DE102009005570A1

DE102009005570A1 - Verfahren zum Herstellen einer Antenne auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102009005570A1
Application number: DE102009005570A
Authority: DE
Inventors: Volker Brod
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2009-01-21
Filing date: 2009-01-21
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: US20100181385A1; DE102009005570B4; US8348170B2

Abstract

Um eine einfache und dennoch universelle Technologie bereitzustellen zur Herstellung verschiedenartiger Antennen auf einem Substrat (1), wird ein mehrlagiger Antennenaufbau vorgeschlagen. Verbunden wird die Idee der Mehrlagigkeit mit der weiteren Idee, vor der eigentlichen Herstellung der Antenne Anschlussflächen (2, 4, 5; 7, 8, 13) zum Anschließen eines Antennenleiters (3, 9) und/oder eines Chips bzw. eines Chipmoduls sowie die benötigten Durchkontaktierungen (11, 12, 14) zwischen den Anschlussflächen (2, 4, 5; 7, 8, 13) durch das Antennensubstrat (1) hindurch vorzusehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Antenne auf einem Substrat, insbesondere einem Kunststoffsubstrat. Das mit der Antenne versehene Substrat dient in Verbindung mit einem Chip oder einem Chipmodul zur Herstellung eines Transponders. Bei dem Chip bzw. dem Chipmodul handelt es sich insbesondere um einen RFID(Radio Frequency Identifikation)-Chip bzw. ein RFID-Chipmodul. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einem solchen Transponder.
Ein Transponder ist ein Gerät zur drahtlosen Kommunikation, das eingehende Signale aufnimmt und automatisch beantwortet. RFID-Transponder sind in der Regel auf Kunststoffsubstraten aufgebracht und werden als sogenannte RFID-Inlays (bzw. RFID-Inlets) u. a. in kontaktlosen Karten, e-Passports, Smart Labels und dergleichen weiterverarbeitet. Die RFID-Transponder dienen dort beispielsweise zur Identifikation von Personen und Objekten.
Bei RFID-Anwendungen im Personenbereich werden die RFID-Chips mit speziellen Controllern und größeren Datenspeichern sowie Sicherheitsfunktionen ausgestattet, beispielsweise zur Speicherung von biometrischen Daten oder zur Verschlüsselung von Daten bei der Datenübertragung. Daher sind solche RFID-Chips größer dimensioniert als beispielsweise RFID-Chips, die lediglich zur Identifikation von Produkten dienen sollen. Bei letzteren ist prinzipiell eine sogenannte EPC-(electronic product code)Nummer ausreichend. Auch wird weniger Speicherplatz benötigt, so daß die Größe der Siliziumchips geringer ist.
In dem vorliegenden Text wird zumeist der allgemeine Begriff „Chip” verwendet. Damit sind, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, sowohl ungehäuste Silizium-Chips („bare dice”) als auch Chipmodule angesprochen, wobei es sich bei den Chipmodulen sowohl um Chips mit Metallsubstraten (Metall-Anschlußfahnen/Metal Leadframes), als auch um Chips mit Polymersubstraten (sogenannte „straps” oder „interposer”) handeln kann. Der Begriff Chip bezeichnet allgemein ein elektronisches Bauelement mit wenigstens einer integrierten elektronischen Schaltung.
Bei der Herstellung von RFID-Transponder-Inlays kommen für die unterschiedlichen Anwendungen auch unterschiedliche Prozeß- und Fertigungstechnologien zum Einsatz.
So werden beispielsweise preiswerte RFID-Transponder-Inlays mit dem sogenannten Flip-Chip-Verfahren hergestellt. Dabei wird ein RFID-Chip direkt auf eine bereits auf einem Substrat angeordnete Antenne montiert, wobei die Antenne aus unterschiedlichen Metallen bestehen kann, beispielsweise Kupfer, Aluminium oder Silberleitpaste. Die Verbindung zwischen Antenne und Chip, der sogenannte Bump-Anschlüsse aufweist, erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines Leitklebers. Bei den Klebern handelt es sich zumeist um anisotropische Epoxy-basierende Kleber (sogenannte ACP-Kleber) oder um „hotmelt”-Kleber. Zur Aushärtung der Kleber müssen die Substrate für Temperaturen von bis zu 200°C für mehrere Sekunden Einwirkungsdauer ausgelegt sein, was den Einsatz vieler Substratmaterialien einschränkt bzw. unmöglich macht.
Alternativ zu dem Flip-Chip-Verfahren können RFID-Chipmodule auch mit Hilfe anderer Verfahren mit auf dem Substrat angeordneten Antennen verbunden werden. Je nach verwendeten Materialien der Chipmodule, der Antennensubstrate und der Antennenmetallisierungen erfolgt die elektrische Verbindung zwischen RFID-Chipmodul und Antenne durch Kleben, Löten, Schweißen oder mechanische Technologien, wie Crimpen, Clinchen usw.
