DE102018112476A1

DE102018112476A1 - Verfahren und Fertigungsanlage zum Herstellen eines Foliensubstrats

Info

Publication number: DE102018112476A1
Application number: DE102018112476.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-02
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2038-05-25
Also published as: DE102018112476B4

Abstract

Offenbart sind ein Verfahren und eine Fertigungsanlage zum Herstellen eines Transponder-Foliensubstrats, wobei ein Chipmodul mit Loop-Antenne oder ein „nackter“ Chip mit integrierter Loop-Antenne in ein Booster-Antennen-Substrat eingesetzt wird. Das Transponder-Foliensubstrat besteht vorzugsweise nur aus einem Layer mit einer geformten Kavität für die Aufnahme des Chipmodules oder des „nackten“ Chips.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Foliensubstrats gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5 und eine Fertigungsanlage zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.
Derartige Foliensubstrate werden beispielsweise zum Herstellen von Transponderinlays von Kredit- und Bankkarten, eID-Karten, Sicherheitsausweisen, Pässen, Prestigekarten, etc. verwendet.
Herkömmliche Standard-Inlays haben vier Schichten, die durch Einwirkung von Druck und/oder Temperatur während einer vorbestimmten Laminierzeit laminiert werden. Zur Aufnahme eines Chipmoduls werden aus dem Substrat-Fenster ausgestanzt, in die die Chipmodule eingelegt werden. Zur Lagefixierung der Chipmodule können diese mit einem in das Stanzfenster dosierten Klebstoff oder einem aushärtenden Füllmaterial fixiert werden, wobei das Chipmodul nach unten hin über eine unterseitig aufgebrachte Overlayfolie abgestützt ist.
Beispielsweise bei Bank- oder Kreditkarten wird mittels einer an sich bekannten Drahtverlegetechnik eine definierte Antenne in eine Kernfolie eingeschweißt und physikalisch mit dem Chipmodul verbunden. Dieses Verbinden kann beispielsweise durch Thermokompressionsschweißen mittels einer Wolframelektrode erfolgen. Auf diesen Aufbau mit der unterseitigen Overlayfolie, dem ausgestanzten Substrat, in dem eine Vielzahl von Fenstern zur Aufnahme von Chipmodulen vorgesehen ist, wird dann nach dem Verkleben/Vergießen ein weiteres Overlay und ein Deckbogen aufgebracht.
Die Herstellung derartiger herkömmlicher Karten mit mechanischer/physikalischer Kontaktierung einer Antenne mit einem Chipmodul ist beispielsweise in den Druckschriften EP 2 588 998 B1 , der DE 101 10 939 B4 , der EP 2 074 560 B1 und der EP 0 724 228 B1 beschrieben. All diese Patente beschreiben die Verarbeitung von konventionellen kontaktlosen Chipmodulen, die eine mechanisch/physikalische Kontaktierung mit einer Antenne benötigen.
Wie erläutert, besteht ein Nachteil derartiger Transponderinlays darin, dass ein erheblicher vorrichtungstechnischer Aufwand erforderlich ist, um die Chipmodule nur mit den jeweiligen Antennen zu verbinden. Des Weiteren erfordert das Ausstanzen der Fenster in der Substratschicht zur Aufnahme der Chipmodule einen erheblichen vorrichtungstechnischen Aufwand. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Materialeinsatz bei derartigen Transponderinlays sehr hoch ist, da beispielsweise ein Standardinlay aus vier Lagen besteht, so dass entsprechend ein großer logistischer und organisatorischer Aufwand erforderlich ist, um die jeweiligen Materialien der Standardinlays bereitzustellen.
In der EP 0 826 190 B1 ist der Grundaufbau einer kontaktlosen Chipkarte beschrieben, bei der ein Chipmodul mit einer Loop-Antenne in ein Windungsfenster einer Booster-Antenne platziert wird.
Das Dokument US 2014/0263663 A1 offenbart eine Chipkartenmodulanordnung, bei der in einem Träger eine Vertiefung ausgebildet ist, in die ein Chipkartenmodul eingelegt wird. Dabei ist eine Chipkarten-Antenne kontaktlos mit dem Chipkartenmodul gekoppelt.
In der US 2014/004220 A1 wird ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte beschrieben, bei der in einem Karteneinlagezuschnitt ein Kartenhohlraum vorgesehen ist, in den ein Chipkartenmodul eingesetzt werden kann. Dabei können Antennen des Chipkartenmoduls mit einer Verstärkerantennenspule des Karteneinlagezuschnitts induktiv gekoppelt sein.
Das Dokument US 2015/0053772 A1 offenbart eine Chipanordnung mit einem ersten und einem zweiten Chip und einer Booster-Antenne. Die Chips weisen integrierte Antennen zur Kommunikation mit einem externen Lese- und/oder Schreibgerät auf, wobei die Booster-Antenne mit den chipseitigen Antennen gekoppelt sind.
In der US 2012/024272 A1 wird eine Lösung beschrieben, bei der in einem Substrat eine Kavität ausgebildet ist, in die eine Mikroschaltung eingesetzt wird. Dieses Einsetzen kann beispielsweise mittels eines „Pick and Place“-Werkzeugs erfolgen.
Bei all diesen Lösungen muss entweder in das Substrat ein Fenster zur Aufnahme des Chipmoduls gestanzt werden oder aber in relativ aufwendiger Weise eine Vertiefung eingebracht werden, in die das Chipmodul eingelegt werden kann. Beide Vorgehensweisen erfordern einen erheblichen verfahrenstechnischen Aufwand.
Ein weiterer Nachteil derjenigen bekannten Verfahren, bei denen der Chip durch Kleben befestigt ist, besteht darin, dass diese Verfahren vorsehen, den Klebefilm im Bereich des Chips bzw des diesen am Chipmodul haltenden Globe Top in aufwändiger Weise auszusparen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Fertigungsanlage zu schaffen, durch die das Herstellen eines Foliensubstrats gegenüber den herkömmlichen Lösungen bei erhöhter Betriebssicherheit vereinfacht ist.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf das Verfahren durch die Merkmalskombination des Patentanspruches 1 oder durch ein Verfahren mit der Merkmalskombination des Patentanspruches 5 und im Hinblick auf die Fertigungsanlage durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Patentanspruches 12 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Herstellen eines Transponder-Foliensubstrats, das eine Vielzahl von Chipmodulen mit einer Loop-Antenne (siehe beispielsweise 5, 6, Bezugszeichen 68) oder einen „nackten“ Chip, bei dem die Loop-Antenne in den Silizium-Chip-Aufbau (siehe 6, Bezugszeichen 21) integriert ist, wobei die Loop-Antenne jeweils in einem Windungsfenster einer Booster Antenne platziert und induktiv gekoppelt ist. Die Chipmodule mit Loop-Antenne und/oder der Chip mit integrierter Loop-Antenne werden auch elektronische Datenträger genannt. Das Patent beschreibt jeweils zwei Prozesse die zwei verschiedene Datenträger verarbeiten. Einmal das Chipmodul mit Loop-Antenne und zum zweiten einen „nackten“ Chip in dem die Loop-Antenne in einer der Layer des Chipaufbaus integriert ist.
In beiden Fällen der Verarbeitung des elektronischen Datenträgers werden diese gemäß einem Ausführungsbeispiel in eine bestimmte Position innerhalb einer Booster-Antenne platziert. Je nach Anwendung und Resonanzverhalten des Chips (Chipaufbau) ist ein bestimmtes Antennendesign mit einer passenden Güte und Qualität der Booster-Antenne erforderlich. Beide oben genannten Arten von elektronischen Datenträgern haben eine Loop-Antenne. Die Booster-Antennen-Geometrie hat ein definiertes Windungsfenster in das die elektronischen Datenträger genau eingesetzt werden müssen. Auf die unterschiedlichsten Geometrien der Booster-Antennen, oder unterschiedlichen Herstellungsarten von Booster-Antennen (drahtverlegt, gewickelt, geätzt, gedruckt, gestanzt, etc.) wird hier nicht eingegangen.
