DE102009040537A1

DE102009040537A1 - Mehrschichtiges Folienelement sowie Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises

Info

Publication number: DE102009040537A1
Application number: DE200910040537
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Schindler
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: DE102009040537B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Folienelement sowie ein Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises. Das mehrschichtige Folienelement weist eine Laminierfolie oder Transferfolie, mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und einer zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordneten dielektrischen Schicht auf. Die erste elektrisch leitfähige Schicht ist musterförmig zur Ausbildung einer spulenförmigen ersten Leiterstruktur (31) ausgebildet, die zweite elektrisch leitfähige Schicht ist musterförmig zur Ausbildung einer zweiten Leiterstruktur (21) ausgebildet. Die erste und die zweite Leiterstruktur (21, 31) sind miteinander zur Ausbildung eines Schwingkreises über eine Koppelanordnung (50) verkoppelt. Die Koppelanordnung (50) umfasst ein in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformtes und mit einem ersten Ende der ersten Leiterstruktur (31) verbundenes erstes Koppelelement (32) und ein in der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformtes und mit einem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur (21) verbundenes zweites Koppelelement (22). Das erste Koppelelement (32) weist eine erste Gruppe von N ersten Kontaktflächen (33) und das zweite Koppelelement (22) eine zweite Gruppe von N zweiten Kontaktflächen (23) auf. Jeweils eine der ersten und eine der zweiten Kontaktflächen (23, 33) sind in Überdeckung zueinander angeordnet. Die ersten und zweiten Kontaktflächen (23, 33) sind jeweils für die ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises, insbesondere eines Antennen-Schwingkreises für einen RFID-Transponder, sowie ein mehrschichtiges Folienelement, insbesondere eine Laminierfolie oder Transferfolie.
Der Aufbau eines RFID-Transponders ist beispielsweise in US 5,528,222 beschrieben: Auf einem Trägersubstrat ist eine in einer elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformte Antennenstruktur angeordnet, welche mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist. Die Antennenstruktur bildet hierbei einen Antennen-Schwingkreis aus, dessen Resonanzfrequenz im Bereich der Trägerfrequenz des von dem RFID-Transponder zu empfangenden Auslesesignals zu liegen hat.
Dies wird üblicherweise dadurch realisiert, dass mittels Simulations-Werkzeugen, Rapid-Prototyping-Verfahren und Austesten die Resonanzfrequenz der Antennenstruktur bestimmt wird und die Antennenstruktur sodann so lange modifiziert wird, bis die Resonanzfrequenz der Antennenstruktur eine vorgegebene Abweichung von der Trägerfrequenz des RF-Empfangssignals nicht überschreitet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabenstellung zugrunde, ein verbessertes Folienelement mit einem Schwingkreis sowie ein verbessertes Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird von einem mehrschichtigen Folienelement gelöst, welches eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht und eine zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnete dielektrische Schicht aufweist, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht musterförmig zur Ausbildung einer spulenförmigen ersten Leiterstruktur ausgeformt ist, die zweite elektrisch leitfähige Schicht musterförmig zur Ausbildung einer zweiten Leiterstruktur ausgeformt ist, die erste und die zweite Leiterstruktur miteinander zur Ausbildung eines Schwingkreises, insbesondere eines Antennen Schwingkreises, über eine Koppelanordnung verkoppelt sind, welche ein in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformtes mit einem ersten Ende der ersten Leiterstruktur verbundenes erstes Koppelelement und ein in der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformtes und mit einem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur verbundenes zweites Koppelelement umfasst, das erste Koppelelement eine erste Gruppe von N ersten Koppelflächen und das zweite Koppelelement eine zweite Gruppe von N zweiten Koppelflächen aufweist, wobei jeweils eine der ersten und eine der zweiten Koppelflächen in Überdeckung zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kontaktflächen jeweils für die Herstellung von Durchkontaktierungen ausgeformt sind und N größer gleich 2 ist, und zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises mindestens eine aus der ersten Gruppe ausgewählte erste Kontaktfläche über mindestens eine Durchkontaktierung mit einer aus der zweiten Gruppe ausgewählten zweiten Kontaktfläche verbunden ist. Die Aufgabe wird weiter durch ein Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises, insbesondere eines Antennen-Schwingkreises für einen RFID-Transponder gelöst, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines mehrschichtigen Folienelements mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht und einer zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordneten dielektrischen Schicht, wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht musterförmig zur Ausbildung einer spulenförmigen ersten Leiterstruktur und einem mit einem ersten Ende der ersten Leiterstruktur verbundenen ersten Koppelelement ausgeformt ist und die zweite elektrisch leitfähige Schicht musterförmig zur Ausbildung einer zweiten Leiterstruktur und einem mit einem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur verbundenen zweiten Koppelelement ausgeformt ist und das erste Koppelelement eine erste Gruppe von N ersten Kontaktflächen und das zweite Koppelelement eine zweite Gruppe von N zweiten Kontaktflächen aufweist, wobei jeweils eine der ersten und eine der zweiten Kontaktflächen in Überdeckung zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kontaktflächen jeweils für die Herstellung von Durchkontaktierungen ausgeformt sind und N größer gleich 2 ist, sowie das Verbinden mindestens einer aus der ersten Gruppe ausgewählten ersten Kontaktfläche 33 über eine Durchkontaktierung mit einer aus der zweiten Gruppe ausgewählten zweiten Kontaktfläche 23 zur Verkopplung der ersten und zweiten Leiterstruktur 21, 31 über eine die Koppelelemente und die mindestens eine Durchkontaktierung umfassende Koppelanordnung.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Resonanzfrequenz eines in einem mehrschichtigen Folienelement vorgesehenen Schwingkreises nicht nur von der Formgebung der den Schwingkreis bereitstellenden elektrisch leitfähigen Schichten, sondern auch ganz wesentlich von dem sonstigen Aufbau des Folienelements abhängt. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass sich die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises alleine dadurch ändert, dass auf ein insbesondere ein Zwischenprodukt darstellendes Folienelement mit einem Schwingkreis beispielsweise weitere Folien auflaminiert werden, insbesondere bei der Weiterverarbeitung des Zwischenprodukts bei der Herstellung eines Endprodukts. So haben in diesem Zusammenhang durchgeführte Messungen ergeben, dass sich die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises mit beispielsweise 23,32 MHz bei Auflegen oder Auflaminieren einer PET-Folie einer Schichtdicke von 50 μm auf 23,15 MHz und bei Auflaminieren zweier solcher PET-Folien auf 23,04 MHz verschiebt. Bei Auflaminieren von zwölf PET-Folien verschiebt sich die Resonanzfrequenz beispielsweise auf 22,84 MHz. Dieser Effekt führt dazu, dass die Resonanzfrequenz des Endproduktes, z. B. ein aus mehreren zusammenlaminierten und/oder aufeinanderliegenden Lagen bestehendes Dokument, gegenüber der Resonanzfrequenz des durchgetesteten Zwischenproduktes (Folienelement mit Schwingkreis) oft unkalkulierbar verschoben ist und für jeden einzelnen Anwendungsfall in aufwändigen interaktiven Schritten ein entsprechendes Design der elektrisch leitfähigen Schichten des Folienkörpers ermittelt und eine entsprechend große Vielzahl von teueren und aufwändig zu fertigenden Druckwalzen für die Herstellung des Mehrschichtkörpers gefertigt werden müssen. Auch eine nachträgliche Anpassung der Resonanzfrequenz durch Durchtrennen oder Zerstörung von elektrisch leitfähigen Schichten und Leiterstrukturen führt nur zu einem ungenügenden Ergebnis, da solche Maßnahmen sich in der Regel sehr stark (und ggf. nur schlecht vorhersehbar) auf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises auswirken und so ein ”Feintuning” der Resonanzfrequenz zur Lösung des oben dargelegten, hier erkannten Problems hierdurch nur schlecht möglich ist.
