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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer Durchkontaktierung in einer beidseitig bedruckten Trägerfolie sowie eine beidseitig bedruckte Trägerfolie mit Durchkontaktierung.
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Mit Leiterbahnen bedruckte Trägerfolien sind im Stand der Technik bekannt. So umfassen bspw. RFID-Etiketten („radio frequency identification“-Etiketten bzw. Etiketten zur Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen) eine Antenne in Form einer auf einer Folie gedruckten Leiterbahn, die mit einem RFID-Chip verbunden ist und sowohl der Energieversorgung als auch der Kommunikation mit einem RFID-Lesegerät dient. Die Leiterbahn ist häufig spulenförmig ausgestaltet und ist an zwei voneinander entfernten Antennenabgriffen mit entsprechenden Kontakten des RFID-Chips verbunden.
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Bei ausreichend großen RFID-Chips ist es möglich, die beiden Antennenabgriffe direkt mit dem RFID-Chip zu verbinden, indem der RFID-Chip unmittelbar auf die spulenförmige Leiterbahn aufgesetzt wird, wodurch zwei voneinander entfernt angeordnete Kontakte des RFID-Chips mit den Antennenabgriffen verbunden werden. Der RFID-Chip fungiert dabei als Brücke zwischen den beiden Antennenabgriffen über die zwischen den Antennenabgriffen gelegenen weiteren Wicklungen der Antenne.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Trägerfolie für einen RFID-Chip einzuführen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie eine Trägerfolie gemäß dem nebengeordneten Anspruch. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung der RFID-Chips eine Überbrückung der Antennenwicklungen zunehmend schwierig wird, da der Abstand der Kontakte der RFID-Chips häufig geringer ist als der minimale mit vertretbarem Aufwand herstellbare Abstand der beiden Antennenabgriffe der Leiterbahn.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen einer Durchkontaktierung in einer beidseitig mit Leiterbahnen bedruckten Trägerfolie deren beiden Seiten in zwei Druckschritten mit elektrisch leitendem Material im Bereich der vorgesehenen Durchkontaktierung bedruckt werden, wobei spätestens vor dem zweiten Druckschritt ein Durchgangsloch in die Trägerfolie eingebracht wird, welches bei dem oder den darauffolgenden Druckschritten zur Durchkontaktierung mit elektrisch leitendem Material gefüllt wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Trägerfolie, welche beidseitig mit Leiterbahnen bedruckt ist und wenigstens eine erfindungsgemäß hergestellte Durchkontaktierung aufweist.
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Die Erfindung hat erkannt, dass bei einer beidseitig bedruckten Trägerfolie das während der beiden Druckschritte aufgebrachte elektrisch leitende Material ausreichend ist, eine sichere elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Seiten der Trägerfolie in Form einer Durchkontaktierung, sofern dafür vor einem der Druckschritte wenigstens ein geeignetes Durchgangsloch geschaffen wird. Das Durchgangsloch wird dabei vorteilhafterweise so gestaltet, dass es allein durch das in einem einzelnen Druckschritt aufgebrachte elektrisch leitende Material derart gefüllt wird, dass das im Durchgangsloch befindliche elektrisch leitende Material mit dem im selben Druckschritt benachbart zum Durchgangloch aufgebrachten Material elektrisch verbunden bleibt. Entsprechendes kann durch geeignete Dimensionierung des Durchgangsloches, dessen Tiefe der Dicke der Trägerfolie entspricht, gewährleistet werden. Die Dimensionierung des Durchgangsloches kann von der mit der Durchführung betrauten Fachperson in Abhängigkeit der Dicke der Trägerfolie und der Viskosität des aufgedruckten elektrisch leitenden Materials geeignet gewählt werden.
