EP2250612A1

EP2250612A1 - Einrichtung mit einem rfid-transponder in einem elektrisch leitfähigen gegenstand und herstellungsverfahren hierfür

Info

Publication number: EP2250612A1
Application number: EP09716817A
Authority: EP
Inventors: Rolf VOIGTLÄNDER; Henrik Bufe; Hans-Peter Monser; Volker PÖNITZ
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2008-03-06
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-11-17
Also published as: WO2009109594A1; CA2719184A1; DE102008049371A1; JP2011515739A; US20110121083A1; JP5089779B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine RFID-Transponder-Einrichtung mit mindestens einem Substrat (2) und mindestens einem RFID-Chip (3), mit mindestens ein gegenüber dem Substrat (2) beabstandetes elektrisch leitfähiges erstes Flächenelement (7), welches mit dem Substrat (2) und/oder dem RFID-Chip (3) mittels mindestens einem elektrisch leitfähigen ersten Verbindungselement (9, 34) elektrisch verbunden ist.

Description

Einrichtung mit einem RFID-Transponder in einem elektrisch leitfähigen Gegenstand und

Herstellungsverfahren hierfür

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit mindestens einem RFID-Transponder, der mindestens einen RFI D-Chip umfasst, sowie ein Herstellungsverfahren hierfür gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 9.

Die sogenannte RFI D-Technologie kommt zur kontaktlosen Identifikation von verschiedensten Produkten zum Einsatz. Hierzu führen die Produkte, sogenannte Transponder mit sich welche über eine kontaktlose Verbindung mit sogenannten Lesegeräten (Reader) kommunizieren können. Die Transponder können aus einer RFID (Radio Frequency Identification)- Steuerelektronik und gegebenenfalls einer damit verbundenen Antenne bestehen.

Die RFI D-Steuerelektronik kann als integrierter Schaltkreis vorliegen, welcher in kleinster Bauform als sogenannter Chip direkt von einem auf Silizium basierenden Wafer auf Anschlussstellen der Antenne montiert werden kann.

Derartige Transponder werden entweder mit einer Stromversorgung, wie beispielsweise einer Batterie versorgt, um einen sogenannten aktiven Transponder zu bilden, oder alternativ über die elektrische Ladung eines im integrierten Schaltkreis befindlichen Kondensators versorgt, der sich über das elektromagnetische bzw. magnetische Feld des Lesegerätes auflädt. Diese Art von Transponder bezeichnet man als passiven Transponder. Die Kommunikation und die Strom- bzw. Energieversorgung von passiven Transpondern funktioniert kontaktlos mit dem Lesegerät unterhalb eines Maximalabstandes zwischen dem Lesegerät und dem Transponder.

Der maximal mögliche Abstand zwischen dem Transponder und dem Lesegerät, bei dem eine Funktionsfähigkeit der kontaktlosen Kommunikation noch sichergestellt ist, ist von der elektrischen und/oder magnetischen Feldstärke, die am Ort des Transponders verfügbar ist, abhängig.

Als Übertragungsfrequenzen für die kontaktlose Kommunikation werden in der RFID- Technologie Trägerfrequenzen von 13,56 MHz im sogenannten HF (Hochfrequenz)- Frequenzbereich und von 865 - 965 MHz im sogenannten UHF (Ultrahochfrequenz)-Bereich weltweit standardisiert angewendet. Im UHF-Bereich kann ebenso 2,46 GHz als Trägerfrequenz verwendet werden.

In dem HF-Bereich der RFI D-Technologie ist bei einer Anwendung von einer Trägerfrequenz mit 13,56 MHz die Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen im Medium Luft ca. 22 m. Eine Kommunikation zwischen dem Transponder und dem Lesegerät findet bei RFID- Anwendungen innerhalb eines Abstandes von bis zu einem Meter zwischen dem Lesegerät und dem Transponder statt.

In der Regel sind bei der Verwendung von Trägerfrequenzen im HF-Bereich die RFID- Transponderantenne und die RFI D-Lesegerät-Antenne magnetisch miteinander gekoppelt. Dies hat zur Folge, dass die als Spulen verwendeten Antennen mit wenigen Windungen ausgebildet sein müssen.

Im UHF-Frequenzbereich hingegen wird bisher in der RFI D-Technologie eine kontaktlose Verbindung zwischen dem UHF-T ransponder und dem UHF-Lesegerät im sogenannten Fernfeld mit bis zu mehreren Metern Abstand aufgebaut. Da sich die elektromagnetischen Wellen im UHF-Bereich im Fernfeld elektromagnetisch ausbreiten, werden UHF-

Transponderantennen und Readerantennen gewöhnlicherweise mit einem a/2-Dipol realisiert. Bei der Verwendung einer UHF-Trägerfrequenz von 865 MHz entsteht eine Wellenlänge von 35 cm im Medium Luft. Ein Nahfeld liegt im UHF-Bereich der RFI D-Technologie unterhalb von wenigen Zentimetern Abstand zwischen dem UHF-T ransponder und dem UHF-Lesegerät. Im Nahfeld kann prinzipiell eine Kopplung zwischen Lesegerät und RFI D-T ransponder über das E-FeId (kapazitiv) oder das H-FeId (induktiv, magnetisch) erfolgen. Im Fernfeld findet dann eine elektromagne- tische Wellenausbreitung statt.

