DE19861367B4

DE19861367B4 - Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19861367B4
Application number: DE19861367A
Authority: DE
Inventors: Mark E. Tuttle; Rickie Lake
Original assignee: Micron Technology Inc
Current assignee: Micron Technology Inc
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2018-04-30

Abstract

Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit:
– einer in einem flexiblen Kunststoffsubstrat vorgesehenen Ausnehmung, wobei die Ausnehmung eine Grundfläche und vier ungefähr gerade und orthogonale Seitenwandflächen, die sich von der Grundfläche nicht senkrecht in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats erstrecken, hat, wobei jede der vier Seitenwandflächen von der Grundfläche in Richtung obere Oberfläche nach außen geneigt ist;
– einer Antenne, die zumindest teilweise außerhalb der Ausnehmung angeordnet ist;
– einer innerhalb der Ausnehmung angeordneten integrierten Schaltung, die zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist;
– einer leitfähigen Schicht, die sich über zumindest eine der vier Seitenwandflächen erstreckt, um die integrierte Schaltung mit der Antenne zu verbinden; und
– einer flexiblen Kaschierschicht, die über der Ausnehmung, der Antenne, der integrierten Schaltung und der leitfähigen Schicht angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtungen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung in Bezug auf Verfahren zur Herstellung von Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtungen in persönlichen Karten, wie zum Beispiel persönlichen Ausweiskarten und Kreditkarten, gedacht.
Technischer Hintergrund
Smartcards weisen typischerweise eine integrierte Schaltung auf, die sowohl Speicher- als auch Prozessfunktionen bereitstellt, haben aufgedruckte Wörter oder Bilder und überwachen, wer die in dem integrierten Schaltkreis gespeicherte Information benutzt und wie die Information benutzt wird.
Einige Smartcards haben Längen- und Breitenabmessungen, die denen von Kreditkarten entsprechen. Die Größe solcher Smartcards wird durch einen internationalen Standard bestimmt (ISO 7816). ISO 7816 definiert auch die physikalischen Parameter des Kunststoffs, einschließlich der Temperaturtoleranz und Biegsamkeit. ISO 7816 definiert auch die Position der elektrischen Kontakte und ihre Funktionen sowie das Protokoll für die Kommunikation zwischen dem integrierten Schaltkreis und Lesevorrichtungen (Verkaufsautomaten, Zahl-Telefonen usw.). Der Begriff ”Smartcard”, so wie er hier benutzt wird, umfasst Karten, die einen Mikroprozessor aufweisen. Solche Karten können auch nicht konform mit der ISO 7816 sein.
Verschiedene Typen von Kunststoff werden für Hüllen oder Gehäuse von Smartcards benutzt. PVC und ABS sind typisch. PVC kann geprägt werden, ist aber nicht recyclebar. ABS ist nicht leicht prägbar, aber recyclebar.
Smartcards haben viele verschiedene Anwendungen. Zum Beispiel können Smartcards vorbezahlte Karten sein, die anstelle von Geld zum Bezahlen bei Verkaufsautomaten, Spielau tomaten, Gasstationen, Autowaschanlagen, Fotokopierern, Waschmaschinen, Kinos, Fast-Food-Restaurants, Einzelhandelsverkaufsstellen oder überall dort, wo Abkassieren üblich ist, verwendet werden können. In Europa werden sie zum Beispiel allgemein bei öffentlichen Telefonen verwendet. Ein Zeitmesser wird benutzt, um während des Gespräches automatisch den Ausgleich von der Karte abzuziehen. Smartcards können als Essenmarken oder zur Inanspruchnahme anderer staatlich bereitgestellter Hilfen genutzt werden. Weil die Transaktion elektronisch erfolgt, braucht das Telefon, der Verkaufsautomat usw. kein Bargeld zu speichern, so dass Verluste aufgrund von Diebstahl reduziert werden können. Wechselgeld muss nicht gespeichert und ausgegeben werden, und eingegangene Zahlungen können direkt zu einer Bank übertragen werden. Vorbezahlte Karten können eine Form von Werbung sein, weil sie Logos oder andere Informationen aufgedruckt haben können. Der Benutzer trägt die Karte typischerweise wochenlang, ehe der Wert auf der Karte aufgebraucht ist.
Um eine konventionelle Kreditkarte zu authentisieren muss ein Telefongespräch gemacht werden, um zu verifizieren, dass ausreichend Kapital vorhanden ist. Smartcards gestatten, solche Verifikation offline durchzuführen und sparen so Telekommunikationsgebühren. Auf diese Weise liefern Smartcards einen Vorteil gegenüber konventionellen Kreditkarten. Smartcards können auch als Schlüssel zur Erlangung von Zutritt zu Sperrgebieten, wie zum Beispiel Sicherheitsbereichen von Gebäuden, oder zum Zugang zu Parkstellplätzen verwendet werden.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtungen (Radio Frequency Identification Devices (RFIDs) können auch als Smartcards betrachtet werden, wenn sie einen integrierten Schaltkreis aufweisen. RFIDs sind detailliert in der am 29. August 1996 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/705,043 beschrieben, die hierin durch Bezugnahme mit einbezogen ist. RFIDs, die integrierte Schaltungen aufweisen, können als intelligente RFIDs oder als intelligente Fernkommunikationsvorrichtungen (Remote Intelligent Communication Devices (RIC) bezeichnet werden.
