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Dokumentenidentifikation DE102004056238B3 30.03.2006
Titel Verfahren und Anordnung zur Herstellung von RFID-Tags
Anmelder arccure technologies GmbH, 59557 Lippstadt, DE
Erfinder Bisges, Michael, 59556 Lippstadt, DE
Vertreter Kohlmann, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 52078 Aachen
DE-Anmeldedatum 22.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004056238
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.03.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.03.2006
IPC-Hauptklasse G06K 19/077(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H04B 1/59(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H05K 3/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von RFID-Tags mit einem Kontakte aufweisenden elektronischen Bauelement, dessen Kontakte mit einer elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sind, wobei die leitfähige Schicht als Antenne dient.
Um eine preiswerte und massenhafte Herstellung von RFID-Tags zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Herstellung der Antennenstruktur des RFID-Tags und die Positionierung des Chips in einem Prägeschritt erfolgt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Herstellung von RFID-Tags mit einem Kontakte aufweisenden elektronischen Bauelement, dessen Kontakte mit einer elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sind, wobei die leitfähige Schicht als Antenne dient.

RFID (Radio Frequency Identification) ist ein automatisches Identifikations- und Datenerfassungssystem mit kontaktloser Datenübermittlung auf Basis der Radiofrequenztechnologie.

Das Datenerfassungssystem besteht aus einer Schreib-Leseeinheit, die der Abfrage der Informationen der RFID-Tags sowie der Speicherung der Informationen im RFID-Tag dient.

Der RFID-Tag dient zur Identifikation von Gütern oder Personen; er besteht aus einem Chip mit integriertem Prozessor, einer Antenne und einem Speicher. Die RFID-Tags sind in unterschiedlichen Formen verfügbar, beispielsweise als Etiketten, Aufkleber oder Plastikkarten. Man unterscheidet zwischen aktiven und passiven RFID-Tags.

Die Daten des RFID-Tags werden über eine Radiofrequenz aktiv von dem Chip versendet oder passiv durch das Lesegerät ausgelesen. Dabei sind je nach Ausprägung Reichweiten von 20 Zentimetern bis mehreren Metern möglich. Die Daten aus dem RFID-Tag können nicht nur ausgelesen werden, sondern sind auch veränderbar, vorausgesetzt es ist zusätzlich ein RFID-Schreibgerät vorgesehen.

Ein wichtiger Anwendungsbereich der RFID Technologie liegt derzeit in der Logistik und im Lagermanagement des Handels. Die beteiligten Lieferanten werden zunächst mit Warenpaletten ausgestattet, an denen RFID-Tags angebracht sind. An den Warenein- und -ausgängen der teilnehmenden Standorte sind die RFID-Lesegeräte installiert. Sie erfassen den elektronischen Produktcode, der auf dem Chip hinterlegt ist, und übermitteln ihn an das Warenwirtschaftssystem. Über diesen Nummerncode ist jede Versandeinheit eindeutig identifizierbar. Daher ist es mit der RFID-Techologie möglich, den weg der Ware entlang der gesamten Prozesskette lückenlos nachzuvollziehen und zu steuern – bis in die Lagerhaltung des jeweiligen Marktes oder Warenhauses. Untersuchungen zur Nutzung der RFID-Technologie im Handel haben ergeben hat ergeben, dass die Warenverfügbarkeit signifikant steigt: Ausverkaufssituationen gingen um neun bis 14 Prozent zurück. Auch der Warenschwund wurde um bis zu 18 Prozent reduziert.

Derzeit werden RFID-Tags durch Aufdrucken leitender Tinte oder Farbe auf ein Substrat, beispielsweise eine Folie oder eine Papierbahn, hergestellt. Die leitende Tinte bildet die Antenne. Die Tinte besteht aus einem Gemisch aus Lösemittel und Metallpartikeln. Dabei ist die elektrische Leitfähigkeit derartiger Tinten nicht optimal da die Kontaktierung der einzelnen Metallpartikel untereinander unzureichend ist. Außerdem kommt es durch die Trocknung zu Mikrorissen in der leitfähigen Struktur die zu Defekten führt. Die Kontakte des Chips müssen mit der im Druckverfahren aufgebrachten Antenne aus leitfähiger Tinte in Verbindung gebracht werden. Soweit dies manuell erfolgt, sind der Verkleinerung der Chips enge Grenzen gesetzt, da diese nicht mehr handhabbar sind. Die Verwendung maschineller Vorrichtungen zur Handhabung der Chips setzt sehr präzise Vorrichtungen voraus, um den Chip mit den Kontakten exakt an der richtigen Stelle zu positionieren. Problematisch ist weiterhin der Auftrag der Antenne mit leitfähiger Tinte, da diese die Eigenschaft hat, in Abhängigkeit von der Oberflächenspannung des Substrates, in eine Tropfenform zu verlaufen. Um diesem Problem zu begegnen, schlägt die EP 1 302895 A2 vor, dass die leitfähige Tinte auf eine Beschichtung aufgedruckt wird, die ein Additiv aufweist, das die Oberflächenspannung senkt. Die Beschichtung wird in einer Struktur auf das Substrat aufgebracht, bevor die leitende Tinte aufgebracht wird. Aufgrund des Unterschiedes in der Oberflächenspannung zwischen der Beschichtung und dem Substrat fließt die leitfähige Tinte von der Beschichtung weg und bildet die Antenne des RFID-Tags.