Die Antennen bestehen im allgemeinen aus elektrisch leitfähigen Materialien, insbesondere Metallen, leitfähigen Pasten oder leitfähigen Tinten. Für Anwendungen im HF(Hochfrequenz)-Bereich – hierzu zählt die bei RFID verwendete Normfrequenz 13,56 MHz – bestimmt der Ohmsche Widerstand der Antenne die Leseeigenschaften wesentlich mit. Der elektrische Leiterquerschnitt der Windungen hat hierbei zusammen mit dem spezifischen Widerstand des angewandten Materials einen direkten Einfluß. Deshalb handelt es sich bei den im vorliegenden Fall eines RFID-Transponders verwendeten Antennen sehr häufig um Folienantennen oder Drahtantennen, wobei die Folienantennen vorzugsweise aus Metallfolien aus Kupfer oder Aluminium und die Drahtantennen vorzugsweise aus Kupferdraht bestehen. Die Antennen sind dabei stets auf Kunststoffsubstraten aufgebracht. Bei dem Substratmaterial handelt es sich in der Regel um PET (Polyethylenterephthalat), PEN (Polyethylennaphtalat), Polyimid (PI, Kapton^®), PVC (Polyvinylchlorid) oder PC (Polycarbonat).
Beispiele
UHF-Antennen für RFID-Anwendungen mit Lese-Reichweiten bis zu mehreren Meter arbeiten im Frequenzbereich von ca. 860–960 MHz und sind als elektrischer Dipol einlagig, d. h. beispielsweise auf einer Seite eines Foliensubstrates, ausgeführt. Die physikalische Dicke beträgt wenig Mikrometer.
HF-Antennen für RFID Anwendungen werden speziell bei Sicherheitsanwendungen wegen der hier geforderten begrenzten Schreib- und Lese-Reichweite (bis zu 10 cm) eingesetzt. HF-Antennen arbeiten üblicherweise bei 13,56 MHz. Sie werden als Spule aufgebaut, die bei der Anwendung mit einer zweiten Spule im Lesegerät Daten kontaktlos austauscht. Der Spulenaufbau ist deshalb auf einer Seite eines Kunststoff-Trägermaterials realisiert. Damit beide Enden der Spule an den RFID-Chip (z. B. einen Sicherheitscontroller-Chip) angeschlossen werden können, muß ein Ende der Spule über die Windungen der Spule hinweg in die Nähe des anderen Spulenendes geführt werden. Dies geschieht, je nach eingesetzter Antennen-Herstelltechnologie, auf unterschiedliche Art und Weise. Beispielswiese sind bei Drahtantennen die Drähte isolierend beschichtet. Der Draht kann somit ohne Kurzschluß über die auf dem Substrat verlegten Drahtwindungen zum anderen Drahtende hingeführt werden. Bei den flacher ausgeführten Ätz-Herstellverfahren werden die Antennenstrukturen aus einer zuvor flächig auflaminierten Kupferfolienschicht hergestellt, ähnlich der Herstellung von geätzten Leitenplatten. Damit das eine Spulenende in die Nähe des anderen Spulenendes gebracht werden kann, wird eine sogenannte „Brücke” über die Spulenwindungen gedruckt. Hierbei muß zur Vermeidung eines Kurzschlusses eine Isolationsschicht unter die „Brücke” gedruckt werden. Nach dem Ätzverfahren sind üblicherweise Restbestände des Klebers, mit dem die Kupferfolie auflaminiert war, auf dem Antennensubstrat. Damit wird die Laminationsfähigkeit mit weiteren Schichten gleichen Materials eingeschränkt. Dies gilt insbesondere für die bei Sicherheitsanwendungen geforderten hochwertigen Polycarbonat-Substratmaterialien.
Für einlagige HF-Antennen, die nach dem Druckverfahren hergestellt werden, geschieht die Herstellung der Brückentechnologie, wie beim Ätzverfahren, durch eine Isolationsschicht zwischen „Brücke” und Antennenwindungen. Für hochwertige Anwendungen hat sich aufgrund des Aufbaues mit weiteren Materialschichten die im Laminationsprozeß mit dem RFID-Inlay hergestellt werden, die Draht-Antennentechnologie etabliert. Der Aufbau geschieht nach Stand der Technik in einer Ebene, d. h. die HF-Antennespule wird auf einer Seite des Kunststoffträgersubstrates aufgebaut und mit dem RFID-Chip verbunden. Die nebeneinander liegenden Drähte ergeben damit unter Berücksichtigung der verwendeten Drahtstärke eine Mindestbreite der Spule (ca. 4 bis 6 Windungen je nach den charakteristischen Eigenschaften des RFID-Chips) und eine Mindestdicke des RFID-Inlays.
Bei allen bisher genannten Verfahren werden die Antennen unabhängig von dem RFID-Chip auf dem Substrat aufgebracht. Die elektrische Verbindung zwischen Antenne und RFID-Chip erfolgt in einem separaten Prozeßschritt.
Nachteilig bei den genannten Verfahren ist es, daß in Abhängigkeit von den verwendeten Substrat- und Antennenmaterialien unterschiedliche Fertigungs-, Montage- und Verbindungstechnologien benötigt werden, welche bei wachsender Produktivität immer häufiger an physikalische Grenzen stoßen, beispielsweise hinsichtlich der Temperaturbelastbarkeit bzw. der Aushärtedauer bei Klebern usw. Auch die hohen Qualitätsanforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Produktlebensdauer grenzen beispielsweise bei der Herstellung von RFID-Transpondern für die Personenidentifikation oder kontaktlose Anwendungen im Zahlungsverkehr die einsetzbaren Technologien und Materialien deutlich ein.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und dennoch universelle Technologie bereitzustellen zur Herstellung verschiedenartiger Antennen auf einem Substrat.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Antenne auf einem Substrat, insbesondere einem Kunststoffsubstrat, für einen die Antenne und einen Chip bzw. ein Chipmodul aufweisenden Transponder, ist gekennzeichnet durch einen ersten Arbeitsgang, umfassend:

a) das Herstellen elektrisch leitender Anschlußflächen zum Anschließen eines Antennenleiters und/oder eines Chips bzw. eines Chipmoduls, wobei eine Anzahl Anschlußflächen auf einer ersten Substratfläche und eine Anzahl Anschlußflächen auf wenigstens einer mit der ersten Substratfläche nicht identischen zweiten Substratfläche hergestellt werden, sowie
b) das Herstellen einer Anzahl elektrisch leitender Verbindungen zwischen jeweils zwei oder mehr auf unterschiedlichen Substratflächen angeordneten Anschlußflächen, und einen sich an den ersten Arbeitsgang anschließenden zweiten Arbeitsgang, umfassend:
c) das Herstellen eines ersten Antennenabschnitts auf der ersten Substratfläche,
d) das Herstellen wenigstens eines zweiten Antennenabschnitts auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche,
e) das Verbinden des ersten Antennenabschnitts mit wenigstens zwei auf der ersten Substratfläche angeordneten Anschlußflächen, und
f) das Verbinden des zweiten Antennenabschnitts mit wenigstens zwei auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche angeordneten Anschlußflächen,

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit einem auf einem Substrat angeordneten Transponder bereitzustellen, die sich dadurch auszeichnet, daß die Herstellung dieser Vorrichtung besonders flexibel gestaltbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt einen auf einem Substrat, insbesondere einem Kunststoffsubstrat, angeordneten Transponder, der einen Chip, insbesondere einen RFID-Chip bzw. ein RFID-Chipmodul, und eine Antenne aufweist, wobei die Antenne nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
Ist nachfolgend von Chip bzw. Chipmodul die Rede, so ist insbesondere ein RFID-Chip bzw. ein RFID-Chipmodul angesprochen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf RFID-Chips bzw. RFID-Chipmodule beschränkt, sondern betrifft darüber hinaus auch andere Chips bzw. Chipmodule, insbesondere solche zur drahtlosen Kommunikation bzw. drahtlosen Datenübertragung.
Die vorliegende Erfindung ist grundsätzlich für alle Arten von Chips geeignet und ist auch unabhängig davon, in welchen Produkten die fertigen Transponder verwendet werden. Die Vorteile bei der Herstellung des Transponders kommen jedoch ganz besonders dann zum tragen, wenn es sich bei den Chips um RFID-Chips zur Herstellung von RFID-Transpondern handelt. Derartige RFID-Transponder (RFID-Inlays, RFID-Inlets) werden z. B. zu selbstklebenden Smart-Labels, RFID-Papierkarten (Tickets) oder RFID-Plastikkarten weiterverarbeitet. Bei kontaktlosen Plastikkarten aus PVC oder e-Passport-Inlays aus Polycarbonat werden die RFID-Transponder z. B. in die PVC-Kartenmaterialien als Zwischenlage zwischen Boden- und Decklage (aus PVC bzw. Polycarbonat) einlaminiert.
Eine Kernidee der Erfindung ist es, eine Mehrlagigkeit, insbesondere Zweilagigkeit, der Antenne vorzusehen, die Antenne also aus mehreren Antennenabschnitten aufzubauen, die sich in nichtidentischen Ebenen befinden.
Mit einer mehrlagigen, insbesondere zweilagigen Antenne kann durch die Anordnung von sich gegenüberliegenden Windungen eine deutlich höherer parasitäre Windungskapazität erreicht werden. Durch den höheren Anteil der parasitären Windungskapazität an der Gesamtkapazität des RFID-Transponders, welche sich aus der Kapazität des RFID-Chips, der parasitären Windungskapazität und der Umgebungskapazität zusammensetzt, kann bei der Auslegung der Antennenspule (Induktivität) eine kleinere Anzahl von Windungen verwendet werden. Durch einen größeren Anteil der parasitären Windungskapazität der mehrlagigen Antennen an der Gesamtkapazität des RFID-Transponders, wird eine für viele Anwendungen vorteilhafte deutlich verringerte „Verstimmung” der Transpondermittenfrequenz durch Einflüsse der Umgebung erreicht. Daraus folgt beispielsweise, daß die wirksame Lese-Reichweite eines entsprechend aufgebauten elektronischen Passes oder einer kontaktlosen Karte deutlich unempfindlicher ist gegenüber Umgebungseinflüssen, was insgesamt zu einer stabileren Funktionssicherheit des RFID-Produktes führt.
