CN102948267B - 通过纳米油墨来生产导体结构的转印方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于向膜材料（2，3，4）配备至少一个导电导体结构（5，6，7）的方法，其中，向热稳定转印材料（30，35）涂敷包含导体结构形式的金属纳米微粒的分散质，并且，将金属纳米微粒烧结以形成导电导体结构（5，6，7），并且，包括烧结的金属纳米微粒的导电导体结构然后被从热稳定的转印材料（30，35）转印到非热稳定的膜材料（2，3，4）。本发明也涉及一种使用配备了至少一个导电导体结构（5，6，7）的膜材料（2，3，4）来产生层压材料（11）的方法，并且涉及对应的膜材料和层压材料。本发明另外涉及使用层压材料（11）产生的产品，例如无接触数据载体、膜开关元件和包括可电测试的安全元件的有价文件。

Description

通过纳米油墨来生产导体结构的转印方法

技术领域

本发明的主题是一种用于对箔（foil）材料配备至少一种导电导体结构的方法、一种用于制造具有由箔材料构成的至少两层和在由箔材料构成的层之间的至少一个导电导体结构的层压材料的方法以及通过根据本发明的方法制造的箔材料和具有至少一种导电导体结构的层压材料。本发明的主题也是使用本发明的箔材料和层压材料制造的产品，诸如具有导电安全特征的安全文件和诸如具有IC芯片的电路单元和用于诸如平坦材料形式的无接触数据载体的应用的线圈，以及，箔电路元件，该箔电路元件可以形成为芯片卡的卡主体或者可以被集成在芯片卡中或集成在任何其他平坦材料中。

背景技术

无接触数据传输越来越赢得重要性，例如，用于检查和控制货物的目的，用于标注最不同种类的货物以便避免伪造或盗窃，并且特别地也用于电子ID文件。在此的数据载体通常是具有天线的IC芯片。该芯片由多个电子部件构成，并且该天线是导电层，通常是线圈的形式。所存储的信息可以被读出并且例如显示在显示器上，或引起某种机械反应，例如，释放或阻挡对于建筑物的某一区域的访问。期望将无接触电路单元保持为尽可能小并且特别地尽可能平坦，使得它们可以以标签的形式附接到物体的表面或作为***物集成在卡的层构造中，该卡例如是ID文件或任何其他平坦物体的卡。

例如从EP 0756244A2已知这样的电路单元。所公开的电路单元包括：至少一个绝缘载体基板，在其上定位了导电的平坦线圈；以及，集成电路，其连接点直接地或经由触点与线圈端导电连接，或与线圈端电容耦合。在绝缘载体材料上，向绝缘层交错地施加线圈层，其中，每一个绝缘层具有至少一个通道，相邻的线圈层通过该通道而导电互连，或者其中，相邻的线圈层电容地耦合，使得各个线圈层产生一个线圈。线圈层优选地使用导电涂漆印刷在或使用对应的掩模（mask）溅射在导电材料上或从位于载体材料上的导电涂层蚀刻出来。其他已知的制造方法例如是通过热印方法向载体材料涂敷导电涂层形式的箔，或者冲压（punching）出金属箔的线圈或导电涂覆的塑料箔，并且将其涂敷到载体材料。

一种用于制造线圈层和其他导体结构的优选方法是无蚀刻丝网印刷方法，其中，印刷具有导电材料的印刷浆（paste）。在印刷后，载体材料经历热处理，以便去除印刷浆的挥发性成分。

也经常期望激活或去激活，即接通和关断诸如芯片模块的电子功能元件。对于这个目的，已知箔开关元件或箔按钮。为了制造箔开关元件，其间要建立开关触点的几个箔层被一个在另一个之上地放置，并且彼此粘合。在此，在两个导电开关箔（接触箔）之间，布置了穿孔且电绝缘的中间箔，该中间箔用作隔离物，并且防止接触箔在箔开关元件的静止状态中彼此接触。该中间箔因此使得箔开关元件在静止状态中开路。通过在中间箔的穿孔区域中在两个接触箔的至少一个上施加压力，接触箔变形，并且在两个接触箔之间建立电接触。如果不施加更多的压力，则接触箔作为其弹性的结果再一次采取其原始形式。由此，中断在两个接触箔之间的电接触。因此，该箔开关元件仅在在两个接触箔的至少一个上施加压力期间闭合导电电路，并且在减小压力时将其开路。

通过导电导体结构来建立在“开关”的开关箔之间的接触和开关到功能元件的连接。可以以与上述的平坦线圈相同的方式来生产这些结构，通过印刷技术的生产是优选的。

特定优选的是，对于诸如导体路径、传导区域和接触区域的导体结构的制造，使用具有金属微粒的浆，例如，在箔上打印的具有银微粒的银导电浆。在此，产生下述问题：适合于集成到芯片卡内或箔键盘或其他平坦物体的电路单元和箔开关元件通常由塑料箔形成，即，必须在塑料箔上形成导电结构，由此，箔经常很薄，具有在大约50微米至300微米的范围内的厚度。然而，在高温下，这样的塑料箔容易受到变形、卷曲和在最差情况下收缩的影响。该属性限制在塑料箔上产生平坦导体结构的可能性。通过具有金属微粒的导电浆来印刷的结构仅可以在中等温度下被干燥，在诸如PVC和非晶PVC的通常的载体箔的情况下是在最大50°C下；聚碳酸酯、双轴取向的聚酯和纸张适合于大约100°C的温度。这在基于纸张的材料用于诸如钞票的安全纸张和有价文件时也适用于基于纸张的材料。这样的有价文件经常具有安全特征，其检查标准是导电率。通常地，期望以不显著的方式并入安全特征。然而，当其用于有价文件时，在不耐热的基板之上或之中制造窄的、平坦的、不显著的导体结构实际上是不可能的。

在适用于通常的塑料箔和基于纸张的箔的温度下，不能出现形成导体结构的金属微粒的烧结。结果是与固体金属导体结构作比较的较差的导电率和为了实现可接受的导电率的高金属消耗。因为优选地使用诸如银的贵金属来制造该导体结构，所以高金属消耗同时导致高成本。而且，要求相对较高的导体结构厚度。尽管如此，仍然需要改善所获得的导电率。对于银导电浆，可以获得固体银的导电率的至多大约1/10的值，通常更小，大约为固体银的导电率的1/20。

