DE102008046338A1

DE102008046338A1 - Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung und Herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: DE102008046338A1
Application number: DE102008046338A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Nitsche; Ramin Hassan; Christopher Schmidt
Original assignee: GERA IDENT GmbH; GERA-IDENT GmbH
Current assignee: GERA IDENT GmbH; GERA-IDENT GmbH
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: DE102008046338B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung, umfassend einen Träger mit einem Chip und einer Antenneneinrichtung in Form eines elektrisch leitfähigen Garns. Das Identifikationsmittel zeichnet sich durch einen Verbund aus dem Träger und einem darauf aufliegend befestigten Inlay aus. Das Inlay besteht aus einem Strap aus einem mit dem Chip bestückten Trägerplättchen und eine mit dem Trägerplättchen des Straps kontaktierte Antenneneinrichtung aus dem elektrisch leitfähigen Garn.

Description

Die Erfindung betrifft ein Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Identifikationsmittel mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Kontaktlose Identifikationsmittel sind bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Träger mit einem Chip und einer mit dem Chip kontaktierten Antenneneinrichtung. Aus dem Stand der Technik sind dabei mannigfaltige Ausführungsformen bekannt. Unter anderem wird bei der Ausführung der Antenneneinrichtung auf ein leitfähiges Garnmaterial zurückgegriffen. Der Träger kann dabei auch aus einem textilen Material bestehen. In diesem Fall ist das Garnmaterial oft in den Träger eingestickt oder eingewebt. Der Chip, die Antenneneinrichtung und der Träger sind mit einer äußeren Verkapselung überdeckt.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Identifikationsmittel dieser Art ist die Kontaktierung zwischen dem Chip und der Antenneneinrichtung verhältnismäßig wenig strapazierfähig und bildet eine funktionelle Schwachstelle in deren Aufbau. Die elektrischen Eigenschaften der üblicherweise verwendeten elektrisch leitenden Garne stehen darüber hinaus im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten metallischen Drähten zurück. Damit sind der Reichweite und Wirksamkeit des Identifikationsmittels oft enge funktionelle Grenzen gesetzt.
Es besteht somit die Aufgabe, ein verbessertes Identifikationsmittel und ein Herstellungsverfahren für ein derartiges Identifikationsmittel anzugeben.
Die Lösung der geschilderten Aufgaben erfolgt mit einem Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Herstellungsverfahren für ein Identifikationsmittel zur kontaktlosen Datenübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Die jeweiligen Unteransprüche geben zweckmäßige bzw. vorteilhafte Ausführungsformen des Identifikationsmittels bzw. des Herstellungsverfahrens an.
Das Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung umfasst einen Träger mit einem Chip und einer Antenneneinrichtung in Form eines elektrisch leitfähigen Garns in einer Verkapselung. Es zeichnet sich erfindungsgemäß durch einen Verbund aus dem Träger und einem darauf aufliegend befestigten Inlay aus. Das Inlay besteht aus einem Strap und einer an den Strap kontaktierten Antenneneinrichtung. Der Strap umfasst ein mit dem Chip bestücktes Trägerplättchen.
Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist der Strap so ausgebildet, dass der Chip mit dem Trägerplättchen über gedruckte elektrisch leitende Kontaktflächen verbunden ist. Das Trägerplättchen besteht aus einem geeigneten Dielektrikum z. B. FR4 oder PET.
Der Träger weist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform eine mit einer einseitig aufgebrachten Klebeschicht versehene Oberfläche zum Aufkleben des Inlays auf. Die Komponenten des Inlays können dadurch schnell und sicher auf dem Träger platziert werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Träger eine Textilfläche.
Zum Schutz vor Umwelteinflüssen weisen der Strap, das Inlay und/oder der Verbund aus dem Träger und dem Inlay eine Verkapselung auf. Die Verkapselung kann aus einem Harz oder einem pastösen Kunststoff ausgebildet sein.
