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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet von Schichtanordnungen für Leiterplatten.
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Hintergrund
der Erfindung
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Eine
Leiterplatte dient der Aufnahme elektronischer Bauelemente sowie
ihrer elektrischen Verbindung untereinander. Die Leiterplatte umfaßt üblicherweise
mindestens eine elektrisch nicht leitende Isolierschicht und eine
Leiterschicht aus elektrisch leitendem Material, die zum Verbinden
der elektronischen Bauelemente dient. Je nachdem, ob die Isolierschicht
nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit einer Leiterschicht
bedeckt ist unterscheidet man zwischen einer einseitigen und einer
doppelseitigen Leiterplatte. Es ist auch möglich, daß die Leiterplatte mehrere
Isolierschichten mit zwischenliegenden Leiterschichten umfaßt. Derartige
Leiterplatten werden als Mehrschicht-Leiterplatten bezeichnet.
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Die
Herstellung elektronischer Leiterplatten umfaßt eine Vielzahl an Produktionsschritten.
Um in einer Leiterplattenfabrik bei der parallelen Fertigung unterschiedlich
gestalteter Leiterplatten Verwechselungen vorbeugen und die von
den Leiterplatten durchlaufenen Prozeßschritte verfolgen zu können, kann
vorgesehen sein, die Leiterplatten zu kennzeichnen. Gegenwärtig ist
es üblich,
eine derartige Kennzeichnung mittels Barcode oder Datenmatrixcode
vorzunehmen, wobei der Code auf die Leiterplatte geklebt, gelasert
oder gedruckt wird. Der Leiterplattenhersteller identifiziert sein
Produkt beim Kunden beispielsweise mittels eines Firmenlogos, einer
Datumscodierung oder einer Kurzcodierung, welche in den unterschiedlichsten
Formen im Rahmen des Leiterplattenherstellungsprozesses aufgebracht werden
können.
Wegen des begrenzt zur Verfügung stehenden
Platzes auf den Leiterplatten, ist der Umfang der auf der Leiterplatte
abbildbaren Informationen limitiert, beispielsweise steigt beim
Barcode die Kennzeichengröße mit dem
Informationsgehalt.
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In
den vergangenen Jahrzehnten hat sich die RFID-Technologie („Radio
Frequency Identification") soweit
entwickelt, daß sie
heute in den verschiedensten Bereichen wirtschaftlich eingesetzt
werden kann. Das Herzstück
der RFID-Technologie ist der sogenannte RFID-Transponder. Hierbei handelt es sich um
ein Identifikationsmittel, welches an einem Gegenstand angebracht
werden kann. Das Identifikationsmitel kann anschließend mittels
Senden von hochfrequenten Funksignalen, die von einer Ausleseeinheit
empfangen werden, Auskunft über
den Gegenstand erteilen. Das Identifikationsmittel umfaßt herkömmlich eine
flächig
ausgedehnte Antenne zum Empfangen und zum Senden von Funksignalen
sowie eine Speichereinheit, die bestimmte Informationen über den
Gegenstand enthält.
Weiterhin ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche zwischen der Speichereinheit
und der Antenne vermittelt, das heißt die über die Antenne empfangenen
Daten in dem Speicher hinterlegt und/oder die gespeicherten Daten über die
Antenne versendet. Wegen des gegenwärtigen Standes der Mi niaturisierung
elektronischer Bauelemente ist die Größe eines derartigen Identifikationsmittels
im Wesentlichen durch die Größe der Antenne
bestimmt, deren Ausgestaltung sich hauptsächlich nach der genutzten Frequenz
des Funksignals richtet. Die in einem RFID-System genutzte Frequenz
kann zwischen einigen hundert Kiloherz bis zu einigen Gigahertz
liegen, und richtet sich nach dem Betriebsanforderungen, zum Beispiel
benötigte Reichweite,
maximale Größe des Kennzeichnungsmittels,
Kosten und/oder andere.
