FI111485B - Menetelmä RFID-lipukkeen kiinnittämiseksi toiseen pintaan - Google Patents

Description

111485

Menetelmä RFID-lipukkeen kiinnittämiseksi toiseen pintaan

Nyt esillä oleva keksintö koskee menetelmää johdinkuvion ja mikropiiri-sirun käsittävän RFID-lipukkeen kiinnittämiseksi toiseen pintaan, sekä 5 johdinkuvion ja mikropiirisirun käsittävää RFID-lipuketta.

Tekniikan tason mukaisissa menetelmissä on tiettyjä puutteita. Tuotantolinjat ovat monimutkaisia, ja ne soveltuvat harvoin pienten lipukkeiden valmistukseen. Niiden investointikustannukset ovat melko kor-10 keat, ja tuotannon aikana syntyy materiaalihäviöitä. Materiaalien kuu-masaumausominaisuudet voivat olla heikkoja, tai materiaalien valinta voi olla rajoitettua. RFID-lipukkeen sähköinen suorituskyky heikkenee ajan myötä.

15 Nyt esillä oleva keksintö tarjoaa parannuksen tunnettuun tekniikkaan. Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että RFID-lipuke kiinnitetään toiseen pintaan kestomuovitarrakalvolla. Keksinnön mukaiselle RFID-lipukkeelle on tunnusomaista se, että RFID-lipukkeen ulkopinta käsittää kestomuovitarrakalvon.

20

Kestomuovitarrakalvoa käytettäessä RFID-lipukkeen kiinnittäminen on helppoa ja nopeaa, ja sitä voidaan tehdä toistuvasti kestomuovitarra-kalvojen ominaisuuksien ansiosta. RFID-lipukkeeseen voidaan valita muita materiaaleja laajasta materiaalivalikoimasta, koska esimerkiksi 25 muiden materiaalien heikkoihin kuumasaumausominaisuuksiin ei tarvitse kiinnittää huomiota kestomuovitarrakalvojen kuumasaumautuvuu-den ansiosta. Kestomuovitarrakalvon käsittävän RFID-lipukkeen sähköinen suorituskyky on kestävä. Kestomuovitarrakalvopäällys suojaa johdinkuviota ja/tai mikropiirisirua ympäristön olosuhteilta. Kalvon 30 häviökerroin on pieni. Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa sirun kiinnitys ja lipukkeen kiinnitys toiseen pintaan voidaan tehdä samalla kestomuovitarrakalvolla. Keksinnön muita etuja ovat seuraavat: - Prosessivaiheita voidaan vähentää, 35 - tuotantolinjat ovat luotettavia, - investointikustannukset ovat pienet suurille tuotantomäärille, - materiaalikustannukset on minimoitu, 2 111485 - prosessivaiheita voidaan suunnitella pienille lipukkeille, ja - asiakkaan tarpeet voidaan ottaa paremmin huomioon uuden menetelmän ansiosta.

5 Kestomuovitarrakalvot tarkoittavat kalvoja, joiden pinta voidaan lämmön vaikutuksesta saada toiseen pintaan tarttuvaksi, mutta jotka ovat huoneenlämmössä oleellisesti tarttumattomia. Kestomuovitarrakalvoja voidaan myös kuumentaa useita kertoja ilman, että se vaikuttaa oleellisesti tarttuvuuteen. Kestomuovitarrakalvoista mainittakoon esimerkkinä 10 3M:n anisotrooppisesti johtavat kalvot 8773 ja 8783 (Z-Axis Adhesive Films 8773 ja 8783). Kalvot sisältävät johtavia hiukkasia siten, että ne ovat sähköä johtavia ainoastaan kalvon paksuussuunnassa; toisin sanoen sähkönjohtokykyä ei ole kalvon tason suunnassa. Kesto-muovitarrakalvo voidaan saada juoksevaksi lämmön ja paineen avulla.

15 Kestömuovitarrakalvo sisältää kiteisiä ja amorfisia alueita, jotka mah dollistavat sen suorituskyvyn. Jäähdytettäessä kestomuovitarrakalvo jähmettyy ja antaa sidokselle mekaanista lujuutta. Lämpökovettamista ei tarvita. Kestomuovitarrakalvo voidaan valmistaa esim. polyesteristä, polyeetteriamidista tai polyolefiinista. Johtavat partikkelit, joiden koko 20 on tyypillisesti 7-50//m, voivat olla esim. hopealla päällystettyjä lasi-partikkeleita, ja niiden osuus on tyypillisesti 5-20 % kestomuovitarra-kalvon kokonaistilavuudesta. Kestomuovitarrakalvon paksuus on tyypillisesti 20-70 pm. Kestomuovitarrakalvo muodostetaan yleensä irroke-paperin tai vastaavan pinnalle. Irrokepaperi voidaan irrottaa kalvosta 25 kalvon kuumentamisen yhteydessä tai sen jälkeen. Anisotrooppisesti johtavien kalvojen lisäksi kestomuovitarrakalvot voivat olla ei-johtavia kalvoja. Kestomuovitarrakalvo kiinnitetään RFID-lipukerainaan siten, että se on kosketuksessa johdinkuvioiden kanssa.