Die bekannten Herstellungsverfahren verursachen jedoch relativ hohe Kosten im Bereich von 1,00 EUR je RFID-Tag und lassen sich daher nicht wirtschaftlich massenhaft einsetzen.

Im Handel besteht jedoch der Wunsch nicht nur die Paletten, sondern auch die Waren selbst mit RFID-Tags auszustatten. Hierfür ist eine wesentlich größere Anzahl von RFID-Tags erforderlich, so dass deren Herstellungskosten zunehmend an Bedeutung gewinnen.

Aus Fraunhofer Magazin 4.2004/Seiten 9 ff. ergibt sich, dass der Preis für RFID-Tags die sich aufkleben oder in Papier und Kunststoff einlaminieren lassen derzeit zwar schon unter einem Euro liegt. Für die Verwendung von RFID-Tags bei Einzelprodukten ist es jedoch erforderlich, dass RFID-Tags für weniger als einen Cent pro Stück hergestellt und auf das Produkt aufgebracht werden können.

Als Hauptproblem bei der Herstellung großer Mengen von RFID-Tags wird angegeben, den winzigen Chip auf den richtigen Platz an der Antenne zu justieren und mit den Leiterbahnen zu verbinden. Als Lösungsansatz wird angegeben, dass sich die Chips mit Hilfe eines Flüssigkeitstropfens selbst justieren, gleichzeitig Makromoleküle eine Verbindung mit der Leiterbahn herstellen, die anschließend verstärkt werden muss.

Der Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik gibt als Voraussetzung für die Massenproduktion an, dass man Antenne und Chip gemeinsam mit der gleichen Technologie herstellen und auf Papier oder Folie drucken kann. Als Realisierungsmöglichkeit wird die Polymerelektronik angegeben.

Der weiteren Beschleunigung des mechanisierten Aufsetzens der Chips auf die mit leitfähiger Tinte gedruckten Antennenstrukturen sind enge Grenzen gesetzt, so dass eine massenhafte preiswerte Herstellung von RFID-Tags auf diesem Weg nicht erfolgversprechend ist.

Der von dem Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik verfolgte Lösungsansatz des gemeinsamen Druckens von Chip und Antenne scheitert letztlich daran, dass im Druckwege die erforderlichen RFID-Chips kurzfristig nicht in der erforderlichen geringen Größe druckbar sind.

Aus der DE 101 20 687 A1 ist eine organische elektronische Schaltung bekannt, deren elektronische Bauelemente zwischen wenigstens zwei eine Barriere bildenden Schichten angeordnet sind. Diese Schichten schützen die Bauelemente gegen den Einfluss von Licht und/oder Luft und/oder Flüssigkeiten ab. Auf einer der beiden Schichten sind elektrische Kontakte angeordnet. Sie dienen zum späteren Verbinden der elektronischen Schaltung mit einer Antenne eines RFID-Tags. Die Kontakte können nach Art eines Aufklebers mit den frei liegenden Kontakten auf der Antenne des RFID-Tags befestigt werden.

Aus der EP 1 143 378 A1 ist ein Verfahren zum Befestigen eines RFID-Chips an den Anschlußfeldern einer Antenne bekannt, bei dem ein Klebstoff auf die Anschlußfelder aufgebracht wird, anschließend die Kontakte des RFID-Chips zu den Anschlußfeldern ausgerichtet und der Klebstoff ausgehärtet wird, um die elektrische Verbindung zwischen den Kontakten und den Anschlußfeldern herzustellen. Während der Trocknens wird vorzugsweise Druck auf die Kontakte ausgeübt.

Ferner ist aus der US 6,451,151 B1 ein Verfahren zur Herstellung von RFID-Labels bekannt, bei dem eine erste Folienbahn mit RFID-Einlagen von einer zweiten Folienbahn abgedeckt wird, um eine Verbundfolie herzustellen. Die RFID-Einlage umfaßt einen Chip und eine Antenne. Die beiden laminierten Folienbahnen werden mittels eines Schneidwerkzeugs in RFID-Labels unterteilt, auf deren Unterseite sich Klebstoff befindet. Um beim Laminieren der beiden Folienbahnen eine Beschädigung des Chips zu verhindern, weist eine der Laminierwalzen mittig einen umlaufende Nut auf, die die RFID-Einlagen aufnimmt.

