DE102012203260A1

DE102012203260A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leiterzugstruktur und Wert- und/oder Sicherheitsdokument mit einer Transpondereinheit

Info

Publication number: DE102012203260A1
Application number: DE201210203260
Authority: DE
Inventors: Jörg Fischer; Oliver Muth; Joachim Kloeser; Denis Donath; Alexander Ferber; Stefan Trölenberg
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-03-01
Publication date: 2013-09-05

Abstract

Zur Verhinderung einer fehlerhaften elektrischen Kontaktierung eines elektronischen Bauelements 30 auf einer elektrischen Leiterzugstruktur 20 dient ein Verfahren zum Herstellen der elektrischen Leiterzugstruktur, das folgende Verfahrensschritte aufweist: (a) Bereitstellen einer Trägerfolienlage 10, (b) Bilden der elektrischen Leiterzugstruktur 20 auf mindestens einer Oberfläche der Trägerfolienlage 10 durch Aufdrucken einer verdruckbaren, härtbaren und nach der Härtung elektrisch leitfähigen Zusammensetzung, (c) Härten der aufgedruckten Zusammensetzung und (d) Glätten der Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur 20. Eine derartig mit einem Transponderchip 30 und einer Antennenstruktur 20 gebildete Transpondereinheit 50 kann in ein Dokument 200 integriert werden, indem die Transpondereinheit 50 mit weiteren Folienlagen 40, 45, 46, 47 laminiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leiterzugstruktur sowie ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument, das eine in Form der elektrischen Leiterzugstruktur ausgebildete Antennenstruktur in einer Transpondereinheit aufweist. Ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument kann beispielsweise eine Smartcard oder ein Identifikationsdokument, sein. Beispielsweise kann das Dokument ein Personalausweis, Reisepass, Zugangsausweis, Führerschein, Fahrzeugbrief, Fahrzeugschein, Firmenausweis, Skipass oder ein sonstiger Berechtigungsausweis, ein Ticket im öffentlichen Personen-Nahverkehr, eine Banknote, Kreditkarte, Scheckkarte, Barzahlungskarte, Eintrittskarte, Identifikationskarte, ein Visum oder dergleichen sein. Das Dokument kann in Form einer Karte mit einer Vorderseite und einer Rückseite vorliegen oder als buchartiges Dokument ausgebildet sein. Es kann im Wesentlichen aus Papier oder auch aus Kunststoff hergestellt sein. Im Falle eines Personalausweises trägt dessen Vorderseite zum Beispiel das Lichtbild sowie den Namen des Inhabers. Die Rückseite kann weitere Angaben enthalten, beispielsweise die Anschrift des Inhabers.
Eine Transpondereinheit weist typischerweise eine Antennenstruktur und einen mit der Antennenstruktur elektrisch in Verbindung stehendes Halbleiterschaltkreiselement auf, beispielsweise ein ungehäustes Halbleiterschaltkreiselement, auch Transponderchip genannt. Die Antennenstruktur kann beispielsweise durch Auflegen und Fixieren eines Drahtes beispielsweise auf einer Trägerfolienlage gebildet werden, wobei die Trägerfolienlage nach dem Fertigstellen der Transpondereinheit zusammen mit weiteren Folienlagen zusammengetragen wird, um einen Dokumentenstapel zu bilden, der anschließend laminiert wird.
Alternativ kann die Antennenstruktur auch durch eine Leiterzugstruktur gebildet werden. Hierzu gibt EP 0 737 935 A2 eine kontaktlose Chipkarte und deren Herstellverfahren an. Die Antenne ist durch einen Leiterzug in Form einer Leiterzugspule gebildet. Die Leiterzugspule ist durch Ätzen hergestellt und mit einem integrierten Halbleiterchip verbunden, indem letzterer kopfüber mit seinen Kontaktstellen auf die Anschlusskontakte der Leiterzugspule aufgesetzt und mit diesen verbunden wird. Der Halbleiterchip ist hierzu zunächst auf einem Substrat montiert, das zusammen mit dem Chip auf die Antenne montiert wird.
In einer anderen Herstellungsvariante gibt beispielsweise DE 10 2010 028 444 A1 an, dass eine Antenne durch Siebdruck einer Silberleitpaste auf ein Substrat gedruckt und anschließend getrocknet werden kann. Die in diesem Dokument beschriebene Antenne weist mehrere Windungen auf, die umlaufend entlang des Randes des Dokuments in der durch das Substrat gegebenen Ebene angeordnet sind. Ferner überbrücken eine oder mehrere mittlere Windungen den Chip in einem Überbrückungsbereich. In diesem Bereich weisen die Windungen eine geringere Breite auf als im übrigen Verlauf der Windung. Der Chip ist eine gedünnte integrierte Schaltung, d.h. sie weist eine Dicke von höchstens 200 µm auf. Der Chip kann in Form eines Flip-Chips vorliegen, d.h. eines Chips, der unter Verwendung eines anisotrop leitfähigen Klebers mit den Kontaktstellen nach unten kontaktiert wird.