Bei einer alternativen Lösung wird die Booster-Antenne auf einer Seite des Substrats angeordnet, während das Chipmodul mit der Loop-Antenne gegenüberliegend auf der Rückseite des Substrats positioniert ist. D. h., bei einer derartigen Lösung wird das Chipmodul mit der Loop-Antenne nicht in einem Windungsfenster der Booster-Antenne positioniert sondern die Anntennenbereiche liegen auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats und überlappen einander. Eine derartige Lösung hat den Vorteil, dass die Induktion gegenüber der erstgenannten Lösung verbessert ist.
Kommt ein Transponderinlay mit Booster-Antenne und Chipmodul mit Loop-Antenne oder mit einem „Chip und integrierter Loop-Antenne in ein elektronisches Feld (z. B. ein Lesegerät bei Passkontrollen, oder Türöffner, etc.) so wird eine „mini“ Induktionsspannung erzeugt. Mit dieser Minienergie wird nun über induktive Kopplung (Loop-Antenne/Datenträger-Booster-Antenne) der Chip mit Energie versorgt. Diese Energie ist ausreichend um den Chip „zum Leben zu erwecken“ und somit können die Daten des Chips via der Booster-Antenne an ein Lesegerät gesendet werden.
In diesem Zusammenhang sei nochmals erwähnt, dass der eingangs genannte Stand der Technik konventionelle Chipmodule betrifft, bei denen eine mechanisch, physikalische Verbindung des Chipmodules oder der Chips mit der Antenne notwendig ist. Mit der Verwendung von Chipmodulen mit induktiver Kopplung oder Chips mit integrierter Loop-Antenne ist diese mechanisch/physikalische Verbindung mit der Antenne nicht mehr notwendig. Das Kontaktieren, meistens Thermokompressionsschweißen mit einer Wolfram Elektrode oder auch ein Lötprozess entfällt komplett. Diese Kontaktierprozesse, wie das Thermokompressionsschweißen und das Löten, stellen auch heutzutage immer noch einen sehr kritischen Prozess in der Transponderfertigung dar.
Die Erfindung befasst sich mit der Vereinfachung der Herstellung eines Transponder-Foliensubstrates, wobei eine induktive Kopplung von Datenträger und Booster-Antennen erfolgt. Wie beschrieben entfällt erfindungsgemäß die mechanisch/physikalische Verbindung des Datenträgers mit der Antenne. Eine weitere große Kosteneinsparung besteht in der Verarbeitung von Chips mit integrierter Loop-Antennen Layer, da dann zusätzlich die Modul- und Leadframe Kosten eingespart werden können. Ferner wird ein Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem nur ein Foliensubstrat notwendig ist um den Datenträger zu fixieren. Durch eine spezielle Kavitätenformung um Platz für den Datenträger zu schaffen, muss nicht gestanzt werden.
Für die Verarbeitung von Chipmodulen mit Loop-Antennen werden die Chipmodule in Leadframe-Form bereitgestellt. Typischer Weise in genormten 35mm Bändern mit einer ebenfalls genormten Perforation. Blanke, beziehungsweise „nackte“ Chips mit integrierten Loop-Antennen im Chipaufbau werden im Wafer Format vereinzelt und dem Foliensubstrat zugeführt.
Der Erfinder behält sich vor, ein eigenes Patentbegehren auf diese Verarbeitung von „nackten“ Chips mit integrierter Loop-Antenne in Waferform zu richten.
Ein erster Verfahrensschritt zur Verarbeitung der Chipmodule ist die Bearbeitung der Bänder. In einer an sich bekannten Weise wird auf das Chipmodul-Leadframe ein hitzeaktivierbarer Klebefilm aufgebracht. Der hitzeaktivierbare Klebefilm befindet sich dabei auf einem siliconartigen Tape, dem sogenannten Release Tape. Die Druckschrift EP 2 588 998 B1 beschreibt eine Bearbeitung des Chipmodul-Tapes bei dem der Klebefilm auf der Rückseite des Tapes aufgebracht wird, d. h. auf der gegenüberliegenden Seite wo sich der Chip befindet. In der vorliegenden Patentanmeldung und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein hitzeaktivierbarer Klebefilm auf der Chipseite des Chipmodules aufgebracht. Das, vorzugsweise vollflächige, Aufbringen des hitzeaktivierbaren Klebefilms auf der Chipseite kann auch zum Gegenstand eines unabhängigen Patentbegehrens gemacht werden.
Bei einer Variante der Erfindung kann vor dem Verkleben der jeweils verwendete Kleber/Klebefilm durch Ultraschall, Druck und/oder Wärme voraktiviert werden. Diese Voraktivierung erfolgt vorzugsweise mittels Druck und kurzzeitiger direkter Temperaturbeaufschlagung.
Nach dem Verkleben kann ein Deckbogen auf das Foliensubstrat aufgebracht werden. Erfindungsgemäß kann dieser Deckbogen durch Temperaturbeaufschlagung oder durch Ultraschallbeaufschlagung fixiert werden. Der Deckbogen dient dabei in erster Linie als Schutzschicht für die Booster-Antenne, wobei Windungssprünge der Booster-Antenne überdeckt sind. Die Fixierpunkte des Deckbogens sind so ausgelegt, dass der Transponderbogen für den folgenden Fertigungsschritt einfach handzuhaben ist.
Alternativ können die Windungssprünge der Booster-Antenne auch in das Substrat versenkt werden, so dass diese Windungssprünge und die gesamte Booster-Antenne planar zur Substratoberfläche verläuft. Dieses Versenken/Einbetten der Windungssprünge kann beispielsweise über ein erwärmtes Presswerkzeug oder ein geeignetes Ultraschallwerkzeug oder in sonstiger Weise erfolgen.
Der Anmelder behält sich vor, auf die Anordnung von Booster-Antenne und Loop-Antenne auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats einen eigenen unabhängigen Anspruch zu richten.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn vor dem Einlegen der Datenträger (Chipmodule) die Antennen, insbesondere die Booster-Antenne eine Qualitätsprüfung durchlaufen. Dabei kann beispielsweise mittels eines Netzwerk-Analyzers die Resonanzfrequenz oder der Q-Faktor oder sonstige spezifische Parameter der Antenne geprüft werden. Für den Fall das eine dieser Antennen fehlerbehaftet ist, werden entsprechend über eine geeignete Steuerung keine Datenträger in der fehlerhaften kritischen Antenne platziert.
Das Leadframe-Tape besteht vorzugsweise aus drei Lagen: das Leadframe, der hitzeaktivierbare Kleberfilm und das Release Tape. Dieses dreilagige Leadframe-Tape wird beispielsweise einer Fertigungsanlage zugeführt und durch Stanzen werden die Chipmodule vom Leadframe vereinzelt und dem Folien Substrate zugeführt. Kurz vor dem Stanzen wird noch das Release Tape abgezogen. Der Stanzstempel stanzt auf der Chipseite das Chipmodul aus und ein Vakuum beaufschlagtes Abnahmewerkzeug positioniert den Datenträger in die Kavität des Foliensubstrates.