因此，需要一种改善的方法用于在箔材料上产生电导体结构，具体地用于产生用于电路单元的电导体结构和具有导电导体结构的其他元件，该元件能够被集成在诸如芯片卡的平坦材料中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供这样的方法。所述方法应当提供下面的优点中尽可能多的优点、优选地全部优点的组合：

-它应当允许在诸如塑料箔或箔材料的非温度稳定的载体基板上形成导体结构；

-它应当允许形成具有良好的导电率的导体结构；

-它应当允许形成平坦导体结构；

-所需的材料消耗应当低；

-处理持续时间应当短；

-应当可能在将导体结构进一步处理为最终产品之前检查该导体结构的导电率。

本发明的目的也是提供一种用于制造具有导电导体结构的层压材料以及对应的箔材料和层压材料的方法。

本发明进一步的目的是提供具有这样的导体结构的平坦材料，所述平坦材料配备或可以配备诸如IC芯片的功能元件，并且适合于被集成到卡构造中。

本发明另外的目的是提供具有这样的导体结构和电子功能元件的卡，诸如无接触数据载体。

通过具有在独立权利要求1中所述的特征的、对箔材料配备至少一个导电导体结构的方法；具有在独立权利要求9中所述的特征的、用于制造层压材料的方法；具有在独立权利要求15中所述的特征的箔材料；具有在独立权利要求16中所述的特征的层压材料；以及具有在独立权利要求19中所述的特征的芯片卡和芯片卡***物来实现所述目的。在相应的从属权利要求中陈述了根据本发明的主题的实施例。

本发明的中心思想是通过所谓的“纳米油墨”来产生导电导体结构，但是关于产生这些导体结构，不是在最终的载体材料上产生这些导体结构，而是在温度稳定的中间载体上产生这些导体结构，并且然后将它们转印在不需要温度稳定的最终载体材料上。

如上所述，具有适合于集成到芯片卡和诸如箔键盘的其他平坦材料内的电路单元的芯片卡和层压材料通常由塑料箔，特别是可热层压的塑料箔构成。材料例如是热塑性塑料，诸如聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物和乙烯基聚合物，优选地是PVC。在通常用于所述目的的箔上的形成导电结构时，应当考虑箔不是温度稳定的，这意味着在太强的加热的情况下，它们在最差的情况下会分解，但是至少被软化并且由此失去它们的形状。然而，需要绝对地避免具有导体结构的箔的变形，具体是因为否则会出现对准（register）问题。对于由纸张或纸张/塑料混合物构成的箔材料，当它们用于诸如钞票的有价文件时出现类似问题。这些箔材料也不能被暴露到高温而不改变，例如卷曲或分解。

因此，目前在用于卡构造的箔上制造导体结构的优选的方法在于：通过丝网印刷方法以期望的导体结构的形式向箔应用具有诸如银微粒的金属微粒的导电浆；然后，将所述箔在不超过50°C的温度下干燥通常在丝网印刷***的隧道式干燥器中干燥；并且，随后，将具有导体结构的干燥的箔通过热层压连接到层压材料内。在层压材料的完成的导体结构中，所述金属微粒作为相互接触的单独微粒存在。在相互接触的单独微粒之间的电接触并且因此导电率比对于连续导体结构、例如对于从固体金属层蚀刻出来的导体结构的情况中要差得多。因此，为了获得合理地可接受的导电率，必须形成相对较厚的导体结构。结果是高材料消耗以及因此导致的高成本。

根据本发明，现在已经发现了一种虽然使用非温度稳定的载体材料但是实现导电浆的金属微粒的烧结并且因此实现好得多的导电率的方式。

根据本发明，作为导电浆，使用纳米油墨。纳米油墨是金属微粒的水性悬液或基于溶剂的悬液，所述金属微粒具有在大约10nm的范围内、通常20nm至1000nm的微粒直径。金属微粒是纯金属或金属合金的微粒，优选地是银微粒、铝微粒和铜镍合金的微粒。在所述悬液中的纳米微粒的含量例如是10wt% to 30wt%，所述含量主要由期望的涂敷方法确定。适当的涂敷方法具体是印刷方法，优选地是丝网印刷、柔性版（flexographic）印刷、气溶胶印刷、喷墨印刷和凹版印刷。特别优选的是丝网印刷方法。在此，可以存在相对较高的微粒浓度，例如大约40至60wt%的金属纳米微粒。

能够从Bayer获得适当的纳米油墨，诸如：纳米银分散质Bayink TP S，银的含量是20wt%；以及，NovaCentrix的纳米银和纳米铝分散质。标准纳米银分散质具有25nm或35nm的微粒直径。然而，也可获得具有10nm至100nm的微粒大小的分散质。

纳米微粒具有与传统的导电浆的微粒相比它们能够在比低得多的温度下烧结的有益属性。通常的导电浆具有例如2微米的平均微粒大小，但是在此，存在大的变化。“烧结”被理解为表示可能利用表面熔化的、单独微粒表面烘烤在一起。通过烘烤在一起，与仅相互接触单独微粒比较，显著地改善了电接触并且因此显著地改善导电率。产生在仅物理地相互接触的单独微粒和固体材料的导体路径之间的半过渡状态。大体成立的是，纳米微粒的烧结温度越高，则导体结构的导电率越好。

银纳米微粒在大约150°C的温度下烧结。然而，对于当用于由可热层压的箔构成或产生的层压材料时在塑料箔上印刷或在纸张上印刷的导体结构而言，纳米微粒的这个烧结温度仍然太高以致于不能暴露到这些温度。箔材料由此剧烈地变形、卷曲或甚至分解。商业可获得的可热层压箔的分解例如已经在160°C开始。

根据本发明，纳米微粒的烧结因此不作用于它们的最终的载体材料，而是作用于温度稳定的中间载体。根据本发明的用于向箔材料配备导体结构的方法因此具有两个基本的方法步骤，即：一方面，在温度稳定的转印材料上产生所述导体结构；以及，另一方面，向通常是非温度稳定箔的所述期望的最终载体材料上转印所述导体结构，其中，将箔理解为诸如带状或网状的任意大小的以及通常由塑料和/或纸张构成的任意组分的平坦材料。所述平坦材料通常很薄，即，它们具有500微米或更小的厚度，通常为100微米或更小。