Weiterhin sind in DE 10 2010 019 121 A1 eine Antennenanordnung mit einem integrierten Schaltkreis und eine Abschirmung des integrierten Schaltkreises in einem Wert- oder Sicherheitsdokument beschrieben. Der integrierte Schaltkreis ist als Brücke über einer spiralförmigen Antennenleiterbahn angeordnet und in Flip-Chip-Klebertechnik fixiert. Die Antenne weist zwei Anschlusskontakte auf. Der integrierte Schaltkreis ist mit der Antenne über die beiden Anschlusskontakte verbunden. In einem Ausführungsbeispiel ist in den Teil der Antennenleiterbahn, der unter dem integrierten Schaltkreis verläuft, unter Einwirkung von Druck und Wärme eine Vertiefung in die die Antenne tragende Folie zur Aufnahme des integrierten Schaltkreises erzeugt. Durch die Einwirkung von Druck und Wärme wird die Leitfähigkeit dieses Teils der Antennenleiterbahn im Bereich der Anschlusskontakte gegenüber dem restlichen Teil der Antennenleiterbahn erhöht.
Es hat sich herausgestellt, dass eine Herstellung des mit den vorstehend angegebenen Merkmalen versehenen Dokuments problematisch sein kann, weil der Chip wegen seiner geringen Dicke mechanisch nicht belastbar ist und eine Montage des Chips auf der Antenne zu dessen Beschädigung führen kann. Außerdem kann die Montage gegebenenfalls sogar vollständig misslingen, indem der Chip mit seinen Kontaktstellen nicht exakt auf die Anschlusskontakte der Antenne aufgesetzt wird. Ferner hat es sich auch gezeigt, dass das Laminieren einer Baueinheit, die die Antenne und den darauf kontaktierten Chip aufweist, mit weiteren Folienlagen zu einer Verlagerung der Position des Chips im Laminat und zum Verschieben des Chips gegenüber der Antenne führen kann, sodass sich die Kontakte des Chips lösen können.
Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Platzierung des Halbleiterschaltkreiselements und dessen elektrische Kontaktierung auf einer Antennenstruktur auch dann zuverlässig und mit hoher Ausbeute durchführbar ist, wenn das Halbleiterschaltkreiselement in Flip-Chip-Technik montiert (d.h. kopfüber mit den Kontaktstellen nach unten weisend platziert, mechanisch fixiert und elektrisch kontaktiert) werden soll. Außerdem soll auch in nachfolgenden Herstellverfahrensschritten, insbesondere beim Laminieren keine Ablösung der Kontakte des Halbleiterschaltkreiselements von der Antennenstruktur stattfinden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leiterzugstruktur gemäß Anspruch 1 und durch das Wert- und/oder Sicherheitsdokument mit einer Transpondereinheit gemäß Anspruch 10. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Herstellverfahren für die elektrische Leiterzugstruktur, die beispielsweise durch eine oder mehrere Leiterbahnen gebildet sein kann. Die mit diesem Verfahren herzustellende elektrische Leiterzugstruktur ist dazu ausgebildet, dass ein elektronisches Bauelement darauf problemlos montierbar ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Verfahrensschritte in der nachfolgend angegebenen Reihenfolge, wobei aber zwischen den angegebenen Schritten zusätzlich weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden können:

(a) Bereitstellen einer Trägerfolienlage,
(b) Bilden der elektrischen Leiterzugstruktur auf mindestens einer Oberfläche der Trägerfolienlage durch Aufdrucken einer verdruckbaren, härtbaren und nach der Härtung elektrisch leitfähigen Zusammensetzung,
(c) Härten der aufgedruckten Zusammensetzung und
(d) Glätten der Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument, das eine Transpondereinheit aufweist. Die Transpondereinheit weist eine in Form der elektrischen Leiterzugstruktur ausgebildete Antennenstruktur, einen mit der elektrischen Leiterzugstruktur in elektrischer Verbindung stehenden ungehäusten Transponderchip sowie eine Trägerfolienlage auf. Die Antennenstruktur und der Transponderchip sind auf der Trägerfolienlage angeordnet. Erfindungsgemäß ist die Antennenstruktur an der Oberfläche geglättet.
Das erfindungsgemäße Glätten der elektrischen Leiterzugstruktur schließt nicht nur ein, dass eine an sich unebene bzw. stark strukturierte Oberfläche der Leiterzüge glatt wird, sondern dass auch unterschiedliche Höhenniveaus verschiedener Leiterzugabschnitte auf ein einheitliches Höhenniveau gebracht werden. Der Glättungsvorgang erfasst die gesamte Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur.
