DE19632795A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Laminieren von Folienbahnen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laminieren einer ersten und einer zweiten Folienbahn. Als Leiterfolie auf einer Träger- bzw. Nichtleiterfolie, vorzugsweise Kupfer auf Kunststoff, kann das Laminat als elektrischer Leiter verwandt werden, wobei Öffnungen und Durchbrüche in der Metall- bzw. der Kunststoffbahn zur ge­ genseitigen Ausrichtung bzw. zur Öffnung von Fenstern zu einer Leiterstruktur und zum Transport als Perforationen vorgesehen sind. Das Laminat ist insbesondere für die Her­ stellung von IC-Karten geeignet.

Üblicherweise werden die Öffnungen vor dem Laminieren in den Folienbahnen angeordnet und dann die Bahnen zueinander aus­ gerichtet und laminiert.

Ein Problem im Stand der Technik ist die Genauigkeit der ge­ genseitigen Ausrichtung der Folienbahnen. Die Genauigkeit wird insbesondere durch die unterschiedlichen Ausdehnungen bzw. Schrumpfungen der Folienbahnen beim Laminieren beein­ flußt. Außerdem addieren sich bei der Fertigung von Endlos­ laminiaten geringfügige Ausrichtungsfehler, so daß die Tole­ ranzen in der gegenseitigen Ausrichtung der Folienbahnen überschritten werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laminieren von Folienbahnen mit zuein­ ander ausgerichteten Öffnungen bzw. Durchbrüchen zur Verfü­ gung zu stellen, wobei beide einfach durchführbar sind bzw. einen einfachen Aufbau ermöglichen und eine hohe Ausrich­ tungsgenauigkeit der Öffnungen bzw. Durchbrüche der Folien­ bahnen gewährleisten.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche ge­ löst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, mindestens eine der Folienbahnen mit periodisch ausgebilde­ ten Unterbrechungen bzw. Schrumpf- und Dehnfugen vorzusehen. Bevorzugt sind derartige Unterbrechungen durch die Ausbil­ dung von Ausnehmungen z. B. durch Stanzen, Laserstrahlen oder Ätzen vorgesehen. Derartige Unterbrechungen ermöglichen es, daß sich beim Stoßen bzw. Zusammenschieben der entsprechen­ den Folienbahn benachbarte Abschnitte nicht überlappen. Bei dem Laminieren von einer Metallfolie als Leiter und einer Kunststoffolie sind die Unterbrechungen bevorzugt in der Kunststoffolie vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich können aber auch derartige Unterbrechungen in der Metallschicht, z. B. in Meanderform, vorgesehen sein.

Weiter bevorzugt sind die Unterbrechungen im wesentlichen neben dem Teil des Laminats (z. B. neben dem Anschlußbereich eines Leiters) durchgängig, der von Verzügen, Aufwerfungen, Spannungen usw. geschützt werden soll. Im Bereich der Trans­ portperforationen etwa sind dann die Unterbrechungen diskon­ tinuierlich (z. B. durch einen Versatz) ausgebildet, um nur an dieser Stelle Spannungen bzw. Schrumpfungen (sogenanntes "Shrinken") herzurufen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind in mindestens einer der Folienbahnen Unterbrechungen quer zur Längsrich­ tung der Folienbahn angeordnet, die sich zusammen aber nicht einzeln über die gesamte Breite der Folienbahn erstrecken.

Weiter geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, die Ausrichtung der Öffnungen in der ersten und der zweiten Fo­ lienbahn durch eine Positionskontrolle, wie eine Sichtkon­ trolle, laufend automatisch zu überwachen und beim Über­ schreiten der Toleranzen der Ausrichtung während des Lami­ nierverfahrens die Folienbahnen neu auszurichten. Beim Fest­ stellen der Überschreitung der Toleranzen durch Positions­ kontrolle wird mindestens eine Folienbahn mit den Unterbre­ chungen durch Ziehen oder Stoßen und/oder durch thermische Beaufschlagung mit der anderen ausgerichtet. Die Unterbre­ chungen (Dehn- und Schrumpffugen) gestatten dabei die für die Ausrichtung erforderliche Nachgiebigkeit bei einer Relativbewegung der Folienbahnen.