Ausgehend von den derzeitigen Bemühungen zur Kostenreduktion bei der Herstellung von RFID-Tags liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, die es erlauben, die elektronischen Bauelemente, insbesondere die Chips beschleunigt auf dem richtigen Platz an der Antenne zu justieren und mit der Antenne zu verbinden und zugleich die Herstellung der Antenne zu vereinfachen. Hierdurch soll eine preiswerte und massenhafte Herstellung von RFID-Tags ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung nach den Ansprüchen 14 und 16: Die Lösung der Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, dass für ein preiswertes und massenhaftes Herstellungsverfahren die beim Einsatz von Robotern auftretende Passerproblematik beim Kontaktieren der Chips mit den Antennenstrukturen vermieden werden muss.

Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass

  • – auf einem Substrat eine elektrisch isolierende prägbare Prägeschicht sowie eine darüber angeordnete, elektrisch leitfähige Schicht mit mindestens einer nicht leitfähigen Unterbrechung aufgebracht wird,
  • – in einem Prägeschritt mittels eines Prägewerkzeuges die leitfähige Schicht abschnittsweise abgeschert und in die Prägeschicht gedrückt wird, wobei die leitfähige Schicht in voneinander elektrisch getrennte Abschnitte geteilt wird und
  • – die Kontakte jedes elektronischen Bauelementes derart mittels des Prägewerkzeugs während des Prägeschritts auf der leitfähigen Schicht positioniert werden, dass die Kontakte mit durch mindestens eine nicht leitfähige Unterbrechung elektrisch voneinander getrennten Bereichen eines Abschnitts der leitfähigen Schicht kontaktieren.

In einem ersten Schritt des Verfahrens nach Anspruch 1 muss auf dem Substrat, beispielsweise einer Folien- oder Papierbahn eine Prägeschicht, das heißt eine plastisch verformbare Schicht, aufgebracht werden. Auf der Prägeschicht wird die elektrisch leitfähige Schicht, allerdings nicht wie bei den herkömmlichen Herstellungsverfahren bereits in Form der Antenne, sondern vollflächig aufgebracht. Die leitfähige Schicht besteht beispielsweise aus Gold, Silber, Aluminium oder leitfähigen Polymeren. Dieses Ausgangssubstrat kann in einem kontinuierlichen Prozess, bei dem das bahnförmige Substrat von Rolle zu Rolle läuft, hergestellt werden, jedoch auch als vorgefertigtes Ausgangssubstrat den weiteren Verfahrensschritten zugeführt werden.

Erst in dem nachfolgenden Prägeschritt wird die Antennenstruktur des RFID-Tags gebildet. Die Abscherkante der leitfähigen Schicht kreuzt die nicht leitfähige Unterbrechung, so dass die durch den Prägeschritt elektrisch getrennten Abschnitte jeweils in zwei leitfähige Bereiche unterteilt sind.

Das elektronische Bauelement, nämlich der Chip des RFID-Tags, wird mittels des Prägewerkzeugs während des Prägeschritts positioniert und aufgesetzt. Hierdurch werden die bei bekannten Verfahren mittels Robotern auftretenden Passerprobleme vermieden.

Zur Erhöhung des Ausstoßes des Verfahrens wird zumindest der Prägeschritt an einem bewegten Substrat, insbesondere an einer von Rolle zu Rolle geführten Substratbahn oder einem einzelnen Bogen durchgeführt. Durch diese Maßnahme lässt sich das Verfahren vorteilhaft in Rotationsdruckprozesse und Bogenoffsetprozesse einbinden. Der Prägeschritt wird an bewegten Substraten vorteilhaft mit einem rotierenden Prägewerkzeug durchgeführt. Alternativ kann der Prägeschritt an einer bewegten Substratbahn jedoch auch mit einem flächigen Prägestempel als Prägewerkzeug durchgeführt werden, wenn der Prägestempel während des Prägeschritts in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit wie die Substratbahn bewegt wird.

Selbstverständlich lässt sich das Verfahren jedoch auch an einem ruhenden Substrat durchführen. Der Prägeschritt wird dann vorzugsweise mit einem flächigen Prägestempel als Prägewerkzeug durchgeführt, der gleichzeitig mit einem Stempelvorgang eine Vielzahl von RFID-Tags erzeugt. Zu diesem Zweck weist der dem Substrat zugewandte Prägestempel mehrere über die Stempelfläche hinausragende Prägeformen auf, die die leitfähige Schicht in elektrisch voneinander getrennte Abschnitte unterteilt. Dabei kann jeder Abschnitt der leitfähigen Schicht als Antennenstruktur eines RFID-Tags dienen. Die den Abschnitt kreuzende, nicht leitfähige Unterbrechung ist derjenige Bereich, in dem der Chip von dem Prägewerkzeug aufgesetzt wird. Die Kontakte des Chips werden dabei so positioniert, dass diese auf durch die Unterbrechung elektrisch voneinander getrennten Bereichen eines Abschnitts der leitfähigen Schicht aufliegen, wobei dies sowohl ein eingeprägter als auch ein erhabener, das heißt ein nicht eingeprägter Abschnitt der leitfähigen Schicht sein kann.

