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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Antennenstruktur.
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Die
Erfindung betrifft weiterhin einen Datenträger.
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AUSGANGSSITUATION DER ERFINDUNG
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Es
ist bekannt, Antennen von berührungslosen
Datenträgern,
wie beispielsweise Chipkarten, mittels eines Ätzverfahrens herzustellen,
bei dem von einem Substrat, das auf einer Oberfläche ein elektrisch leitfähiges Material,
wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, aufweist, all jene Bereiche des
leitfähigen
Materials, die nicht Teil der zu bildenden Antennenstruktur sind,
weggeätzt
werden und der verbleibende Teil des leitfähigen Materials die Antennenstruktur
bildet. Dazu werden zunächst
die Bereiche des elektrisch leitfähigen Materials, welche die Antennenstruktur
bilden sollen, mit einem säurebeständigen Fotolack
oder dergleichen überzogen,
und anschließend
wird das leitfähige
Material mit Säure
in Kontakt gebracht, um den Ätzvorgang
durchzuführen.
Da bei diesem Herstellungsverfahren Material entfernt wird, wird
es als ein „subtraktiver" Prozess bezeichnet.
Als ein weiteres Beispiel für
einen subtraktiven Prozess kann das in dem Patentdokument
US-20030112202 A1 beschriebene
Antennen-Stanzverfahren genannt werden, bei dem die Antenne aus einer
flachen, elektrisch leitfähigen
Verbundfolie mittels eines Stanzwerkzeugs, dessen Schneidkanten die
Umrisse der herzustellenden Antenne definieren, ausgestanzt wird.
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Weiterhin
ist bekannt, eine Antenne auf ein elektrisch isolierendes Substrat
aufzudrucken, wobei das Druckmaterial eine Silberpaste ist, die
einen relativ hohen spezifischen Widerstand aufweist, und in einem
zweiten Schritt ein hochleitfähiges
Material, wie beispielsweise Kupfer, durch galvanisches Abscheiden
auf die aufgedruckte Silberpaste aufzubringen, um eine insgesamt
ausreichend gute elektrische Leitfähigkeit der Antenne zu erreichen.
Ein Problem ist dabei jedoch, dass sich bei dem Vorgang des galvanischen
Abscheidens aufgrund der beträchtlichen Länge der
Antenne (bis zu 1 m) und des relativ hohen spezifischen elektrischen
Widerstands der Silberpaste wesentlich mehr Material an den Enden
der Antenne anlagert als in ihrem Mittenbereich. Da bei diesem Prozess
zur Herstel lung einer Antennenstruktur dem Basissubstrat Material
hinzugefügt
wird, wird er als ein „additiver" Prozess bezeichnet.
Um im Fall des genannten additiven Herstellungsprozesses den Nachteil
der ungleichen Stromverteilung in der Antenne zu mindern, wird in
dem Patentdokument
US-20030011523
A1 vorgeschlagen, zur besseren Stromverteilung in der Antenne
während
des Vorgangs des galvanischen Abscheidens einen temporären Kurzschlussbügel quer über die
Windungen der Antennenstruktur anzulegen und nach erfolgtem galvanischen
Abscheiden den Kurzschlussbügel
wieder zu entfernen. Trotz dieser Maßnahme ist die Stromverteilung
in der Antennenstruktur noch nicht optimal, und eine Massenproduktion
mit großen
Substratbreiten ist schwierig. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten
Verfahrens zur Herstellung einer Antennenstruktur ist, dass direkt
an dem Substrat gearbeitet werden muss, wodurch die Fehleranfälligkeit steigt.
