DE102009023848B4

DE102009023848B4 - Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn

Info

Publication number: DE102009023848B4
Application number: DE102009023848.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Welling Ando; Klaus Finkenzeller; Hans Heusmann
Original assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: DE102009023848A1

Abstract

Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn (L), wobei in einem ersten Druckvorgang auf einen Träger (T) eine erste Druckfarbe entlang einer vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn in einer vorbestimmten Schichtdicke (d1) und vorbestimmten Schichtbreite (b1) gedruckt wird, um eine erste Druckschicht zu erzeugen, wobei in einem zweiten Druckvorgang eine zweite Druckfarbe entlang der vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn gedruckt wird, um eine zweite Druckschicht zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet dass im ersten Druckvorgang ein Siebdruckverfahren und im zweiten Druckvorgang ein Tiefdruckverfahren als Druckverfahren eingesetzt wird, wobei als erste und zweite Druckfarbe dieselbe Druckfarbe verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn, sowie einen nach dem Verfahren hergestellten Datenträger und Bogen (Bogen oder gleichbedeutend Nutzen).
Für kontaktlos kontaktierbare kartenförmige Datenträger, beispielsweise Chipkarten mit einem Mikroprozessorchip, die zur kontaktlosen Kontaktierung eine Antenne aufweisen, in der Regel eine Antennenspule, ist es bekannt, die Antenne auf einen Körper des Datenträgers aufzudrucken.
DE 44 16 697 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines kartenförmigen Datenträgers, bei dem ein einen integrierten Schaltkreis und Kontaktelemente aufweisendes Modul in einen Körper des Datenträgers eingesetzt wird und eine Spule zur kontaktlosen Kontaktierung des elektrischen Schaltkreises im Siebdruckverfahren auf den Körper aufgedruckt wird.
Als Druckfarbe zum Drucken von Antennenspulen ist Silberleitpaste bekannt. Elektrisch leitfähige Farben sind auch auf Basis von elektrisch leitfähigen Polymeren bekannt. In der deutschen Patentanmeldung 102008058398.7 wird ein Datenträger mit einer Antenne vorgeschlagen, bei dem zumindest ein Teil der Antenne aus einer Druckfarbe gedruckt ist, die elektrisch leitfähige Fullerene, beispielsweise Carbon Nano Tubes CNTs, als elektrisch leitfähige Komponente enthält.
Bei der großtechnischen drucktechnischen Herstellung von Antennenspulen wird auf jeweils einen Bogen aus einem Trägermaterial eine Mehrzahl von Antennespulen gedruckt. Jede Antennenspule besteht aus einer antennenförmig gedruckten Leiterbahn. Bei der sogenannten Bogenprüfung werden die Leiterbahnen der einzelnen Antennenspulen auf unterbrechungsfreien Druck überprüft. Bogen mit ein oder mehreren Antennenspulen, deren Leiterbahn eine Unterbrechung aufweist, werden aussortiert und nicht weiter verwendet. Die Ausschussrate durch Unterbrechungen in Leiterbahnen kann bis zu 1 bis 5 Prozent betragen. Da leitfähige Druckfarben für den Antennendruck, insbesondere solche auf Basis von Silberleitpaste, teuer sind, werden mit den aussortierten fehlerhaft bedruckten Bogen große materielle Werte vernichtet.
Das Dokument US2005/0079707A1 aus dem Stand der Technik offenbart ein Übereinanderdrucken zweier leitfähiger Schichten, eine im Siebdruckverfahren, und eine im Inkjet-Verfahren, um elektrische Leiterbahnen zu erzeugen.
