DE102007014700A1

DE102007014700A1 - Verfahren zum Herstellen einer leitenden Antenne

Info

Publication number: DE102007014700A1
Application number: DE200710014700
Authority: DE
Inventors: Yung-Shun Chen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-02

Abstract

Leitende Antennenanordnung sowie Verfahren zum Herstellen derselben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Kunststofffoliensubstrats (2); b) Bedrucken des Kunststofffoliensubstrats (2) mit einer wässrigen Druckfarbe (3) so, dass die wässrige Druckfarbe (3) ein gewünschtes Antennenmuster (21) auf dem Kunststofffoliensubstrat (2) bildet; c) Bedampfen des Kunststofffoliensubstrats (2) so, dass eine leitende Schicht (4) auf dem Kunststofffoliensubstrat (2) entsteht; d) Abwaschen des Kunststofffoliensubstrats (2) so, dass die wässrige Druckfarbe (3) aus dem Substrat entfernt wird und die leitende Schicht (4) nur auf dem bedruckten Antennenmuster (21) liegt. So besteht die nach dem oben genannten Verfahren hergestellte Antenne aus: einer als Substrat verwendeten Kunststofffolie und einer Antenne. Das Substrat ist aus Polyester wie PET hergestellt und die Antenne aus stromleitendem Material. Die Antenne ist mit der Oberfläche des Substrats verbunden und besitzt die vorgesehene erste Dicke.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer leitenden Antenne, insbesondere ein Verfahren zum Herstellen einer RF-Antenne (Radio Frequency), deren Substrat aus Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt ist.
RFID ist ein System zur Identifikation von Gegenständen über Funk und hat vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Es besitzt folgende Vorteile:

1. Die in den Tags eingespeicherten Daten können erneuert werden: Beim Barcode sind die enthaltenen Daten nach dem Druck nicht mehr zu ändern. Aber die in einem RFID-Tag gespeicherten Daten können jedoch jederzeit ergänzt, geändert bzw. gelöscht werden, und zwar ohne irgendeine Beschränkung auf die Häufigkeit dieser Erneuerung.
2. Die Daten sind viel einfacher zu identifizieren: Beim Barcode muss ein Lesegerät in die Nähe des Barcodes, und zwar ohne irgendeine Abdeckung dazwischen, gehalten werden, damit dieser die Daten abtasten und übermitteln kann. Aber ein RFID-Tag kann schon auf Abruf die Daten senden, wenn er sich innerhalb eines Bereiches befindet, der von der entsprechenden Radiowelle bedeckt ist.
3. Im Vergleich zu dem Barcode kann ein RFID-Tag mehr Information enthalten: Ein 1D-Barcode kann nur 50 Bytes enthalten, während ein 2D-Barcode höchstens 2000 bis 3000 Bytes codieren kann. Aber die größte Speicherkapazität eines RFID-Tags kann doch einige Megabytes betragen.
4. Ein RFID-Tag kann wiederholt gebraucht werden: Die Lebensdauer eines Barcodes bleibt nur so lange, bis die entsprechende Ware ihr Leben beendet. Im Gegensatz zu dem Barcode kann ein RFID-Tag doch wiederholt benutzt werden, weil die im RFID-Tag gespeicherten Daten immer erneuert werden können.
5. Eine Mehrzahl von RFID-Tags kann gleichzeitig gelesen werden: Ein Barcode-Leser kann auf einmal nur einen Barcode lesen, während ein RFID-Lesergerät mehrere RFID-Tags gleichzeitig identifizieren kann.
6. Im Vergleich zu dem Barcode bietet der RFID-Tag eine erhöhte Sicherheit an: Weil das Ablesen eines RFID-Tags durch Passwort geschützt ist, ist es gar nicht so leicht, einen RFID-Tag zu fälschen bzw. zu ändern.

