WO2001069517A2

WO2001069517A2 - Einrichtung zum kennzeichnen von stückgut

Info

Publication number: WO2001069517A2
Application number: PCT/DE2001/000895
Authority: WO
Inventors: Bernd Burchard; Jürgen SIMMERER
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2000-03-13
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2001-09-20
Also published as: DE10012204A1; WO2001069517A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung (4) zum Kenn-zeichnen von Stückgut (2), insbesondere Briefmarke, die einen auf einem Substrat angeordneten elektronischen Schaltkreis (6) zur Speicherung sowie zur Aus- und/oder Eingabe von Daten enthält, der im wesentlichen aus organischen Werkstoffen ist.

Description

Beschreibung

Einrichtung zum Kennzeichnen von Stuckgut

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Kennzeichnen von Stuckgut, insbesondere von Stuckgut, das zum Versenden auf dem Postweg vorgesehen ist.

St ckgut, das auf dem Postweg versendet werden soll, ist m der Regel nur mit einem Nachweis für die Entrichtung der zum Versenden erforderlichen Gebuhren - Briefmarke oder Stempelaufdruck - sowie mit schriftlichen Informationen über Senderbzw. Empfangeradresse versehen. Weitere Identifikations- oder Kennzeichnungsmerkmale sind nicht vorgesehen, so dass das Auffinden eines verloren gegangenen oder fehlgeleiteten Postgutes erheblich erschwert und erst durch umfangreiche und wenig erfolgversprechende Nachforschungen möglich ist. Des Weiteren enthalt das beim Empfanger angekommene Postgut keinerlei Information über die Umwelteinflusse, denen es wahrend des Transports ausgesetzt war, was für den Empfanger besonders bei empfindlicher oder verderblicher Ware eine wesentliche Information darstellen wurde.

Zur Kennzeichnung von Gutern ist es prinzipiell bekannt, die- se mit so genannten „Tags" zu versehen, bei denen m einem elektronischen Schaltkreis zur Identifikation des Stuckgutes relevante Daten gespeichert sind und von dazu geeigneten Lesegeraten ausgelesen werden können. Eine besondere Bedeutung haben m jüngster Zeit sogenannte RFID(radιo frequency lden- tiflcation) -Tags erlangt, bei denen für die Datenübertragung ein kontaktloser Datenträger (Transponder) verwendet wird, der als Sende- und Empfangselement eine Spule bzw. eine Mikrowellenantenne enthalt. Bei einem solchen Transponder, wie er beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 96/07938 bekannt ist, ist auf einer Kunststofffolie aus Polyester oder Polyimid ein elektronischer Schaltkreis aufgebracht. An den Schaltkreis ist eine Antenne, beispielsweise ein dunner Bonddraht, angebondet. Der elektronische Schaltkreis enthalt einen Speicher, der mit einem geeigneten Lese/Schreibgerat beruhrungslos ausgelesen oder beschrieben werden kann. Zum Schutz gegen Umwelteinflusse sind der elek- tronische Schaltkreis sowie die Antenne von einer organischen Schutzschicht überzogen.

Die bekannten Transpondersysteme sind jedoch aufgrund der zu ihrer Herstellung erforderlichen unterschiedlichen Herstel- lungstechniken - Herstellung des aus Halbleiterelementen aufgebauten elektronischen Schaltkreises, Einbetten des Schaltkreises (Chip) m ein Tragersubstrat, Bondverfahren zum Kon- taktieren des Chips mit der Antenne - nur durch aufwendige abgestufte Fertigungsverfahren herzustellen, so dass ihr Em- satz auf Massenartikeln, beispielsweise normale Postsendungen, aus Kostengrunden nicht praktikabel ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Kennzeichnen von Stuckgut anzugeben, die einfach und kostengünstig herzustellen ist und die sich auch zur Kennzeichnung von vergleichsweise billigen Artikeln und insbesondere von Postgut eignet.