Hier schafft die Erfindung Abhilfe. Aufgrund der Ausbildung des Schwingkreises in zwei übereinander angeordneten elektrisch leitfähigen Schichten und der in Überdeckung zueinander angeordneten Kontaktflächen der Koppelelemente und der Kopplung mittels einer Durchkontaktierung zwischen ausgewählten der Kontaktflächen wird zum einen eine relativ hohe Kapazität des Schwingkreises erzielt, die sich durch die Wahl der Durchkontaktierung auch weitgehend nicht ändert (die Kapazität ist im wesentlichen unabhängig von der Wahl der Durchkontaktierung, da die Flächenüberdeckung unabhängig von den Durchkontaktierungen und der Wahl der Durchkontaktierungen ist) und zum anderen durch die Wahl der Durchkontaktierung(en) im wesentlichen nur die Induktivität des Schwingkreises beeinflusst wird. Durch die Erfindung wird zum einen erreicht, dass bei der Anpassung der Resonanzfrequenz durch Wahl der Kontaktflächen und Herstellung der Durchkontaktierung im wesentlichen nur der induktive Anteil des Schwingkreises beeinflusst wird und dieser sich nur schwach auf die erzielte Frequenz auswirkt, aufgrund des bedeutenden und konstanten kapazitiven Anteiles. Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass in einem engen Bereich Frequenzänderungen mit hoher Genauigkeit und hoher Vorhersagbarkeit erzielt werden können. Damit wird es ermöglicht, die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises auf den weiteren Schichtaufbau und die in späteren Fertigungsschritten hinzugefügten Schichten eines mehrschichtigen Folienlaminats oder Mehrschichtkörpers vergleichsweise genau abzustimmen und somit zum einen aufwändige Iterationsschritte bei der Fertigung des Folienkörpers zu vermeiden und zum anderen die Herstellungskosten deutlich zu senken, da ein mit dem Schwingkreis ausgestattetes Zwischenprodukt für eine Vielzahl von Endprodukten – durch eine entsprechende Auswahl der Koppelflächen – verwendet werden kann und damit die Produktionskosten sowie der Zeitaufwand für die Produktentwicklung deutlich gesenkt werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Vorzugsweise sind die ersten Kontaktflächen der ersten Gruppe miteinander verbunden und/oder die zweiten Koppelflächen der zweiten Gruppe miteinander verbunden.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die Flächenschwerpunkte der ersten Kontaktflächen zwischen 1 μm und 1000 μm, vorzugsweise zwischen 5 μm und 500 μm entfernt voneinander angeordnet. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine derartige Anordnung der Koppelflächen eine ausreichend genaue und auf die Bedürfnisse der Erstellung von Folienlaminaten abgestimmte Anpassung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises möglichst ist. Weiter ist es hierbei vorteilhaft, wenn die ersten Koppelflächen hierbei so angeordnet sind, dass die das zweite Ende der ersten Leiterstruktur und die die jeweiligen Koppelflächen verbindenden Leiterbahnen der ersten Leiterstruktur und des ersten Koppelelements jeweils eine spulenförmige Formgebung besitzen.
Es hat sich weiter bewährt, dass N größer als 2 und kleiner als 35 ist, insbesondere N größer als 4 und kleiner als 8 ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass durch eine derartige Anzahl von Koppelflächen ein Optimum zwischen den Anpassungsmöglichkeiten der Resonanzfrequenz und dem hierfür notwendigen Kostenaufwand gefunden ist.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die ersten oder zweiten Koppelflächen jeweils in einer Serienschaltung miteinander verbunden. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass über die Koppelstelle oder Koppelstellen die beiden auf den unterschiedlichen Seiten des Trägers befindlichen Spulenbereiche miteinander verbunden werden können und einen Gesamtschwingkreis bilden. Eine solche Serienschaltung kann z. B. als eine Aneinanderreihung von Koppelstellen auf einer Leiterstruktur des Schwingkreises ausgebildet sein, wodurch praktisch keine störenden induktiven und/oder kapazitiven Effekte im Schwingkreis erzeugt werden.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die ersten oder zweiten Koppelflächen jeweils über jeweilige zugeordnete separate Leiterbahnen mit dem ersten Ende der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur verbunden. Hierdurch ist es möglich, durch Wahl der Anordnung dieser separaten Leiterbahnen in Relation zu der spulenförmigen ersten Leiterstruktur die mittlere Fläche zu beeinflussen, die von der die jeweilige Kontaktfläche und das zweite Ende der spulenförmigen ersten bzw. zweiten Leiterstruktur verbindenden Leiterbahn umschlossen wird (die sich aus der separaten Leiterbahn und der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur zusammensetzt) und hierdurch die Induktivität des Schwingkreises zu beeinflussen. Je nach der mittleren Entfernung der separaten Leiterbahnen von dem Flächenschwerpunkt der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur ergibt sich so eine unterschiedliche Induktivität.
Vorzugsweise werden die separaten Leiterbahnen hierbei so angeordnet, dass sie jeweils eine unterschiedliche mittlere Entfernung zum Flächenschwerpunkt der ersten bzw. Leiterstruktur aufweisen, weiter bevorzugt dass diese mittlere Entfernung sich jeweils um ein ganzzahliges Vielfaches eines Wertes unterscheidet. Hierdurch wird eine lineare Abstufung erzielt. Weiter wird es hierdurch ermöglicht, dass durch Auswahl von zwei oder mehr Kontaktflächen eine weitere Abstufung der Resonanzfrequenz erzielt werden kann: Es können so verschiedene Strompfade parallel betrieben werden und die sich hierdurch ergebende mittlere umschlossene Fläche wird weiter von dem Mittel dieser Strompfade gewichtet nach dem jeweiligen Stromfluss bestimmt. Es ist somit möglich, durch N Kontaktflächen nicht nur N Abstufungen, sondern N·(N – 1)·(N – 2) ... Abstufungen zu erzielen.
Weiter ist es hierbei auch möglich, dass die ersten Koppelflächen in einer Serienschaltung miteinander verbunden sind und die zweiten Koppelflächen über jeweilige zugeordnete separate Leiterbahnen mit dem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur verbunden sind oder umgekehrt.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Leiterstruktur ebenfalls eine spulenförmige Leiterstruktur umfasst. Hierdurch kann der Bereich, in dem durch die Wahl der Koppelflächen eine Anpassung der Resonanzfrequenz erzielt wird, weiter verringert werden, sowie ggf. die Güte des Schwingkreises verbessert werden. Vorzugsweise besitzen die erste und die zweite Leiterstruktur hierbei dieselbe Windungsrichtung.