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Es
wurde vorgeschlagen, zumindest Teile des RFID-Transponders mit Bauelementen
aus der Polymerelektronik herzustellen. Hierbei handelt es sich
um eine sich entwickelnde Technologie, bei der elektronische Bauelemente
aus organischen Materialien mit Leiter- und/oder Halbleitereigenschaften
gebildet sind. Beispielsweise wurden funktionsfähige organische Transistoren
entwickelt (vergleiche Clement et. al. im Journal of Materials Research,
Band 19, Nummer 7, Seite 1963 ff.). Ein wesentlicher Vorteil dieser
Technologie gegenüber
der Siliziumtechnologie ist die Möglichkeit, derartige organische
Materialien mittels herkömmlicher
Druckverfahren strukturiert auf einen Schaltungsträger aufzubringen – hierzu
können
bekannte, hochproduktive Verfahren der Druckindustrie zum Einsatz
kommen, beispielsweise Offset-Druckverfahren.
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Die Erfindung
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung einer Schichtanordnung, bei
der die Möglichkeit
zur Speicherung von Informationen, insbesondere betreffend Herstellungs-
und/oder Herstellerinformationen, erweitert sind.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Schichtanordnung nach dem unabhängigen
Anspruch 1, ein Halbzeug nach dem unabhängigen Anspruch 18, eine Leiterplatte
nach dem unabhängigen Anspruch
19 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 20 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine
Schichtanordnung für
eine Leiterplatte zur Aufnahme einer elektronischen Schaltung mit
einem Stapel von mehreren Schichten, die mindestens eine Leiter schicht
aus einem elektrisch leitenden Material und mindestens eine Isolierschicht
aus einem elektrisch isolierenden Material umfassen, und einem RFID-Transponder vorgesehen.
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Gegenüber der üblichen
Kennzeichnung der Leiterplatten, beispielsweise mittels Barcode,
hat die Erfindung den Vorteil, daß in dem RFID-Transponder eine
unbeschränkte
Menge an Informationen über die
Leiterplatte gespeichert werden kann. Zusätzlich wird das Auslesen der
in dem RFID-Transponder befindlichen Informationen dadurch stark
vereinfacht, daß die
räumliche
Orientierung des RFID-Transponders zu einer Ausleseeinheit unerheblich
ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der Platzeinsparung
auf der Schichtanordnung, weil der RFID-Transponder, beispielsweise
gegenüber
einem Barcode-Etikett, erheblich kleiner sein kann.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist der RFID-Transponder auf einer Außenseite
des Stapels von mehreren Schichten angeordnet. Hierdurch wird verhindert,
daß die
von vom RFID-Transponder ausgesendeten Funksignale mittels der mindestens
einen Leiterschicht abgeschirmt werden.
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In
einer kompakten Ausführung
der Erfindung ist der RFID-Transponder in den Stapel von mehreren
Schichten eingebettet. Damit kann die auf der Schichtanordnung für andere
Zwecke zur Verfügung
stehende Fläche
vergrößert werden.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
der Erfindung sieht vor, daß der
RFID-Transponder zwischen den mehreren Schichten angeordnet ist.
Dies hat den Vorteil, daß der
RFID-Transponder
vor äußeren Einflüssen, beispielsweise
bei der Leiterplattenherstellung benutzte Chemikalien, geschützt ist.
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In
einer kompakten Weiterbildung der Erfindung ist der RFID-Transponder
zumindest teilweise in eine der mehreren Schichten eingebettet.
Das hat den Vorteil, daß die
eine der mehreren Schichten bereits mit einem RFID-Transponder ausgestattet
an dem Leiterplattenher steller geliefert werden kann. Zusätzlich wird
hiermit eine gute Schichthaftung garantiert, während gleichzeitig der RFID-Transponder zwischen
den Schichten angeordnet sein kann.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt der RFID-Transponder
Antennenmittel zum Empfangen/Senden von Funksignalen, Steuermittel,
mit denen die Funksignale verarbeitbar sind, und Speichermittel
zum Speichern elektronischer Informationen. Dies hat den Vorteil,
daß der RFID-Transponder
selbständig
Informationen über Funksignale
empfangen, diese Informationen verarbeiten und gegebenenfalls speichern,
sowie gespeicherte Informationen an die Außenwelt versenden kann.
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In
einer zweckmäßigen Ausführung der
Erfindung umfassen die Speichermittel einen permanenten Speicher.
