DE10332524A1

DE10332524A1 - Blattgut sowie Verfahren zur Herstellung des Blattguts

Info

Publication number: DE10332524A1
Application number: DE10332524A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dr. Pillo; Markus Dr. Krombholz
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2003-07-17
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Im Blattgut mit einem Transponder (11) ist der elektronische Schaltkreis (8) des Transponders in Dünnschicht-Technologie gedampft oder gedruckt und das Koppelelement (10) des Transponders bildet einen integralen Bestandteil der elektrischen Schaltung (8).

Description

Die Erfindung betrifft Blattgut, insbesondere Blattgut für Wertdokumente wie z. B. Banknoten, welches mit einem Transponder ausgestattet ist, d. h. mit einem elektrischen Schaltkreis und einem damit verbundenen Koppelelement für den kontaktlosen Daten- und/oder Energietransfer zwischen einem externen Gerät und dem elektronischen Schaltkreis. Der Transponder bildet in dem Blattgut ein Sicherheitselement, mit dem ein aus dem Blattgut hergestelltes Wertpapier gegen Verfälschung und unerlaubtes Reproduzieren schützbar ist.

In der WO 02/ 02350 A1 wird ein solcher Transponder mit einem zusätzlichen optischen Effekt für ein Sicherheitspapier und ein daraus hergestelltes Wertdokument beschrieben. Der Transponder kann in das Blattgutmaterial beispielsweise zwischen zwei Papierschichten eingelagert werden, etwa zusammen mit einem Sicherheitsfaden, oder als selbstklebendes Etikett oder im Transferverfahren in nicht-selbsttragender Form auf einer Oberfläche des Blattguts appliziert werden. Bei dem elektronischen Schaltkreis des Transponders kann es sich beispielsweise um einen Speicherchip (ROM), wieder beschreibbaren Chip (EPROM, EEPROM) oder Mikroprozessorchip handeln, wobei sich auf dem Chip zwei bis vier Kontaktflächen befinden. Das mit dem elektrischen Schaltkreis verbundene Koppelelement kann in einer Schicht des Sicherheitselements angeordnet sein, beispielsweise als Schleifendipol, Spule oder offener Dipol, indem es durch Demetallisierung einer Metallschicht oder durch Verdrucken einer leitfähigen Polymerschicht erzeugt und der integrierte Schaltkreis mittels einer beliebigen Kleberschicht wie z.B. Leitkleber, darauf befestigt wird. Auch eine kontaktlose Verbindung, z. B. kapazitiv, zwischen Chip und Koppelelement ist möglich. Alternativ dazu kann der Chip das Koppelelement für die Kommunikation bereits beinhalten („coil-on-chip"-Technologie).

In der EP 1073 993 B1 wird vorgeschlagen, statt der Verwendung herkömmlicher gedünnter Siliziumchips die elektrischen Schaltkreise aus organischen Halbleiterpolymeren herzustellen. Diese sind wesentlich dünner und flexibler als die bruchempfindlichen einkristallinen gedünnten Siliziumwafer, so dass sie den Belastungen, denen eine Banknote typischerweise ausgesetzt ist, besser standhalten. Im Falle induktiver Kopplung wird eine Spule an den Polymerchip angeschlossen, die aus Metall, Leitpasten, leitendem Kunststoff oder einer Kombination dieser Materialien hergestellt sein kann, so dass ein Transponder entsteht.

In entsprechender Weise wird auch in der WO 00/07151 A1 ein Sicherheitspapier mit Transponder für den kontaktlosen Daten- und/oder Energietransfer vorgeschlagen, wobei der Transponderchip ein Polymerschaltkreischip ist, der mit einem als Sende-/Empfangsantenne dienenden Leitermuster verbunden wird. Dieses Koppelelement kann z. B. als Dipolantenne in Form eines dotierten oder metallisierten Kunststoffstreifens ausgebildet sein, der nach Art eines Sicherheitsfadens ins Dokument integriert und auf dem auch der Chip angeordnet wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Herstellungsverfahren von mit Transpondern ausgestattetem Blattgut, insbesondere für Wertpapiere wie Banknoten und dergleichen, zu optimieren und entsprechend optimiertes Blattgut zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch Blattgut sowie ein Verfahren zur Herstellung des Blattguts mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Dementsprechend wird der Transponder in Dünnschicht-Technologie hergestellt, das heißt, sowohl der elektrische Schaltkreis als auch das Koppelelement werden gedruckt oder im Aufdampfverfahren hergestellt. Dabei wird das Koppelelement in den Schichtaufbau des elektrischen Schaltkreises integriert.

