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Guía completa sobre etiquetas RFID (I)

Primera parte: La fabricación de la etiqueta RFID personalizada

Con este artículo, Trace ID queremos ofrecer la información más completa posible sobre etiquetas RFID en un artículo online, de una forma concisa y esclarecedora. Nuestra intención es que quien necesite la más completa información sobre las etiquetas RFID, la encuentre reunida en un único artículo accesible en la web. Nos parece útil para todos y, con la intención de mantener el documento actualizado y con información veraz, esperamos que los lectores que quieran hacernos cualquier comentario sobre el contenido, no duden en ponerse en contacto con Trace ID escribiendo a info@trace-id.com.

La tecnología RFID

Las siglas RFID, del inglés Radio Frequency Identification, dan nombre al sistema de recopilación, almacenamiento y actualización de datos a través de las ondas de radio. El propósito básico de un sistema RFID es la trazabilidad individual de objetos, personas y animales, dotándolos de un número de serie único almacenado en la etiqueta RFID con la que están marcados.

Los antecedentes de la tecnología RFID se remontan a los años veinte, sin embargo, no ha sido desarrollada para el uso civil en la industria y el comercio, con una propagación mundial, hasta hace apenas un par de décadas. Encontrarás interesante la historia del nacimiento de la tecnología RFID en nuestro artículo Cómo comenzó la tecnología RFID.

Qué es y para qué sirve un sistema RFID

El sistema RFID es la combinación de varios elementos que interaccionando almacenan, reproducen y actualizan información. Estos elementos son:

  • una etiqueta RFID,
  • un lector RFID,
  • un dispositivo para almacenamiento y gestión de datos.

Si bien estos elementos podemos englobarlos dentro de la categoría hardware, los sistemas RFID funcionan gracias a aplicaciones de software específicas, protocolos de comunicación de datos y estándares, todos creados para que sea posible manejar los datos de una forma global. Sobre estos protocolos y estándares ya hablamos extensamente en este anterior artículo enlazado que puede ser de tu interés.

Conceptos básicos sobre etiquetas RFID

A continuación nos vamos a centrar en las etiquetas RFID propiamente dichas, para más adelante puntualizar la diferencia con lo que son las etiquetas RFID finales.

Qué es una etiqueta RFID

Una etiqueta RFID es un ítem compuesto por:

  • una antena,
  • un transductor radio,
  • un chip unido a la antena por una resina que lo encapsula,
  • un substrato de soporte para todos estos elementos,
  • y por último, una sustancia adhesiva para que la etiqueta pueda pegarse donde convenga.

Luego, una etiqueta RFID final, puede tener otros componentes que varían dependiendo de las necesidades específicas del cliente para usarla, desde una cubierta de foam, o una protección por encapsulado, a estar emparedado entre papel o tela de todo tipo, tener formas y tamaños variados, además de estar impresa.

Frecuencias de las etiquetas RFID

La frecuencia RFID se refiere al tamaño de las ondas de radio utilizadas para comunicarse entre los componentes del sistema RFID. Cuanto más grande es una onda, menor es el número de repeticiones que una onda completa puede hacer en un segundo. 1Hz equivale a una onda en un segundo, 1KHz equivale a mil ondas por segundo y 1MHz equivale a un millón de ondas por segundo.

El tipo de frecuencia determina algunos comportamientos de todo el sistema RFID, por ejemplo, cuanto menor es la frecuencia, más lenta es la velocidad de lectura de datos, pero tiene mayores capacidades para leer bien cerca de metales o líquidos. Por otro lado, cuanto mayor es la frecuencia, más rápida es la velocidad de lectura de datos y más grandes son los rangos de lectura, pero desafortunadamente tiene más sensibilidad a las interferencias causadas por metales o fluidos en el ambiente.