Unter spulenförmiger Leiterstruktur wird eine Leiterstruktur verstanden, die von einer spiralförmigen Leiterbahn gebildet wird, deren Spiralform mindestens ½ Windung, vorzugsweise 1 bis 10 Windungen, insbesondere um ein gedachtes geometrisches Zentrum herum ausbildet.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass das erste und zweite Koppelelement sich zu mehr als 45%, vorzugsweise zu mehr als 90% überdecken. Es ist jedoch auch möglich, dass die ersten und zweiten Koppelelemente um weniger als 45% überdecken.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist das zweite Ende der ersten und/oder zweiten Leiterstruktur mit einer elektronischen Schaltung, insbesondere einem integrierten Schaltkreis mit oder ohne Verkapselung verbunden. Die erste und zweite Leiterstruktur sind somit Teil eines Antennen-Schwingkreises, der mit der elektronischen Schaltung verbunden ist. Es ist weiter jedoch auch möglich, dass in dem mehrschichtigen Folienelement ein elektrischer Schaltkreis vorgesehen ist und der Schwingkreis beispielsweise einen sich mit einer elektronischen Schaltung verbundenen, eigenständigen LCR-Schwingkreis ausbildet, beispielsweise Teil einer Antennenanordnung oder eines Verschleierungselements (Anti Skimming Elementes) ist.
Weiter ist es auch möglich, dass das zweite Ende der ersten und zweiten Leiterstruktur jeweils mit einer ersten bzw. zweiten Kondensatorfläche verbunden ist, wobei die erste und zweite Kondensatorfläche sich zumindest bereichsweise überdecken. Hierdurch wird zum einen die Kapazität des Schwingkreises weiter erhöht und durch die kapazitive Kopplung des zweiten Endes der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur können weitere Vorteile erzielt werden.
Weiter ist es auch möglich, dass das zweite Ende der ersten und/oder zweiten Leiterstruktur mit einer Durchkontaktierung verbunden ist, oder das zweite Ende der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur beispielsweise mit einer elektronischen Schaltung verbunden ist. Weiter ist es auch möglich, dass das zweite Ende der ersten und der zweiten Leiterstruktur jeweils mit einem Koppelelement einer weiteren Koppelanordnung verbunden ist, welche beispielsweise wie die oben beschriebene Koppelanordnung ausgebildet ist, mit der die ersten Enden der ersten und zweiten Leiterstruktur verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, die Anpassung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises an wechselnde Umgebungsbedingungen weiter zu verbessern.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die erste Leiterstruktur und ggf. die zweite Leiterstruktur von einer spulenförmig angeordneten Leiterbahn gebildete, welche zwischen 1 und 10 Windungen, bevorzugt zwischen 2 und 4 Windungen, aufweist. Die Windungen der Leiterbahnen jeder der spulenförmigen Strukturen sind hierbei vorzugsweise weniger als 0,5 mm voneinander beabstandet, weiter bevorzugt zwischen 0,05 mm und 0,5 mm voneinander beabstandet. Die Leiterbahnen der spulenförmigen Strukturen weisen weiter bevorzugt jeweils eine Breite von weniger als 5 mm, bevorzugt zwischen 0,05 mm und 5 mm, auf.
Weiter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die erste und zweite Leiterstruktur sich zumindest bereichsweise überdecken, vorzugsweise sich um mindestens 33%, vorzugsweise um mindestens 50%, besonders bevorzugt um mindestens 70% überdecken.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung weist das Folienelement mindestens eine optisch aktive Schicht auf, welche einen für den menschlichen Betrachter erkennbaren optischen Effekt, insbesondere einen optisch variablen Effekt generiert. Die optisch aktive Schicht umfasst hierbei vorzugsweise eine Schicht mit einem mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenrelief, insbesondere einem beugungsoptisch wirksamen Oberflächenrelief oder einem Oberflächenrelief in Form einer Linsenstruktur, einer Mattstruktur oder einem Blaze-Gitter. Weiter ist es möglich, dass die optisch aktive Schicht ein Dünnfilmschichtsystem umfasst, welches zumindest eine Distanzschicht einer optischen Schichtdicke im Bereich von λ½ oder λ¼ für eine Wellenlänge λ im Bereich des sichtbaren Lichtes aufweist, so dass durch das Dünnfilmschichtsystem blickwinkelabhängige Farbverschiebungseffekte generiert werden. Weiter ist es möglich, dass die optisch aktive Schicht eine oder mehrere Volumenhologrammschichten umfasst. Weiter ist es möglich, dass die optisch aktive Schicht eine Flüssigkristallschicht, insbesondere eine vernetzte nematische und/oder cholesterische Flüssigkristallschicht aufweist, welche die Polarisation des einfallenden Lichtes ändert und/oder blickwinkelabhängige Farbverschiebungseffekte generiert. Weiter ist es möglich, dass die optisch aktive Schicht optisch aktive Pigmente, beispielsweise Effektpigmente (Interferenzschicht-Pigmente, Flüssigkristall-Pigmente), UV- oder IR-aktivierbare Pigmente oder thermochrome Pigmente umfasst. Weiter ist es auch möglich, dass die optisch aktive Schicht ein oder mehrere Farbschichten, insbesondere musterförmig ausgeformte Farblackschichten oder mittels Pigmenten und/oder Farbmitteln farbig eingefärbte Schichten aufweist. Weiter ist es auch möglich, dass das Folienelement zwei oder mehr derartige optisch aktive Schichten aufweist oder in einer optisch aktiven Schicht mehrere der oben angeführten Schichten enthalten sind. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die optisch aktiven Schichten die erste und zweite Leiterstruktur sowie die Koppelelemente zumindest teilweise überdecken und/oder die erste oder die zweite elektrisch leitfähige Schicht Schichten bilden, welche als Reflexionsschichten zur Generierung des optischen Effekts der optischen aktiven Schicht bzw optisch aktiven Schichten beitragen. Zusätzliche, vorzugsweise nichtmetallische Reflexionsschichten zur Generierung von optischen Effekten der optischen aktiven Schicht oder optisch aktiven Schichten können ebenfalls vorhanden sein, z. B. eine HRI-Reflexionsschicht auf Basis von ZnS mit hohem Brechungsindex (HRI = High Refractive Index) Weiterhin ist es vorteilhaft, die optisch aktiven Schichten in der Schichtfolge oberhalb und unterhalb der ersten und zweiten Leiterstruktur sowie der Koppelelemente angeordnet sind und diese zumindest teilweise überdecken, sodass eine nachträgliche Manipulation der ersten und zweiten Leiterstruktur sowie der Koppelelemente durch die optisch aktiven Schichten als Sicherheitselemente verhindert ist bzw. Manipulationen an den Veränderungen der optisch aktiven Schichten zumindest optisch erkennbar ist.