Die genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelost mit ei- ner Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Durch die Verwendung eines auf einem Substrat angeordneten elektronischen Schaltkreises zur Speicherung sowie zur Aus- und Eingabe von Daten, der im wesentlichen aus organischen, vorzugsweise aus polymeren Werkstoffen aufgebaut ist, ist es möglich, die Einrichtung m einem einzigen Fertigungsprozess herzustellen, dessen Fertigungsschritte die Herstellung des gesamten Systems als auch die Produktion der für den elektronischen Schaltkreis erforderlichen logischen Bauelemente - m der Regel Feldeffekt-Transistoren - m aufeinander folgenden und technologisch zusammengehörenden Arbeitsgangen ermöglicht. Im wesentlichen aus organischen oder polymeren Werkstoffen aufgebaut heißt dabei, dass zumindest die halbleitenden Strukturen der elektronischen Bauelemente aus organischen Werkstoffen bestehen, wobei diesen Werkstoffen auch Füll- o- der Dotierstoffe beigefugt sein können, die aus anderen, bei- spielsweisen anorganischen Werkstoffen bestehen, um z.B. die Leitfähigkeit zu erhohen oder die gewünschten technologischen Eigenschaften herbeizufuhren. Außerdem können beispielsweise Kontaktelektroden, Leiterbahnen, Isolatoren oder Dielektrika auch aus anorganischen Werkstoffen, beispielsweise Metalle oder Keramik bestehen, die ebenso wie die organischen Werkstoffe einfach auf einem Substrat aufzubringen sind. Wesentlich ist, dass durch die verwendeten Werkstoffe der Einsatz von Halbleitern auf der Basis von Silizium oder Germanium vermieden ist, und dass die verwendeten Werkstoffe derart aufeinander abgestimmt sind, dass diese eine Herstellung der Einrichtung mit einfachsten Techniken, beispielsweise Drucktechniken, ermöglichen.

Die Erfindung beruht dabei auf der Überlegung, dass es grundsätzlich möglich ist, organische Feldeffekt-Transistoren auf der Basis von leitenden und halbleitenden Kunststoffen zu realisieren, die den wesentlichen Vorteil haben, dass sie ohne konventionelle und aufwendige Herstellungsverfahren, wie sie m der Halbleitertechnologie zum Einsatz gelangen, hergestellt werden können.

Vielmehr kommen einfachste Herstellungsprozesse zum Einsatz, die eher Parallelen zu bekannten Folienbeschichtungsverfahren oder Drucktechniken aufweisen. Im Gegensatz zu elektronischen Schaltkreisen auf der Grundlage der Siliziumtechnologie, m denen das Basismaterial Silizium einen wesentlichen Kostenfaktor darstellt, sind außerdem die zur Herstellung von aus organischen oder polymeren Werkstoffen aufgebauten Transisto- ren erforderlichen Foliensubstrate äußerst kostengünstig. Alle Bauelemente, die zur Herstellung eines solchen Transpon- ders notwendig sind, können einschließlich der elektronischen Bauelemente unmittelbar auf dem Foliensubstrat hergestellt werden. Solche aus polymeren Werkstoffen aufgebaute Transistoren sind beispielsweise aus der US-PS 5,347,144 oder aus Science, Vol. 270, Nov. 1995, Seiten 972 bis 974, bekannt.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung mit einer insbesondere ebenfalls auf dem Substrat angeordneten Antenne zum Empfangen und/oder Senden von Daten versehen. Sie besitzt dann die Funktionalitat eines Transponders, der nach Aktivierung mittels einer geeigneten Sende/Empfangseinrichtung drahtlos die im elektronischen Schaltkreis codierten Informationen übertragt.

Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch möglich, die im elektronischen Schaltkreis gespeicherten Informationen durch direkte Kontaktierung auszulesen. Hierzu ist die Einrichtung mit zumindest einem elektrischen Anschlusskontakt versehen, der zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer externen Lese- und/oder Schreibvorrichtung vorgesehen ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung um- fasst die Einrichtung eine Energiequelle zum Versorgen des elektronischen Schaltkreises. Diese Energiequelle kann bei so genannten passiven Tags durch das zum Ansteuern der Einric - tung gesendete RF-Signal gebildet sein, bei dem ein Teil der Sendeleistung m einem Chipkondensator zwischengespeichert wird.

Insbesondere ist die Energiequelle ebenfalls auf demselben Substrat wie der elektronische Schaltkreis angeordnet.

Alternativ hierzu ist als Energiequelle ein optoelektronisches Bauelement, beispielsweise eine Fotodiode oder eine Photovoltaik-Zelle, vorgesehen.

In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist ein so genanntes aktives Tag vorgesehen, das als Energiequelle eine eingebaute Batterie, vorzugsweise eine Folienbatterie, enthalt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Substrat, insbesondere ein Foliensubstrat, auf einer seiner Flachseiten mit einer Klebeschicht versehen. Durch diese Maßnahme kann die Einrichtung problemlos auf das jeweilige Stuckgut aufgebracht werden.

Insbesondere ist die Einrichtung auf ihrer Oberflache mit einer optisch auslesbaren Information, insbesondere einem Barcode, versehen.

Der elektronische Schaltkreis kann als ROM oder RAM ausge- staltet sein. Die im elektronischen Schaltkreis gespeicherten Informationen können neben einer falschungssic eren Kennzeichnung der Herkunft und Originalität auch noch codierte, insbesondere kryptograflerte Informationen über Art und Wert des Inhalts umfassen. Des Weiteren können Informationen über den Absender des Postgutes sowie eine falschungssichere elektronische Unterschrift des Absenders gespeichert sein. Weitere Informationen können den Adressaten des Postgutes sowie Informationen über die Beförderungsart und Beforderungs- strecke umfassen. Außerdem ist es möglich, m einer als RAM ausgebildeten Einrichtung auch zusätzliche Informationen zu speichern, die den Transport und die Bedingungen des Transports umfassen. So können beispielsweise m jeder Verteiler- station oder Sortiereinrichtung den Ort und den Zeitpunkt der weiteren Verteilung betreffende Informationen m der Spei- cheremrichtung gespeichert werden. Außerdem können Informationen enthalten sein, die Vorschriften über den Transport und die Sicherheit des Postgutes betreffen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der Er- findung umfasst die Einrichtung zum Kennzeichnen von Stuckgut einen Sensor zum Erfassen einer physikalischen oder chemischen Messgroße. Der Sensor wird dabei entweder permanent o- der m vorgegebenen Zeitabstanden aktiviert, d. h. er wird mit eventuell erforderlicher elektrischer Energie versorgt und der von ihm bereitgestellte Messwert ausgelesen, oder er wird nur an bestimmten Punkten der Transportkette aktiviert. Im ersteren Fall benotigt die Einrichtung eine autonome Energiequelle (aktives Tag) . Im anderen Fall wird keine autonome Energiequelle benotigt und die Energie kann beispielsweise durch an diesen Punkten vorhandene Steuereinrichtungen, beispielsweise durch Senden eines RF-Signals oder optisch be- reitgestellt werden, um ein Aktivieren des Sensors sowie ein Speichern der von ihm m diesen Zeitpunkten jeweils zur Verfugung gestellten Messwerte zu ermöglichen.

