標籤的傳輸距離與成本，是RFID能否迅速普及的最重要關鍵。目前在各頻段中以超高頻UHF最被看好，全球主要供應商也積極朝縮短加工時間、減少材料成本兩方面著手...
標籤的傳輸距離與成本，是RFID能否迅速普及的最重要關鍵。目前在各頻段中以超高頻UHF最被看好，全球主要供應商也積極朝縮短加工時間、減少材料成本兩方面著手。分析師更預測10年內RFID標籤價格可望降至5美分，更有籌碼取代條碼系統。
1948年美國人Harry Stockman在「無線電工程師協會」學報上發表論文，首次將RFID的理論與實現方法具體描述出來，這項發明卻直到55年後，才由美國零售業巨擘Wal-Mart引爆全球震撼。 RFID的應用已經行之有年，早期RFID多使用低頻(LF)設計，如門禁卡等，後來發展至高頻(HF)，並大量用於智慧卡上，如捷運卡等。然而在2003年，Wal-Mart宣布該公司前100大供應商必須在2005年之前將所有的貨物貼上RFID超高頻(UHF)電子標籤，這讓全球所有製造商突然驚覺，是否RFID即將取代原有的商品條碼(Bar Code)系統？若答案是肯定的話，代表未來RFID將會使用在所有的物品上，並進入每個人的生活，這是全球商業模式革命性的改變，背後也隱藏著龐大的市場商機。因此，現在每一個人都在觀察，究竟這場RFID風暴會成為一股銳不可當的趨勢，抑或只是一項科技泡沫？
RFID是一種無線射頻辨識系統，包含電子標籤(Tag)、讀取器(Reader)、中介軟體(Middleware)三大部分。RFID讀取器從一段距離外間歇發射能量給電子標籤時，電子標籤的電路即可通電，並將電子標籤內高容量的資訊傳輸至讀取器後，即可提供中介軟體做資訊處理與使用。
若RFID運用於物流管理，優點在於庫房管理員或櫃臺結帳人員無須掃瞄每一項貨品，只要在一定距離內掃瞄一次，就能紀錄所有貨品的資訊。若運用於貨物運輸，優點在於海關人員或貨品管理員只需掃瞄貨物上的電子標籤，便可得知該貨物曾經到過的所有國家、地點與時間等資訊。
上述這些優點主要取決於電子標籤的設計，而傳輸距離與成本是最重要的關鍵。在各頻段中又以超高頻UHF最被看好與重視、應用也最廣，部分國家基於政策考量，則採用微波(Microwave)頻段。各頻段之電子標籤性能比較，如表1所示。
由於UHF在傳輸距離上優於其他頻率，故近年來全球RFID技術發展均以此為主要目標。為因應此趨勢，各國UHF頻段也不斷開放，北美已開放使用915MHz，歐洲開放使用868MHz，日本RFID原本只能使用於13.56MHz與2.45GHz，預計將開放950MHz～956MHz，中國大陸也將開放UHF頻段，而我國較常使用頻率為13.56MHz與2.45GHz，同樣預計開放922～928MHz。由各國政府的政策走向，可顯示出UHF頻段應用面之日益重要，已經是大勢所趨。
而在RFID標準的訂定上，除了原有的ISO18000-6外，2003年成立的EPC Global組織，所推出的EPC標準更受到Wal-Mart之RFID系統所採用。ISO18000標準著重於廠商所提出已驗證成功的技術，目前ISO 18000-1至ISO 18000-7之規範中，涵蓋低頻135KHz到微波5.8GHz之所有頻段規格。而EPC Global在2003年公布第1代UHF頻段標準(Gen 1)，由於無法符合Wal-Mart測試需求，2004年底則提出第2代標準(Gen 2)，吸引眾多RFID晶片大廠支持，包括Philips、TI等。ISO與EPC兩大標準之頻段比較，如圖1所示。
為何RFID沈寂了55年才被大家所熟知？RFID發明人Harry Stockman認為它在等待一個無線基礎設施發展成熟的時機。隨著各國政府陸續開放UHF頻段、EPC標準也發展迅速，在基礎環境日臻完備的現在，超高頻RFID的發展更是令人期待。