Bei der Anwendung der RFI D-Technologie in einem Umfeld mit elektrisch leitfähigen Gegenständen, wie beispielsweise Metallplatten oder leitenden Folien, treten Abschirm- und Reflektionseffekte auf, welche eine störungsfreie Funktion von Transpondern erschweren können oder vollkommen verhindern.

Allerdings gibt es Bereiche, in denen die Vorteile der RFI D-Technologie auch in metallischen Umgebungen, also bei elektrisch leitfähigen Gegenständen, eingesetzt werden sollen, jedoch aufgrund der physikalischen Bedingungen nicht oder nur bedingt anwendbar sind. Bei- spielsweise könnte die RFI D-Technologie bei militärischen oder sicherheitstechnischen Anwendungen, wie beispielsweise Waffen, in der Logistik für beispielsweise Metall-Containern oder bei spezifischen Verpackungen mit elektrisch leitfähigen Flächen, wie beispielsweise Metallfolien und Metallisierungen auf Kunststoffflächen, erwünscht sein.

RFID-Systeme können im UHF-Bereich in Umgebungen mit elektrisch leitfähigen Flächen, wie beispielsweise bei einer kontaktlosen Kommunikation durch eine metallische Wand hindurch, bisher nicht angewendet werden, da die elektromagnetischen Wellen bis zu 100% reflektiert werden und somit eine kontrollierte Ausbreitung elektromagnetischer Wellen verhindert wird. Bei UHF-Frequenzen ist auch der Einfluss der Materialstärke der elektrisch leit- fähigen Fläche zu beachten. Hierbei kann prinzipiell gesagt werden, dass je höher die Frequenz ist, desto dünner eine leitfähige Schicht, wie beispielsweise eine metallische Wand, sein kann, damit die elektromagnetische Welle verlustfrei reflektiert werden kann (Skin- Effekt).

Eine Übertragung von UHF-Frequenzen durch eine elektrisch leitfähige Wand hindurch ist somit bisher nicht möglich. Somit ist es Aufgabe der Erfindung, eine RFID-Transponder-Einrichtung mit mindestens einem Substrat und einen RFID-Chip sowie ein Herstellungsverfahren hierfür zur Verfügung zu stellen, bei welcher/welchem eine kontaktlose Kommunikation des RFID-Transponders durch ein elektrisch leitfähiges Element hindurch möglich ist.

Diese Aufgabe wird einrichtungsseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und ver- fahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 9 auch in Form eines zur verfü- gungsstellenden Funktionstestes gelöst.

Kerngedanke der Erfindung ist es, dass bei einer RFID-Transponder-Einrichtung mit mindestens einem Substrat und mindestens einem RFID-Chip, mindestens ein gegenüber dem Substrat beabstandetes elektrisch leitfähiges erstes Flächenelement angeordnet ist, welches mit dem Substrat mittels mindestens einem elektrisch leitfähigen ersten Verbindungselement elektrisch verbunden ist. Das Substrat kann über seinen den, insbesondere den Chipan- schlussflächen, elektrisch mit dem Flächenelement verbunden sein. Dies trifft auch auf die elektrische Verbindung mit mindestens einem weiteren zweiten Flächenelement, das gegenüber dem Substrat ebenso beabstandet ist und ebenso elektrisch leitfähig ist, zu. Das zweite Flächenelement ist mit dem Substrat mittels mindestens einem elektrisch leitfähigen zweiten Verbindungselement elektrisch verbunden, wobei das zweite Flächenelement gegenüber dem ersten Flächenelement mittels mindestens einem Isolationselement elektrisch isoliert ist. Hierdurch kann beispielsweise bei der Ausbildung des zweiten Flächenelementes als Bestandteil eines das Substrat und den RFID-Chip zumindest teilweise umhüllenden Gegenstandes, wie eine Münze, die aus elektrisch leitfähigen Material besteht, und bei der Ausbildung des ersten Flächenelementes als Abdeckung für eine Ausnehmung innerhalb des Gegenstandes, in welcher das Substrat mit dem RFID-Chip angeordnet ist, eine Einrichtung geschaffen werden, die als Gegenstand aus zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material eine kontaktlose Kommunikation zwischen dem hierdurch erhaltenen RFID- Transponder und einem externen Lesegerät (Reader) ermöglicht. Eine herkömmlich verlegte Antenne, die mit dem Chip verbunden ist, erübrigt sich somit. Unter Transponder ist somit ein Substrat mit dem Chip zu und den ersten und zweiten Flächenelementen als Antenne.