La baja frecuencia (LF RFID) cubre desde 125 KHz hasta 134 KHz y ofrece un rango de lectura de 10 cm. La alta frecuencia(HF RFID) generalmente opera a 13.56MHz y tiene rangos de lectura de 10cm a 1m. Finalmente, la frecuencia ultra alta (UHF RFID) cubre 433MHz y entre 860MHz y 960MHz. El rango de lectura de los sistemas UHF puede ser de hasta 12 metros, y tiene una velocidad de transferencia de datos más rápida que la LF o la HF, pero es la más sensible a las interferencias y no puede leer a través del metal o el agua.

Cómo se fabrican las etiquetas RFID

Las antenas RFID

Para producir etiquetas RFID, primero se realiza un diseño de antena a partir de un propósito o necesidad que se quiere cubrir. El diseño de la antena puede crearse con diferentes softwares. En Trace ID, nuestro desarrollador diseña las antenas RFID con Genesys, un software especializado muy completo de última generación. Una vez diseñada la antena y hechas las pruebas de rendimiento pertinentes, ya se pueden fabricar.

Las antenas que comercializa Trace ID son de aluminio, pero otras pueden ser de cobre, tinta metalizada o incluso se están desarrollando antenas fabricadas con compuestos de fibra de carbón.

Las antenas de aluminio se fabrican en rollos de aluminio de muy pocas micras de grosor, que está sobre bobina de PET. Aplicando una reserva que delimita la forma final de la antena sobre el aluminio, se elimina el aluminio sobrante del rollo, el que queda fuera de la reserva, quedando sobre el PET solo las antenas de aluminio. Una vez los rollos de antenas están listos, ya pueden pasar al siguiente paso para la fabricación de las etiquetas RFID.

Bobina de antenas RFID sin chip

Bobina de antenas RFID sin chip.

Chips RFID

Los chips RFID almacenan la información que es emitida a través de las ondas de radio gracias a la antena y el lector RFID. El chip es estimulado cuando recibe una petición por radiofrecuencia enviada por un lector y a su vez emite por radio la información que contiene.

Esta estimulación puede ser activa o pasiva, Una etiqueta RFID es pasiva cuando no lleva incorporada una batería que produzca la energía necesaria para emitir de vuelta la información por radio. O sea, el circuito se activa por inducción y la antena ocupa la mayor parte de la etiqueta, ya que la antena tiene la doble función de captar la energía que hace funcionar el sistema y emitir la señal de radio con la información almacenada en el chip.

En Trace ID equipamos nuestras etiquetas RFID con chips de los dos proveedores líderes de chips RFID, que son IMPINJ y NXP.

Las máquinas de bonding

El siguiente paso es la inserción de los chips en las antenas. Esto se hace en las máquinas de bonding. En el mercado hay muchas máquinas para la producción de tecnología RFID, en Trace ID nos equipamos con los proveedores líderes de la industria. Las máquinas de bonding y las de converting (de las que hablaremos más adelante), con las que fabricamos en Trace ID fueron diseñadas y producidas por Mühlbauer.

En la máquina de bonding entra el rollo de antenas y se adhiere el chip en un punto exacto y determinado con resina epoxid. La bobina resultante tiene las antenas con chip que se llaman “dry inlay”.

El dry inlay

El dry inlay es la antena equipada con el chip sobre la bobina de PET. Carece por tanto de forma de etiqueta y adhesivo, por lo que todavía no es una etiqueta RFID.

Dry inlays RFID

Bobina de dry inlays en dos hileras. Antenas con chip sobre PET.

Las máquinas de converting

La máquina de converting es la máquina en la que la bobina de dry inlays se convierte en una bobina de “wet inlays”, lo que significa que la bobina ya no llevará sólo los inlays sinó que llevará los inlays troquelados y con sustancia adhesiva.