Verbunden wird die Idee der Mehrlagigkeit mit der weiteren grundlegenden Idee, vor der eigentlichen Herstellung der Antenne, also beispielsweise der Beschichtung des Substrates oder dem Verlegen eines Antennendrahtes oder dergleichen, Anschlußflächen zum Anschließen eines Antennenleiters und/oder eines Chips bzw. eines Chipmoduls sowie die benötigten elektrischen Verbindungen (nachfolgend kurz als „Durchkontaktierungen” bezeichnet) zwischen den Anschlußflächen durch das Antennensubstrat hindurch vorzusehen. Damit wird sichergestellt, daß verschiedenste Antennentechnologien verwenden werden können, ohne daß es erforderlich ist, Rücksicht auf die Art und Weise des Verbindens der Antennenabschnitte zu einer vollständigen Antenne zu nehmen. Die Enden der Antennenabschnitte werden einfach – in geeigneter Art und Weise je nach Herstellungstechnologie – mit den Anschlußflächen verbunden. Dies gilt analog auch für den späteren Anschluß des Chips (”bare die” oder gehäuster Chip), so daß insgesamt eine sehr hohe Universalität erreicht wird. Mit anderen Worten können unabhängig von der Technologie zur Herstellung der Anschlußflächen und unabhängig von der Technologie zur Herstellung der Durchkontaktierungen unterschiedliche Antennenherstellungsverfahren eingesetzt werden, gerade so, wie sie für die jeweilige Antenne bzw. den jeweiligen Transponder benötigt werden. Zugleich ist eine optimale Abstimmung der Wahl des Antennenherstellungsverfahren auf die verwendeten Substrat- und Antennenmaterialien möglich. Insgesamt ergibt sich eine sehr universelle Technologie zur Herstellung verschiedenartiger Antenne auf einem Substrat.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die aufwendige Herstellung von „Brücken” entfällt.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Von Vorteil bei der Erfindung ist es, daß unabhängig von dem gewählten Antennenherstellungsverfahren stets das gleiche Substratmaterial verwendet werden kann. So können beispielsweise Polycarbonat- oder PVC-Substrate verwendet werden. Als ganz besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführungsform der Erfindung erwiesen, bei der das Substrat aus einem Polycarbonatmaterial besteht. Damit kann ein Substratmaterial gewählt werden, welches für die Anforderungen an eine nachfolgende Lamination optimal geeignet ist.
So kann ein Problem gelöst werden, welches sich oft im Zusammenhang mit der Herstellung von beispielsweise kontaktlosen ID-Karten oder Elementen (z. B. „holderpage”) von elektronischen Pässen ergibt. Dort ist es nämlich erforderlich, die RFID-Inlays mit weiteren Materialschichten zu einem Verbund weiterzuverarbeiten. Dadurch werden die RFID-Inlays gegen Umwelteinflüsse geschützt und sind für den Benutzer nicht sichtbar, was auch ein Sicherheitsaspekt sein kann. Außerdem werden die entstehenden Oberflächen der zusätzlichen Materialschichen je nach Anwendung mit bestimmten Informationen und/oder Sicherheitsmerkmalen versehen. Dies kann beispielsweise durch Drucken, Lasern, Prägen usw. erfolgen. Die Anforderungen an die Oberflächen sind hierbei oft sehr hoch. Beispielsweise soll verhindert werden, daß aufzubringend Farbbilder für Ausweisanwendungen wegen unterschiedlicher Oberflächestrukturen Qualitätsunterschiede aufweisen.
Für die Herstellung von hochwertigen kontaktlosen Karten oder Sicherheitsprodukten (z. B. elektronische Pässen) bedeutet dies, daß an die Weiterverarbeitung der RFID-Inlays mittels Lamination zusätzlicher Materialschichten hohe Anforderungen gestellt werden. Ein wichtiges Element hierbei ist die Ausführung und die Herstellungstechnologie der verwendeten Antenne. Die wesentlichen Merkmale für eine ideale Antenne in einem RFID-Inlay für hochwertige Anwendungen sind nachfolgend angegeben. Sämtliche Anforderungen werden durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung erfüllt.