Das Lesegerät ist hierfür mit mindestens einem dritten und einem vierten Flächenelement ausgestattet, wobei das dritte Flächenelement gegenüber dem ersten Flächenelement mit einem ersten Abstand zur Bildung einer kapazitiven Kopplung zwischen den Flächenelementen und das vierte Flächenelement gegenüber dem zweiten Flächenelement mit einem zweiten Abstand zur Bildung einer kapazitiven Kopplung zwischen diesen Flächenelementen beabstandet ist.

Idealerweise sind sämtliche Flächenelemente eben ausgebildet, so dass sie sich plattenkon- densatorartig gegenüberstehen, nämlich zum einen das erste und das dritte Flächenelement und zum anderen das zweite und das vierte Flächenelement. Hierdurch wird die kapazitive Kopplung zur kontaktlosen Übertragung von Daten mittels des Lesegerätes und des RFID- Transponders erhalten, indem eine elektrisch leitfähige Fläche, wie beispielsweise eine metallische Wand eines Metallgehäuses oder Bestandteile einer Münze, zwischen dem RFID- Transponder und den Kondensatorflächen des Lesegerätes angeordnet wird und als Kondensatorfläche dient.

Eine derartige Einrichtung ist insbesondere für RFID-Transponder und Lesegeräte geeignet, die im UHF-Bereich miteinander kommunizieren. Im Fernfeldbereich, in welchem bei der Verwendung von UHF-Transpondern elektromagnetische Wellen als Übertragungsmedium dienen, ist aufgrund der Reflektion der Wellen an der elektrisch leitfähigen Schicht, die eine Außenwand des Gegenstandes sein kann, eine Übertragung nicht möglich, wohingegen eine Übertragung von Daten, die beispielsweise in dem Chip des RFID-Transponders gespeichert sind, im Nahfeld realisiert werden kann.

Es gelingt somit mit dem erfindungsgemäßen Gegenstand, dass die eigentliche Übertragung im UHF-Frequenzbereich und mit kapazitiver Kopplung zwischen dem RFID-Transponder und dem Lesegerät ausgeführt wird. Hierbei erweist es sich zudem als vorteilhaft, dass bei der Anwendung von UHF-RFID-T ranspondern die benötigten Bauteile eine kleine Bauform aufweisen können. Dies ermöglicht, neben einem kompakten Aufbau des RFID- Transponders und auch der kapazitiv wirkenden Flächen des Lesegerätes, auch die Möglichkeit, eine derartige Einrichtung auch für kleine Gegenstände, wie beispielsweise Münzen, anzuwenden. Die mit einer derartigen Einrichtung ausgestatteten Münzen können somit mittels eines Lesevorganges beispielsweise auf ihre Echtheit überprüft werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen das erste und/oder das zweite Verbindungselement eine induktiv und/oder kapazitiv wirkende Schaltung auf. Hierbei kann es sich um eine Anpassungsschaltung handeln, die dazu dient, eine elektrische Anschlussimpedanz des RFID-Chips an die sich anschließende restliche Schaltung in Form der Elemente für die kapazitive Kopplung, das Lesegerät und gegebenenfalls weiterer elektronischer Bauelemente, wie Kondensatoren, anzupassen. Die Anpassungsschaltung wird üblicherweise für eine optimale Leistungsübertragung und für die geforderte Frequenzcharakteristik des Gesamt- systemes bzw. der gesamten Einrichtung aktiviert und entsprechend in ihren Parametern dimensioniert.

Vorteilhaft weist ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen RFID-Transponder- Einrichtung mit dem mindestens einem Substrat und mindestens einem RFID-Chip, wobei das Substrat und der RFID-Chip in oder an einem Gegenstand angeordnet sind, die folgenden Schritte auf: - Anordnen eines Substrates an oder in einem Gegenstand; elektrisches Verbinden der auf dem Substrat angeordneten und mit der ersten Chip- Anschlussfläche verbundenen ersten Anschlussfläche mit dem gegenüber dem Substrat beabstandeten elektrisch leitfähigen Flächenelement des Gegenstandes und elektrisches Verbinden, der auf dem Substrat angeordneten und mit der zweiten Chip- Anschlussfläche verbundenen zweiten Anschlussfläche mit dem gegenüber dem Substrat beabstandeten elektrisch leitfähigen zweiten Flächenelement des Gegenstandes.