Vorzugsweise weist die dielektrische Schicht eine Schichtdicke zwischen 2 und 500 μm auf und besteht aus einer Kunststofffolie, insbesondere einer PET-Folie oder PMMA, PC, PEC, ABS, ABS-PC, PE, PS, PVC, Polyamide, PAN, SAN, SBS, PSU, PES, PEEK, PP. Es sind aber auch Materialkombinationen oben genannter Materialien oder als dielektrische Schicht Papier oder Papierverbundmaterialien einsetzbar. Ebenfalls einsetzbar sind Verbundmaterialien aus Kunststoff- und Papierschichten. Dabei kann es je nach Einsatzzweck vorteilhaft sein, eine oder mehrere Papierschichten und/oder eine oder mehrere Kunststoffschichten in dem Verbundmaterial vorzusehen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei Bereitstellung des Schwingkreises wie folgt vorgegangen:
Die Resonanzfrequenz für zwei oder mehr unterschiedliche Verkopplungen der ersten und zweiten Leiterstruktur über die Koppelanordnung wird ermittelt. Hierzu wird beispielsweise jeweils eine entsprechende Verkopplung der ersten und zweiten Leiterstruktur über die Koppelanordnung hergestellt und sodann die ein oder mehreren weiteren Schichten, welche zur Herstellung des Endprodukts auf die erste bzw. zweite elektrisch leitfähige Schicht aufzubringen sind, aufgebracht. Sodann wird jeweils die ermittelte Resonanzfrequenz mit einer Ziel-Resonanzfrequenz verglichen. Im Folgenden werden dann zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die Ziel-Resonanzfrequenz die ersten und zweiten Kontaktflächen gemäß der Verkopplung ausgewählt, bei der die ermittelte Resonanzfrequenz am nächsten zur Ziel-Resonanzfrequenz ist.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren zur Bereitstellung des Schwingkreises weiter auch den Schritt, dass ein oder mehrere weitere Schichten auf die erste und/oder zweite elektrisch leitfähige Schicht aufgebracht werden. Durch diese weiteren Schichten wird – wie oben dargelegt – die Resonanzfrequenz des Schwingkreises beeinflusst, was bei der Abstimmung des Schwingkreises auf die Resonanzfrequenz – wie oben erläutert – zu berücksichtigen ist.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Bereitstellung des mehrschichtigen Folienelements die Schritte: Bereitstellung der dielektrischen Schicht und Aufbringen der entsprechend ausgeformten ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf die dielektrische Schicht.
Vorzugsweise wird hierbei die erste und/oder die zweite elektrisch leitfähige Schicht wie im folgenden beschrieben auf die dielektrische Schicht aufgebracht: Die eine Oberfläche der dielektrischen Schicht wird mit einer elektrisch leitfähigen Starterschicht (Seed Layer) bedruckt, welcher musterförmig in Form der ersten Leiterstruktur und des ersten Koppelelements ausgeformt ist. Die andere, gegenüberliegende Oberfläche der dielektrischen Schicht wird mit einer elektrisch leitfähigen Starterschicht bedruckt, welche musterförmig in Form der zweiten Leiterstruktur und des zweiten Koppelelements ausgeformt ist. Anschließend wird ein Metall galvanisch auf den elektrisch leitfähigen Starterschichten abgeschieden. Die elektrisch leitfähigen Starterschichten können dabei auch aus mehreren Schichten bestehen und in mehreren aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten aufgebracht werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich hierbei erwiesen, vor Durchführung der galvanischen Abscheidung mindestens eine Durchbrechung im Bereich der ausgewählten ersten und zweiten Kontaktflächen in die dielektrische Schicht einzubringen, beispielsweise mittels eines mechanischen Prozesses (Stanzen, Bohren) oder mittels eines Lasers. Bei der anschließenden galvanischen Abscheidung des Metalls auf der elektrisch leitfähigen Starterschicht wächst die aufgalvanisierte Schicht auch durch die Durchbrechung hindurch, so dass in ein- und demselben Schritt zum einen eine entsprechend dicke metallische Schicht auf den elektrisch leitfähigen Starterschichten aufwächst und zum anderen die mindestens eine Durchkontaktierung generiert wird, über die die ausgewählten ersten und zweiten Kontaktflächen und somit die auf den unterschiedlichen Seiten der dielektrischen Schicht befindlichen Leiterbahnstrukturen miteinander verbunden werden. Hierdurch wird die Anzahl der notwendigen Produktionsschritte weiter verringert und weitere Kosteneinsparungen erzielt. Neben dem beschriebenen galvanischen Prozess können die Durchkontaktierungen auch über andere Prozesse erfolgen, z. B. durch Klemmen oder Löten.
Gemäß eines weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden zuerst zwei oder mehrere der ersten Kontaktflächen mit jeweils zugeordneten zweiten Kontaktflächen über jeweilige Durchkontaktierungen miteinander verbunden, vorzugsweise sämtliche erste Kontaktflächen über jeweilige Durchkontaktierungen mit den jeweils zugeordneten zweiten Kontaktflächen verbunden. Anschließend werden diejenigen Durchkontaktierungen, welche nicht ausgewählte erste und zweite Kontaktflächen miteinander verbinden, zerstört, beispielsweise mittels eines Lasers oder mittels mechanischer Verfahren (Bohren, Stanzen).
So ist es beispielsweise vorteilhaft, wenn vor Durchführung der galvanischen Abscheidung im Bereich der ersten und zweiten Kontaktflächen jeweils mindestens eine Durchbrechung in die dielektrische Schicht eingebracht wird, beispielsweise mittels eines mechanischen Prozesses (Stanzen, Bohren) oder mittels eines Lasers. Sodann werden – wie oben beschrieben – während der galvanischen Abscheidung Durchkontaktierungen im Bereich der Durchbrechungen hergestellt. Zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die Ziel-Resonanzfrequenz werden anschließend diejenigen Durchkontaktierungen zwischen ersten und zweiten Kontaktflächen ausgewählt, die für die Ziel-Resonanzfrequenz nicht benötigt werden. Diese nicht benötigten Durchkontaktierungen werden dann mittels Laser oder mechanischen Verfahren (Stanzen, Bohren) nachträglich zerstört.
Vorteilhafterweise wird die Oberfläche der dielektrischen Schicht mit der elektrisch leitfähigen Starterschicht mittels eines Tiefdruck-, Hochdruck oder Siebdruck-Verfahrens durchgeführt. Weiter ist es jedoch auch möglich, dass die elektrisch leitfähige Starterschicht mittels eines Transferverfahrens, beispielsweise mittels einer Transferfolie, aufgebracht wird. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass mehrere Verfahren zur Aufbringung der elektrisch leitfähigen, insbesondere mehrschichtigen Starterschicht miteinander kombiniert werden.
Die elektrisch leitfähigen Schichten können jedoch auch auf andere Weise aufgebracht bzw. ausgeformt werden, beispielsweise mittels Metallisierung und Ätzung, mittels eines Transferverfahrens oder durch Aufbringen eines entsprechend gebogenen Drahtes.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines mehrschichtigen Folienelements.
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Schicht des Folienelements nach 1.
3 zeigt eine schematische Draufsicht einer Schicht des Folienelements nach 1.
4 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Folienelements.
5 zeigt eine schematische, dreidimensionale Darstellung eines Folienelements.
1 zeigt das Folienelement 1, welches ein Trägersubstrat 10, eine Kleberschicht 17, eine elektrisch leitfähige Schicht 16, eine dielektrische Schicht 15, eine elektrisch leitfähige Schicht 14, eine Kleberschicht 13, eine optisch aktive Schicht 12 und eine Schutzschicht 11 aufweist.
Die Trägerschicht 10 besteht aus einem Kunststoffsubstrat, einem Papiersubstrat oder auch aus einem mehrschichtigen Substrat, auf welches das von den Schichten 11 bis 17 gebildete Folienelement 20 mittels der Kleberschicht 17 festgelegt ist. Bei der Trägerschicht 10 handelt es sich so beispielsweise um eine Seite eines Passbuches, um das Trägersubstrat eines Wertdokuments oder um das Trägersubstrat einer Karte, beispielsweise einer ID-Karte. Auf das Trägersubstrat 10 könnte auch verzichtet werden.