Die Kavitätenformung wird vorzugsweise mit einem Formwerkzeug unter vertikaler Kraft durchgeführt. Das Formwerkzeug prägt die Kavität für das Chip Modul, sodass das Chipmodul beispielsweise bündig mit der Oberkante des Foliensubstrates ist. Ein Ultraschallwerkzeug, das als Amboss dient, erwärmt das Material kurzzeitig, so dass das Prägen für das Material schonender vollzogen werden kann. Die Druckschrift EP 2 074 560 B1 beschreibt ebenfalls ein Kavitätenformen mittels eines Ultraschall-Stempels. Durch die Erfindung wird allerdings der Prozess deutlich vereinfacht. Das Ultraschallwerkzeug ist vorzugsweise ein Standard-Werkzeug mit Standard-Frequenzabstimmung. Das Formwerkzeug kann individuell angepasst werden, ohne das Ultraschallwerkzeug neu abzustimmen. Das Formwerkzeug kann darüber hinaus aus einem verschleißfesten Material gefertigt werden, wobei bei Ultraschall-Anwendung nur bestimmte Materialien in Frage kommen.
Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage, die insbesondere zur Durchführung des oben genannten Verfahrens geeignet ist, hat eine Substratzuführung, wobei das Substrat vorzugsweise in Bogen- oder Endlos-Folienform zugeführt wird.
Ein erster Prozessschritt ist, wie oben beschrieben, das Einbringen der Kavität mittels eines Kavitäten-Formpräge-Werkzeugs. Die Position der Kavität befindet sich beispielsweise etwa im entsprechenden Windungsfenster der Booster-Antenne. Durch die Geometrie der Booster- und Loop-Antennen entsteht eine induktive Kopplung. Die Geometrie des Windungsfensters der Booster-Antenne kann auch unterschiedliche Winkellagen haben, somit müssen die Kavitäten analog ebenfalls der Winkellage folgen. Folglich muss auch das Chipmodul mit einem drehbaren Abnahmewerkzeug der Winkellage folgen.
Wie erläutert, kann das Chipmodul dann in das Windungsfenster der Booster-Antenne eingesetzt werden, so dass Loop-Antenne und Booster-Antenne auf der gleichen Seite angeordnet sind. Bei einer alternativen Lösung ist vorgesehen, die Booster-Antenne auf einer Seite des Substrats auszubilden, während das Chipmodul mit der Loop-Antenne bzw. der Chip mit integrierter Loop-Antenne gegenüberliegend auf der anderen Seite des Substrats eingesetzt ist. Die Kavität kann dann mit der Booster-Antenne überlappen.
Wie schon bereits beschrieben, kann das Chipmodul an der Fertigungsanlage ausgestanzt werden. Mittels Vakuum wird das Chipmodul beispielsweise von dem Stanzwerkzeug abgenommen und direkt in die Kavität gepresst. Der hitzeaktivierbare Klebefilm befindet sich auf der Chipmodul-Seite. Mittels eines Ultraschallwerkzeugs, auf der gegenüberliegenden Seite der Kavität, wird der hitzeaktivierbare Klebefilm kurzzeitig aktiviert. Die Aktivierung des Klebefilms ist ausreichend, um das Chipmodul zu fixieren damit es für den kurzen Weitertransport des Substrates nicht verrutschen kann. Alternativ kann auch ein Kleberfilm verwendet werden, der anderweitig aktiviert werden kann, z. B. mit Druck und UV Licht oder Mikrowellen, etc.
Das Foliensubstrat mit dem in der Kavität fixierten Chipmodul wird vorzugsweise zu einer Aushärtestation transportiert. Heizstempel mit einer definierten Temperatur, Druck und Zeit aktivieren dann den hitzeaktivierbaren Klebefilm. In einem darauffolgenden Schritt wird das Chipmodul nochmals mit gekühlten Druckstempeln gepresst.
Dabei kann jeder Prozessschritt mit einer Funktionskontrolle des Transponders kontrolliert werden. Am Ende der Fertigung könnte je nach Kundenanforderung noch eine Deckfolie oder ein Deckbogen aufgebracht werden. Dieser Deckbogen dient unter anderem dazu, Windungssprünge der Booster-Antenne zu überdecken.
Bei einer alternativen Lösung können diese Windungssprünge der Booster-Antenne auch in geeigneter Weise in das Substrat versenkt werden. Dieses Versenken kann beispielsweise mittels eines erwärmten Pressstempels oder mittels eines Ultraschallwerkzeugs erfolgen.
Diese Deckfolie oder dieser Deckbogen kann dann in geeigneter Weise auf der Kernfolie bzw. dem Substrat fixiert werden. Das Fixieren kann beispielsweise mittels eines Heizstiftes oder eines Ultraschallwerkzeugs erfolgen.
Zum Schluss wird beispielsweise eine finale Funktionskontrolle durchgeführt und ggf. Schlechtteile markiert.
Das Transponder-Foliensubstrat, auch Transponderinlay genannt, ist nun fertig für die Weiterverarbeitung zum endgültigen Transponder Produkt.
Ähnlich wie die Chipmodul Verarbeitung wird auch die Verarbeitung von einem „nackten“ Chip mit integrierter Loop-Antenne durchgeführt. Lediglich wird, bevor der Chip in die Kavität eingelegt wird, ein Kleber in die Kavität dosiert. Anschließend wird der Chip eingelegt. Um einen Kleber zu aktivieren, können wiederum verschiedene Möglichkeiten in Betracht gezogen werden. Temperatur, Druck, UV Licht, Mikrowellen, etc.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Leadframe-Träger mit einem derartigen Chipmodul bereitgestellt. Des Weiteren wird in an sich bekannter Weise ein Substrat mit einer Vielzahl von Booster-Antennen bereit gestellt, wobei dieses Substrat erfindungsgemäß partiell umgeformt wird, so dass eine Kavität zur Aufnahme eines Chipmoduls ausgebildet wird. Eine derartige Kavität ist dabei jeweils im Bereich einer Booster-Antenne vorgesehen.
In einem sich anschließenden Verfahrensschritt wird ein Chipmodul vom Leadframe-Träger getrennt und in die Kavität eingelegt. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt dann das Verkleben des Chipmoduls in der Kavität.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Verwendung der oben genannten Chipmodule keine mechanische Verbindung zwischen dem Chipmodul und der Booster-Antenne hergestellt werden muss, da die Signalübertragung von der in den Chip integrierten kleinen Antenne (Loop-Antenne) auf die Booster-Antenne mittels Funktechnik oder dergleichen erfolgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass in dem Substrat kein Fenster ausgestanzt werden muss, da lediglich durch partielles Umformen/Prägen eine Kavität für das Chipmodul hergestellt wird.
Bei einer alternativen Lösung wird das Verfahren weiter vereinfacht, indem auch auf den Leadframeträger verzichtet wird und der „nackte“ Chip direkt in die Kavität eingesetzt wird. Ansonsten entspricht diese Variante dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage, die insbesondere zur Durchführung der oben genannten Verfahren geeignet ist, hat eine Substratzuführung, wobei das Substrat vorzugsweise in Bogen- oder Folienform zugeführt wird. Des Weiteren ist eine Zuführung, insbesondere zur Zuführung eines Chipmoduls oder eines vorbeschriebenen „nackten“ Chips mit integrierter Loop-Antenne und optional eine Vereinzelungsstation zum Trennen eines Chipmoduls vom Leadframe vorgesehen. Zur Ausbildung der Kavität an dem Substrat ist eine Umformeinrichtung vorgesehen, wobei in die Kavität mittels einer Pick-and-Place Station das Chipmodul eingesetzt werden kann.
Die Fertigungsanlage hat des Weiteren eine Aktivierungseinrichtung zum Voraktivieren, Aktivieren/Aushärten eines Klebers, über den das Chipmodul oder der „nackte“ Chip in der Kavität lagefixiert ist.