Es hat sich herausgestellt, dass das Glätten der elektrischen Leiterzugstruktur dazu führt, dass ein elektronisches Bauelement, insbesondere ein Halbleiterschaltkreiselement, auf der elektrischen Leiterzugstruktur nunmehr problemlos montiert werden kann. Zum einen stellt sich nicht mehr das Problem ein, dass beispielsweise ungehäuste Halbleiterschaltkreiselemente, zum Beispiel elektronische Chips, beim Montieren beschädigt werden oder sogar zerbrechen können. Dieses Problem bestand insbesondere bei Verwendung von gedünnten, ungehäusten Chips. Zum anderen wird vermieden, dass elektronische Chips unpräzise auf der Leiterzugoberfläche platziert werden. Die beiden genannten Probleme würden zu einer Beschädigung oder sogar Zerstörung des Chips führen oder dazu, dass der Chip beim Montieren nicht mit allen Kontaktanschlüssen der Leiterzugstruktur in Kontakt tritt. In jedem Falle würde der Transponder nicht einwandfrei oder überhaupt nicht funktionieren und wäre Ausschuss. Bei näherer Untersuchung ist nämlich festzustellen, dass die Oberflächen der Leiterzüge nicht nur uneben sind sondern dass unterschiedliche Leiterzugabschnitte auch unterschiedlich dick sind. Die Unebenheit bzw. Strukturierung der Oberfläche der Leiterzüge ist auf den Herstellvorgang insbesondere beim Drucken zurückzuführen. Die unterschiedliche Dicke der Leiterzüge kann sich beispielsweise an unterschiedlich dimensionierten Abschnitten der Leiterzugstruktur, beispielsweise an Leiterbahnabschnitten mit unterschiedlicher Breite, ergeben. Auch diese Unterschiede sind unter anderem auf den Druckvorgang beim Herstellen der elektrischen Leiterzugstruktur zurückzuführen und werden beispielsweise beim Siebdrucken durch einen unterschiedlichen Durchtritt von Leitpaste durch das Sieb verursacht. Beim Bedrucken der Trägerfolienlage mit einem elektrischen Leiterzugmuster mit unterschiedlich breiten Leiterzugabschnitten werden nämlich feinere Leiterzugdetails mit einer größeren Höhe erzeugt als gröbere Leiterzugdetails. Durch den Glättungsvorgang nach dem Verdrucken und insbesondere auch Härten der Leiterzugstruktur wird die Oberfläche der Leiterzüge eingeebnet, und deren Höhen werden außerdem vergleichmäßigt. Durch die Glättung der Oberfläche wird verhindert, dass ein auf die Oberfläche aufgesetzter Chip mit seinen Kontaktstellen an Unebenheiten abrutscht und daher unpräzise abgesetzt wird. Denn eine nicht passergenaue Platzierung des Chips würde zu einer Fehlmontage führen, wenn mindestens eine der Kontaktstellen des Chips mit der korrespondieren Anschlussfläche der elektrischen Leiterzugstruktur nicht mehr in Kontakt gebracht werden kann. Außerdem würden unterschiedliche Höhen der Leiterzugabschnitte zu einer Fehlmontage oder sogar zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Chips führen. Dies kann beispielsweise leicht dann geschehen, wenn nur ein Teil der Chipfläche auf einem hohen Höhenniveau eines feinen Leiterzugabschnittes, ein anderer Teil dagegen auf einem niedrigen Höhenniveau eines gröberen Leiterzugabschnittes aufgesetzt würde. In diesem Falle kann der Chip zerbrechen. Die erfindungsgemäße Maßnahme führt außerdem dazu, dass sich beim Laminieren der Trägerfolienlage mit den weiteren Folienlagen nicht die oben erwähnten Probleme einstellen. Denn die durch die veränderte Oberflächenstruktur bedingten Probleme beim Laminieren werden dadurch vermieden.
In einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur in Verfahrensschritt (d) mit einem Flachpressschritt geglättet und zwar die gesamte Oberfläche.
Der Flachpressschritt besteht darin, Druck auf die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur auszuüben. Außerdem kann diese Behandlung zusätzlich unter Wärmeeinwirkung (Anwendung einer erhöhten Temperatur, beispielsweise von mindestens 50 °C, bevorzugt mindestens 100 °C und besonders bevorzugt mindestens 150 °C sowie beispielsweise höchstens 225 °C, bevorzugt höchstens 200 °C und besonders bevorzugt höchstens 175 °C) durchgeführt werden.
Zusätzlich zur Glättung der Oberfläche der elektrischen Leiterzugstrukturen besteht eine weitere Wirkung des Flachpressens darin, die elektrische Leiterzugstruktur zu verdichten. Die Verdichtung führt zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Leiterzugstruktur, die damit bereits dem Ergebnis nach dem Laminieren angepasst ist. Somit ist bereits vor dem Laminieren und sogar vor dem elektrischen Kontaktieren des elektronischen Bauelements an die Leiterzugstruktur eine Qualitätskontrolle der Leiterzugstruktur möglich. Denn nach dem Flachpressen ergeben sich beim Laminieren nicht mehr in demselben Maße Veränderungen der Antenneneigenschaften wie bei Durchführung bekannter Verfahren, sodass eine Vorhersage über die Qualität einer hergestellten elektrischen Leiterzugstruktur bereits in einem sehr frühen Herstellstadium möglich ist. Dadurch können Produkte, deren mangelhafte Güte ansonsten erst nach dem Laminieren erkennbar war, bereits in diesem Stadium aussortiert werden.