“非温度稳定”表示所述最终的载体材料不能以不变的形式承受的纳米微粒的烧结处理，而是将改变其形状和/或物理属性和/或化学属性。而“温度稳定”材料在烧结所需的大约150°C的最低温度下不遭受任何改变。

为了在温度稳定转印材料上产生一个或多个导体结构，首先以要形成的、但是相对于最后的导体结构镜像反转的导体结构的形式，向所述转印材料的表面上涂敷下面被称为“纳米油墨”的包含金属纳米微粒的分散质，因为向最后的载体材料上的转印处理造成导体结构的镜像反射。结果是至少在通过干燥去除载体介质后相互接触的金属纳米微粒的前体导体结构。

所述转印材料可以具有例如以圆环来引导并且连续地再用的环带的形式，或者，它可以是带有或不带有一个或多个导体结构的、从存储辊解开缠绕并且在其已经被使用后缠绕在另一个存储辊上的带，或者它可以具有辊或盘的形式。诸如带或辊的、使得处理的连续进行有可能的形式是优选的。

适当的转印材料是下述材料：一方面，纳米油墨不太强地粘附到该材料，因为烧结的导体结构必须再次从所述转印材料剥离，并且另一方面，该材料不被必须的烧结温度损害。所述转印材料不必是电绝缘的，因为它在使用所述导体结构时不再存在。

可能的转印材料主要是金属、金属合金和耐高温塑料。适当的金属和金属合金例如优选地是钢或铝，并且使金属性的或被涂覆聚合物的，以便产生优化的剥离或转印属性。适当的塑料是具有超过150°C的长期使用温度的所有那些塑料。优选的是，该塑料具有至少200°C的、更优选地至少230°C的并且特别优选地250°C和更高的长期使用温度。这样的塑料例如是某种含氟聚合物和聚酰亚胺，其中，能够加热到400°C的Kapton（DuPont）是特别优选的。而且，具有高达260°C的长期使用温度的全氟烷氧基聚合物是很适当的。

也可以使用金属或金属合金和塑料的组合，例如，具有塑料涂层的金属的带或辊或具有金属或塑料的涂层的不同材料的带或辊。许多耐高温塑料，特别是全氟化的聚合物具有它们向其他材料的粘合力低的优点。这意味着它们具有对于烧结的导体结构的良好释放属性，这便利了其转印。

涂敷纳米油墨的方式原则上是任意的，但是优选的是印刷纳米油墨。最佳印刷方法的选择主要取决于要使用的纳米油墨的种类或其纳米微粒的含量。已经提过纳米油墨和适当的涂敷方法的示例。

以完成的导体结构要具有的形式来涂敷纳米油墨。该导体结构通过烧结由纳米油墨产生的前体导体结构形成。

通过供应热量，即，通过将所述前体导体结构加热到足以至少部分地烧结金属纳米微粒的温度来进行所述前体导体结构的烧结。

因此，温度必须达到至少150°C，并且因为温度越高则烧结越好，所以优选地在至少200°C，特别优选地在至少230°C，并且具体上在250°C或更高烧结。可以例如通过被引导通过炉子的转印带或通过使用红外线辐射的照射来进行烧结。通过激光的烧结也是可能的。当使用辊作为转印材料时，主要考虑红外线烧结或激光烧结。

因为使用根据本发明的方法可以施加相对较高的烧结温度，所以在短的时间范围内，即在30秒内，优选地在15秒内，特别优选地在10秒或更少时间内进行烧结。在诸如Kapton的特别耐高温的转印材料的情况下，可以获得在5秒以下的烧结时间。很短的烧结时间带来总体短的处理持续时间。

特别是对于很高的烧结温度，在烧结处理之前简短地干燥前体导体结构，即去除分散介质是可以有意的。可以通过例如红外线处理在到烧结站的路上进行该干燥，由此，将适当地确定辐射的能量以便避免分散介质的突然开始蒸发对于前体导体结构的损害。

在烧结金属纳米微粒形成前体导体结构后，现在在转印材料的表面上存在良好导电的导体结构。在下一个步骤中，将这个导体结构转印到最终的载体材料上。因为最终的载体材料优选地是非温度稳定的可热层压的箔，所以在与最终的载体材料接触之前，其上具有导体结构的转印材料被冷却到与最终的载体材料的耐温一致的温度。优选的是，冷却进行到50°C或更低的温度。可以简单地通过转印材料必须前进通过烧结站和转印站之间的足够长的路径长度来进行该冷却，或者，该冷却可以由诸如轻微气流的设备支持。

以这种方式在转印处理上产生的导体结构因为纳米微粒的烧结而具有很好的导电率，该导电率大体在对应的固体材料的导电率的20%至50%的范围中。因此，导体结构可以很平坦，即，具有在大约1至25微米的范围中的厚度，优选地具有在大约2至10微米的范围内的厚度。

现在从可以电绝缘或不电绝缘的温度稳定的转印材料向最终的电绝缘载体材料转印导体结构。电绝缘在本上下文中表示最终的载体材料的导电率与导体结构相比较可忽略地低。导体结构的电导与电绝缘载体箔的电导的比率应当是大约1:1,000,000，优选地是1:1,000,000,000。当然，最终的载体材料也可以是温度稳定的，但是通常使用用于将导体结构附接到非温度稳定的箔材料的本发明的方法来例如用于将导体结构附接到对于制造用于芯片卡的层压材料有利的可热层压的箔材料，诸如聚酯箔、聚碳酸酯箔、聚烯烃箔、聚酰胺箔和其他热塑箔。作为最终的载体材料的特别优选的箔材料是PVC。

可以紧接在导体结构的制造之后，并且当适用时在转印材料的冷却之后，将导体结构从转印材料转印到最终的箔材料上。当转印材料是辊或以涂层、覆盖品等的形式位于辊上时，瞬时转印是唯一的便利可能。然而，在转印材料是带形式或网形式或单独的转印材料片材形式的情况下，也可能在稍后的时间点执行转印。在其上形成有导体结构的转印材料然后被缠绕或堆叠，并且可以暂时被存储和/或传送。它构成在具有导电导体结构的箔材料的制造中的中间产品。

