DE102018009475A1 - Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf einer Substratbahn - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf vorbestimmten Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn.Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen rotativen Zylinder oder ein umlaufendes Band auf, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist und wobei an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes eine bestimmte Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen angebracht sind. Jeweils eine Befestigungsvorrichtung befestigt hierbei jeweils ein Einzelelement an jeweils einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf vorbestimmten Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn.
  • Hierzu ist beispielsweise aus WO 03/0548808 A2 , US 6,417,025 oder WO 01/33621 A2 ein sogenannter „Fluid-Self-Assembly-Process“ bekannt, bei dem integrierte Schaltkreise, sogenannte Chips, in Vertiefungen einer Folie „eingespült“ oder eingeschwemmt werden. Beispielsweise wird eine Trägerfolie in Endlosform mit Vertiefungen versehen, die in etwa die Größe des einzulagernden Chips aufweisen. Die Vertiefungen sind dabei derart über die Endlosfolie verteilt, dass beim späteren Zerteilen der Folie in einzelne Sicherheitselemente die gewünschte Anzahl von Chips im Sicherheitselement enthalten ist. Im nächsten Schritt wird die so präparierte Folie mit einer die Chips enthaltenden Flüssigkeit übergossen. Dabei werden die Chips in die Vertiefungen eingeschwemmt und richten sich auf diese Art und Weise selbst aus.
  • Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik das sogenannte „pick-andplace“ Verfahren bekannt, bei dem ein Greifarm ein Einzelelement einem Vorratsbehälter entnimmt und an eine gewünschte Stelle einer Substratbahn positioniert und dort befestigt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es sehr langsam ist und deshalb nicht eine Vielzahl von Einzelelementen in kurzer Zeit auf die Substratbahn aufbringen kann.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Erfindungsgemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:
    1. a) Bereitstellen eines rotativen Zylinders oder eines umlaufenden Bandes, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist,
    2. b) Bereitstellen einer bestimmten Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, so dass durch jeweils eine Befestigungsvorrichtung an jeweils einer vorbestimmten Position an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes jeweils ein Einzelelement befestigt werden kann und außerhalb der Befestigungsvorrichtungen kein Einzelelement befestigt werden kann,
    3. c) Zuführen einer Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, wobei die Anzahl n größer oder gleich der Anzahl m ist oder wobei an jeder einzelnen Befestigungsvorrichtung eine Mehrzahl von Einzelelementen zur Verfügung steht, wobei die Einzelelemente, die mit einer Befestigungsvorrichtung in Kontakt kommen, durch die Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden,
    4. d) Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes,
    5. e) In Kontakt Bringen der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes mit der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn und Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn,
    6. f) Wiederholung der Schritte c) bis e) so lange, bis an allen vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn jeweils ein Einzelelement befestigt ist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen rotativen Zylinder oder ein umlaufendes Band auf, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist und wobei an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes eine bestimmte Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen angebracht sind. Jeweils eine Befestigungsvorrichtung befestigt hierbei jeweils ein Einzelelement an jeweils einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn.
  • Der Begriff „Einzelelement“ bezeichnet dabei elektrische oder elektronische Bauelemente oder Bauteile wie beispielsweise Mikroprozessoren mit und ohne integrierten Antennen, LEDs, Sensoren, Batterien, Solarzellen, Widerstände, Kondensatoren, Transistoren oder dergleichen. Er umfasst darüber hinaus auch optische Elemente wie beispielsweise Linsen, Fresnel-Linsen oder Polarisatoren sowie auch Sicherheitselemente für Sicherheitsdokumente.
  • Als „Substratbahn“ kommt Rollenware in Form von Papier, Kunststoff, Glas oder Textil und jegliche Art von Verbundmaterialien infrage, beispielsweise kohlefaserverstärkte Materialien. Dieselben Materialien können auch in Bogenform, in Form von Platten oder Formatware vorliegen und verarbeitet werden. Die Bahnbreite kann beispielsweise 1 m oder mehr betragen, die Bahngeschwindigkeit einer sich bewegenden Substratbahn beträgt üblicherweise mindestens 1 m/min. Die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn ist hierbei die Vorder- und/oder Rückseite der Substratbahn und insbesondere nicht deren Seitenflächen, deren Fläche bezogen auf die Fläche der Vorder- oder Rückseite vernachlässigbar gering ist.
  • Vorbestimmte Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn werden von einem Benutzer vorbestimmt und festgelegt, sie sind also nicht stochastisch oder zufällig angeordnet. Bevorzugt sind die vorbestimmten Positionen rasterartig beziehungsweise regelmäßig in Spalten und Reihen auf der Oberfläche der Substratbahn angeordnet, wobei die Spalten und Reihen jeweils einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung mit einem vorgegebenen Versatz zwischen den Reihen und/oder Spalten möglich oder können die Reihen und/oder Spalten in Form geschwungener oder gezackter Linien angeordnet sein.
