DE102006001777B4

DE102006001777B4 - Verfahren zum Erzeugen eines Raumgebildes mit einem Transponder

Info

Publication number: DE102006001777B4
Application number: DE102006001777A
Authority: DE
Inventors: Martin Scattergood
Original assignee: SES RFID Solutions GmbH
Current assignee: SES RFID Solutions GmbH
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2008-01-31
Anticipated expiration: 2026-01-13
Also published as: DE102006001777A1

Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Raumgebildes mit einem Transponder, der eine einen Metalldraht (3) umfassende Spule (2) und einen mit der Spule (2) verbundenen Chip (6) aufweist, wobei die radial benachbarte Windungen aufweisende, einlagige Spule (2) zumindest teilweise in einem flächigen thermoplastischen Material (1) des Raumgebildes eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) auf das flächige thermoplastische Material (1) gelegt und durch Strombeaufschlagung so stark erwärmt wird, dass das thermoplastische Material (1) lokal im Bereich der Spule (2) erweicht und die Spule (2) in das flächige thermoplastische Material (1) einsinkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Raumgebildes mit einem Transponder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Transponder mit einem Chip und einer Spule als Antenne ermöglicht einen kontaktlosen Zugriff auf einen den Chip enthaltenden Speicher. In Karten angeordnete Transponder werden beispielsweise im Zusammenhang mit automatisierten Zutrittskontrollen, als Tickets, im Zusammenhang mit sicherheitsrelevanten Informationen als Pässe und Banking Cards, und im Zusammenhang mit der Herkunftskennzeichnung als Smart Labels und Etiketten verwendet.
Aus der DE 10 2004 004 469 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitslagenaufbaues bekannt, bei dem ein thermoplastisches Transpondersubstrat verwendet wird, in das ein Drahtleiter auf der Oberfläche des Transpondersubstrats vermittels eines mit Ultraschall erregten Stempels verlegt wird. Der Drahtleiter wird im Kontaktbereich mit dem Transpondersubstrat unmittelbar nach dem Austritt des Drahtleiters aus einer Drahtleiterverlegeeinrichtung mit Ultraschall beaufschlagt. Der Drahtleiter wird auf dem Transpondersubstrat durch einen Einbettungsvorgang fixiert, bei dem der Drahtumfang zumindest teilweise in der Oberfläche des Transpondersubstrats versenkt wird. Der Drahtleiter wird in einzelnen Windungen durch die Drahtleiterverlegeeinrichtung verlegt.
Nachteilig dabei ist, daß für das Einbetten des Drahtleiters eine mit Ultraschall arbeitende Drahtleiterverlegeeinrichtung verwendet wird, bei der der Drahtleiter in einzelnen Windungen verlegt wird. Das Verfahren ist langsam und teuer.
Ferner ist aus EP 570 784 B1 ein Verfahren zum Herstellen einer Karte mit mindestens einem elektronischen Element bekannt, bei dem zwischen zwei festen Schichten das elektronische Element plaziert und ein Bindemittel zwischen die beiden festen Schichten gebracht wird. Durch Aufbringen eines Druckes auf die beiden äußeren festen Schichten und auf das Bindemittel wird eine feste Zwischenschicht aus dem Bindemittel gebildet, in der sich das elektronische Element befindet.
Nachteilig dabei ist, dass mindestens drei Schichten zur Ausbildung der Karte verwendet werden müssen, was zu einer verhältnismäßig dicken Karte führt. Zudem ist die Positionierung des elektronischen Elements in dem Bindemittel nur über eine zwischen den beiden festen Schichten angeordnete Positionierstruktur möglich, was den Aufwand zur Herstellung erhöht und mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.
Aus DE 37 12 356 A1 ist ein Band aus thermoplastischem Kunststoff zur Abdeckung einer Verbindungsstelle von Rohren aus Kunststoff bekannt. Ein Heizleiter ist im Randbereich des Kunststoffbandes verlegt und in die Oberfläche des Kunststoffbandes eingelassen.