Typischerweise werden Smartcards eine integrierte Schaltung, die typischerweise ein kompakter integrierter Schaltkreischip (IC-Chip) ist, enthalten. Die Smartcard kann auch elektrische Verbindungsleitungen zum Anschließen des IC-Chips an Anschlüsse aufweisen. In anderen Fällen werden die elektronischen Verbindungsleitungen eine Antenne aufweisen, zum Beispiel, wenn die integrierte Schaltung Hochfreqenz-Identifikationsschaltungseinrichtungen aufweist. In anderen Fällen können eine Antenne, eine Batterie und ein IC in Smartcards eingefügt sein. Da Smartcards dazu gedacht sind, bequem von Personen getragen werden zu können, ist es wünschenswert, Smartcards herzustellen, die relativ dünn sind und vorzugsweise Größe und Form ähnlich den Kreditkarten haben. Das ermöglicht, dass die Karten an einer Person, zum Beispiel in der Brieftasche der Person, getragen werden können.
Aus der WO 96/07985 A1 ist eine dünne flexible elektronische Hochfrequenzkennungsschaltung bekannt, die ein isolierendes flexibles Substrat mit einem Schaltungschip und einer Antenne aufweist, wobei die Antenne ein integraler Bestandteil des Substrats ist und die Anschlüsse aufweist, während der Schaltungschip eine Modulatorschaltung, eine Logikschaltung, eine Speicherschaltung und Chipverbinder aufweist, die sich auf dem Substrat in angrenzender Nähe zu der Antenne befinden. Diese Schaltung weist ferner mehrere Verbindungsleitungen zwischen den Antennenanschlüssen und den Chipverbindern auf, wobei die Verbindungsleitungen koplanar mit der Antenne und den Antennenanschlüssen sind. Das Substrat weist eine Aussparung auf, in der der Chip angeordnet ist, wobei der Chip durch eine Einkapselung bedeckt ist, die den Abstand zwischen dem Chip und dem Substrat in der Aussparung füllt.
Aus US 5 541 399 A ist ein RF-Transponder bekannt, der ein Substrat, eine elektrische Transponderschaltung auf dem Substrat, und eine Antennenspule, die aus mehreren Windungen einer Antennenleitung gebildet ist, aufweist. Die Antennenspule ist auf dem Substrat so gebildet, dass sich die Antennenwindungen über einem Anschlusselement überkreuzen, wobei das Anschlusselement von den Überkreuzungen der Antennenwindungen durch ein dielektrisches Material getrennt ist, um zwischen dem Anschlusselement und den Antennenwindungen Überkreuzungskapazitäten zu erzeugen.
Aus EP 0 595 549 A2 ist eine fernablesbarer Identifizierungsanhänger bekannt, der ein flexibles Substrat, eine auf dem Substrat gebildete Antenne, einen Transponder-Schaltungschip sowie Mittel zur Befestigung des Chips auf dem Substrat und Mittel zur elektrischen Verbindung des Chips mit der Antenne aufweist. Die Antenne ist durch eine auf dem Substrat angebrachte leitfähige Spule gebildet und weist zwei elektrische Antennenkontaktpunkte auf, die mit den entsprechenden elektrischen Chipkontaktpunkten elektrisch leitfähig verbunden sind.
US 5 600 175 A beschreibt eine integrierte Schaltung in einem Substrat, in dem zwei Ausnehmungen vorgesehen sind. In einer der Ausnehmungen ist ein Steckverbinder angeordnet, an dessen oberen Fläche eine Antenne angeschlossen ist.
DE 38 24 870 A1 beschreibt ein System zur kontaktlosen Informationsübertragung zwischen einer IC-Karte und einem Kartenlese-/-Schreibgerät, wobei die IC-Karte und das Kar tenlese-/-Schreibgerät jeweils einen IC-Chip und darin integriert einen Logikkreis und eine elektromagnetische Spule zur Informationsübertragung aufweisen. Die Spule weist eine ebene Spiralkonfiguration auf.
Nachteilig für den oben erwähnten Stand der Technik ist, dass die Abmessungen der vorgeschlagenen Vorrichtungen für den Einsatz in einer Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nur bedingt geeignet sind, bzw. die Kosten für deren Herstellung hoch sind. Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtungen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zum Herstellen integrierter Schaltungen in Substraten zur Verfügung zu stellen, die eine flache Bauweise, eine zuverlässige Arbeitsweise sowie eine kostengünstige und einfache Herstellung erlauben würden. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1, 12, 20, 25 und 30 gelöst.
Kurzbeschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Karte und eines Druckblocks bei einem einleitenden Schritt einer ersten Durchführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
2 ist eine schematische perspektivische Ansicht der Karte und des Druckblocks von 1 bei einem Verfahrensschritt nach dem von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Karte von 1 bei einem Verfahrensschritt nach dem von 2.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Karte von 1 bei einem Verfahrensschritt nach dem von 3.
5 ist eine Querschnittsansicht der Karte von 4 entlang der Linie 5-5 in 4.
6 ist eine Querschnittsansicht der Karte von 1 entlang der Linie 5-5 in 4 und dargestellt bei einem Verfahrensschritt nach dem von 5.
7 ist eine Querschnittsansicht der Karte von 1 entlang der Linie 5-5 in 4 und dargestellt bei einem Verfahrensschritt nach dem von 5.
8 ist eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer zweiten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Karte.
9 ist eine Querschnittsansicht der Karte von 8 entlang der Linie 9-9 in 8.
10 ist eine perspektivische Ansicht einer gemäß einer dritten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Karte.