  • Die vorbestimmten Position an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, an denen jeweils ein Einzelelement befestigt werden kann und an denen sich die Befestigungsvorrichtungen befinden, korrespondieren mit den vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn. Dies bedeutet, dass die Befestigungsvorrichtungen so an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angeordnet sind, dass sie die Einzelelemente auf die vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn aufbringen. Die Anordnung der Befestigungsvorrichtungen an der Außenseite des rotativen Zylinders entspricht also der Anordnung der vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn.
  • Als Klebstoff können alle aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffe oder Adhäsive verwendet werden, die ein Einzelelement derart auf der Substratbahn befestigen, dass das Einzelelement sofort auf der Substratbahn klebt ohne dass es bei der Bewegung der Substratbahn wieder von der Substratbahn abgelöst wird.
  • Anwendungen der erfindungsgemäß platzierten Elemente betreffen beispielsweise Sicherheitsdokumente wie Banknoten oder ID-Karten mit Chips oder auch Verpackungsmaterial, Etiketten oder sonstige zweidimensionale Produkte. Dabei können beispielsweise optische Elemente zur Erhöhung der visuellen Attraktivität eingesetzt werden. In einem anderen Beispiel werden Chips zur Bearbeitung, Speicherung und Ausgabe von Daten, beispielsweise zu Authentifizierungszwecken, verwendet. Ferner sind auch andere Funktionalitäten wie Sensoren denkbar.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Substratbahn, nachdem sie mit den Einzelelementen versehen wurde, in einzelne Nutzen zerschnitten wird. Derartige Nutzen sind beispielsweise die erwähnten Sicherheitsdokumente.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl n von Einzelelementen gleich der Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen ist. Hierbei wird der Verfahrensschritt c) so lange durchgeführt, bis sich an allen Befestigungsvorrichtungen jeweils ein Einzelelement befindet. An jeder Befestigungsvorrichtung befindet sich also nach Abschluss des Verfahrensschritts d) genau ein Einzelelement.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass in Schritt c) das Zuführen der Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes durch Aufschütten und/oder Einschwemmen und/oder Aufsprühen und/oder Einblasen der Einzelelemente auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Schritt d) das Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes durch Abstreichen und/oder Abblasen und/oder Absaugen und/oder Herabfallen dieser Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt. Überschüssige Einzelelemente, die keiner freien Befestigungsvorrichtung mehr zugeordnet werden können, werden somit wieder von dem rotativen Zylinder oder dem umlaufenden Band entfernt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass an mindestens einer, bevorzugt an allen vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eine Vertiefung in die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eingebracht wird, wobei die Fläche der jeweiligen Vertiefung so groß ist, dass in jeweils eine Vertiefung jeweils ein Einzelelement eingebracht werden kann. Dies hat den besonderen Vorteil, dass bei einem Entfernen überschüssiger Einzelelemente, beispielsweise durch Abstreichen oder Abwischen, die bereits festgeklebten Einzelelemente nicht wieder von der Substratbahn abgerissen werden. In den Vertiefungen kann sich dabei ein Klebstoff befinden, der die Einzelelemente in der Vertiefung zusätzlich befestigt.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtungen durch Öffnungen in der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes gebildet werden, durch die die Einzelelemente mittels Unterdruck an die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angesaugt werden, wobei der Unterdruck im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes erzeugt wird. Die Fläche der jeweiligen Öffnung ist dabei so klein, dass kein Einzelelement hindurchpasst und somit nicht durch die Öffnung hindurchrutscht. Die Einzelelemente werden somit durch einen Unterdruck in den Öffnungen an Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes gesaugt.
  • Alternativ dazu können die Befestigungsvorrichtungen auch durch Magnete oder elektrostatische Vorrichtungen oder adhäsive beziehungsweise klebende Vorrichtungen gebildet werden, die an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angebracht sind.
  • Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass in Schritt e) das Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn durch Abschalten des Unterdrucks oder des Magnetfelds des Magneten oder der elektrostatischen Vorrichtung oder der adhäsiven Vorrichtung ermöglicht beziehungsweise erleichtert wird.
  • Zusätzlich können die Einzelelemente auch durch einen Überdruck im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes oder eine Umpolung des Magnetfelds des Magneten von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn gepresst werden.
  • Zusätzlich kann auch die sich bewegende Substratbahn an den vorgesehenen Positionen porös sein, so dass ein Vakuum oder Unterdruck durch die Substratbahn angelegt werden kann, welches an den porösen Stellen bei der Übertragung der durch das zylinder- oder bandförmige Zuführungssystem zur Verfügung gestellten Einzelelemente hilft. Dadurch werden die Einzelelemente an den vorgesehenen Positionen auf der Substratbahn positioniert und gegebenenfalls fixiert.