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Das Einbringen des Durchgangsloches in die Trägerfolie kann grundsätzlich vor oder nach dem ersten Druckschritt erfolgen, womit es dann entweder im ersten oder im zweiten Druckschritt mit elektrisch leitendem Material gefüllt wird. Das Verfahren lässt sich so flexibel in bereits bestehende Prozesse integrieren. Die beiden Druckschritte werden bevorzugt nacheinander ausgeführt, d.h. zunächst werden in einem ersten Druckschritt Leiterbahnen auf die eine Seite der Trägerfolie aufgebracht, bevor nach Abschluss des ersten Druckschritts in einem zweiten Druckschritt Leiterbahnen auf die andere Seite der Trägerfolie aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, dass die Druckschritte gleichzeitig oder sich zeitlich überlappend ausgeführt werden.
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Erfolgt das Einbringen des Durchgangsloches nach dem ersten Druckschritt, ist besonders bevorzugt, wenn dabei das im ersten Druckschritt aufgebrachte elektrisch leitende Material erhalten bleibt. Das Material aus dem ersten Druckschritt bildet also einen elektrisch leitenden Abschluss des Durchgangslochs, der eine gute elektrische Verbindung mit dem im zweiten Druckschritt in das Durchgangsloch eingebrachten elektrisch leitenden Material gewährleistet.
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Erfolgt das Einbringen des Durchgangslochs vor dem ersten Druckschritt oder erstreckt sich das Durchgangsloch bei Einbringen nach dem ersten Druckschritt auch durch das bereits aufgebrachte elektrisch leitendende Material, ist bevorzugt, wenn das Durchgangsloch derart dimensioniert ist, dass das im darauffolgenden ersten oder zweiten Druckschritt aufgebrachte elektrisch leitende Material nicht durch das Durchgangsloch durchschießt. In anderen Worten soll das auf einer Seite der Trägerfolie aufgedruckte elektrisch leitende Material im Wesentlichen nicht durch das Durchgangsloch hindurch und frei auf der anderen Seite hinaustreten; vielmehr soll es in dem Durchgangsloch verbleiben, um dieses auszufüllen. Dies kann regelmäßig durch einen ausreichend kleinen, an die Fließeigenschaften des elektrisch leitenden Materials während des Druckvorgangs angepassten Querschnitt des Durchgangslochs insgesamt oder zumindest an der anderen Seite erreicht werden. Beispielsweise kann das Durchgangsloch kegelstumpfförmig mit einem zu der anderen Seite hin abnehmenden Querschnitt geformt werden.
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Der Durchmesser des Durchgangslochs kann 50 Mikrometer bis 5000 Mikrometer betragen. Insbesondere, wenn das Durchgangsloch nach dem ersten Druckschritt unter Erhaltung des dabei aufgebrachten elektrisch leitenden Materials eingebracht wird, ist bevorzugt, wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 100 Mikrometer bis 500 Mikrometer beträgt. Durch einen entsprechenden Durchmesser ist eine sichere Durchkontaktierung mit hohem elektrischem Leitwert gewährleistet. Die Gefahr eines Durchschießens des im zweiten Druckschritt aufgebrachten Materials besteht in diesem Fall nicht. Insbesondere in den Fällen, in dem ein Durchschießen grundsätzlich möglich ist, beträgt der Durchmesser des Durchgangslochs vorzugsweise 50 Mikrometer bis 200 Mikrometer. Bei üblichen, für Druckverfahren verwendeten elektrisch leitenden Materialien kann dadurch ein Durchschießen des Materials vermieden werden. Die Dicke der Trägerfolie beträgt vorzugsweise 20 Mikrometer bis 250 Mikrometer, weiter vorzugsweise 50 Mikrometer bis 100 Mikrometer, sodass ein möglichst weitgehendes bis vollständiges Füllen des Durchgangslochs durch in einem Druckschritt aufgebrachtes elektrisch leitendes Material sichergestellt ist.
