DE102008021231A1

DE102008021231A1 - Transponder zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere RFID-Transponder

Info

Publication number: DE102008021231A1
Application number: DE200810021231
Authority: DE
Inventors: Stefanie Zitterbart; Thomas FLÖCK
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transponder (1) zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere RFID-Transponder zur Verwendung in RFID-Produkten (2), wie kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen, wobei der Transponder (1) eine Anzahl von Funktionsstrukturen (3), insbesondere Leiterbahnstrukturen und/oder Halbleiterbauelemente sowie ein Substrat (4) zum Tragen der Funktionsstrukturen (3) aufweist. Um ein Abbilden einer Funktionsstruktur an der Oberfläche eines mehrlagigen Produktes zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß das Substrat (4) mindestens eine Aufnahme (5) aufweist und die Funktionsstrukturen (3) in der Aufnahme (5) oder den Aufnahmen (5) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transponder zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere RFID-Transponder zur Verwendung in RFID-Produkten, wie kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen, wobei der Transponder eine Anzahl von Funktionsstrukturen, insbesondere Leiterbahnstrukturen und/oder Halbleiterbauelemente, sowie ein Substrat zum Tragen der Funktionsstrukturen aufweist. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Transponders. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere RFID-Produkt, das aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Einzellagen aufgebaut ist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen mehrlagigen Vorrichtung.
Bei der Herstellung von kontaktlosen, mehrlagigen Chipkarten 2 müssen Funktionsstrukturen, wie beispielsweise Leiterbahnstrukturen 3 zur Ausbildung von Spulen und Spulenanschlüssen, in den Kartenkörper eingebettet werden. Hierfür werden beispielsweise Leiterbahnstrukturen 3 zwischen dem sie tragenden Substrat 4 und einer oder mehreren darüberliegenden Kartenschichten einlaminiert. Im Vorfeld werden die Leiterbahnen 3 auf dem Substrat 4 befestigt, beispielsweise mit Hilfe einer der bekannten Drahtverlegetechniken, vgl. 1. Die sich ergebende Oberfläche 15 ist uneben. Eine derart hergestellte Karte 2 weist zwischen dem Substrat 4 und der kartenvorderseitigen Deckschicht 11 mehrere Ausgleichsschichten 12 auf, vgl. 2. Rückseitig ist das Substrat 4 ebenfalls mit einer Deckschicht 11 versehen. Die Ausgleichsschichten 12 dienen zum Dickenausgleich bzw. zur Erzielung der Normkartendicke und sollen verhindern, daß die Position der Leiterbahnstruktur 3 noch an der Oberfläche 14 der mehrlagigen Karte 2 abgebildet ist. Es ist üblich, mehrere Ausgleichsschichten 12 zu verwenden. Der Einsatz derartiger Ausgleichsschichten 12, für die in der Regel Kunststoffolien eingesetzt werden, ist mit einer Reihe von Nachteilen verbunden. Nachteilig ist insbesondere der erhöhte Aufwand bei der Fertigung der Karten 2. Trotz diesem erhöhten Aufwand kann eine völlige Nivellierung der Kartenoberfläche 14 durch Ausgleichsschichten 12 nicht erzielt werden, vgl. 3.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abbilden einer Funktionsstruktur an der Oberfläche eines mehrlagigen Produktes zu verhindern. Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Erfindungsgegenstände gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Kerngedanke der Erfindung ist es, das Substrat mit mindestens einer Aufnahme zu versehen, in die die gewünschte Funktionsstruktur eingebracht wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn Aufnahme und Funktionsstrukturen derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Funktionsstrukturen vollständig in der Aufnahme oder den Aufnahmen angeordnet sind, so daß sie nicht über die Oberfläche des Transponders hinausragen. Zugleich sind Aufnahmen und Funktionsstrukturen vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, daß die Aufnahme dabei von den Funktionsstrukturen vollständig ausgefüllt sind, um eine völlig ebene Oberfläche des Transponders zu erreichen. Die Aufnahmen sind dabei vorzugsweise als Oberflächenvertiefungen nach Art von Furchen oder Gräben ausgebildet, stellen sich also als nach außen hin offene Substratstrukturierungen dar.
