DE20005940U1

DE20005940U1 - Etikett oder Chipkarte

Info

Publication number: DE20005940U1
Application number: DE20005940U
Authority: DE
Original assignee: Interlock AG
Current assignee: HID Global AG
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2010-04-01

Description

20377DEGM/ot/wo
29.03.2000

Interlock AG, Riitistr. 16. CH-8952 Schlieren/Schweiz Etikett oder Chipkarte

Die vorliegende Erfindung betrifft ein eine Antenne oder Spule enthaltendes Etikett oder eine entsprechende Chipkarte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine eine Antenne oder eine Spule enthaltende Chipoder Ausweiskarte oder ähnliche Kleinanordungen wie beispielsweise Etiketten, Transpondereinheiten und dergleichen sind in einer Vielfalt von Ausführungsformen bekannt und dienen in üblicher Weise dazu, drahtlos Informationen aufzunehmen, gegebenenfalls zu verarbeiten, aber auch Informationen, beispielsweise über Standort, Beschaffenheit der mit ihnen verbundenen Waren und dergleichen an entsprechende Empfänger (zurückzu)leiten.

Neben vielen anderen Anwendungsgebieten kommt besonders der Nutzung sogenannter Etiketten immer größere Bedeutung zu, beispielweise bei der Gepäcksortierung auf Flughäfen, wo Hunderttausende von Koffern über automatisierte Fördersysteme an die richtigen Stellen gelei-

tet werden, oder auch bei Postsendungen, um ein automatisches Sortieren zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden den Etiketten bestimmte Adressencodierungen eingegeben, die Etiketten dann an den jeweiligen Waren befestigt, wobei die Etiketten anschließend auf dem automatischen Transportweg beliebigen Abfragestationen drahtlos entsprechende Informationen vermitteln, so dass beispielsweise im Transportweg liegende Weichen oder Verteilerbänder oder Sortiereinrichtungen hierauf reagieren können.

Um jedoch solche Informationen drahtlos empfangen bzw. senden zu können, benötigen solche Etiketten, wie sie im folgenden stellvertretend für alle anderen Antennen oder Spulen aufweisende Anordnungen, Chip- oder Ausweiskarten, Transpondereinheiten oder dergleichen genannt werden sollen, gewendelte, gewickelte oder mäandernde in eine sonstige Spulenform gebrachte Drahtlängen, zur Aufnahme bzw. Abgabe elektromagnetischer Signale, zumeist in digital codierter Form.

Bei der Anbringung oder Aufbringung solcher Spulen oder Antennen auf dem jeweiligen Substrat ergeben sich allerdings gewisse Probleme, die solche, mittlerweile millionenfach benötigte Etiketten nicht unerheblich verteuern. So sind bei dem sehr häufig verwendeten Ätzverfahren, mit welchem einzelne Spulenverbindungen auf einen Filmträger für Chipkarten aufgebracht werden können (EP 0 481 776 A2) eine Vielzahl zusätzlicher Prozeßschritte erforderlich, insbesondere die Beschichtung entsprechend aufgedampfter oder sonstwie aufgebrachter

leitender Schichten mit Fotolack, dann die Belichtung mit Hilfe von Masken und das Wegätzen von Zwischenschichten, was die Herstellung solcher Etiketten nicht unerheblich verteuert, insbesondere wenn man die großen Stückzahlen in Betracht zieht, die hier üblich sind.

Es ist daher auch bekannt, Spulenwindungen sozusagen als Drahtwickel mit Hilfe von komplizierten Drahtverlege und Schneidemaschinen auf einer Kunststoffunterlage fortlaufend in Wickelform abzulegen und dabei gleichzeitig die Kunststoffunterlage in geeigneter Weise thermisch so zu erhitzen, dass die Drahtwindungen mindestens teilweise mit dem erwärmten Kunststoff der Unterlage verbacken und auf diese Weise jedenfalls solange formhaltig gesichert sind, bis weitere Schichten aufgebracht werden können (US-PS 3 674 602, internationale PCT-Anmeldung WO 95/26538).