RFID要取代傳統的條碼系統，最大的障礙與挑戰來自價格因素。2000年1個電子標籤價格高達1美元，然而拜摩爾定律所賜，在產量愈來愈大、晶片設計日益精密趨勢下，目前價格已經降至不到50美分，而電子標籤廠商則紛紛設定10美分以下的價格目標，分析師更預測未來10年內，電子標籤價格可望降至5美分，屆時RFID將更有籌碼取代條碼系統。
雖然上述預測相當樂觀，但對電子標籤業者而言，卻是極大的難題。因為電子標籤內含晶片、天線，在製造過程中必須將RF晶圓，經由鍵合(Bonding)技術，讓晶粒貼附在微小尺寸的天線上，以構成一個完整的「電子標籤」。若要降低電子標籤成本，首先晶片設計、封裝方式與天線設計三者間必須良好搭配，其次縮小晶片與天線尺寸以降低材料成本，並維持良好的訊號讀取率，最後則必須改善生產製程上的不良率。
由上可知，電子標籤結合了晶片設計、天線設計、封裝三大領域，對設計與生產廠商而言，要達到5美分的理想價格，實屬不易。因此如日本Hitachi與美國Alien等大廠，均致力於RFID晶片微型化，希望能有效降低電子標籤成本。
日本政府為了普及和推廣電子標籤，投資超過1,500萬美元，以日本日立(Hitachi)公司主導，聯合日本凸版印刷、大日本印刷和日本NEC公司，整合各家廠商的先進技術，開發易於生產、成本低廉、大量製造的電子標籤技術。日立的電子標籤晶片μ-Chip採用0.18微米製程、內嵌天線、支援2.45GHz頻段、內建128bit ROM，體積僅0.4mm見方，使得電子標籤甚至可以貼在禮券背面。
μ-Chip的應用方式，可製作成黏附式電子標籤黏附在貨品上，或嵌入式電子標籤密封於智慧卡中，當RFID讀取器發出訊號，經電子標籤天線接收後，便可將資料傳至讀取器，再交由中介軟體或應用軟體處理，其應用架構如圖2所示。
除了日商之外，RFID電子標籤大廠美商Alien所開發之晶片，則宣稱體積比μ-Chip還小，並且標榜使用了FSA(Fluidic Self-Assembly)，以及HiSAM (High Speed Strap Attach Machine)等晶粒與天線組裝自動化技術。Alien之UHF電子標籤支援EPC標準，市場佔有率相當高。為加速應用普及，Alien亦宣示將在短期內將電子標籤價格降至10至15美分之間。
除了晶片微型化外，天線要小型化亦不容易。UHF天線要與RFID晶片貼附組成電子標籤，不僅厚度要非常薄，長度也受到限制。然而天線長度若太短，通信距離將會隨之縮短，這反而失去UHF天線原有傳輸距離長的優點。
UHF天線的波長約31.5公分，遠比2.45GHz天線的12.2公分長，因此UHF天線長度至少要8公分，才不會影響通信距離。要達到小型化的目標，唯有透過天線形狀的設計，才能在長度限制下，確保訊號傳輸距離不受影響。
此外，一般HF天線及LF天線的工作原理是採磁場感應的方式，而UHF天線則是採用電磁波，並擁有UHF頻段到2.45GHz頻段之間的廣域收訊功能。即使採用同樣的RFID晶片，只要改變UHF天線形狀及長度，便可限定收訊頻率，也就能製作出不同頻率的RFID電子標籤。換句話說，電子標籤接收頻率為何，取決於其上之天線設計方式。
由UHF RFID之技術架構來看，首先讀取器透過天線發射電磁波，與電子標籤之天線電磁波產生共振後，在電子標籤中產生電流，便可將記憶體中的資料透過電磁波傳送至讀取器，並提供給後段軟體進行延伸應用，其工作原理如圖3所示。為了降低天線成本，全球主要供應商無不積極朝縮短加工時間、減少材料成本兩方面著手，以下便簡要介紹幾家天線與設備製造商的發展現況。