为了将导电导体结构从转印材料转印到最终的载体箔上，转印材料和最终的载体箔被置于一起，使得要转印的导体结构位于转印材料和最终载体箔的相互接触的表面之间。通过在转印材料/导体结构/箔材料的层上施加压力，导体结构从转印材料转印到箔材料上，因为它对于箔材料具有比对于转印材料更大的粘合力。在导体结构一方面对于转印材料以及另一方面对于箔材料的粘合力之间的这种差别对于导体结构的成功转印是决定性的。因此，优选地采取措施，以便获得尽可能大的在粘合力上的差别。这样的措施是在使用之前使用表面活性剂溶液来洗刷转印材料，或者对其配备剥离涂层。这样的剥离涂层是已知的。例如，聚四氟乙烯和硅酮涂层或某种纳米微粒涂层是适当的。在此，决定性的是，基板的表面张力仍然允许通过纳米油墨的足够的湿润度。另一种可能是以粘合增强的方式来预处理或涂覆最终的箔材料。粘合增强的预处理例如是电晕处理，并且，粘合增强的涂层是具有粘合剂的涂层。适当的粘合剂具体是可由压力和/或热激活的粘合剂，其在没有激活的情况下是无粘性的。无粘性在本上下文中表示具有粘合剂涂层的箔材料可以被卷起或堆叠并且存储，而不粘贴在一起。适当的粘合剂例如是聚酰胺、聚氨酯或它们的组合，其为了热可激活能力而被覆盖保护组。可以单独地或组合地应用该措施。

用于促进导电导体结构从转印材料向最终的箔材料上的转印的另一种可能是加热箔材料。加热的热塑箔比未加热的箔上在导体结构上施加更大的粘合力，并且，箔材料的略微加热经常已经足以保证导体结构的令人满意的转印。当然，加热不能太强以使得由此损害箔材料，即，箔材料将变形或甚至分解。因为在转印时箔材料在空间上固定，所以它是相对较为由温度容忍性的。加热到50、60或70°C通常不是问题。

也可以通过具有一定比例的粘合剂之类的材料的特殊纳米油墨来获得对于箔材料的特别好的粘合。例如具有丙烯酸环氧树脂基体的纳米油墨是适当的。

原则上可以在适合于在被置于一起的材料上施加压力并且当适用时适合于向这些材料供热的每一个装置中进行转印。例如，在适用时，对于可加热的板考虑压力，但是优选的是，在两个辊之间执行转印，这使得处理的连续进行成为可能。如果在转印期间也执行加热，则优选的是以可加热的方式实现一个或两个辊，具体地说，实现在最终箔材料侧处的辊。当将转印材料形成为辊时，转印材料本身表示两个辊之一，通过其，引导箔材料以转印导体结构。如果转印材料是其上可以并排形成几个导体结构的带或网，即“宽”带，则将转印材料和最终的箔材料在独立的转印装置中放置在一起。这个转印装置优选地由辊和反压力辊组成。

最终箔材料优选地具有带、网或片材的形式。当然，它应当至少宽得使得可以完整传输在转印材料上形成的所有导体结构，在适用时，为并排形成的导体结构。

在将导体结构转印到最终载体材料上后，从其去除期望大小的单个复制品。虽然原则上也可以单独地制造每一个单个复制品，但是这种制造方式因为其麻烦和费力导致不是优选的。特别优选的是，使用带状或网状转印材料，因为这样的转印材料在进行处理时提供最大的自由度。具体地说，此处可以取决于要求，自由地选择烧结并且当适用时在烧结之前的预先干燥和/或在烧结之后的冷却所需的路径长度。另外，有可能将本发明的方法的两个主要方法步骤彼此分离，该两个主要方法步骤即一方面在转印材料上制造导体结构和另一方面将导体结构转印到最终箔材料上。可以独立于在转印材料上制造导体结构而暂时和局部地进行导体结构从转印材料到最终箔材料上的转印。

配备有多个导体结构或配备有至少一个导体结构的箔现在可以与另外的箔组合为层压材料，该另外的箔同样在适用时具有一个或多个导体结构。在图4至9中表示根据本发明的层压材料的一些示例性实施例。优选的层压方法是热层压。优选的是，为了制造由层压材料构成的箔，唯一地使用可热层压的箔，但是原则上也可以使用非可热层压的箔。当箔针对执行的热层压处理具有太高软化点时，必须在对应的箔和一个或多个相邻的箔之间提供适当的粘合剂，诸如热熔粘合剂，使得与热层压一样，在箔之间产生材料锁定方式的连接。优选的是，作为箔复合材料的覆盖层，层压或排列箔作为保护层，改善防潮性或者静电可充电。层压或排列的箔也可以被填充电子部件或其他元件。所有的材料可以根据期望是透光的或不透明的，并且当适用时是彩色的。显然，与导体结构接触的所有箔必须是电绝缘的。单独的箔可以在各种情况下在整个层压材料上延伸，但是当它们具有适当的大小从而以绝缘的方式来分离相邻的导体结构时也是足够的。这意味着利用根据本发明的向箔材料配备导体结构的方法，并非必须遍布地形成箔材料，而是在许多情况下已经具有在以后的层压材料中所期望的通孔。

优选的是，取决于材料，在大约100°C至150°C的温度下在层压压力的层压板之间进行层压，但是例如，也可以在两个层压辊之间执行该层压。可以使用具有期望的最终大小的层压材料来执行层压，但是优选的是，将具有多个单个复制品的片材材料彼此层压，该多个单个复制品以后被切割为期望的大小。优选地以带形式或网形式制造的、根据本发明的方法获得的具有导体结构的箔材料因此被切割为期望的片材材料大小以用于层压。可以以下述方式执行层压，即使得将要制造的层压材料的所有箔在一个单个加工处理中层压为箔复合物，或制造两个或更多的部分箔复合材料，该两个或更多的部分箔复合材料然后在另一个加工处理中被彼此层压或排列为期望的层压材料。