Zur Herstellung von RFID-Tags auf bewegten Substratbahnen ist es besonders vorteilhaft, wenn die elektrisch leitfähige Schicht auf dem Substrat mit mindestens einer nicht leitfähigen linienförmigen Unterbrechung aufgebracht wird. Die linienförmige Unterbrechung verläuft dabei in Bewegungsrichtung der Substratbahn. Längs der Unterbrechung werden die aufzusetzenden Chips positioniert und mit ihren Kontakten mit den elektrisch voneinander getrennten Bereichen eines Abschnitts der leitfähigen Schicht in Berührung gebracht. Die linienförmige Unterbrechung erlaubt auch das Aufsetzen von Chips mit mehr als zwei Kontakten, ohne dass diese untereinander kurzgeschlossen werden. Längs der Unterbrechung sind die einzelnen Abschnitte der leitfähigen Schicht durch das Prägen elektrisch voneinander getrennt, so dass die darauf aufsetzenden Kontakte des Chips nicht kurzgeschlossen werden. Quer zu der linienförmigen Unterbrechung sorgt diese selbst innerhalb eines Abschnitts für die erforderliche elektrische Trennung der Kontakte. Aus diesen Erläuterungen folgt, dass der Kontraktabstand der Chips größer oder gleich der Breite der linienförmigen Unterbrechung sein muss.

Die Lagefixierung der von dem Prägewerkzeug positionierten Chips erfolgt einerseits durch ein geringfügiges Eindringen der Kontakte in die leitfähige Schicht, jedoch vorzugsweise zusätzlich durch einen Klebstoff, der zumindest im Bereich der nicht leitfähigen Unterbrechung vor dem Positionieren des Chips, vorzugsweise schon auf dem vorgefertigten Substrat aufgebracht wird.

Um den RFID-Tag vor mechanischen, chemischen und elektrischen Einflüssen zu schützen, wird in einer Ausgestaltung der Erfindung nach dem Prägeschritt zumindest auf die erhabenen Abschnitte der leitfähigen Schicht ein Schutzlack aufgebracht. Der Schutzlack wird insbesondere als Dickfilm aufgetragen und läuft vorzugsweise auch in die Vertiefungen der Prägestruktur hinein. Der Schutzlack wird vorzugsweise von der Oberseite des Substrats mittels elektromagnetischer Bestrahlung getrocknet. Der Klebstoff wird vorzugsweise von der Unterseite des Substrats mittels elektromagnetischer Bestrahlung im sogenannten Durchlichtverfahren getrocknet, wobei dann Substrate und Beschichtungen eingesetzt werden sollten die eine Transparenz für die verwendeten Strahlungsbereiche aufweisen. Aufgrund der kurzen Härtungszeiten bieten sich UV-härtende Schutzlacke an, die mittels eines oberhalb der durchlaufenden Substratbahn angeordneten UV-Strahlers getrocknet werden. Der Schutzlack kann mit verschiedenen herkömmlichen Druckverfahren aufgebracht werden, wie beispielsweise Siebdruck, Offsetdruck, Tiefdruck oder Flexodruck. Es ist jedoch auch möglich, den Schutzlack aufzusprühen oder zu vergießen.

Eine sich vorteilhaft in Druckprozesse integrierende Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 14. Das Magazin für die während des Prägens zuzuführenden elektrischen Chips ist entweder in dem Prägezylinder selbst angeordnet oder ortsfest an dessen äußerem Umfang. Im letztgenannten Fall werden die Chips nacheinander in die über den Umfang des Prägezylinders verteilten Aufnahmen eingelegt. Als Mittel zum Halten und Auswerfen des Chips aus jeder Aufnahme kommen pneumatische, jedoch auch mechanische Lösungen in Betracht. Das Halten des Chips kann beispielsweise mittels Unterdruck erfolgen, während der Auswurf mit Überdruck erfolgt. Mechanisch kann der Chip über einen Klemmvorgang gehalten und über einen Stößel ausgeworfen werden. Das Einlegen der Chips aus einem ortsfesten Magazin kann entweder bei langsamer Rotation des Prägezylinders oder bei intermittierender Bewegung des Prägezylinders in der Stillstandsphase erfolgen.

Kommt zur Durchführung des Verfahrens ein Prägestempel mit dem Merkmal des Anspruchs 13 zum Einsatz, kann dieser ebenfalls ein integriertes oder externes Magazin für die Chips aufweisen.

Unabhängig von der Ausführungsform des Prägewerkzeuges kann die Auswurföffnung jeder Aufnahme für einen Chip in der Oberfläche der Prägeform münden oder in der Stempelfläche bzw. dem Zylindermantel.

Mündet die Auswurföffnung in der Oberfläche der Prägeform, hat dies den Vorteil, dass der Chip in dem eingeprägten Abschnitt der leitfähigen Schicht abgesetzt und bei entsprechender Breite der Vertiefung durch deren Wände abgestützt wird.