11 ist eine Querschnittsansicht der Karte von 10 entlang der Linie 11-11 in 10.
12 ist ein Aufriss einer gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiteten Substratschicht.
13 ist eine Aufriss der Schicht von 12 bei einem Bearbeitungsschritt nach dem von 12.
Beste Arten der Durchführung der Erfindung und Offenbarung der Erfindung
Eine erste Durchführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 beschrieben. Zunächst wird auf 1 Bezug genommen. Ein Substrat 10 ist bei einem einleitenden Schritt der ersten Durchführungsform des Verfahrens gezeigt. Das Substrat 10 ist vorzugsweise ein Kartensubstrat mit der ungefähren Form einer Kreditkarte. Das Substrat 10 kann irgendeines der vielen Materialen, die dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, aufweisen, so zum Beispiel PVC- oder ABS-Kunststoff. Wie aus der folgenden Diskussion offensichtlich wird, kann das Substrat 10 schließlich für eine Hochfrequenzkarte, eine Smartcard oder eine andere Karte, die mit mehreren untereinander verbundenen Bauelementen einschließlich einer integrierten Schaltung aufgebaut ist, verwendet werden. Dementsprechend weist das Substrat 10 vorzugsweise eine Konfiguration auf, die für eine oder mehr der oben diskutierten letztendlichen Verwendungen geeignet ist.
Das Substrat 10 weist einen Substratkörper 13, eine Frontfläche 12 und eine gegenüberliegende Rückfläche 11 (in 5 dargestellt) auf. In der Frontfläche 12 ist eine sich in das Substrat 10 hinein erstreckende Ausnehmung 14 vorgesehen. Die Ausnehmung 14 kann durch herkömmliche Verfahren erzeugt werden. Beispiele hierfür sind etwa das Schneiden mit einer Klinge, einer Schleifscheibe oder einem Laser. Ein anderes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Ausnehmung 14 ist, die Ausnehmung in situ während der Kartenherstellung durch Spritzgießen der Karte in einer Form, die eine Ausnehmung 14 aufweist, zu schaffen. Die Ausnehmung 14 hat eine Grundfläche 16 und Seitenwandflächen 18, die mit der Grundfläche 16 verbunden sind. Wie am deutlichsten in den 5 bis 7 gezeigt ist, erstrecken sich die Seitenwandflächen 18 vorzugsweise nicht senkrecht von der Grundfläche 16. Solche nicht senkrechte Orientierung der Seitenwandflächen 18 in Bezug auf die Grundfläche 16 kann ein unten diskutiertes Drucken einer Schaltung 22 (in 3 gezeigt) über solchen Seitenwandflächen vereinfachen. Es wird jedoch angemerkt, dass die vorliegende Erfindung auch solche Anwendungen einschließt, bei denen die Seitenwandflächen 18 sich senkrecht von der Grundfläche 16 erstrecken.
Es wird sich immer noch auf 1 bezogen. Ein Druckblock 20 wird über das Substrat 10 gehoben. Der Druckblock 20 weist vorzugsweise deformierbares Material, wie zum Beispiel Schaumstoff, Schwamm oder Silikonkautschuk auf. Ein Schaltungsmuster 21 ist auf dem Druckblock 20 ausgebildet und weist zum Beispiel eine leitfähige Schicht auf. Das Schaltungsmuster 21 kann zum Beispiel gebildet werden, indem der Block 20 auf eine Platte gedrückt wird, in die eine dem Schaltungsmuster 21 entsprechende Form geätzt ist.
Es wird sich nun 2 zugewandt. Der Druckblock 20 wird gegen das Substrat 10 gedrückt, um das Schaltungsmuster 21 auf das Substrat 10 zu übertragen und dabei eine Schaltung 22 (in 3 gezeigt) auf dem Substrat 10 und in der Ausnehmung 14 zu drucken. Bei der dargestellten Durchführungsform ist der Druckblock 20 so gestaltet, dass er das Schaltungsmuster auf die Grundfläche 16, auf zwei Seitenwandflächen 18 und auf die obere Oberfläche 12 druckt. In anderen nicht dargestellten Durchführungsformen kann der Druckblock 20 so gestaltet sein, dass er auf weniger als auf alle Flächen 16, 18 und 20 druckt. Zum Beispiel kann in solchen alternativen Durchführungsformen der Druckblock 20 so gestaltet sein, dass er nur auf die Grundfläche 16 oder nur auf die Grundfläche 16 und eine der Seitenwandflächen 18 druckt. Geeignete Materialen, die blockgedruckt werden können, um die Schaltung 22 zu bilden, sind leitfähige Schichten, wie zum Beispiel gedruckte Dickschichten (Printed Thick Films-PTFs), die silbergefülltes organisches Material aufweisen. Es wird angemerkt, dass, obwohl Blockdrucken gezeigt ist, das Drucken auch mittels anderer, dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannter Verfahren durchgeführt werden kann, so zum Beispiel als Matrizendrucken, Siebdrucken, Spritzdrucken, Nadeldrucken usw. Nachdem die leitende Schaltung 22 gedruckt ist, kann die Schaltung mittels herkömmlicher Verfahren gehärtet werden.