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In
einem weiteren Patentdokument
US 2003/091789-A1 ist ein Verfahren zur Fertigung
leitfähiger
Schaltungen unter Verwendung von Metallpulvern offenbart.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Herstellung einer Antennenstruktur
der im ersten Absatz genannten Art und einen Datenträger der
im zweiten Absatz genannten Art bereitzustellen, wobei die vorstehend
angegebenen Nachteile vermieden werden.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, sind bei einem erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
erfindungsgemäße Merkmale
vorgesehen, sodass ein erfindungsgemäßes Verfahren durch Folgendes
gekennzeichnet sein kann: Verfahren zur Herstellung einer Antennestruktur,
wobei das Verfahren umfasst:
- a) Bereitstellen
eines Prozessträgers,
- b) Aufbringen einer Prozessträger-Beschichtung auf eine Arbeitsfläche des
Prozessträgers,
- c) Erzeugen eines Negativs der Antennenstruktur in der Prozessträger-Beschichtung durch
Entfernen entsprechender Bereiche der Prozessträger-Beschichtung entlang den
Umrissen der zu erzeugenden Antennenstruktur,
- d) Einbringen eines Trennmittels in die Negativ-Antennenstruktur
der Prozessträger-Beschichtung,
- e) Einbringen eines elektrisch leitfähigen Antennenmaterials in
die Negativ-Antennenstruktur
der Prozessträger-Beschichtung,
optional gefolgt vom Aushärten
des Antennenmaterials,
- f) Verbinden des Antennenmaterials mit einem Antennensubstrat
mittels eines Klebers,
- g) Abziehen der mit dem Antennensubstrat verbundenen und aus
dem Antennenmaterial gefertigten Antennenstruktur von dem Prozessträger.
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Um
die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, wird ein derartiger Datenträger mit
einer Antennenstruktur versehen, die gemäß dem erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
hergestellt ist.
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Aufgrund
der erfindungsgemäßen Merkmale muss
bei der Herstellung der Antennenstruktur nur wenig Material entfernt
werden. Das erfindungsgemäße Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
ist ein additives Verfahren. Im Gegensatz zu den bekannten additiven
Verfahren wird jedoch ohne die Verwendung zusätzlicher Hilfsmittel, wie beispielsweise Kurzschlussbügel, eine
gleichmäßige Menge
elektrisch leitfähigen
Materials über
die gesamte Länge der
Antenne aufgebracht. Das erfindungsgemäße Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
kann darüber
hinaus als ein kontinuierliches Herstellungsverfahren in großindustriellen
Prozessen umgesetzt werden.
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Es
sei erwähnt,
dass das Patentdokument
WO
03/107266 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Antennen
für RFID-Transponder
(RFID = Radio Frequency Identification, Funkfrequenzidentifizierung) offenbart,
bei dem ein elektrisch hochleitfähiger
Film mittels eines Trockenklebers auf einen Zwischenträger aufgebracht
wird, anschließend
bis zur halben Tiefe des Films die Form der herzustellenden Antenne
in den Film geschnitten wird und daraufhin jene Bereiche des Films,
die zur Ausbildung der Antenne beibehalten werden sollen, mit einem
hochfesten Kleber beschichtet und auf den endgültigen Antennenträger aufgepresst
werden. Nachdem sich der Kleber verfestigt hat, kann der Zwischenträger abge zogen
werden, sodass nur noch die die Antenne bildenden Abschnitte des
Films auf dem endgültigen Träger kleben
bleiben, während
die überflüssigen Bereiche
des Films zusammen mit dem Zwischenträger entfernt werden. Dieser
Antennenherstellungsprozess ist materialaufwändig, da der gesamte Zwischenträger und
der größte Teil
des Films nach dem Entfernen Abfall darstellen und dieser Abfall
aufgrund seiner Verklebung darüber
hinaus schwer in seine einzelnen Komponenten trennbar ist. Diese Technik
unterscheidet sich beträchtlich
von dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung einer Antennenstruktur.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 2 wird der Vorteil erlangt, dass das Trennmittel auf
der Oberfläche
der Antennenstruktur verbleibt und als eine Schutzschicht für die Antennenstruktur
wirken kann.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 3 wird der Vorteil erlangt, dass das Trennmittel zur
Herstellung einer großen
Anzahl von Antennen verwendet werden kann, wodurch ein sehr ressourcensparendes
Herstellungsverfahren sichergestellt wird.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 4 wird der Vorteil erlangt, dass das elektrisch leitfähige Antennenmaterial
mittels eines technologisch ausgereiften Galvanisierungsprozesses
aufgebracht werden kann.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 5 wird der Vorteil erlangt, dass das Einbringen des elektrisch
leitfähigen
Antennenmaterials sehr rasch vonstatten geht und die Antennenstruktur
somit in kurzer Zeit hergestellt werden kann.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 6 wird der Vorteil erlangt, dass der Antennenstruktur-Herstellungsprozess
als Rotationsprozess konfiguriert werden kann, was eine sehr hohe
Herstellungsgeschwindigkeit bei geringem Maschinenplatzbedarf bedeutet.