Beide Drahtverlegeverfahren sind umständlich und auch zeitaufwendig, wobei die WO 95/26538 im Verlauf der Verlegung des Spulendrahtes gleichzeitig auch dessen Verbindung mit einer ersten Anschlussfläche eines auf der Chipkarte befindlichen Chips, anschließend dann die Verlegung des Spulendrahtes zur Ausbildung der Spule und schließlich die Verbindung des laufenden Spulendrahtendes mit einer zweiten Anschlussfläche des Chips vorschlägt, wobei während der Verlegung des Spulendrahtes zumindest stellenweise eine Verbindung des Drahts mit dem Substrat durch Erhitzung des letzteren erfolgt.

Demnach hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein im Aufbau, ein in der Herstellung drastisch
vereinfachtes Etikett oder eine Chipkarte mit
Antenne zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruches 1.

Ein besonderer Vorteil bei vorliegender Erfindung ergibt
sich dadurch, dass im Verlauf der automatisierten
Herstellung solcher Etiketten oder Chipkarten für die Bereitung der Spule oder Antenne lediglich ein einziger zusätzlicher Arbeitsschritt, nämlich ein
Stanzvorgang erforderlich ist.

Diese Stanzung ermöglicht die Herstellung einer Antennenform in beliebiger, auch dem Etikett angepasster Gestalt; dabei sind in der bevorzugten und insofern auch einfachsten Ausführungsform Nacharbeitungsschritte
nicht erforderlich.

Der ganze Vorgang der Spulen- oder Antennenherstellung läuft während der Inline-Automation der Etikettherstellung ohne gesonderte zusätzliche Prozeßschritte ab und besteht lediglich darin, dass eine auf einem Trägersubstrat aufgebrachte Folie aus leitendem Material, üblicherweise also Kupfer- oder Aluminiumfolie, zugeführt und ein Stanzwerkzeug durch einen Schneidvorgang die
gewünschte Antennenform (spiralig, rechteckförmig, einem Mäanderverlauf folgend oder entsprechend einer sonstigem Formgebung) in die kupferkaschierte Folie ein-

schneidet. Weitere Bearbeitungsschritte sind nicht erforderlich, da aufgrund besonderer Eigenschaften der Kupfer- oder Aluminiumfolie auf ihrem Trägersubstrat eine funktionsfähige Antennenform sofort hergestellt ist, und anschließend in weiterverarbeitenden Schritten die insofern dann übliche Chipverbindung noch realisiert wird, woraufhin man nach vorzugweise beidseitiger Kaschierung durch zusätzliche Schichten zum fertigen Etikett gelangt.

Eine bevorzugte Ausführungsform vorliegender Erfindung ermöglicht es, dass bei dem Stanzvorgang für die Antennenherstellung auch keine herausgestanzten Teile abgeführt werden müssen, was einen zusätzlichen Greifschritt erforderlich machen würde - es genügt ein einziger Stanz-Schneidvorgang, beispielsweise in Spiralform, um sofort eine in sich spiralig gewickelte Antenne auf dem kupferkaschierten Substrat aufzubauen, deren Anfangs- und Endpunkte lediglich noch mit dem jeweiligen Chipmodul zu verbinden sind, beispielsweise durch übliches Krimpen oder auch Löten, falls gewünscht.

Tatsächlich beruht insofern die Erfindung in einem ihrer Hauptmerkmale auf der Erkenntnis, dass unter Zugrundelegung eines speziellen Ausgangsmaterials, nämlich eines mit einer leitenden Beschichtung versehenen Substrats, vorzugweise aus Kunststoff, beispielsweise also einer kupferkaschierten Polyesterfolie, durch den Stanzvorgang, etwa in spiraliger Form, sofort die elektrische Trennung der so hergestellten Kupferspirale von den angrenzenden Windungen wirksam vorgenommen worden

ft ·

ist, so dass aus diesem Grunde keine weiteren zusätzlichen Bearbeitungsschritte erforderlich sind. Warum das so ist, wird weiter unten noch genauer erläutert.

Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung zur Herstellung bzw. zum Einbau in beliebige, transponderartig wirkende Systeme, Einheiten, Etiketten, Chip- und Identifikationskarten, Zugangskarten oder -schlüssel, Kreditkarten und dergleichen eignet, wobei im folgenden stellvertretend für alle solche Systeme lediglich noch von einem Etikett gesprochen wird, desgleichen wird für beliebige Konfigurationen von Spulenaufbauten oder sonstigen, nach Art einer Wicklung ineinanderliegende Windungen aufweisende Spulen die Bezeichnung Antenne verwendet.

Die Erfindung ermöglicht nicht nur eine erheblich schnellere Herstellung solcher zwischenzeitlich in erheblichen Mengen benötigter Etiketten, etwa verglichen mit dem Schritt für Schritt vorgehenden Drahtverlegeverfahren mit Zwischenbefestigungen entsprechend den beiden eingangs genannten Veröffentlichungen, sondern auch eine entscheidende Reduzierung der erforderlichen Prozeßschritte, hier auch verglichen mit dem bekannten Ätzverfahren und somit in Verbindung mit der Vereinfachung des Aufbaus eine wirkungsvolle Kostenreduzierung.

Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche bzw. lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert in Draufsicht eine erste Ausführungsform einer kupfer- oder aluminiumkaschierten Trägerfolie zur Antennenherstellung;

Fig. 2 schematisiert und stark vergrößert in einer Seitenansicht die auf einer Kunststoffträgerfolie aufgebrachte Kupfer- oder Aluminiumfolie vor und nach erfolgtem Stanzschnitt durch ein schematisiert angezeigtes Stanzwerkzeug;

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer spiralförmigen Ausstanzung aus der flachen Folie eines leitenden Materials, mit oder ohne zusätzlicher Trägerfolie und

Fig. 4 ebenfalls schematisiert einen möglichen automatisierten Verfahrensablauf bei der Etikettenherstellung.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, aus einer flächigen Schicht eines elektrisch leitenden Materials durch Stanzen eine längere Abfolge von gegeneinander isolierten Wicklungen oder Windungen einer Antenne oder einer Spule zu schaffen, die bei der Etiket-

• ·

tenherstellung, allgemein bei der Herstellung einer transponderartigen Anordnung eingesetzt werden kann.

Im folgenden wird sofort auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer eingegangen, welches darin besteht, dass man als Ausgangsmaterial für die Antennenherstellung von einer flachen Folie eines elektrisch leitenden Materials, üblicherweise einer Kupfer- oder Aluminiumfolie ausgeht, die auf einem Trägersubstrat, vorzugweise einer Kunststofffolie wie Polyester aufgebracht oder kaschiert ist.

Die Dicke einer solchen Polyesterfolie kann beispielsweise zwischen 50 bis 250&mgr; liegen, kann an sich aber beliebig eingestellt werden, genauso wie die Dicke der verwendeten Kupferfolie für das eigentliche Herstellungsverfahren von untergeordneter Bedeutung ist und sich aus den sonstigen Parametern (beispielsweise Sendeleistung) eines solchen Etiketts herleiten läßt.

In Fig. 1 ist das doppelschichtige Ausgangsmaterial in Form einer Doppelfolie mit 10 bezeichnet; es besteht (Fig. 2) aus einer (oberen) Kupferfolie 11 und der unteren Kunststoffträgerfolie 12.

Um aus einer solchen Doppelfolie 10 eine Antenne oder eine Spule mit einer größeren Anzahl von Windungen durch Stanzen herstellen zu können, wird ein Schneidwerkzeug benötigt, welches eine entsprechend verlaufende Schneidenform aufweist.

Diese Schneidenform kann im Querschnitt so ausgebildet sein, wie in Fig. 2 bei 13 gezeigt; sie läuft entweder spitzwinklig konisch zu, kann aber auch über die Höhe der Doppelfolie 10 aus den beiden Schichten 11 und 12 gesehen eine gleichmäßige Dicke aufweisen, was für den Stanzvorgang ohne größere Bedeutung ist. Vorstellen kann man sich ein geeignetes Stanzwerkzeug am besten unter Bezugnahme auf die in der Drucktechnik bekannten sogenannten Bandstahlwerkzeuge, mit denen sich beliebige Formen aus Papier durch Stanzen, also durch eine Art Ausschneiden aus einem größeren Papier- oder Kartonblatt herstellen lassen.