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Auch wenn vorstehend Maße für den Durchmesser des Durchgangsloches angegeben sind, die die Formgebung des Durchgangsloches nicht auf die bevorzugte kreisrunde Ausgestaltung beschränkt. Im Falle eines nicht kreisrunden Durchgangslochs ist auf die mit den Durchmesserangaben unmittelbar verknüpfte Querschnittsfläche des Durchgangsloches abzustellen, also vorzugsweise 0,002 Quadratmillimeter bis 20,0 Quadratmillimeter, weiter vorzugsweise 0,008 Quadratmillimeter bis 0,2 Quadratmillimeter oder 0,002 Quadratmillimeter bis 0,03 Quadratmillimeter.
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Das Einbringen des Durchgangslochs kann beispielsweise durch Stanzen, Bohren oder Lasern, vorzugsweise CO2-Lasern, erfolgen. Insbesondere wenn beim Einbringen im ersten Druckschritt aufgebrachtes elektrisch leitendes Material möglichst weitgehend erhalten bleiben soll, ist das Durchgangsloch bevorzugt durch Lasern einzubringen, da so die dabei erforderliche Genauigkeit ohne weiteres eingehalten werden kann.
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Es ist bevorzugt, wenn das elektrisch leitende Material Silberleitpaste ist. Silberleitpaste eignet sich gut für den Druck von Leiterbahnen. Die Trägerfolie ist bevorzugt aus Polycarbonat. Eine Trägerfolie aus Polycarbonat kann mit weiteren Lagen aus Polycarbonat durch Laminieren zu einem als Schichtverbund aufgebauten RFID-Sicherheitsdokument verbunden werden, ohne dass sich eine erhöhte Gefahr von Delaminationen aufgrund inkompatibler Materialien der Schichten des Schichtverbundes ergäbe.
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Die erfindungsgemäße, beidseitig mit Leiterbahnen bedruckte Trägerfolie weist wenigstens eine erfindungsgemäß hergestellte Durchkontaktierung auf. Zur weiteren Erläuterung wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Da der elektrische Leitwert einer Durchkontaktierung aufgrund der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Dimensionierung des Durchgangsloches für eine vorgesehene Verwendung ggf. zu gering ist, ist es möglich, jeweils eine Leiterbahn auf unterschiedlichen Seiten der Trägerfolie durch ein Feld von wenigstens zwei Durchkontaktierungen elektrisch miteinander zu verbinden. Die vorzugsweise eng benachbart zueinander angeordneten Durchkontaktierungen stellen so parallele Verbindungen zwischen den beiden Leiterbahnen her, wodurch sich ein erhöhter kumulierter elektrischer Leitwert zwischen den beiden Leiterbahnen ergibt. Zudem ergibt sich eine Redundanz der Durchkontaktierungen, wodurch eine ungenügende Kontaktierung in einer Durchkontaktierung durch eine gelungene Kontaktierung in einer anderen Durchkontaktierung aufgefangen wird.
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Es ist weiter bevorzugt, wenn zwei durch wenigstens eine Durchkontaktierung verbundene Leiterbahnen auf der Trägerfolie Kontaktstellen zur Überprüfung der Durchkontaktierung(en) umfassen. An den Kontaktstellen können Prüfspitzen eines Messgerätes angelegt werden und so das grundsätzliche Bestehen einer elektrischen Verbindung über die Durchkontaktierung(en) und/oder der elektrische Widerstand bzw. der elektrische Leitwert der Durchkontaktierung(en) überprüft werden.
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Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines RFID-Inlays mit einer erfindungsgemäßen Trägerfolie;
- 2a: eine schematische Detaildarstellung der Trägerfolie aus 1;
- 2b: eine schematische Detaildarstellung einer Ausführungsvariante zu 2a; und
- 3a-c: schematische Darstellungen verschiedener Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer Durchkontaktierung in einer beidseitig mit Leiterbahnen bedruckten Trägerfolie.