Das Folienelement 20 ist eine Laminierfolie, welche mittels eines Applikations-Prozesses auf die Trägerschicht 10 aufgebracht wird. Weiter ist es auch möglich, dass das Folienelement 20 eine Transferlage einer Transferfolie, insbesondere einer Heißprägefolie, ist, welche mittels eines Transfer-Prozesses auf die Trägerschicht 10 aufgebracht wird. Zusätzlich ist es weiter auch möglich, dass auf das Folienelement 20 noch ein oder mehrere weitere Schichten aufgebracht werden, beispielsweise auf das Folienelement 20 noch eine zusätzliche Trägerschicht aufgebracht wird und das Folienelement 20 zwischen die Trägerschicht 10 und die zusätzliche Trägerschicht einlaminiert wird.
Im Weiteren ist es auch möglich, auf die Kleberschicht 17, die Kleberschicht 13, die optisch aktive Schicht 12 und die Schutzschicht 11 zu verzichten, so dass das Folienelement 20 die elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 sowie die dielektrische Schicht 15 umfasst.
Die Kleberschichten 17 und 13 bestehen aus einem thermisch aktivierbaren Kleber. Es ist auch möglich, als Kleber für die Kleberschichten 13 und 17 einen durch Druck aktivierbaren Kleber (Kaltkleber) oder einen durch Strahlung (z. B. UV-Strahlung) aktivierbaren Kleber einzusetzen.
Die dielektrische Schicht hat eine Dicke zwischen 4 μm und 250 μm, bevorzugt zwischen 30 μm und 75 μm. Die dielektrische Schicht 15 besteht vorzugsweise aus einer Kunststofffolie, beispielsweise bestehend aus PET, oder PMMA, PC, PEC, ABS, ABS-PC, PE, PS, PVC, Polyamide, PAN, SAN, SBS, PSU, PES, PEEK, PP oder einer Kombination dieser Materialien. In diesem Zusammenhang können aber auch andere hier nicht genannte dielektrische Materialien zum Einsatz kommen.
Die dielektrische Schicht 15 kann flexibel, nicht flexibel oder teilflexibel sein, eine konstante Dicke oder unterschiedliche Schichtdicke an unterschiedlichen Orten aufweisen, transparent oder nicht transparent oder teiltransparent sein oder auch an unterschiedlichen Orten die gleiche oder unterschiedliche chemische und/oder physikalische Eigenschaften besitzen. Weiter kann die dielektrische Schicht 15 gefüllt oder teilgefüllt sein. Ebenso ist es möglich, dass sich in der dielektrischen Schicht Aussparungen befinden oder diese Schicht/en strukturiert, teilstrukturiert, perforiert oder dergleichen sind, um beispielsweise Einfluss auf die physikalische Stabilität zu nehmen. Auch ist es möglich, dass die dielektrische Schicht aus einem Schichtenverbund oder Teilschichtenverbund gebildet wird.
Die elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 bestehen vorzugsweise jeweils aus ein oder mehreren metallischen Schichten, beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold. Weiter ist es auch möglich, dass die elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 aus einem leitfähigen organischen Material oder einem leitfähigen Druckstoff bestehen oder eine Schicht bestehend aus einem organischen leitfähigen Material oder einem leitfähigen Druckstoff aufweisen. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 beträgt jeweils zwischen 5 μm und 25 μm.
Die optisch aktive Schicht 12 besteht aus ein oder mehreren Schichten ausgewählt aus der Gruppe: Farbschicht, insbesondere Farblackschicht oder eingefärbte Photoresistschicht, Schicht mit einem abgeformten mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenrelief, insbesondere einem beugungsoptisch wirkenden Oberflächenrelief oder einem Oberflächenrelief in Form von Linsenstrukturen, Mattstrukturen oder Blaze-Gittern, eine Schicht enthaltend ein Volumen-Hologramm, ein Dünnfilm-Schichtsystem, welches einen blickwinkelabhängigen Farbverschiebungseffekt generiert, eine (vernetzte) nematische oder cholesterische Flüssigkristallschicht, eine Schicht enthaltend optisch aktive Pigmente, insbesondere Effektpigmente, UV-aktivierbare Pigmente, IR-aktivierbare Pigmente, lumineszente Pigmente, thermochrome Pigmente, eine Reflexionsschicht (dielektrisch oder metallisch), eine magnetische Schicht oder eine eingefärbte transparente Schicht.
Die Schutzschicht 11 besteht aus einer Schutzlackschicht mit einer Schichtdicke zwischen 1 μm und 10 μm oder aus einer Kunststofffolie, insbesondere einer PET-Folie einer Schichtdicke zwischen 3 μm und 500 μm.
Die elektrisch leitfähige Schicht 14 ist wie in 2 angedeutet ausgeformt: Die elektrisch leitfähige Schicht ist in Form einer Leiterstruktur 21, dem Kontaktelement 22 und von Kontaktflächen 41 und 42 ausgeformt. Die Leiterstruktur 21 ist in Form einer eine ¾ Windung ausbildenden Leiterbahn ausgeformt, wobei das erste Ende der Leiterstruktur 21 mit der Kontaktfläche 42 und das zweite Ende der Leiterstruktur 21 mit dem Koppelelement 22 verbunden ist. Das Koppelelement 22 weist sieben Kontaktflächen 23 auf, die über jeweils zugeordnete Leiterbahnen 24, 25, 26, 27, 28, 29 bzw. 30 mit dem zweiten Ende der Leiterstruktur 21 verbunden sind.
Die elektrisch leitfähige Schicht 16 ist wie in 3 verdeutlicht ausgeformt: In der elektrisch leitfähigen Schicht 16 sind eine Leiterstruktur 31, eine Leiterstruktur 45, ein Koppelelement 32 und Kontaktflächen 43 und 44 ausgeformt. Die Leiterstruktur 31 wird von einer spulenförmig angeordneten Leiterbahn mit zwei Windungen gebildet. Das eine Ende der Leiterstruktur 31 ist mit dem Koppelelement 32 und das andere Ende der Leiterstruktur 31 mit der Kontaktfläche 43 verbunden. Das Koppelelement 32 weist sieben Kontaktflächen 33 auf, die in einer Serienschaltung miteinander verbunden sind, wobei die der Leiterstruktur 31 nächstgelegene Kontaktfläche 33 mit dem Ende der Leiterstruktur 31 verbunden ist.
Die in den elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 ausgeformten Kontaktflächen 33, 43, 44, 23, 41 und 42 sind hierbei so zueinander positioniert, dass jeweils eine der Kontaktflächen 23 eine jeweilige zugeordnete der Kontaktflächen 33 (zumindest teilweise) überdeckt und sich die Kontaktflächen 41 und 43 sowie die Kontaktflächen 42 und 44 (zumindest teilweise) überdecken.