Aus JP 07 164 531 A . PA J ist ein Verbindungsband für Kunststoff bekannt, das einen in diesen eingebetteten leitenden Draht aufweist.
Aus DE 201 00 213 U1 ist eine Spule aus isoliertem Draht für Magnetfeldtherapie bekannt, die zwischen zwei Lagen aus einem elastisch nachgiebigen Material angeordnet und mit diesem verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem ein Raumgebilde mit einem Transponder bei hoher Qualität kostengünstig und dünn ausgebildet herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird ein Raumgebilde mit einem Transponder erzeugt, der eine Spule aus Metalldraht und einen mit der Spule verbundenen Chip umfaßt. Die Spule weist radial benachbarte Windungen auf und ist zumindest teilweise in einem flächigen thermoplastischen Material des Raumgebildes eingebettet. Zum Einbetten der Spule in das thermoplastische Material wird die Spule als Ganzes auf das thermoplastische Material gelegt und mit Strom beaufschlagt, wodurch sich die Spule lokal erwärmt. Durch die lokale Erwärmung sinkt die Spule an den Stellen, an denen die Spule auf dem flächigen thermoplastischen Material aufliegt, in dieses ein. Die auf dem thermoplastischen Material aufliegende Spule ist frei zugänglich und einfach positionierbar. Bei der Strombeaufschlagung kann die Position der Spule beibehalten werden, und die Spule wird durch die Erwärmung und das Einsinken in das thermoplastische Material eingebettet und fixiert. Die Strombeaufschlagung ist einfach und schnell durchführbar. Nach Beendigung der Strombeaufschlagung kühlt der Draht wieder ab und verbleibt in dem thermoplastischen Material fixiert. Durch das Einbetten der Spule in dem thermoplastischen Material wird erreicht, daß die Spule bei dem Raumgebilde weitestgehend nicht haptisch, d.h. durch Fühlen oder Tasten, erkennbar ist. Eine ausschließlich radiale Windungen aufweisende Spule weist im wesentlichen eine Höhe des die Windungen bildenden Metalldrahts auf und kann somit sehr dünn sein.
Als Raumgebilde wird vorzugsweise ein Flächengebilde, insbesondere eine Karte, verwendet, um eine möglichst dünne Ausbildung eines flächigen Gebildes mit einem Transponder zu erreichen. Das Flächengebilde kann auch ein Inlay oder ein Substrat sein.
Für eine einfach zu handhabende Strombeaufschlagung werden die Enden der Spule bevorzugt von der Oberfläche des flächigen thermoplastischen Materials vorstehend weggeführt, so daß an die Enden eine Gleich- oder Wechselspannung anlegbar ist. Der Kontakt mit einer entsprechenden Gleich- oder Wechselspannungsquelle kann über elektrische Leitungen und Klemmen erfolgen. Der Metalldraht wird als Widerstandsheizelement verwendet.
Alternativ kann die Strombeaufschlagung induktiv erfolgen, so dass kein leitender Kontakt zur Spule über Klemmen oder Leitungen zu externen Geräten notwendig ist. Für eine induktive Strombeaufschlagung ist lediglich die Spule kurzzuschließen. Die Spule wird als induktives Element verwendet, dazu werden die Enden für die Zeit während der Strombeaufschlagung beispielsweise über einen kurzen angelöteten oder angeklemmten Draht kurzgeschlossen.
Vorzugsweise wird als thermoplastisches Material Polyvinylchlorid (PVC) verwendet, das kostengünstig und in Form einer Folie herstellbar ist.
Zur Ausbildung eines vorzugsweise dünnen Raumgebildes wird ein thermoplastisches Material mit einer Dicke zwischen 0,2 mm bis 0,4 mm, bevorzugt 0,25 mm bis 0,35 mm, insbesondere bevorzugt 0,28 bis 0,32 mm gewählt.