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In 1 ist ein RFID-Inlay 1, wie es in Sicherheitsdokumenten (bspw. Reisepässen) Verwendung findet, dargestellt. Das RFID-Inlay 1 umfasst eine erfindungsgemäße Trägerfolie 10, beidseitig mit Leiterbahnen 11 bedruckt ist. In 1 sind die Leiterbahnen 11 auf der unmittelbar sichtbaren Vorderseite der Trägerfolie 10 in durchgezogenen Linien, die Leiterbahnen 11 auf der Rückseite der Trägerfolie 10 in gestrichelten Linien dargestellt. Das RFID-Inlay 1 umfasst weiterhin den lediglich mit einer Strichpunktlinie angedeuteten RFID-Chip 2, der auf der Rückseite der Trägerfolie 10 angeordnet ist.
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Der RFID-Chip 2 des RFID-Inlays 1 ist über Zuleitungen 3 mit Antennenabgriffen 4 einer Antenne 5 verbunden, wobei letztere neben Kommunikationszwecken auch der Energieversorgung dient. Die Zuleitungen 3, die Antennenabgriffe 4 und die Antenne 5 selbst sind durch die auf die Trägerfolie 10 aufgedruckten Leiterbahnen 11 gebildet. Auf der Vorderseite der Trägerfolie 10 ist die Leiterbahn 11 zur Bildung der Antenne 3 spulenförmig ausgestaltet und an den Antennenabgriffen 4 zu lediglich beispielhaft kreisförmig geformten Feldern erweitert. Auf der Rückseite sind die Leiterbahnen 11 als zwei separate Zuleitungen 3 ausgestaltet, die jeweils an ihrem einen Ende (in 1 durch die Antennenabgriffe 4 verdeckte) kreisförmige Felder analog zu den Antennenabgriffen 4 auf der Vorderseite aufweisen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Zuleitungen 3 an ihren anderen Enden auf einer gemeinsamen Achse aufeinander zulaufend ausgestaltet. Durch diese optionale, aber bevorzugte Ausgestaltung kann die Trägerfolie 10 flexibel mit verschiedenen RFID-Chips 2 bestückt werden, da durch das Layout der Leiterbahnen 11 kein Abstand für die Kontakte des RFID-Chips 2 vorgeschrieben ist, sondern RFID-Chips 2 mit unterschiedlichen Kontaktabständen so auf der Trägerfolie 10 angeordnet werden können, dass jeweils ein Kontakt mit einer Zuleitung 3 verbunden ist.
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Zur Verbindung der Leiterbahnen 11 auf der Vorder- und Rückseite der Trägerfolie 10 sind im Bereich der Antennenabgriffe 4 Felder von Durchkontaktierungen 12 vorgesehen, mit denen die Antennenabgriffe 4 elektrisch mit den Zuleitungen 3 und somit die Antenne 5 mit dem RFID-Chip 2 verbunden werden.
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In 2a und b sind zwei verschiedene Ausführungsvarianten für das Feld von Durchkontaktierungen 12 in schematischen Detailansichten gezeigt, wobei die Variante aus 2a der Darstellung aus 1 entspricht. Die an sich durch die Leiterbahn 11 auf der Vorderseite verdeckten Durchkontaktierungen 12 sind durch Punktlinien angedeutet.
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In der Ausführungsvariante gemäß 2a sind im Bereich jedes Antennenabgriffs 4 jeweils 21 Durchkontaktierungen 12 vorgesehen, wobei jede Durchkontaktierung 12 einen Durchmesser von etwa 140 Mikrometer aufweist. In der Ausführungsvariante gemäß 2b sind im Bereich jedes Antennenabgriffs 4 nur jeweils fünf Durchkontaktierungen 12 vorgesehen. Da diese aber jeweils einen Durchmesser von etwa 285 Mikrometer aufweisen, ist der kumulierte elektrische Leitwert eines jeweiligen Feldes von Durchkontaktierungen 12 unter Annahme identischer Materialen und Dicke der Trägerfolie 10 bei beiden Ausführungsvarianten praktisch identisch. Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Zahlen von Durchkontaktierungen 12 beschränkt und kann im Einzelfall mit abweichenden Konstellationen verwirklicht werden.