1) Die Antenne ist auf dem gleichen Material aufgebracht, aus dem auch die Materialschichten bestehen, die zu einem späteren Zeitpunkt mit dem Substrat durch Lamination verbunden werden. In den Anwendungen der kontaktlosen (RFID) Sicherheitsprodukte hat sich als Material Polycarbonat (PC) etabliert.
2) Der mechanische Aufbau der Antenne ist sehr stabil (robust), um mechanischen Streßanforderungen (Biegung, Torsion etc.) sowie Anforderungen an die Beständigkeit gegen Korrosion, chemische Zersetzung etc. lange Zeit zu genügen.
3) Die Antenne kann sehr flach aufgebaut werden, um die damit hergestellten Sicherheitsprodukte ergonomisch, leicht und unauffällig aufbauen zu können. Diese Anforderung wird durch den technologischen Trend verstärkt, daß die RFID-Chips bei Sicherheitsanwendungen immer dünner werden und damit die Antennentechnologien entsprechend weiterentwickelt werden müssen.
4) Die Antenne kann derart aufgebaut werden, daß ihre Leiterbreite (von oben auf die Antenne gesehen) sehr gering ist. Dadurch werden bei der Lamination auftretende Veränderungen der Oberflächenstruktur der zusätzlichen Materialschichten minimiert.
5) Zwischen den metallischen Elementen der Antennen befindet sich kein Restbestand von Klebern oder anderen bei der Antennenherstellung verwendeten Materialien. Solche Verunreinigungen können daher auch nicht die Festigkeit der Verbindung zwischen Substrat (z. B. Polycarbonat) und auflaminierten Materialien (z. B. Polycarbonat) verringern, wie sie beispielsweise für sicherheitstechnische Anwendungen gefordert wird. Mit anderen Worten lassen sich Substrat und aufzulaminierende Materialien mit ausreichender und langfristig stabiler Haftfestigkeit durch Lamination verbinden.