Seit dem 1. Januar 2005 begann Wal-Hart, die größte Handelskette der Welt mit ihren Testmonaten zur offiziellen Einführung der RFID-Tags. Gleich danach hatten Pentagon, Metro (die größte Supermarktkette Deutschlands) und Best Buy (der US-Elektronikhandelsriese) einer nach dem anderen von ihren Zulieferanten verlangt, dass sie die RFID-Technik einführen oder den mit der RFID-Technik zusammenhängenden Test unternehmen. Bis das Jahr 2008 soll der RFID-Markt auf mehr als 3 Milliarden USD Umsatz anwachsen. Bis 2006 werden die RFID-Tags schon einen Umsatz von 2,2 Milliarden USD erreichen.
Das Hauptproblem, dem die RFID-Technik zur Zeit begegnet, ist, dass die Preise für RFID-Tags zu hoch sind. In der 1 ist eine Seitenansicht eines marktüblichen flexiblen kupferkaschierten Laminats (FCCL) dargestellt, das ein Substrat 11 aus Polyimide (PI) aufweist. Auf den beiden Seiten des Substrats wird zuerst Klebstoff 12 aufgetragen und anschließend eine Kupferfolie 13 aufgeklebt. Dann wird das so hergestellte, flexibel kupferkaschierte Laminat (FCCL) durch ein traditionelles, aufwendiges Ätzverfahren so behandelt, dass die Kupferfolien 13 nach dem Ätzverfahren ein entsprechendes Antennenmuster aufweisen. Die hohen Kosten der Rohmaterialien und das komplizierte Herstellungsverfahren führen zu einem höheren Preis pro RFID-Tag. So ist das oben genannte Herstellungsverfahren nicht geeignet für eine schnelle Massenfertigung. Außerdem kann das in der Fertigung erzeugte Abwasser die Umwelt gefährden. Allein die Behandlung des Abwassers kostet eine schöne Menge von Geld. So ist es kaum möglich, die Arbeitskosten, die Effizienz und die Elastizität in der Herstellung gut zu koordinieren. Geleitet von dem Gedanke, die Preise der RFID-Tags zur Markterschließung weiter zu erniedrigen, ist ein neues Herstellungsverfahren entwickelt, das die Arbeitsgänge von Druck, Vakuumaufdampfung und wässriger Reinigung umfasst, um das kostspielige, nach dem traditionellen Ätzverfahren hergestellte, flexible kupferkaschierte Laminat zu ersetzen. Dieses Verfahren wird den Herstellern helfen, eine konkurrenzfähige Stellung zu gewinnen. Es kann nicht nur die Arbeitskosten stark reduzieren, sondern auch dem Bedarf und der Tendenz der Marktentwicklung entsprechen. Es ist auch zu erwarten, dass dieses Verfahren zum Herstellen der RFID-Tags auch seine Anwendung in den anderen relativen Bereichen finden kann.
Durch die Erfindung wird eine leitende Antennenanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben geschaffen, wobei eine Kunststofffolie als das Substrat benutzt und die Antenne darauf durch das Aufdampfverfahren und die wässrige Reinigung hergestellt wird. Das Verfahren soll nicht nur die Herstellungskosten reduzieren und die Effizienz der Fertigung erhöhen, sondern auch der Fertigung eine bessere Anpassungsfähigkeit verleihen.
Außerdem wird durch die Erfindung eine leitende Antennenanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben geschaffen, das eine hohe Kapazität besitzen und für eine automatisierte Massenfertigung geeignet sein soll. Die nach dem Verfahren hergestellten Produkte sollen umweltfreundlich sein und folgende Eigenschaften besitzen: bessere Biegsamkeit, leichteres Gewicht und geringere Abmessungen.
Ferner wird durch die Erfindung eine leitende Antennenanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben geschaffen, wobei die nach diesem Verfahren hergestellten Schaltungen in den Bereichen der RF(Radio Frequency)- und der FPC(Flexible Printed Circuit)-Technik sowie der anderen betreffenden Elektronik gut gebraucht werden können.
Die Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den neben- und untergeordneten Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Seitenansicht eines herkömmlichen, flexiblen kupferkaschierten Laminats;
2A bis 2D die Vorgehensweise zum Herstellen einer leitenden Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht; und
3 eine schematische Darstellung zum Anordnen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Herstellen der erfindungsgemäßen leitenden Antenne.
In den 2A bis 2D ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in schematischen Seitenansichten dargestellt. Wie aus 2A ersichtlich ist eine Kunststofffolie als das Substrat 2 bereitgestellt. Das hier genannte Substrat 2 ist aus einem Polyester, nämlich aus Polyäthylenterephthalat (PET) hergestellt. Seinem Wesen nach ist das Substrat ein Polymer aus Polyäthylenterephthalat und Glykol. Das PET wird deswegen als Substrat verwendet, weil es folgende Eigenschaften besitzt:

1. Haltbarkeit und höhere Durchsichtigkeit: Es besitzt gute Wärmebeständigkeit, gute Isolationsfähigkeit und zugleich auch eine höhere Durchsichtigkeit.
2. Umweltfreundlichkeit: PET ist ein umweltfreundlicher Kunststoff und kann das mit den Gesundheits- und Umweltrisiken verbundene Polyvinylchlorid (PVC) ersetzen.
3. Rückgewinnbarkeit: Das PET ist der best regenerierbare Kunststoff. Aus dem zurückgewonnenen PET können nicht nur die künstlichen Fasern hergestellt werden, es kann auch durch die zweite Verarbeitung zur Herstellung von anderen Kunststoffwaren benutzt werden.
4. Leichteres Gewicht, höhere Schlagfestigkeit und Unzerbrechlichkeit.