Im Weiteren sind die Kontaktflächen 41 und 43 und die Kontaktflächen 42 und 44 mittels mindestens einer jeweiligen Durchkontaktierung durch die dielektrische Schicht 15 galvanisch miteinander verbunden und die Kontaktflächen 41 und 42 sind weiter – wie in 1 angedeutet – mit den entsprechenden Kontaktflächen einer elektronischen Schaltung 18 verbunden. Die elektronische Schaltung 18 besteht hierbei vorzugsweise aus einem Silizium-Chip mit dünn geschliffenem Substrat. Es ist jedoch auch möglich, dass die elektronische Schaltung 18 von einem organischen, insbesondere gedruckten Schaltkreis gebildet wird. Die elektronische Schaltung 18 weist zwei Kontaktflächen auf, welche beispielsweise mittels eines Leitklebers oder eines Lot galvanisch mit den Kontaktflächen 41 und 42 der elektrisch leitfähigen Schichten 14 verbunden sind.
Durch die wie oben beschriebene Ausformung der elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 sind somit die Kontaktflächen der elektronischen Schaltung 18 über eine spulenförmig angeordnete Leiterbahn mit je nach Wahl der durch Durchkontaktierungen verbundenen Kontaktflächen 23 bzw. 33 bestimmten mittlere umschlossene Fläche und/oder Windungszahl sowie einem hiervon unabhängigen Überdeckungs-Verhältnis verbunden, so dass die elektronische Schaltung 18 mit einem Resonanzkreis verbunden ist, welcher einerseits (aufgrund des zweischichtigen Aufbaus) einen konstanten, dominanten kapazitiven Anteil und einen in einem geringen Bereich variablen induktiven Anteil verfügt.
Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils eine Ausgestaltung des Folienelements 20, bei der das Folienelement 20 lediglich die elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16, die dielektrische Schicht 15 sowie den elektronischen Schaltkreis 18 aufweist. In 4 und 5 ist hierbei jeweils die überlagerte Anordnung der in der elektrisch leitfähigen Schicht 14 ausgebildeten Kontaktflächen 41 und 42 sowie der in der elektrisch leitfähigen Schicht 14 ausgebildeten Leiterstruktur 21 und des in dieser Schicht ausgebildeten und die Kontaktflächen 23 sowie die Leiterbahnen 24 bis 30 umfassenden Koppelelements 22 mit den in der elektrisch leitfähigen Schicht 16 ausgebildeten Koppelflächen 43 und 44, den in dieser Schicht ausgebildeten Leiterstrukturen 45 und 31 sowie des in der elektrisch leitfähigen Schicht 16 ausgebildeten Koppelelements 32 mit den Kontaktflächen 33 verdeutlicht. Wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, sind die Kontaktflächen 41 und 43 sowie 42 und 44 über Durchkontaktierungen 51 bzw. 52 miteinander galvanisch verbunden und die Kontaktflächen 41 und 42 mit der elektronischen Schaltung 18 kontaktiert. In dem Ausführungsbeispiel nach 4 ist hierbei eine der Kontaktflächen 23 mit einer der zugeordneten der Kontaktflächen 33 über eine Durchkontaktierung 53 galvanisch verbunden und bei dem Ausführungsbeispiel nach 5 drei der Kontaktflächen 23 über jeweilige Durchkontaktierungen 43, 54 bzw. 55 mit einer jeweils zugeordneten der Kontaktflächen 33 verbunden.
Je nach Wahl der Durchkontaktierungsflächen 33 und 23 ergibt sich durch die Anordnung der Leiterbahnen 24 bis 30 jeweils eine andere Fläche, welche im Mittel von der von den Leiterstrukturen 31 und 21 sowie den Koppelelementen 22 und 32 ausgebildeten spulenförmigen Leiterbahnanordnung umschlossen wird und damit eine (geringfügig) unterschiedliche Induktivität des Resonanzkreises. Werden so die Leiterstrukturen 21 und 31 – wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt – von jeweils spulenförmigen Leiterstrukturen mit selber Windungsrichtung gebildet, so kann durch Wahl der Abgriffspunkte der Leiterbahnen 24 bis 30 und der gewählten Beabstandung der Leiterbahnen 24 bis 30 von dem gedachten Zentrum der von den spulenförmigen Strukturen umschlossenen Flächen, die mittlere von der sich insgesamt ergebenden spulenförmigen Struktur umschlossenen Flächen entsprechend geringfügig geändert werden und so der induktive Anteil der Schwingkreises stufenweise in einem geringen, vorbestimmten Bereich geändert werden.
Bei der Auswahl mehrerer Durchkontaktierungen, wie im Fall von 5, ergeben sich mehrere parallele Strompfade, wodurch eine weitere Abstufung der mittleren umschlossenen Fläche der sich insgesamt ergebenden spulenförmigen Struktur erzielt werden kann.
Beispielsweise weisen hierbei die in den Figuren 2 und 3 verdeutlichten Leiterstrukturen folgende Dimensionen auf:
Die die Leiterstruktur 21 ausbildende Leiterbahn sowie die Verbindungsbahnen 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 weisen eine Leiterbahnbreite zwischen von 0,5 mm und 0,6 mm auf. Dies gilt weiter auch für die Leiterstruktur 45 sowie die die Kontaktflächen 33 verbindenden Leiterbahnen. Die die Leiterstruktur 31 ausbildende Leiterbahn weist einerseits eine Leiterbahnbreite von ca. 0,9 mm (linker äußerer Leiterbahnabschnitt) sowie ansonsten eine Leiterbahnbreite von 0,4 mm auf. Die Kontaktflächen 23 und 33 weisen eine Flächenabmessung von etwa 4 mm × 4 mm auf und die Kontaktflächen 40 bis 44 weisen jeweils eine Flächenabmessung von 3 mm × 8 mm auf. Die Flächenschwerpunkte der Kontaktflächen 23 und 33 sind etwa 4 mm von einander entfernt angeordnet. Die Verzweigung der die Kontaktflächen 23 mit dem Ende der Leiterstruktur 21 verbindenden Leiterbahnen sind voneinander 20, 20, 10, 10 bzw. 10 mm entfernt angeordnet. Die äußere Windung der Leiterstruktur 31 besitzt eine Breite von ca. 0,8 mm und eine Länge von ca. 242 mm und die Beabstandung der Windungen der Leiterstruktur 31 beträgt etwa 0,5 mm. Bei einer Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 von 15 μm und einer PET-Folie einer Schichtdicke von 50 μm für die dielektrische Schicht wurden hierbei bei Verbindung von ausgewählten Kontaktflächen 23 und 33 mittels einer jeweiligen Durchkontaktierung folgende mittlere Messwerte ermittelt:
Resonanzfrequenz ohne angeschlossenen elektronischen Schaltkreis:
Es wurden mittlere Resonanzfrequenzen von 20,06 MHz, 20,08 MHz, 20,23 MHz, 20,32 MHz, 20,64 MHz, 20,81 MHz und 20,75 MHz ermittelt, wenn jeweils ein einander zugeordnetes Paar von Kontaktflächen 23 oder 33 miteinander über eine Druckkontaktierung verbunden wurden. Es wurde eine mittlere Resonanzfrequenz von 21,13 MHz ermittelt, wenn sämtliche Kontaktflächen 23 jeweils mit der zugeordneten der Kontaktflächen 33 über eine Durchkontaktierung verbunden sind und eine mittlere Resonanzfrequenz von 19,98 MHz ermittelt, wenn drei der Kontaktflächen 23 mit jeweils zugeordneten der Kontaktflächen 33 verbunden sind.