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Die Durchkontaktierungen 12 der Trägerfolie 10 des RFID-Chips aus 1 und 2a, b sind in einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt worden. Drei unterschiedliche Durchführungsvarianten dieses Verfahrens werden nun anhand der 3a bis c erläutert.
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Beim in 3a dargestellten Verfahren wird in einem ersten Schritt eine erste Seite der Trägerfolie 10 mit einem elektrisch leitenden Material 13 zur Bildung von Leiterbahnen 11 bedruckt, wobei insbesondere im zur Durchkontaktierung vorgesehenen Bereich elektrisch leitendes Material 13 aufgedruckt ist (3a.1). Anschließend wird ein Durchgangsloch 14 in die Trägerfolie 10 eingebracht, wobei jedoch das zuvor aufgebrachte elektrisch leitende Material 13 wenigstens nahezu vollständig erhalten bleibt (3a.2). Das Einbringen des Durchgangslochs 14 kann per CO2-Laser durchgeführt werden und hat sich als ausreichend genau erwiesen. Anschließend wird die zweite Seite der Trägerfolie 10 mit einem elektrisch leitenden Material 13 zur Bildung von Leiterbahnen 11 bedruckt, wobei sich der Materialauftrag insbesondere auch über das Durchgangsloch 14 erstreckt. Durch das Aufbringen des elektrisch leitenden Materials 13 in dem zweiten Druckvorgang wird das Durchgangsloch 14 möglichst weitgehend, vorzugsweise vollständig mit elektrisch leitendem Material 13 gefüllt, sodass eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 11 auf beiden Seiten der Trägerfolie geschaffen wird (3a.3).
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Da das Durchgangsloch 14 durch das vor dessen Einbringung bereits aufgetragene elektrisch leitende Material 13 auf der einen Seite geschlossen ist, ist für die Dimensionierung des Durchgangsloch 14 lediglich zu berücksichtigen, dass es durch das im zweiten Druckschritt aufgebrachte elektrisch leitende Material 13 hinreichend gefüllt werden kann und eine gute elektrische Verbindung der so geschaffenen Durchkontaktierung 12 mit den benachbarten Leiterbahnen 11 gewährleistet ist. Der Durchmesser des Durchgangslochs 14 in 3a beträgt ca. 285 Mikrometer (vgl. 2b). Mit dieser Verfahrensdurchführung sind unter der Voraussetzung, dass das Durchgangsloch 14 in einem Druckschritt mit elektrisch leitendem Material 13 gefüllt wird, aber auch beliebige andere Durchmesser realisierbar, bspw. auch etwa 140 Mikrometer (vgl. 2a).
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In 3b ist eine alternative Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen einer Durchkontaktierung 12 in einer beidseitig mit Leiterbahnen 11 bedruckten Trägerfolie 10 dargestellt.
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Dabei wird bereits im ersten Schritt vor jeglichem Aufbringen von elektrisch leitendem Material 13 ein Durchgangsloch 14 in die Trägerfolie 10 eingebracht (3b.1). Das Durchgangsloch 14 kann durch Lasern, Bohren oder Stanzen eingebracht werden. Anschließend wird die erste Seite der Trägerfolie 10 mit elektrisch leitendem Material 13 bedruckt, wobei sich auch das Durchgangsloch 14 mit diesem Material 13 füllt ( 3b.2). Um zu vermeiden, dass das in diesem Schritt aufgebrachte elektrisch leitende Material 13 auf der zweiten Seite der Trägerfolie 10 unmittelbar wieder austritt - also durch das Durchgangsloch 14 hindurchschießt - ist das Durchgangsloch 14 entsprechend dimensioniert. Insbesondere ist der Durchmesser des Durchgangslochs 14 an der zweiten Seite der Trägerfolie 10 an die Fließeigenschaften des elektrisch leitenden Materials 13 während des Druckvorganges und die Dicke der Trägerfolie geeignet angepasst. Abschließend wird die zweite Seite der Trägerfolie 10 in einem zweiten Druckschritt mit elektrisch leitendem Material bedruckt, sodass sich die gewünschte Durchkontaktierung ergibt (3b.3).