Je nach Art der unterzubringenden Funktionsstrukturen ist die mindestens eine Aufnahme an wenigstens einer der Seiten des Substrats, vorzugsweise der Substratoberseite oder der Substratunterseite, vorgesehen. Eine beidseitige Anordnung von Funktionsstrukturen an dem Substrat ist möglich.
Die Herstellung des Transponders umfaßt somit die Herstellung der Aufnahme und das Einbringen von Funktionsstrukturen in die Aufnahme. Zur Herstellung der mindestens einen Aufnahme wird das Substrat dabei mit einer Maskenstruktur versehen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird die Maskenstruktur durch Bearbeiten von vorhandenem Substratmaterial hergestellt. Mit anderen Worten wird die Maske zur Definition der Funktionsstrukturen in das vorhandene Substrat eingebracht. Das Bearbeiten erfolgt dabei vorzugsweise durch gezieltes Entfernen von Substratmaterial, beispielsweise indem Substratmaterial mit Hilfe eines Lasers entfernt wird. In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Maske durch Prägen mit Hilfe eines Werkzeugs, beispielsweise eines Stempels oder dergleichen, in das Substrat eingebracht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Maskenstruktur durch Aufbringen von Maskenmaterial auf die Substratoberfläche hergestellt. Mit anderen Worten wird die Maske zur Definition der Funktionsstrukturen auf das vorhandene Substrat aufgebracht, beispielsweise indem Maskenmaterial mit Hilfe einer Drucktechnik hinzugefügt wird.
In beiden Fällen kann es sich um flexible oder nicht flexible Substrate handeln. Insbesondere kommen Kunststoffsubstrate aus PET (Polyethylenterephthalat), PET-G (Polyethylenterephthalat Glycol), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat), synthetisches Papier (z. B. Teslin^®), PEN (Polyethylennaphtalat), Polyimid (PI, Kapton^®), PVC (Polyvinylchlorid) und/oder PC (Polycarbonat) zum Einsatz.
Durch die Maske entsteht wenigstens eine Aufnahme in bzw. an dem Substrat. In diese Aufnahme werden Funktionsstrukturen eingebracht. Handelt es sich bei der Funktionsstruktur um eine Leiterbahnstruktur, so wird hierzu Leiterbahnmaterial in die Aufnahme eingebracht. Dies geschieht vorzugsweise unter Verwendung eines Dispensers oder mit Hilfe eines Druckverfahrens (Siebdruck, Rakeldruck). Als Leiterbahnmaterial findet dabei elektrisch leitfähiges Material Verwendung, insbesondere Metalle, sowie leitfähige Pasten, Farben oder Tinten. Dabei werden metallische Materialien und leitfähige Pasten zumeist unter Verwendung eines geeigneten Dispensers in die Aufnahmen eingebracht, während die leitfähigen Farben und Tinten zumeist unter Verwendung einer geeigneten Druckvorrichtung in die Aufnahmen hinein gedruckt werden. Es ist jedoch auch möglich, die leitfähigen Farben und Tinten zu dispensieren.
Bei den Funktionsstrukturen handelt es sich insbesondere um Leiterbahnstrukturen (elektrisch leitfähige Antennenstrukturen, z. B. Spulen etc.) einerseits und/oder elektronische Bauelemente mit wenigstens einer integrierten elektronischen Schaltung, insbesondere Halbleiterbauelemente (Chips) andererseits, vorzugsweise solche zur Verarbeitung und/oder Speicherung personenbezogener Daten. Funktionsstrukturen können aber auch andere elektrische oder elektronische Bauelemente sein, wie beispielsweise Kontaktelemente, Anschluß- und Verbindungskontakte usw.
Ein derart hergestellter Transponder mit Antenne und Chip bzw. Chipmodul findet seinen Einsatz vorzugsweise in der drahtlosen Kommunikation, insbesondere als RFID-Transponder (auch RFID-Inlay oder RFID-Inlet genannt) zur Verwendung in mehrlagigen RFID-Produkten, wie kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen.