Das Substrat 2 besitzt eine zweite Dicke t, die bei 6 m bis 188 m liegt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird eine Tiefdruckform für einen entsprechenden Stromkreis entworfen. Normalerweise gibt es 3 unterschiedliche Methoden, um eine Tiefdruckform anzufertigen:

1. Gravierverfahren: Die Graviertiefe des Druckzylinders liegt bei 30 bis 80 μm. (Druckform verkupfern → Verschleifen → Gravieren → Verchromen → Verschleifen.
2. Ätzverfahren: Die Graviertiefe des Druckzylinders liegt bei 15 bis 80 μm. (Druckform verkupfern → Schutzlack auftragen → Belichtung → Ätzen → wässrige Reinigung → Verchromen → Verschleifen).
3. Laserverfahren: Die Graviertiefe des Druckzylinders liegt bei 15 bis 80 μm. (Druckform verkupfern → Schutzlack auftragen → Laserbehandlung → Ätzen wässrige Reinigung → Verchromen → Verschleifen).

Wie aus 3B ersichtlich ist das Kunststofffoliensubstrat 2 mit der wässrigen Druckfarbe 3 so bedruckt, dass die entworfenen Schaltungen darauf entstehen. Gleichzeitig wird ein vorgegebenes Antennenmuster 21 auf dem Kunststofffoliensubstrat 2 aufgebracht. Die Stellen, wo sich das Antennenmuster 21 befindet, sind vertieft. Die Dicke der wässrigen Druckfarbe 3 liegt ca. bei 1 bis 3 m.
Um die Haftfestigkeit zwischen der wässrigen Druckfarbe 3 und dem Substrat 2 zu erhöhen, ist ein Vorbehandlungsmittel [Primer] in dem Ausführungsbeispiel auf dem Substat 2 aufgetragen, bevor das Substrat mit der wässrigen Druckfarbe bedruckt wird. Um die Anhaftung einer leitenden Schicht 4 an dem Substrat 2 in dem nachfolgenden Arbeitsgang dieses Verfahrens gleichzeitig zu verstärken, kann das oben genannte Vorbehandlungsmittel [Primer] auch erst dann auf dem Antennenmuster 21 und der wässrigen Farbe 3 aufgetragen werden, nachdem das Substrat mit der wässrigen Farbe 3 bedruckt wird. Weil die wässrige Druckfarbe 3 die Flüssigkeit enthält, so muss das Substrat 2 getrocknet werden, um die wässrige Druckfarbe 3 und die flüssigen Bestandteile von Lösungsmittel von dem Substrat 2 zu entfernen. Nach der Trocknung wird das Substrat 2 aufgerollt.
Wie 2C zeigt, wird das Substrat 2 aufgedampft, damit eine leitende Schicht 4 auf dem Antennenmuster 21 und auf der wässrigen Druckfarbe 3 entsteht. Die leitende Schicht 4 ist aus Kupfer bzw. aus Aluminium hergestellt. Bevor die leitende Schicht 4 aufgebracht wird, wird das Substrat 2 in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zuerst einer Coronabehandlung unterzogen, um das Antennenmuster 21 und die Oberfläche der wässrigen Druckfarbe 3 zu polarisieren. Die sogenannte Coronabehandlung ist ein Verfahren, das die Haftfähigkeit der bedruckten Fläche durch einen "elektrischen Schlag" erhöht. Die Coronabehandlung wird durch Hochspannung und Hochfrequenz erfolgen. Der elektrische Schlag entsteht zwischen der Erdung und der Elektrizität führenden Luftdüse. Bis die Spannung 3000 bis 5000 Volt/qmm erreicht, gibt es zwischen ihnen keinen Stromfluss. Danach werden die für einen elektrischen Schlag benötigten Moleküle aus der Luftdüse ausgespritzt. Die vagabundierenden Elektronen werden beschleunigt und stoßen mit voller Energie den positiven Pol. Unter Coronabehandlung ist die Auswirkung zu verstehen, die durch diese ausgespritzten, hohe Energie enthaltenden Ionen verursacht ist. Durch den elektrischen Schlag dringen die Ionen in die Oberfläche der bedruckten Körper ein und zerstören ihren molekularen Aufbau, so dass die Moleküle auf der behandelten Oberfläche oxidiert und polarisiert werden. Weil die bedruckte Oberfläche durch den Ionenanprall zerfrisst wird, wird die Haftfähigkeit der bedruckten Oberfläche erhöht.