Von besonderem Vorteil ist es, daß das Herstellen der Antennenabschnitte unter Verwendung verschiedenster Herstellungstechniken erfolgen kann, wie beispielsweise Metallisierung mit Kupfer, Verwendung leitfähiger Pasten und Tinten, Drahtverlegung. Damit wird eine sehr flexible Herstellung entsprechend den an das Endprodukt gestellten Anforderungen ermöglicht. Es können beispielsweise Beschichtungs- oder Drahtverlegungstechnologien eingesetzt werden. Auch ist es möglich, verschiedene Antennenabschnitte ein und derselben Antenne mit unterschiedlichen Herstellungsverfahren herzustellen, sofern dies technologisch oder im Hinblick auf die erzielbaren technischen Eigenschaften der Antenne sinnvoll ist.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Herstellen von Antennenstrukturen auf einem Substrat bekannt. Dabei kann zwischen der Additiv- und der Subtraktivtechnik unterschieden werden.
Bei der Subtraktivtechnik wird für das Herstellen der Antennen „etwas entfernt”. Die Herstellung der Antennenstrukturen erfolgt beispielsweise durch lokales chemisches Entfernen einer auf dem Substrat angeordneten Metallschicht, beispielsweise durch Ätzen mit Schwefelsäure. Die hierbei entstehenden Verunreinigungen stehen einer hochwertigen Lamination entgegen.
Unter einer Additivtechnik wird eine Herstellungstechnik verstanden, bei der für das Herstellen der Antennen „etwa hinzugefügt” wird. In einer ersten Variante erfolgt dabei eine Herstellung der Antennenstrukturen dadurch, daß eine metallische Struktur auf dem Substrat erzeugt wird. Mit anderen Worten werden die Antennenstrukturen erst im Zuge des Aufbringens von Material auf das Substrat hergestellt. Das Erzeugen der metallischen Struktur kann dabei durch Beschichten, insbesondere Plasmabeschichten, Sputtern, Bedampfen, Bestäuben, Bedrucken oder anderen Verfahren, wie beispielsweise Lötverfahren, erfolgen. Bei einer weiteren Variante erfolgt die Herstellung der Antenne dadurch, daß ein bereits bestehender Antennenleiter bzw. eine bereits bestehende Antenne auf das Substrat aufgebracht bzw. montiert wird. Bei der Drahtverlegetechnik wird beispielsweise ein Metalldraht mit Hilfe einer Verlegeeinrichtung mit dem Substrat verbunden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Herstellen des ersten und/oder des wenigstens einen zweiten Antennenabschnitts unter Verwendung einer additiven Herstellungstechnik. Die Verwendung einer Additivtechnik dient in erster Linie dazu, eine hochwertige Lamination zu gewährleisten.
Welches additive Herstellungsverfahren für die Herstellung der Antennen gewählt wird, kann entsprechend den Anforderungen an Substrat- und Antennenmaterial, Einsatzzweck der Antenne usw. gewählt werden. Kommt beispielsweise bei der Antennenherstellung die Variante der Additivtechnik zum Einsatz, bei der bereits bestehende Antennenleiter bzw. Antennen auf das Substrat aufgebracht bzw. montiert werden, insbesondere die Drahtverlegetechnik, so können besonders robuste Antennen hergestellt werden, wie sie z. B. bei Pässen verwendet werden. Kommt hingegen die Variante zum Einsatz, bei der die Antennenstrukturen erst im Zuge des Aufbringens von Material auf das Substrat hergestellt werden, insbesondere ein Beschichtungs- oder Druckverfahren, können besonders flache Antennen hergestellt werden. Zugleich ist die Produktion hoher Stückzahlen kostengünstiger.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Substratoberseite mit Anschlußflächen in Draufsicht,
2 eine schematische Darstellung einer Substratoberseite mit Anschlußflächen und Antennenabschnitt in Draufsicht,
3 eine schematische Darstellung einer Substratunterseite mit Anschlußflächen in Draufsicht,
4 eine schematische Darstellung einer Substratunterseite mit Anschlußflächen und Antennenabschnitt in Draufsicht,
5 eine schematische Darstellung eines durchsichtigen Substrats mit Anschlußflächen, Durchkontaktierungen und Antennenabschnitten auf Ober- und Unterseite in perspektivischer Ansicht.
Sämtliche Figuren zeigen die Erfindung lediglich schematisch und mit ihren wesentlichen Bestandteilen. Gleiche Bezugszeichen entsprechen dabei Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.
Ein Kunststoffsubstrat 1 aus Polycarbonat wird einem erste Arbeitsgang unterzogen. Dieser umfaßt:

a) das Herstellen einer elektrisch leitenden Anschlußfläche 2 zum Anschließen eines Antennenleiters 3, einer elektrisch leitenden Anschlußfläche 4 zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls (nicht dargestellt) und einer elektrisch leitenden Anschlußfläche 5 zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls und eines Antennenleiters 3 auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, sowie das Herstellen von zwei elektrisch leitenden Anschlußflächen 7, 8 zum Anschließen eines Antennenleiters 9 auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10 sowie
b) das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung 11 zwischen der zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen Anschlußfläche 4 auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, und einer der beiden zum Anschließen eines Antennenleiters 9 vorgesehenen Anschlußflächen 7 auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10, einerseits und das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung 12 zwischen der zum Anschließen eines Antennenleiters 3 vorgesehene Anschlußfläche 2 auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, und der anderen der beiden zum Anschließen eines Antennenleiters 9 vorgesehenen Anschlußflächen 8 auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10, andererseits.

Der im Anschluß an den ersten Arbeitsgang ausgeführte zweite Arbeitsgang umfaßt:

c) das Herstellen des ersten Antennenabschnitts 3 auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6,
d) das Herstellen eines zweiten Antennenabschnitts 9 auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10,
e) das Verbinden der beiden Abschnittsenden des ersten Antennenabschnitts 3 mit der zum Anschließen eines Antennenleiters 3 vorgesehenen auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, angeordneten Anschlußfläche 2 einerseits und mit der zum Anschließen eines Antennenleiters 3 und eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen, auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, angeordneten Anschlußfläche 5 andererseits, und
f) das Verbinden der beiden Abschnittsenden des zweiten Antennenabschnitts 9 mit den zwei auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10, angeordneten, zum Anschließen eines Antennenleiters 9 vorgesehenen Anschlußflächen 7, 8.