Hierzu wird das Produkt mit anderen Einzellagen in einem Laminationsprozeß verbunden (zusammengeschweißt), wobei dies vorzugsweise mit Hilfe beheizbarer Laminierwalzen und/oder Laminierpressen unter Druck geschieht. Das so entstandene Produkt (bspw. ein Smart Label) kann dann in den Verkehr gebracht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 die Entstehung einer Funktionsstruktur auf einem Substrat in Schnittdarstellung (Stand der Technik),
2 ein Schnitt durch einen Transponder mit einer solchen Funktionsstruktur (Stand der Technik),
3 ein vergrößerter Ausschnitt aus 2 (Stand der Technik),
4 die Entstehung einer Funktionsstruktur auf einem Substrat in Schnittdarstellung (erste Ausführungsform),
5 ein Schnitt durch einen Transponder mit einer solchen Funktionsstruktur,
6 ein vergrößerter Ausschnitt aus 5,
7 die Entstehung einer Funktionsstruktur auf einem Substrat in Schnittdarstellung (zweite Ausführungsform),
8 ein Schnitt durch einen Transponder mit einer solchen Funktionsstruktur,
9 ein vergrößerter Ausschnitt aus 8.
Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung einer Aufnahme 5 ein Substrat 4 mit einer Maskenstruktur 9 versehen. Hierzu wird Substratmaterial von dem Substrat 4 entfernt, siehe 4. Es entstehen nach oben offene Oberflächenstrukturierungen in Form von Aufnahmen 5. Da es sich bei den hier gewünschten Funktionsstrukturen um Leiterbahnen 3 einer Antennenspule handelt, werden Oberflächenstrukturierungen in Form von Gräben benötigt, welche den gewünschten Verlauf der Leiterbahnen 3 definieren. Anschließend wird Leiterbahnmaterial 13 in Form von leitfähiger Paste mit Hilfe eines Dispensers in die entstandene Aufnahme 5 eingebracht und zwar genau so viel, daß die Aufnahme vollständig ausgefüllt ist. Die Aufnahme 5 an der Oberseite 6 des Substrats 4 ist im Ergebnis mit der Leiterbahn 3 versehen derart, daß diese nicht über die Oberfläche 15 des Transponders 1, hier definiert durch die Substratoberseite 6, hinausragt. Ein fertiger Transponder 1 mit integrierter Leiterbahnstruktur 3 und völlig ebener Oberfläche 15 ist in 4 unten dargestellt. Es handelt sich beispielsweise um einen RFID-Transponder 1 zur drahtlosen Kommunikation zur Verwendung in RFID-Produkten 2, wie kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen.
Zur Herstellung eines solchen RFID-Produkts 2 wird der als Einzellage bereitgestellter Transponder 1 mit anderen Einzellagen, insbesondere einer unteren Deckschicht 11 und einer oberen Deckschicht 11, in einem Laminationsprozeß verbunden, siehe 5. Die Deckschichten 11 grenzen dabei an der Oberseite 6 und der Unterseite 7 des Substrats 4. Wie in 6 abgebildet, kommt es an der Oberfläche 14 des RFID-Produkts 2 nicht zur Abbildung von Leiterbahnstrukturen 3. Die Verwendung zusätzlicher Ausgleichsschichten ist nicht erforderlich.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird zur Herstellung einer Aufnahme 5 ein Substrat 4 mit einer Maskenstruktur 9 versehen. Hierzu wird zusätzliches Maskenmaterial 10 auf die Substratoberfläche 8 aufgebracht, siehe 6. Es entstehen nach oben offene Oberflächenstrukturierungen in Form von Aufnahmen 5. Da es sich bei den hier gewünschten Funktionsstrukturen um Leiterbahnen 3 einer Antennenspule handelt, werden Oberflächenstrukturierungen in Form von Gräben benötigt, welche den gewünschten Verlauf der Leiterbahnen 3 definieren. Anschließend wird Leiterbahnmaterial 13 in Form von leitfähiger Paste mit Hilfe eines Dispensers in die entstandene Aufnahme 5 eingebracht und zwar genau so viel, daß die Aufnahme 5 vollständig ausgefüllt ist. Die Aufnahme 5 ist im Ergebnis mit der Leiterbahn 3 versehen derart, da diese nicht über die Oberfläche 15 des Transponders 1, hier definiert durch die Oberseite 16 der aufgebrachten Maske, hinausragt. Ein fertiger Transponder 1 mit integrierter Leiterbahnstruktur 3 und völlig ebener Oberfläche 15 ist in 7 unten dargestellt. Die Entfernung der Transponderoberfläche 15 von der Substratoberfläche 8 entspricht dabei der Dicke des aufgebrachten Maskenmaterials 10.