Weisen die Chips des RFID-Tags mehr als zwei Kontakte auf ist es empfehlenswert, dass die Auswurföffnung jeder Aufnahme in der Stempelfläche bzw. dem Zylindermantel mündet.

Nachfolgend wird das Verfahren sowie verschiedene Anordnungen zu dessen Durchführung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen

1 Beispiele unterschiedlicher RFID-Tags;

2 eine schematische Darstellung des Verfahrens mit Hilfe eines rotierenden Prägezylinders;

3 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des Prägeschritts;

4 eine vergrößerte Darstellung einer nach dem Verfahren hergestellten Antennenstruktur sowie eines Chips;

5 eine Darstellung einer Ausgestaltung des Prägezylinders nach 4;

6 eine schematische Darstellung des Verfahrens mit Hilfe eines Prägestempels;,

7 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbringens eines Schutzlacks auf die RFID-Tags sowie

8 ein Beispiel eines vorgefertigten, bahnförmigen Substrats.

1 zeigt einen mit dem Verfahren hergestellten Substratbogen 1 mit einer Vielzahl von RFID-Tags 2, die noch nicht vereinzelt sind. Die Vereinzelung der nach dem Verfahren hergestellten RFID-Tags 2 erfolgt auf an sich bekannte Weise z.B. durch stanzen.

Ein vereinzelter RFID-Tag 2 aus dem Substratbogen 1 ist links unten in 1 dargestellt. Der RFID-Tag 2 besteht im wesentlichen aus einem Chip 3, dessen nicht dargestellte Kontakte mit einer Antenne 4 verbunden sind. Darüber ist eine kompliziertere Antennenstruktur 5 eines vereinzelten RFID-Tags 6 dargestellt, der sich ebenfalls bei entsprechender Ausbildung des Prägewerkzeuges mit dem Verfahren herstellen lässt.

Der Aufbau des mit dem Verfahren hergestellten RFID-Tags 2 wird weiter anhand der 2, 3 und 4 erläutert. Zunächst wird auf einem Substrat 7 in Form einer Folienbahn eine elektrisch isolierende, prägbare Prägeschicht 8 vollflächig aufgebracht. Diese Prägeschicht ist plastisch verformbar und besteht vorzugsweise aus thermoplastischen Polymergemischen oder aus einem Gemisch aus Monomeren, Oligomeren, Polymeren, Bindemitteln und Additiven um die gewünschte Prägefestigkeit herzustellen. Vorzugsweise enthält die Prägeschicht Photoinitiatoren die in einem dem Prägen nachfolgendem Prozessschritt mittels elektromagnetischer Bestrahlung aktiviert werden und eine Polymerisation auslösen. Dadurch kann die Prägeschicht nach dem Prägen fixiert werden, da in dem Material eine Kettenbildungs- und Vernetzungsreaktion abläuft. Auch die Beigabe von anorganischen Nanopartikeln in die Prägeschicht wie z.B. SiO2 hat sich als vorteilhaft erwiesen um optimale Prägeeigenschaften wie z.B. Abbildungsgenauigkeit zu erhalten. Auf der Prägeschicht 8 wird anschließend eine elektrisch leitfähige Schicht 9, beispielsweise aus Aluminium aufgebracht. Aus der Aufsicht in 2, 4 ist erkennbar, dass diese leitfähige Schicht 9 nicht vollflächig, sondern mit mindestens einer linienförmigen Unterbrechung 11 aufgebracht wird. Die linienförmige Unterbrechung 11 verläuft in Bewegungsrichtung 49 der Substratbahn 7. Diese linienförmige Unterbrechung 11 dient dazu, die leitfähige Schicht 9 in elektrisch voneinander getrennte Bereiche 12a, 12b (2) zu unterteilen. Diese Aufteilung in unterschiedliche Bereiche 12a, 12b ist erforderlich, um einen Kurzschluss zwischen den Kontakten 13, 14 des Chips 3 zu vermeiden (vgl. 4). Die Breite der linienförmigen Unterbrechungen ist kleiner als der Abstand der Kontakte 13, 14 des Chips 3.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach 2 weist einen ortsfest gelagerten Prägezylinder 16 mit mehreren über den Zylindermantel 17 hinausragenden Prägeformen 18 auf. In der Aufsicht entsprechen die Prägeformen der Antennenstruktur 4, 5 des RFID-Tags 2, 6. Die seitlichen Flächen der Prägeform 18 bestimmen die Eindringtiefe der leitfähigen Schicht 9 in die Prägeschicht 8. Am äußeren Umfang des Prägezylinders ist ein Magazin 19 für die Chips 3 angeordnet. Dieses stationäre Magazin 19 füllt die in dem Zylindermantel 17 angeordneten Aufnahmen 21 während der Rotation auf. Mittels einer Unterdruckleitung 22 werden die Chips 3 aus dem Magazin übernommen und in den Aufnahmen 21 gehalten. In der Drehachse des Prägezylinders 16 befindet sich eine Drehdurchführung 23 für Unter- bzw. Überdruck. Von der Drehdurchführung 23 führt zu jeder Aufnahme 21 eine Druckluftleitung 24 für das Auswerfen des Chips. Durch das Auswerfen des Chips mittels der Druckluft, werden dessen Kontakte 13, 14 an der mit 25 gekennzeichneten Stelle in die leitfähige Schicht gedrückt und mit dieser verbunden.