Ein weiterer Schritt kann das Anordnen einer induktiv und/oder kapazitiv wirkenden Schaltung auf dem Substrat darstellen, wobei die Schaltung mit der ersten Chip-Anschlussfläche und der ersten Anschlussfläche des Substrates elektrisch verbunden wird.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Flächenelement wird mindestens ein elektrisch isolierendes Isolierelement angeordnet.

In einem weiteren nachfolgenden Schritt kann die Funktionsfähigkeit des Zusammenbaus aus dem RFID-Transponder und dem ersten und zweiten Flächenelement mittels eines Lesegerätes zum Lesen der auf dem RFID-Chip abgespeicherten Daten getestet werden. Hierfür müssen nicht Daten ausgelesen werden, sondern beispielsweise lediglich eine Strom- durchlässigkeit des RFID-Transponders getestet werden. Das Lesegerät ist mit mindestens einen dritten Flächenelement und mit mindestens einem vierten Flächenelement verbunden.

Das dritte Flächenelement wird gegenüber dem ersten Flächenelement mit dem ersten Ab- stand beabstandet, um hierdurch zusammen eine kapazitive Kopplung zu bilden. Ebenso wird das vierte Flächenelement gegenüber dem zweiten Flächenelement mit dem zweiten Abstand beabstandet, um hierdurch ebenso eine kapazitive Kopplung zu bilden.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu entnehmen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Ein- richtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 in einer einfachen Darstellung einen Schaltkreis, wie er der erfindungsgemäßen Einrichtung zugrundeliegen könnte.

Fig. 3 in einer schematischen Darstellung den Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 in einer einfachen Darstellung einen Abschnitt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens; und

Fig. 5 in einer Querschnittsdarstellung den Aufbau einer Münze, die die erfindungsgemäße Einrichtung beinhaltet.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Ein RFID-Transponder 1 , der vorzugsweise im UHF-Frequenzbereich arbeitet, weist ein Substrat 2 und einen RFID-Chip 3 auf Der Substrat-Anteil des RFID-Transponders 1 ist innerhalb einer Ausnehmung 5, eines Gegenstandes 6 - 8 angeordnet, wobei es sich hierbei beispielsweise um eine Münze handeln kann.

Eine erste Flächeneinheit 7, die zugleich eine Abdeckung des restlichen Münzkörpers 6 darstellt, ist gegenüber einer zweiten ringartig ausgebildeten Flächeneinheit 8, wobei zu beachten ist, dass es sich bei dieser Darstellung um einen Querschnitt einer kreisförmigen Münze handeln kann, mit Isolierelementen 13, die einen elektrisch isolierenden Ring darstellen können, elektrisch isoliert.

Eine erste Verbindungsleitung 9 verläuft von dem RFID-Transponder 1 zu dem ersten Flächenelement 7 und eine zweite Verbindungsleitung 10 verläuft von dem RFID-Transponder 1 zu dem zweiten Flächenelement 8.

Die erste Verbindungsleitung 9 kann in ihrem Verlauf eine Anpassungsschaltung 11 aufweisen, die dazu dient, die elektrische Anschlussimpedanz des Chips 3 an die anzuschließende restliche Gesamtschaltung, wie sie in Fig. 2 näher dargestellt ist, anzupassen. Für die optimale Leistungsübertragung und die geforderte Frequenzcharakteristik des gesamten Aufbaus wird die Anpassungsschaltung mit entsprechenden Parametern optimiert dimensioniert.

Bei den ersten und zweiten Flächenelementen handelt es sich um elektrisch leitfähige Flächen, wie sie Münzen zumeist aufweisen.

Gegenüber dem ersten Flächenelement 7 ist ein drittes Flächenelement 14 mit einem ersten Abstand 20 beabstandet. Ebenso ist ein viertes Flächenelement 15 mit einem zweiten Abstand 19 gegenüber dem zweiten Flächenelement 8 beabstandet. Durch die sich gegenüberliegenden Flächen der ersten und dritten Flächenelemente sowie der zweiten und vierten Flächenelemente und deren vorzugsweise parallele Ausrichtung zueinander entstehen plat- tenkondensatorartige Anordnungen, die dazu genutzt werden können, eine kapazitive Kopp- lung zwischen den Flächenelementen, die aus elektrisch leitfähigem Material bestehen, aufzubauen. Dies hat zur Folge, dass mittels der kapazitiven Kopplung ein an das dritte und vierte Flächenelement 14, 15 angeschlossenes Lesegerät 18, welches im UHF-Bereich arbeitet, und mittels der Verbindungsleitungen 16, 17 angeschlossen ist, eine kontaktlose Kommunikation, beispielsweise zur Datenübertragung mit den Chip 3 und somit dem RFID- Transponder führen kann. Hierbei ist die erste Verbindungsleitung 9 mit einer ersten Anschlussfläche des Chips 3 oder einer weiteren ersten Anschlussfläche auf dem Substrat, die mit diesen ersten Anschlussflächen verbunden ist, und die zweite Verbindungsleitung 10 mit einer zweiten Anschlussfläche des Chips 3 oder einer weiteren zweiten Anschlussfläche, die auf dem Substrat angeordnet ist und mit diesen zweiten Anschlussflächen verbunden ist, verbunden.