Dieser Kleber kann beispielsweise als Kleberschicht oder Kleberfilm auf den Leadframe aufgetragen werden. Bei der Verarbeitung eines „nackten“ Chips wird es bevorzugt, den Kleber direkt in die Kavität einzubringen. Dieser Kleber kann flüssig dosiert werden oder aber auch als Kleberschicht in die Kavität eingebracht werden.
Wie vorstehend erläutert, kann bei einer Variante der Erfindung das Leadframe chipseitig mit einer Kleberschicht versehen sein. Zur Vereinfachung der Fertigung wird es bevorzugt, dass die Kleberschicht mit einer Abdeckschicht ausgeführt ist, die vor dem Vereinzeln/Trennen abgezogen wird.
Wie erläutert, kann alternativ der Kleber direkt in die Kavität eingebracht werden.
Das Aktivieren oder Aushärten des Klebers oder der Kleberschicht erfolgt beispielsweise durch Wärme- oder Ultraschalleinwirkung und einer darauf folgenden Abkühlung.
Das Umformen zum Ausbilden der Kavität erfolgt gemäß der Erfindung mittels eines Ultraschallwerkzeugs und eines Formwerkzeugs, wobei das Formwerkzeug vorzugsweise chipseitig und das Ultraschallwerkzeug vorzugsweise von der vom Chip abgewandten Seite her das Substrat beaufschlagen.
Je nach Anforderung kann nach dem Verkleben des Chipmoduls auf das Foliensubstrat eine Deckschicht aufgebracht werden, so dass Windungssprünge überdeckt sind.
Alternativ können die Windungssprünge auch ins Substrat versenkt werden.
Wie erwähnt, werden die einzelnen Schichten vorzugsweise Folien- oder Bogen- oder bandförmig verarbeitet.
Das vorbeschriebene Formwerkzeug ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass es in etwa der Kontur des Chipmoduls entspricht, so dass dies zuverlässig in der Kavität lagefixiert ist.
Zur Verbesserung der Fertigungsqualität kann die Fertigungsanlage noch mit einer oder mehreren Prüfstationen zur Funktionsprüfung der verarbeiteten Chipmodule ausgeführt sein. Diese Prüfstation kann beispielsweise ein Lesegerät zum Testen des jeweiligen Chipmoduls sein. Alternativ kann die Transponder-Prüfstation so ausgelegt sein, dass ein Betriebssystem oder ein Java-Applet auf einen Flash-Speicher des Chipmoduls mittels Transpondertechnologie kontaktlos geladen werden kann.
Prinzipiell kann das Chipmodul oder der Chip mit integrierter Loop-Antenne (auf Modul- oder Layer-Ebene) auch mit geätzten, gedruckten, gestanzten oder auf sonstigen Weise hergestellten Antennentypen betrieben werden. Der Patentanmelder behält sich vor, auf dieses Prinzip einen eigenen unabhängigen Patentanspruch zu richten.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 den Grundaufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanlage zur Herstellung eines Foliensubstrats;
2 eine Leadframe-Zuführung der Fertigungsanlage gemäß 1;
3 ein Ultraschallwerkzeug und ein Formwerkzeug der Fertigungsanlage gemäß 1;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage, bei der ein Kleber direkt in eine Kavität des Substrats dosiert wird;
5 ein Foliensubstrat, das mit der Fertigungsanlage gemäß 4 herstellbar ist;
6 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß 5;
7 eine Abbildung zur Verdeutlichung der Unterschiede bei der Verarbeitung eines Chipmoduls bzw. eines Chips mit integrierter Loop-Antenne;
8 einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanlage zur Verarbeitung von „nackten“ Chipmodulen;
9 ein Foliensubstrat, das mit einer Fertigungsanlage gemäß 7 verarbeitet wird;
10 eine Einzeldarstellung eines Chipmoduls;
11 einen Bogen mit derartigen Chipmodulen;
12a, 12b, 12c Ansichten eines Zwischenproduktes bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
13a, 13b ein Presswerkzeug zum Versenken von Windungssprüngen;
14 eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß den 13a, 13b und
15 eine Presseinrichtung mit Presswerkzeugen gemäß den 13 oder 14 in der Serienfertigung.

1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Fertigungsanlage 1 zur Herstellung eines Foliensubstrats, wie es bei der Fertigung von Transponderlayern verwendet wird. Wie erwähnt, erfolgt die Fertigung im Bogen- oder im Endlosformat - beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Endlosformat mit einer Breite von beispielsweise 650 mm verwendet. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zu verarbeitende Chipmodule, die als Contactless-Inductive-Coupling-Chipmodule (Chipmodule mit integrierter Loop-Antenne) ausgeführt sind, auf einem Leadframetape 2 angeordnet, das über eine Leadframe-Zuführung 4 als bandförmiges Material zugeführt wird. Die Fertigungsanlage 1 hat des Weiteren eine nicht dargestellte Zuführung für eine Kernfolie, im Folgenden Substrat 6 genannt.
2 zeigt eine der in 1 dargestellten Fertigungsanlage 1 vorgeschaltete Leadframe-Vorbereitungsstation 10, in der das Leadframetape 2 vorbereitet wird. Dabei ist vorausgesetzt, dass das Leadframetape 2 als Bandmaterial auf einem Leadframespeicher 12 aufgewickelt ist, wobei bereits die genannten Chipmodule integriert sind. Einzelheiten dieser Leadframetechnik sind beispielsweise in der eingangs genannten EP 2 588 998 B1 erläutert.
Dieses Leadframetape 2 wird gemäß 2 mit einer ebenfalls als Rollen- oder Bandmaterial bereitgestellten wärmeaktivierbaren Kleberschicht (HAF (Heat Activated Film)) versehen. Dieses Laminieren erfolgt beispielsweise mittels einer Heizplatte 16, gegen die der Schichtaufbau mit dem Leadframetape 2 und der Kleberschicht 14 mittels Silikon-Anpressrollen 18 gedrückt wird, so dass ein partielles Erweichen und Verkleben/Laminieren der Schichten erfolgt.
Wie in 2 unten dargestellt, besteht dieser Schichtaufbau nach dem Laminieren im Prinzip aus dem Leadframetape 2, das die Chipmodule 20 trägt, die wiederum über die Kleberschicht 14 mit dem Abdeckband 24 überdeckt sind. Dieses Abdeckband 24 ist nach außen hin angeordnet, so dass die gesamte Kleberschicht überdeckt ist. Das Abdeckband 24 kann ein Silikontape sein.
Dieses Mehrschichtlaminat (Leadframetape 2 mit Kleberschicht 14 und Abdeckband 24) wird dann einer Speicherrolle 22 oder direkt der Leadframe-Zuführung 4 zugeführt.
Wie in 1 dargestellt, wird das Abdeckband (Releasetape) 24 vor der Vereinzelung der Chipmodule 20 von der Kleberschicht 14 abgezogen und auf eine Rolle 26 aufgerollt und entsorgt bzw. einer Wiederaufbereitung zugeführt.
Die Zuführung des Substrats 6 kann beispielsweise als Rollenzuführeinrichtung ausgebildet sein, über die die als Rollenmaterial bereit gestellte Kernfolie (Substrat) abgewickelt und entlang nicht dargestellter Führungen den weiteren Bearbeitungsstationen zugeführt werden kann. Wie erwähnt, kann die Kernfolie auch als Bogenware über eine geeignete Zuführung zugeführt werden.