Zur Herstellung eines RFID-Produkts 2 wird der als Einzellage bereitgestellter Transponder 1 mit anderen Einzellagen, insbesondere einer unteren Deckschicht 11 und einer oberen Deckschicht 11, in einem Laminationsprozeß verbunden, siehe 8. Wie in 9 abgebildet, kommt es an der Oberseite 14 des RFID-Produkts 2 nicht zur Abbildung von Leiterbahnstrukturen 3. Die Verwendung zusätzlicher Ausgleichsschichten ist nicht erforderlich.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Transponder
2: RFID-Produkt
3: Funktionsstruktur
4: Substrat
5: Aufnahme
6: Substratoberseite
7: Substratunterseite
8: Substratoberfläche
9: Maskenstruktur
10: Maskenmaterial
11: Deckschicht
12: Ausgleichsschicht
13: Leiterbahnmaterial
14: Kartenoberfläche
15: Transponderoberfläche
16: Maskenoberseite

Claims

Transponder (1) zur drahtlosen Kommunikation, insbesondere RFID-Transponder zur Verwendung in RFID-Produkten (2), wie kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen, wobei der Transponder (1) eine Anzahl von Funktionsstrukturen (3), insbesondere Leiterbahnstrukturen und/oder Halbleiterbauelemente, sowie ein Substrat (4) zum Tragen der Funktionsstrukturen (3) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) mindestens eine Aufnahme (5) aufweist und die Funktionsstrukturen (3) in der Aufnahme (5) oder den Aufnahmen (5) angeordnet sind.
Transponder (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsstrukturen (3) vollständig in der Aufnahme (5) oder den Aufnahmen (5) angeordnet sind.
Transponder (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Aufnahme (5) oder den Aufnahmen (5) um Oberflächenvertiefungen nach Art von Furchen oder Gräben handelt.
Transponder (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens eine Aufnahme (5) an wenigstens einer der Seiten des Substrats (4), vorzugsweise der Substratoberseite (6) oder der Substratunterseite (7), vorgesehen ist und die Funktionsstrukturen (3) derart in der Aufnahme (5) oder den Aufnahmen (5) angeordnet sind, daß sie nicht über die Oberfläche (15) des Transponders (1) hinausragen.
Verfahren zur Herstellung eines Transponders (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (4) zur Herstellung der mindestens einen Aufnahme (5) mit einer Maskenstruktur (9) versehen wird und die Funktionsstrukturen (3) anschließend in die Aufnahme (5) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstruktur (9) durch Bearbeiten von Substratmaterial hergestellt wird, vorzugsweise durch Entfernen von Substratmaterial oder durch Prägen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenstruktur (9) durch Aufbringen von Maskenmaterial (10) auf die Substratoberfläche (8) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterbahnmaterial (13) unter Verwendung eines Dispensers oder mit Hilfe eines Druckverfahrens in die Aufnahme (5) oder die Aufnahmen (5) eingebracht wird.
Vorrichtung (2), insbesondere RFID-Produkt, wie kontaktlose Karte, e-Passport, Smart Label und dergleichen, im wesentlichen aufgebaut aus einer Anzahl von miteinander verbundenen Einzellagen (1, 11), dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei einer der Einzellagen um einen Transponder (1) nach Anspruch 1 handelt.
Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellagen durch einen Laminationsprozeß miteinander verbunden werden.