Im Gegensatz zum Stand der Technik werden das Koppelelement und der Schaltkreis nicht getrennt voneinander hergestellt und erst bei der Herstellung des Sicherheitselements in den Dünnschichtaufbau des Sicherheitselements integriert, sondern vielmehr findet die Integration des Koppelelements bereits während der Herstellung des Schaltkreises im Schichtaufbau des Schaltkreises selbst statt. Dadurch lässt sich das Herstellungsverfahren vereinfachen.

Unter „Dünnschicht-Technologie" im Sinne der Erfindung sind solche Technologien zu verstehen, mittels derer ein elektronischer Schaltkreis durch sukzessives Auftragen dünner Schichten herstellbar ist, im Gegensatz zu der klassischen Wafer-Technologie, bei der die Schaltungen aus bipolaren Transistoren aufgebaut werden, welche aus einkristallinem Silizium oder äquivalenten Halbleitermaterialien wie Ge, GaAs, InP etc. unter Verwendung von herausmodelliert werden. Die in Dünnschicht-Technologie erzeugten Schaltungen sind demgegenüber durch Addition mehrerer Schichten sozusagen lamellar aufgebaut. Der besondere Vorteil der Dünnschicht-Technologie besteht darin, dass die zum Aufbau der Gesamtschaltung benötigten Schichten sehr dünn sind, mit einer Dicke von typischerweise nur wenigen Nanometern. Der gesamte Transponder kann somit mit einer maximalen Dicke von wenigen Mikrometern hergestellt werden und ist daher besonders gut geeignet für die Benutzung in oder auf dünnen flexiblen Schichten, wie z. B. Banknoten mit einer Dicke bis 100 μm oder Folien mit typischen Dicken von 12, 23 oder 50 μm. Wafer hingegen sind einige Millimeter dick und müssen gedünnt werden, um an die dünnen Schichten wie Papier oder Folien adaptiert werden zu können, was zusätzliche externe Prozessschritte erfordert.

Wird die elektrische Schaltung beispielsweise aus Silizium oder einem anderen anorganischen Halbleitermaterial hergestellt, so bietet sich dafür die Dünnschicht-Vakuum-Aufdampfung an, wie z. B. Chemical Vapor Deposition (CVD) oder Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). Damit läßt sich z. B. Silizium in amorpher oder – nach entsprechender Behandlung gemäß Stand der Technik- polykristalliner Form auf Foliensubstrate aufdampfen, wobei die so erhaltenen Filme durch Zugabe von Gasen wie Phosphor- oder Bor-Dampf in situ dotiert werden können. Diese Technik ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Feld-Effekt-Transistoren bekannt, die aus mehreren Schichten von z. B. dünnem Silizium bestehen. Wegen der hohen Ladungsträgerbeweglichkeit wird es bevorzugt, die Schaltung aus polykristallinem Silizium (poly-Si) herzustellen, welches sich aus amorphen Silizium (a-Si) durch Laserkristallisation mittels eines Excimer-Laser herstellen läßt. Dies ist im Zusammenhang mit der rückseitigen Ansteuerung von flexiblen Displays Stand der Technik.

Der Schaltkreis kann statt im Aufdampfungsverfahren auch im Druckverfahren aus organischen Halbleitern hergestellt werden, nämlich beispielsweise durch Inkjet Printing (Conference Binder, „1^st Digital Electronic Materials Deposition Conference", Palm Springs, CA, Oktober 2002). Leitfähige organische Halbleiter lassen sich in molekularer, bevorzugt jedoch in polymerer Form verdrucken.

In ähnlicher Weise wird bei der Herstellung des elektrischen Schaltkreises auch das Koppelelement aufgedampft oder aufgedruckt. Insbesondere kann also das Koppelelement eine Antenne sein, die aus leitfähigen organischen Materialien oder einem Metall wie Silber in Form von Silberleitpaste aufgedruckt wird. Die Antenne kann aber genauso aus gedampftem Metall, wie beispielsweise Kupfer hergestellt werden.

