pode ser inserida em uma etiqueta ou encapsulada. Um inlay contém um CI e uma antena anexados a um substrato, que geralmente não tem adesivo. Esses inlays são fornecidos em uma bobina contínua e são utilizados pelos fabricantes de etiquetas, também conhecidos como conversores, para integrar os recursos de RFID às etiquetas. A forma contínua dos inlays permite a produção eficiente de etiquetas usando equipamentos de alta velocidade.
As etiquetas inteligentes, como a mostrada nesta imagem, são uma forma comum de etiquetas RFID.
TAGS ENCAPSULADAS
Em alguns casos, os inlays RFID são colocados em uma capa durável. Essa cobertura geralmente é feita de materiais translúcidos, como PET, PP, POM, PC, ABS, A66 e EPDM. O objetivo do encapsulamento das tags é protegê-las de condições adversas. Por exemplo, uma etiqueta presa a um recipiente plástico reutilizável (RPC) usado em uma fábrica de processamento de alimentos seria exposta a altas temperaturas, pressão e vapor durante o processo de higienização. Essas etiquetas são utilizadas para rastrear sacolas, transportadoras e paletes em sistemas de ciclo fechado, bem como ativos retornáveis na cadeia de suprimentos. Alguns casos podem oferecer um método mais robusto de fixação da etiqueta, como parafusos ou rebites no objeto. Além disso, o tamanho e o formato do estojo podem ser projetados para isolar a etiqueta do objeto, permitindo que ela seja fixada em itens de metal.
As etiquetas RFID encapsuladas geralmente são ideais para uso em ambientes adversos ou para montagem em superfícies metálicas.