DE10349028A1 - Method for forming transponder with organic electronic chip and metal aerial structure for radio frequency identification (RFID) chip - Google Patents

Method for forming transponder with organic electronic chip and metal aerial structure for radio frequency identification (RFID) chip Download PDF

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Abstract

Transponder with organic electronic chip (6) and metal aerial structure (4) is formed by method including deposition of aerial structure onto first side of substrate (2) and organic electronic chip onto opposite second side of substrate. Then through contacts (10) are formed in substrate to connect organic electronic chip to aerial structure. Between deposition of aerial structure and electronic chip, preferably substrate is overturned. Typically transponder forming process is of roll-to-roll type. Independent claims are included for transponder.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Transpondern, beispielsweise Radiofrequencyldentification-(RFID)-Chips aus organischer Elektronik. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen neuartigen Transponder.The The present invention relates to a novel process for the preparation of transponders, for example radio frequency identification (RFID) chips from organic electronics. The present invention further relates a novel transponder.

Bei der Herstellung von RFID-Chips wird aus produktionstechnischen Gründen zunächst die Antenne auf einem flexiblen Kunststoffsubstrat, z. B. aus PET, erzeugt, bevor der eigentliche Chip im Inneren der Antennenwindungen bearbeitet wird. Dieser Produktionsprozess weist jedoch das Problem auf, dass die Antennenstruktur mit 35–70 μm wesentlich höher ist als der eigentliche organische Elektronik-Chip mit einer Gesamtdicke von unter einem μm.at For reasons of production technology, the production of RFID chips will initially be the Antenna on a flexible plastic substrate, e.g. B. of PET, produced, before the actual chip processed inside the antenna turns becomes. However, this production process has the problem that the antenna structure with 35-70 microns is much higher as the actual organic electronics chip with a total thickness of less than one micron.

Bei einem Transponder muss sowohl die äußerste Antennenwindung, als auch die innerste Antennenwindung mit dem Chip elektrisch verbunden werden. Herkömmlicherweise wird die Verbindung der äußersten Windung mit dem Chip über die anderen Antennenwindungen hinweg geführt, was technisch relativ aufwendig ist.at a transponder must have both the outermost antenna winding, as Also, the innermost Antennenwindung be electrically connected to the chip. traditionally, becomes the connection of the outermost Turn over with the chip the other antenna turns led away, which is technically relatively is expensive.

Bedingt durch den Höhenunterschied muss der organische Chip auf dem Platz, der von den Antennenwindungen definiert wird, mit einer Art Stempel hineingedruckt werden. Ein stempelndes Drucken ist jedoch für ein kontinuierliches Verfahren jedoch nicht oder nur bedingt geeignet. Daher gibt es auch bisher kein kontinuierliches Verfahren, mit dem organische Elektronik-Transponder hergestellt werden.conditioned by the height difference The organic chip must be in place, that of the antenna windings defined, are printed with a kind of stamp. One however, stamping printing is for a continuous process but not or only partially suitable. Therefore, there is also no continuous process with which organic Electronics transponder are manufactured.

Da es sich bei Transpondern wie RFID-Tags um Massenware handelt, ist es wünschenswert, die Herstellung zu vereinfachen und zu verbilligen.There it is transponders such as RFID tags are mass-produced, is it desirable to simplify and reduce the cost of manufacturing

Es ist weiterhin wünschenswert, einen organischen Elektronik-Transponder in einem kontinuierlichen Verfahren herstellen zu können.It is still desirable an organic electronics transponder to produce in a continuous process.

Es ist weiterhin wünschenswert, Transponder zu vereinfachen und zu verbilligen.It is still desirable Simplify and reduce transponders.

Gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Transponders mit einer organischen Elektronik und einer metallischen Antennenstruktur bereitgestellt. Das Verfahren umfasst dabei das Aufbringen der Antennenstruktur auf eine erste Seite eines Substrats, das Aufbringen der organischer Elektronik auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Substrats und das Erzeugen von Durchkontaktierungen durch das Substrat, um die Organische Elektronik mit der Antennenstruktur zu verbinden.According to one Aspect of the present invention is a method for manufacturing a transponder with an organic electronics and a metallic one Antenna structure provided. The method comprises the Applying the antenna structure to a first side of a substrate, the Apply the organic electronics on one opposite second side of the substrate and creating vias through the substrate to the organic electronics with the antenna structure connect to.