Allgemein ist eine beliebige Kombination möglich, indem entweder der Schaltkreis aufgedampft und das Koppelelement aufgedruckt sind oder der Schaltkreis aufgedruckt und das Koppelelement aufgedampft sind. Verfahrenstechnisch am günstigsten ist es jedoch, wenn sowohl das Koppelelement als auch der Schaltkreis entweder beide aufgedampft oder beide aufgedruckt sind. Das Koppelelement kann dann während der Erzeugung des elektronischen Schaltkreises unmittelbar vor oder nach der Erzeugung der Elektrodenschicht des Schaltkreises, mit der das Koppelelement in Kontakt stehen soll, in derselben Verfahrenstechnologie erzeugt werden, wie die betreffende Elektrodenschicht auch. Vorzugsweise wird das Koppelelement sogar aus demselben Material hergestellt wie die mit dem Koppelelement verbundene Elektrodenschicht, da es dann verfahrenstechnisch besonders günstig ist, das Koppelelement als integralen Bestandteil der betreffenden Elektrodenschicht in einem einzigen Arbeitsgang gleichzeitig mit der Elektrodenschicht herzustellen. Besonders vorteilhaft ist die Herstellung sowohl des Schaltkreises als auch des Koppelelements im Aufdampfungsverfahren, wobei die Antenne aus demselben Metall und vorzugsweise im selben Arbeitsschritt gedampft wird, wie eine Elektrodenschicht des Schaltkreises. Das Aufdampfen des Koppelelements kann dabei z. B. in strukturierter Form durch eine Maske geschehen oder aber die Koppeleinheit wird zunächst oberflächlich mit den Elektroden aufgebracht und anschließend durch gezieltes Strukturieren herausmodelliert.

Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
1a bis 1d verschiedene Stadien bei der Herstellung eines Transponder-Sicherheitselements, basierend auf Dünnschicht-Technologie.
2 einen Ausschnitt des Sicherheitselements aus 1 schematisch in Draufsicht,
3 das vollständige Sicherheitselement schematisch in Draufsicht,
4 eine weitere Ausgestaltung des Sicherheitselements aus 1, und
5 die Applikation des Sicherheitselements aus 4 auf Blattgut.
Den 1a bis 1d sind schematisch die Herstellungsschritte zur Herstellung eines Transponders in Dünnschichttechnologie am Beispiel eines Feldeffekttransistors dargestellt. Man spricht auch von Dünnfilmtransistoren (TFT = thim film transistor). Zunächst wird auf ein Kunststoffsubstrat 1 eine Barriereschicht 2 aufgedampft. Danach wird eine Schicht 3 aus amorphem Silizium (a-Si) auf die Barriereschicht 2 aufgedampft. Diese Siliziumschicht 3 wird vorzugsweise mittels einem Excimer-Laser zu polykristallinem Silizium (poly-Si) kristallisiert. Anschließend wird eine Gate-Oxyd-Schicht 4 aufgedampft, und schließlich wird eine Gate-Elektrode-Schicht 5 auf die Gate-Oxyd-Schicht 4 aufgedampft (1a). Danach wird beispielsweise mittels lithografischer Verfahren die Struktur in die aufgedampften Schichten 2 bis 5 eingebracht (1b). Nach erfolgter Strukturierung wird als weitere Barriereschicht ein Isolator 6 aufgedampft. Erst danach werden Drain/Source- Elektroden als Schicht 7 aufgebracht. Die Schichten 2 bis 7 bilden dann einen Dünnschichttransistor 8 auf dem Plastiksubstrat 1 (1c).
2 zeigt den Dünnschichttransistor 8 schematisch in Draufsicht. Zu erkennen sind die Siliziumschicht 3 sowie die Gate-Elektroden 5 und Drain/Source-Elektroden 7. Um einen Transponder zu realisieren, muss zusätzlich zu den Dünnschichttransistoren – die zu einem Schaltkreis verknüpft sind – noch ein Koppelelement vorgesehen werden. Dieses Koppelelement kann sowohl mit den Gate-Elektroden 5 als auch mit den Drain- oder Source-Elektroden 7 verbunden werden. Dies erfolgt unmittelbar vor oder nach dem Aufdampfen der entsprechenden Elektrodenschicht beispielsweise durch Aufdrucken einer Antenne aus leitfähigen organischen oder aus einem Metall wie Silber oder Kupfer, oder durch Aufdampfen entsprechender Materialien. Vorzugsweise wird die Antenne während der Beschichtung der Elektroden gemeinsam mit den Elektroden aus gedampften Material hergestellt. Wie bereits eingangs erwähnt, kann dies durch eine Maske hindurch geschehen oder aber die Koppeleinheit wird erst großflächig mit den Elektroden aufgebracht und anschließend durch gezieltes Strukturieren aus dem Schichtaufbau herausmodelliert.
Zur Fertigstellung des Transponders wird die Dünnschichtstruktur einschließlich des Koppelelements mit einer kaschierten Folie oder einem Schutzlack 9 versehen. In 3 ist ein solcher Transponder mit einer Mehrzahl untereinander verbundener Dünnschichttransistoren 8 dargestellt.
Der Transponder kann so, wie er in 3 dargestellt ist, beispielsweise als Sicherheitsfaden in Papier eingelagert werden. Er kann aber auch nach Art eines Etiketts auf eine Blattgutoberfläche aufgeklebt werden. Dazu braucht lediglich entweder der Schutzlack 9 oder das Kunststoffsubstrat 1 mittels eines Klebers in Kontakt mit der Blattgutoberfläche gebracht zu werden.
4 zeigt eine Weiterbildung des Transponders zu einem Sicherheitselement, welches im Transferverfahren auf das Blattgut aufgebracht werden kann. Dazu sind zwischen dem Transponder 11 einschließlich der in 4 nicht gezeigten Barriereschicht 2 und dem Kunststoffsubstrat 1 eine Trennmittelschicht 12 und eine Lackschicht 13 vorgesehen. Des weiteren ist auf der gegenüberliegenden Seite des Schichtaufbaus, nämlich auf dem Schutzlack 9, eine Kleberschicht 14 vorgesehen. Dieser Aufbau wird mit der Kleberschichtseite auf ein Blattgut 15 aufgeklebt und das Kunststoffsubstrat 1 mit Hilfe der Trennmittelschicht 12 von dem Schichtaufbau gelöst. Dadurch lässt sich der Schichtaufbau in einfacher Weise automatisch, und besonders bevorzugt in Rolle-zu-Rolle-Technik, im Transferverfahren auf das Blattgut 15 übertragen.
Die Lackschicht 13 dient im wesentlichen als Schutz des Transponders 11. Der Lack 13 kann aber vorteilhafterweise ein Prägelack mit eingeprägten holografischen Strukturen sein, um ein zusätzliches Sicherheitsmerkmal in den Schichtaufbau zu integrieren. In diesem Falle kann eine dünne, reflektierende Metallschicht zwischen der Lackschicht 13 und der in 4 nicht dargestellten Barriereschicht 2 des Transponders 11 aufgedampft sein.
Bei dem in 3 dargestellten Koppelelement 10 handelt es sich um eine Spulenschleife, die beispielsweise für den Frequenzbereich 13,56 MHz ausgebildet sein kann. Die Windungszahl kann variiert werden. Das Koppelelement kann aber auch für andere Frequenzbereiche wie beispielsweise 886 MHz oder 915 MHz (nach ISM-Standard UHF) ausgebildet sein. Dann würde als Koppelelement vorzugsweise ein (Halbwellen-)Dipol verwendet. In diesem Fall bietet es sich an, den Transponder in ein großflächiges Sicherheitselement zu integrieren, beispielsweise in einen Sicherheitsfaden oder in ein optisch variables Sicherheitselement wie ein Hologramm. Die Abstimmung auf den Frequenzbereich von 2,45 GHz (nach ISM-Standard SHF) ist auch möglich.
Anstelle einer induktiven Kopplung ist auch ein kapazitiv koppelndes Koppelelement in den Schaltkreis integrierbar. Dazu werden die Koppelelemente als große Elektrodenflächen während der Herstellung der Dünnschicht-Schaltung mit eingebracht.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird in die Dünnschicht-Schaltung lediglich eine kleine Koppelspule in der vorbeschriebenen Weise integriert. Zur Vergrößerung der Reichweite der Koppelspule wird anschließend auf dasselbe Kunststoffsubstrat eine zweite Koppelspule oder noch weitere Koppelelemente aufgebracht, die induktiv miteinander gekoppelt sind. Dieser gesamte Aufbau bildet dann den in oder auf das Blattgut aufzubringenden Transponder.