所获得的层压材料可以是已经完成的卡，但是通常是要被集成到卡构造内的***物。当***物具有与卡本身相同的大小时，它在卡的整个表面上延伸，并且在卡构造中不出现厚度变化。因此，优选的是，以层压材料要被集成到的卡或其他平坦材料元件的大小来制造本发明的层压材料。

根据本发明的具有导体结构的层压材料可以以本身已知的方式与电子功能元件组合，并且然后形成例如用于无接触数据传输的电路单元或箔键盘。具体地说，可以在一层或多层中制造导体结构，该一层或多层作为用于无接触数据传输的电路单元中的天线，或形成开关并且在层压材料的相同或不同层中接通或关断电子功能元件。

这样的电路单元的构造本身相对于材料（当然，除了使用纳米油墨并且通过转印方法向箔材料配备导体结构之外）、相对于所需的层构造、在适用时相对于在层之间的通过接触和相对于与电子功能元件的连接是传统的。在本上下文中，特别参考欧洲专利申请0756244A2。

附图说明

以下将基于附图来进一步说明本发明。要指出的是，该附图不是按照比例的并且不是成比例的。而且，在附图中表示的特征不仅适用于与在对应的附图中表示的其他特征组合。相反，在特定实施例的上下文中描述的特征可以一般地应用于根据本发明的层压材料。相同的参考标号指定相同或对应的元件。示出：

图1是顶视图形式的根据本发明的层压材料，

图2是装置的实施例的示意表示，该装置用于执行根据本发明的用于向箔材料配备至少一个导电导体结构的方法，

图3是装置的不同实施例的示意表示，该装置用于执行根据本发明的用于向箔材料配备至少一个导电导体结构的方法，

图4是顶视图形式的根据本发明的芯片卡，

图5是透视图形式的图4的芯片卡，

图6是沿着图5的线A-A的截面，

图7是分解视图形式的、具有开关的根据本发明的层压材料的部分截面图，

图8a、9a分别是从下面到图7的开关的导体结构上的顶视图，并且

图8b、9b分别是从上面到与图8a、9a的导体结构相对的图7的开关的导体结构上的顶视图。

具体实施方式

图1以顶视图示出根据本发明的层压材料11。层压材料11具有：由第一箔材料2构成的层，即，第一箔层2；以及，由第二箔材料构成的层，即，第二箔层。第二箔层是透明的，并且因此不能在附图中识别，从而可见在箔层之间的第一导体结构5和第二导体结构6。导体结构5与导体结构6连接，例如，导体结构6与导体结构5的左端连接。分别以加宽的方式来示出用于与诸如IC芯片的电子功能元件连接的导体结构5、6的端部。在示意表示中省略了IC芯片本身。第一导体结构5是如用于无接触数据交换或无接触能量供应的数据载体所需的、线圈形式的导体路径。为了制造层压材料11，例如通过丝网印刷方法或通过柔性版印刷方法来向转印材料的表面上印刷诸如具有银纳米微粒的悬液的纳米油墨。分别以与期望的导体结构5、6的形状对应的形状来涂敷纳米油墨。这样做，形成前体导体结构，其由单独的纳米微粒形成。现在优选地通过在向烧结站传送具有前体导体结构的转印材料期间使纳米油墨的载体介质蒸发，来干燥具有前体导体结构的转印材料。。

在诸如转印材料被引导通过的隧道炉的烧结站中，银纳米微粒在例250°C的温度下经历烧结处理。这样做，从第一前体导体结构产生第一导体结构5，并且从第二前体导体结构产生第二导体结构6。随后，具有导体结构5、6的转印材料被搁置冷却，然后将其与第一箔材料2放置在一起。例如在形成转印站的两个辊的辊隙中进行该放置在一起。在辊隙中，导体结构5、6从转印材料转印到第一箔材料2。第一箔材料2然后在导体结构5、6现在所位于的表面上覆盖第二箔材料，并且，将两个箔材料层压为层压材料11。在箔材料11中，在由第一箔材料构成的第一箔层2和由第二箔材料构成的第二箔层之间以保护的方式包围导体结构5、6。

图2图示根据本发明的方法的执行。具有表面31的转印材料带30被通过未示出的驱动器驱动的传送辊32、33以圆环来引导。该转印材料带由例如诸如Kapton的耐高温塑料构成。在辊32、33中的箭头表明了辊的旋转方向。通过具有印刷板的印刷圆柱22、纳米油墨转印辊23和反压力辊24示意地指示柔性版印刷单元21。通过印刷单元21，前体导体结构20印刷在转印材料带30的表面31上。前体导体结构20以它们稍后将存在于最终载体材料上但是被镜像反转的形式和布置来印刷，因为向最终的体材料上的转印处理引起结构的镜像反射。在图2中，前体导体结构20被示意地示出为矩形，然而，该结构当然可以具有任何形状。也可以并排布置几个前体导体结构20，这要求相应的更大宽度的转印材料带30，即，转印材料网。

在箭头的方向上连续地传送转印材料30，由此，前体导体结构20到达烧结站28。烧结站28例如是：转印材料带被引导通过其中的隧道炉；或者红外线辐射起或另一种热源。在到达烧结站28之前，前体导体结构20由在载体介质中的金属纳米微粒构成，该载体介质在印刷单元21和烧结站28之间的传送路径上以或多或少地强度蒸发。如果期望完全的蒸发，则可以例如通过转印材料带30的路径的蜿蜒导引或通过在印刷单元21和烧结站28之间的额外的热源来保证足够长的传送路径。在烧结站28中，将前体导体结构20加热到对于金属纳米微粒的烧结足够的温度。优选的是，转印材料的长期使用温度的上限被选择为烧结温度，因为烧结温度越高，则烧结并且因此最终导体结构的导电率越好。而且，烧结温度越高，则烧结时间越短。在银纳米微粒和大约250°C的烧结温度的情况下，烧结处理仅持续几秒。在烧结后，不再存在相互仅物理地接触的金属纳米微粒，就像在前体导体结构20中那样，而是已经形成了具有对应的良好导电率的连续金属结构。