Das Flachpressen kann beispielsweise darin bestehen, die Trägerfolienlage nach dem Herstellen der elektrischen Leiterzugstruktur zwischen zwei Pressplatten einzuspannen, die exakt parallel zueinander positioniert und ausgerichtet sind, und einen Druck senkrecht zur Oberfläche der Trägerfolienlage und damit zu den Oberflächen der Leiterzüge auszuüben. Die auf der elektrischen Leiterzugstruktur aufliegende Pressplatte muss in diesem Falle natürlich eine glatte Oberfläche aufweisen, um die Oberflächen der Leiterzüge glatt pressen und eine einheitliche Höhe der Leiterzüge einstellen zu können. Die auf der elektrischen Leiterzugstruktur aufliegende Pressplatte erfasst die gesamte Oberfläche der Leiterzugstruktur und hat daher auch eine entsprechende Größe.
Alternativ dazu kann auch ein Presswerkzeug verwendet werden, um die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur zu glätten, d.h. deren Unebenheiten zu beseitigen und unterschiedliche Höhenniveaus verschiedener Leiterzugabschnitte auszugleichen. Ein derartiges Presswerkzeug kann beispielsweise durch einen Pressstempel und ein Widerlager gebildet sein, wobei die Trägerfolienlage mit der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur auf das Widerlager aufgelegt und der Pressstempel dann auf die Oberfläche der Leiterzugstruktur abgesenkt wird und einen Pressdruck auf diese ausübt. Auch der Pressstempel erfasst die gesamte Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur, damit die gesamte Oberfläche geglättet wird. Ferner ist auch die an der elektrischen Leiterzugstruktur anliegende Presstempeloberfläche glatt, um einen Glättungseffekt herbeiführen zu können.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Flachpressschritt ein Kalandrierschritt. Alternativ zu den vorgenannten Flachpressverfahren stellt ein Kalandrierverfahren eine besonders vorteilhafte Verfahrensvariante dar. Die vorgenannten Flachpressverfahren mit Pressplatten oder einem Presswerkzeug führen dazu, dass nicht nur die elektrische Leiterzugstruktur sondern auch die Trägerfolienlage insbesondere an deren Unterseite geglättet wird. Letzteres kann dann nachteilig sein, wenn die Trägerfolienlage zusammen mit weiteren Folienlagen zu einem Folienlagenstapel zusammengetragen und die Folienlagen in dem Stapel in einem Laminierverfahren zu einem monolithischen Laminat verbunden werden. Um eine innige Verbindung der Folienlagen miteinander erreichen zu können, ist es vorteilhaft, eine bestimmte Rauheit an der Oberfläche der Folienlagen einzustellen und zu erhalten. Diese Rauheit führt beim Laminieren dazu, dass sich die Folienlagen leichter miteinander verbinden. Beim Flachpressen mit Pressplatten oder mit einem Presswerkzeug (Stempel und Widerlager) werden auch zumindest große Bereiche der Oberflächen der Trägerfolienlage geglättet, sodass eine sichere Verbindung der Trägerfolienlage mit angrenzenden weiteren Folienlagen dann nicht mehr ohne weiteres möglich ist. Bei einem Kalandrierverfahren können die Kalanderwalzen in einem definierten Abstand zueinander geführt werden, der so bemessen ist, dass im Wesentlichen ausschließlich die Oberflächen der elektrischen Leiterzugstruktur unter Druck gesetzt werden, nicht aber auch die Oberflächen der Trägerfolienlage, auf denen sich die elektrische Leiterzugstruktur nicht befindet. Zwar werden bei diesem Verfahren selbstverständlich auch die Oberflächenbereiche der Rückseite der Trägerfolienlage, die der Leiterzugstruktur gegenüberliegen, mit einem Pressdruck beaufschlagt. Allerdings kann eine Glättung dieser relativ kleinen Oberflächenbereiche der Trägerfolienlage ohne weiteres hingenommen werden, ohne dass die Verbindung der Trägerfolienlage mit einer angrenzenden weiteren Folienlage beim Laminieren darunter leidet. Zumindest die auf die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur pressende Kalanderwalze weist insgesamt eine glatte Oberfläche auf, um den Glättungseffekt herbeiführen zu können.
Von daher besteht eine weitere bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung darin, die Trägerfolienlage mit der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur beim Kalandrierschritt mit einem Abstand der Kalanderwalzen zu kalandrieren, der größer ist als die Dicke der Trägerfolienlage allein und geringer ist als die Summe der Dicke der Trägerfolienlage und der Dicke der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur. Durch diese Abstandseinstellung der Kalanderwalzen wird erreicht, dass ausschließlich die Oberflächen der elektrischen Leiterzugstruktur unter einen Pressdruck versetzt werden, nicht aber auch die Oberflächen der Trägerfolienlage, sodass die Beschaffenheit von deren für eine innige Verbindung mit angrenzenden weiteren Folienlagen beim Laminieren geeigneten Oberflächenbereichen erhalten bleibt.