Nach dem Härten hat die Schaltung 22 eine Dicke und einen damit im Zusammenhang stehenden Leitfähigkeitsgrad. Wenn die Leitfähigkeit geringer ist als erwünscht, was zum Beispiel vorkommen kann, wenn das leitfähige Material der Schaltung 22 zu dünn oder nicht adäquat ein Material mit einem geringen Widerstand ist, kann die Leitfähigkeit durch Vorsehen eines außenstromlos abgeschiedenen Metalls, wie zum Beispiel Kupfer oder Nickel, an dem Substrat 10 und der Schaltung 22 erhöht werden. Das außenstromlos abgeschiedene Metall beschichtet selektiv die leitende Schaltung 22, während es die nicht-leitenden Flächen des Substrats 10 nicht bedeckt. Das außen-stromlose Abscheiden von Metall kann mittels herkömmlicher Verfahren durchgeführt werden.
Es wird nun auf 3 Bezug genommen. Die Schaltung 22 weist vorzugsweise leitende Verbindungsleitungen 23 und 24 und eine Antenne 26 auf. Die Verbindungsleitung 23 weist Knoten 25 und 27, die Verbindungsleitung 24 weist Knoten 28 und 30, und die Antenne 26 weist Knoten 32 und 33 auf. Die Knoten 25, 27, 28, 30, 32 und 33 sind breiter dargestellt als der Rest der Verbindungsleitungen 23, 24 und der Antenne 26. Wie jedoch vom Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik anerkannt werden wird, können die Knoten 25, 27, 28, 30, 32 und 33 auch dieselbe Größe wie der Rest der Verbindungsleitungen 23, 24 und der Antenne 26 haben oder schmaler sein als der Rest der Verbindungsleitungen 23, 24 und der Antenne 26. Der Knoten 27 weist vorzugsweise die dargestellte Bogenform auf, die komplementär zu einer äußeren Fläche einer mit dem Knoten 27 zu verbindenden Batterie 36 (in 4 gezeigt) ist. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Antenne 26 eine Loopantenne mit einem überwiegenden Teil außerhalb der Ausnehmung 14 und auf der Substratoberfläche 12. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsformen kann die Antenne 26 vollständig innerhalb der Ausnehmung 14 angeordnet sein oder einen überwiegenden Teil innerhalb der Ausnehmung 14 aufweisen.
In den bevorzugten Ausführungsformen bildet die Antenne 26 einen Teil der anderen integrierten Schaltungsanordnung und wird mit dieser gleichzeitig erzeugt. Es wird angemerkt, dass die Antenne 26 in zwei Schritten hergestellt werden kann, wobei ein Teil der Antenne 26 vor oder nach dem Blockdrucken der Schaltung 22 erzeugt wird. Zum Beispiel kann der Teil der Antenne, der sich auf der oberen Fläche 12 erstreckt, vor dem Drucken der Schaltung 22 gebildet werden. Dann kann ein Teil der Antenne 26 als Teil der Schaltung 22 gedruckt werden, um die Knoten 32 und 33 zu erzeugen und den vorher gebildeten Teil der Antenne 26 mit den Knoten 32 und 33 zu verbinden. Unter solchen Umständen kann der Teil der Antenne 26, der nicht als Teil der Schaltung 22 gebildet wird, mittels anderer Verfahren hergestellt werden, als dem, das zur Erzeugung der Schaltung 22 verwendet wird. Wenn zum Beispiel die Schaltung 22 blockgedruckt wird, kann der Teil der Antenne 26, der nicht als Teil der Schaltung 26 ausgebildet wird, durch ein vom Blockdrucken verschiedenes Verfahren erzeugt werden. Solche andere Verfahren sind dem Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet der Technik bekannt.
Es wird sich nun 4 zugewandt. Elektrische Bauelemente 36 und 38 sind an einen oder mehrere der Knoten 25, 27, 28, 30, 32 und 33 (in 3 gezeigt) angeschlossen. Nur als Beispiel weist das elektrische Bauelement 36 eine Batterie und das Bauelement 38 eine auf einem Chip ausgebildete monolithische integrierte Schaltung auf. Die Bauelemente 36 und 38 können an die Knoten 25, 27, 28, 30, 32 und 33 (in 3 gezeigt) unter Benutzung eines leitfähigen Klebers 35, der nach der Bereitstellung der Bauelemente 36 und 38 gehärtet wird, angeschlossen sein. Ein Beispiel für einen leitfähigen Kleber 35 ist leitfähiges Epoxidharz. Alternativ kann die Batterie 36 direkt an den integrierten Schaltkreischip 38 kontaktiert werden. Unter solchen Umständen kann das Kontaktieren der Batterie 36 an die integrierte Schaltung 38 vor oder nach dem Plazieren der integrierten Schaltung 38 und der Batterie 36 in der Ausnehmung 14 erfolgen. Wie Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet der Technik anerkennen werden, kann mindestens eines der elektrischen Bauelemente 36 und 38 außerhalb der Ausnehmung 14 angeordnet werden.
In der illustrierten Ausführungsform verbinden Verbindungsleitungen 23 und 24 die Batterie 36 mit der integrierten Schaltung 38, und die Antenne 26 ist mit der integrierten Schaltung 38 verbunden. Die Batterie 36, die Verbindungsleitungen 23 und 24, die integrierte Schaltung 38 und die Antenne 26 bilden zusammen eine Hochfrequenzidentifikationsvorrichtung (RFDI).