Die Antennenstruktur wird in herkömmlicher Weise auf eine Seite eines Substrats aufgebracht. Im Unterschied zu dem Stand der Technik ist es dabei ausreichend, wenn die Oberflächeneigenschaften des Substrats lediglich den Erfordernissen genügen, die notwendig sind, um die Antennenstruktur aufzubringen. Die größeren und höheren Antennenstrukturen stellen geringere Anforderungen an das Substrat. Da die Antennenstruktur eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als die organische Elektronik kann die Antennenstruktur auch auf eine raue Oberfläche aufgetragen werden. Die Rauheit dieser Oberfläche kann beispielsweise über der Bauhöhe der organischen Elektronik liegen. Die Antennenstruktur kann durch eine Haftschicht mit dem Substrat verbunden werden, damit kann diese Seite des Substrats auch eine grobfaserige Struktur aufweisen.The Antenna structure is in a conventional manner applied to one side of a substrate. In contrast to that It is sufficient in the art, if the surface properties of the Substrate only meet the requirements that are necessary to to apply the antenna structure. Make the larger and higher antenna structures lower requirements for the substrate. Because the antenna structure a higher one has mechanical strength than the organic electronics can The antenna structure can also be applied to a rough surface. The Roughness of this surface can, for example, over the height the organic electronics are. The antenna structure can through an adhesive layer can be bonded to the substrate so that it can Side of the substrate also have a coarse-fiber structure.

Durch das Aufbringen der organischen Elektronik auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Substrats wird das Aufbringen der Organischen Elektronik nicht durch die vorstehenden Antennenstrukturen behindert. Bei einem, im Vergleich zu der Antennenstruktur dicken Substrat, kann die mechanische Festigkeit des Substrats ausreichen, damit die darunter liegenden Strukturen beim Aufbringen der Organische Elektronik nicht störend wirken. Sollte bei der Verwendung eines dünnen Substrats sich die Antennenstruktur durch das Substrat störend abzeichnen, kann dieser Bereich durch eine aufgebrachte Struktur abgestützt werden, deren Abmessungen beträchtlich kleiner sind als die Wellenlänge der Frequenz, bei der der Transponder betrieben wird. Eine solche Struktur kann beispielsweise als ein Punktraster oder eine sternförmige Struktur ausgeführt werden, die auf die erste Seite in dem Bereich aufgebracht wird, der später der Organische Elektronik gegenüberliegt.By the application of organic electronics on one of the first page opposite second Side of the substrate is the application of organic electronics not obstructed by the foregoing antenna structures. At a, Compared to the antenna structure thick substrate, the mechanical Strength of the substrate sufficient to allow the underlying Structures do not interfere with the application of organic electronics. When using a thin substrate, the antenna structure should be interfering with the substrate This area can be characterized by an applied structure supported whose dimensions are considerable are smaller than the wavelength the frequency at which the transponder is operated. Such Structure can be executed, for example, as a dot matrix or a star-shaped structure, which is applied to the first page in the area later the Organic electronics opposite.

Unter einer organischen Elektronik wird im Sinne der Erfindung ein organischer Chip beispielsweise aus polymeren Werkstoffen verstnden.Under an organic electronics in the context of the invention is an organic For example, understand the chip made of polymeric materials.

Durch das Erzeugen von Durchkontaktierungen durch das Substrat kann die organische Elektronik mit der Antennenstruktur verbunden werden. Die Durchkontaktierungen können dabei vor dem Aufbringen auf die Antennen- oder organische Elektronik-Strukturen auf- bzw. eingebracht werden. Die Durchkontaktierungen können als getrennte Bauteile bereitgestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Durchkontaktierungen nach dem Aufbringen der beiden Schichten durch Laserstrukturierung, Heißstempeln oder dergleichen auf- bzw. anzubringen.By the formation of vias through the substrate may be the organic electronics are connected to the antenna structure. The vias can doing so before applying to the antenna or organic electronics structures be introduced or introduced. The vias can as be provided separate components. However, it is also possible, the vias after application of the two layers by laser structuring, hot stamping or the like up or to install.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren das Substrat zwischen dem Aufbringen der Antennenstruktur und dem Aufbringen der organischen Elektronik umgedreht. Dadurch kann beim Aufbringen der Strukturen die Schwerkraft genutzt werden.In the method, the sub strat between the application of the antenna structure and the application of the organic electronics. As a result, the gravity can be used when applying the structures.