Insbesondere kann der Abstand der Kalanderwalzen um mindestens 0,1 µm, besser noch um mindestens 1 µm und am besten um mindestens 2 µm größer eingestellt werden als der Dicke der Trägerfolienlage entspricht. Dadurch wird kein Pressdruck auf die Trägerfolienlage ausgeübt. Im Übrigen sind die Kalanderwalzen auf einen Abstand einzustellen, der um höchstens 25 µm, besser noch um höchstens 10 µm und am besten um höchstens 5 µm größer als die Dicke der Trägerfolienlage ist. Damit ist der Abstand der Kalanderwalzen klein genug, um die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur auf der Trägerfolienlage einem Pressdruck aussetzen zu können. Diese Bemessung geht von einer typischen Dicke der elektrischen Leiterzugstruktur von etwa knapp 10 µm aus. Falls also die Dicke der Trägerfolienlage 100 µm beträgt, so sollte der Abstand der Kalanderwalzen mindestens 100,1 µm, besser noch mindestens 101 µm und am besten mindestens 102 µm betragen und außerdem nicht größer sein als 110 µm, besser noch nicht größer als 105 µm sein. Es versteht sich von selbst, dass auf der Trägerfolienlage und der elektrischen Leiterzugstruktur noch kein elektronisches Bauelement montiert ist, wenn das Flachpressverfahren, insbesondere das Kalanderverfahren, angewendet wird.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die verdruckbare, härtbare und nach der Härtung elektrisch leitfähige Zusammensetzung eine Leitpaste oder ein Leitlack. Die Leitpaste oder der Leitlack enthält mindestens ein Polymer als Binder sowie mindestens ein Metall und/oder anderes leitfähiges Material in dem Polymer. Als leitfähiges Material kommen Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Zink, Zinn und/oder Kohlenstoff, insbesondere Graphit, Graphen, Fullerene, Singlewall- und/oder Multiwall-Nanotubes, in Betracht. Die Metalle können in Form von Flakes, Nadeln, Pulver, Plättchen oder dergleichen vorliegen. In einer Ausführungsform liegen die Metalle in einer Form vor, in welcher die größte Ausdehnung unter 100 nm liegt. Hierdurch erniedrigt sich der Schmelzpunkt des Metalls und die Leitfähigkeit lässt sich bereits bei geringeren Temperaturen durch ein Zusammensintern erhöhen. Zur Erzeugung der Leiterzugstruktur mit der Leitpaste oder dem Leitlack kann eine Siebdrucktechnik eingesetzt werden, beispielsweise ein Bogendruckverfahren, oder ein Rolle-Rolle-Druckverfahren. Die Dicke der aufgedruckten Paste oder des Lacks kann nach der Härtung insbesondere 2 µm bis 30 µm und besonders bevorzugt etwa 15 µm betragen. Zum Härten kann die Leitpaste oder der Leitlack entweder einfach getrocknet werden oder mittels Wärme und/oder Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, ausgehärtet werden. Die Herstellung der elektrischen Leiterzugstruktur mit einer Leitpaste oder einem Leitlack ist einfach und damit kostengünstig. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Leitpaste eine Silberpartikel als elektrisch leitfähige Substanz enthaltende Zusammensetzung ist.
Typischerweise beträgt die Breite der Leiterzugstruktur 0,5 mm bis 2 mm. Sie kann aber grundsätzlich auch geringer sein, beispielsweise 0,05 mm bis 0,5 mm.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das elektronische Bauelement ein ungehäustes Halbleiterschaltkreiselement, um eine besonders geringe Bauhöhe eines Dokuments zu erreichen, in das die mit dem Halbleiterschaltkreiselement ausgerüstete Trägerfolienlage integriert ist. Das ungehäuste Halbleiterschaltkreiselement kann insbesondere ein Transponderchip sein. Der Transponderchip kann insbesondere einen für eine kontaktlose Datenübermittlung ausgelegten Prozessor und einen elektronischen Speicher aufweisen. Es kann sich insbesondere um ein gedünntes Halbleiterschaltkreiselement handeln. Darunter ist ein integrierter Schaltkreis zu verstehen, der eine Dicke von höchstens 200 µm, bevorzugt höchstens 100 µm, weiter bevorzugt von höchstens 80 µm und am meisten bevorzugt von höchstens 60 µm aufweist. Weiter weist dieser integrierte Schaltkreis eine Dicke von wenigstens 1 µm, bevorzugt von wenigstens 10 µm, weiter bevorzugt von wenigstens 15 µm, weiter bevorzugt von wenigstens 20 µm und am meisten bevorzugt von wenigstens 25 µm auf.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die elektrische Leiterzugstruktur eine Antennenstruktur, die mit dem ungehäusten Halbleiterschaltkreiselement elektrisch verbunden ist. Die Antennenstruktur kann in einer bevorzugten Ausführungsvariante durch eine Antennenleiterbahn gebildet sein, die wie eine Spule in Form von Antennenwindungen spiralförmig beispielsweise in einem Randbereich der Trägerfolienlage und in einer Ebene auf der Trägerfolienlage verläuft. Die Antennenwindungen können beispielsweise in engem Abstand voneinander und insbesondere parallel zueinander verlaufen. Die Antennenwindungen können demnach einen Strang ausbilden, der die Antennenwindungen enthält und der beispielsweise entlang den Rändern der Trägerfolienlage verläuft. Durch die Parallelführung der Antennenwindungen in einer Ebene bildet die Antennenstruktur zwei Enden aus, die auch Anschlusskontakte für das Halbleiterschaltkreiselement darstellen. Diese Enden können sich beispielsweise in gleicher Höhe auf jeweils einer Seite des Stranges befinden.