Dies hat den Vorteil, daß die
sich im permanenten Speicher befindenden Informationen, beispielsweise über den
Hersteller, nicht leicht gefälscht
werden oder auf andere Weise verlorengehen können.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfassen die Speichermittel
einen Schreib-/Lesespeicher. Hierdurch wird die Flexibilität beim Gebrauch
des RFID-Transponders
erheblich erhöht, weil
Informationen fortlaufend hinzugefügt werden können.
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Bei
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind in den Speichermitteln
Fertigungsinformationen über
einen Fertigungsprozeß des
Stapels von mehreren Schichten elektronisch gespeichert. Hierdurch
wird ein lückenloses
Nachvollziehen des Fertigungsprozeßes erlaubt, um beispielsweise
die Quellen bei der Leiterplattenherstellung aufgetretener Fehler
aufdecken zu können.
Die Fertigungsinformation kann Informationen über beim Fertigen der Schichtanordnung
einwirkende Umweltbedingungen umfassen. In einer weiteren bevorzugten
Ausgestaltung sind im RFID-Transponder Sensormittel zum Erfassen
von physikalischen Größen, beispielsweise Temperatur,
Druck, Luftfeuchte, integriert, durch die Umweltbedingungen charakterisiert
werden. Die erfaßten
Daten werden an die Speichermittel übergeben. Hierdurch wird ein
lückenloses
Nachvollziehen einwirkender Umweltbedingungen während des Leiterplattenherstellungsprozesses,
der Weiterverarbeitung der Leiterplatte in einer elektronischen
Baugruppe und beim Endanwender ermöglicht.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, daß der
RFID-Transponder ein passiver RFID-Transponder ist. Hierbei wird
die für
das Senden der Funksignale benötigte
Energie aus dem Feld eines empfangenen Anfragesignals beziehungsweise
Auslesesignals eines externen RFID-Lesegerätes entnommen. Das führt dazu,
daß der RFID-Transponder
kleiner und preisgünstiger
hergestellt werden kann und weniger Platz beansprucht.
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Eine
zweckmäßige Weiterbildung
der Erfindung sieht vor, daß der
RFID-Transponder ein aktiver RFID-Transponder ist. Das bedeutet,
daß der RFID-Transponder
Energiespeichermittel umfaßt, welche
zur Energieversorgung dienen. Diese Ausführungsform erlaubt die Benutzung
einer einfacheren und/oder preisgünstigeren externen Ausleseeinheit
für das
Auslesen des RFID-Transponders, weil die externe Ausleseeinheit
den RFID-Transponder nicht mit Energie versorgen muß.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfaßt
der RFID-Transponder eine elektronische Schaltung mit Bauteilen
aus organischen Materialien. Die Schichtanordnung weist hierdurch ein
niedrigeres Gewicht auf und kann kostengünstiger, beispielsweise mittels
herkömmlicher
Druckverfahren, hergestellt werden, als es ein auf Siliziumtechnologie
basierender RFID-Transponder erlauben würde.
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In
einer zweckmäßigen Ausführung der
Erfindung ist die mindestens eine Leiterschicht als eine einseitige äußere Beschichtung
aus dem elektrisch leitenden Material gebildet. Hierdurch können aus der
Schichtanordnung einseitige Leiterplatten hergestellt werden, welche
sowohl in ihrer Entwicklung als auch in ihrer Produktion sehr preisgünstig sind.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt die mindestens
eine Leiterschicht eine beidseitige äußere Beschichtung aus dem elektrisch
leitenden Material. Hierdurch können
aus der Schichtanordnung doppelseitige Leiterplatten mit höherer Anzahl
an elektrischen Verbindungsmöglichkeiten
zwischen elektronischen Bauelementen auf der Leiterplatte hergestellt
werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterführung
der Erfindung sieht vor, daß die
mehreren Schichten der Schichtanordnung als eine Mehrschichtanordnung für eine Mehrschicht-Leiterplatte
ausgebildet sind. Auf einer derartigen Mehrschicht-Leiterplatte
können eine
sehr hohe Anzahl an elektrischen Verbindungen zwischen den elektronischen
Bauelementen auf der Leiterplatte hergestellt werden.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der RFID-Transponder
mit Hilfe eines Haftmittels haftend an dem Stapel mehrerer Schichten
angeordnet. Hierdurch wird ein einfaches, kostengünstiges
und sicheres Anbringen des RFID-Transponders an der Schichtanordnung
garantiert.