Bei dem ersten Flächenelement 1 kann es sich um einen Ausschnitt, beispielsweise in Form eines mechanischen Ausbruchs, des größeren elektrisch leitfähigen zweiten Flächenelementes handeln. Entscheidend ist hierbei, dass beide Flächenelemente bzw. elektrisch leitfähigen Schichten elektrisch voneinander isoliert sind.

Bei den Flächenelementen 7, 8, 14 und 15 kann es sich beispielsweise um Metallplatten handeln, die elektrisch leitfähig ausgebildet sind. Hierbei beeinflussen die Abstände 19, 20 und gegebenenfalls die Grundflächen der als Kondensator ausgebildeten Flächenelemente die wirkungsvolle Kopplung des Lesegerätes an den RFID-Transponder und damit eine stabile Funktion der Übertragung der Daten zwischen dem RFID-Transponder 1 und dem Lesegerät 18.

Die mit gestrichelter Linie dargestellte Ausbildung des Münzkörpers 16 soll wiedergeben, dass die erfindungsgemäße Einrichtung auch ohne die Anteile, welche mit einer gestrichelten Linie dargestellt sind, funktionsfähig ist, also lediglich mit den Flächeneinheiten 7 und 8, woraus sich lediglich eine Wand aus elektrisch leitfähigem Material ergibt, die zwischen dem RFID-T ranspnder 1 und dem Lesegerät 18 mit den dazugehörigen Flächenelementen 14, 15 angeordnet ist.

Sofern gemäß der gestrichelten Linie das zweite Flächenelement 8 Bestandteile eines Gehäuses 6 sind, kann zusätzlich ein Kondensator 12 zur Bildung einer Schaltungskapazität angeordnet sein. In Fig. 2 ist in einer einfachen Darstellung ein Schaltkreis der erfindungsgemäßen Einrichtung wiedergegeben. Hierbei sind gleiche und gleichbedeutende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Darstellung ist zu entnehmen, dass in einem Gehäuse 6, welches beispielsweise ein Münzkörper sein kann, der RFID-Transponder 1 mit einem Chip angeordnet ist, wobei der Transponder mittels eines Widerstandes 21 und eines Kondensators 22 als elektronische Bauteile wiedergegeben werden kann.

Des Weiteren ist die Anpassungsschaltung 1 1 zur induktiven Anpassung in dem Münzkörper 6 angeordnet. Für eine parasitäre Schaltungskapazität ist der Kondensator 12 parallel zu der Anpassungsschaltung und dem RFID-Transponder 1 geschaltet.

Die zwischen dem ersten und dritten Flächenelement 7, 14 aufgebaute kapazitive Kopplung wird mittels eines Kondensators dargestellt. Ebenso wird die kapazitive Kopplung zwischen dem zweiten und vierten Flächenelement 8, 15 mittels eines Kondensators dargestellt. Beide Kondensatoren sind mittels der Verbindungsleitungen 16, 17 mit dem UHF-Lesegerät 18 verbunden, welches eine Stromversorgung 24 und einen Widerstand 25 umfasst.

In Fig. 3 ist der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In dieser Darstellung wird verdeutlicht, dass es sich um ein Gehäuse oder einen Münzkörper 6 handeln kann, der als Bestandteil das zweite Flächenelement 8 aufweist. Gleiche und gleichbedeutende Bauteile sind hierbei mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Ein derartig komplett geschlossenes Metallgehäuse 6 aus elektrisch leitfähigem Material ermöglicht gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung die Anordnung des vierten Flächenelementes 15a mit einem Abstand 19a gegenüber der Unterseite 6a oder Rückwand 6a des Münzkörpers 6, wodurch sich eine Anordnung des gesamten Münzkörpers 6 mit dem darin angeordneten RFID-Transponder 1 zwischen den beiden Flächenelementen 14, 15a des Lesegerätes 18 ergibt. Dies hat zur Folge, dass auf einfache Weise ein Lesegerät mit seinen kondensatorartig wirkenden Plattenelementen 14, 15a an eine Münze ober- und unterseitig angelegt werden kann. In Fig. 4 wird ein Abschnitt eines erfindungsgemäßen Verfahrens für die erfindungsgemäße Einrichtung wiedergegeben. Gleiche und gleichbedeutende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Auf einem Substrat 2 sind Kontaktflächen 26 angeordnet. Es wird zunächst eine Klebermenge 27 auf die Kontaktflächen aufgetragen, um anschließend vorzugsweise mittels eines Flip- Prozesses von einem Chip-Wafer einen RFID-Chip 3 mit unten liegenden Chipanschlussflächen 28 auf das Substrat 2 aufzutragen. Hierbei wird der Chip mittels der zuvor aufgetrage- nen Klebemasse 27 mit den Anschlussflächen 26 und somit mit dem Inletsubstrat 2 dauerhaft klebend verbunden. Bei den Anschlussflächen 26 kann es sich um separat angeordnete Anschlussflächen des Substrates 2 handeln