Die Form, bzw. der Verlauf der Antenneneinrichtung kann auf verschiedene Weise festgelegt sein. Bei einer ersten Ausführungsform ist die Form der Antenneneinrichtung durch einen in die Verkapselung eingebetteten Verlauf des leitfähigen Garns ausgebildet. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Form der Antenneneinrichtung durch einen auf der Klebeschicht des Trägers fixierten Verlauf des leitfähigen Garns ausgebildet.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform besteht das elektrisch leitfähige Garn aus mindestens einem aus Einzelfilamenten gebildeten, mit einem elektrisch leitfähigen Material umgebenen, insbesondere umsponnenen, Strang. Eine derartige Gestaltung weist besonders vorteilhafte elektrische Leitfähigkeitseigenschaften auf. Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei eine Umspinnung aus einem metallischen Material, insbesondere aus Kupfer.
Die Einzelfilamente sind elektrisch isolierend. Das leitfähige Material kann eine zusätzlich aufgebrachte Metallisierung, insbesondere eine Versilberung, aufweisen, die die elektrischen Eigenschaften des Garns weiter verbessert.
Ein Herstellungsverfahren für ein Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung umfasst folgende Verfahrensschritte. Es erfolgt ein Aufbringen und Befestigen eines Chips auf ein vorab mit Kontaktstellen versehenes Trägerplättchen zum Fertigen eines Straps. Im Anschluss daran erfolgt ein Ankontaktieren eines elektrisch leitfähigen Garnes an den Strap zum Fertigen eines Inlays. In einem nächsten Schritt erfolgt ein Aufbringen und Befestigen des Inlays auf einen Träger zum Herstellen eines Trägerverbundes.
Bei einer ersten zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem Ankontaktieren des elektrisch leitfähigen Garnes ein Verkapseln des Straps. Das Verkapseln des Straps erfolgt in einer zweckmäßigen Ausführungsform durch ein Eintauchen in ein Beschichtungsmaterial mit einem anschließenden Aushärten.
Das Aufbringen und Befestigen des Inlays auf dem Träger erfolgt bei einer ersten Ausführungsform durch ein Verkleben des Inlays mit dem Träger. Hierfür kann insbesondere ein Heißkleben oder eine Kombination aus Heiß- und Kaltkleber zur Anwendung kommen.
Die Formgebung des Antennenverlaufs erfolgt zweckmäßigerweise bei dem Aufkleben und Befestigen des Inlays durch ein Ausrichten des Verlaufs des leitfähigen Garnes.
Das Identifikationsmittel bzw. das Herstellungsverfahren für das Identifikationsmittel sollen nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 3. Es werden für gleiche bzw. gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
Es zeigt
1 eine den Aufbau des Identifikationsmittels verdeutlichende Sprengansicht,
2 das Identifikationsmittel im zusammengefügten Zustand,
3 einen beispielhaften Aufbau des für die Antenneneinrichtung verwendeten leitfähigen Garns.
1 zeigt das Identifikationsmittel in einer Sprengdarstellung. Das Identifikationsmittel umfasst einen Träger 1 und einen als Datenspeicher bzw. Microcontroller fungierenden Chip 2. Als Antenneneinrichtung ist ein leitfähiges Garn 3 vorgesehen. Der Träger besteht aus einem Kunststoff, einem Karton oder Papier oder einem Textil.
Das Identifikationsmittel besteht aus einem Verbund aus dem Träger und einem darauf aufliegend befestigten Inlay 4. Das Inlay besteht aus einem Strap 5, an den die elektrisch leitfähigen Garnfäden 3, d. h. die Antenneneinrichtung, ankontaktiert sind. Der Strap wiederum wird durch den Chip und ein den Chip tragendes Trägerplättchen 6 gebildet. Das Trägerplättchen weist eine etwas größere Fläche als der Chip auf. Es enthält Kontaktflächen 7, über die einerseits der Chip auf dem Trägerplättchen befestigt ist und über die andererseits die Garnfäden 3 an dem Strap befestigt und somit mit dem Chip kontaktiert sind. Weil das Trägerplättchen seitlich etwas über die Kontur des Chips hinausragt, können die Garnfäden auf die dabei überstehenden Abschnitte des Trägerplättchens aufkontaktiert werden.