In einer anderen Ausführungsform wird eine der Folienbahnen beim Überschreiten der Toleranzen der Ausrichtung durch­ trennt und die Perforationen der beiden Bahnen werden durch Ziehen oder Stoßen der durchtrennten Bahn neu ausgerichtet.

Die Vorteile der Erfindung liegen in einer kostengünstigen Herstellung des Laminats und einer hohen Ausrichtungsgenau­ igkeit auch bei Endloslaminaten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Folien­ bahn,

Fig. 2 die schematische Darstellung einer Ausbildungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Ausschnitt einer Nichtleiter-Folienbahn, die als Träger für eine Leiterstruk­ tur z. B. aus Kunststoff (Epoxy, PEN, PEI, Polyester, Po­ lyurethan usw.) ausgebildet ist. In der Kunststoffolie 2 sind Perforationen 3 für den Transport mit einer darauf zu laminierenden Leiter- bzw. Metallfolie ausgebildet. Die in der Fig. 1 nicht dargestellte Metallfolie hat ebenfalls Perforationen zum Transport der Metallfolie, die mit den Perforationen 3 der Folienbahn 2 übereinstimmen, um eine ge­ meinsame Ausrichtung und einen gemeinsamen Transport zu ge­ währleisten. Überdies sind in der dargestellten Folienbahn 2 beispielhaft Chipinseln 3′′ sowie sogenannte Bondfenster 3′ vorgesehen, über die eine darunter befindliche Leiterstruk­ tur der Metallfolie kontaktierbar ist. Die richtige Ausrich­ tung derartiger Öffnungen 3′, 3′′ zu entsprechenden Leiter­ strukturen in der Metallfolie sind von wesentlicher Bedeu­ tung.

Weiterhin befinden sich in der Folienbahn 2 Unterbrechungen 4, die einzeln nicht die gesamte Breite der Folie einnehmen, aber sich gegenseitig überlappen und daher insgesamt über die gesamte Breite verlaufen. Die Unterbrechungen 4 erlauben beim Ziehen oder Stoßen der Folie 2 eine Relativbewegung der Öffnungen 3′, 3′′ gegenüber der nicht-sichtbaren Metall­ folienbahn. Die Relativbewegung der beiden Folienbahnen wird dadurch trotz einer gemeinsamen Fixierung durch die Perfora­ tionen 3 in einem gewünschten Bereich ermöglicht und kann durch Ziehen, Stoßen, Erwärmen und/oder Abkühlen mindestens einer der beiden Bahnen unterstützt werden.

Fig. 1 zeigt exemplarisch einige alternative Ausbildungsfor­ men von geeigneten Unterbrechungen bzw. Dehn- und Schrumpf­ fugen 4, die sich vorzugsweise überlappen.

Ein Gesichtspunkt der Erfindung ist, daß die gegenseitige Ausrichtung der Öffnungen bzw. die Überschreitung der ent­ sprechenden Toleranzen ständig durch eine geeignete Einrich­ tung, wie eine mechanische Führung oder eine Einrichtung zur Sichtkontrolle überwacht wird. Eine bevorzugte Einrichtung zur Sichtkontrolle ist in der deutschen Patentanmeldung Nr. 196 19 506 offenbart.