Fabricación de los wet inlays

En esta máquina, los dry inlays en la capa de PET son cubiertos por una capa de sustancia adhesiva que está sobre una capa de papel siliconado. Luego son troquelados con las medidas de la etiqueta que se necesita. Cuando son troquelados se cortan todas las capas excepto la de papel siliconado. Por último, se desechan los sobrantes de todas las capas para que queden solamente los wet inlays sobre el papel siliconado. Así los wet inlays pueden ser despegados del papel siliconado y pegados sobre cualquier superficie como etiquetas.

Wet inlays RFID

Bobina de wet inlays. Etiquetas RFID autoadhesivas.

Fabricación de los white wet inlays

El proceso de fabricación de las «white wet inlays» es el mismo que el de las incrustaciones húmedas, pero también se agrega una capa de papel como cara frontal de la etiqueta.

White wet inlays RFID

Bobina de white wet inlays. Etiquetas RFID autoadhesivas con frontal.

Formatos de las etiquetas RFID personalizadas

Como ya hemos mencionado más arriba, los formatos de las etiquetas RFID finales pueden variar mucho porque dependen de las necesidades específicas de cada implementación RFID. Aún así podemos enumerar los formatos más comunes en la industria del RFID.

  • Sandwich: el inlay RFID queda insertado entre dos laminas. Estas laminas sujetan el inlay y suelen estar impresas con información de lectura humana.
  • Encapsulado: se suele encapsular para proteger el inlay de líquidos.
  • Sobre foam: el foam proporciona un grosor necesario para separar el inlay de por ejempo metales. Esto se hace por que la radiofrecuencia se ve afectada especialmente por la presencia de metales.

En relación a los tamaños, estos también pueden variar mucho, desde etiquetas muy pequeñas que no superan los 10 mm a etiquetas grandes de decenas de centímetros. Lo mismo podemos decir sobre las siluetas de las etiquetas, que pueden ser muy diferentes dependiendo del diseño del cliente.

Fabricación de las etiquetas RFID personalizadas

Cuando el pedido del cliente ha sido de etiquetas RFID personalizadas y no de wet o white wet, de todos modos tenemos que hacer primero wet. Siempre se debe hacer wet primero para luego hacer etiquetas personalizadas. Además los materiales de los frontales son muy variados.

Pasos fabricación

En la misma máquina de conversión donde hemos fabricado las incrustaciones húmedas, hacemos un segundo proceso para agregar la capa frontal requerida por el cliente, y para cortar la forma personalizada de la etiqueta de acuerdo con el diseño del cliente.

Finalmente, ya tenemos las etiquetas individuales pegadas a una bobina de papel siliconado. En las fotos habéis podido ir viendo los ejemplos de dry inlay, wet, white wet y etiquetas.

Customized RFID labels

Bobina de etiquetas RFID personalizadas para un cliente de joyería.

Materiales que componen una etiqueta RFID

Los materiales son diversos, desde papeles y telas a plásticos. En cambio, se evitarán los metales por que podrían afectar negativamente el funcionamiento de la radiofrecuencia. Los únicos metales son los que podemos encontrar en la composición de la antena y el chip.

Codificación e impresión

Después de su fabricación, las etiquetas RFID pasan a la línea de codificación y en casos concretos también de impresión. En Trace ID, codificamos las etiquetas con máquinas SATO, que también permiten imprimir elementos sencillos o códigos de barras.

Test de comprobación

Las etiquetas RFID pasan por diversos controles de calidad en relación a su rendimiento, correcta codificación, etc. En Trace ID, ejecutamos el control de calidad a través de soluciones de medición y test de la marca Voyantic.

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Esperamos que toda esta información sea de utilidad para todos los interesados en la tecnología RFID. Si queréis seguir ampliando el tema os recomendamos dar un vistazo al resto de artículos del blog, y especialmente a Comprender una hoja de datos RFID. Próximamente publicaremos la segunda parte de este extenso tema para completar el artículo con: Las aplicaciones de la tecnología RFID.

Guía completa sobre etiquetas RFID (I)