Zweckmäßigerweise bestehen die Kontaktflächen 7 aus einem leitfähigen Klebstoff, beispielsweise aus Leitsilber. Die Kontaktierung der Garnfäden mit dem Strap ist vorteilhafterweise ebenfalls über eine leitfähige Klebeverbindung realisiert. Ein Auflöten des Chips auf das Trägerplättchen bzw. eine Lötverbindung zwischen dem Strap und den Garnfäden ist jedoch ebenfalls möglich.
Das Trägerplättchen besteht zweckmäßigerweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, beispielsweise aus Polyethylen (PET). Jedoch sind andere Materialien ebenfalls verwendbar. Dies betrifft insbesondere Papier oder Karton, Faserverbundwerkstoffe oder Textilien.
Die Verbindung des Inlays mit dem Träger erfolgt über eine Klebeverbindung zwischen dem Strap und dem Träger. Hierzu weist der Träger eine einseitig aufgebrachte Klebeschicht 8 auf. Der Strap, insbesondere dessen Trägerplättchen, wird auf dieser Klebefläche positioniert und aufgedrückt. Als Klebeverfahren wird dabei zweckmäßigerweise ein Heißkleben angewendet.
Beim Aufkleben der Garnfäden 3 werden diese entsprechend der angestrebten Antennenform auf die Klebefläche ausgelegt. Sofern das Trägermaterial während des Fertigungsprozesses als eine Bahn oder ein großer Bogen vorliegt, schließt sich ein Vereinzelungsschritt an. Damit ist das Identifikationsmittel fertiggestellt. Eine weitere Ausführungsform ist das Fixieren der Antennenform auf einer pastösen Kunststoffmasse und anschließendem Stabilisierungsprozess.
2 zeigt ein so gebildetes Identifikationsmittel beispielhaft. Auf dem Träger 1 sind die Garnfäden 3 des Inlays zu einer zweckmäßigen Antennenform gelegt. Der Strap 5 ist auf dem Träger aufgeklebt. Bei der hier gezeigten Ausführungsform weist der Strap eine eigene Verkapselung 9 auf. Der Verbund zwischen Träger und Inlay ist mit einer Verkapselung 10 vollständig überdeckt.
Für die Verkapselung 9 kann auf ein Harz oder einen pastösen Kunststoff zurückgegriffen werden, der über ein Tauchverfahren auf den Strap aufgebracht wird. Die Verkapselung 10 lässt sich ebenfalls durch ein Tauchverfahren aufbringen. Jedoch ist auch ein Auflaminieren einer Deckschicht auf den Strap und/oder auf den gesamten Verbund möglich.
Die Antenneneinrichtung, d. h. die leitfähigen Garnfäden, muss nicht notwendigerweise mit dem Träger verbunden sein. Im Falle einer Verkapselung mit einem zunächst flüssigen und später aushärtenden Material können die Garnfäden auch innerhalb der Verkapselung frei beweglich sein. Sie können so in die entsprechende Form gelegt dort mechanisch arretiert und anschließend durch die aushärtende Verkapselung fixiert werden.
3 zeigt einen beispielhaften Aufbau des leitfähigen Garns. Bei dem hier dargestellten Beispiel besteht das Garn aus einer Vielzahl von elektrisch nicht leitfähigen Einzelfilamenten 11. Diese bestehen aus einem üblicherweise für derartige Filamente verwendeten Material, insbesondere Kunststoff, wie beispielsweise PET oder Naturfasern, wie beispielsweise Baumwolle oder Seide. Mehrere Einzelfilamente sind zu einem Strang 12 zusammengefasst. Dabei können die Einzelfilamente miteinander verdrillt sein. Der Strang ist mit einem leitfähigen Material 13 umgeben. In dem hier gezeigten Fall ist der Strang mit einem leitfähigen Faden umsponnen. Dieser besteht insbesondere aus Kupfer.