Dabei wird eine Folienbahn von einer Seite beleuchtet und ein erstes Bild aufgenommen. Außerdem wird die andere Fo­ lienbahn von der gegenüberliegenden Seite beleuchtet und ein zweites Bild aufgenommen. Das erste und das zweite Bild wird gemeinsam auf einem Bildschirm dargestellt und die gegensei­ tige Ausrichtung beider Bilder vorzugsweise automatisch kon­ trolliert. Dabei können auf dem Bildschirm Hilfslinien ange­ bracht werden, die schnell die richtige Lage der Folienbah­ nen am Bildschirm darstellen. Das erste und das zweite Bild kann mit verschiedenen Farben abgebildet werden und so der Kontrast erhöht werden. Außerdem kann die Beleuchtungsstärke der beiden Bilder variiert werden.

Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsge­ mäßen Verfahrens. Die Vorrichtung besteht aus einer Zuführ­ einrichtung 5 für eine erste Folienbahn 1 aus einem Leiter­ material (Kupferfolie), einer Zuführeinrichtung 6 für eine zweite Folienbahn aus einem Nicht-Leitermaterial (Kunst­ stoffolie), einer z. B. heiz- oder kühlbaren Zahnkranzwalze 7 zum Zusammenführen und Transportieren der Folienbahnen 1 und 2, einer heizbaren Walze 8 zum Heften der ersten und zweiten Folienbahn 1 und 2, einer Einrichtung 9 zur Sichtkontrolle mit einer ersten und einer zweiten Kamera- und Beleuchtungs­ einheit 9a und 9b sowie einem Bildschirm 9c zur Abbildung der von den Einheiten 9a und 9b aufgenommenen Bilder, zwei Walzen 10 zum Heißlaminieren der Folienbahnen 1 und 2, einer Rolle 11 zum Aufrollen des Laminats und einer Steuereinrich­ tung 12 zum Vergleich der gegenseitigen Ausrichtung der Öff­ nungen der Folienbahnen, die in Abhängigkeit von dem Ergeb­ nis der Sichtkontrolle die Zuführeinrichtungen 5 und/oder 6 beschleunigt oder bremst und/oder die Temperatur der Walzen 7 und 8 steuert.

Bevorzugt wird die zweite Folienbahn 2 (Kunststoffolie) schon vor der ersten Folienbahn 1 (Kupferfolie) auf die Zahnkranzwalze 7 geführt, damit eine gegenseitige Behinde­ rung beim Positionieren verhindert bzw. ein Ausgleichen un­ terstützt wird. Die Zahnkranzwalze 7 greift dabei in die Transportperforationen. Danach heftet die Walze 8 die beiden Folienbahnen 1 und 2 z. B. durch Hitze zusammen. Dies ermög­ licht eine schnelle und genaue Fixierung der Folienbahnen 1, 2, so daß sich die Folien später beim ganzflächigen Laminie­ ren nicht gegeneinander verschieben können. In der Sichtkon­ trolleinrichtung 9 wird die gegenseitige Ausrichtung der Öffnungen überprüft und falls erforderlich, über die Steuer­ einrichtung 12 und die Zuführeinrichtungen 5 und 6 durch Ziehen oder Stoßen mindestens einer Folienbahn vor dem Hef­ ten ausgeglichen. Vor der Sichtkontrolleinrichtung 9 ist be­ vorzugt eine Pufferschleife eingerichtet, damit die Kon­ trolle schrittweise erfolgen kann. Danach werden die Folien­ bahnen durch die heißen Walzen 10, die gegebenenfalls nach einer weiteren Pufferschleife angeordnet sind, laminiert und anschließend auf die Rolle 11 gewickelt. Vorzugsweise wird die Metall-Folienbahn 1 auf der Seite der thermischen Beanspruchung angeordnet, da das Metall die Hitze besser leitet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bleibt die erste Folien­ bahn 1 (z. B. Kupferfolie) als galvanische Leiter für eine Veredelung möglichst ungeteilt.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung erlauben insbesondere einen kontinuierlichen Lami­ nierprozeß und gewährleisten eine hohe Produktivität.