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Die
Schichtanordnung kann vorteilhaft in einer Leiterplatte oder einem
Halbzeug zur Herstellung einer Leiterplatte genutzt werden.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der Erfindung in den abhängigen
Verfahrensansprüchen
weisen die in Verbindung mit den zugehörigen Vorrichtungsansprüchen aufgeführten Vorteile
entsprechend auf.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsbeispielen
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Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf Figuren einer Zeichnung näher
erläutert.
Hierbei zeigen:
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1 eine
Seitenansicht einer Schichtanordnung mit einer Isolierschicht, einer
Leiterschicht und einem RFID-Transponder;
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2 die
Schichtanordnung aus 1 in der Draufsicht;
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3 eine
Seitenansicht einer Schichtanordnung mit einer beidseitig mit Leiterschichten
belegten Isolierschicht und einem RFID-Transponder;
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4 eine
Seitenansicht eines Stapels von mehreren Schichten mit drei Leiterschichten
und zwei Isolierschichten mit einem zwischen den mehreren Schichten
angeordneten RFID-Transponder; und
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5 eine
Leiterplatte mit einer Isolierschicht, einer strukturierten Leiterschicht
und einem RFID-Transponder.
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1 zeigt
eine Seitenansicht einer Schichtanordnung 1 mit einer Isolierschicht 2 aus
einem elektrisch isolierenden Material und einer Leiterschicht 3,
an der ein RFID-Transponder 4 angeordnet ist. Hierbei befindet
sich die Leiterschicht 3 unterhalb und der RFID-Transponder 4 oberhalb
der Isolierschicht 2. Der RFID-Transponder 4 kann
aber auch auf der Oberfläche
der Leiterschicht 3 angeordnet sein, wobei eine elektrische
Isolierung zwischen der Leiterschicht 3 und dem RFID-Transponder 4 vorgesehen
sein muß,
um einen Kurzschluß zwischen
der Leiterschicht 3 und dem RFID-Transponder 4 zu
vermeiden. Der RFID-Transponder 4 kann auf jede geeignete
Weise an die Schichtanordnung 1 angeordnet sein. Beispielsweise
kann hierfür
ein Haftmittel verwendet worden sein.
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Der
RFID-Transponder umfaßt
Antennenmittel, Steuermittel, Speichermittel und Sensormittel. Die
Antennenmittel dienen dazu, Funksignale zu erzeugen und/oder zu
empfangen. Hierbei können
die optimale Form, Größe sowie
andere Gestaltungsparameter der Antennenmittel der benutzten Frequenz des
Funksignals, entsprechend angepaßt werden.
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Die
Speichermittel dienen zum Speichern von Informationen, beispielsweise über den
Verlauf des Herstellungsprozesses der Leiterplatte. Es kann ein
permanenter Speicher vorgesehen sein, dessen Inhalt nur einmal,
beispielsweise bei der Herstellung des RFID-Transponders 4 oder
vor der Bestückung der
Schichtanordnung 1 mit dem RFID-Transponder 4,
beschrieben wird und danach nur noch ausgelesen werden kann. Die
Speichermittel können
auch einen Schreib-/Lesespeicher umfassen, welcher fortlaufend von
den Steuermitteln ausgelesen und/oder beschrieben werden kann.
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Die
Steuermittel dienen im wesentlichen der Kommunikation zwischen den
Speichermitteln und den Antennenmitteln. Die Steuermittel können die von
den Antennenmitteln empfangenen Funksignale in Informationen umwandeln,
welche dann verarbeitet und in einen Schreib-/Lesespeicher geschrieben werden. Die
Steuermittel können
auch Informationen, welche in den Speichermitteln gespeichert sind, für das Versenden
vorbereiten, um sie dann an die Antennenmittel weiterzuleiten, welche
die entsprechenden Funksignale erzeugen. Die Steuermittel können beispielsweise
einen Mikrocontroller umfassen.
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Die
Sensormittel dienen zum Erfassen von physikalischen Größen für Umweltbedingungen
beim Herstellungsprozeß,
beispielsweise Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit oder dergleichen.