Mehrerer dieser, zweckmäßigerweise miteinander verdrillten, Stränge bilden das leitfähige Garn. Bei dem hier gezeigten Beispiel weist das leitfähige Garn eine zusätzlich aufgebrachte Metallisierung 14 auf. Diese ist insbesondere als eine Versilberung ausgebildet.
Zur Herstellung des Identifikationsmittels wird zunächst der Strap aus Chip und Trägerplättchen gefertigt. Bei einer für eine Massenfertigung vorteilhaften Vorgehensweise kann bei einer Ausführungsform zunächst ein großer Materialbogen aus dem Material des Trägerplättchens bereitgestellt und mit einer Vielzahl der Kontaktstellen bedruckt. Für das Bedrucken eignet sich insbesondere ein Siebdruckverfahren.
Anschließend werden auf diese Kontaktstellen eine Vielzahl von Chips aufgesetzt. Der Materialbogen wird vereinzelt, wobei dadurch eine Vielzahl einzelner Straps gefertigt werden.
Im Anschuß daran werden die Straps mit dem leitfähigen Garn kontaktiert. In einem Tauchvorgang werden die kontaktierten Straps verkapselt, wobei insbesondere die Kontaktierungen der leitfähigen Garne durch die Verkapselung verdeckt werden, während das leitfähige Garn ansonsten freiliegt. Die Kontaktstelle zwischen dem Strap und dem Garn ist dadurch gegen Umwelteinflüsse besonders geschützt.
Anstelle des Tauchens ist auch ein Laminieren oder Bekleben des Straps möglich. Die aufzubringende Deckschicht ist dabei so bemessen, dass diese die Kontaktstellen des Garns mit dem Strap vollständig überdeckt.
Die so gebildeten Inlays werden nun einer Heißklebevorrichtung zugeführt. Dort werden die Inlays einzeln im Bereich ihrer Straps auf den vorab mit einer Klebeschicht beschichteten Träger aufgedrückt und heißverklebt. Eine Positioniereinrichtung ergreift dabei die freiliegenden Garnfäden und ordnet diese in den für die Antennenvorrichtung vorteilhaften Verlauf, insbesondere die erforderlichen bzw. gewünschten Schlaufen oder Spiralen. Alternativ kann die Antenne über Führungselemente vorgeformt auf den Träger verbracht und dort fixiert werden.
Im Anschluss daran werden die so geformten Garnfäden mit dem Träger verklebt, wodurch das Identifikationsmittel einsatzfertig ist.
Zusammenfassend sind mit der vorliegenden Erfindung zwei grundsätzliche Ausführungsformen für das Identifikationsmittel denkbar.
Bei einer ersten Ausführungsform liegt der mit biegefähigen Antennenbeinchen versehene Strap vor, wobei der Strap-Bereich mit einem thermisch stabilisierbaren, pastösen Kunststoff als Schutzschicht umhüllt und versehen ist. Der Träger, z. B. in Form eines Patchetiketts, besitzt eine Klebeschicht. Der mit den Antennenbeinchen versehene Strap wird nach vorgesehenem Verformen der Antennenbeinchen auf die mit der Klebeschicht versehenen Patchetikettoberfläche verbracht und dort fixiert. Dieses so vorfixierte Element kann dann auf ein textiles Material aufgebracht werden, wobei das Patchetikett eine äußere Schutzschicht für den darunter befindlichen Strap nebst Antennenbeinchen darstellt.
Bei einer weiteren Ausführungsform hingegen wird nicht nur der Strap-Bereich mit einem thermisch stabilisierbaren, pastösen Kunststoff umhüllt, sondern es wird ergänzend auch eine Umhüllung der Antennenbeinchen vorgenommen, die aus dem erwähnten elektrisch leitfähigen Garnmaterial bestehen. Der so entstandene vollständig umhüllte Flächenverbund kann dann weiter verarbeitet, z. B. auf eine textile Oberfläche aufgebracht werden.