Damit ist eine in zwei nicht identischen Ebenen angeordnete, mit Anschlußflächen zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls versehene, vollständige Antenne entstanden, die in einem nachfolgenden Arbeitsgang mit einem Chip bzw. einem Chipmodul, insbesondere einem RFID-Chip bzw. einem RFID-Chipmodul, zu einem Transponder verbunden werden kann.
Bei der gezeigten Ausführungsform grundlegend erforderlich sind wenigstens zwei Durchkontaktierungen 11, 12 zur Verbindung der beiden Antennenabschnitte 3, 9. Darüber hinaus ist wenigstens eine der zur Kontaktierung eines Chips bzw. Chipmoduls vorgesehenen Anschlußflächen 4 mit einer Durchkontaktierung 11 versehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in dem ersten Arbeitsgang die elektrisch leitende Anschlußfläche 7 zum Anschließen eines Antennenleiters 9 auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10, derart hergestellt, daß sie ebenfalls zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls ausgebildet ist. Darüber hinaus umfaßt der erste Arbeitsgang zusätzlich:

a) das Herstellen einer elektrisch leitenden Anschlußfläche 13 zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10, sowie
b) das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung 14 zwischen der zum Anschließen eines Antennenleiters 3 und eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen Anschlußfläche 5 auf der ersten Substratfläche, hier der Substratoberseite 6, und der Anschlußfläche 13 zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls auf der zweiten Substratfläche, hier der Substratunterseite 10.

Bei dieser Ausgestaltung kann der Chip bzw. das Chipmodul sehr flexibel mit dem Substrat verbunden werden, nämlich nicht nur auf der Substratoberseite 6, sondern alternativ dazu auch auf der Substratunterseite 10.
Bei den im Zusammenhang mit den Abbildungen beschriebenen Ausführungsbeispielen liegt die erste Substratfläche auf der Substratoberseite 6 und die zweite Substratfläche auf der Substratunterseite 10. Bei den leitenden Verbindungen 11, 12, 14 handelt es sich um Durchkontaktierungen durch das Substrat 1 und die Antennenabschnitte 3, 9 sind in voneinander beabstandeten, zueinander parallelen Ebenen angeordnet, die der Substratoberseite bzw. der Substratunterseite entsprechen.
Darüber hinaus sind jedoch auch Ausführungsformen der Erfindung möglich, bei denen die Antennenabschnitte in nicht parallel zueinander verlaufenden Ebenen angeordnet sind und/oder bei denen mehr als zwei Antennenabschnitte vorgesehen sind. Beispielsweise sind Ausführungsformen möglich, bei denen das Substrat eine Sandwichstruktur mit zwei aufeinanderliegenden Substratplatten aufweise, wobei ein erster Antennenabschnitt auf der Oberseite der oberen Substratplatte, ein zweiter Antennenabschnitt auf der Unterseite der unteren Substratplatte und ein dritter Antennenabschnitt auf einer Substratfläche zwischen der oberen und der unteren Substratplatte angeordnet ist.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

1: Substrat
2: Anschlußfläche
3: Antennenabschnitt
4: Anschlußfläche
5: Anschlußfläche
6: Oberseite
7: Anschlußfläche
8: Anschlußfläche
9: Antennenabschnitt
10: Unterseite
11: Durchkontaktierung
12: Durchkontaktierung
13: Anschlußfläche
14: Durchkontaktierung

