DE112004000012B4

DE112004000012B4 - Kunststoffprodukt mit integriertem organischen elektronischen Bauteil, Verfahren zur Herstellung dazu

Info

Publication number: DE112004000012B4
Application number: DE112004000012T
Authority: DE
Inventors: Dr. Clemens Wolfgang; Dr. Eberlein Werner
Original assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Current assignee: PolyIC GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2004-01-14
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2024-01-15
Also published as: DE112004000012D2; WO2004066197A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffprodukt oder das Gehäuse eines Kunststoffproduktes mit einem Elektronikbauteil, vorzugsweise einem integrierten low-cost-Chip auf organischer Basis. Die organische Schaltung ist auf einem flexiblen Substrat, das mit dem Elektronikbauteil eine in-mould-labelling-Folie bildet, die durch eine Beschichtung geschützt ist und benötigte Kontakte nach außen geführt sind, wobei die in-mould-labelling-Folie durch in-mould-labelling mit dem Kunststoffprodukt nicht oder schlecht lösbar verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffprodukt oder das Gehäuse eines Kunststoffproduktes mit einem beispielsweise im Gehäuse sichtbar oder unsichtbar integrierten organischen elektronischen Bauteil, beispielsweise einem low-cost-Chip. Das Elektronikbauteil kann beispielsweise ein auf organischer Elektronik basierender RFID-Tag sein, das auf einem flexiblen Kunststoffsubstrat aufgebaut ist.
Bekannt sind Kunststoffprodukte, bei denen durch so genanntes in-mould-labelling Etiketten oder ”Labels” aufgebracht werden, die mit dem Kunststoffprodukt nicht oder nur schlecht lösbar verschmolzen werden. Dadurch entstehen schöne Kunststoffprodukte, deren Etiketten stabil fixiert sind und die ohne aufwendige Trennung entsorgt werden können. Bei der in-mould-labelling Technik sowie bei der in-mould-decoration Technik werden Label (z. B. für Dekorationszwecke) vorgelegt und das Kunststoffprodukt wird dann darauf geschmolzen.
Diese Art der Integration von Elektronik in Kunststoffprodukte ist bisher nicht möglich. Üblicherweise werden Elektronikbauteile auf Platinen aufgebaut, die dann an den Kunststoffprodukten und/oder in den Gehäusen befestigt werden. Somit wird extra Platz hierfür benötigt. Eine Alternative zur Identifikation der Produkte ist das Aufkleben oder Aufdrucken eines Labels, z. B. versehen mit einem Strichcode.
Aus der US 6,482,287 B1 ist eine Methode zur Integration eines siliziumbasierten Chips in ein Kunststoffprodukt bekannt, wobei der siliziumbasierte Chip in einem aufwändigen Verfahren unter Schaffung einer Vertiefung im Kunststoffprodukt und Verklebung des Chips an der Wand einer in-mould-Presse in das Kunststoffprodukt integriert wird.
Aus der DE 101 51 440 ist eine organische Schaltung auf einer flexiblen Folie bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine organische Schaltung so zu modifizieren, dass sie als in-mould-labelling-Folie einsetzbar ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoffprodukt mit einem Elektronikbauteil, das