Wendet man einen solchen Bandstahlwerkzeug-Stanzvorgang auf die Möglichkeit der Herstellung von Antennen oder Spulen bei transponderähnlichen Anordnungen an, dann folgt der Längsverlauf der unteren Schneide des Stanzwerkzeugs, also der Bereich, mit welchem Formen in die Doppelfolie 10 eingestanzt werden, dem gewünschten Verlauf der herzustellen Spule oder Antenne, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1, aber auch der Fig. 3, eine spiralförmige, also in sich verjüngend verlaufende Spulenwicklung gewählt ist.

Natürlich kann die Wicklungs- oder Windungsform der Antenne eine völlig andere sein - so können die einzelnen Windungen für die Antenne auch der äußeren, beispielsweise viereckigen Form der Doppelfolie folgen, bestimmte Bereiche aussparen, weil dort beispielsweise andere Anordnungen im Etikett oder der Chipkarte noch untergebracht werden sollen (beispielsweise sonstige elektro-

nische Bauteile, Drucktasten bei Chipkarten und dergleichen) - stets ist der Aufbau des Stanzwerkzeugs jedoch so, dass in einem einzigen Vorgang die gesamte, hier spiralig nach innen verlaufende Windung, in einem einzigen Stanzvorgang in die Doppelfolie eingeschnitten wird.

Eine sich in diesem Zusammenhang anbietende weitere Möglichkeit besteht darin, das Stanzwerkzeug im Stanzschneidbereich mit einer doppelten Schneide auszubilden, so dass sich, wie in Fig. 2 bei 13a angedeutet, nach unten zwei Stanzkanten im geringen Abstand zueinander ergeben. Hat dann das gesamte Stanzwerkzeug eine spiralig verlaufende Form, dann wird aus der Doppelfolie 10' (Fig. 3) ein schmaler spiraliger Streifen 14 herausgestanzt, der dann während des weiteren Verarbeitungsvorgangs weggenommen, also entfernt werden muss, woraufhin ein gegeneinander isolierte Windungen aufweisendes restliches spiraliges oder schneckenförmig verlaufendes Kupfer- oder Aluminiumband 15 (je nach gewähltem Material) übrigbleibt.

Das bevorzugte Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung besteht aber darin, dass unter Verzicht auf einen solchen direkten Ausstanzvorgang lediglich mit einer einzigen Stanzkante 13 gearbeitet wird, was sich als durchaus unproblematisch, auch hinsichtlich des erforderlichen, gegeneinander isolierenden Abstands der einzelnen Windungen der erzielten Spule oder Antenne erwiesen hat. Der Grund hierfür liegt in der Erkenntnis, dass sich die auf dem Kunststoffträger 12 befindliche

• &diams; ···

Kupfer- oder Aluminiumfolie in ihrem Werkstoffverhalten als vergleichsweise weich, jedenfalls nicht als elastisch erweist, so dass sich nach dem Stanzvorgang, also dem spiraligen Ein- und Durchschneiden der Doppelfolie 10 das Phänomen ergibt, dass zwar die durchschnittenen Kupferfolienrandbereiche zueinander getrennt bleiben, jedoch aufgrund des elastischen oder fließenden Verhaltens des Kunststoffträgers 12 dessen durchschnittene Ränder sich wieder annähern. Dies führt zu einer Form, wie sie in etwa in stark vergrößerter Darstellung auf der rechten Seite der Fig. 2 im Querschnitt angedeutet ist, nachdem der Stanzschritt durchgeführt und das Stanzwerkzeug 13 wieder zurückgezogen worden ist. Das heruntergehende Stanzwerkzeug durchschneidet zunächst die Kupferfolie und drückt diese hierdurch notwendigerweise etwas auseinander, um das körperliche Ein- und Durchdringen der Doppelfolie 10 überhaupt durchführen zu können. Gleichzeitig kippen dabei die Randkanten 11a, 11b der Kupferfolie etwas nach unten, sie verformen sich also, was auch erkennbar zu dem sich bildenden A Abstand zwischen den beiden Kupferfolienrändern beiträgt. Natürlich wird auch der Kunststoffträger 12 durchschnitten - obwohl hier auch andere Lösungen denkbar sind -, aber die Kunststofffolie weist ein anderes Materialverhalten auf, so dass deren Räder sich zumindest im der Kupferfolie abgewandten Bereich wieder annähern, also aufeinander zufließen, während der Abstand A zwischen den Kupferfolienrändern nach dem Stanzvorgang erhalten bleibt.