Das Halbleiterschaltkreiselement (elektronischer Chip) kann zusammen mit der Antenne beispielsweise einen Transponder bilden, der zur kontaktlosen Datenübertragung durch induktive Einkopplung von Energie von einem Schreib-/Lese- oder Lesegerät geeignet ist. Das Halbleiterschaltkreiselement und die Antenne sind in diesem Falle elektrisch miteinander verbunden, d.h. jeweils ein Ende der beispielsweise spiralförmigen Antenne ist mit einer der Kontaktstellen des Halbleiterschaltkreiselements verbunden. Das Halbleiterschaltkreiselement kann in Form eines gehäusten oder eines ungehäusten Bauelements vorliegen. In letzterem Falle kann das Halbleiterschaltkreiselement insbesondere in Flip-Chip-Technik mit seinen insbesondere in Form von Kontakthöckern ausgebildeten Kontaktstellen kopfüber auf die Anschlusskontakte der Antenne aufgesetzt und dort kontaktiert sein. Das Halbleiterschaltkreiselement kann in diesem Falle insbesondere derart auf den Strang von Antennenwindungen aufgesetzt sein, dass es diese überbrückt. Dadurch ist jeweils eine Kontaktstelle des Halbleiterschaltkreiselements an den beiden Seiten des Stranges angeordnet und dort mit jeweils einem der beiden Enden der Antenne kontaktiert. Hierzu befindet sich die Antenne ebenso wie das Halbleiterschaltkreiselement auf einer Montageseite der Trägerfolienlage und damit in derselben Ebene wie das Halbleiterschaltkreiselement.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nach Verfahrensschritt (d) daher den weiteren Verfahrensschritt (e) des Montierens des elektronischen Bauelements, insbesondere eines ungehäusten Halbleiterschaltkreiselements, in Flip-Chip-Technik. Hierzu ist das elektronische Bauelement bzw. ungehäuste Halbleiterschaltkreiselement mit den Kontakthöckern ausgerüstet, die die Kontaktstellen des Schaltkreiselements zum Anschluss an die Anschlusskontakte der Antennenstruktur darstellen. Die Kontakthöcker stehen über die Anschlussseite des Schaltkreiselements hinaus, sodass sie auf die Anschlusskontakte der Antennenstruktur aufgesetzt werden können.
Die Trägerfolienlage kann aus einem Polymer, das ausgewählt ist aus einer Gruppe, umfassend Polycarbonat (PC), insbesondere Bisphenol A-Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET), deren Derivate, wie Glykol-modifiziertes PET (PETG), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyvinylphenol (PVP), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), thermoplastische Elastomere (TPE), insbesondere thermoplastisches Polyurethan (TPU), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) sowie deren Derivate, und/oder Papier, hergestellt sein. Bevorzugt besteht die Trägerfolienlage aus PC oder PC/TPU/PC. Die Polymere können entweder ungefüllt oder gefüllt vorliegen. Im letzteren Falle sind sie vorzugsweise transparent oder transluzent. Falls die Polymere gefüllt sind, sind sie opak. Das Füllmaterial kann beispielsweise ein Pigment sein oder ein Füllmaterial, das eine besonders hohe oder eine besonders niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist.
Die Trägerfolienlage wird zusammen mit weiteren Folienlagen zu einem Dokumentenstapel vereinigt. Die weiteren Folienlagen können wie die Trägerfolienlage aus den genannten Materialien hergestellt sein, wobei nicht zwingend dieselben Materialien verwendet werden. Zwar ist es vorteilhaft, dasselbe Polymer zu verwenden. Jedoch können die einzelnen Folienlagen unterschiedliche Füllstoffe enthalten, sodass sie transparent, transluzent oder opak sein und in verschiedener Art und Weise entweder eingefärbt oder nicht eingefärbt vorliegen können.
Der Transponderchip und die Antennenstruktur sind vorzugsweise parallel zur Vorder- und Rückseite des Wert- und/oder Sicherheitsdokuments angeordnet, in das die kontaktlose Transpondereinheit integriert ist. Zusätzlich zur Trägerfolienlage kann ferner eine Ausgleichsfolienlage vorgesehen werden, die auf der Seite der Trägerfolienlage angeordnet ist, auf der sich auch der Transponderchip befindet, und die eine Aussparung zur Aufnahme des Transponderchips aufweist, deren Größe der Größe des Chips entspricht. Die Dicke der Ausgleichslage entspricht vorzugsweise ungefähr der Montagehöhe des Transponderchips. Dadurch entsteht im fertigen Laminat eine ebene Dokumentenoberfläche.
Zur Herstellung eines Dokuments, insbesondere Wert- und/oder Sicherheitsdokuments, können die Trägerfolienlage und die Ausgleichsfolienlage mit weiteren Folienlagen vereinigt und schließlich zusammenlaminiert werden. Um ein Wert- und/oder Sicherheitsdokument zu bilden, können die Trägerfolienlage und die weiteren Folienlagen beispielsweise zusätzliche Sicherheitsmerkmale aufweisen. Nach dem Zusammentragen aller Folienlagen zu einem Folienstapel wird letzterer laminiert. Falls die Folienlagen aus PC hergestellt sind, wird der Stapel hierzu in einer Heißpresse bei 190 °C bis 200 °C und einem Druck von 350 N/cm² sowie in einer Kühlpresse bei einem Druck von 600 N/cm² laminiert. Nach der Fertigstellung des Laminats kann das Dokument mit weiteren Sicherheitsmerkmalen ausgerüstet werden.