Mit verbundenen elektronischen Schaltkreisen 18 (für die Messung vom Typ MX-MOB-4 Chip):
Es wurden hierbei mittlere Messwerte von 17,12 MHz, 17,18 MHz, 17,30 MHz, 17,38 MHz, 17,64 MHz, 17,79 MHz und 17,86 MHz ermittelt, wenn jeweils eine der Kontaktflächen 23 mit der jeweils zugeordneten Kontaktfläche der Kontaktflächen 33 verbunden sind. Es wurde eine mittlere Resonanzfrequenz von 18,03 MHz ermittelt, wenn sämtliche der Kontaktflächen 23 mit der jeweiligen zugeordneten Kontaktfläche 33 über eine Durchkontaktierung verbunden sind. Es wurde eine Resonanzfrequenz von 17,13 MHz ermittelt, wenn drei der Kontaktflächen 23 jeweils mit der zugeordneten der Kontaktflächen 33 über eine Durchkontaktierung verbunden sind.
Somit kann durch die entsprechende Auswahl der Kontaktflächen 23 und 33, die miteinander über eine Durchkontaktierung verbunden werden, in einem engen Frequenzbereich (740 Hz für den obigen Fall einer Anordnung mit verbundenem elektronischem Schaltkreis 18) die Frequenzen in einer in etwa linearen Abstufung abgegriffen werden.
Die sich so ergebende Anordnung der elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 zueinander ist beispielhaft in den Figuren 4 und 5 gezeigt:
Zur Herstellung des Folienelements 20 wird wie folgt vorgegangen: Auf eine erste Seite der dielektrischen Schicht 15 wird in einem ersten Schritt eine elektrisch leitfähige Starterschicht (Seed Layer) musterförmig in der in 2 dargestellten Formgebung, d. h. in Form der Leiterstruktur 21, des Koppelelements 22 und der Kontaktflächen 41 und 42, aufgedruckt. In einem zweiten Schritt wird sodann auf die gegenüberliegende Seite der dielektrischen Schicht eine elektrisch leitfähige Schicht (Seed Layer) musterförmig in der in 3 gezeigten Form aufgedruckt, d. h. in Form der Leiterstrukturen 31 und 45, des Koppelelements 32 und der Kontaktflächen 43 und 44. Als Druckstoff hierfür kann beispielsweise eine Silber-(Ag)-Paste, Eisen-(Fe)-Paste oder dergleichen verwendet werden. Vorzugsweise wird die elektrisch leitfähige Schicht mittels eines Tiefdruck-, Hochdruck- oder Siebdruck-Verfahrens aufgedruckt.
In einem dritten Schritt werden in die dielektrische Schicht 15 (und in die aufgebrachten Druckschichten) Löcher für die Durchkontaktierungen eingebracht, beispielsweise mittels einer Stanze oder mittels eines Lasers. In dem Ausführungsbeispiel nach 4 werden so im Bereich der Kontaktflächen 41, 42 und der linken der Kontaktflächen 23 Löcher für die Durchkontaktierungen 51, 52 und 53 eingebracht und in dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel im Bereich der Kontaktflächen 42, 41 und der drei linken der Kontaktflächen 23 Löcher für die Durchkontaktierungen 51, 52, 53, 54 und 55 eingebracht.
In einem vierten Schritt wird eine metallische Schicht beispielsweise bestehend aus Kupfer auf die Starterschicht-Strukturen (Seed Layer) auf beiden Seiten der dielektrischen Schicht aufgalvanisiert. Hierfür wird die dielektrische Schicht 15 mit den Starterschicht-Strukturen (und den Löchern) in ein Galvanikbad eingebracht und die Starterschicht-Strukturen elektrisch kontaktiert, um durch Strom behaftete, galvanische Abscheiden die metallische Schicht in dem von der Starterschicht belegten Bereich sowie in den Durchkontaktierungen aufzugalvanisieren.
In einem fünften Schritt wird sodann der elektronische Schaltkreis 18 aufgebracht. In weiteren Schritten werden dann die weiteren Schichten des Folienelements 20 aufgebracht. So wird beispielsweise auf die eine Seite der dielektrischen Schicht die Kleberschicht 17 beispielsweise durch ein Druckverfahren aufgebracht und auf die gegenüberliegende Seite die Schichten 11, 12 und 13 als Laminierfolie in einem Laminierprozess aufgebracht. Hierbei ist es dann weiter auch möglich, dass noch weitere Schichten auf die eine oder andere Seite des Folienelements aufgebracht werden.
Wie bereits oben ausgeführt, ist es auch möglich, dass das Folienelement 20 nicht über ein elektronisches Bauelement 18 verfügt, sondern lediglich einen Schwingkreis enthält und beispielsweise als Anti-Skimming-Element eingesetzt wird, dessen Frequenz beispielsweise auf die Trägerfrequenz eines RFID-Signals abgestimmt ist. Im weiteren können in den elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 auch noch weitere Schwingkreise oder Antennenstrukturen abgeformt sein, welche mit dem von den Leiterstrukturen 21 und 31 und den Koppelelementen 22 und 32 gebildeten Schwingkreis gekoppelt sind. Hierbei ist es weiter auch möglich, dass mehrere dieser Schwingkreise einen erfindungsgemäßen Aufbau besitzen und somit über eine Koppelanordnung in ihrer Resonanzfrequenz verändert werden können. Weiter ist es auch möglich, dass neben den elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 noch ein oder mehrere weitere elektrisch leitfähige Schichten in dem Folienelement 20 angeordnet sind, die über entsprechende Koppelanordnungen mit den elektrisch leitfähigen Schichten 14 und 16 zu einem Schwingkreis verbunden werden können. Hierbei ist es zum einen möglich, dass hierbei eine Koppelanordnung vorgesehen ist, welche in drei oder mehr Ebenen zueinander in Überdeckung angeordnete Kontaktflächen aufweist, die durch eine jeweilige Durchkontaktierung miteinander verbunden werden können oder dass zwei oder mehr Koppelanordnungen vorgesehen sind, welche jeweils zwei der Schichten des Schwingkreises gemäß der in 1 bis 5 verdeutlichten Folienelemente miteinander verkoppeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5528222 [0002]

Claims

Mehrschichtiges Folienelement (1), insbesondere Laminierfolie oder Transferfolie, mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (14, 16) und einer zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (14, 16) angeordneten dielektrischen Schicht (15), wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht (16) musterförmig zur Ausbildung einer spulenförmigen ersten Leiterstruktur (31) ausgebildet ist, die zweite elektrisch leitfähige Schicht (14) musterförmig zur Ausbildung einer zweiten Leiterstruktur (21) ausgebildet ist, die erste und die zweite Leiterstruktur (21, 31) miteinander zur Ausbildung eines Schwingkreises, insbesondere eines Antennen-Schwingkreises, über eine Koppelanordnung (50) verkoppelt sind, welche ein in der ersten elektrisch leitfähigen Schicht (16) ausgeformtes und mit einem ersten Ende der ersten Leiterstruktur (31) verbundenes erstes Koppelelement (32) und ein in der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (14) ausgeformtes und mit einem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur (21) verbundenes zweites Koppelelement (22) umfasst, das erste Koppelelement (32) eine erste Gruppe von N ersten Kontaktflächen (33) und das zweite Koppelelement (22) eine zweite Gruppe von N zweiten Kontaktflächen (23) aufweist, wobei jeweils eine der ersten und eine der zweiten Kontaktflächen (23, 33) in Überdeckung zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kontaktflächen (23, 33) jeweils für die Herstellung von Durchkontaktierungen ausgeformt sind und N größer gleich 2 ist, und zur Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises mindestens eine aus der ersten Gruppe ausgewählte erste Kontaktfläche (33) über mindestens eine Durchkontaktierung (53, 54, 55) mit einer aus der zweiten Gruppe ausgewählten zweiten Kontaktfläche (23) verbunden ist.