Die Sensormittel stellen die erfaßten Meßwerte in Form von elektrischen
oder optischen Signalen den Steuermitteln zur Verfügung, welche
die Signale weiterverarbeiten. Beispielsweise können die Signale in Form von
elektronischen Daten in den Speichermitteln hinterlegt werden.
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Der
RFID-Transponder 4 kann einen Energiespeicher, beispielsweise
eine Batterie, für
die Energieversorgung umfassen. Derartige RFID-Transponder 4 werden
als aktive RFID-Transponder
bezeichnet. Ein RFID-Transponder 4 ohne einem Energiespeicher
wird als passiver RFID-Transponder bezeichnet. Ein derartiger RFID-Transponder 4 entnimmt
die für
seine Funktion benötigte
Energie aus dem elektromagnetischen Feld des von den Antennenmitteln
empfangenen Funksignals.
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2 zeigt
die Schichtanordnung aus 1 in Draufsicht. Der RFID-Transponder 4 kann
an jedem beliebigen Ort auf der Oberflächen der Schichtanordnung angeordnet
sein. Vorzugsweise ist der RFID-Transponder 4 an einem
Ort auf der Oberfläche
angeordnet, an dem er den Herstellungsprozeß für die Schichtanordnung 1 nicht
behindert. Die Antennenmittel des RFID-Transponders 4 sind
mit einer quadratischen Grundfläche
dargestellt, können
jedoch jede beliebige Form annehmen, sofern seine Funktionalität dadurch
nicht beeinflußt
wird. Beispielsweise kann es eine kreisförmige Fläche bedecken. Die Antennenmittel,
die Steuermittel, die Speichermittel und/oder die Sensormittel können zumindest
teilweise aus organischen Materialien aufgebaut sein. Beispielsweise
können
die Antennenmittel elektrisch leitende Polymere und/oder die Steuermittel Bauelemente
aus der Polymerelektronik umfassen.
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3 zeigt
eine weitere Schichtanordnung 30 mit einem Stapel aus einer
Isolierschicht 2 und einer oberhalb der Isolierschicht 2 angeordneten,
oberen Leiterschicht 31 sowie einer unterhalb der Isolierschicht 2 angeordneten,
unteren Leiterschicht 32. Der RFID-Transponder 4 ist
in die obere Leiterschicht 31 eingebettet. Er kann aber
auch in die Isolierschicht 2 eingebettet, zwischen der
oberen Leiterschicht 31 und der Isolierschicht 2 angeordnet
oder zwischen der unteren Leiterschicht 32 und der Isolierschicht 2 angeordnet
sein.
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4 zeigt
eine andere Schichtanordnung 50 mit einem Stapel mit einer
mittleren Leiterschicht 51 auf deren Außenseiten eine obere Isolierschicht 52 und
eine untere Isolierschicht 53 angeordnet sind. Oberhalb
der oberen Isolierschicht 52 ist die obere Leiterschicht 54 und
unterhalb der unteren Isolierschicht 53 ist die untere
Leiterschicht 55 angeordnet. Der RFID-Transponder ist in der mittleren Leiterschicht 51 eingebettet.
Er kann aber auch in jede beliebige der mehreren Schichten eingebettet
sein. Der RFID-Transponder kann auch zwischen zwei beliebigen der
mehreren Schichten angeordnet sein. Es ist allerdings darauf zu
achten, daß mittels
der Wahl geeigneter Parameter (beispielsweise der Wahl der Frequenz
des Funksignals) ein Abschirmen des Funksignals durch die Leiterschichten
vermieden wird.
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5 zeigt
eine Leiterplatte 7 von oben, welche eine Isolierschicht 2,
eine strukturierte Leiterschicht 8 und ein RFID-Transponder 4 umfaßt. Die strukturierte
Leiterschicht 8 und die Isolierschicht 2 weisen
Bohrungen 9 auf, in welche Anschlüsse elektronischer Bauelemente
eingeführt
werden können. Die
Leiterplatte 7 kann mittels herkömmlicher Verfahren für Leiterplattenherstellung
aus einer Schichtanordnung für
Leiterplatten hergestellt werden.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten
Merkmale der Erfindung, können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen von Bedeutung
sein.