Je nach Speicherplatz ist es dabei möglich, die vom Sensor jeweils erfassten analogen Messsignale nach einer Analog/

Digitalwandlung komplett zu speichern, wobei die Messung m vorgegebenen Zeitabschnitten erfolgt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den jeweils anstehenden Messwert mit einem gespeicherten Wert zu vergleichen und lediglich festzustel- len, ob der Messwert den vorgegebenen Messwert über- oder unterschreitet. In diesem Fall genügt zur Speicherung des Messwertes ein einziges Bit, so dass der Speicherplatzbedarf dementsprechend reduziert ist. Eine solche einfache Ja/Nem- Aussage ist beispielsweise dann ausreichend, wenn lediglich sichergestellt werden muss, dass eine vorgegebene Temperatur nicht überschritten ist oder ein „elektronisches Siegel"", beispielsweise m Form eines dünnen Drahtes, nicht zerstört worden ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auch der Sensor im wesentlichen aus organischen, vorzugsweise polymeren Werkstoffen aufgebaut und insbesondere auf demselben Substrat angeordenet, auf dem auch der elektronische Schaltkreis aufgebaut ist. Dies ermöglicht die Herstel- lung einer mit einem Sensor versehenen elektronischen Briefmarke mit derselben oder ähnlichen technologischen Prozessen, wie sie auch bei der Herstellung des organischen bzw. polymeren elektronischen Schaltkreises zum Einsatz kommen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf das Ausfuh- rungsbeispiel der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:

Fig.l eine Einrichtung gemäß der Erfindung m einer schematischen Pnnzipdarstellung, Fιg.2,3,4 jeweils eine Ausfuhrungsform der Erfindung m einer perspektivischen Darstellung.

Gemäß Fig. 1 ist auf einem Stuckgut 2, beispielsweise ein zum Versand vorgesehenes Paket, eine Einrichtung 4 angebracht, die einen auf einem Substrat 40 angeordneten elekt- ronischen Schaltkreis 6 enthalt, der zur Speicherung sowie zur Aus- und/oder Eingabe von Daten vorgesehen ist. Der e- lektronische Schaltkreis 6 ist im wesentlichen aus organischen, vorzugsweise aus polymeren Werkstoffen aufgebaut.

Der elektronische Schaltkreis 6 ist im Ausfuhrungsbeispiel an eine Antenne 8 angeschlossen, mit der m Form eines radio- frequenten Signals 10 Daten zu einem Sende/Empfangssystem 12 gesendet oder von diesem empfangen werden können. Das Sende/ Empfangssystem 12 ist zur Auswertung der empfangenen Daten oder zur Bereitstellung der zu sendenden Daten an einen Rechner 14 angeschlossen.

Der elektronische Schaltkreis 6 ist außerdem an Sensoren 16a, b angeschlossen, die zur Erfassung von Umwelteinflüssen dienen. Mit dem Bezugszeichen 16a ist ein Sensor veranschaulicht, mit dem beispielsweise erfasst werden kann, ob das Paket 2 geöffnet worden ist oder nicht. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Sensor 16a ein gegen mechanische Beschädigung oder Beanspruchung empfindliches Bau- element, beispielsweise einen dünnen Draht, oder eine auf einen bruchempfindlichen Werkstoff, beispielsweise auf Glas, aufgedampfte Leiterbahn umfasst, deren elektrischer Widerstand durch Zerstören unendlich wird.

Der Sensor 16b ist beispielsweise ein Temperatur- oder Feuch- tigkeitssensor, mit dem die Temperatur oder die Feuchtigkeit der Umgebung erfasst wird. Die Sensoren 16a, b sind vorzugsweise ebenfalls m Polymertechnik hergestellt.

Zusätzlich oder anstelle der m der Figur dargestellten Sen- soren können auch andere Sensoren vorgesehen sein, mit denen beispielsweise die Beschleunigung oder andere physikalische oder chemische Messgroßen erfasst werden können. Die Sensoren können dabei sowohl reversibel oder irreversibel sein, d.h. unter dem Emfluss der jeweiligen Messgroße eine reversible oder irreversible elektrisch auswertbare Zustandsanderung erfahren. Grundsatzlich ist es auch möglich, Sensoren auf dem Substrat 40 anzuordnen, wenn Messgroßen, beispielsweise Temperatur, Beschleunigung oder Feuchte, erfasst werden sollen, die anders als beispielsweise ein elektronisches Bruchsiegel einen auf das gesamte Stuckgut 2 einwirkenden Umweltemfluss erfassen.