现在进一步传送这些“完成”的导体结构5，以便被转印到它们的最终载体材料上。诸如PVC箔的最终载体材料2不是温度稳定的，这就是为什么具有导体结构5的转印材料带30在与最终载体材料2的接触前必须被充分地冷却。在传送路径上自动地或通过在烧结站28和转印站40之间的（未示出的）冷却装置来进行冷却。在所示的实施例中，转印站40由转印材料带30的转印卷33和反压力辊43构成。导体结构5要被转印到箔材料2的表面2'上，该箔材料2位于存储辊41上，从这个存储辊解开，并被引导通过转印站40的辊隙，并且最终再一次被缠绕在另一个辊42上。箭头分别指示移动方向。在所示的实施例中，箔材料2方便地具有与转印材料带30大体相同的宽度，该宽度不允许前体导体结构20或导体结构5的并排布置。箔材料2被表示为连续箔，但是箔材料依赖于以后的使用目的也可以具有通孔。

在其表面31上具有导体结构5的转印材料带30和箔材料2在转印站40的辊隙中彼此接触，使得导体结构5接触箔材料2的表面2'。通过在辊隙中施加的压力，导体结构5被压在表面2'上，并且保持粘附到该表面。加热的反压力辊43支撑该粘合，该加热的反压力辊43将箔材料2略微加热到例如大约50°C的温度，并且因此向表面2'给出较大的粘合力。当箔材料2和转印材料带30在离开辊隙后再一次彼此分离时，导体结构5位于PVC箔的表面2'上，而转印材料带30再一次没有导体结构，并且可以再一次被印刷前体导体结构20。配备了导体结构5的PVC箔2被缠绕在存储辊42上，或者替代地，在配备了导体结构5后被立即分割为具有尺寸的分段，因为具有尺寸的分段适合于以后层压为层压材料。

在图2中所示的实施例中，转印材料30具有环带的形式，这使得必须直接连续地，即在组合的***中执行在转印材料30上制造导体结构5和将它们方便地转印到箔材料2上。然而，替代地，也可能与箔材料2类似地从存储辊馈送转印材料带30，以在其上形成导体结构5，然后再一次将配备了导体结构5的转印材料带缠绕在存储辊上，以便使用它在以后的时间点和在另一个***中向箔材料2上转印导体结构5。在这样的实施例中，通过转印材料存储辊将转印材料带30馈送到传送卷32，并且取代传送卷33或在传送卷33之后，将有另一个存储辊，具有完成的导体结构5的转印材料带将被缠绕在该另一个存储辊上。

箔材料2可以也在其两个表面上配备导体结构。为了这个目的，例如，可以通过转印材料、印刷单元和烧结站的另一种布置来替换反压力辊43。

图3示出转印材料的替代实施例。在图3中所示的实施例中，转印材料具有辊35的形式，该辊35具有其上印刷前体导体结构20的表面36。辊35可以例如由金属或诸如Kapton的耐高温塑料构成，或者，也可以使用涂覆了耐高温塑料的金属辊。转印材料辊通过未示出的驱动器旋转。取代图2的柔性版印刷单元21，在图3的实施例中，使用被示意地指示为印刷头25的喷墨印刷机。使用辊状转印材料在执行方法时允许比使用带状或网状转印材料小的自由度。从图3中直接地显见的，转印材料辊35（与反压力辊43一起）形成转印站40的一部分，使得不可能暂时和局部地分离导体结构5的制造和它们向箔材料2上的转印。另外，在印刷机25和烧结站28之间以及在烧结站28和转印站40之间的传送路径被辊35的周长限定。作为用于实质烧结的热源，考虑辐射源。除此之外，在图3中所示的实施例对应于在图2中所示的实施例。

图4和5以顶视图和透视图示出芯片卡1。芯片卡1也具有线圈，就像由第一导体结构5形成的图1的线圈那样。然而，芯片卡1的线圈13由被绝缘箔层分离的两个线圈层组成。芯片卡1具有：由第一箔材料2构成的层，即，第一箔层2；由第二箔材料3构成的层，即，第二箔层3；以及，由第三箔材料构成的层，即，第三箔层，其在图4和5中未示出。箔层的每一个是电绝缘的塑料箔。在第一箔层2和第二箔层3之间，定位有形成第一线圈层的第一导体结构5，并且在第二箔层3和第三箔层之间，定位有形成第二线圈层的第二导体结构6。第二箔层3具有通孔15、16。通孔16用于以导电的方式来互连第一导体结构5和第二导体结构6，如在图6中更详细地描述的。由此导致“双层”线圈13。然而，也可以省略在中间层3中的接触窗口16。然后，在两个线圈层之间，不存在导电连接。相反，线圈层电容耦合。

在箔层3的中心区域中的通孔15用于在线圈13的端部8、9和IC芯片12之间建立导电连接。特别的，第一导体结构5的端部8位于第一箔层2上，并且它被箔层3覆盖，而没有通孔15。在所示的实施例中，选择中间层3或第二箔层的大小使得第二箔层3仅将第一导体结构5与第二导体结构6绝缘，但是不覆盖第一箔层2的中心区域。在所示的实施例中，IC芯片12因此位于第一箔层2的表面上。它以本身已知的方式经由焊接线18与第一导体结构端部8和第二导体结构端部9连接。然而，替代地，也可以遍布地形成第二箔层3。在该情况下，与在没有接触窗口16的情况下的第一和第二线圈层的电容耦合类似地，集成电路12也电容耦合到线圈13。

通过下述方式来进行芯片卡1的制造：根据本发明的上述的烧结/转印方法向第一箔材料2配备第一导体结构5，根据本发明的上述烧结/转印方法向第二箔材料3或第三箔材料配备第二导体结构6，以使得第一导体结构5位于第一箔材料2和第二箔材料3之间并且第二导体结构6位于第二箔材料3和第三箔材料之间的方式堆叠箔材料，并且将箔堆叠热层压到芯片卡1内。

当第二导体结构6位于第二箔材料3上时，不能提供接触窗口16，并且，线圈层电容耦合。当第二导体结构6位于第三箔材料上时，第二箔材料3可以具有接触窗口16，并且在导体结构5、6之间，可以形成导电连接，如图6中所示。