Die Chips 3 werden aus dem Magazin 19 derart in die Aufnahmen 21 des Prägezylinders 16 eingefüttert, dass deren Kontakte 13, 14 (vgl. 4) in Richtung der Auswurföffnung 26 jeder Aufnahme 21 weisen. Die Auswurföffnungen 26 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel im Zylindermantel 17 angeordnet, können jedoch bei entsprechender Breite der Prägeform 18 auch in deren Oberfläche münden.

Die Prägeformen 18 des Prägezylinders 16 setzen aufgrund der Rotation im Uhrzeigersinn sowie der Bewegung der Substratbahn 7 in Richtung des Pfeils 49 nacheinander auf der leitfähigen Schicht 9 auf, die aufgrund der Höhe der Prägeformen in die darunter liegende Prägeschicht 8 gedrückt und dabei abgeschert wird. Hierdurch entstehen in Bewegungsrichtung 49 der Substratbahn 7 längs der linienförmigen Unterbrechungen 11 hintereinander angeordnete, elektrisch voneinander getrennte Abschnitte 15, die abwechselnd auf einem erhabenen Bereich 27 bzw. in einer Vertiefung 28 der mittels des Prägezylinders 16 hergestellten Struktur angeordnet sind. Da im gezeigten Ausführungsbeispiel die Auswurföffnung 26 des Prägezylinders 16 im Zylindermantel 17 angeordnet sind, werden die Chips 3 an der Auswurfstelle 25 in den erhabenen Bereichen 27 der Prägestruktur abgesetzt. Die in Bewegungsrichtung 49 der Substratbahn benachbart angeordneten Abschnitte der leitfähigen Schicht 9 werden durch den Prägeschritt elektrisch voneinander getrennt.

Zur Verdeutlichung des Prägeschritts wird auf 3 Bezug genommen, die eine einzelne Prägeform 18 des Prägezylinders 16 zeigt, die in das Substrat 7 mit Prägeschicht 8 und elektrisch leitfähiger Schicht 9 eindringt. Die Prägeformen 18 dringt in die Prägeschicht 8 ein und schert dabei die leitfähige Schicht 9 an den Schnittkanten 29 der Prägeform 18 ab. Durch dieses Abscheren wird die leitfähige Schicht 9 in die voneinander elektrisch getrennten Abschnitte 15 geteilt, die längs der Bewegungsrichtung 49 der Substratbahn 7 abwechselnd in den erhabenen Bereichen 27 bzw. den Vertiefungen 28 der Prägestruktur liegen.

Bei dem Positioniervorgang der Chips 3 muss sichergestellt werden, dass die Kontakte 13, 14 des Chips auf elektrisch voneinander getrennten Bereichen 15a, 15b eines Abschnitts 15 der leitfähigen Schicht 9 aufliegen. Dies wird bei Verwendung des Prägezylinders 16 dadurch gewährleistet, dass die Auswurföffnungen 26 der Aufnahmen 21 auf Höhe der Unterbrechungen 11 angeordnet sind. Die Kontakte 13, 14 der ausgeworfenen Chips überspannen die Breite der Unterbrechung 11 und kontaktieren mit den durch die Unterbrechung 11 elektrisch voneinander getrennten Bereichen 15a, 15b eines Abschnitts 15 der leitfähigen Schichten 9 an der Auswurfstelle 25.

Die Unterbrechung 11 ist erforderlich, da bei dem Prägeschritt lediglich eine elektrische Trennung der leitfähigen Schicht 9 stattfindet, die sich als Abstufung im Schichtaufbau mit der Folge des Abrisses der leitfähigen Schicht 9 in der ZY-Ebene und ZX-Ebene bemerkbar macht (vgl. 2). In der Substratfläche selbst, das heißt der XY-Ebene, wird indes von der Prägeform 18 keine Unterbrechung innerhalb eines von der Prägeform 18 hergestellten Abschnitts 15 erzeugt. Um einen Kurzschluss zwischen den Kontakten 13, 14 des Chips 3 zu vermeiden, muss daher im Vorfeld des Prägeschritts die nicht leitfähige Unterbrechung 11 in der leitfähigen Schicht 9 vorgesehen werden.

5 zeigt eine weitere Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, die sich im wesentlichen durch die Anordnung des Magazin 32 für die Chips 3 im Inneren des Prägezylinders 16 unterscheidet. Ein wesentlicher Vorteil der Integration des Magazins 32 in den Prägezylinder 16 besteht darin, dass höhere Rotationsgeschwindigkeiten des Zylinders 16 und damit höhere Prägegeschwindigkeiten möglich werden, da kein Einlegen der Chips 3 aus einem externen Magazin 19 erfolgen muss. Im übrigen wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zu 2 Bezug genommen.