In einem nicht dargestellten Bearbeitungsschritt wird auf dem Substrat 6 mittels einer Antennenverlegeeinheit in Drahtverlegetechnik eine Anzahl von spezifizierten Booster-Antennen 8 aufgebracht. Diese werden dabei in das Substrat 6 in an sich bekannter Weise eingeschweißt. Das Substrat 6 kann aus einem herkömmlichen Thermoplast, beispielsweise Polycarbonat, PVC oder aus einem synthetischen Papier bestehen. Das Verlegen und Verschweißen des Antennendrahtes erfolgt in an sich bekannter Weise über einen Ultraschallkonverter und ein Verlege-Werkzeug.
Im Bereich von Windungsfenstern der auf dem Substrat 6 angeordneten Booster-Antenne 8 wird mittels einer Umformeinrichtung/Prägeeinrichtung 28 jeweils eine Kavität ausgebildet, deren Kontur an die Außenkontur des zu verarbeitenden Chipmoduls 20 angepasst ist.
Der Grundaufbau dieser Umformeinrichtung 28 ist in 3 dargestellt. Diese zeigt eine vergrößerte Darstellung des Substrats 6, auf dem eine Vielzahl von Booster-Antennen 8 angeordnet ist. Die Umformeinrichtung 28 bildet nunmehr in einem Bereich, der von der Booster-Antenne 8 umgriffen wird, die vorbeschriebene Kavität aus. Gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat die Umformeinrichtung 28 ein Präge- oder Formwerkzeug 30, dessen Kontur derjenigen der auszubildenden Kavität entspricht. Die Umformeinrichtung 28 hat des Weiteren ein Ultraschallwerkzeug 32, deren Sonotrode 34 in 3 eingeblendet ist. Aus dieser Darstellung geht hervor, dass die Sonotrode 34 mit einer flachen Aktivfläche 36 ausgeführt ist, über die der vom Ultraschall beaufschlagte Bereich des Substrats 6 erweicht wird, so dass über das Formwerkzeug 30 die Kavität ausgebildet werden kann. In 3 ist auch das Profil 38 des Formwerkzeugs 30 dargestellt. Die Stirnfläche dieses Profils 38 entspricht der Grundfläche der auszubildenden Kavität.
Das Formwerkzeug 30 und das Ultraschallwerkzeug 32 sind simultan in X- und Y-Richtung verfahrbar geführt. Dabei wird das Formwerkzeug 30 in Vertikalrichtung (Z) über ein Achsensystem angetrieben. Das Ultraschallwerkzeug 32 ist in der Vertikalen (Z) unterhalb vom Substrat 6 fixiert, jedoch in X- und Y-Richtung verfahrbar. Dabei drückt das Formwerkzeug 30 mit einer einstellbaren oder steuerbaren Kraft auf das Substrat 6. Bei der Zuschaltung des Ultraschallwerkzeugs 32 entsteht dann Wärme, durch die das Substratmaterial erweicht wird, so dass die Formgebung der Kavität für das Material stressfrei erfolgt. Das Prägen der Kavität kann weiter vereinfacht werden, wenn das Formwerkzeug 30 beheizt ist. Die Tiefe der Kavität ist so ausgeführt, dass das Chipmodul 20 bündig in die Kavität eingesetzt werden kann. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, das Chipmodul mit einem gewissen Überstand einzusetzen, wobei dieser Überstand dann entsprechend über eine weitere Schicht abgedeckt wird.
Nach dem Ablösen und Aufwickeln des Abdeckbandes 24 werden die Chipmodule 20 in einer Vereinzelungsstation 40 vom Leadframetape 2 abgetrennt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vereinzelungsstation 40 als Stanzeinrichtung ausgeführt.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die Qualität der Booster-Antennen 8 geprüft. Diese Prüfung kann beispielsweise mittels eines Netzwerk-Analyzers erfolgen. Die spezifizierten Toleranzen der Booster-Antennen 8 können dabei frei programmiert werden. Sollten die Toleranzen am Limit liegen, erscheint eine Warnung und es werden keine elektronischen Datenträger in die jeweiligen fehlerhaften, kritischen Antennen platziert.
Die vereinzelten Chipmodule 20 mit der durch das Leadframetape 2 ausgebildeten internen Loop-Antenne werden dann mittels einer Pick-and-Place-Einheit 42 übernommen und in die vorgefertigten Kavitäten eingesetzt. Dieses Platzieren erfolgt dabei mit Hilfe eines optischen Überwachungssystems (Visionsystem) 44. Dabei saugt die Pick-and-Place-Einheit 42 die gestanzten Chipmodule 20 mittels Vakuum direkt vom Stanzstempel der Vereinzelungsstation 40 an, wobei beispielsweise vier Chipmodule 20 gleichzeitig transportiert und platziert werden können.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Pick-and-Place-Einheit 42 ein Rotationsdesign, um die Chipmodule 20 in einem frei wählbaren Anstellwinkel in die Kavitäten des Substrats 6 ablegen zu können. Eine derartige Verdrehung der Chipmodule 20 ist vorteilhaft, da sie die Biege- und Torsionsverträglichkeit des elektronischen Bauteils, das mit der Substratfolie versehen ist, verbessert.
Die beispielsweise als HAF-Film ausgebildete Kleberschicht 14 wird dann mittels einer Aktivierungseinrichtung 48 aktiviert. Bei der konkreten Lösung ist diese Aktivierungseinrichtung 48 ebenfalls als Ultraschallwerkzeug ausgeführt, das in X- und Y-Richtung verfahrbar geführt ist, so dass nach einander sämtliche Kavitäten anfahrbar sind, um die Kleberschicht 14 zu aktivieren - das Chipmodul 20 ist dann jeweils form- und kraftschlüssig in der Kavität gesichert.
In einer Prüfstation 50 wird dann die Funktion der jeweiligen Chipmodule 20 geprüft. Diese Prüfstation 50 kann beispielsweise als Transponderlesegerät ausgeführt sein, über das die Chipfunktion nach jedem Prozessschritt überprüfbar ist.
Nach dieser Prüfung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine weitere Aktivierung des Klebers mittels Heizstempeln 52. Über diese wird der Kleber mit einer definierten Temperatur und Presskraft vollflächig beaufschlagt, so dass dieser die Aktivierungstemperatur erreicht. Die Verklebung wird dann in einem weiteren Arbeitsschritt über Kühlstempel 54 beaufschlagt, die den Aufbau abkühlen, so dass der Kleber aushärtet und seine endgültige Festigkeit erreicht. Dieser Prozess ist per se aus der Chipkartenherstellung bekannt.
Je nach Kundenwunsch kann dann im Anschluss an das Aushärten des Klebers ein Deckbogen 56 auf die Substratfolie aufgebracht werden. Die Verbindung dieses Deckbogens 56 mit der Substratfolie 6 erfolgt dann mittels einer Fixierstation 58, die beispielsweise ebenfalls als beheizte Ultraschalleinheit ausgeführt sein kann. Die Fixierstation 58 ist vorzugsweise in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ausgebildet, so dass der Deckbogen 56, der je nach Kundenanforderung angebracht wird, punktuell mit der Kernfolie (Substrat 6) verschweißt wird.
Eine Aufgabe des Deckbogens 56 ist es, die im Folgenden noch näher erläuterten Windungssprünge der Booster-Antenne 8 zu überdecken. Dabei sind die Fixierpunkte so zu wählen, dass die sich anschließenden Fertigungsschritte nicht behindert werden.
Wie im Folgenden näher erläutert wird, können diese Windungssprünge auch über ein geeignetes Werkzeug in das Substrat 6 versenkt werden. In diesem Fall kann unter Umständen auf den Deckbogen 56 verzichtet werden.
Gemäß der Darstellung in 1 ist die erfindungsgemäße Fertigungsanlage 1 beim dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch mit einer Markierungseinrichtung 60 versehen, über die eine Schlechtteilmarkierung erfolgt. Diese Markierungseinrichtung kann beispielsweise ein Tintenstrahldrucker oder dergleichen sein.