Nach Bereitstellung der Schaltung 22 und eines oder beider Bauelemente 36 und 38 in der Ausnehmung 14 wird eine Schutzabdeckung vollständig über die Schaltung 22 und die Ausnehmung 14 gebildet. Die 6 und 7 illustrieren zwei Verfahren zum schützenden Abdecken der Schaltung 22 und der Bauelemente in der Ausnehmung 14. Zunächst wird auf 6 Bezug genommen. Eine Kappe 40 kann über das Substrat 10 und über die Ausnehmung 14 befestigt werden. Die Kappe 40 kann zum Beispiel mittels Haftmitteln, wie zum Beispiel Klebstoff, oder mittels mechanischer Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Klammern oder Schrauben, befestigt werden. Beispielmaterialien für die Kappe 40 sind etwa Kunststoff, Metall und flexibles oder steifes Klebeband. In der dargestellten Ausführungsform befinden sich Teile der Loopantenne 26 zwischen der Kappe 40 und dem Substratkörper 13. Solche Teile der Loopantenne 26 sind im allgemeinen dünn genug, dass sie das Befestigen der Kappe 40 am Substratkörper 13 nicht stören. Um die Störung der Befestigung der Kappe 40 auf dem Substratkörper 13 durch derartige Teile der Loopantenne 26 weiter zu minimieren, kann die Kappe 40 aus einem Material hergestellt sein, das sich über und um die Loopantenne 26 herum anpasst, wie zum Beispiel ein verformbares Material. Weiterhin kann in nicht dargestell ten Ausführungsformen die Antenne 26 vollständig innerhalb der Ausnehmung 14 angeordnet sein, um die gegenseitige Störung der Antenne 26 und der Befestigung der Kappe 40 auf den Substratkörper 13 zu minimieren. Es wird sich nun 7 zugewandt. Die Schaltungsanordnung 22 und die Bauelemente 36 und 38 können mit einer Vergussmasse 42 abgedeckt werden. Solche Vergussmasse kann zum Beispiel ein bei niedriger Temperatur härtendes Isoliermaterial, wie zum Beispiel Zweikomponenten-Epoxidkleber oder Urethan, aufweisen. Die Vergussmasse 42 wird vorzugsweise zunächst als flüssiges Material bereitgestellt, um die Ausnehmung 14 und die daraufliegende Antenne 26 zu überfluten. Die Vergussmasse 42 kann dann zu einer festen Masse gehärtet und entweder gefräst oder geschliffen werden, um die dargestellte bevorzugte, im Wesentlichen plane obere Fläche 44 zu bilden.
Es wird angemerkt, dass die Verfahren von 6 und 7 lediglich Beispielverfahren zur Abdeckung der Schaltungsanordnung in der Nähe und innerhalb der Ausnehmung 14 sind. Die Erfindung schließt andere Methoden der Abdeckung einer solchen Schaltungsanordnung ein, was von Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik anerkannt werden wird. Die Verfahren der 6 und 7 können auch kombiniert werden. Zum Beispiel kann eine Ausnehmung 14 teilweise mit einer Vergussmasse gefüllt und dann abgedeckt werden. Solche kombinierten Verfahren finden insbesondere Anwendung bei Versiegelung von Karten, die mehrere Ausnehmungen enthalten und weiter unten diskutiert werden. Bei solchen Karten kann eine integrierte Schaltung in einer Ausnehmung und eine Batterie in einer anderen Ausnehmung angeordnet sein. Die integrierte Schaltung kann mit einer Vergussmasse und/oder einer Kappe abgedeckt sein, und die Batterie kann nur mit einer entfernbaren Kappe abgedeckt sein. Bei solchen Anwendungen wäre die integrierte Schaltung gut geschützt und die Batterie könnte leicht ausgewechselt werden.
Nach der Erzeugung einer Schutzbedeckung über der Ausnehmung 14 ist das Herstellen einer Karte im Wesentlichen beendet. Die Karte kann dann aus kosmetischen Gründen, Gründen der Bedruckbarkeit oder Logo-Gründen mit einer Kaschierschicht bedeckt werden. Ein Beispiel für eine Kaschierschicht wäre eine dünne (weniger als ungefähr 1 mil) PVC-Schicht, die mit einem Haftmittel an dem Substrat 10 befestigt ist.
Eine zweite Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. Bei der Beschreibung der 8 und 9 wird eine Nummerierung benutzt, die ähnlich der oben zur Beschreibung der 1 bis 7 benutzten ist, wobei die Unterschiede durch den Zusatz ”a” oder durch andere Bezugszeichen kenntlich gemacht sind.
In den 8 und 9 ist ein Substrat 10a gezeigt. Das Substrat 10a weist eine erste Ausnehmung 52 und eine zweite Ausnehmung 54 auf. In der dargestellten und bevorzugten Ausführungsform ist die erste Ausnehmung 52 in dem Substrat ausgebildet, und die zweite Ausnehmung 54 ist in der ersten Ausnehmung 52 ausgebildet und stellt im Wesentlichen einen Teil von dieser dar. Eine leitende Schaltung 22a ist innerhalb der Ausnehmungen 52 und 54 ausgebildet und weist Verbindungsleitungen 23a und 24a sowie eine Antenne 26a auf. Die Antenne 26a ist eine Loopantenne, die sich über die Ausnehmungen 52 und 53 hinaus erstreckt. Die Verbindungsleitungen 23a und 24a verbinden elektrische Bauelemente 36a und 38a. Die Verbindungsleitungen 23a und 24a und die Antenne 26a werden vorzugsweise durch Drucken einer leitfähigen Schicht in der ersten und zweiten Ausnehmung 52 und 54 unter Verwendung von Prozeduren analog zu denen, die oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 diskutiert wurden, hergestellt.
