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RFID 標簽與芯片技術演進與比較

作者:RFID公領域應用推動辦公室 莊漢鈞
來源:RFID射頻快報
日期:2009-03-04 11:23:19
摘要:RFID 標簽與芯片技術演進與比較

RFID標簽趨勢預測 

  根據ABI Research對于RFID產業的市場調查分析報告指出。2007年RFID整體市場規模約為37.8億美元,而至2012年整體的市場表現,預計可達84.9億美元。其中,仍以讀取器與標簽的產值所占的比例最大。 

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圖1、ABI Research所做的2006-2012年RFID市場規模預測 

  若單就標簽的銷售量而言,2007年標簽的產值約為14億美元。其中,LF與HF約占整體銷售量的70%以上。若針對使用情境進行區分,以security/access control、toll collection及asset tracking分居應用案例數之前三名,此分布情形與LF與HF約占整體銷售量7成以上之結果吻合。由于卷標,在RFID系統的角色為信息之攜帶者,故標簽貼附在欲追蹤的對象上之后,是否依舊能夠正常讀取,此為RFID系統能否被使用者所接受的重要因素之一。 

  根據VDC的RFID市場調查預測,未來5年內,RFID用于ticketing、contactless payment及item-level tracking (ILT)之應用情境將最具成長爆發力。其中,ticketing及contactless payment的應用,在技術層面上的發展已相當成熟。而導入的問題,主要還是在標簽的售價。但隨著RFID的應用日益普及,標簽的售價預計將隨之降低,如此更能加速ticketing及contactless payment在市場上的推動速度。圖 2為RFID標簽售價現況與未來售價預測。  

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圖 2、ABI Research所做2006-2012年RFID標簽市場預測 

  預計在2012年,HF的標簽售價將可降至0.94美元,UHF的標簽售價更能降至0.09美元。此對于未來RFID推動將帶來十分龐大之幫助。 

未來應用需求所在 

  若就RFID標簽的整體出貨量進行分析,由下列數據可發現,LF及HF的出貨量于往后之市場應用將呈現穩定平緩的成長而未來UHF標簽的出貨量將呈現較為大幅度的增加(UHF passive成長率約為60%;UHF active成長率約為20%)。此與item-level tracking (ILT)之應用,預計于未來將大幅被采用有密切的關系。下圖 3為RFID標簽全球出貨量預測。 

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圖 3、ABI Research所做2006-2012年RFID標簽出貨量預測 

item-level tracking (ILT)應用 

  item-level tracking (ILT)一直以來都是物流廠商導入RFID的最終目的。然至今物流廠商對于item-level的標簽貼附問題一直都無法做有效的克服。綜觀其問題,主要之問題點在于標簽貼附商品外觀之多樣化(貼附標簽尺寸受限)、商品內容物及其外包裝種類繁多復雜(若含有水分及金屬將造成讀取時的問題)、整體讀取率不佳、標簽售價仍太貴...等因素。 

  在此,對物流業者所需的RFID標簽需求做一整理,其所需要的功能如下︰  

  卷標貼用對象不受限制。 
  更高的讀取成功率。 
  更便宜的標簽售價。 
  更為穩定的讀取距離。 
  能符合item-level tracking (ILT)應用的標簽。 

  若要滿足以上之需求,未來標簽必須朝小型化、高敏感度、低售價、穩定的讀取效能...等研發方向前進。當然卷標的天線尺寸,決定了RFID設備的讀取距離,但為追求item-level tracking (ILT)應用情境之目的,勢必得對讀取距離做出些取舍。就目前市售之4×6的物流標簽而言,其讀取效能十分穩定且讀取距離亦能達3米以上,但就item-level的標簽貼附應用而言,其過大的尺寸,實在難以直接貼附于對象之上。造成相關卷標廠商必須另行發展小型化卷標產品,以符合使用者對于item-level tracking (ILT)之實際需求。 

微型化的持續發展 

  為此,目前已有廠商提出利用 Near-Field 的 RFID 技術,實際推出了微型化的卷標,如此能減少卷標貼附對象受限之問題。然由于卷標的天線尺寸實在過于微小,導致卷標芯片藉由天線所轉換 RF 電波而來的電能,仍不足以驅動卷標 IC ,進而造成整體的讀取穩定度依舊離 item-level tracking (ILT) 應用仍有段差距。故研發更低耗能的卷標 IC 為目前各卷標芯片廠商所積極克服的問題之一。  

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圖 4 、 Impinj 所推出的 Near-Field RFID Tag 

靈敏度、增加記憶容量 

  匯整以上分析,一如知名RFID設備廠商Avery Dennison所提未來發展趨勢,如圖5,RFID產品未來的發展藍圖似乎已被勾勒出雛型。 

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圖 5、Avery Dennison所提RFID產品未來發展趨勢 

  若針對標簽的部份(含IC、Inlay及Tag)進行探討,可以發現針對標簽IC的部份,將朝加強靈敏度,縮小體積,增加記憶容量的方向發展。標簽IC可謂是RFID Tag中的靈魂角色,卷標IC的主要功能包含數據儲存、卷標與讀取器溝通的控制單元…等,同時卷標IC亦占整體卷標成品售價的50%以上。若針對未來item-level tracking (ILT)的應用,標簽的售價將是此應用可行與否的重要關鍵之一。故增加卷標IC的記憶容量(卷標能攜帶更多信息,更符合實際應用所需)、縮小標簽IC體積(每一晶圓能切割的標簽IC數量更多,能夠壓低標簽IC的成本)、加強標簽IC靈敏度(增加讀取距離,降低標簽IC運作時所需電力,增加整體讀取成功率)。 

  至于針對Inlay的發展部份而言,所著重的是改善天線生產的技術,提升整體良率,以便壓低整體售價。同時發展Near-Field天線設計技術,用以制造小尺寸、高性能之Inlay產品,以符合未來應用需求所需。而就Tag的發展層面而論,為因應未來日益增加的標簽需求,相關廠商也日益重視如何提高整體的標簽產能,同時在提高產能之同時亦能兼顧卷標之質量。以便壓低標簽成本,提升整體的使用動機。 

國際大廠的發展現況 

  截至目前為止,已有數家RFID標簽IC廠商推出數款新形式的RFID卷標IC,用以提升卷標之讀取效能。由這些新IC的規格中,可以隱略嗅出國際大廠目前的研發方向的確是朝item-level的應用方向前進。茲以大廠近期發表產品與現行IC做差異分析,如下表所示: 

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表 1、Alien Technology-Higgs 3 chip  

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表2、Impinj-Monza 3 chip 

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表3、NXP Ucode G2XM chip
 

  若以上述廠商推出產品之特色而言,針對讀取距離、芯片靈敏度(芯片驅動功率)、使用內存容量…等功能,都有做進一步之更新與加強。若以supply chain的應用層面(目前仍在case level的應用情境)而言,增加讀取距離與提高芯片靈敏度皆有助于解決現行讀取時的困難點。 

  若進一步推行到零售端,隱私權的爭議,在此次推出的新品亦加強了read/write password function之功能;同時提供更大的使用者內存空間,更是替導入單位未來后續加值應用預留了更大的彈性。 

更多的應用案例將可見 

  此種新款IC所制成之標簽,目前已逐漸有相關制品在市場上流通。由于標簽讀取效能之改良,過往RFID在導入時,所面臨的前端設備讀取效能問題,亦能獲得部分之解決。相信在RFID硬設備售價降低與讀取效能提高的發展趨勢下,未來會有更多的應用案例被使用者所接受與采納。