Das Dokument US2008/0008822A1 aus dem Stand der Technik offenbart ein Verfahren zum Druck von Leiterbahnen, auch Antennen, aus diffusionsfähiger leitfähiger Tinte. Strukturen werden durch Übereinanderdrucken mehrerer Schichten mit Verwendung von Barriere-Schichten erzeugt.
Das Dokument US2006/0286722A1 aus dem Stand der Technik offenbart einen Auftrag mehrerer leitfähiger Lagen aus demselben Material übereinander, um eine bestimmte Schichtdicke zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein zuverlässiges und zugleich praktikables Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn, insbesondere Antennenspule, zu schaffen. Insbesondere soll die Ausschussrate bei der derartigen Herstellung von Leiterbahnen verringert werden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 ist zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn vorgesehen. Dabei wird in einem ersten Druckvorgang auf einen Träger, z.B. ein Blatt oder einen Bogen aus einem Kunststoff, Papier, Gewebe, eine erste Druckfarbe entlang einer vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn in einer vorbestimmten Schichtdicke und vorbestimmten Schichtbreite gedruckt, um eine erste Druckschicht zu erzeugen, und um der Leiterbahn die Form der vorbestimmten Kontur zu geben. Durch die Schichtbreite ist häufig, aber nicht notwendig, bereits die Breite der Leiterbahn festgelegt. Das Verfahren umfasst weiter, dass in einem zweiten Druckvorgang eine zweite Druckfarbe entlang der Form der vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn aufgedruckt wird, um eine zweite Druckschicht zu erzeugen.
Im zweiten Druckvorgang wird eine Druckfarbe entlang derselben Kontur aufgedruckt wie im ersten Druckvorgang. Im zweiten Druckvorgang wird zumindest teilweise oder auch ganz auf die im ersten Druckvorgang gedruckte Druckfarbe gedruckt und nur höchstens teilweise auf den Träger, d.h. die erste Druckschicht und die zweite Druckschicht überlappen zumindest teilweise. Falls im ersten Druckvorgang Unterbrechungen in der Leiterbahn entstehen, ist die Wahrscheinlichkeit, dass im zweiten Druckvorgang Unterbrechungen an denselben Stellen entstehen wie im ersten Druckvorgangs, vernachlässigbar. Somit werden im ersten Druckvorgang evtl. entstandene Unterbrechungen durch den zweiten Druckvorgang mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit repariert, so dass durch die zwei aufeinanderfolgenden Druckvorgänge mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit eine unterbrechungsfreie Leiterbahn hergestellt wird. Die Ausschussrate bei der Herstellung von Leiterbahnen ist verringert. Da im zweiten Druckvorgang ein Drucken entlang derselben Kontur wie im ersten Druckvorgang durchgeführt wird, kann zudem für den zweiten Druckvorgang dieselbe Druckvorrichtung mit derselben Einstellung von Druckparametern verwendet werden wie für den zweiten Druckvorgang. Außerdem kann ein Ermitteln von im zweiten Druckvorgang zu reparierenden Unterbrechungen und gezieltes einzelnes Reparieren derselben entfallen. Das Verfahren ist somit auch sehr praktikabel.
Erfindungsgemäß wird im zweiten Druckvorgang ein weniger Druckfarbe benötigendes Druckverfahren eingesetzt als im ersten Druckvorgang. Genauer wird im ersten Druckvorgang ein Siebdruckverfahren und im zweiten Druckvorgang ein Tiefdruckverfahren als Druckverfahren eingesetzt. Da beim Tiefdruckverfahren weniger Farbe benötigt wird als beim Siebdruckverfahren, ist der Bedarf an Druckfarbe im zweiten Druckvorgang geringer. Weiter wird als erste und zweite Druckfarbe dieselbe Druckfarbe verwendet.