Bevorzugt wird als Metalldraht ein Kupferdraht verwendet, da dieser eine hohe Leitfähigkeit aufweist und gut handhabbar ist.
Zum Einbetten der Spule in das thermoplastische Material zur Ausbildung eines vorzugsweise dünnen Raumgebildes wird die Dicke des Metalldrahts entsprechend gering gewählt. Dazu kann eine Dicke von weniger als 0,25 mm, vorzugsweise unter 0,1 mm, ferner bevorzugt zwischen 0,02 mm bis 0,08 mm verwendet werden.
Bevorzugt wird zum Bilden der Spule ein beschichteter Metalldraht verwendet, dessen Beschichtung, beispielsweise ein Lack, zumindest teilweise durch ein Lösungsmittel, insbesondere Alkohol, teilweise angelöst wird, wobei die Beschichtungen benachbarter Windungen der Spule zumindest teilweise miteinander in Kontakt gebracht werden und das Lösungsmittel verdampft wird. Dadurch kann eine stabile Spule geschaffen werden mit aneinander haftenden Windungen in einer Ebene.
Vorzugsweise wird der Chip des Transponders in einer Ausnehmung in dem flächigen thermoplastischen Material angeordnet. Es kann ein dünnes Raumgebilde mit einem Transponder kostengünstig hergestellt werden. Die Enden der Spule werden über eine geringe Höhe aufweisende Lötkontake mit dem Chip verbunden.
Vorzugsweise ist eine Planarisierung vorgesehen, bei der das flächige thermoplastische Material, nachdem die Spule eingebettet wurde, flächig mit Druck und Wärme beaufschlagt wird. Bevorzugt wird das flächige thermoplastische Material zwischen zwei beheizten Metallplatten, insbesondere aus Edelstahl, mit Druck beaufschlagt, wobei eine Antihaftbeschichtung der Metallplatten oder eine zwischen dem thermoplastischen Material und den Metallplatten angeordnete Antihaftfolie verwendet wird. Durch die Antihaftbeschichtung oder die Antihaftfolie kann verhindert werden, daß Material an den erwärmten Metallplatten anhaftet. Bevorzugt kann die Schutzfolie eine PET(Polyethylenterephthalat)-Folie, ein Siliconpapier oder ein Transferpapier sein.
Zum Schutz des in dem thermoplastischen Material eingebetteten Transponders kann vorzugsweise eine Decklage auf die Seite, von der die Spule in das thermoplastische Material eingebettet wurde, des thermoplastischen Materials laminiert werden. Durch Aufbringen der Decklage kann die Seite, von der die Spule eingebettet wurde, planarisiert werden. Beim Verwenden eines gut bedruckbaren Materials für die Decklage kann ein Raumgebilde mit einem entsprechenden Aufdruck erreicht werden. Als Material für die Decklage ist vorzugsweise Teslin^®, PVC, PET oder dergleichen verwendbar. Vorzugsweise weist eine Decklage eine Dicke zwischen 0,15 mm und 0,25 mm, ferner vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,17 mm und 0,23 mm, insbesondere bevorzugt eine Dicke zwischen 0,18 mm und 0,20 mm auf.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt eine auf einem flächigen thermoplastischen Material aufliegende Spule von oben;
2 zeigt in Vergrößerung einen Teilschnitt von 1 in Seitenansicht;
3 zeigt in Vergrößerung einen Teilschnitt von 1 nach einem Einsinken der Spule;
4 zeigt eine in dem flächigen thermoplastischen Material eingesunkene Spule mit einem an ihren Enden angeschlossenen Chip von oben;
5 zeigt einen ausgestanzten Träger für ein Verfahren zum Wickeln einer Spule für den Transponder;
6 zeigt einen um den Träger aus 5 gewickelten isolierten Metalldraht.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein thermoplastisches Material 1, das flächig ausgestaltet ist. Auf das thermoplastische Material 1 ist eine Spule 2 aufgelegt. Die Spule 2 umfaßt einen in Windungen, insbesondere 5 bis 8 Windungen, gewickelten Metalldraht 3. Die Windungen der Spule 2 sind radial benachbart. Die Spule 2 weist zwei Enden 4, 5 auf. Die Enden 4, 5 ragen aus der Ebene der Spule 2 heraus und weisen vom thermoplastischen Material 1 weg. Über die Enden 4, 5 der Spule 2 ist die Spule 2 kontaktierbar.