Bei der Klebemasse handelt es sich beispielsweise um einen anisotropen Kleber (ACA- Kleber), der eine elektrische Verbindung zwischen den RFID-Chipanschlüssen und den Substratanschlüssen 26 ermöglicht.

Anschließend findet unter Druckbeaufschlagung ein Aushärten und Bonden (Verbinden) unter Temperatureinwirkung bei einer angemessenen Zeit eine Verbindung zwischen den Chipanschlussflächen 28 und den Substratanschlussflächen 26 statt. Dies wird mittels der Doppelpfeile 29 dargestellt.

Alternativ kann die Verbindung zwischen den Substratkontaktflächen bzw. Substratanschlussflächen und den Chip-Anschlussflächen 28 mittels einer Lötverbindung oder einer selbstleitenden Paste, wie beispielsweise einer isotropen Paste, hergestellt werden.

Die bereits beschriebene Anpassungsschaltung 1 1 kann auf dem RFID-Inletsubstrat 2 mitintegriert werden, indem sie als Bestandteil des Substrates ausgeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Anpassschaltung oder auch weitere elektronische Bauteile für erwünschte Induktivität- und/oder Kapazitätwirkungen als sogenannte Streifenleiter über Leiterbahngeometrien ausgebildet werden. Der RFID-Chip kann nach seiner Montage auf das Inletsubstrat 2 durch Vergießen mit einem geeigneten Kunststoffmaterial gegen Umwelteinflüsse geschützt werden.

Das RFID-Inletsubstrat 2 kann aus einem starren oder flexiblen Leitungsträgermaterial be- stehen.

Als weiterer Schritt wird bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren eine elektrische Verbindung der Inlet-Anschlussflächen 26 mit den Flächenelementen 7, 8 durchgeführt. Hierbei können die elektrischen Verbindungen zwischen den Substratanschlussflächen 26 und den elektrisch leitfähigen Schichten bzw. Flächenelementen 7, 8 mittels verschiedener Verbindungsprozesse geschaffen werden. Je nach Beschaffenheit der zu kontaktierenden Materialien, deren Oberflächen sowie des angestrebten mechanischen Aufbaus kann eine elektrische Verbindung durch Löten, Schweißen, Crimpen, Verschrauben oder dergleichen gewählt werden.

Ebenso können geeignete Leitpasten und Klebemassen eine mechanische Fixierung und eine elektrisch leitfähige Verbindung herstellen. Hierzu sind beispielsweise Epoxikleber und Silberleitpasten geeignet.

In einem weiteren Schritt findet ein Funktionstest des RFID-Transponders (RFID-Inlets), welches innerhalb des elektrisch leitfähigen Gegenstandes, wie beispielsweise eine Münze, angeordnet ist, statt. Hierfür wird ein UHF-Lesegerät verwendet, welches mittels der kapazitiven Kopplung mit seinen dritten und vierten Flächenelementen 14, 15 an die Außenflächen der Münzen angekoppelt werden, jedoch ein Abstand zwischen den Flächenelementen 7, 14 und 8, 15 beibehalten wird. Hierdurch kann die Funktion des RFID-Transponders kontaktlos und ohne Einschränkung der spezifizierten RFID-Funktionalität durchgeführt werden. Wichtig ist hierbei, dass die Abstände 19, 19a und 20 mit zuvor ermittelter optimierter Größenordnung eingehalten werden.

In Fig. 5 ist der Aufbau einer Münze mit der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Querschnittsdarstellung wiedergegeben. Gleiche und gleichbedeutende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf einem Substrat 2 ist wiederum ein RFID-Chip 3 und eine hier nicht näher dargestellte Antenne angeordnet. Ebenso ist eine Anpassungsschaltung 1 1 auf dem Substrat angeordnet.

Der RFID-Transponder ist mit dem Substrat 2, dem Chip 3 und der Anpassungsschaltung innerhalb einer Ausnehmung 5 des Münzkörpers 6 angeordnet.