30 Edellä mainittujen kestomuovitarrakalvojen erottamiseksi muista kestoin muovitarrakalvoista tässä hakemuksessa käytetään muista kesto muovitarrakalvoista nimitystä tavanomaiset kestomuovikalvot.

Nyt esillä olevassa hakemuksessa RFID-lipukkeet viittaavat tarroihin, 35 jotka käsittävät RF-ID-piirin (tunnisteen). RFID-lipukkeet ovat yleensä tarroja, jotka toimivat UHF- tai mikroaaltoalueilla, tai lipukkeita, jotka eivät toimi yli 13,56 MHz taajuudella ja joiden leveys on usein enintään 3 111485 20mm ja pituus enintään 100 mm. Ne soveltuvat käytettäviksi äly-tarroissa, älykorteissa, pahvista, paperista tai muovista valmistetuissa pääsylipuissa käytettäviksi kertakäyttöisinä ruisku valettuina tuotteina ja älyrannekkeina esimerkiksi huvipuistoissa.

5 RF-ID-piiri käsittää johdinkuvion ja mikropiirisirun. RFID-lipuke voidaan valmistaa painamalla johdinkuvio kalvolle sähköä johtavalla paino-musteella, syövyttämällä johdinkuvio metaliikalvolle, meistämällä johdinkuvio metallikalvosta tai kiertämällä johdinkuvio esim. kupari-10 johdosta. RFID-lipukkeen sähköisesti toimiva RF-ID-piiri (radiotaajuus-tunnistuspiiri) on yksinkertainen sähköinen värähtelypiiri (RCL-piiri), joka toimii määrätyllä taajuudella. Piiri koostuu kelasta, kondensaattorista ja mikropiirisirusta. Mikropiiri käsittää saattomuistin ja radio-taajuusosan, joka on järjestetty kommunikoimaan lukijalaitteen kanssa.

15 Siruun voi olla integroitu myös RCL-piirin kondensaattori.

RFID-lipukkeet valmistetaan sopivimmin rainan muodossa. Ensimmäisessä vaiheessa raina koostuu tyypillisesti joukosta peräkkäisiä ja vierekkäisiä RFID-lipukkeita. Lipukkeille muodostetaan johdinkuvioita.

20 RFID-lipukeraina on materiaalia, joka on joustavaa mutta kuitenkin sopivan jäykkää, kuten polykarbonaattia, polyolefiinia, polyesteriä, polyeteenitereftalaattia (PET), polyvinyylikloridia (PVC) tai alkylonitriin, butadieenin ja styreenin kopolymeeriä (ABS). Materiaali on sopivimmin polyesteriä tai polypropeenia.

25

Johdinkuvioiden muodostamisen jälkeen on useita vaihtoehtoja jatkaa RFID-lipukkeiden valmistusprosessia. Joitakin prosessivaihtoehtoja selostetaan tarkemmin edullisten suoritusmuotojen yksityiskohtaisessa kuvauksessa. Prosessia voidaan jatkaa periaatteessa kolmella tavalla.

30 Ensimmäisen ja toisen vaihtoehdon mukaan raina leikataan kapeam-: maksi ja syötetään kääntösirutyökaluun (engl. flip-chip die so/te/).

Tämä työkalu on yleisesti ottaen laite, joka on järjestetty ottamaan siru puolijohdekiekolta ja kiinnittämään se lipukkeen johdinkuvioon, mutta samaan prosessilinjaan voidaan liittää muitakin toimintoja, kuten 35 laminointiprosessi.

4 111485

Ensimmäisessä vaihtoehdossa raina laminoidaan työkalussa joko an-isotrooppisesti johtavan kestomuovikalvon tai ei-johtavan kestomuovi-kalvon avulla. Laminoinnin jälkeen siru kiinnitetään kestomuovitarra-kalvoon. Sirun lopullinen kiinnitys tehdään lämmön ja paineen avulla.