Zum Schluss wird das Substrat 2 durch eine wässrige Reinigung behandelt, wie es in der 2D dargestellt ist, damit die wässrige Druckfarbe 3 von dem Substrat 2 entfernt wird. Nach dieser Behandlung bleibt nur die leitende Schicht 4 mit einer vorgesehenen ersten Dicke t1 auf dem Antennenmuster 21. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel soll die erste Dicke t1 höher als 0,1 m sein. Das Substrat 2 wird dann in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung getrocknet, um die wässrigen Bestandteile der leitenden Schicht 4 und von Lösungsmittel auf dem Substrat zu entfernen. Zum Schluss wird das Substrat aufgerollt.
In 2D ist eine nach dem oben genannten Verfahren hergestellte Antenne dargestellt. Sie besteht aus: einem Substrat 2 und einer Antenne 5. Das Substrat 2 ist aus PET, wobei die zweite Dicke im Bereich von 6 m bis 188 m liegt. Die Antenne 5 ist die leitende Schicht 4 auf dem Antennenmuster 21 gemeint, sie ist aus einem leitenden Material hergestellt. Die Antenne 5 ist mit der Oberfläche des Substrats verbunden und weist eine erste Dicke größer als 0,1 m auf.
In 3 ist eine schematische Darstellung zum Anordnen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Herstellen der erfindungsgemäßen leitenden Antenne gezeigt. Die Vorrichtung 6 zum Herstellen einer Antenne besteht aus einer Tiefdruckmaschine 61, einer Aufdampfanlage 62 und einer Reinigungsmaschine 63. Die Aufgabe der Tiefdruckmaschine 61 ist, das Substrat 71 zu bedrucken, damit es zu einem bedruckten Substrat 72 wird. Nach dem Druck mit der wässrigen Druckfarbe entsteht ein nicht näher dargestelltes Antennenmuster auf dem Substrat 71. Das bedruckte Substrat 72 wird dann zu der Aufdampfanlage 62 geführt, mit der sich eine nicht näher dargestellte, leitende Schicht auf der Oberfläche des bedruckten Substrats 72 aufdampfen lässt. Die Reinigungsmaschine 63 wäscht das bedruckte Substrat 72, damit es zu einem gewaschenen Substrat 73 wird. Auf dem gewaschenen Substrat 73 ist die leitende Schicht auf der bedruckten, wässrigen Druckfarbe schon abgewaschen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 6 ferner zwei zusätzlichen Trocknungsanlagen 64 und 65. Die erste Trocknungsanlage 64 befindet sich zwischen der Tiefdruckmaschine 61 und Aufdampfanlage 62, um die flüssigen Bestandteile von Lösungsmittel auf dem bedruckten Substrats 72 zu entfernen. Die zweite Trocknungsanlage 65 wird hinter der Reinigungsanlage 63 angeordnet. Ihre Aufgabe ist, die flüssigen Bestandteile von Lösungsmittel von dem gewaschenen Substrat 73 zu entfernen.
Obwohl die Erfindung in Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde, welches derzeit als praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Im Gegenteil sollen verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abgedeckt werden, die sich im Umfang der beigefügten Ansprüche befinden, der mit der breitesten Interpretation übereinstimmt, um alle derartigen Modifikationen und ähnliche Anordnung zu umfassen.