1: Träger
2: Chip
3: leitfähiges Garn
4: Inlay
5: Strap
6: Trägerplättchen
7: Kontaktfläche
8: Klebeschicht
9: Strapverkapselung
10: Verbundverkapselung
11: Einzelfilament
12: Strang
13: leitfähiges Material
14: äußere Metallisierung

Claims

Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung, umfassend einen Träger (1) mit einem Chip (2) und einer Antenneneinrichtung in Form eines elektrisch leitfähigen Garns (3) gekennzeichnet durch einen Verbund aus dem Träger und einem darauf aufliegend befestigten Inlay (4), umfassend ein mit dem Chip bestücktes Trägerplättchen (6) in Form eines Straps (5) und eine mit dem Trägerplättchen des Straps kontaktierten Antenneneinrichtung aus dem elektrisch leitfähigen Garn.
Identifikationsmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Strap der Chip mit dem Trägerplättchen über gedruckte elektrisch leitfähige Kontaktflächen (7) verbunden ist.
Identifikationsmittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerplättchen des Straps aus einem Dielektrikum, bspw. FR4 oder Polyethylen (PET) besteht.
Identifikationsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine mit einer mindestens einseitig aufgebrachten Klebeschicht (8) versehene Oberfläche zum Aufkleben des Inlays aufweist.
Identifikationsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger als eine Kunststoffbahn ausgebildet ist.
Identifikationsmittel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger eine Textilfläche ist.
Identifikationsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strap, das Inlay und/oder der Verbund aus dem Träger und dem Inlay eine Verkapselung (9, 10) aufweist.
Identifikationsmittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkapselung (9, 10) aus einem nachhärtenden Harz oder einem nachhärtenden pastösen Kunststoff ausgebildet ist.
Identifikationsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Garn aus mindestens einem aus Einzelfilamenten (11) gebildeten Strang (12) besteht, wobei der Strang mit einem elektrisch leitfähigen Material (13) umgeben ist.
Identifikationsmittel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material eine metallische Umspinnung, insbesondere eine Kupferumspinnung, ist.
Identifikationsmittel nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige Material eine zusätzlich aufgebrachte Metallisierung (14), insbesondere eine Versilberung, aufweist.
Identifikationsmittel nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfilamente des Garns aus Polyethylen (PET) bestehen.
Identifikationsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur der Antenneneinrichtung durch einen vorgegebenen Verlauf des leitfähigen Garns ausgebildet ist.
Identifikationsmittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form der Antenneneinrichtung durch einen auf der Klebeschicht des Trägers fixierten Verlauf des leitfähigen Garns ausgebildet ist.
Herstellungsverfahren für ein Identifikationsmittel für eine kontaktlose Datenübertragung, mit folgenden Verfahrensschritten: – Aufbringen und Befestigen eines Chips auf ein vorab mit Kontaktstellen versehenes Trägerplättchen zum Fertigen eines Straps, – Ankontaktieren eines elektrisch leitfähigen Garnes an den Strap zum Fertigen eines Inlays und Verkapseln, – Aufbringen und Befestigen des Inlays auf einen Träger zum Herstellen eines Trägerverbundes, – gegebenenfalls Umhüllen des Trägerverbundes und Fertigstellen des Identifikationsmittels.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Ankontaktieren des elektrisch leitfähigen Garnes ein Verkapseln des Straps erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapseln des Straps durch Aufbringen eines Beschichtungsmaterial mit einem anschließenden Aushärten des Beschichtungsmaterials erfolgt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen und Befestigen des Inlays auf dem Träger durch ein Verkleben des Inlays mit dem Träger erfolgt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Inlay mit dem Träger stoffschlüssig verbunden wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Aufkleben und Befestigen des Inlays eine Formgebung des Antennenverlaufs durch ein Ausrichten des Verlaufs des leitfähigen Garnes erfolgt.