Weiterhin kann die Qualität des Vorgangs besser begutachtet werden.Farther can the quality be better examined.

Vorzugsweise wird der Transponder in einem Roll-to-Roll-Prozess hergestellt. Dadurch können die Antennenstrukturen und besonders die organische Elektronik in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt werden, was eine schnelle und effiziente Fertigung ermöglicht.Preferably The transponder is manufactured in a roll-to-roll process. This allows the antenna structures and especially the organic electronics in a continuous Process are manufactured, allowing fast and efficient production allows.

Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Transponder aus organische Elektronik bereitgestellt. Der Transponder umfasst eine organische Elektronik und eine metallische Antenne, die auf einem gemeinsamen Substrat aufgebracht sind. Bei dem erfindungsgemäßen Transponder sind die Antennenstruktur und die organische Elektronik jeweils auf zwei verschiedenen Seiten des Substrats angebracht und mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden.According to one Another aspect of the present invention is a transponder provided by organic electronics. The transponder includes an organic electronics and a metallic antenna on a common substrate are applied. In the transponder according to the invention are the antenna structure and the organic electronics respectively mounted on two different sides of the substrate and by means of Vias connected together.

Bevorzugt ist das Substrat ein Verbundmaterial. Ein Verbundmaterial kann beispielsweise aus einer mehrschichtigen Kunststofffolie gebildet sein. Dabei kann die Seite, auf der die Antennenstruktur aufgebracht wird, aus einem gröber strukturierten Kunststoff beispielsweise einem Rezyklat bestehen. Das Verbundsubstrat kann auch aus einem Faserverbund gebildet sein, beispielsweise eine mit einer Kunststofffolie beschichtete Pappe oder ein Papierbogen.Prefers the substrate is a composite material. A composite material may, for example be formed of a multilayer plastic film. It can the side on which the antenna structure is applied, from a coarser structured plastic, for example, consist of a recyclate. The composite substrate can also be formed from a fiber composite, for example, a cardboard coated with a plastic film or a paper sheet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, wobei:in the The invention will be described below with reference to the attached drawing, in which:

1 eine Schnittansicht und eine Aufsicht auf eine herkömmlich gestaltete Transponderstruktur schematisch darstellt, und 1 schematically shows a sectional view and a plan view of a conventionally designed transponder structure, and

2 eine Schnittansicht und eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Transponderstruktur schematisch darstellt, und 2 schematically shows a sectional view and a plan view of a transponder structure according to the invention, and

3 schematisch eine mögliche Umsetzung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zeigt. 3 schematically shows a possible implementation of a manufacturing method according to the invention.

Sowohl in den Figuren als auch in der Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen.Either in the figures as well as in the description, the same reference numerals used to same or similar Designate components.

1 zeigt schematisch eine Schnittansicht und eine Aufsicht auf eine herkömmlich gestaltete Transponderstruktur. Der herkömmliche Transponder ist in der Figur als ein Radiofrequency-Ident-(RFID)-Chip aus organischer Elektronik ausgeführt und besteht aus einem polymeren Elektronikchip 6 und einer metallischen Antenne 4, die gemäß 1 angeordnet sind. Die herkömmliche Transponderstruktur weist das Problem auf, dass einerseits die Antennenstruktur 4 aus prozesstechnischen Gründen vor der organischen Elektronikstruktur aufgebracht wird, und andererseits die Antennenstruktur mit 35–70 μm wesentlich höher ist, als der eigentliche organische Elektronik-Chip mit einer Gesamtdicke von weniger als einem μm. Um die Größenverhältnisse darstellen zu können, sind sowohl die Antennenstruktur als auch die organische Elektronik in allen Figuren stark überhöht dargestellt. Bei Nutzung des bisherigen Layouts ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten, die bei der vorliegenden Erfindung vermieden werden:

  • • Beim „Aufbringen" der organischen Elektronik 6 auf den, von den Antennenwindungen 4 definierten Platz, muss bei einem additiven Drucken mit einer Art Stempel in die Antennenstruktur 4 hineingedruckt werden, was sich in einem kontinuierlichen Verfahren aufgrund der Höhe der Antennenstruktur 4 schwierig gestaltet.
  • • bei der Nutzung eines subtraktiven Druckverfahrens muss zunächst eine dünne homogene Schicht eines Polymers auf die ganze Substratfläche aufgedruckt bzw. die Substratfläche beschichtet 'gecoated' werden. Die bereits auf dem Substrat 2 befindliche Antennenstruktur 4 erschwert eine homogene Beschichtung. Eine aufgebrachte homogene Schicht eines leitfähigen Polymers würde außerdem die Antennenstruktur 4 kurzschließen.
  • • in einem Transponder muss die äußerste Antennenwindung, wie auch die innerste Antennenwindung, mit der Organische Elektronik 6 elektrisch verbunden werden. Bei dem herkömmlichen Layout wird diese Verbindung 8 oder auch Brücke der äußersten Windung mit dem Chip über die anderen Windungen 4 hinweg ausgeführt, was technisch relativ aufwendig ist und zumindest einen gesonderten Arbeitsschritt erfordert.
1 schematically shows a sectional view and a plan view of a conventionally designed transponder structure. The conventional transponder is embodied in the figure as a Radio Frequency Ident (RFID) chip of organic electronics and consists of a polymeric electronic chip 6 and a metallic antenna 4 according to 1 are arranged. The conventional transponder structure has the problem that, on the one hand, the antenna structure 4 is applied for process engineering reasons before the organic electronic structure, and on the other hand, the antenna structure with 35-70 microns is much higher than the actual organic electronic chip with a total thickness of less than one micron. In order to be able to represent the size relationships, both the antenna structure and the organic electronics are shown greatly exaggerated in all figures. Using the previous layout results in various difficulties that are avoided in the present invention:
  • • When "applying" the organic electronics 6 on the, from the antenna turns 4 defined place, must be at an additive printing with a kind stamp in the antenna structure 4 be imprinted, resulting in a continuous process due to the height of the antenna structure 4 difficult designed.
  • • When using a subtractive printing process, a thin homogeneous layer of a polymer must first be printed on the entire substrate surface or the substrate surface must be coated. The already on the substrate 2 located antenna structure 4 makes a homogeneous coating difficult. An applied homogeneous layer of a conductive polymer would also enhance the antenna structure 4 short.
  • • In a transponder, the outermost antenna winding, as well as the innermost antenna winding, must be connected to the organic electronics 6 be electrically connected. In the conventional layout, this connection becomes 8th or also bridge the outermost turn with the chip over the other turns 4 executed time, which is technically relatively complex and requires at least a separate step.

2 zeigt schematisch eine Schnittansicht und eine Aufsicht auf eine erfindungsgemäße Transponderstruktur. Die Erfindung beschreibt ein neues Layout, bei dem die organische Elektronik 6 auf die Rückseite des bereits mit Antennenstrukturen 4 versehenen Substrats 2 in beliebiger Weise aufgebracht wird. Dieses Layout bietet den Vorteil, dass die hohe Antennenstruktur 4 keinerlei Hindernis für den Aufbau der organischen Elektronik 6 darstellt. Die Verbindung 8 von innerer und äußerster Antennenwindung mit der organischen Elektronik 6 auf der anderen Seite des Substrats 2 kann mittels Durchkontakten durch die Folie hindurch erfolgen. Diese Durchkontaktierung kann beispielsweise durch Laserstrukturierung, Heißstempeln etc. erfolgen. Das gleiche gilt auch für die Verbindung 12 der inneren Windung der Antennenstruktur 4 mit der organischen Elektronik 6. 2 schematically shows a sectional view and a plan view of a transponder structure according to the invention. The invention describes a new layout in which the organic electronics 6 on the back of the already with antenna structures 4 provided substrate 2 is applied in any way. This layout offers the advantage that the high antenna structure 4 no obstacle to the development of organic electronics 6 represents. The connection 8th from inner and outer antenna winding with organic electronics 6 on the other side of the substrate 2 can be done by means of through contacts through the film. This via can, for example, by Laserstruk turing, hot stamping, etc. take place. The same applies to the connection 12 the inner turn of the antenna structure 4 with organic electronics 6 ,

3 zeigt schematisch eine mögliche Umsetzung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für organische Elektronik-Transponder. In dem dargestellten Beispiel wird das neuartige Layout des organischen Elektronik-Transponders kontinuierlich in einem Roll-to-Roll-Prozess hergestellt. Mit dem neuen Layout treten die unter 1 genannten Schwierigkeiten nicht auf. 3 schematically shows a possible implementation of a production method according to the invention for organic electronic transponder. In the illustrated example, the novel layout of the organic electronics transponder is continuously produced in a roll-to-roll process. With the new layout are under 1 mentioned difficulties.