Mehrschichtiger Folienkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die ersten Kontaktflächen (33) miteinander verbunden sind.
Mehrschichtiger Folienkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kontaktflächen (23) miteinander verbunden sind.
Mehrschichtiger Folienkörper (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenschwerpunkte der ersten Kontaktflächen (33) voneinander zwischen 0,5 und 25 mm entfernt angeordnet sind.
Mehrschichtiger Folienkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass N kleiner als 35 und größer als 2 ist, insbesondere N kleiner als 8 und größer als 4 ist.
Mehrschichtiger Folienkörper (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass N größer als 35 ist
Mehrschichtiges Folienelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten oder zweiten Koppelflächen (33) in einer Serienschaltung miteinander verbunden sind.
Mehrschichtiges Folienelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und/oder zweiten Koppelflächen (23) über jeweils zugeordnete separate Leiterbahnen (24, 25, 26, 27, 28, 29, 30) mit dem ersten Ende der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur (21) verbunden sind, wobei diese Leiterbahnen vorzugsweise eine unterschiedliche mittlere Entfernung von dem Flächenschwerpunkt der ersten bzw. zweiten Leiterstruktur (21) besitzen.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste und das zweite Koppelelement (22, 32) um mehr als 45% überdecken.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste und das zweite Koppelelement um weniger als 45% überdecken.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der ersten und/oder zweiten Leiterstruktur (21, 31) mit einer elektronischen Schaltung (18) verbunden ist.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das zweite Ende der ersten und zweiten Leiterstruktur jeweils mit einer ersten bzw. zweiten Kondensatorfläche verbunden ist und die erste und zweite Kondensatorfläche sich zumindest bereichsweise überdecken.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der ersten und/oder der zweiten Leiterstruktur mit mindestens einer Durchkontaktierung verbunden ist.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende der ersten und/oder der zweiten Leiterstruktur mit einer weiteren Koppelanordnung verbunden ist.
Mehrschichtiges Folienelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leiterstruktur (21) eine spulenförmige Leiterstruktur umfasst.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Leiterstruktur (21, 31) sich zumindest bereichsweise überdecken, sich vorzugsweise um mindestens 33% überdecken.
Mehrschichtiges Folienelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Leiterstruktur sich überdeckende kapazitive Flächen aufweisen.
Mehrschichtiges Folienelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Folienelement weiter eine optisch aktive Schicht (12) aufweist, insbesondere eine Schicht mit einem mikroskopischen oder makroskopischen Oberflächenrelief, insbesondere einem beugungsoptisch wirkenden Oberflächenrelief oder einem Oberflächenrelief in Form von Linsenstrukturen, Mattstrukturen oder Blaze-Gittern, einem Dünnfilmschichtsystem, einer Flüssigkristallschicht oder einer Schicht mit optisch aktiven Pigmenten, insbesondere Effektpigmenten, UV- oder IR-aktivierbaren Pigmenten, die derart in dem Folienelement angeordnet ist, dass sie die erste oder zweite Leiterstruktur zumindest teilweise überdeckt.
Mehrschichtiges Folienelement (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die dielektrische Schicht (15) eine Schichtdicke zwischen 2 μm und 500 μm besitzt.
Verfahren zur Bereitstellung eines Schwingkreises, insbesondere eines Antennen-Schwingkreises für einen RFID-Transponder (1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen eines mehrschichtigen Folienelements mit einer ersten und einer zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (14, 16) und einer zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht (14, 16) angeordneten dielektrischen Schicht (15), wobei die erste elektrisch leitfähige Schicht (16) musterförmig zur Ausbildung einer spulenförmigen ersten Leiterstruktur (31) und einem mit einem ersten Ende der ersten Leiterstruktur (31) verbundenen ersten Koppelelement (32) ausgeformt ist und die zweite elektrisch leitfähige Schicht (14) musterförmig zur Ausbildung einer zweiten Leiterstruktur (21) und einem mit einem ersten Ende der zweiten Leiterstruktur (21) verbundenen zweiten Koppelelement (22) ausgeformt ist und das erste Koppelelement eine erste Gruppe von N ersten Kontaktflächen (33) und das zweite Koppelelement eine zweite Gruppe von N zweiten Kontaktflächen (23) aufweist, wobei jeweils eine der ersten und eine der zweiten Kontaktflächen (23, 33) in Überdeckung zueinander angeordnet sind, die ersten und zweiten Kontaktflächen (23, 33) jeweils für die Herstellung von Durchkontaktierungen ausgeformt sind und N größer gleich 2 ist, und – Verbinden mindestens einer aus der ersten Gruppe ausgewählten ersten Kontaktfläche (33) über eine Durchkontaktierung mit einer aus der zweiten Gruppe ausgewählten zweiten Kontaktfläche (23) zur Verkopplung der ersten und zweiten Leiterstruktur (21, 31) über eine die Koppelelemente und die mindestens eine Durchkontaktierung umfassende Koppelanordnung.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere weitere dielektrische Schichten (17, 10, 13, 12, 11) auf die erste und/oder zweite elektrisch leitfähige Schicht (14, 16) aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den weiteren Schritt der Bestimmung der ausgewählten ersten und zweiten Kontaktflächen umfasst durch: – Ermittlung der Resonanzfrequenz für zwei oder mehr unterschiedliche Kopplungen der ersten und zweiten Leiterstrukturen (21, 31) über die Koppelanordnung (50), – Vergleichen der ermittelten Resonanzfrequenzen mit einer Ziel-Resonanzfrequenz und Abstimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf die Ziel-Resonanzfrequenz durch Auswahl der ersten und zweiten Kontaktfläche gemäß der Verkopplung, bei der die ermittelte Resonanzfrequenz am nächsten zur Ziel-Resonanzfrequenz liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt Bereitstellen des mehrschichtigen Folienelements die Schritte umfasst: – Bereitstellen der dielektrischen Schicht, – Bedrucken der einen Oberfläche der dielektrischen Schicht mit einer elektrisch leitfähigen Starterschicht, welche musterförmig in Form der ersten Leiterstruktur (31) und des ersten Koppelelements (32) ausgeformt ist, – Bedrucken der anderen, gegenüberliegenden Oberfläche der dielektrischen Schicht (15) mit einer elektrisch leitfähigen Starterschicht, welche musterförmig in Form der zweiten Leiterstruktur (31) und des zweiten Koppelelements (32) ausgeformt ist, und – galvanisches Abscheiden eines Metalls auf den elektrisch leitfähigen Starterschichten.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckung der Oberflächen der dielektrischen Schicht (15) mit den elektrisch leitfähigen Starterschichten mittels Tiefdruck, Hochdruck oder Siebdruck erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere erste Kontaktflächen, vorzugsweise N erste Kontaktflächen, jeweils über eine jeweilige Durchkontaktierung mit einer jeweiligen zweiten Kontaktfläche verbunden werden, und dass diejenigen Durchkontaktierungen, die nicht die ausgewählten ersten Kontaktflächen mit den ausgewählten zweiten Kontaktflächen verbinden, anschließend zerstört werden.