– eine organische Schaltung,
– auf einem flexiblen Substrat,

Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffproduktes mit Elektronikbauteil durch in-mould-labelling einer in-mould-labelling-Folie, die das organische elektronische Bauteil umfasst, wobei während des in-mould-labellings eine Kühlung des in-mould-label-Gehäuses vorgesehen ist und/oder eine extrem kurze Verweilzeit des geschmolzenen Kunststoffs auf dem Elektronikbauteil, so dass das Elektronikbauteil während der Verschmelzung keinen Schaden erleidet.
Die Elektronik kann dabei sowohl komplett oder teilweise innerhalb des Kunststoffes integriert sein, als auch fest an der Oberfläche verbunden sein.
Vorteilhafterweise wird als Elektronikbauteil ein Chip auf organischer Basis eingesetzt. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn ein Elektronikbauteil auf einem flexiblen Substrat eingesetzt wird.
Im Kunststoffprodukt kann ein Elektronikbauteil eine Kombination einer Elektronik mit anderen Elementen wie Eingabeelemente (z. B. Taster)- und/oder Ausgabeelementen (z. B. Anzeigeelemente, Lautsprecher) und/oder mit einer Vorrichtung zur Energieversorgung (z. B. Solarzelle, Batterie, Kontakt, Spule, Antenne) und/oder mit einem Sensorelement (z. B. für Temperatur, Druck, Feuchtigkeit) umfassen.
Eine organische Schaltung lässt sich auf flexiblen Kunststoffolien aufbauen. Diese können gleichzeitig auch noch für dekorative Zwecke bedruckt werden. Diese Folie kann nun wie eine In-mould-labelling-Folie in einer entsprechenden Anlage verwendet werden. Somit ist es möglich, Elektronik, speziell sogenannte Radio-Frequenz-Ident (RFID) Tags direkt in ein Kunststoff-Gehäuse zu integrieren. Es kann sowohl sichtbar als auch vollkommen abgedeckt sein. Auch ist es möglich, eventuell benötigte Kontakte nach außen zu führen. Es ist zu beachten, dass beim Mould-Vorgang erhöhte Temperaturen entstehen. Dies könnte die organischen Schaltungen beeinträchtigen bis zerstören. Deswegen sind besondere Vorkehrungen zu treffen, beispielsweise durch eine möglichst kurze Einwirkung der hohen Temperatur oder einer speziellen Kühlung des Mould-Gehäuses oder auch durch eine entsprechende Beschichtung des Labels.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand zweier Figuren, die den Vorgang des in-mould-labelling deutlich machen, näher beschrieben.
1 zeigt den Ablauf eines in-mold-labellings: Die beiden Teile eines äußeren Gehäuses 1 und 2 sind gegeneinander gepresst, so dass in dazwischen ein geschlossener Hohlraum, 3, in Form des späteren Bauteils entsteht. In diesen Hohlraum, z. B. an der Wand zum Gehäuse 1, ist das einzubringende Label 4, befestigt. Durch ein Loch 5 im Gehäuse 1 wird in Pfeilrichtung 6 das verflüssigte Grundmaterial für das Gehäuse in den Hohlraum 3 eingepresst. Dieser füllt sich nun aus, anschließend kühlt das Material ab und erstarrt. Dadurch ist das Label 4 im neu entstandenen Gehäuse des Kunststoffproduktes integriert. Dann wird das Gehäuseteil 2 in Pfeilrichtung 7 auseinandergefahren und das neue Kunststoffprodukt freigegeben.
Auf der sieht man dann das fertige neue Kunststoffprodukt 8, mit dem integrierten Label 4.
Als Kunststoffprodukte kommen quasi alle denkbaren Kunststoffteile in Betracht. Von Behältern für Lebensmittel bis Gehäuse von Haushaltsmaschinen, von medizinischen Geräten und Kleingeräten wie Spritzen und Flaschen bis Röntgenstrahlungsgehäuse, Dosen Kassetten, Möbel aller Art, Sportgeräte und vielen mehr.
Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Es ist eine Elektronik wie z. B. ein RFID-Tag direkt im Gehäuse integriert, ohne zusätzlichen Platzbedarf, außen oder innen, sichtbar oder unsichtbar. Dieses RFID-Tag kann kontaktlos Informationen an ein entsprechendes Lesegerät weitergeben, auch ohne Sichtkontakt. Somit kann dies für eine Automatisierung bei der Fertigung, zur Identifizierung, bis hin zur Information über den richtigen Recyclingweg verwendet werden. Natürlich lassen sich beliebige andere Informationen übertragen. Auch eine andere Elektronik, die logische Funktionen übernimmt ist denkbar. Hier muss nur die Energieversorgung sowie die Signalübertragung gewährleistet sein, beispielsweise über entsprechende elektrische Kontakte.
Eine weitere vorteilhafte Anwendung ist ein elektronisches Label z. B. für Marketingzwecke im Konsumgüter- und Lebensmittelbereich. Solch ein Label kann neben der reinen Elektronik auch eine Anzeige (z. B. basierend auf elektrochromen Materialien, flüssigkristallinen Anzeigen (LCD), organischen oder -anorganischen Leuchtdioden), und eine Energieversorgung (z. B. organische oder anorganische Solarzelle, Batterie, Antenne, Kontakte), sowie Sensor und/oder Eingabeelemente (z. B. für Licht, Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, chemische Elemente, Druck) und Taster für eine Eingabe.

Claims

Kunststoffprodukt mit einem Elektronikbauteil, das – eine organische Schaltung, – auf einem flexiblen Substrat, umfasst, wobei das flexible Substrat mit dem Elektronikbauteil eine in-mould-labelling-Folie bildet, die durch eine Beschichtung geschützt ist und benötigte Kontakte nach außen geführt sind, wobei die in-mould-labelling-Folie durch in-mould-labelling mit dem Kunststoffprodukt nicht oder schlecht lösbar verbunden ist.
Kunststoffprodukt nach Anspruch 1, wobei das Elektronikbauteil eine Funktionsschicht aus organischem Material umfasst.
Kunststoffprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das flexible Substrat dekorativ gestaltet ist.
Kunststoffprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Elektronikbauteil durch eine spezielle Beschichtung vor Beschädigung während des in-mold-label-Vorgangs geschützt ist.
Kunststoffprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Elektronikbauteil ein Radio-Frequenz-Identifiikations-tag (RFID-tag) ist.
Kunststoffprodukt nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Elektronikbauteil eine Kombination einer Elektronik mit anderen Elementen wie ein Eingabeelement und/oder ein Ausgabeelement und/oder mit einer Vorrichtung zur Energieversorgung und/oder mit einem Sensorelement umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffproduktes mit Elektronikbauteil durch in-mould-labelling einer in-mould-labelling-Folie, die das organische elektronische Bauteil umfasst, wobei während des in-mould-labellings eine Kühlung des in-mould-label-Gehäuses vorgesehen ist und/oder eine extrem kurze Verweilzeit des geschmolzenen Kunststoffs auf dem Elektronikbauteil, so dass das Elektronikbauteil während der Verschmelzung keinen Schaden erleidet.