Das erfindungsgemäße Wert- und/oder Sicherheitsdokument kann beispielsweise ein Personalausweis, Reisepass, Zugangsausweis, Führerschein, Fahrzeugbrief, Fahrzeugschein, Firmenausweis, Skipass, ein sonstiger Berechtigungsausweis, ein Ticket im öffentlichen Personen-Nahverkehr, eine Banknote, Kreditkarte, Scheckkarte, Barzahlungskarte, Eintrittskarte, Identifikationskarte, ein Visum oder dergleichen sein. Das Dokument kann in Form einer Karte mit einer Vorderseite und einer Rückseite vorliegen oder als buchartiges Dokument ausgebildet sein, beispielsweise im ID 1-, ID 2- oder ID 3-Format gemäß ISO 7810. Es kann im Wesentlichen aus Papier oder auch aus Kunststoff hergestellt sein. Im Falle eines Personalausweises trägt dessen Vorderseite zum Beispiel das Lichtbild sowie den Namen des Inhabers. Die Rückseite kann weitere Angaben enthalten, beispielsweise die Anschrift des Inhabers. Außerdem kann das Dokument weitere Sicherheitsmerkmale aufweisen. Das Dokument kann als Transponder, insbesondere als passiver Transponder, beispielsweise als RFID-Sicherheitsdokument, ausgebildet sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand von Figuren exemplarisch erläutert.
1 zeigt eine Transpondereinheit mit einer Trägerfolienlage und eine darauf angeordnete elektrische Leiterzugstruktur in Form einer spiralförmigen Antennenstruktur und einen ungehäusten Transponderchip in einer schematischen Draufsicht;
2 zeigt schematisch in einer Querschnittsansicht die Kalandrierung einer elektrischen Leiterzugstruktur auf einer Trägerfolienlage;
3 zeigt einen Dokumentenstapel vor dem Laminieren in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
Gleiche Bezugsziffern bezeichnen in den Figuren gleiche Elemente und Elemente mit derselben Funktion.
Die in 1 dargestellte Transpondereinheit 50 weist eine Trägerfolienlage 10 auf. Die Trägerfolienlage 10 kann beispielsweise aus PC hergestellt und mit einem weißen Pigment gefüllt sein, sodass sie weiß opak ist. Ihre Dicke beträgt beispielsweise 100 µm.
Auf der Trägerfolienlage 10 ist eine elektrische Leiterzugstruktur 20 in Form einer Antennenstruktur, die durch eine spiralförmige Antennenleiterbahn gebildet ist, aufgebracht. Die spiralförmige Antennenleiterbahn weist drei Antennenwindungen 21, 22, 23 auf, die spiralförmig im Randbereich der Trägerfolienlage 10 und parallel zu deren Rändern 11, 12, 13, 14 sowie parallel zueinander verlaufen. Die Breite der Antennenleiterbahn kann beispielsweise etwa 400 µm, der Abstand zwischen benachbarten Windungen 21, 22, 23 beispielsweise 300 µm und ihre Dicke beispielsweise etwa 20 µm betragen. Die Antennenleiterbahn ist aus einer Silberleitpaste durch Siebdrucken gebildet.
Ein Transponderchip 30 wird auf der Trägerfolienlage 10 montiert. Der Chip 30 wird in Flip-Chip-Technik montiert, d.h. am Chip befindliche Kontaktstellen in Form von Kontakthöckern (nicht dargestellt) werden nach unten weisend auf die Enden der Antennenleiterbahn aufgesetzt und aufgeklebt und dort kontaktiert. Damit überbrückt der Chip 30 den durch die Antennenleiterbahn gebildeten Strang aus spiralförmigen und parallel zueinander angeordneten Windungen 21, 22, 23 der Antennenstruktur. Zur Chipmontage kann beispielsweise ein anisotroper Leitkleber eingesetzt werden, der den zwischen den Kontakthöckern befindlichen Raum zwischen dem Chip 30 und der Oberseite der Trägerfolienlage 10 ausfüllt und dabei den Chip mit der Trägerfolienlage verklebt. Gleichzeitig vermittelt dieser Leitkleber einen elektrischen Kontakt zwischen den Kontakthöckern des Chips 30 und den Enden der Antennenleiterbahn. Der Transponderchip 30 weist unter anderem einen für eine kontaktlose Datenübermittlung geeigneten Prozessor und einen elektronischen Speicher auf.