  • Wird eine adhäsive beziehungsweise klebende Vorrichtungen verwendet, so kann die Oberfläche der Substratbahn besonders vorteilhaft einer stärkere adhäsive oder klebende Beschichtung aufweisen, so dass die Einzelelemente auf der Substratbahn fester ankleben als auf dem rotativen Zylinder oder dem umlaufenden Band, was den Transfer vom rotativen Zylinder oder umlaufenden Band zur Substratbahn ermöglicht.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Einzelelemente, nachdem sie auf die sich bewegende Substratbahn aufgebracht worden sind, zusätzlich festgeklebt und /oder eingekapselt, wobei die Verkapselung beispielsweise aus einer flächigen oder partiellen Laminierung oder einer Lackverkapselung bestehen kann. Hierdurch sollen sie besonders fest auf der sich bewegende Substratbahn befestigt werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der rotative Zylinder gefräste oder anderweitig hergestellte geformte Vertiefungen aufweisen, die in Schritt c) zu einer Orientierung oder Ausrichtung der Einzelelemente relativ zur Oberfläche des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes führen.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, soweit dies von dem Schutzumfang der Ansprüche erfasst ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 03/0548808 A2 [0002]
    • US 6417025 [0002]
    • WO 0133621 A2 [0002]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf vorbestimmten Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn, gekennzeichnet, durch die folgenden Schritte a) Bereitstellen eines rotativen Zylinders oder eines umlaufenden Bandes, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, b) Bereitstellen einer bestimmten Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, so dass durch jeweils eine Befestigungsvorrichtung an jeweils einer vorbestimmten Position an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes jeweils ein Einzelelement befestigt werden kann und außerhalb der Befestigungsvorrichtungen kein Einzelelement befestigt werden kann, c) Zuführen einer Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, wobei die Anzahl n größer oder gleich der Anzahl m ist, wobei die Einzelelemente, die mit einer Befestigungsvorrichtung in Kontakt kommen, durch die Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, d) Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, e) In Kontakt Bringen der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes mit der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn und Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn, f) Wiederholung der Schritte c) bis e) so lange, bis an allen vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn jeweils ein Einzelelement befestigt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n von Einzelelementen gleich der Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen ist und Schritt c) so lange durchgeführt wird, bis sich an allen Befestigungsvorrichtungen jeweils ein Einzelelement befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) das Zuführen der Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes durch Aufschütten und/oder Einschwemmen und/oder Aufsprühen und/oder Einblasen der Einzelelemente auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt d) das Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes durch Abstreichen und/oder Abblasen und/oder Absaugen und/oder Herabfallen dieser Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer, bevorzugt an allen vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eine Vertiefung in die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eingebracht wird, wobei die Fläche der jeweiligen Vertiefung so groß ist, dass in jeweils eine Vertiefung jeweils ein Einzelelement eingebracht werden kann.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente elektronische oder elektrische Bauteile oder Bauelemente oder Sicherheitselemente oder optische Elemente sind.
  7. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtungen durch Öffnungen in der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes gebildet werden, durch die die Einzelelemente mittels Unterdruck an die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angesaugt werden, wobei die Fläche der jeweiligen Öffnung so klein ist, dass kein Einzelelement hindurchpasst und wobei der Unterdruck im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes erzeugt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtungen durch Magnete oder elektrostatische Vorrichtungen oder adhäsive Vorrichtungen gebildet werden, die an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angebracht sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt e) das Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn durch Abschalten des Unterdrucks oder des Magnetfelds des Magneten oder der elektrostatischen Vorrichtung oder der adhäsiven Vorrichtung ermöglicht wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente durch einen Überdruck im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes oder eine Umpolung des Magnetfelds des Magneten von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn gepresst werden.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente auf der sich bewegenden Substratbahn festgeklebt und /oder eingekapselt werden.
  12. Vorrichtung zur Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf vorbestimmten Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen rotativen Zylinder oder ein umlaufendes Band aufweist, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist, wobei an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes eine bestimmte Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen angebracht sind und wobei jeweils eine Befestigungsvorrichtung jeweils ein Einzelelement an jeweils einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn befestigt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtungen Öffnungen in der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes sind, durch die die Einzelelemente mittels Unterdruck an die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes ansaugbar sind, wobei die Fläche der jeweiligen Öffnung so klein ist, dass kein Einzelelement hindurchpasst und wobei der Unterdruck im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes anliegt.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtungen Magnete oder elektrostatische Vorrichtungen oder adhäsive Vorrichtungen sind, die an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angebracht sind.
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