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Gemäß den Maßnahmen
nach Anspruch 8 wird der Vorteil erlangt, dass das Verfahren sehr
materialsparend und damit kostengünstig durchgeführt werden
kann.
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Die
vorstehend genannten und weitere Aspekte der Erfindung gehen aus
dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel hervor und sind unter
Bezugnahme auf dieses Ausführungsbeispiel erläutert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen gezeigtes
Ausführungsbeispiel
beschrieben, auf das die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
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1 zeigt
ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Antennenstruktur.
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2 zeigt
schematisch den Verfahrensschritt des Einbringens eines elektrisch
leitfähigen Antennenmaterials
mittels eines Galvanisierungsprozesses.
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3 zeigt
schematisch eine weitere Ausführungsform
des Verfahrensschritts des Einbringens eines elektrisch leitfähigen Antennenmaterials.
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4 zeigt
eine Draufsicht eines RFID-Datenträgers, umfassend eine erfindungsgemäß hergestellte
Antennenstruktur.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
ein Schema des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Antennenstruktur, anhand dessen die Erfindung
im Folgenden erläutert
wird. In Schritt a) des erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahrens
wird ein Prozessträger 1 bereitgestellt,
der ausreichende Widerstandsfähigkeit
gegen mechanische, thermische und chemische Beanspruchung aufweist.
Geeignete Materialien für
den Prozessträger 1 schließen zum Beispiel
Kupfer, Stahl, Aluminium oder Legierungen, welche die vorgenannten
Materialien als Bestandteil umfassen, ein. Auf eine Arbeitsfläche 1a des
Prozessträgers 1 wird
in Schritt b) eine Prozessträger-Beschichtung 2 aufgebracht,
deren Dicke D etwa der Dicke der herzustellenden Antennenstruktur
entspricht und typischerweise im Bereich von einigen μm bis einigen
1/10 mm liegt Auch für
die Prozessträger-Beschichtung 2 gilt
die Anforderung an ausreichende Widerstandsfähigkeit gegen mechanische,
thermische und chemische Beanspruchung im Verlauf des Verfahrens.
Geeignete Materialien für
die Prozessträger-Beschichtung 2 umfassen
zum Beispiel Lacke, Polytetrafluorethylen-(PTFE-)Schichten sowie
Kunststofffolien und -platten. In Schritt c) wird in der Prozessträger-Beschichtung 2 ein
Negativ 3 der herzustellenden Antennenstruktur durch Entfernen
von Bereichen der Prozessträger-Beschichtung 2,
die den Umrissen der Antennenstruktur entsprechen, angefertigt.
Die entsprechenden Bereiche der Prozessträger- Beschichtung 2 können durch
chemische (zum Beispiel Ätzen)
oder mechanische Prozesse entfernt werden, wobei mechanische Prozesse
zum Beispiel Schneiden (einschließlich Laser-Schneiden), Fräsen und Stanzen einschließen. Es
sei erwähnt,
dass es erfindungsgemäß auch möglich ist,
die Verfahrensschritte b) und c) in ihrer zeitlichen Reihenfolge
zu vertauschen. Insbesondere bei Stanzen des Negativs 3 der
herzustellenden Antennenstruktur in eine durch eine Kunststofffolie
oder Kunststoffplatte gebildeten Prozessträger-Beschichtung 2 wird
zuerst der Stanzvorgang durchgeführt
und anschließend
die das Negativ 3 enthaltende Prozessträger-Beschichtung 2 auf den Prozessträger 1 aufgebracht.