图6示出沿着图5的线A-A的截面。该截面图示芯片卡的层构造和在线圈层5、6之间通过中间层3的接触窗口16的导电连接。线圈层5、6在接触窗口16的区域中彼此重叠，并且在堆叠第一箔材料2、第二箔材料3和第三箔材料4时，为了将各层层压到层压材料11内，在接触窗口16的区域中向线圈层5、6之一涂敷少量的导电粘合剂19。在层压时，导电粘合剂19流入接触窗口16内，并且在导体结构5、6之间建立导电连接。

所示的芯片卡1仅具有三个箔层。但是，当然，也可以层压或排列（line）另外的箔层，由此，这些另外的箔层也可以具有根据本发明的上述烧结/转印方法或根据另一种方法制造的导电导体结构。这些另外的箔层可以与其余的箔层同时被热层压，或者，可以在几个步骤中，即对部分箔堆叠执行热层压。

与一个或多个电子功能元件组合的、具有烧结的金属纳米微粒的导体结构的所示的层压材料通常作为***物被集成到卡的层构造内。替代地，已经可以通过向箔材料配备导体结构并且随后层压箔材料以在此所述的方式制造最终的卡构造。

图7示出具有开关14的、根据本发明的层压材料11的部分截面图。以在层压前的状态但是以相对于彼此的所需的层顺序和方位来表示箔层。层压材料11具有第一箔层2、第二箔层3和第三箔层4以及另外的箔层10、10’。在箔层2的表面上，定位有通过本发明的烧结/转印方法制造的第一导体结构5。在箔层4的表面上，定位有也通过本发明的烧结/转印方法制造的另一个导体结构，该导体结构可以具有不同的形状，如图8a和图9a中所示。图8a示出没有到其他导体结构的任何连接的导电区域形式的导体结构7，并且图9a示出作为导电区域和导电路径的组合的导体结构6。在图7中，以连续的线来表示导体结构7，而导体结构6通过虚线表示为导体结构7的延伸。

图8a和9a分别示出从底部到导体结构7和6上的顶视图。图8b和9b分别示出从上部到与导体结构7和6相对的、位于箔2的表面的导体结构的顶视图。在图8b、9b中，还分别示出中间层3，该中间层3将在箔2和4，即“接触箔”上的导体结构彼此分离，但是具有通孔17，通过该通孔17，相对的导体结构可以彼此接触。通过向在（开关窗口17的）通孔17的区域中的层压材料11的弹性接触箔施加压力来建立接触，并且通过结束该压力来中断接触。当不再施加压力时，弹性箔返回到它们的初始状态。利用该布置，可以接通和关断电子功能元件。根据要建立还是中断在层压材料的不同层级之间的接触或是要建立还是中断在同一层级中的接触，来不同地设计导体结构。

图8涉及在同一层级中的导体结构之间的电接触的建立/中断。第一导体结构5和第二导体结构6（图8b）可以通过第三导体结构7（图8a）来导电互连。

图9涉及在不同层级中的导体结构之间的电接触的建立/中断。第一导体结构5（图9b）可以与第二导体结构6（图9a）导电连接。导体结构5、6和7（图8）与导体结构5和6（图9）分别一起形成开关14。再次通过下述方式来进行具有开关14的这样的层压材料11的制造：根据本发明的烧结/转印方法向箔材料2和4配备对应的导体结构5、6和7（图8）或配备导体结构5和6（图9），以在图7中所示的相对于彼此的顺序和方向将配备了导体结构的箔材料2和4以及另外的箔材料3、10和10’堆叠为箔堆叠，然后将箔堆叠热层压以便形成层压材料11。

诸如图7中所示的层压材料的层压材料适合于例如制造箔键盘。

当然，也可以在层压材料中组合几个功能。例如，可以在同一层压材料中包含极为不同形式的导体路径、一层或多层线圈和开关。通过在烧结/转印方法中的纳米油墨的根据本发明产生的导体结构非常适合于接触IC芯片，因为它们在由金或铂构成的通常的焊盘上显示很低的接触电阻。可以借助于相同或不同的纳米油墨来制造在层压材料的不同层级中的导体结构。

与由同样的纳米油墨构成的未烧结的导体结构相比较，在根据本发明的烧结/转印方法中从该纳米油墨制造的导体结构的特别的优点具体包括：

-关于导电率，金属材料的利用被改善高达50%，

-在导体结构的厚度上减小高达50%，这导致在芯片卡的光学外观上的优点，而且使得可能在有价文件中不显著地容纳导电结构，

-处理持续时间减少大约为10的系数，并且

-在进一步的处理之前，特别是在芯片***之前，特别是线圈的导体结构的电属性的最佳可检查性。

Claims (20)

1.一种用于对箔材料(2，3，4)配备至少一个导电导体结构的方法，其特征在于下面的步骤：

(a)以与将要形成的导电导体结构的形式相对应的形式向转印材料(30，35)的表面(31，36)涂敷包含金属纳米微粒的分散质，以产生由所述纳米微粒形成的前体导体结构(20)，

(b)通过将所述金属纳米微粒加热至烧结温度来烧结形成所述前体导体结构(20)的所述金属纳米微粒，以便在所述转印材料(30，35)的表面(31，36)上形成所述导电导体结构，其中所述箔材料在所述烧结温度上是非温度稳定的，

(c)将所述箔材料(2，3，4)的表面(2')和所述转印材料(30，35)的设置有导电导体结构的所述表面(31，36)接触，

(d)通过施加压力并且将所述转印材料(30，35)加热至比所述烧结温度低的转印温度，将所述导电导体结构从所述转印材料(30，35)的所述表面(31，36)转印到所述箔材料(2，3，4)的所述表面(2')，其中所述箔材料在所述转印温度上是温度稳定的，并且

(e)当适用时，从所述箔材料(2，3，4)去除具有期望大小的分段，分段具有至少一个导电导体结构，

其中，可以在步骤(a)和(b)后立即执行或在任何以后的时间点执行步骤(c)、(d)和当适用时的(e)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述转印材料，使用由金属或耐高温塑料或涂覆了耐高温塑料的材料构成的带，其中，所述耐高温塑料是全氟烷氧基聚合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为所述转印材料，使用由金属或耐高温塑料构成的辊或涂覆了耐高温塑料或金属的辊，其中，所述耐高温塑料是全氟烷氧基聚合物。