Die auf dem thermoplastischen Material 1 aufgelegte Spule 2 (siehe 2) wird mit Strom beaufschlagt, so dass sich die Spule 2 aufgrund ihres elektrischen Widerstands erwärmt. Die lokale Erwärmung der Spule 2 über den in der Spule 2 fließenden Strom führt zu einem Erweichen des thermoplastischen Materials 1 und einem Einsinken der Spule 2 in das Material 1 aufgrund des Eigengewichts der Spule 2. Es kann auch vorgesehen sein, dass die erwärmte Spule 2 mit Druck, beispielsweise über einen Stempel, beaufschlagt wird, um eine zusätzliche Kraft in Richtung des erweichten thermoplastischen Materials 1 auszuüben, die das Einsinken der Spule 2 unterstützt. Insbesondere kann der Stempel an die Form der Spule 2 angepasst sein, so dass nur die Wicklungen der Spule 2 mit Druck beaufschlagt werden.
Durch die Strombeaufschlagung kann die Spule 2 auf vorzugsweise 80 °C bis 120 °C für wenige Sekunden erwärmt werden. Eine solche kurze Strombeaufschlagung reicht aufgrund der lokalen Erwärmung aus, das thermoplastische Material 1 zu erweichen und die Spule 2 einsinken zu lassen. Die mit der Spule 2 während der Strombeaufschlagung maximal erreichte Temperatur kann gerade so gewählt werden, dass das thermoplastische Material 1 erweicht, aber keine Temperatur erreicht wird, die zu einem Durchbrennen des Metalldrahts 3 führt. Als thermoplastisches Material 1 kann beispielsweise Polyvinylchlorid verwendet werden, das bei etwa 80 °C erweicht.
Die Strombeaufschlagung der Spule 2 kann dadurch ausgeführt werden, dass die Enden 4, 5 der Spule an eine Gleichspannungsquelle oder eine Wechselspannungsquelle angeschlossen bzw. angeklemmt werden. Alternativ können die Enden 4, 5 der Spule 2 für die Zeit der Strombeaufschlagung kurzgeschlossen und die Strombeaufschlagung induktiv ausgeführt werden.
Um flache Raumgebilde, insbesondere Karten, herzustellen, kann das flächige thermoplastische Material 1 eine Dicke zwischen 0,2 mm bis 0,4 mm aufweisen.
Der Metalldraht 3 kann einen Kupferdraht umfassen, dessen Dicke an die Dicke des thermoplastischen Materials 1 angepasst ist, so dass es dünner als dieses ist, um in dem thermoplastischen Material 1 zumindest teilweise, vorzugsweise ganz, eingebettet zu sein. Der Metalldraht 3 kann eine Dicke von weniger als 0,25 mm aufweisen, ferner bevorzugt eine Dicke unter 0,1 mm, insbesondere bevorzugt eine Dicke zwischen 0,02 mm bis 0,08 mm.