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In
Schritt d) wird daraufhin ein Trennmittel 4 in die Negativ-Antennenstruktur 3 der
Prozessträger-Beschichtung
eingebracht. Das Trennmittel 4 ermöglicht es, die fertige Antennenstruktur
in einem anschließenden
Verfahrensschritt von dem Prozessträger 1 und der Prozessträger-Beschichtung 2 zu
lösen.
Als vorteilhaftes Material für
das Trennmittel 4 hat sich Graphitpulver erwiesen.
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In
Schritt e) des erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahrens
wird ein elektrisch leitfähiges
Antennenmaterial 5 in die Negativ-Antennenstruktur 3 der
Prozessträger-Beschichtung 2 eingebracht,
gegebenenfalls gefolgt vom Aushärten
des Antennenmaterials 5.
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Das
Einbringen des elektrisch leitfähigen
Antennenmaterials 5 in die Negativ-Antennenstruktur 3 kann bevorzugt
durch einen in 2 schematisch gezeigten Galvanisierungsprozess
erfolgen. Der aus dem Prozessträger 1 und
der die Negativ-Antennenstruktur
enthaltenden Prozessträger-Beschichtung 2 bestehende
Komplex wird in ein Elektrolytbecken 10 eingetaucht, das
eine Elektrolytflüssigkeit 11 enthält. Der
Prozessträger 1 ist
als ein Zylinder ausgebildet. Eine Gleichspannungsquelle 12 ist
mit ihrem negativen Pol an den Prozessträger 1 und mit ihrem
positiven Pol an die Elektrolytflüssigkeit 11 angeschlossen,
die gelöste
Teilchen (Ionen) des Antennenmaterials 5 enthält. Aufgrund
des Anlegen der elektrischen Spannung wandern die in der Elektrolytflüssigkeit 11 enthaltenen
Ionen des Antennenmaterials 5 zu der Negativ-Antennenstruktur 3 und
lagern sich darin ab. Das Antennenmaterial 5 umfasst elektrisch
hochleitfähige
Materialien, bevorzugt Metalle, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium.
Damit es möglich
ist, das beschriebene Galvanisierungsverfahren durchzuführen, müssen die
folgenden Voraussetzungen erfüllt
sein: Der Prozessträger 1 und
das Trennmittel 4 müssen
aus elektrisch leitfähigem
Material bestehen, während
die Prozessträger-Beschichtung 2 aus elektrisch
isolierendem Material besteht. Das Erzeugen eines Negativs 3 der
Antennenstruktur in der Prozessträger-Beschichtung 2 wird so durchgeführt, dass
die Bereiche der Prozessträger-Beschichtung 2,
welche die zu erzeugende Antennenstruktur definieren, durch die
gesamte Dicke D der Prozessträger-Beschichtung 2 hindurch
entfernt werden, sodass in diesen Bereichen die Arbeitsfläche 1a des Prozessträgers 1 freigelegt
ist und mit dem leitfähigen
Trennmittel 4 überzogen
werden kann. Da somit in der Negativ-Antennenstruktur 3 ein
elektrisch leitfähiger
Kontakt zwischen dem Trennmittel 4 und der Elektrolytflüssigkeit 11 besteht,
ist das galvanische Abscheiden des Antennenmaterials 5 in
die Negativ-Antennenstruktur 3 sichergestellt.
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3 zeigt
schematisch eine alternative Ausführungsform von Schritt e) des
Einbringens des elektrisch leitfähigen
Antennenmaterials 5 in die Negativ-Antennenstruktur 3. Das elektrisch
leitfähige Antennenmaterial 5 wird
in Form einer Lötpaste,
gegebenenfalls auch eines Lötpulvers,
in die Negativ-Antennenstruktur 3 der Prozessträger-Beschichtung 2 eingebracht,
wobei das Einbringen durch Drucken, Einspritzen oder dergleichen
erfolgen kann. Im Gegensatz zu der nach dem Stand der Technik verwendeten
Silberpaste weist die Lötpaste
hervorragende elektrische Leitfähigkeit
auf und muss daher nicht nachträglich
mit anderen leitfähige
Materialien beschichtet werden. Damit sich die Lötpaste gleichmäßig in der
Negativ-Antennenstruktur 3 verteilt, wird sie über ihren
Schmelzpunkt erhitzt (schematisch gezeigt durch Bestrahlung mit
Wärmestrahlung
T aus der Elektroheizung 13) und anschließend durch
Abkühlen
ausgehärtet.