6 zeigt zwei Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens mit einem der leitfähigen Schicht 9 auf der Substratbahn 7 zugewandten Prägestempel 33 in abgesenkter und abgehobener Stellung. Der Prägestempel 33 weist mehrere über die Stempelfläche 34 hinausragende Prägeformen 35 auf. Die Magazine 36 zur Bevorratung der Chips 3 sind in dem linken Ausführungsbeispiel in den Stempel integriert. Die Aufnahmen 37 für die Chips 3, die jeder Prägeform zugeordnet sind, befinden sich im Ausführungsbeispiel in der Stempelfläche 34. Als Mittel zum Halten und Auswerfen der Chips 3 in jeder Aufnahme 37 kommen übereinstimmend wie bei dem Prägezylinder 16 in dem rechts dargestellten Ausführungsbeispiel Pneumatikleitungen 38 zum Einsatz die mittels Unterdruck die Chips nach dem Einlegen fixieren und nach der Positionierung mittels Überdruck ausstoßen.

Der Prägeschritt wird an der ruhenden Substratbahn 7 durchgeführt, da der Prägestempel 33 lediglich in Richtung des Pfeils 39 senkrecht zur Oberfläche der Substratbahn 7 beweglich ist. Für den Prägeschritt ist es daher erforderlich, die Substratbahn anzuhalten und anschließend den Prägestempel 33 aufzusetzen.

Die Verwendung eines Prägestempels 33 bietet sich insbesondere dann an, wenn hochgenaue Prägestrukturen (kleiner 100 nm) erforderlich sind. Außerdem wird eine derartige Anordnung vorteilhaft bei Substraten wie Glas oder Silizium eingesetzt.

7 zeigt eine Anordnung mit der nach dem Prägeschritt und dem Positionieren der Chips 3 auf die erhabenen Abschnitte 15, 27 der leitfähigen Schicht 9 ein Schutzlack 41 aufgebracht wird. Zu diesem Zweck ist in Bewegungsrichtung 49 der Substratbahn 7 hinter dem Prägezylinder 16 eine Druckwalze 42 angeordnet. Am Umfang der Druckwalze 42 ist eine Farbkammer 43 mit einem Rakel angeordnet. In Drehrichtung der Druckwalze 42 bildet sich ausgehend von der Farbkammer ein Dickfilm 44 auf der Druckwalze aus. Der Dickfilm 44 wird auf die erhabenen Abschnitte 15, 27 aufgetragen, läuft jedoch aufgrund seiner Fließeigenschaft auch in die Vertiefungen 28 hinein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kommt ein lösemittelhaltiger UV-härtbarer Schutzlack 41 zum Einsatz. Aufgrund der kurzen Härtungszeiten lässt sich der UV-härtbare Schutzlack 41 mit dem oberhalb der Substratbahn angeordneten UV-Strahler 45a härten. Aus der Aufsicht ist die vollflächige Beschichtung mit dem Schutzlack 41 erkennbar. Mit dem UV-Strahler 45b unterhalb der Prägewalze wird die Prägeschicht nach der Verformung durch den Prägestempel im Durchlichtverfahren vernetzt und ausgehärtet. Dazu werden vorzugsweise UV-transparente Substrate z.B. PC oder PMMA verwendet. Die Prägeschicht enthält photoinitiierbare Substanzen die eine Polymerisations- und Vernetzungsreaktion auslösen. Gleichzeitig kann ein UV-härtbarer Klebstoff, der vor dem Positionieren der Chips in den Unterbrechungen 11 aufgetragen wurde mit der UV-Strahlung im Durchlichtverfahren ausgehärtet werden, wodurch der Chip fixiert wird.

Zweckmäßigerweise wird das zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Substrat 7 vorgefertigt und als auf eine Rolle gewickelte Substratfolie 47 angeliefert. Ein Beispiel einer vorgefertigten Substratfolie 47 zeigt 8. In der Aufsicht ist erkennbar, dass auf der Folie 47 mehrere nicht leitfähige Unterbrechungen 11, 48 in der leitfähigen Schicht 9 aufgebracht sind. Damit erlaubt die in 8 dargestellte Substratfolie 47 die Herstellung unterschiedlicher RFID-Tags mit nur einem Prägewerkzeug. Um unterschiedliche Geometrien der Antennenstruktur in der leitfähigen Schicht 9 auszuprägen, weist das Prägewerkzeug quer zur Bewegungsrichtung 49 unterschiedlich geformte Prägeformen 18, 35 auf. In Bewegungsrichtung 49 wiederholen sich die unterschiedlichen Prägeformen an dem Prägewerkzeug.