Claims

Blattgut (15) umfassend einen in Dünnschicht-Technologie aufgedampften und/oder gedruckten Transponder (11), der einen elektronischen Schaltkreis (8) und ein Koppelelement (10) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (10) in den Dünnschicht-Aufbau (2–7) des Schaltkreises (8) integriert ist.
Blattgut nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Koppelelement (10) als auch der Schaltkreis (11) entweder aufgedampft oder aufgedruckt sind.
Blattgut nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (8) eine aufgedampfte Siliziumschaltung ist.
Blattgut nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumschaltung aus amorphem oder polykristallinem Silizium (a-Si bzw. poly-Si) besteht.
Blattgut nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (10) aus gedampftem Metall besteht.
Blattgut nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkreis (8) aus ein polymeren Leitern und/ oder Halbleitern aufgebaut ist.
Blattgut nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (10) aus polymerem Material besteht.
Blattgut nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11) zusätzlich zu dem in dem Dünnschicht-Aufbau (2 –7) des Schaltkreises (8) integrierten Koppelelement (10) weitere, mit diesem Koppelelement (10) induktiv koppelnde Koppelelemente umfasst.
Blattgut nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11) als Sicherheitselement auf das Blattgut (15) appliziert ist.
Blattgut nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11) gemeinsam mit einer den Transponder tragenden Trägerfolie (1) auf das Blattgut (15) appliziert ist.
Blattgut nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder (11) als Bestandteil eines Sicherheitsfadens in das Blattgut eingelagert ist.
Wertdokument hergestellt aus Blattgut nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Wertdokument nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wertdokument eine Banknote ist.
Verfahren zur Herstellung von Blattgut mit Transponder (11) der zumindest einen elektrischen Schaltkreis (8) und ein Koppelelement (10) zum kontaktlosen Austausch von Daten und/ oder Energie zwischen dem Schaltkreis (8) und einem externen Gerät aufweist, umfassend die Schritte: – Erzeugen des elektronischen Schaltkreises (8) auf einem Substrat (1) in Dünnschicht-Technologie (2–7) durch Aufdampfen oder Aufdrucken der einzelnen Schichten (2–7) des elektronischen Schaltkreises (8) einschließlich einer ersten Elektrodenschicht (5) und einer zweiten Elektrodenschicht (7). – Erzeugen eines mit dem elektrischen Schaltkreis (8) gekoppelten Koppelelements (10) und – Verbinden des so hergestellten Transponders (11) mit dem Blattgut (15), dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Koppelelements (10) das Aufdampfen oder Aufdrucken einer das Koppelelement (10) bildenden Schicht während der Erzeugung des elektronischen Schaltkreises (8) unmittelbar vor oder nach oder vorzugsweise gleichzeitig mit dem Schritt des Erzeugens der ersten oder der zweiten Elektrodenschicht (5, 7) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Komplettierens des Transponders (11) durch Aufbringen einer Schutzschicht (9) über den Schaltkreis (8) mit dem Koppelelement (10).
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Koppelelement (10) als auch der Schaltkreis (11) entweder aufgedampft oder aufgedruckt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Schaltkreises (8) das Aufdampfen einer Siliziumschicht (3) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Kristallisierens der Siliziumschicht zu polykristallinem Silizium (poly-Si).
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Koppelelements das Aufdampfen einer Metallschicht umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens des Schaltkreises (8) das Aufdrucken einer polymeren Halbleiterschicht (3) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass auch das Koppelelement (10) aus polymerem Material erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Erzeugens weiterer, mit dem Koppelelement (10) induktiv koppelnder Koppelelemente auf dem Substrat (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens des Transponders (11) mit dem Blattgut (15) durch Applizieren des Transponders (11) auf das Blattgut (15) im Transferverfahren ohne das Substrat (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens des Transponders (11) mit dem Blattgut (15) durch Aufkleben des Transponders (11) einschließlich des Substrats (1) auf das Blattgut (15) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Verbindens des Transponders (11) mit dem Blattgut (15) durch Einbringen eines den Transponder (11) tragenden Sicherheitsfadens in das Blattgut erfolgt.