Bei einer vereinfachten Ausführungsform der in Fig. 2 darge­ stellten Vorrichtung ist die Walze 8 zum Heften der Folien­ bahnen 1 und 2 fortgelassen. Die Einrichtung 9 zur Sichtkon­ trolle kann durch eine andere geeignete Einrichtung zur Überprüfung der Relativlage der Folienbahnen 1, 2 zueinander ersetzt werden, und die Walzen 10 zum Laminieren können ebenfalls durch andere geeignete Laminiereinrichtungen er­ setzt werden.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrich­ tung, die zum diskontinuierlichen bzw. schrittweisen Trans­ port und Laminieren der Folienbahnen geeignet ist, soll nachfolgend beschrieben werden. Statt einer Zahnkranzwalze 7 ist dabei ein Tisch mit Transportzähnen für die Transport­ perforationen vorgesehen, um beide Folienbahnen gemeinsam übereinanderliegend schrittweise zu transportieren. Beim La­ minieren senkt sich auf den Tisch ein Heißstempel, um beim Absenken die beiden übereinanderliegenden Folienbahnen zu laminieren. Zusätzlich kann sich der Tisch um ein gewisses Maß heben, um dieser Bewegung entgegenzukommen. Die zuvor bereits beschriebenen Unterbrechungen in mindestens einer der Folienbahnen sorgen dafür, daß die unterschiedliche Deh­ nung bzw. Schrumpfung der Folienbahnen ausgeglichen werden. Beim Anheben des Heizstempels wird dann das Laminat schritt­ weise weiter transportiert. Hinter dieser Vorrichtung ist dann bevorzugt wieder eine Einrichtung zum Kontrollieren der Positionen der Folienbahnen zueinander angeordnet. Die Takt­ frequenz beträgt vorzugsweise 90 bis 120 Takte pro Minute. Vor dieser Einrichtung kann vorteilhafterweise eine Einrich­ tung zum Ausbilden der Öffnungen (z. B. eine Stanze) in bei­ den Leiterbahnen vorgesehen sein, die im selben Takt arbei­ tet, wie die Laminiereinrichtung.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung sind nicht auf das Laminieren von Metall- und Kunststoff-Folienbahnen beschränkt. Sie können auch bei dem Laminieren von Kunststoff auf Kunststoff oder Metall auf Me­ tall verwendet werden. Außerdem können auch mehr als zwei Folienbahnen entweder in einem Herstellungsprozeß oder durch aufeinanderfolgendes Laminieren mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung laminiert werden.

Claims (21)

1. Verfahren zum Laminieren mindestens einer ersten und einer zweiten Folienbahn (1, 2) mit auszurichtenden Öff­ nungen (3, 3′, 3′′) in mindestens einer Folienbahn (1, 2), wobei mindestens eine der Folienbahnen (1, 2) Unter­ brechungen (4) als Dehn- bzw. Schrumpffugen aufweist, die im wesentlichen quer zur Längsrichtung und zusammen, aber nicht einzeln über die gesamte Breite der Folien­ bahnen (1, 2) verlaufen, wobei die Folienbahnen lami­ niert werden und die Unterbrechungen eine Relativbewe­ gung der Folienbahnen (1, 2) ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ferner eine Positions­ kontrolle erfolgt und vor dem festen Verbinden der Fo­ lienbahnen (1, 2) Überschreitungen der Toleranzen in der Ausrichtung der Öffnungen (3, 3′, 3′′) durch Ziehen oder Stoßen mindestens einer der Folienbahnen (1, 2) mit den Unterbrechungen (4) ausgeglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Unterbrechungen (4) gegenseitig überlappen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens eine der Folienbahnen (1, 2) eine Endlosbahn ist.

5. Verfahren zum Laminieren mindestens einer ersten und zweiten Folienbahn (1, 2) mit auszurichtenden Öffnungen (3, 3′, 3′′) in mindestens einer Folienbahn (1, 2), wobei vor dem festen Verbinden der Folienbahnen (1, 2) eine Positionskontrolle der Ausrichtung der Öffnungen (3, 3′, 3′′) erfolgt, bei Überschreitungen der Toleranzen der Ausrichtung der Öffnungen (3, 3′, 3′′) mindestens eine Folienbahn (2) an bestimmten Stellen (13) durchtrennt wird, und die Öffnungen (3, 3′, 3′′) durch Ziehen oder Stoßen der durchtrennten Folienbahn (2) ausgerichtet werden.