In der dargestellten Ausführungsform sind beide Bauelemente 36a und 38a in einer Ausnehmung, wobei sich das Bauelement 36a in der ersten Ausnehmung 52 und das Bauelement 38a in der zweiten Ausnehmung 54 befindet. Die erste Ausnehmung 52 weist eine Grundfläche 56 und Seitenwandflächen 58 auf. Die zweite Ausnehmung 54 weist eine Grundfläche 60 und Seitenwandflächen 62 auf. Die Seitenwandflächen 58 und 62 können sich nicht-senkrecht von der jeweiligen Grundfläche 56 beziehungsweise 60 erstrecken, um das Drucken der Schaltung 22a über diese Seitenwandflächen zu vereinfachen. Die erste Ausnehmung 52 ist von der zweiten Ausnehmung 54 durch eine der Seitenwandflächen 62 getrennt. Die trennende Seitenwand 62 erstreckt sich nicht-senkrecht sowohl von der Grundfläche 56 als auch von der Grundfläche 60. Die Verbindungsleitungen 23a und 24a erstrecken sich über die trennende Seitenwandfläche 62 und entlang der Grundflächen 60 und 56. Die Verbindungsleitungen 23a und 24a erstrecken sich so fortlaufend von dem elektrischen Bauelement 36a zu dem elektrischen Bauelement 38a.
Das Substrat 10a weist eine Frontfläche 12a und eine gegenüberliegende Rückfläche 11a auf. Vorzugsweise erstrecken sich die erste Ausnehmung 52 und die zweite Ausnehmung 54 entweder beide durch die Frontfläche 12a oder beide durch die Rückfläche 11a. In den 8 und 9 sind die Ausnehmungen 52 und 54 so dargestellt, dass sie sich beide durch die Frontfläche 12a erstrecken.
Die nachfolgende Bearbeitung des Substrats 10a kann gemäß der Bearbeitung entweder nach 6 oder nach 7 durchgeführt werden, um das erste und das zweite elektrische Bauelement 36a und 38a und die elektrische Schaltungsanordnung 22a mit mindestens einer Schutzabdeckung zu versehen.
Eine dritte Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben. Bei der Beschreibung der 10 und 11 wird eine Nummerierung ähnlich der zur Beschreibung der 1 bis 7 verwendeten benutzt, wobei Unterschiede durch den Zusatz ”b” oder durch andere Bezugszeichen kenntlich gemacht sind.
Ein Substrat 10b weist einen Substratkörper 13b, eine Frontfläche 12b und eine gegenüberliegende Rückfläche 11b auf. Eine Ausnehmung 14b ist durch die Frontfläche 12b und in das Substrat 10b angebracht. Elektrische Bauelemente 36b und 38b befinden sich in der Ausnehmung 14b und sind durch Verbindungsleitungen 23b und 24b verbunden. Eine Loopantenne 26b ist elektrisch mit dem Bauelement 38b verbunden. Die Loopantenne 26b erstreckt sich vom Bauelement 38b, aus der Ausnehmung 14b heraus und entlang der Fläche 12b des Substrats 10b. Die Antenne 26b kreuzt sich selbst bei einem Bypass 70. Die Antenne 26b weist einen ersten Abschnitt 66 und einen zweiten Abschnitt 68 beim Bypass 70 auf, wobei der zweite Abschnitt 68 über den ersten Abschnitt 66 kreuzt. Der Bypass 70 weist ein isolierendes Material 72 auf, das den ersten Abschnitt 66 von dem zweiten Abschnitt 68 trennt. Das isolierende Material 72 kann zum Beispiel Siliziumdioxid aufweisen.
Verfahren zur Herstellung der Antenne 26b sind Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt. Solche Verfahren können zum Beispiel Druckverfahren ähnlich zu denen, die oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 diskutiert wurden, beinhalten, mit der Ausnahme, dass zwei Druckschritte benötigt werden, um die Antenne 26b zu bilden. Im Detail wird ein erster Druckschritt verwendet, um den Abschnitt der Antenne 26b zu bilden, der unter dem isolierenden Material 72 liegt, und ein zweiter Druckschritt wird eingesetzt werden, um den Abschnitt der Antenne 26b zu bilden, der über dem Material 72 liegt. Das isolierende Material 72 wird zwischen den beiden Druckschriften gebildet. Das isolierende Material 72 kann mittels herkömmlicher Verfahren hergestellt werden.
Obwohl die Ausführungsform der 10 und 11 mit nur zwei Schleifen und nur einem Bypass 70 dargestellt ist, werden Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet der Technik anerkennen, dass andere Ausführungsformen mit mehr als zwei Schleifen und mehreren Bypässen 70 hergestellt werden können. Die Verwendung von einem oder mehreren Bypässen 70 erlaubt vorteilhafterweise die Herstellung von relativ langen Loopantennen auf dem Kartensubstrat.
Es wird angemerkt, dass, obwohl der zweite Antennenabschnitt 68 als im Wesentlichen senkrecht zum ersten Antennenabschnitt 66 beim Bypass 70 dargestellt ist, die Erfindung andere, nicht dargestellte Ausführungsformen umfasst, bei denen der zweite Antennenabschnitt beim Bypass der Antennenabschnitte nicht senkrecht zu dem ersten Antennenabschnitt ist.
Die oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 11 beschriebene Bearbeitung liefert in Substraten eingebettete Schaltungen. Solche eingebetteten Schaltungen können zum Beispiel Schaltungsanordnungen 22, 22a oder 22b und eines oder mehr Bauelemente 36, 36a, 36b, 38, 38a und 38b aufweisen.