Zur Fixierung des Substrates innerhalb der Ausnehmung 5 ist eine Epoxiklebermasse 30 unterseitig gegenüber einem metallischen Basiskörper 6a des Münzkörpers 6 an dem Sub- strat angeordnet. Alternativ oder zusätzlich können weitere Metallschichten zwischen dem Substrat 2 und dem metallischen Basiskörper 6a angeordnet sein. Eine leitfähige Klebemasse 31 ist kreisförmig in der runden Münze 6 unterseitig auf dem metallischen Basiskörper 6a angeordnet um hierdurch eine elektrische Kontaktierung mit dem metallischen Basiskörper 6a als zweites elektrisch leitfähiges Flächenelement zu erhalten. Hierzu dient zudem eine vorzugsweise ringförmig ausgebildete Anschlussfläche 32, die unterseitig an dem Substrat 2 angeordnet ist.

Oberseitig weist das Substrat eine vorzugsweise ringförmig angeordnete weitere Anschlussfläche 33 auf, die mittels vorzugsweise ringförmig ausgebildeter elektrisch leitfähiger Klebe- elemente 34 mit ringförmig ausgebildeten Abschnitten 35 des als Kondensatorfläche wirkenden ersten Flächenelementes 7, welches zugleich die Abdeckung des Münzkörpers darstellt, in elektrischen Kontakt stehen.

Das erste Flächenelement 7 ist gegenüber dem zweiten Flächenelement 6a, das ebenso plattenkondensatorartig wirkt, mit einem vorzugsweise ringförmig ausgebildeten Isolierelement 13 elektrisch isoliert.

Bei der Montage wird das RFID-Inletsubstrat 2 mittels Epoxiklebermasse 31 mit dem zweiten Flächenelement 6a und zugleich innerhalb des Münzkörpers 6 verklebt und damit mecha- nisch fixiert. Zugleich wird mittels eines Leitklebers eine elektrische Verbindung zwischen dem Chip 3 und dem Flächenelement 6a aus metallischem Material hergestellt. Es liegt somit eine Kombination eines Epoxiklebers und eines Leitklebers vor, die nicht nur eine mechanische Fixierung, sondern auch eine elektrische Kontaktierung des RFID-Inlets mit dem metallischen Basiskörper zulässt. Nach Einbau des RFID-Inlets in den metallischen Basiskörper 6 wird der metallisch Körper bzw. die Münze 6 oberseitig mittels des Flächenelementes 7 geschlossen. Sowohl die Fixierung des Flächenelementes 7 als auch die Verbindung zu der Anpassschaltung 1 1 wird wiederum mittels Epoxiklebe- und Leitklebemassen 34 er- reicht.

Alternativ können auch andere Kontaktierungsverfahren, wie Kontaktfedern, Schraubverbindungen, Lotverbindungen und dergleichen Verbindungen für die Kontaktierung des RFID- Transponders mit den ober- und unterseitig angeordneten ersten und zweiten Flächenele- menten 6a, 7 angewandt werden.

Das Isolierungselement 13 wird durch ein Kunststoff-Einlegeteil oder durch Einfüllen, zum Beispiel Dispensen, der isolierenden Masse in den Füllraum zwischen den Seitenwänden des Münzkörpers 6 und dem Deckel 7 durchgeführt.

Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Bezugszeichenliste

1 RFID-Transponder

2 Substrat

3 RFID-Chip

5 Ausnehmung

6, 7 Gegenstand

6a, 8 zweites Flächenelement

7, 14 Flächenelement

9, 34 Verbindungselement

10, 31 zweites Verbindungselement

1 1 Schaltung

12, 22 Kondensator

13 Isolationselement

14 Flächenelement 15, 15a viertes Flächenelement 8, 6; 15, 15a Flächenelemente

16 Münzkörper

16, 17 Verbindungsleitungen 18 Lesegerät

19, 19a, 20 Abstand

21 , 25 Widerstand

24 Stromversorgung

26, 28 Chip-Anschlussfläche 26 Kontaktfläche

27, 34 Kleberelemente

29 Doppelpfeile

31 Klebemasse

32 zweite Anschlussfläche 33 erste Anschlussfläche

35 Abschnitte

Claims

Patentansprüche

1. RFID-T ransponder-Einrichtung mit mindestens einem Substrat (2) und mindestens einem RFID-Chip(3) , g eken n ze ich n et durch mindestens ein gegenüber dem Substrat (2) beabstandetes elektrisch leitfähiges erstes Flächenelement (7), welches mit dem Substrat (2) und/oder dem RFID-Chip (3) mittels mindestens einem elektrisch leitfähigen ersten Verbindungselement (9, 34) e- lektrisch verbunden ist.

2 RFID-T ransponder-Einrichtung nach Anspruch 1, g eken n ze ich n et durch mindestens ein gegenüber dem Substrat (2) beabstandetes elektrisch leitfähiges zweites Flächenelement (8, 6a), welches mit dem Substrat (2) und/oder dem RFID- Chip (3) mittels mindestens einem elektrisch leitfähigen zweiten Verbindungselement

(10, 31) elektrisch verbunden ist, wobei das zweite Flächenelement (8, 6a) gegenüber dem ersten Flächenelement (7) mittels mindestens einem Isolationselement (13) elektrisch isoliert ist.