Zur Ausbildung einer Spule 2 kann als Metalldraht 3 ein, insbesondere mit Lack, isolierter Metalldraht 3 verwendet werden. Die Isolierung des Metalldrahts 3 kann beim Wickeln der Windungen zumindest teilweise mit einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht und teilweise angelöst werden. Beim Ausbilden der Windungen kann die Isolierung benachbarter Windungen zumindest teilweise in Kontakt miteinander gebracht werden, wobei der Draht benachbarter Windungen nicht in Kontakt zueinander kommt, und dann das Lösungsmittel verdampft werden. Durch das teilweise Anlösen der Isolierung, haftet die Isolierung der benachbarten Windungen der Spule 2 an den angelösten und wieder erhärteten Isolierungen aneinander, so daß eine flächige einlagige Spule 2 gebildet werden kann, deren benachbarte Windungen mit ihrer Isolierung aneinander ausgebildet sind (siehe 2 und 3). Es kann auch vorgesehen sein, dass die Windungen sich nicht berühren.
Zur Ausbildung eines Transponders wird die Spule 2 mit einem Chip 6 verbunden (4). Der Chip 6 kann in einer Ausnehmung des flächigen thermoplastischen Materials 1 angeordnet sein. Die Enden 4, 5 der Spule 2 können über Lötkontakte 7, 8 mit dem Chip 6 verbunden werden. Der Chip kann Teil einer Flip-Chip-Anordnung sein.
Zum Planarisieren bzw. Egalisieren des flächigen thermoplastischen Materials 1 kann das flächige thermoplastische Material 1 nach dem Einsinken der Spule 2 flächig mit Druck und Wärme beaufschlagt werden. Zweckmäßigerweise wird das flächige thermoplastische Material 1 zwischen zwei beheizten Metallplatten mit Druck beaufschlagt, wobei auf die Seite, auf die die Spule 2 gelegt wurde, eine Schutzfolie zwischen dem flächigen thermoplastischen Material 1 und der entsprechenden Metallplatte angeordnet wird. Als Schutzfolie kann eine PET-Folie, ein Siliconpapier oder ein Transferpapier verwendet werden.
Zum Bilden eines einen Transponder mit Spule 2 und Chip 6 enthaltenden Raumgebildes, kann auf das flächige thermoplastische Material 1 auf der Seite, auf die die Spule 2 gelegt wurde, eine Decklage laminiert werden. Es können auch von beiden Seiten des thermoplastischen Materials 1 Decklagen vorgesehen sein, wobei das flächige thermoplastische Material 1 in dem Raumgebilde sandwichartig angeordnet ist.
Zum Erzeugen einer einlagigen Spule 2 eines Transponders aus einem isolierten Metalldraht 3 kann bevorzugt ein Verfahren verwendet werden, bei dem ein Träger 9 gemäß 5 aus einem eine adhäsive äußere Schicht aufweisenden plattenförmigen Material gestanzt wird. Das plattenförmige Material weist vorzugsweise eine der adhäsiven äußeren Schicht gegenüberliegende Seite auf, die keine adhäsive Wirkung aufweist.
Durch das Stanzen wird die adhäsive äußere Schicht in den Bereich des gestanzten Umfangs um das ausgestanzte Element gebogen und bildet einen Teil des äußeren Umfangs des Trägers 9. Der äußere Umfang des Trägers 9 wirkt daher adhäsiv. Gemäß 5 kann der Träger 9 rechteckförmig mit abgerundeten Ecken sein. Im Bereich der Mitte des Trägers 9 ist ein Loch 10 zur besseren Handhabung ausgebildet, das auch ausgestanzt sein kann. Der äußere Umfang des Trägers kann jede Form aufweisen, insbesondere kann der äußere Umfang des Trägers auch kreisförmig sein.