Obwohl die 1 bis 11 die Bildung einer einzelnen Karte illustrieren, umfasst die Erfindung auch Verfahren, bei denen mehrere Karten hergestellt werden. Solch eine Vielzahl von Karten kann gebildet werden, indem eine Anzahl von Ausnehmungen in einer einzelnen Platte gebildet und dann die Platte in vereinzelte Karten geteilt wird. Die Teilung in vereinzelte Karten kann vor oder nach irgendeinem der in den 1 bis 11 dargestellten Schritte erfolgen. Zum Beispiel kann die Teilung in vereinzelte Karten nach dem Drucken der leitfähigen Schaltungsanordnung (in 2 gezeigt) und vor der Anordnung der Bauelemente 36 und 38 in einer Ausnehmung erfolgen. Die Teilung einer großen Platte in vereinzelte Platten kann mit einer ganzen Reihe von Verfahren durchgeführt werden, die Durchschnittsfachleuten auf diesem Gebiet der Technik bekannt sind, zum Beispiel durch Sägen oder Schneiden auf mechanischem Wege oder mittels eines Lasers.
Die Herstellung einer Anzahl einzelner Karten aus einem einzigen Plattensubstrat ist in den 12 und 13 dargestellt. Bei der Bezugnahme auf die 12 und 13 wird eine Nummerierung ähnlich der bei der Beschreibung der 1 bis 7 verwendeten benutzt, wobei Unterschiede mit dem Zusatz ”c” oder mit anderen Bezugszeichen kenntlich gemacht sind. Es wird sich nun 12 zugewandt. Ein Schichtsubstrat 50 weist mehrere Ausnehmungen 14c auf. Nun wird sich 13 zugewandt. Das in 12 dargestellte Schichtsubstrat 50 wird in eine Anzahl einzelner Kartensubstrate 10c geteilt. Die einzelnen Kartensubstrate 10c weisen mindestens eine Ausnehmung 14c auf. Es wird angemerkt, dass die Erfindung Verfahren umfasst, bei denen nicht alle der einzelnen Substrate 10c die gleiche Zahl an Ausnehmungen 14c aufweisen, und dass die Erfindung Ausführungsformen umfasst, bei denen einige der einzelnen Substrate keine Ausnehmung 14c aufweisen. Im allgemeinen werden jedoch mindestens zwei der hergestellten Substrate 10c mindestens eine Ausnehmung 14c aufweisen.

Claims

Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit: – einer in einem flexiblen Kunststoffsubstrat vorgesehenen Ausnehmung, wobei die Ausnehmung eine Grundfläche und vier ungefähr gerade und orthogonale Seitenwandflächen, die sich von der Grundfläche nicht senkrecht in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats erstrecken, hat, wobei jede der vier Seitenwandflächen von der Grundfläche in Richtung obere Oberfläche nach außen geneigt ist; – einer Antenne, die zumindest teilweise außerhalb der Ausnehmung angeordnet ist; – einer innerhalb der Ausnehmung angeordneten integrierten Schaltung, die zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist; – einer leitfähigen Schicht, die sich über zumindest eine der vier Seitenwandflächen erstreckt, um die integrierte Schaltung mit der Antenne zu verbinden; und – einer flexiblen Kaschierschicht, die über der Ausnehmung, der Antenne, der integrierten Schaltung und der leitfähigen Schicht angeordnet ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Schicht eine gedruckte Schicht umfasst.
Hochfrequenz-Identifikationseinrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einem leitfähigen Kleber zum Verbinden der integrierten Schaltung mit der leitfähigen Schicht.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die leitfähige Schicht über der Grundfläche an einem ersten Ende und über der oberen Oberfläche an einem zweiten Ende angebracht ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Abschnitt der Antenne sich zwischen der Kaschierschicht und der oberen Oberfläche des Substrats befindet.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antenne eine Schicht umfasst, die sich von der leitfähigen Schicht unterscheidet.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antenne eine gedruckte Schicht umfasst.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Antenne durch einen leitfähigen Kleber mit der integrierten Schaltung verbunden ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kaschierschicht eine bedruckbare Oberfläche hat.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die lesbare Information auf der Kaschierschicht sichtbar ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Kaschierschicht weniger als ca. 0,025 mm (1 mil) beträgt.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit: – einer in einem flexiblen Kunststoffsubstrat angebrachten Ausnehmung, die eine Grundfläche und sich nicht senkrecht von der Grundfläche in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats erstreckende Seitenwandflächen hat, wobei jede der Seitenwandflächen von der Grundfläche in Richtung der oberen Oberfläche nach außen geneigt ist; – einer Antenne, von der zumindest ein Teil eine erste, über der oberen Oberfläche angeordnete leitfähige Schicht ist; – einer innerhalb der Ausnehmung angeordneten integrierten Schaltung, die zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist; – einer zweiten leitfähigen Schicht, die von der ersten leitfähigen Schicht getrennt ist, und von der ein erster Bereich mit der integrierten Schaltung und ein zweiter Bereich mit dem Antennenabschnitt verbunden ist; und – einer flexiblen Schutzschicht, die über der Ausnehmung, der Antenne, der integrierten Schaltung und der leitfähigen Schicht angeordnet ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite leitfähige Schicht eine gedruckte Schicht umfasst.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der erste Bereich der zweiten leitfähigen Schicht über der Grundfläche angeordnet ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die zweite leitfähige Schicht über zumindest einer der Seitenwandflächen zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich angeordnet ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, die ferner einen leitfähigen Kleber aufweist, der an der integrierten Schaltung und an dem ersten Bereich der ersten leitfähigen Schicht haftet.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Antenne eine gedruckte Schicht umfasst.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei lesbare Information auf der Schutzschicht abgedruckt wird.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Dicke der Schutzschicht weniger als ca. 0,025 mm (1 mil) beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines flexiblen Kunststoffsubstrats mit einer Ausnehmung, wobei die Ausnehmung eine Grundfläche und Seitenwandflächen hat, wobei die Seitewandflächen von der Grundfläche in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats nach außen geneigt sind, wobei anschließend folgende Schritte durchgeführt werden: – Anbringen einer integrierten Schaltung innerhalb der Ausnehmung, wobei die integrierte Schaltung zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist; – Anordnen zumindest eines Teils der Antenne über der oberen Oberfläche des Substrats; – Anbringen einer leitfähigen Schicht, die an einem ersten Ende mit der integrierten Schaltung verbunden ist, sich über zumindest einen Teil einer der Seitenwandflächen erstreckt, und an einem zweiten Ende mit dem Abschnitt der Antenne verbunden ist; und – Anbringen einer flexiblen Kunststoffschicht über der Ausnehmung, der integrierten Schaltung, der leitfähigen Schicht, und der Antenne.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Anbringen der leitfähigen Schicht das Drucken einschließt.