Allein durch diesen Stanzvorgang wird also auch gleichzeitig ein hinreichend isolierender Abstand A zwischen den einzelnen (Spiral)Windungen der Antenne erzielt, wobei in einem sich vorzugweise sofort daran anschließenden Verarbeitungsschritt eine Fixierung der Antennenform beim Weiterführen eines die Doppelfolie bildenden Bandes durch die Bearbeitungsmaschine, etwa durch Aufbringen einer Klebfolie von unten, also auf die Kunststoffträgerfolie, vorgenommen wird. Es ist sinnvoll, die (Kupfer)Oberfläche der so gewonnenen Antenne oder Spule unbedeckt zu lassen, um in anschließenden Bearbeitungsschritten die Verbindung mit einem Chip 19 noch vorzunehmen.

Es läßt sich erkennen, dass der durch den Stanzvorgang gewonnene Abstand der einzelnen Antennenwindungen zueinander durchaus eine Funktion einer Vielzahl von Variablen ist, nicht zuletzt auch der Form des Stanzwerkzeugs, der Dicke und Fließfähigkeit des verwendeten Kunststoffträgers, der Dicke und des unelastischen Verhaltens von dessen Kupfer- oder Aluminiumbeschichtung, des Umstands, ob auch der Kunststoffträger voll durchgeschnitten oder ob lediglich bis zu einer gewissen Tiefe eingeschnitten wird bei gleichzeitigem Auseinanderdrücken der durch den Stanzvorgang geschnittenen Kupferfolienränder. Im letzteren Fall ergibt sich noch der Vorteil, dass die bei völligem Durchschneiden relativ zueinander beweglichen, durch das anschließende Verkleben allerdings sofort fixierten Windungen ihre Form und ihren Abstand zueinander auf jeden Fall beibe-

halten, so dass sich der klebende Fixierschritt erübrigt.

Der ganze, beispielsweise auf die Herstellung eines Etiketts gerichtete, durch die Erfindung stark vereinfachte Herstellungsvorgang läuft dann so ab, wie in Fig. 4 schematisiert angedeutet; ein entsprechend ausgebildeter Inline-Automat stanzt, wie soeben beschrieben, aus einem fortlaufend zugeführten Band 16 bei B die Antennenformen aus; bei C werden die einzelnen Antennen auf dem Band 16 durch von D zugeführte einzelne Chipmodule vervollständigt, wobei, wie in Fig.l angedeutet, jeweils Anfang 17 und Ende 18 der ausgestanzten Antennenform mit den entsprechenden Anschlusskontaktflächen des Chipmoduls 19 verbunden werden, bevorzugt durch Krimpen, eventuell auch durch Löten oder durch eine sonstige, sich anbietende Verbindungstechnik. Das Band 16 mit den durch den Chipmodul 19 vervollständigten Antennen gelangt dann zur Kaschierungsstation E, wo der Aufbau durch weitere obere und untere, durch Kleben oder durch Erhitzen aufgebrachte Schichten 20, 21, 22 vervollständig wird. Das dann so fertige konfektionierte, in Längsrichtung einzelne Etiketten aufweisende Endband 16' kann dann so zum Anwender versandt werden oder die Etiketten werden aus dem Band durch einen weiteren Schneid- oder Stanzvorgang noch herausgetrennt.

&diams; ·«

Claims

Eine Antenne oder Spule enthaltendes Etikett, eine Chip- oder Ausweiskarte, eine Transpondereinheit und dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass eine der das Etikett oder die Chipkarte bildenden Schichten (20, 21, 22, 16) von einer Doppelfolie aus einem elektrisch leitenden flachen Material und einem Kunststoffträger gebildet ist, in die die Antenne oder Spule in Form von ineinander im elektrisch isolierenden Abstand liegende Windungen eingestanzt ist, deren Anfang- und Endbereich mit einem Chipmodul verbunden ist.