Der Träger 9 kann in einer Wickelvorrichtung an einer drehbaren Aufnahme, beispielsweise insbesondere durch das Loch 10 und ein entsprechend ausgebildetes in das Loch 10 eingreifendes Fixierelement, fixiert werden. In der Wickelvorrichtung liegt der Träger 9 mit der nicht-adhäsiven Seite an einer Platte an. Um den Träger 9 wird eine erste Windung des Metalldrahts 3 gewickelt, die an dem adhäsiven Umfang des Trägers 9 haftet. Der Metalldraht 3 liegt um den Umfang des Trägers 9 und an der Platte der Wickelvorrichtung an. Durch die adhäsive Wirkung kann der Metalldraht 3 am Umfang des Trägers 9 stabilisiert werden. Mit der Wickelvorrichtung werden nach Ausbildung der ersten Windung weitere vier bis sieben Windungen um den Träger 9 gewickelt. Die Windungen liegen an der Platte der Wickelvorrichtung an. Beim Wickeln der weiteren Windungen des isolierten Metalldrahts 3 wird ein Lösungsmittel zum Anlösen der Isolierung des Metalldrahts 3 verwendet, das Lösungsmittel tropft auf den zu wickelnden isolierten Metalldraht 3. Das Lösungsmittel, vorzugsweise Alkohol, löst die Isolierung des Metalldrahts 3 so an, daß eine adhäsive Wirkung zwischen den benachbarten, angelösten, sich berührenden Isolierungen entsteht. Wenn das Lösungsmittel nach Ausbildung von beispielsweise fünf bis acht Windungen verdampft wird, erhärtet die Isolierung des Metalldrahts 3 wieder, und es liegt eine Verbindung von benachbarten Isolierungen vor. Die gewickelte Spule 2 kann aus der Wickelvorrichtung entnommen werden.
Die Spule 2 ist mit dem Träger 9 gemäß 6 transportierbar. Der Träger 9 mit der Spule 2 kann insbesondere auf das thermoplastische Material 1 mit der nicht-adhäsiven Seite des Trägers 9 gelegt werden. Wenn die Spule 2 auf dem thermoplastischen Material 1 festgehalten wird, kann der Träger 9 entfernt werden und die Spule 2 verbleibt alleine auf dem thermoplastischen Material 1.

Claims

Verfahren zum Erzeugen eines Raumgebildes mit einem Transponder, der eine einen Metalldraht (3) umfassende Spule (2) und einen mit der Spule (2) verbundenen Chip (6) aufweist, wobei die radial benachbarte Windungen aufweisende, einlagige Spule (2) zumindest teilweise in einem flächigen thermoplastischen Material (1) des Raumgebildes eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) auf das flächige thermoplastische Material (1) gelegt und durch Strombeaufschlagung so stark erwärmt wird, dass das thermoplastische Material (1) lokal im Bereich der Spule (2) erweicht und die Spule (2) in das flächige thermoplastische Material (1) einsinkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Raumgebilde ein flächiges Gebilde verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als flächiges Gebilde eine Karte verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsinken der Spule (2) durch Druck unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) bei der Strombeaufschlagung als Widerstandsheizelement verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) bei der Strombeaufschlagung als induktives Element verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als flächiges thermoplastisches Material (1) ein Polyvinylchlorid verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für das flächige thermoplastische Material (1) eine Dicke zwischen 0,2 mm bis 0,4 mm, insbesondere 0,3 mm verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalldraht (3) ein isolierter Metalldraht verwendet wird, dessen Isolierung zumindest teilweise mit einem Lösungsmittel in Kontakt gebracht und teilweise angelöst wird, wobei beim Ausbilden der Windungen die Isolierung benachbarter Windungen zumindest teilweise in Kontakt miteinander gebracht wird, und das Lösungsmittel verdampft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Chip (6) in einer Ausnehmung des flächigen thermoplastischen Materials (1) angebracht wird und die Enden (4, 5) der Spule (2) über Lötkontakte (7, 8) mit dem Chip (2) verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige thermoplastische Material (1) nach dem Einsinken der Spule (2) durch flächige Druck- und Wärmebeaufschlagung planarisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf das flächige thermoplastische Material (1) zumindest auf der Seite, auf die die (2) Spule gelegt wurde, eine Decklage laminiert wird.