Verfahren nach Anspruch 20, weiter mit dem Schritt des Anbringens eines leitfähigen Klebers zwischen der leitfähigen Schicht und der integrierten Schaltung, um die integrierte Schaltung mit der leitfähigen Schicht zu verbinden.
Verfahren nach Anspruch 20, weiter mit dem Schritt des Anbringens eines leitfähigen Materials, um den Antennenabschnitt zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 20, weiter mit dem Schritt des Druckens von Information auf der Kunststoffschicht.
Erzeugnis für Herstellung einer Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit: – einem flexiblen Kunststoffsubstrat mit mehreren Ausnehmungen, wobei jede der Ausnehmungen eine Grundfläche und vier ungefähr gerade und orthogonale Seitenwandflächen hat, die sich von der Grundfläche nicht senkrecht in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats erstrecken, wobei jede der vier Seitenwandflächen von der Grundfläche in Richtung der oberen Oberfläche des Substrats nach außen geneigt ist; – mehreren integrierten Schaltungen, die innerhalb der mehreren Ausnehmungen angebracht sind, so dass jede der Ausnehmungen eine integrierte Schaltung beinhaltet, wobei jede der integrierten Schaltungen zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist; und – mehreren kontinuierlichen leitfähigen Schichten, von denen jede einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt hat, wobei der jeweilige erste Abschnitt mit der innerhalb der entsprechenden Ausnehmung angeordneten integrierten Schaltung verbunden ist, und sich der jeweilige zweite Abschnitt über der oberen Oberfläche des Substrats erstreckt.
Erzeugnis nach Anspruch 25, wobei das Substrat mehrere Reihen von Ausnehmungen und mehrere Spalten von Ausnehmungen umfasst.
Erzeugnis nach Anspruch 25, wobei jede der kontinuierlichen leitfähigen Schichten über zumindest einer entsprechenden Seitenwandfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist.
Erzeugnis nach Anspruch 25, wobei die kontinuierlichen leitfähigen Schichten gedruckte Schichten umfassen.
Erzeugnis nach Anspruch 25, wobei die ersten Abschnitte jeder der kontinuierlichen leitfähigen Schichten mit der entsprechenden leitfähigen Schicht der integrierten Schaltungen mittels eines leitfähigen Klebers verbunden sind.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung mit: – einer in einem flexiblen Kunststoffsubstrat angebrachten Ausnehmung mit einer Grundfläche und vier ungefähr orthogonalen Seitenwandflächen, die sich nicht senkrecht von der Grundfläche in Richtung einer oberen Oberfläche des Substrats erstrecken, wobei jede der Seitenwandflächen von der Grundfläche in Richtung der oberen Oberfläche des Substrats nach außen geneigt ist; – einer Antenne, von der zumindest ein Abschnitt eine erste leitfähige Schicht ist, die über der oberen Oberfläche angeordnet ist; – einer innerhalb der Ausnehmung angeordneten integrierten Schaltung, die zur Bereitstellung von Speicher- und Verarbeitungsfunktionen eine RFID-Schaltung aufweist; – einer zweiten leitfähigen Schicht, die von der ersten leitfähigen Schicht getrennt ist und einen ersten, mit der integrierten Schaltung verbundenen und über der Grundfläche angeordneten Bereich, einen zweiten, mit dem Antennenabschnitt verbundenen und über der oberen Oberfläche angeordneten Bereich, und einen dritten, zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich und über einer der Seitenwandflächen angeordneten Bereich hat; und – einer flexiblen Schicht, die über der Ausnehmung, der Antenne, der integrierten Schaltung und der leitfähigen Schicht angeordnet ist.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 30, die ferner einen leitfähigen Kleber aufweist, der an der integrierten Schaltung und an dem ersten Bereich der zweiten leitfähigen Schicht haftet.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Antenne eine gedruckte Schicht umfasst.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die flexible Schicht eine bedruckbare Oberfläche hat.
Hochfrequenz-Identifikationsvorrichtung nach Anspruch 30, wobei die Dicke der flexiblen Schicht weniger als ca. 0,025 mm (1 mil) beträgt.