Das auf diese Weise mit den Chipmodulen 20 versehene Foliensubstrat 6 wird dann der weiteren Verarbeitung zugeführt.
Wie vorstehend ausgeführt, kann eine Prüfstation 50 nach jedem Prozessschritt vorgesehen werden, so dass eine durchgängige Prozesskontrolle gewährleistet ist. Dabei wird auch vor dem Stanzen die UID in einer Datenbank gespeichert, verwaltet und dementsprechend die jeweiligen über die Prüfstation 50 ermittelten Prozessparameter zugeordnet.
In einem finalen Test mittels einer weiteren, nicht dargestellten Prüfstation 50 wird dann nochmals die Funktion geprüft. Je nachdem wie die weitere Verarbeitung durchgeführt werden soll, kann am Ende das Bandmaterial in Bögen geschnitten und abgestapelt werden.
4 zeigt eine Variante des in 1 erläuterten Ausführungsbeispiels. Ein Unterschied zwischen den beiden Fertigungsanlagen 1 besteht darin, dass beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 ein Standard-Leadframetape 2 ohne Kleberschicht 14 verwendet wird. Der zum Lagefixieren des Chipmoduls 20 erforderliche Kleber wird dann über eine Kleberdosiereinrichtung 62 direkt in die zuvor ausgebildeten Kavitäten eingebracht.
In dem Fall, in dem „nackte“ Chips 21 verarbeitet werden, kann die Chipmodul-Zuführung durch eine Wafer-Einheit ersetzt werden. Dabei wird es allerdings erforderlich sein, auch entsprechend die Kavität und damit die Umformeinrichtung sowie das Formwerkzeug und auch die Pick-and-Place-Einheit sowie den Heizstempel und den Kühlstempel entsprechend anzupassen.
5 zeigt eine Teildarstellung des Substrats (Foliensubstrat) 6, auf dem die Booster-Antenne 8 angeordnet ist. Über die oben erläuterte Umformeinrichtung 28 wurde im Substrat 6 die Kavität 64 ausgebildet. Wie erläutert, wird dann über die Kleberdosiereinrichtung 62 Kleber 66 dosiert. Wie aus der Darstellung gemäß 5 hervorgeht, ist dabei die Kavität 64 vorzugsweise mittig mit Bezug zu Verstärkerwindungen (Windungsfenster) der Booster-Antenne 8 angeordnet.
Nach dem Dosieren des Klebers 66 wird dann mittels der Pick-and-Place-Einheit 42 das Chipmodul 20 in der Kavität 64 und auf den Kleber 66 platziert und dieser in der vorbeschriebenen Weise aktiviert, so dass das Chipmodul 20 lagefixiert ist. In der Darstellung gemäß 5 erkennt man auch die in das Chipmodul 20 integrierte Loop-Antenne 68. Die weitere Verarbeitung erfolgt analog zu 1, so dass weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
6 zeigt eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens bzw. einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt keine Dosierung eines Klebers 66, sondern es wird über eine geeignete Zuführung ein Kleberfilm, beispielsweise ein HAF-Zuschnitt 70 in die Kavität 64 eingelegt, um das Chipmodul 20 vorzufixieren.
Es erfolgt dann wiederum eine Kleberaktivierung in der vorbeschriebenen Weise mittels Temperatur, Zeit und Druck.
Prinzipiell kann die Aktivierung, insbesondere bei einer Dosierung eines Klebers 66 gemäß 5 auch mittels einer UV-Strahlung erfolgen, die von unten her, d.h. von der vom Chipmodul 20 abgewandten Seite her das Substrat 6 beaufschlagt.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Chipmodule 20 jeweils auf einem Leadframetape 2 angeordnet. Anhand der 8 und 9 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert, bei dem die eingangs erläuterten „nackten“ Chips 21, d.h. nicht mit einem Leadframetape 2 bereitgestellte Chips21, verarbeitet werden.
Der Unterschied zwischen einem einem Inductive-Coupling-Contactless-Chipmodul und einem „nackten“ Chip 21 wird nochmals anhand 7 verdeutlicht. Dort ist obenliegend das Chipmodul 20 gezeigt. Dieses trägt den eigentlichen Chip, der über Leiterbahnen (direct gebondet) mit der Loop-Antenne 68 verbunden ist. Dieses Chipmodul 20 wird dann in das genannte Windungsfenster 72 der Booster-Antenne 8 des Transponderinlays eingesetzt, wobei zuvor in diesem Bereich in der vorbeschriebenen Weise eine Kavität eingebracht wurde.
7 zeigt den genannten „nackten“ Chip 21 neuester Bauart. Bei diesen Chips 21 ist die Loop-Antenne in eine der Silizium-Schichten des Chips 21 integriert, so dass praktisch das Chipmodul mit der gebondeten Loop-Antenne entfallen kann und entsprechend der Chip 21 eine wesentlich geringere Fläche als das Chipmodul 20 benötigt. Dieser „nackte“ Chip 21 wird dann wiederum in das Windungsfenster (72) der Booster-Antenne 8 eingesetzt, wobei entsprechend der geringen Abmessungen des Chips 21 auch weniger Raum für das Windungsfenster 72 benötigt wird. Die Verarbeitung derartiger Chips 21 ist sehr vorteilhaft, da bei einer derartigen Lösung die Modulkosten wegfallen würden und zudem die Verarbeitung wesentlich vereinfacht ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die „nackten“ Chips 21 im Wafer-Format bereitgestellt werden. Hinzu kommt, dass diese Chips 21 in dem Substrat nahezu unsichtbar sind und somit in den Hintergrund treten.
In 8 sind fünf Hauptschritte einer derartigen Fertigung dargestellt. In 8 erkennt man das Substrat 6 mit der darauf verlegten Booster-Antenne 8. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird zunächst über die Umformeinrichtung 28 mit dem Formwerkzeug 30 und dem Ultraschallwerkzeug 32 die Kavität 64 zur Aufnahme des nackten Chips 21 ausgebildet. In einem nächsten Fertigungsschritt wird dann mittels einer Kleberdosiereinrichtung 62 Kleber in diese Kavität 64 dosiert und mittels der Pick-and-Place-Einheit 42 jeweils ein nackter Chip 21 in die Kavität 64 eingesetzt. In einem folgenden Arbeitsschritt wird dann der Kleber zunächst über einen Heizstempel 52 während einer vorbestimmten Zeitspanne mit Druck und Temperatur beaufschlagt, so dass der Kleber aktiviert wird. Die Verklebung wird dann mittels des Kühlstempels 54 gekühlt, so dass der Kleber entsprechend aushärtet.
Nach dieser Verklebung ist dann der „nackte“ Chip 21 mit der integrierten Loop-Antenne fest in der Kavität 64 lagefixiert und so relativ zur Booster-Antenne 8 des Substrats 6 positioniert, dass eine induktive Signalübertragung von der in die Chip-Layer integrierte Loop-Antenne zur Booster-Antenne 8 ermöglicht ist.
Der große Vorteil der vorbeschriebenen Verfahren ist die Einfachheit des Prozesses, wobei das resultierende Transponderinlay (Substratfolie) extrem dünn mit einer Dicke von weniger als 200 µm ausgebildet werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Antenne auf einem thermoplastischen Substrat/Inlay verlegt wird. Dies hat den Vorteil gegenüber einer durch Ätzen auf PET ausgebildeten Antenne, dass kein „Fremdkörper“ in dem kompletten Aufbau vorhanden ist.
Des Weiteren ist die Verarbeitung derartiger PET-Substrate problematisch, da üblicher Weise Karten für Banking-, Transport-, eID-Produkte aus PVC oder PC bestehen und zudem synthetisches Papier (Teslin) enthalten ist und diese Materialien nur schwierig mit PET durch Laminieren oder Kleben zu verarbeiten sind.
Bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Loop-Antenne 68 in ein Windungsfenster 72 der Booster-Antenne 8 eingesetzt. Dementsprechend sind diese beiden Antennen auf der gleichen Seite des Substrats 6 angeordnet.
Im Folgenden wird eine Variante beschrieben, bei der die Booster-Antenne 8 und die Loop-Antenne 68 auf gegenüberliegenden Seiten des Substrats 6 angeordnet sind, wobei die Windungen der Antennen einander zumindest abschnittsweise überlappen, so dass die Induktion gegenüber der vorbeschriebenen Lösung verbessert ist.
10 zeigt nochmals eine Einzeldarstellung eines erfindungsgemäßen Chipmoduls 20, bei dem etwa mittig der eigentliche Chip 74 angeordnet ist, der mit der Loop-Antenne 68 kontaktiert ist. Deren Windungen sind um den Chip 74 herumgelegt, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel etwa rechteckförmige Windungen vorgesehen sind, selbstverständlich kann auch eine andere Geometrie ausgebildet werden.
11 zeigt ein Leadframetape 2, auf dem eine Vielzahl von Chipmodulen 20 angeordnet sind. Wie eingangs erläutert, ist dieses Leadframetape 2 auf einen Leadframespeicher 12 aufgewickelt, wobei dann während der Verarbeitung die Chipmodule 20 ausgestanzt werden.
Die 12a, 12b, 12c zeigen ein Zwischenprodukt, das bei der erfindungsgemäßen Fertigung anfällt. 12a zeigt dabei das ausgestanzte, durchsichtig dargestellte Substrat 6, auf dessen in 12a sichtbarer Großfläche die Booster-Antenne 8 verlegt ist.
12b zeigt den in 12a oben rechts liegenden Eckbereichs des Substrats 6, in dem die eigentliche Booster-Antenne 8 mit dem vorbeschriebenen Windungsfenster 72 ausgebildet ist. In diesem Eckbereich ist die Booster-Antenne 8 mit einer Vielzahl von Windungen ausgeführt, die sich von außen nach innen erstrecken. Der Endabschnitt des Antennendrahtes ist dann über die zuvor verlegten Windungen aus dem Zentrum der Booster-Antenne 8 heraus gelegt, so dass sich in diesem Bereich ein Windungssprung 76 ergibt, der etwas nach oben, zum Betrachter hin auskragt und somit eine potentielle Gefährdung darstellt, da bei der weiteren Fertigung oder auch bei der Nutzung dieser unebene Bereich zu einem Verhaken oder dergleichen führen kann. Ein entsprechender Windungssprung 78 entsteht auch im Bereich des anderen Antennendrahtendes, das sich aus dem nur durch einige große Windungen gebildeten Rahmen heraus erstreckt, der die eigentliche Booster-Antenne 8 umgreift.
12c zeigt die Rückseite des Substrats 6, das durchsichtig dargestellt ist, so dass der vorbeschriebene Windungssprung 76 sichtbar ist. In der Darstellung gemäß 12c sieht man die Rückseite des Chipmoduls 20, an dem die in 12b innenliegend sichtbare Loop-Antenne 68 ausgebildet ist, die somit an dieser Rückseite des Substrats 6 angeordnet ist. Die Windungen der Loop-Antenne 68 überlappen abschnittsweise mit den Windungen der Booster-Antenne 8 - dabei kann das eigentliche Windungsfenster 72 minimiert werden, da kein Platz für das Chipmodul verbleiben muss. D. h., neben dem Vorteil einer verbesserten Induktion kann die Variante gemäß den 11 und 12 auch kompakter ausgeführt werden, da Loop-Antenne 68 und Booster-Antenne 8 einander gegenüberliegend angeordnet sind und lediglich durch die Substratfolie zueinander beabstandet werden. Wie vorstehend erwähnt, ist in der Substratfolie 6 die Kavität 64 ausgebildet, in die das Chipmodul 20 bündig eingesetzt wird.
Wie zuvor erläutert, dient der Deckbogen 56 des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels auch dazu, die Windungssprünge 76, 78 zu überdecken.
Prinzipiell ist es jedoch auch möglich, auf diesen Deckbogen 56 zu verzichten und die Windungssprünge 76, 78 durch geeignete mechanische Beaufschlagung in das Substrat 6 zu versenken/einzubetten.
13a zeigt eine Möglichkeit, diese Windungssprünge 76, 78 ins Substrat 6 zu versenken, so dass diese nicht mehr aus der Substratoberfläche vorstehen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 13a wird ein Presswerkzeug 80 zum Eindrücken der Windungssprünge 76, 78 ins Substrat 6 verwendet. Letzteres wird dabei mit der Booster-Antenne 8 und den daran ausgebildeten Windungssprüngen 76, 78 nach oben (Ansicht nach 13a) weisend auf eine beheizte Auflage 82 aufgelegt. Das Presswerkzeug 80 hat eine ebenfalls beheizte Pressenplatte 84, die an einem in Richtung zur Auflage 82 ausfahrbaren Pressenkopf 86 gehalten ist. Durch das Absenken der beheizten Pressenplatte 84 auf die ebenfalls beheizte Auflage 82 und Aufbringen eines geeigneten Pressdrucks werden dann die beiden Windungssprünge 76, 78 in das Substrat 6 hineingedrückt, so dass die Endabschnitte des Antennendrahtes nicht mehr vorstehen.
13b zeigt eine vergrößerte Darstellung des Presswerkzeugs 80 gemäß 13a. Man erkennt in dieser Darstellung deutlich die zur Pressenplatte 84 hinweisende Booster-Antenne 8 und die beiden Windungssprünge 76, 78, die dann bei weiterem Absenken der Pressenplatte 84 in das Substrat 6 eingedrückt werden, wobei dieses Substrat 6 auf der Auflage 82 aufliegt.
14 zeigt eine Variante, bei der das Substrat 6 mit der Booster-Antenne zur Auflage 82 hinweist. Die Booster-Antenne 8 liegt dann auf dieser beheizten Auflage 82 auf und das Chipmodul 20 weist zur Pressenplatte 84 hin. Die beiden Windungssprünge 76, 78 liegen in dieser Relativposition ebenfalls auf der Auflage 82 auf, so dass bei Absenken der Pressenplatte 34 durch die Druck- und Temperatureinwirkung die Windungssprünge 76, 78 ebenfalls in das Substratmaterial eingedrückt werden.
15 zeigt schließlich eine in der Serienproduktion verwendbare Presseinrichtung 88 zum Verpressen der Windungssprünge 76, 78. Diese Presseinrichtung 88 hat eine Vielzahl von Presswerkzeugen 80a bis 80i, die an einem Portal 90 gehalten sind und deren Pressplatten 84 (lediglich die Pressplatte 84i ist mit einem Bezugszeichen versehen) in Richtung auf einen Substratbogen absenkbar sind, auf dem eine Vielzahl von Booster-Antennen 8 verlegt sind. Die Windungssprünge 76, 78 dieser Booster-Antennen 8 werden dann durch Absenken der Presswerkzeuge 80a bis 80i simultan in das Substrat eingepresst. Die Verarbeitung des Substrats/der Transponderlayer vor oder nach dieser Presseinrichtung erfolgt dann in der vorbeschriebenen Weise, wobei - wie erläutert - auf das Aufbringen eines Deckbogens verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann anstelle des Presswerkzeugs auch ein anderes geeignetes Werkzeug beispielsweise ein Ultraschallwerkzeug oder dergleichen verwendet werden, um die Windungssprünge 76, 78 in den Substratbogen einzubetten.