5 Raina voidaan rullata välittömästi, tai se voidaan laminoida paine-herkällä sideaineella tai kestomuovisideaineella ja stanssata irroke-paperin käsittävän laminoidun rainan muodostamiseksi. Viimemainittu sideaine kiinnitetään RFID-lipukerainan toiselle puolelle kuin kesto-muovitarrakalvo. Raina syötetään jakolaitteeseen tai laminointilaittee-10 seen.

Toinen vaihtoehto on viedä johdinkuvion päälle anisotrooppisesti johtavaa polymeeriä tai kalvoa sirun kiinnittämiseksi johdinkuvioon. Polymeeri tai kalvo voi olla myös sirun pinnalla. Sirun kiinnittämiseen käy-15 tettävä aine voi olla joko kestomuovia tai kertamuovia. Se voi myös olla johtavaa sideainetta tai juotetahnaa. Sirun esikiinnittämisen jälkeen tehdään sirun lopullinen kiinnitys lämmön ja paineen avulla. Tämän jälkeen raina laminoidaan anisotrooppisesti johtavalla kestomuovikalvolla tai ei-johtavalla kestomuovikalvolla tai tavanomaisella kestomuovi-20 kalvolla johdinkuvioiden ja sirujen peittämiseksi. Raina voidaan rullata välittömästi, tai se voidaan laminoida paineherkällä sideaineella tai kestomuovisideaineella ja stanssata irrokepaperin käsittävän laminoidun rainan muodostamiseksi. Viimemainittu sideaine kiinnitetään RFID-lipukerainan toiselle puolelle kuin kestomuovitarrakalvo. Raina syöte-25 tään jakolaitteeseen tai laminointilaitteeseen.

Kolmas vaihtoehto on ensin laminoida rainan kääntöpuolelle irroke- paperilla olevaa sideainetta, joka voi olla paineherkkää liimaa tai kes- tomuovisideainetta. Tämän jälkeen laminoitu raina stanssataan. Joh- 30 dinkuvioita käsittävät yksittäiset lipukkeet muodostetaan irrokepaperi- : rainalie. Ennen sirun kiinnittämistä johdinkuvio päällystetään aniso- •« trooppisesti johtavalla polymeerillä tai anisotrooppisesti johtavalla kalvolla. Sirun lopullinen kiinnitys tehdään lämmön ja paineen avulla. Tämän jälkeen raina laminoidaan anisotrooppisesti johtavalla kesto-35 muovikalvolla tai ei-johtavalla kestomuovikalvolla tai tavanomaisella kestomuovikalvolla, tai se rullataan välittömästi lopullisen sidoksen muodostamisen jälkeen. Raina syötetään jakolaitteeseen tai laminoin- 5 111485 tilaitteeseen. Irrokepaperin käyttö edellyttää, että sirun kiinnitys tehdään joko suhteellisen nopeasti tai suhteellisen matalassa lämpötilassa irrokekerroksen vaurioitumisen estämiseksi.

5 Niissä vaihtoehdoissa, joissa siru kiinnitetään kestomuovitarrakalvoon, kiinnitys tehdään siten, että lipuketta kuumennetaan kääntöpuolelta ja siru tarttuu kevyesti lipukkeeseen. Johdinkuvion ja sirun välinen lopullinen sidos muodostetaan lämmön ja paineen avulla käyttämällä esimerkiksi vastuselementtejä, jotka voidaan painaa sirua vasten sen 10 kiinnittämiseksi asianmukaisesti. Lopullinen kiinnitys on myös välttämätöntä, kun tarttumiseen käytetään muita aineita.

Kun kestomuovitarrakalvo on johdinkuvion ja sirun välissä, saadaan aikaan asianmukainen sähköinen kontakti, vaikka käytetäänkin ei-joh-15 tavaa kestomuovitarrakalvoa. Tässä tapauksessa kontaktin luotettavuus on kuitenkin jonkin verran heikompi. Johdinkuvioiden ja sirujen väliset kestomuovitarrakalvot korvaavat tavanomaiset välitäytöt.

Kun kestomuovikalvo on johdinkuvion ja sirun päällä, voidaan käyttää 20 myös tavanomaisia kestomuovikalvoja, vaikka kestomuovitarrakalvojen käyttö on niiden erityisominaisuuksien vuoksi edullisempaa.

Jakelulaitteessa tai laminointilaitteessa RFID-lipuke kiinnitetään kesto-muovitarrakalvon avulla toiseen pintaan, joka voi olla valmistettu esi-25 merkiksi kotelokartongista, aaltopahvista, muovikalvosta tai paperista.