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Bei der in 3c dargestellten Durchführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt zunächst auf der ersten Seite der Trägerfolie 10 elektrisch leitendes Material 13 aufgedruckt (3c.1). Anschließend wird ein Durchgangsloch 14 eingebracht, wobei sich dieses Durchgangsloch 14 jedoch nicht nur durch die Trägerfolie 10 sondern auch durch das zuvor aufgebrachte elektrisch leitende Material 13 erstreckt (3c.2). In einem zweiten Druckschritt wird dann elektrisch leitendes Material 13 auf die zweite Seite der Trägerfolie 10 aufgedruckt, wobei auch das Durchgangsloch 14 gefüllt wird (3c.3). Da das Durchgangsloch 14 während des zweiten Druckschritts auf der ersten Seite der Trägerfolie 10 offen ist, wird ein Durchschießen des elektrisch leitenden Materials 13 durch geeignete Dimensionierung des Durchgangslochs 14 vermieden. Es wird auf die diesbezüglichen Erläuterungen zu 3b.2 verwiesen.
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Bei sämtlichen vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen ist die Trägerfolie 10 bevorzugt aus Polycarbonat und weist eine Dicke von etwa 100 Mikrometer auf. Bei dem elektrisch leitenden Material 13 handelt es sich durchgehend bevorzugt um Silberleitpaste. Unter diesen Voraussetzungen kann ein Durchschießen des elektrisch leitenden Materials 13 durch das Durchgangsloch 14 bspw. vermieden werden, wenn der Durchmesser des Durchgangslochs 14 zwischen 100 und 200 Mikrometer, beispielsweise etwa 140 Mikrometer, beträgt. In der Folge eignen sich die in 3b und 3c gezeigten Durchführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders für die in 2a gezeigte Ausgestaltungsvariante eines Feldes von Durchkontaktierungen 12. Bei der Ausgestaltungsvariante gemäß 2b ist das Risiko des Durchschießens von elektrisch leitendem Materials 13 durch das Durchgangsloch 14 aufgrund dessen größeren Durchmessers deutlich höher.
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Unabhängig von der Ausführungsvariante für das Feld von Durchkontaktierungen 12 (2a, b) und der letztendlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung der Durchkontaktierungen 12 (3a bis c) umfassen die Leiterbahnen 11 der in 1 dargestellte Trägerfolie 10 vorteilhafte, jedoch im Rahmen der Erfindung optionale Kontaktstellen 6 für die Prüfspitzen eines Messgerätes (nicht dargestellt). Durch geeignetes Anlegen der beiden Prüfspitzen eines Messgerätes kann die elektrische Verbindung zwischen jeweils zwei dieser Kontaktstellen 6 und somit - je nach Wahl der Kontaktstellen 6 - auch jeweils ein Feld von Durchkontaktierungen 12 überprüft werden. Neben der Feststellung des Bestehens einer elektrischen Verbindung durch die Durchkontaktierungen 12 kann bei Bedarf auch der elektrische Leitwert für ein Feld von Durchkontaktierungen 12 ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- RFID-Inlay
- 2
- RFID-Chip
- 3
- Zuleitung
- 4
- Antennenabgriff
- 5
- Antenne
- 6
- Kontaktstellen
- 10
- Trägerfolie
- 11
- Leiterbahn
- 12
- Durchkontaktierung
- 13
- elektrisch leitendes Material
- 14
- Durchgangsloch