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Antenne (3, 9) auf einem Substrat (1), insbesondere einem Kunststoffsubstrat, für einen die Antenne (3, 9) und einen Chip bzw. ein Chipmodul aufweisenden Transponder, – mit einem ersten Arbeitsgang, umfassend: a) das Herstellen elektrisch leitender Anschlußflächen (2, 4, 5; 7, 8, 13) zum Anschließen eines Antennenleiters (3, 9) und/oder eines Chips bzw. eines Chipmoduls, wobei eine Anzahl Anschlußflächen (2, 4, 5) auf einer ersten Substratfläche (6) und eine Anzahl Anschlußflächen (7, 8, 13) auf wenigstens einer mit der ersten Substratfläche (6) nicht identischen zweiten Substratfläche (10) hergestellt werden, sowie b) das Herstellen einer Anzahl elektrisch leitender Verbindungen (11, 12; 14) zwischen jeweils zwei oder mehr auf unterschiedlichen Substratflächen (6, 10) angeordneten Anschlußflächen (2, 4, 5; 7, 8, 13), – mit einem sich an den ersten Arbeitsgang anschließenden zweiten Arbeitsgang, umfassend: c) das Herstellen eines ersten Antennenabschnitts (3) auf der ersten Substratfläche (6), d) das Herstellen wenigstens eines zweiten Antennenabschnitts (9) auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche (10), e) das Verbinden des ersten Antennenabschnitts (3) mit wenigstens zwei auf der ersten Substratfläche (6) angeordneten Anschlußflächen (2, 5), und f) das Verbinden des zweiten Antennenabschnitts (9) mit wenigstens zwei auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche (10) angeordneten Anschlußflächen (7, 8), wobei der erste und der zweite Arbeitsgang derart ausgeführt werden, daß sich durch das Herstellen der Antennenabschnitte (3, 9) und das Verbinden der Antennenabschnitte (3, 9) mit den Anschlußflächen (2, 4, 5; 7, 8, 13) unter Einbeziehung der elektrisch leitenden Verbindungen (11, 12; 14) eine in wenigstens zwei nicht identischen Ebenen angeordnete, mit Anschlußflächen (4, 5; 7, 13) zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls versehene, vollständige Antenne (3, 9) ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1) aus einem Polycarbonatmaterial besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Herstellen des ersten und/oder des wenigstens einen zweiten Antennenabschnitts (3, 9) unter Verwendung einer additiven Herstellungstechnik erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Herstellen der Antennenabschnitte (3, 9) unter Verwendung unterschiedlicher Herstellungstechniken erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der erste Arbeitsgang umfaßt: a) das Herstellen einer elektrisch leitenden Anschlußfläche (2) zum Anschließen eines Antennenleiters (3), einer elektrisch leitenden Anschlußfläche (4) zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls und einer elektrisch leitenden Anschlußfläche (5) zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls und eines Antennenleiters (3) auf der ersten Substratfläche (6) sowie das Herstellen von zwei elektrisch leitenden Anschlußflächen (7, 8) zum Anschließen eines Antennenleiters (9) auf der zweiten Substratfläche (10) sowie b) das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung (11) zwischen der zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen Anschlußfläche (4) auf der ersten Substratfläche (6) und einer der beiden zum Anschließen eines Antennenleiters (9) vorgesehenen Anschlußflächen (7) auf der zweiten Substratfläche (10) einerseits und das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung (12) zwischen der zum Anschließen eines Antennenleiters (3) vorgesehene Anschlußfläche (2) auf der ersten Substratfläche (6) und der anderen der beiden zum Anschließen eines Antennenleiters (9) vorgesehenen Anschlußflächen (8) auf der zweiten Substratfläche (10) andererseits, und wobei der zweite Arbeitsgang umfaßt: c) das Herstellen des ersten Antennenabschnitts (3) auf der ersten Substratfläche (6), d) das Herstellen des wenigstens einen zweiten Antennenabschnitts (9) auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche (10), e) das Verbinden des ersten Antennenabschnitts (3) mit der zum Anschließen eines Antennenleiters (3) vorgesehenen, auf der ersten Substratfläche (6) angeordneten Anschlußfläche (2) einerseits und mit der zum Anschließen eines Antennenleiters (5) und eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen, auf der ersten Substratfläche (6) angeordneten Anschlußfläche (5) andererseits, und f) das Verbinden des zweiten Antennenabschnitts (9) mit den zwei auf der wenigstens einen zweiten Substratfläche (10) angeordneten, zum Anschließen eines Antennenleiters (9) vorgesehenen Anschlußflächen (7, 8).
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine der beiden in dem ersten Arbeitsgang hergestellten elektrisch leitenden Anschlußflächen (7) zum Anschließen eines Antennenleiters (9) auf der zweiten Substratfläche (10) derart hergestellt wird, daß sie zum Anschließen eines Chips bzw. eines Chipmoduls ausgebildet ist, und wobei der erste Arbeitsgang zusätzlich umfaßt: a) das Herstellen einer elektrisch leitenden Anschlußfläche (13) zum Anschließen eines Chips oder eines Chipmoduls auf der zweiten Substratfläche (10) sowie b) das Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung (14) zwischen der zum Anschließen eines Antennenleiters (3) und eines Chips bzw. eines Chipmoduls vorgesehenen Anschlußfläche (5) auf der ersten Substratfläche (6) und der Anschlußfläche (13) zum Anschließen eines Chips oder eines Chipmoduls auf der zweiten Substratfläche (10).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Substratfläche (6) auf der Substratoberseite und die zweite Substratfläche (10) auf der Substratunterseite liegt, es sich bei den leitenden Verbindungen (11, 12; 14) um Durchkontaktierungen handelt und die Antennenabschnitte (3, 9) in voneinander beabstandeten, zueinander parallelen Ebenen angeordnet sind.
Vorrichtung mit einem auf einem Substrat (1), insbesondere einem Kunststoffsubstrat, angeordneten Transponder, der einen Chip, insbesondere einen RFID-Chip bzw. ein RFID-Chipmodul, und eine Antenne (3, 9) aufweist, wobei die Antenne (3, 9) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.