Pinta, johon lipuke kiinnitetään, voi olla valmis tuote, esimerkiksi kar-tonkirasia, tai lipuke voidaan kiinnittää siten, että se on lopullisessa tuotteessa kahden materiaalikerroksen välissä. Jakelu on helpompaa, kun yksittäiset peräkkäiset lipukkeet ovat irrokepaperirainalla. Tämä 30 kerros on rainan kääntöpuolella johdinkuvioita peittävään kestomuovi-: tarrakalvoon nähden.

Lipukkeen kiinnittäminen tehdään siten, että kestomuovitarrakalvo ensin pehmitetään, jotta se tarttuu toiseen pintaan. Raina pehmitetään 35 kuumentamalla sitä sähkövastuksilla, infrapunasäteilyllä tai kuumailmapuhalluksella. Lämmittämiseen voidaan käyttää mikroaaltoja, jos kestomuovitarrakalvoon on seostettu sopivaa lisäainetta. Tämän 6 111485 jälkeen lipuke sijoitetaan oikeaan kohtaan. Oikea sijoituskohta valitaan käyttämällä sopivia anturielimiä, kuten kohdistusmerkkejä tai -reikiä. Ennen lipukkeiden kiinnittämistä ne leikataan irti rainasta, jos tätä ei ole tehty etukäteen. Lipukkeen lujan tarttumisen varmistamiseksi voidaan 5 suorittaa lisäkäsittely. Tämä käsittely voidaan tehdä esimerkiksi nipis-sä, joka on muodostettu kahden vastinpinnan väliin, joista ainakin toinen on pehmeä, tai useassa peräkkäisessä nipissä. Kahden vastinpinnan välinen nippi voidaan muodostaa esimerkiksi kahden telan väliin tai kahden hihnan väliin, jotka voidaan tukea sopivilla välineillä.

10 Ainakin yksi vastinpinta voidaan kuumentaa, tai prosessiin voidaan johtaa lisälämpöä esimerkiksi kuumailmapuhaltimella tai infrapuna-vastuksella. Laminointiprosessissa on oltava erityisen huolellinen sirun käsittelyssä. Nippi voi olla esimerkiksi pehmustettu tai uritettu, ainakin sirun kohdalta, sirun vahingoittumisen estämiseksi.

15

Piirustuksissa kuva 1 esittää RFID-lipukerainaa W2 ylhäältäpäin nähtynä, 20 kuva 2 esittää RFID-lipuketta poikkileikkauksena, ja kuvat 3a-3f esittävät joitakin prosessivaihtoehtoja.

Kuval esittää ylhäältäpäin RFID-lipukerainaa 1, jossa on yksi RFID-25 lipuke 12, joka käsittää johdinkuvion 13 ja mikropiirisirun 14. Johdin-kuvio on sopivimmin valmistettu syövyttämällä se metallikalvolle, mutta muita mahdollisuuksia on valmistaa johdinkuvio painamalla se kalvolle sähköä johtavalla painomusteella, meistämällä se metallikalvosta tai kiertämällä se esim. kuparijohdosta. Johdinkuvio on varustettu tunnis-30 tuspiirillä, kuten radiotaajuustunnistuspiirillä (RFID). Tunnistuspiiri on ·. " yksinkertainen sähköinen värähtelypiiri (RCL-piiri), joka on viritetty toi mimaan tietyllä taajuudella. Piiri koostuu kelasta, kondensaattorista ja mikropiirisirusta, joka koostuu saattomuistista ja radiotaajuusosasta, jolla voidaan kommunikoida lukijalaitteen kanssa. RCL-piirin konden-35 saattori voi myös olla integroituna siruun.

111485 7

Kuva 2 esittää RFID-lipuketta poikkileikkauksena. Selvyyden vuoksi eri kerrokset on esitetty erillisinä, vaikka todellisuudessa ne on laminoitu tiiviisti yhteen.

, 5 RFID-lipuke käsittää johdinkuvion 13 ja mikropiirisirun 14. Johdinkuvio on muodostettu rainalle 1, joka on sopivimmin valmistettu polyesteristä tai polypropeenista.

Tässä suoritusmuodossa rainalle 1 on kiinnitetty kestomuovitarrakalvo 10 2 sirun 14 kiinnittämisen jälkeen. Lipuke kiinnitetään myöhemmässä prosessivaiheessa toiselle pinnalle kestomuovitarrakalvon avulla. Toinen pinta voi olla esimerkiksi sopiva pakkausmateriaali.