Es sei erwähnt,
dass es bei dieser Variante des Verfahrensschritts des Einbringens des
elektrisch leitfälligen
Antennenmaterials 5 in die Negativ-Antennenstruktur 3 nicht
erforderlich ist, dass der Prozessträger 1 und/oder das
Trennmittel 4 elektrisch leitfähig sind, da kein galvanisches
Ab scheiden durchgeführt
wird. Ebenso wenig ist es erforderlich, dass die Prozessträger-Beschichtung 2 elektrisch
isolierend ist.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 erfolgt als nächster Schritt
in dem erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
das Aufbringen eines Klebers 6 auf das Antennenmaterial 5 (in
der Zeichnung als Schritt f1 gezeigt) und das Aufpressen eines Antennensubstrats 7 auf
die freiliegenden Flächen
des Klebers 6. Der Kleber kann vorteilhaft durch einen
Rollenprozess aufgebracht werden. Die Art des Klebers ist nicht
näher eingeschränkt, zum
Beispiel können
Trockenkleber, aufzudrückende Kleber,
Folien, die unter erhöhter
Temperatur Adhäsionskraft
entwickeln (Heißklebefolien),
flüssige
Kleber oder UV-härtende
Kleber verwendet werden. Es sei erwähnt, dass der Kleber 6 erfindungsgemäß auch zuerst
auf das Antennensubstrat 7 aufgebracht und der Verbund
aus Antennensubstrat 7 und Kleber anschließend auf
das Antennenmaterial 5 geklebt werden kann. Geeignete Materialien
für das
Antennensubstrat 7 schließen zum Beispiel Papier und
Kunststofffolien oder -platten, die aus PVC, PA, PE oder dergleichen
gefertigt sind, ein. Textilien sind ebenfalls als Antennensubstrat 7 geeignet,
sodass die erfindungsgemäße Antennenstruktur
auch in Etiketten eingebaut werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
wird anschließend
durch Schritt g) des Abziehens der mit dem Antennensubstrat 7 verbundenen
und durch das Antennenmaterial 5 gebildeten Antennenstruktur 16 von
dem Prozessträger 1 vervollständigt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf Schritt d) des erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahrens
sei erwähnt,
dass die Adhäsionskraft,
die das Trennmittel 4 an den Prozessträger 1 und die Prozessträger-Beschichtung 2 einerseits
und das Antennenmaterial 5 andererseits bindet, entweder
so eingestellt werden kann, dass bei Abziehen des als eine Antennenstruktur
ausgebildeten Antennenmaterials 5 von dem Prozessträger 1 das
Trennmittel 4 ebenfalls abgezogen wird, oder so, dass das bei
Abziehen des als eine Antennenstruktur ausgebildeten Antennenmaterials 5 von
dem Prozessträger 1 das
Trennmittel 4 auf dem Prozessträger 1 und gegebenenfalls
an der Prozessträger-Beschichtung 2 verbleibt. Im
letztgenannten Fall kann das Trennmittel 4 zur aufeinanderfolgenden
Herstellung einer Anzahl von Antennenstrukturen verwendet werden.
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4 zeigt
in Draufsicht einen RFID-Datenträger 14,
der auf einem Datenträgersubstrat 15 angeordnet
und mit einer Antennenstruktur 16 verbunden ist, die gemäß dem erfindungsgemäßen Antennenstruktur-Herstellungsverfahren
hergestellt wurde. Die Antennenstruktur 16 kann sich auf
einem eigenen Antennensubstrat befinden, das mit dem Datenträgersubstrat 15 verbunden
ist. Vorteilhaft wird jedoch das Datenträgersubstrat 15 auch
als ein Antennensubstrat für
die Antennenstruktur 16 verwendet.