4.根据权利要求1至3的任何一项所述的方法，其特征在于，包含纳米微粒的分散质是水分散质或基于溶剂的分散质，所述水分散质或基于溶剂的分散质具有10wt％至30wt％的纳米微粒的含量和/或具有20nm至1000nm的纳米微粒的平均微粒直径，其中，所述纳米微粒是纯金属或金属合金的微粒，并且选自由银、铝和铜镍合金构成的组。

5.根据权利要求1至3的任何一项所述的方法，其特征在于，通过选自由丝网印刷、柔性版印刷、气溶胶印刷、喷墨印刷和凹版印刷构成的组的印刷方法来进行包含金属纳米微粒的所述分散质的涂敷。

6.根据权利要求1至3的任何一项所述的方法，其特征在于，在不超过30秒的时间内，在至少150℃的温度下，进行将形成所述前体导体结构(20)的所述纳米微粒烧结为所述导电导体结构。

7.根据权利要求1至3的任何一项所述的方法，其特征在于，作为要配备所述导电导体结构的所述箔材料(2，3，4)，使用包括聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物或乙烯基聚合物的可热层压箔材料。

8.根据权利要求1至3的任何一项所述的方法，其特征在于，要配备所述导电导体结构的所述箔材料(2，3，4)表面(2')以粘合增强的方式预处理，或以粘合增强的方式涂覆，以改善对所述导电导体结构的粘合，和/或以粘合减弱的方式来预处理或涂覆所述转印材料(30，35)的所述表面(31，36)，以减弱对所述导电导体结构的粘合。

9.一种用于生产层压材料(11)的方法，所述层压材料(11)至少具有由第一箔材料(2)构成的层、由第二箔材料(3)构成的层以及在由所述第一箔材料(2)构成的层和由所述第二箔材料(3)构成的层之间的至少一个导电导体结构，其中，由所述第一箔材料(2)构成的层和由所述第二箔材料(3)构成的层电绝缘并且可热层压，其特征在于下面的步骤：

-按照根据权利要求1至8的任何一项所述的方法，对所述第一箔材料(2)和所述第二箔材料(3)中的至少一个配备所述至少一个导电导体结构，

-以使得所述导电导体结构位于所述第一箔材料和所述第二箔材料之间的方式将所述第一箔材料(2)和所述第二箔材料(3)布置在彼此的顶部上，并且

-通过热层压，将所述第一箔材料和所述第二箔材料连接到所述层压材料(11)内。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

-对所述第一箔材料(2)和所述第二箔材料(3)都配备所述导电导体结构，

-以使得所述导电导体结构分别位于由箔材料构成的层之间、并且通过由箔材料构成的层彼此分离的方式将所述第一箔材料和所述第二箔材料以及第三箔材料(4)布置在彼此的顶部上，并且

-通过热层压，将所述第一箔材料和所述第二箔材料和所述第三箔材料连接到所述层压材料(11)内。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

-对至少另一个箔材料配备导电导体结构，

-以使得所述导电导体结构分别位于由箔材料构成的层之间、并且通过由箔材料构成的层彼此分离的方式将所述第一箔材料和所述第二箔材料以及当适用时第三箔材料和所述至少另一个箔材料布置在彼此的顶部上，并且

-通过热层压，将所述第一箔材料和所述第二箔材料和所述第三箔材料和所述至少另一个箔材料连接到所述层压材料(11)内。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

-对所述第一箔材料和所述第二箔材料中的至少一个在其各自的两个表面上配备导电导体结构，

-以使得所述导电导体结构分别位于由箔材料构成的两层之间、并且通过由箔材料构成的层彼此分离的方式，将所述第一箔材料和所述第二箔材料以及另一个箔材料布置在彼此的顶部上，并且

-通过热层压，将所述第一箔材料和所述第二箔材料和所述另一个箔材料连接到所述层压材料(11)内。

13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于

-对所述第一箔材料的表面配备第一和第二导电导体结构，

-根据权利要求1至8的任何一项所述的方法对所述第二箔材料配备第三导电导体结构，

-以使得所述导电导体结构位于由箔材料构成的层之间、并且通过另一个箔材料使第一和第二导电导体结构彼此分离的方式，将所述第一箔材料和所述第二箔材料和所述另一个箔材料布置在彼此的顶部上，并且

-通过热层压，将所述第一箔材料和所述第二箔材料和所述另一个箔材料连接到所述层压材料(11)内。

14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，由所述第一箔材料(2)构成的层和由所述第二箔材料(3)构成的层中的至少一个层具有通孔，其中，当适用时，所述通孔允许相互相对的导电导体结构彼此接触。

15.一种箔材料(2，3，4)，其具有至少一个导电导体结构，其特征在于，所述导电导体结构由烧结的金属纳米微粒组成，并且能够按照根据权利要求1至8的任何一项所述的方法获得。

16.一种层压材料(11)，其具有通过热层压连接的多个箔层(2,3,4,10,10')，并且具有在所述箔层之间的至少一个导电导体结构，其特征在于，所述至少一个导电导体结构由烧结的金属纳米微粒组成，并且能够按照根据权利要求1至8的任何一项所述的方法获得。

17.根据权利要求16所述的层压材料(11)，其特征在于，所述层压材料(11)具有至少一个功能元件，并且所述至少一个导电导体结构形成线圈(13)。

18.根据权利要求16所述的层压材料(11)，其特征在于，所述层压材料(11)具有至少一个功能元件和至少两个导电导体结构，所述导电导体结构形成线圈(13)或开关(14)。

19.一种芯片卡(1)或芯片卡***物，其具有通过热层压连接的多个箔层(2,3,4,10,10')和具有至少一个IC芯片(12)和至少一个线圈(13)和/或至少一个箔开关(14)的电路单元，其特征在于，所述线圈和/或所述箔开关的导电导体结构由烧结的金属纳米微粒组成，并且能够按照根据权利要求1至8的任何一项所述的方法获得。

20.根据权利要求19所述的芯片卡(1)，其特征在于，所述芯片卡(1)是无接触数据载体。