Kuvat 3a-3f esittävät vuokaaviona joitakin vaihtoehtoja prosessilinjan 15 muodostamiseksi. Ensimmäisessä vaiheessa johdinkuviot muodostetaan rainalle sopivalla tekniikalla siten, että rainalla on sekä vierekkäisiä että peräkkäisiä johdinkuvioita. Kuvien 3a-3d mukaisissa prosesseissa leveä raina leikataan kapeammaksi siten, että raina käsittää sopivimmin pelkästään peräkkäisiä johdinkuvioita, eli raina on jatkuvan 20 nauhan kaltainen. Kuvien 3e-3f mukaisissa prosesseissa peräkkäisiä ja vierekkäisiä johdinkuvioita käsittävä leveä raina laminoidaan ensin sideaineella, joka voi olla esimerkiksi paineherkkää sideainetta (PSA) tai kestomuovisideainetta. Käytettäväksi sopivia sideaineita ovat esimerkiksi kuumasulateliimat. Sideaine on yleensä irrokepaperilla.

25 Tämän jälkeen johdinkuvioita käsittävä raina stanssataan, jolloin saa-

«I

daan irrokepaperilla olevia yksittäisiä lipukkeita.

Kuvien 3a ja 3b mukaisissa vaihtoehdoissa raina laminoidaan aniso- trooppisesti johtavalla kestomuovikalvolla tai ei-johtavalla kestomuovi- 30 kaivolla ennen johdinkuvion käsittävän sirun kiinnittämistä. Kuvien 3c ja : 3d mukaisissa suoritusmuodoissa on prosessivaihe, jossa raina pääl- • · lystetään anisotrooppisesti johtavalla polymeerillä tai anisotrooppisesti johtavalla kalvolla, joka muodostaa sirulle väiitäytön. Sirun tarttumisen jälkeen tehdään lopullinen kiinnitys lämmön ja paineen avulla.

Kuvien 3a ja 3f mukaisissa suoritusmuodoissa viimeinen prosessivaihe on rainan rullaus ja syöttö jakelulaitteeseen tai laminointilaitteeseen, 35 8 111485 kun taas kuvien 3c, 3d ja 3e mukaisissa suoritusmuodoissa raina lami-noidaan kestomuovitarrakalvolla tai tavanomaisella kestomuovikalvolla. Edellä mainittu vaihe on viimeinen ennen rainan rullausta ja syöttöä jakelulaitteeseen tai laminointilaitteeseen kuvien 3d ja 3e mukaisissa 5 suoritusmuodoissa. Kuvan 3c mukaisessa prosessissa raina laminoi-daan paineherkällä sideaineella tai kestomuovisideaineella ja stanssataan, kuten on selostettu edellä kuvien 3e ja 3f yhteydessä, ja tämän jälkeen se rullataan ja syötetään jakelulaitteeseen tai laminointilaitteeseen. Kuvan 3b mukaisessa prosessissa raina laminoidaan lopullisen 10 kiinnityksen jälkeen paineherkällä sideaineella tai kestomuovisideaineella ja stanssataan ja syötetään jakelulaitteeseen tai laminointilaitteeseen.

Keksintöä ei ole rajoitettu edellä esitettyyn selitykseen, vaan keksintö 15 voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Keksinnön pääajatus on se, että kun RFID-lipukkeen pinnalle kiinnitetään kestomuovitarrakalvo, lipuke voidaan kiinnittää toiseen pintaan helposti ja kustannustehokkaasti.

• t ♦ ♦ ·

Claims (7)

111485 < 1. Menetelmä johdinkuvion (13) ja mikropiirisirun (14) käsittävän RFID- lipukkeen kiinnittämiseksi toiseen pintaan, tunnettu siitä, että RFID-• 5 lipuke kiinnitetään toiseen pintaan kestomuovitarrakalvon (2) avulla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kestomuovitarrakalvo (2) on huoneenlämmössä tarttumaton.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kestomuovitarrakalvo (2) on anisotrooppisesti johtava kalvo.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kestomuovitarrakalvo (2) on ei-johtava kalvo. 15

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että RFID-lipuke kiinnitetään pakkausmateriaaliin.

6. Johdinkuvion (13) ja mikropiirisirun (14) käsittävä RFID-lipuke, tun-20 nettu siitä, että RFID-lipukkeen ulkopinta käsittää kestomuovitarrakalvon (2).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen lipuke, tunnettu siitä, että kestomuovitarrakalvo (2) on tarkoitettu lipukkeen kiinnittämiseksi toiseen pin- 25 taan. • ' * » • · 111485