6. Verfahren mit einer Kombination von Verfahrensschritten gemäß Anspruch 5 mit einem gemäß der Ansprüche 1 bis 4.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Positionskontrolle eine Sichtkon­ trolle ist und in folgenden Schritten erfolgt:

• (a) Beleuchten der ersten Folienbahn (1) von einer ersten Seite,
• (b) Aufnehmen eines durch Beleuchtung von der ersten Seite entstehenden ersten Bildes,
• (c) Beleuchtung der zweiten Folienbahn (2) von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite,
• (d) Aufnehmen eines durch die Beleuchtung von der zwei­ ten Seite entstehenden zweiten Bildes, und
• (e) Darstellen des ersten und zweiten Bildes auf einem Bildschirm und Vergleichen der Ausrichtung der Öff­ nungen (3, 3′, 3′′).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine der Folienbahnen (1, 2) geheizt oder gekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Folienbahn (1) aus einem Leiter und die zweite Folienbahn (2) aus einen Nicht- Leiter besteht.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leiter Kupfer ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterbrechungen (4) gestanzt, ge­ lasert oder geätzt sind.

12. Vorrichtung, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit:

• (a) einer ersten Zuführeinrichtung (5) für die erste Fo­ lienbahn (1),
• (b) einer zweiten Zuführeinrichtung (6) für die zweite Folienbahn (2),
• (c) einer Zahneinrichtung (7) zum Eingreifen in die Per­ forationen (3) und Zusammenführen und Transportieren der ersten und zweiten Folienbahnen (1, 2),
• (d) einer Einrichtung (10) zum Heißlaminieren,
• (e) einer Rolle (11) zum Aufrollen der laminierten Fo­ lienbahnen (1, 2).

13. Verfahren nach Anspruch 12 mit einer geheizten Walze (8), zum Heften der ersten und zweiten Folienbahnen (1, 2), die dem Merkmal (c) nachgeordnet ist.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 mit einer Einrichtung (9) zur Positionskontrolle der gegenseitigen Ausrichtung der Öffnungen (3, 3′, 3′′) der Folienbahnen (1, 2), die dem Merkmal (c) nachgeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14 mit einer Steuereinrichtung (12) zum Beschleunigen oder Bremsen der ersten und/oder zweiten Zuführeinrichtung (5, 6) in Abhängigkeit von der Positionskontrolle.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahneinrichtung (7) und/oder die Walze (8) poliert ist sowie heizbar und/oder kühlbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Zahneinrichtung (7) und/oder die Walze (8) eine geläppte Oberfläche aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß sie Einrichtungen zur Sichtkontrolle (9) aufweist:

• (a) eine obere (9a) und eine untere Kamera- und Beleuch­ tungseinheit (9b), und
• (b) eine Einrichtung (9c, 12) zur Abbildung der von den Einheiten (9a, 9b) aufgenommenen Bilder und zum Ver­ gleich der gegenseitigen Ausrichtung der Öffnungen (3).

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Einrichtung zur Trennung mindestens einer Folienbahn (12) vorgesehen ist.

20. Folienbahn zum Laminieren der Folienbahn (2) mit einer anderen Folienbahn (1), wobei die Folienbahn (2) Unter­ brechungen (4) als Dehn- bzw. Schrumpffugen aufweist, die im wesentlichen quer zur Längsrichtung und zusam­ men, aber nicht einzeln über die gesamte Breite der Fo­ lienbahn (2) verlaufen.

21. Folienbahn nach Anspruch 20, wobei sich die Unterbre­ chungen überlappen.