Die elektrische Leiterzugstruktur 20 weist eine unebene Oberfläche auf (linke Seite der in 2 gezeigten Leiterzugstrukturen 20). Außerdem ist die Höhe der einzelnen Bereiche der Leiterzugstruktur 20 unterschiedlich. Zur Glättung der Oberfläche der Leiterzugstruktur 20 und Vergleichmäßigung von deren Höhe wird ein Kalandrierverfahren eingesetzt. Hierzu wird die Trägerfolienlage 10 mit der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur 20 zwischen zwei Kalanderwalzen 100, 100‘ hindurch geführt. Der Abstand d_KW zwischen den Kalanderwalzen 100, 100‘ ist geringer als die gemeinsame Dicke d_TF + d_LZ der Trägerfolienlage 10, zuzüglich der darauf aufgebrachten elektrischen Leiterzugstruktur 20, aber größer als die Dicke d_TF der Trägerfolienlage. Da die Dicke d_TF der Trägerfolienlage 10 100 µm beträgt, ist der Abstand d_KW zwischen den Kalanderwalzen 100, 100‘ größer als 100 µm. Da die ungefähre Höhe d_LZ der elektrischen Leiterzugstrukturen etwa 15 µm beträgt, ist der Abstand d_KW aber kleiner als die Summe der Dicke d_TF der Trägerfolienlage und der Dicke d_LZ der Leiterzugstrukturen, die etwa 115 µm beträgt. Dadurch werden die Leiterzugstrukturen 20 beim Kalandrieren gestaucht und wegen der Oberflächenglätte der Kalanderwalzen 100, 100‘ auch geglättet (siehe rechte Seite der in 2 gezeigten kalandrierten Leiterzugstrukturen 20). Mit Ausnahme der den Leiterzugstrukturen 20 gegenüber liegenden Bereiche werden die Oberflächen der Trägerfolienlage 10 nicht unter Druck versetzt.
In 3 ist schließlich der Aufbau eines Dokuments 200, beispielsweise eines Wert- und/oder Sicherheitsdokuments, in Form einer Karte mit ID 1-Format in einer schematischen Querschnittsdarstellung wiedergegeben.
Das Dokument 200 enthält im Kern eine Trägerfolienlage 10 mit darauf gebildeter Antennenstruktur 20 sowie darauf montiertem Transponderchip 30, die gemeinsam eine Transpondereinheit 50 bilden, sowie eine Ausgleichsfolienlage 40. Die Ausgleichsfolienlage 40 weist eine Durchbrechung 41 auf, in die der Chip 30 hineinragt. Die Trägerfolienlage 10 und die Ausgleichsfolienlage 40 sind ferner mit einer Deckfolienlage 45 zusammengetragen, die die Durchbrechung 41 und den Chip 30 nach oben hin verschließt. Diese Deckfolienlage 45 kann wie die Trägerfolienlage 10 und die Ausgleichsfolienlage 40 aus PC bestehen und ist vorzugsweise opak, um den Chipbereich nach außen optisch abzuschirmen. Weiterhin wird der Stapel nach außen hin durch äußere Folienlagen (Overlays) 46, 47 abgeschlossen, die ebenfalls aus PC hergestellt und beispielsweise transparent sein können. Dieser Stapel wird laminiert, um einen monolithischen Dokumentenkörper zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0737935 A2 [0003]
DE 102010028444 A1 [0004]
DE 102010019121 A1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 7810 [0031]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leiterzugstruktur (20), auf der ein elektronisches Bauelement (30) montierbar ist, umfassend folgende Verfahrensschritte: (a) Bereitstellen einer Trägerfolienlage (10), (b) Bilden der elektrischen Leiterzugstruktur (20) auf mindestens einer Oberfläche der Trägerfolienlage (10) durch Aufdrucken einer verdruckbaren, härtbaren und nach der Härtung elektrisch leitfähigen Zusammensetzung und (c) Härten der aufgedruckten Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Verfahrensschritt (c) folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst: (d) Glätten der Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der elektrischen Leiterzugstruktur (20) in Verfahrensschritt (d) mit einem Flachpressschritt geglättet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Flachpressschritt ein Kalandrierschritt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolienlage (10) mit der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur (20) beim Kalandrierschritt mit einem Abstand der Kalanderwalzen (d_KW) kalandriert wird, der größer ist als die Dicke (d_TF) der Trägerfolienlage (10) und geringer ist als die Summe der Dicke (d_TF) der Trägerfolienlage (10) und der Dicke (d_LZ) der darauf befindlichen elektrischen Leiterzugstruktur (20).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verdruckbare, härtbare und nach der Härtung elektrisch leitfähige Zusammensetzung eine Leitpaste oder ein Leitlack ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektronische Bauelement ein ungehäustes Halbleiterschaltkreiselement (30) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das ungehäuste Halbleiterschaltkreiselement ein Transponderchip (30) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leiterzugstruktur (20) eine Antennenstruktur ist, die mit dem ungehäusten Halbleiterschaltkreiselement (30) elektrisch verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren nach Verfahrensschritt (d) folgenden weiteren Verfahrensschritt umfasst: (e) Montieren des elektronischen Bauelements (30) in Flip-Chip-Technik.
Wert- und/oder Sicherheitsdokument (200) mit einer Transpondereinheit (50), die eine in Form einer elektrischen Leiterzugstruktur (20) ausgebildete Antennenstruktur, einen mit der elektrischen Leiterzugstruktur (20) in elektrischer Verbindung stehenden ungehäusten Transponderchip (30) sowie eine Trägerfolienlage (10) aufweist, auf der die Antennenstruktur und der Transponderchip (30) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Antennenstruktur an der Oberfläche geglättet ist.