Offenbart sind ein Verfahren und eine Fertigungsanlage zum Herstellen eines Transponder-Foliensubstrats, wobei ein Chipmodul mit Loop-Antenne oder ein „nackter“ Chip mit integrierter Loop-Antenne in ein Booster-Antennen-Substrat eingesetzt wird. Das Transponder-Foliensubstrat besteht vorzugsweise nur aus einem Layer mit einer geformten Kavität für die Aufnahme des Chipmodules oder des „nackten“ Chips.
Bezugszeichenliste

1: Fertigungsanlage
2: Leadframetape mit Chipmodulen
4: Leadframe-Zuführung
6: Substrat
8: Booster-Antenne
10: Leadframe-Vorbereitungsstation
12: Leadframe-Speicher
14: Kleberschicht (HAF)
16: Heizplatte
18: Anpressrollen
20: Chipmodul
21: „nackter“ Chip mit integrierter Loop-Antenne
22: Speicherrolle
24: Abdeckband
26: Rolle
28: Umformeinrichtung
30: Formwerkzeug
32: Ultraschallwerkzeug
34: Sonotrode
36: Aktivfläche
38: Profil
40: Vereinzelungsstation
42: Pick-and-Place-Einheit
44: Visionsystem
48: Aktivierungseinrichtung
50: Prüfstation
52: Heizstempel
54: Kühlstempel
56: Deckbogen
58: Fixierstation
60: Markierungseinrichtung
62: Kleber-Dosiereinrichtung
64: Kavität
66: Kleber
68: Loop-Antenne
70: Zuschnitt/Kleber
72: Windungsfenster
74: Chip
76: Windungssprung
78: Windungssprung
80: Presswerkzeug
82: Auflage
84: Pressenplatte
86: Pressenkopf
88: Presseinrichtung
90: Portal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2588998 B1 [0005, 0025, 0063]
DE 10110939 B4 [0005]
EP 2074560 B1 [0005, 0032]
EP 0724228 B1 [0005]
EP 0826190 B1 [0007]
US 2014/0263663 A1 [0008]
US 2014004220 A1 [0009]
US 2015/0053772 A1 [0010]
US 2012024272 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines nach dem induktiven Kopplungsprinzip arbeitenden Transponder-Foliensubstrats, das zumindest ein Chipmodul (20) mit Loop-Antenne (68) trägt, das im Bereich eines Windungsfensters (72) einer Booster-Antenne (8) eingesetzt ist und mit den Schritten: - Bereitstellen eines Leadframetapes (2) mit dem Chipmodul (20), - Bereitstellen eines Substrats (6) mit zumindest einer Booster-Antenne (8) und partielles Umformen des Substrats (6) derart, dass eine Kavität (64) zur Aufnahme des Chipmoduls (20) ausgebildet wird, wobei das partielle Umformen vorzugsweise mittels eines Ultraschallwerkzeugs (32) und eines Formwerkzeugs (30) erfolgt, wobei das Formwerkzeug (30) chipseitig und das Ultraschallwerkzeug (32) von der vom Chipmodul (20) abgewandten Seite her das Substrat (6) beaufschlagen, - Trennen des Chipmoduls (20) vom Leadframetape (2), - Einlegen des Chipmoduls (20) in die Kavität (64) und - Verkleben des Chipmoduls (20) in der Kavität (64).
Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei das Leadframetape (2) chipseitig mit einer, vorzugsweise vollflächig aufgebrachten, Kleberschicht (14) oder einem Kleberfilm versehen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die Kleberschicht (14) ein Abdeckband (24) hat, das vor einem Vereinzeln/Trennen des Chipmoduls (20) abgezogen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Kleber (66) oder die Kleberschicht (14) durch Wärme- und/oder Druckeinwirkung voraktiviert und/oder aktiviert und/oder ausgehärtet werden.
Verfahren zum Herstellen eines nach dem induktiven Kopplungsprinzip arbeitenden Transponder-Foliensubstrats, das zumindest einen „nackten“ Chip (21) mit im Chipaufbau integrierter Loop-Antenne trägt, der vorzugsweise im Waferformat bereitgestellt ist und im Bereich eines Windungsfensters (72) einer Booster-Antenne (8) eingesetzt wird, mit den Schritten: - Bereitstellen des Chips (21) mit integrierter Loop-Antenne, vorzugsweise von einem Wafer, - Bereitstellen eines Substrats (6) mit zumindest einer Booster-Antenne (8) und partielles Umformen des Substrats (6) derart, dass sich eine Kavität (64) zur Aufnahme des Chips (21) bildet, wobei das partielle Umformen mittels eines Ultraschallwerkzeugs (32) und eines Formwerkzeugs (30) erfolgt, wobei das Formwerkzeug (30) chipseitig und das Ultraschallwerkzeug (32) von der vom Chipmodul (20) abgewandten Seite her das Substrat (6) beaufschlagen, - Einlegen des Chips (21) in die Kavität (64), vorzugsweise nach Voraktivierung eines Klebers mittels Ultraschall oder Wärme, und - Verkleben des Chips (21) in der Kavität (64).
Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei ein Kleber (66) in die Kavität (64) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei nach dem Verkleben ein Deckbogen (56) auf das Foliensubstrat (6) aufgebracht und, vorzugsweise mittels Temperaturbeaufschlagung oder Ultraschallbeaufschlagung, fixiert wird.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei Windungssprünge der Booster-Antenne (8) in das Substrat (6) versenkt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei vor dem Einlegen des Chips (21) mit integrierter Loop-Antenne oder des Chipmoduls (20) in die Kavität (64) eine Qualitätskontrolle der Booster-Antenne (8) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Chip (21) mit integrierter Loop-Antenne oder das Chipmodul (20) auch mit geätzten, gedruckten, gestanzten oder auf sonstige Weise hergestellten Antennentypen betreibbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Windungsfenster (72) der Booster-Antenne (8) auf einer Seite des Substrats (6) und das Chipmodul (20) mit der Loop-Antenne (68) bzw. der Chip (21) mit integrierter Loop-Antenne gegenüberliegend auf der anderen Seite des Substrats (6) angeordnet ist.
Fertigungsanlage, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einer Substrat-Zuführung, einer Chip-Zuführung, insbesondere einer Leadframe-Zuführung (4) zur Zuführung eines Chipmoduls (20) oder eines Chips (21) mit integrierter Loop-Antenne, optional einer Vereinzelungsstation (40) zum Trennen eines Chipmoduls (20) vom Leadframe (2), einer Umformeinrichtung (28) zum Ausbilden einer Kavität (64) in dem Substrat (6), wobei die Umformeinrichtung (28) ein Formwerkzeug (30) und ein Ultraschallwerkzeug (32) hat, einer Pick-and-Place-Einheit (42) zum Platzieren des Chipmoduls (20) oder des Chips (21) in der Kavität (64) und einer Aktivierungseinrichtung (48) zum Aktivieren/Aushärten eines Klebers (66), über den das Chipmodul (20) bzw. der Chip (21) in der Kavität (64) lagefixiert werden soll.
Fertigungsanlage nach Patentanspruch 12 wobei das Formwerkzeug (30) an die Kontur des Chipmoduls (20) bzw. Chips (21) angepasst ist.
Fertigungsanlage nach Patentanspruch 12 oder 13 , mit einer Prüfstation (50) zur Funktionsprüfung des Chipmoduls (20) oder Chips (21), wobei die Prüfstation (50) vorzugsweise ein Lesegerät ist oder ausgelegt ist, ein Betriebssystem oder ein Java-Applet auf einem Speicher, vorzugsweise einem Flash-Speicher des Chipmoduls kontaktlos zu laden