11: Substrat aus Polyimid
12: Klebstoff
13: Kupferfolie
2: Kunststofffoliensubstrat
21: Antennenmuster
3: wässrige Druckfarbe
4: leitende Schicht
5: leitende Antenne
6: Vorrichtung zum Herstellen einer leitenden Antenne
61: Tiefdruckmaschine
62: Aufdampfanlage
63: Reinigungsmaschine
64: erste Trocknungsanlage
65: zweite Trocknungsanlage
71: Kunststofffoliensubstrat
72: bedrucktes Substrat
73: gewaschenes Substrat
t: zweite Dicke
t1: erste Dicke

Claims

Verfahren zum Herstellen einer leitenden Antenne, aufweisend: a) Bereitstellen eines Kunststofffoliensubstrats (2); b) Bedrucken des Kunststofffoliensubstrats (2) mit einer wässrigen Druckfarbe (3) so, dass die wässrige Druckfarbe (3) ein gewünschtes Antennenmuster (21) auf dem Kunststofffoliensubstrat (2) bildet; c) Bedampfen des Kunststofffoliensubstrats (2) so, dass eine leitende Schicht (4) auf dem Kunststofffoliensubstrat (2) entsteht; d) Abwaschen des Kunststofffoliensubstrats (2) so, dass die wässrige Druckfarbe (3) aus dem Substrat entfernt wird und die leitende Schicht (4) nur auf dem bedruckten Antennenmuster (21) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach dem Schritt a) ferner einer Tiefdruckformherstellung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach dem Schritt b) ferner einer Trocknung unterzogen wird, um die wässrige Druckfarbe (3) und die flüssigen Bestandteile von Lösungsmittel von dem Substrat (2) so zu entfernen, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach der Trocknung aufgerollt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach dem Schritt b) ferner einer Coronabehandlung unterzogen wird, um das Antennenmuster (21) und die Oberfläche der wässrigen Druckfarbe (3) zu polarisieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach dem Schritt d) ferner einer Trocknung unterzogen wird, um die wässrige Druckfarbe (3) und die flüssigen Bestandteile von Lösungsmittel von dem Substrat (2) so zu entfernen, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) nach der Trocknung aufgerollt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht (4) im Schritt c) aus Kupfer hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht (4) im Schritt c) aus Aluminium hergestellt ist.
Leitende Antennenanordnung, aufweisend: ein Kunststofffoliensubstrat (2), das aus Polyester wie Polyethylenterephthalat (PET) hergestellt ist; und eine leitende Antenne (5), die aus leitfähigem Material herstellbar und an der Oberfläche des Kunststofffoliensubstrats (2) anbringbar ist, wobei die leitende Antenne (5) eine erste Dicke (t1) aufweist.
Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (2) eine zweite Dicke (t) aufweist, die im Bereich von 6 m bis 188 m liegt.
Antennenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Dicke (t1) des Kunststofffoliensubstrats (2) bei mehr als 0,1 μm liegt.
Vorrichtung zum Herstellen einer leitenden Antenne, aufweisend: eine Tiefdruckmaschine (61), die dafür sorgt, ein Kunststofffoliensubstrat (71) so zu bedrucken, dass es zu einem bedruckten Substrat (72) wird, wobei ein gewisses Antennenmuster auf dem bedruckten Substrat (72) entsteht, nachdem das Kunststofffoliensubstrat (71) mit einer wässrigen Druckfarbe (3) bedruckt wird; eine Aufdampfanlage (62), die das bedruckte Substrat (72) aufnimmt und mit der sich eine leitende Schicht (4) auf der Oberfläche des bedruckten Substrats (72) aufdampfen lässt; und eine Reinigungsmaschine (63), die das durch das Aufdampfverfahren mit der leitenden Schicht (4) überzogene, bedruckte Substrat (72) aufnimmt und mit der sich das bedruckte Substrat (72) zu einem gewaschenen Substrat (73) verarbeiten lässt, indem die wässrige Druckfarbe (3) auf dem bedruckten Substrat (72) sowie die auf der wässrigen Druckfarbe (3) aufgebrachte, leitende Schicht (4) entfernt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11 ferner mit wenigstens einer ersten Trocknungsanlage (64), die das bedruckte Substrat (72) aufnimmt und mit der sich flüssige Bestandteile von Lösungsmittel auf dem bedruckten Substrat (72) entfernen lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11 ferner mit wenigstens einer zweiten Trocknungsanlage (65), die das gewaschene Substrat (73) aufnimmt und mit der sich flüssige Bestandteile von Lösungsmittel auf dem gewaschenen Substrat (73) entfernen lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (71) aus Polyester wie PET hergestellt ist.
Antennenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (71) eine zweite Dicke (t) aufweist, die im Bereich von 6 m bis 188 m liegt.
Antennenanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststofffoliensubstrat (71) eine erste Dicke (t1) aufweist, die bei mehr als 0,1 m liegt.