Daher ist gemäß Anspruch 1 ein zuverlässiges und praktikables Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn geschaffen.
Vorzugsweise wird im zweiten Druckvorgang eine geringere Menge Druckfarbe verwendet wird als im ersten Druckvorgang. Mit einem zweiten Druckvorgang, der eine im Wesentlichen identische Wiederholung des ersten Druckvorgangs darstellt, insbesondere mit im Wesentlichen derselben Menge Druckfarbe, wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens wesentlich erhöht. Allerdings steigen auch die Kosten des Verfahrens erheblich, da Druckfarbe für einen kompletten zweiten Druckvorgang aufgewendet werden muss. Wenn hingegen im zweiten Druckvorgang eine geringere Menge Druckfarbe verwendet wird, und dabei entlang derselben Kontur gedruckt wird wie im ersten Druckvorgang, wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens im Wesentlichen gleichermaßen erhöht, wie wenn eine identische Wiederholung des ersten Druckvorgangs durchgeführt würde. Die Kosten sind auf Grund der geringeren Menge Druckfarbe dagegen reduziert. Hierdurch ist ein zuverlässiges und zugleich kostengünstiges Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn geschaffen.
Wahlweise wird die geringere Menge Druckfarbe durch eine geeignete geometrische Gestaltung der im zweiten Druckvorgang gedruckten Leiterbahn erreicht. Wahlweise wird die geringere Menge Druckfarbe durch eine geeignete Auswahl eines für den zweiten Druckvorgang angewendeten Druckverfahrens erzielt. Wahlweise wird im zweiten Druckvorgang die Druckfarbe in einer geringeren Schichtdicke gedruckt als im ersten Druckvorgang und dadurch ein zweiter Druckvorgang mit einer geringeren Menge Druckfarbe erzielt. Die zweite Druckschicht hat somit eine geringere Schichtdicke als die erste Druckschicht. Wahlweise wird im zweiten Druckvorgang die Druckfarbe in einer geringeren Schichtbreite gedruckt als im ersten Druckvorgang und dadurch ein zweiter Druckvorgang mit einer geringeren Menge Druckfarbe erzielt. Die zweite Druckschicht hat somit eine geringere Schichtbreite als die erste Druckschicht.
Wahlweise ist als vorbestimmte Kontur eine Antennenspule oder zumindest ein Teil einer Antennenspule vorgesehen.
Beispiele von verwendbaren Druckfarben sind Silberleitpaste, Druckfarbe mit Fullerenen, z.B. CNTs (Carbon Nano Tubes) als leitfähiger Komponente und Druckfarben auf Basis von leitfähigen Polymeren.
Ein Datenträger mit einer Leiterbahn, gedruckt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, ist beispielsweise als kontaktlos kontaktierbare Chipkarte mit einem Mikrochip und einer zur Kontaktierung des Mikrochips eingerichteten Antennenspule gestaltet, wobei als Leiterbahn die Antennenspule oder zumindest ein Teil der Antennenspule vorgesehen ist.
Ein erfindungsgemäßer Bogen ist mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen, z.B. Antennenspulen, bedruckt. Jede Leiterbahn ist gedruckt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Bogen ist wahlweise ein Halbfertigprodukt, auf Grundlage dessen durch nachfolgende weitere Verfahrensschritte und anschließende Vereinzelung eine Mehrzahl von Datenträgern erzeugt wird, je ein Datenträger auf Grundlage einer Leiterbahn, z.B. Antennenspule.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der zeigen:

1 eine schematische Veranschaulichung einer in zwei aufeinander folgenden Druckvorgängen gedruckten Leiterbahn in Draufsicht;
2 im Querschnitt einen Träger mit zwei aufgedruckten Leiterbahnen, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3 schematisch einen Bogen mit einer Mehrzahl von Antennenspulen zur Herstellung einer Mehrzahl von Datenträgern in Draufsicht.

1 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer in zwei aufeinander folgenden Druckvorgängen gedruckten Leiterbahn L. In einem ersten Druckvorgang wird entlang einer vorbestimmten Kontur, hier einer geraden Linie, eine erste Leiterbahnspur D1 gedruckt, die versehentlich in einem ersten Unterbrechungsbereich U1 unterbrochen ist. In einem zweiten Druckvorgang wird entlang derselben Kontur bzw. Linie eine zweite Leiterbahnspur D2 gedruckt, die versehentlich in einem vom ersten Unterbrechungsbereich U1 unterschiedlichen Unterbrechungsbereich U2 unterbrochen ist. Die Leiterbahnspuren D1, D2 sind in den ersten beiden Zeilen von 1 der Übersichtlichkeit halber nebeneinander dargestellt, werden aber tatsächlich übereinander gedruckt, so dass die Leiterbahn L aus der Überlagerung der beiden Leiterbahnspuren D1, D2 besteht, wie in der dritten Zeile von 1 gezeigt ist. Da die Unterbrechungsbereiche U1, U2 an unterschiedlichen Stellen der Leiterbahn L liegen, ist die Leiterbahn L insgesamt durchgängig und frei von elektrischen Unterbrechungen. Die zweite Leiterbahnspur D2 hat eine geringere Breite b2 als die Breite b1 der ersten Leiterbahnspur D1.
2 zeigt im Querschnitt einen Träger T mit zwei aufgedruckten Leiterbahnen L, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Jede Leiterbahn L weist eine in einem ersten Druckvorgang auf den Träger T gedruckte erste Leiterbahnspur D1 und eine in einem zweiten Druckvorgang auf die erste Leiterbahnspur D1 gedruckte zweite Leiterbahnspur D2 auf. Die erste Leiterbahnspur D1 hat eine erste Dicke d1 senkrecht zur Ebene des Trägers T und eine erste Breite b1 in der Ebene des Trägers T und quer zur Längsrichtung der Leiterbahn L. Die zweite Leiterbahnspur D2 hat eine zweite Dicke d2 senkrecht zur Ebene des Trägers T und eine zweite Breite b2 in der Ebene des Trägers T und quer zur Längsrichtung der Leiterbahn L. Die zweite Breite b2 ist kleiner als die erste Breite b1, und die zweite Dicke d2 ist kleiner als die erste Dicke d1. Daher hat die zweite Leiterbahnspur D2 ein kleineres Volumen als die erste Leiterbahnspur D1 und beinhaltet somit weniger Druckfarbe als die erste Leiterbahnspur D1.
3 zeigt einen Träger T, hier als Bogen gestaltet, mit einer Mehrzahl von schematisiert dargestellten Antennenspulen A zur Herstellung einer Mehrzahl von kontaktlos kontaktierbaren Datenträgern. Der Träger-Bogen T wird in zwei aufeinander folgenden Druckvorgängen mit der Mehrzahl von Leiterbahnen in Form von Antennenspulen A bedruckt. Dazu wird in einem ersten Druckvorgang eine erste Leiterbahnschicht D1 entlang der Kontur jeder der Antennenspulen A auf den Träger-Bogen T gedruckt, z.B. wie in 2 dargestellt. In einem zweiten Druckvorgang wird auf die erste Leiterbahnschicht D1, ebenfalls entlang der Kontur jeder der Antennenspulen A, eine zweite Leiterbahnspur D2 gedruckt, z.B. wie in 2 dargestellt. Durch weitere Verfahrensschritte wie Einsetzen eines Chipmoduls und Vereinzeln der einzelnen Datenträger wird auf Grundlage jeder der Antennespulen A ein Datenträger hergestellt. Die weiteren Verfahrensschritte sind in 3 nicht gezeigt, die Kontur jedes späteren Datenträgers ist jedoch in 3 angedeutet als gestrichelte Umrandung der jeweiligen Antennenspule A.

Claims

Verfahren zur drucktechnischen Herstellung einer elektrischen Leiterbahn (L), wobei in einem ersten Druckvorgang auf einen Träger (T) eine erste Druckfarbe entlang einer vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn in einer vorbestimmten Schichtdicke (d1) und vorbestimmten Schichtbreite (b1) gedruckt wird, um eine erste Druckschicht zu erzeugen, wobei in einem zweiten Druckvorgang eine zweite Druckfarbe entlang der vorbestimmten Kontur der elektrischen Leiterbahn gedruckt wird, um eine zweite Druckschicht zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet dass im ersten Druckvorgang ein Siebdruckverfahren und im zweiten Druckvorgang ein Tiefdruckverfahren als Druckverfahren eingesetzt wird, wobei als erste und zweite Druckfarbe dieselbe Druckfarbe verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im zweiten Druckvorgang eine geringere Menge Druckfarbe verwendet wird als im ersten Druckvorgang.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei im zweiten Druckvorgang die Druckfarbe in einer geringeren Schichtdicke (d2) gedruckt wird als im ersten Druckvorgang.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im zweiten Druckvorgang die Druckfarbe in einer geringeren Schichtbreite (b2) gedruckt wird als im ersten Druckvorgang.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im zweiten Druckvorgang ein weniger Druckfarbe benötigendes Druckverfahren eingesetzt wird als im ersten Druckvorgang.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als vorbestimmte Kontur eine Antennenspule (A) oder zumindest ein Teil einer Antennenspule (A) vorgesehen ist.
Bogen mit einer Mehrzahl von Leiterbahnen (L), jede Leiterbahn (L) gedruckt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Datenträger mit einer Leiterbahn (L), gedruckt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Datenträger nach Anspruch 8, der als kontaktlos kontaktierbare Chipkarte mit einem Mikrochip und einer zur Kontaktierung des Mikrochips eingerichteten Antennenspule (A) gestaltet ist, wobei als Leiterbahn (L) die Antennenspule (A) oder zumindest ein Teil der Antennenspule vorgesehen ist.
Bogen mit einer Mehrzahl von Datenträgern nach Anspruch 8 oder 9.