Bezugszeichenliste


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags mit einem Kontakte aufweisenden elektronischen Bauelement, dessen Kontakte mit einer elektrisch leitfähigen Schicht verbunden sind, wobei die leitfähige Schicht als Antenne dient, dadurch gekennzeichnet, dass

    – auf einem Substrat (7) eine elektrisch isolierende prägbare Prägeschicht (8) sowie eine darüber angeordnete, elektrisch leitfähige Schicht (9) mit mindestens einer nicht leitfähigen Unterbrechung (11) aufgebracht wird,

    – in einem Prägeschritt mittels eines Prägewerkzeuges (16, 33) die leitfähige Schicht (9) abschnittsweise abgeschert und in die Prägeschicht (8) gedrückt wird, wobei die leitfähige Schicht (9) in voneinander elektrisch getrennte Abschnitte (15) geteilt wird und

    – die Kontakte (13, 14) jedes elektronische Bauelementes (3) derart mittels des Prägewerkzeugs (16, 33) während des Prägeschritts auf der leitfähigen Schicht (9) positioniert werden, dass die Kontakte (13, 14) mit durch mindestens eine nicht leitfähige Unterbrechung (11) elektrisch voneinander getrennten Bereichen (15a, 15b) eines Abschnitts (15) der leitfähigen Schicht (9) kontaktieren.
  2. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt an einem bewegtem Substrat (7, 47) durchgeführt wird.
  3. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt an einem ruhendem Substrat (1) durchgeführt wird.
  4. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt mit einem rotierendem Prägewerkzeug (16) durchgeführt wird.
  5. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt mit einem Prägestempel (33) als Prägewerkzeug durchgeführt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeschritt mit einem Prägestempel (33) als Prägewerkzeug durchgeführt wird und der Prägestempel während des Prägeschritts in gleicher Richtung und mit gleicher Geschwindigkeit wie das Substrat (7, 47) bewegt wird.
  7. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet das die elektrisch leitfähige Schicht (9) auf dem Substrat (17, 47) mit mindestens einer nicht leitfähigen linienförmigen Unterbrechung (11) aufgebracht wird.
  8. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet dass nach dem Prägeschritt zumindest auf die erhabenen Abschnitte (15, 27) der leitfähigen Schicht (9) ein Schutzlack (41) aufgebracht wird.
  9. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich jeder nicht leitfähigen Unterbrechung (11) der leitfähigen Schicht (9) Klebstoff aufgebracht wird.
  10. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff von der Unterseite des Substrats (1, 7, 47) mittels elektromagnetischer Strahlung (45) getrocknet wird.
  11. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzlack (41) von der Oberseite des Substrats (1, 7, 47) mittels elektromagnetischer Strahlung (45) getrocknet wird.
  12. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach einem der Ansprüche Anspruch 1 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägelack (8) während oder unmittelbar nach dem Prägeschritt von der Oberseite des Substrats (1, 7, 47) mittels elektromagnetischer Strahlung (45) vernetzt wird.
  13. Verfahren zur Herstellung von RFID-Tags nach einem der Ansprüche Anspruch 1 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägelack (8) während oder unmittelbar nach dem Prägeschritt von der Unterseite des Substrats (1, 7, 47) mittels elektromagnetischer Strahlung (45) vernetzt wird.
  14. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 mit einem auf dem bewegten Substrat (7, 47) abrollenden, ortsfest gelagerten Prägezylinder (16) mit mehreren über den Zylindermantel hinausragenden Prägeformen (18), mit einem Magazin (19, 32) für die elektrischen Bauelemente (3), einer jeder Prägeform (18) zugeordneten Aufnahme (21) für ein elektrisches Bauelement (3) aus dem Magazin sowie mit Mitteln (22, 23, 24) zum Halten und Auswerfen des Bauelementes (3) aus jeder Aufnahme (21).
  15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (19) am äußeren Umfang des Prägezylinders (16) angeordnet ist, einen Vereinzelungsmechanismus aufweist, der die Bauelemente (3) nacheinander aus dem ortsfesten Magazin (19) in die Aufnahmen (21) einlegt
  16. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6 mit einem der leitfähigen Schicht (9) auf dem Substrat (1) zugewandten Prägestempel (33) mit mehreren über die Stempelfläche hinausragenden Prägeformen (35), mindestens einem Magazin (36) für die elektrischen Bauelemente (3), einer jeder Prägeform (35) zugeordneten Aufnahme (37) für ein elektrisches Bauelement aus jedem Magazin (36) sowie mit Mitteln (38) zum Halten und Auswerfen des Bauelementes aus jeder Aufnahme (37).
  17. Anordnung nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Magazin (32) in dem Prägewerkzeug (16, 33) angeordnet ist, einen Vereinzelungsmechanismus aufweist, der die Bauelemente (3) nacheinander aus dem Magazin in die Aufnahmen (21) fördert.
  18. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswurföffnung (26) jeder Aufnahme (21) in der Oberfläche der Prägeform (18) mündet, die parallel zum Substrat (7, 47) liegt
  19. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswurföffnung (26) jeder Aufnahme (21) in der Stempelfläche (34) bzw. dem Zylindermantel (17) mündet.
Es folgen 8 Blatt Zeichnungen






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