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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.
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RFID
(Radio Frequency Identification) ist ein automatisches Identifikations-
und Datenerfassungssystem mit kontaktloser Datenübermittlung auf Basis der Radiofrequenztechnologie.
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Das
Datenerfassungssystem besteht aus einer Schreib-Leseeinheit, die der Abfrage der Informationen
der RFID-Tags sowie der Speicherung der Informationen im RFID-Tag
dient.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Nachfolgend
wird das Verfahren sowie verschiedene Anordnungen zu dessen Durchführung anhand der
Figuren näher
erläutert.
Es zeigen
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1 Beispiele
unterschiedlicher RFID-Tags;
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2 eine
schematische Darstellung des Verfahrens mit Hilfe eines rotierenden
Prägezylinders;
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3 eine
Prinzipdarstellung zur Erläuterung
des Prägeschritts;
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4 eine
vergrößerte Darstellung
einer nach dem Verfahren hergestellten Antennenstruktur sowie eines
Chips;
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5 eine
Darstellung einer Ausgestaltung des Prägezylinders nach 4;
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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
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8 ein
Beispiel eines vorgefertigten, bahnförmigen Substrats.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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