Der elektronische Schaltkreis 6 ist auf der Basis organischer Halbleiter, vorzugsweise m so genannter Vollpolymer-Technik aufgebaut, d.h. alle aktiven und passiven Bauelemente des e- lektronischen Schaltkreises 6 bestehen aus leitenden, halbleitenden bzw. isolierenden organischen bzw. polymeren Werkstoffen, und sind m einer Fertigungstechnologie hergestellt, wie sie dem Grundsatz nach beispielsweise m „Applied Physics Letters", Vol. 73, No . 1, Juli 1998, Seiten 108 bis 110, offenbart ist.

Gemäß Fig.2 ist auf einem Substrat 40, beispielsweise ein Foliensubstrat auf Polyester- oder Polyimidbasis, unter Verwen- düng einer leitfahigen Paste, beispielsweise ein mit Metallpartikeln gefülltes polymeres Bindemittel, die Antenne 8 m Form einer ebenen Leiterbahn mittels Siebdruck aufgedruckt. Ein ebenfalls in Drucktechnik auf das Substrat 40 aufgebrachter Kondensator 22 ist mit der Antenne 8 elektrisch leitfähig verbunden und bildet mit dieser einen Resonanzkreis. Der Kon- densator 22 dient außerdem zugleich als Energiequelle zum Zwischenspeichern der Sendeleistung (passives Tag) .

Darüber befindet sich eine Schicht eines leitfähigen Polymers, beispielsweise leitfähiges Polyanilin (PANI), die durch ein kontinuierliches Folienbeschichtungsverfahren, beispielsweise ein Tauchverfahren, aufgebracht ist. Diese Schicht dient als Elektrode für die Bauelemente mit Transistorfunktion. Das leitfähige Polymer ist durch Belichtung entsprechend der Erfordernisse des elektronischen Schaltkreises struktu- riert, so dass in einer isolierenden Matrix elektrisch leitfähige Bereiche entstehen, die dann als Gate-Elektroden der im elektronischen Schaltkreis vorliegenden Bauelemente mit Transistorfunktion (Feldeffekt-Transistoren, FETs) dienen können.

Eine auf diese Schicht aufgebrachte isolierende Polymerschicht, z.B. Polyhydroxystyrol (PHS), dient als Gate- Dielektrikum für die im elektronischen Schaltkreis 6 verwendeten Feldeffekttransistoren.

Eine weitere darüber angeordnete halbleitende Polymerschicht, z.B. Polythrophen, übernimmt die Funktion des Halbleiters.

Die elektronische Schaltung wird dann durch eine zweite leit- fähige Schicht, die beispielsweise ebenfalls aus leitfähigem PANI besteht, vervollständigt. Durch entsprechende Strukturierung entstehen in dieser leitfähigen Schicht ebenfalls Leiterbahnen sowie die jeweiligen Drain- und Sourceelektroden der jeweiligen FETs.

Grundsätzlich ist der Aufbau auch in umgekehrter Reihenfolge möglich. Die Leiterbahnen 23 zwischen den einzelnen diskreten Bauelementen 6a,b,16,22 sind ebenfalls in Polymertechnik auf dem Foliensubstrat 2 hergestellt und aus Gründen der Übersicht- lichkeit in der Figur nur symbolisch durch eine einzige Leiterbahn dargestellt.