英國廠商QinetiQ(拼音為ki-ne-tik)是一家天線製造商，於2005年6月宣布開發出電鍍(Electroplating)天線製程，可讓天線成本較傳統製程降低50%以上。傳統天線的製程係以薄銅片為材料，採蝕刻(Etching)方式製作出不同形狀的天線，但蝕刻過程中材料成本、化學藥劑的浪費、蝕刻所需時間長，均造成天線成本不易下降。 QinetiQ的製程則是先以油墨印刷方式，在基板上印出所需要之天線形狀，再置入金屬材料、化學藥劑，並與油墨產生化學反應，沈澱後長成(Grow)金屬材質之天線。電鍍方式不僅金屬材料、化學藥劑不會浪費，天線材質也不侷限於銅片，包括鎳、金、鈷或其他金屬，都可以做為天線材料。一般UHF天線厚度約2微米(micron)左右，採用QinetiQ的電鍍製程，加工速度相當快，每分鐘可長出5微米的金屬厚度，在成本的降低上有極大的改善。 除了QinetiQ之外，無獨有偶地，包括荷蘭MECO與英國TDAO兩家電鍍設備廠商，均於2005年上半年不約而同提出創新的電鍍天線製程。MECO的FAP(Flex Antenna Plating)設備，可將油墨印刷與電鍍製程結合，油墨以銀(Silver)為材料，天線材料則是銅片，該公司宣稱該設備所製作之RFID天線成本，約比傳統蝕刻方式降低60%以上。其FAP製程設備如圖4所示。 至於英國TDAO的FFD(Focused Field Deposition)設備，強調軟性PCB的製作速度，可高達每分鐘20公尺，且非常適合製作RFID天線。該設備無須印刷油墨，而是以銅為天線材料，並添加硫酸鹽讓銅沈澱形成天線。該公司之FFD製程設備如圖5所示。 除了上述晶片、天線與設備廠商外，部分在RFID領域具備上下游整合能力之大廠，包括Alien、Philips與TI等，最近發展動向更是備受關注。 美商Alien第3季量產Gen 2標籤 Alien Technology於2005年4月推出可支援EPC Gen 2之RFID讀取器韌體，可在原有Gen 1讀取器ALR-9780上更新，使其支援Gen 2之規格。另一方面，Alien所開發符合EPC Gen 2標準之電子標籤，預定於2005年第3季量產。 截至2005年3月，Alien總計銷售超過5千萬張RFID電子標籤，目前每張電子標籤單價約落在20美分左右，而即將量產的EPC Gen 2電子標籤，其成本會比Gen 1來的高，根據Alien預估，EPC Gen 2電子標籤的市場需求，可能還需要幾季時間來讓市場接受後，才會有較明顯的成長。 2005年1月TI與Impinj宣布進行相容性測試合作後，Philips與TI於2005年6月也宣布一項合作測試計畫，目的在確保雙方所開發支援EPC Gen 2的RFID晶片、電子標籤彼此都能夠取得相容性與一致性。除了晶片與電子標籤外，這項測試計畫也擴展至貼紙、讀取器、其他RFID相關硬體等。 雖然RFID產品可以依循ISO或EPC的標準，但在實務上，現階段不同廠商開發的軟硬體並不完全相容，因此，RFID關鍵零組件製造商無不積極尋求彼此晶片與標籤設計的相容性與一致性。從各國際大廠的發展方向來看，著眼於UHF RFID的市場潛力，對EPC Gen 2標準的支持可說是不遺餘力，無論在新產品的推出、系統整合、相容性測試的推廣等，動作相當積極且進展速度相當快。 相較於國外業者的積極與主導，國內從事UHF RFID晶片、天線、電子標籤之業者可說是鳳毛麟角。這反映了國內產業長期以大量生產製造取勝的經營策略，在基礎技術的投資並不熱衷，更何況目前RFID軟硬體相容性、共通性仍存在若干問題，自然使得國內業者裹足不前。 即便是美國零售巨擘Wal-Mart，從2005年開始導入RFID系統後，前100大供應商有就5家缺席，所有棧板上紙箱讀取率僅達到66%，執行過程中仍有許多待解決之問題。然而Wal-Mart似乎持續堅持改善RFID系統，並不思考回到條碼系統的老路，這樣的發展趨勢，對於國內製作條碼系統之相關業者而言，恐怕要及早轉型至UHF RFID電子標籤才是上策。