3. RFID-T ransponder-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d ad u rch ge ken n ze i ch n et, dass das zweite Flächenelement (8, 6a) Bestandteil eines das Substrat (2) zumindest teilweise umhüllenden Gegenstandes (6), wie eine Münze, ist und das erste Flächen- element (7) eine Ausnehmung (5) des Gegenstandes (6, 7), in welcher das Substrat

(2) und der RFID-Chip (3) angeordnet sind, abdeckt.

4 RFID-T ransponder-Einrichtung nach Anspruch 3, d ad u rch ge ken n ze i ch n et, dass der Gegenstand (6, 7) zumindest teilweise aus elektrisch leitfähigem Material besteht.

5. RFID-T ransponder-Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g eken n ze ich n et durch mindestens ein drittes Flächenelement (14), welches gegenüber dem ersten Flä- chenelement (7) mit einem ersten Abstand (20) zur Bildung einer kapazitiven Kopplung zwischen den Flächenelementen (7, 14) beabstandet ist.

6. RFID-T ransponder-Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, g eken n ze ich n et durch mindestens ein viertes Flächenelement (15, 15a), welches gegenüber dem zweiten

Flächenelement (8, 6a) mit einem zweiten Abstand (19, 19a) zur Bildung einer kapazitiven Kopplung zwischen den Flächenelementen (8, 6a; 15, 15a) beabstandet ist.

7. RFID-T ransponder-Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d ad u rch g e ke n n ze i c h n e t, dass das dritte und vierte Flächenelement (14, 15, 15a) mit mindestens einem Lesegerät (18) zum Lesen von auf dem RFID-Chip (3) abgespeicherten Daten verbunden sind.

8. RFID-T ransponder-Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, d ad u rch ge ken n ze i ch n et, dass das erste und/oder das zweite Verbindungselement (9, 10) eine induktiv und/oder kapazitiv wirkende Schaltung (11) mitbeinhaltet.

9. Verfahren zur Herstellung einer RFI D-T ransponder-Einrichtung mit mindestens einem Substrat (2) und mindestens einem RFID-Chip (3), und mit einem Substrat (2) und den RFID-Chip (3) aufweisenden Gegenstand (6, 7), g eken n ze ich n et durch folgende Schritte: - Anordnen des Substrates (2) an oder in dem Gegenstand (6);

- elektrisches Verbinden einer auf dem Substrat (2) angeordneten und mit einer ersten Chip-Anschlussfläche (26, 28) verbundenen ersten Anschlussfläche (33) mit einem gegenüber dem Substrat (2) beabstandeten elektrisch leitfähigen ersten Element (7) des Gegenstandes (6), und

- elektrisches Verbinden einer auf dem Substrat (2) angeordneten und mit einer zweiten Chip-Anschlussfläche (26, 28) verbundenen zweiten Anschlussfläche (32) mit einem gegenüber dem Substrat (2) beabstandeten elektrisch leitfähi- gen Element (6a) des Gegenstandes (6).

10. Verfahren nach Anspruch 9, g eken n ze ich n et durch den Schritt des Anordnens einer induktiv und/oder kapazitiv wirkenden Schaltung (11) auf dem Substrat (2), wobei die Schaltung (11 ) mit der ersten Chip-

Anschlussfläche (26, 28) und der ersten Anschlussfläche (33) des Substrates elektrisch verbunden ist.

11 Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, d ad u rch g e ke n n ze i c h n e t, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Flächenelement (7, 8, 6a) mindestens ein e- lektrisch isolierendes Isolierelement (13) angeordnet wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9- 11, g eken n ze ich n et durch den Schritt des Testens der Funktionsfähigkeit des Zusammenbaus aus dem Substrat (2) mit dem RFI D-Chip (3) und dem ersten und dem zweiten Flächenelement (7, 6a) durch ein Lesegerät (18) zum Lesen von auf dem RFI D-Chip (3) abgespeicherten Daten, welches mit mindestens einem dritten Flächenelement (14) und mindestens einem vierten Flächenelement (15, 15a) verbunden ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, d ad u rch ge ken n ze i ch n et, dass das dritte Flächenelement (14) gegenüber dem ersten Flächenelement (7) mit einem ersten Abstand (20) beabstandet wird und zusammen eine kapazitive Kopplung bildet und das vierte Flächenelement (15, 15a) gegenüber dem zweiten Flächenelement (8, 6a) mit einem zweiten Abstand (19, 19a) beabstandet wird und zusammen eine kapazitive Kopplung bildet.