In 3 wird ein Substrat 2 jeweils von rechts nach links in der Richtung 16 befördert. Das Substrat 2 wird in einem ersten Schritt 20 mit Durchkontaktierungen 10 versehen. Bei einem kontinuierlichen Roll-to-Roll-Prozess wird man aus produktionstechnischen Gründen dann zunächst die Antennenstruktur 4 auf dem flexiblen Substrat, (z. B. aus PET), erzeugt bei 22. Dann wird nachfolgend die eigentliche organische Elektronik 6 auf der anderen Seite gegenüberliegend dem Inneren der Antennenwindungen 4 bereitgestellt bei 24.In 3 becomes a substrate 2 each from right to left in the direction 16 promoted. The substrate 2 will be in a first step 20 with vias 10 Mistake. In the case of a continuous roll-to-roll process, for reasons of production technology, the antenna structure will first be used 4 on the flexible substrate, (eg of PET) produced at 22 , Then below is the actual organic electronics 6 on the other side opposite the inside of the antenna turns 4 provided at 24 ,

Bei dem vorgestellten Produktionsprozess tritt das Problem, dass die Antennenstruktur wesentlich höher ist als die eigentliche organische Elektronik, nicht auf.at The presented production process has the problem that the Antenna structure much higher is considered the actual organic electronics, not up.

Abweichend von dem in 3 dargestellten Verfahren, können die Durchkontaktierungen auch in einem Zwischenschritt oder am Ende des Verfahrens angebracht bzw. hergestellt werden.Notwithstanding the in 3 As shown, the vias may also be mounted or fabricated in an intermediate step or at the end of the process.

Claims (5)

Verfahren zum Herstellen eines Transponders mit einer organischen Elektronik und einer metallischen Antennenstruktur, aufweisend: – Aufbringen der Antennenstruktur (4) auf eine erste Seite eines Substrats (2), gekennzeichnet durch: – Aufbringen der oranischen Elektronik (6) auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite des Substrats (2), und – Erzeugen von Durchkontaktierungen (10) durch das Substrat (2), um die organische Elektronik (6) mit der Antennenstruktur (4) zu verbinden.Method for producing a transponder having organic electronics and a metallic antenna structure, comprising: - applying the antenna structure ( 4 ) on a first side of a substrate ( 2 ), characterized by: - application of the oranic electronics ( 6 ) on an opposite second side of the substrate ( 2 ), and - creating vias ( 10 ) through the substrate ( 2 ) to the organic electronics ( 6 ) with the antenna structure ( 4 ) connect to. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiter gekennzeichnet durch Umdrehen des Substrats zwischen dem Aufbringen der Antennenstruktur (4) und dem Aufbringen der Organische Elektronik (6).Method according to claim 1, further characterized by reversing the substrate between the application of the antenna structure ( 4 ) and applying the organic electronics ( 6 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder in einem Roll-to-Roll-Prozess hergestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the transponder is produced in a roll-to-roll process. Transponder aus organischer Elektronik, aufweisend eine organische Elektronik (6) und eine metallische Antenne (4) auf einem gemeinsamen Substrat (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (4) und die organische Elektronik (6) jeweils auf zwei verschiedenen Seiten des gemeinsamen Substrats (2) angebracht und mittels Durchkontaktierungen (10) miteinander verbunden sind.Transponder made of organic electronics, comprising organic electronics ( 6 ) and a metallic antenna ( 4 ) on a common substrate ( 2 ), characterized in that the antenna ( 4 ) and organic electronics ( 6 ) each on two different sides of the common substrate ( 2 ) and by means of vias ( 10 ) are interconnected. Transponder gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) ein Verbundmaterial ist.Transponder according to claim 3, characterized in that the substrate ( 2 ) is a composite material.
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