Durch eine in der Figur aufgebrochen dargestellte Deckfolie oder Deckschicht 24 wird die gesamte Anordnung mechanisch und andere Umwelteinflüsse (Licht, Feuchte, Gase) geschützt. Diese Deckschicht 24 kann dann gegebenenfalls in der Art von Briefmarken mit Werbung oder mit einer optisch auslesbaren Information 28, beispielsweise ein Barcode, bedruckt sein. Das Substrat 40 ist auf seiner den Bauelementen 6a,b,22,16c gegenüberliegenden Flachseite mit einer Klebeschicht 26 versehen, die ein einfaches Anbringen der erfindungsgemäßen Einrichtung auf dem Stückgut ermöglicht.

Im Bereich des Sensors 16c kann es je nach Messgröße, bei- spielsweise für einen Gassensor oder einen Feuchtesensor, zweckmäßig sein, die Deckschicht 24 mit einer Aussparung zu versehen, so dass diese nur die den Sensor 16c umgebenden e- lektronischen Bauelemente verkapselt und vor Umgebungseinflüssen schützt.

Im Ausführungsbeispiel umfasst der elektronische Schaltkreis 6 einen Vollpolymer-IC 6a, der im wesentlichen die Speicherung, Aus- und Eingabe von Daten, sowie die zum Ansteuern der Antenne 8 erforderlichen elektronischen Bauelemente enthält. Neben dem Vollpolymer-IC 6a ist eine ebenfalls bevorzugt in Vollpolymer-Technik hergestellte Auswerteelektronik 6b auf dem Foliensubstrat augebracht, die an die Erfordernisse des jeweiligen Sensors 16c angepasst ist, und die Verwendung standardisierter organischer ICs ermöglicht.

Der Sensor 16c ist vorzugsweise ebenfalls auf der Grundlage organischer Werkstoffe, insbesondere in Vollpolymer-Technik ) NJ NJ P¹ P¹

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Claims

Patentansprüche

1. Einrichtung zum Kennzeichnen von Stückgut (2), insbesondere Briefmarke, mit einem auf einem Substrat (40) angeordne- ten elektronischen Schaltkreis (6) zur Speicherung sowie zur Aus- und/oder Eingabe von Daten, der im wesentlichen aus organischen Werkstoffen aufgebaut ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einer Antenne (8) zum Empfangen und/oder Senden von Daten.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, bei der die Antenne (8) auf dem Substrat (40) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem elektrischen Anschlusskontakt (32) zum Herstellen einer elektrischen Verbindung mit einer externen Lese- und/oder Schreibeinrichtung.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Energiequelle (30) zum Versorgen des elektronischen Schaltkreises (6).

6. Einrichtung nach Anspruch 5, bei der die Energiequel- le (30) auf dem Substrat (40) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der als Energiequelle (30) ein optoelektronisches Bauelement vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der als Energiequelle (30) eine Batterie vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der die Batterie eine Folienbatterie ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die bei der das Substrat (40) auf einer seiner Flachseiten mit einer Klebeschicht (26) versehen ist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die auf ihrer Oberfläche mit einer optisch auslesbaren Information (28) versehen ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, bei der die optisch ausles- bare Information einen Barcode umfasst.

13. Einrichtung zum Kennzeichnen von Stückgut, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Sensor

(16a,b,c,d) zum Erfassen einer physikalischen oder chemischen Messgröße.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, bei der als Sensor (16a,b,c,d) ein Temperatursensor vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, bei der als Sensor (16a,b,c,d) ein Feuchtigkeitssensor vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, bei der als Sensor (16a,b,c,d) ein gegen mechanische Beschädigung oder Beanspru- chung empfindliches Bauelement vorgesehen ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 14, bei der als Sensor (16a,b,c,d) ein Beschleunigungssensor vorgesehen ist.

18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, deren e- lektronischer Schaltkreis (6) einen Speicher zum Speichern der vom Sensor (16a,b,c,d) erfassten Messwerte enthält.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei der der Sensor (16a,b,c,d) im wesentlichen aus einem organischen Werkstoff aufgebaut ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, bei der der Sensor (16c, d) auf dem Substrat (40) angeordnet ist.