DE19617621A1 - Verfahren zum Herstellen eines Laminats, Verwendung nachgiebigen Materials bei der Herstellung eines Laminats und nach dem genannten Verfahren hergestelltes Laminat - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Laminats, Verwendung nachgiebigen Materials bei der Herstellung eines Laminats und nach dem genannten Verfahren hergestelltes Laminat

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Laminats mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Schichten und mindestens einem teilweise in die mittlere der drei Schichten eingebetteten funktionalen Bauteil. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung nachgiebigen Materials als mittlere von drei aufeinanderfolgenden Schichten bei der Herstellung eines Laminats. Schließlich betrifft die Erfindung ein Laminat mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Schichten.
Laminate finden als Karten, wie beispielsweise Ausweis- oder Kreditkarten, auch als Chipkarten, in immer größerem Maße Anwendung. Solcherlei Karten werden heute üblicherweise aus Bögen ausgestanzt, die sandwichartig aus mehreren Kunststoff­ lagen gebildet sind und die durch Anwendung von Druck und/oder Wärme unlösbar miteinander verbunden werden. Die äußeren Lagen bestehen dabei üblicherweise aus transparenten Folien, während die nächst inneren Lagen bedruckt sind und/oder im Falle von per­ sonenbezogenen Karten Informationen über den Inhaber enthalten, die durch die unlösbare Laminierung der einzelnen Schichten nachträglich nicht mehr verändert werden können.
Zum Laminieren der Bögen sind mehrere Herstellungsver­ fahren bekannt, bei denen jeweils eine Presse mit hoher Preß­ kraft von ca. 50 bis 100 dN/cm² bei einer in der Regel 48 Ein­ zelkarten entsprechenden Bogengröße mit heizbaren Pressenplatten benötigt wird. An das Aussehen der fertigen Karten werden hohe Anforderungen gestellt. So muß beispielsweise deren Oberfläche riefenfrei und hochglänzend sein, was u. a. dadurch erreicht wird, daß die den Oberflächen des Bogens zugekehrten Wirkflächen der Presse mit hochglanzpolierten Metallblechen belegt sind. Außerdem müssen die Oberflächen der Karten eben und genau plan­ parallel sein, weil kleinste Unebenheiten bereits als störend empfunden werden könnten. Auch werden an die Sauberkeit des Druckbildes extrem hohe Anforderungen gestellt.
Die genannten Forderungen werden u. a. dadurch erfüllt, daß die Presse eine hohe Präzision hinsichtlich ihrer Planpa­ rallelität aufweist und daß die Laminiertemperatur mit hoher Ge­ nauigkeit eingehalten wird.
In zunehmendem Maße werden im Inneren von Laminatkarten funktionelle Bauteile, wie etwa elektrische Bauelemente, elek­ tronische Bauelemente (Mikrochips) und/oder zur Identifizierung der Karte dienende Metallkörper eingebettet. Auf diese Weise können Daten, wie etwa Kontostände, auf den Karten gespeichert und bei Bedarf mit einer geeigneten Einrichtung abgefragt und/oder verändert werden. Anfänglich wurden zu diesem Zweck Magnetstreifen verwendet, die sich allerdings als wenig fäl­ schungssicher erwiesen haben. Die Abfrage und/oder Veränderung von Daten erfolgt entweder über metallische Kontakte, die in einer der Deckschichten der Karte eingelassen sind, oder be­ rührungslos mit Hilfe einer im Karteninneren eingelassenen In­ duktionsspule.
Das Einbetten der genannten funktionalen Bauteile, deren Dicke bei bisher bekannten Verfahren bis zu etwa 60% der Gesamt­ dicke der fertigen Karte betragen kann, ist mit großen Schwie­ rigkeiten verbunden. Bei den bekannten Verfahren wird nämlich diejenige Kunststoffschicht, in die das funktionale Bauteil ein­ gebettet werden soll, mit der äußeren Kontur des funktionalen Bauteils entsprechenden Durchbrüchen versehen, in die das Bau­ teil dann mit hoher Genauigkeit eingelegt werden muß, weil Luft­ einschlüsse zwischen dem funktionalen Bauteil und den Wänden der eingebrachten Durchbrüche die Oberflächengüte der fertigen Karte stark beeinträchtigen. Das Einlegen des funktionalen Bauteils erfolgt herkömmlicherweise meist von Hand, weil die üblichen Be­ stückungsautomaten die erforderliche Positioniergenauigkeit nicht erreichen. Besonders schwierig ist das Einlegen von Spu­ len, weil der im Inneren der Spule vorhandene Raum zur Vermei­ dung von Lufteinschlüssen mit einem Formstück aus Kunststoff ausgefüllt werden muß, das nach dem Einlegen der Spule in die Kunststofflage in das Innere der Spule eingelegt werden muß, so daß ein zusätzlicher Einlegevorgang erforderlich ist.
Bisweilen weist ein funktionales Bauteil Dickenunter­ schiede über eine parallel zur Hauptebene des Laminats liegende Ebene auf. In einem solchen Fall müssen wegen dieser Dickenun­ terschiede nach dem Einlegen entstehende Hohlräume durch das Einbringen einer genau dosierten Menge eines niedriger schmel­ zenden Kunststoffs (sog. Hotmelt) ausgefüllt werden, was eben­ falls mit zusätzlichem Fertigungsaufwand verbunden ist.
Der Erfindung liegt in Anbetracht der vorstehend erläu­ terten Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das einfach und preisgünstig auszuführen ist und mit dem dennoch Laminate mit der erforderlichen Qualität hergestellt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die mittlere Schicht zumindest im Zeitpunkt des Einbettens des funktionalen Bauteils derart nachgiebig ist, daß sie entsprechend dem in die mittlere Schicht einzubettenden Volumen des funktionalen Bauteils aus­ weichen kann.
Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Nachgiebigkeit der mittleren Schicht das Einbringen von Durchbrüchen überflüssig macht. Dadurch kann ein Arbeitsgang ge­ spart werden.
Auch bleibt bei Bauteilen mit zwar geschlossenen, dennoch aber nicht massiven Konturen, wie etwa Spulen u. dgl. der Innenraum der Spule nicht unausgefüllt. Vielmehr wird beispielsweise dann, wenn eine solche Spule in die nachgiebige mittlere Schicht eingedrückt wird, im Inneren der Spule Material der mittleren Schicht verbleiben, weshalb ein nachträgliches Ausfüllen des Innenraums der Spule nicht erforderlich ist. Das nachträgliche Ausfüllen des Spuleninnenraums wird mithin ebenfalls gespart.
Die Nachgiebigkeit der mittleren Schicht ermöglicht die spontane Ausbildung von Kanälen, durch die etwaige Luftein­ schlüsse durch Absaugen entfernt werden können, die sich - vom Ort des Absaugens her gesehen - hinter einem Bauteilabschnitt befinden. Mithin kann das nach dem Stand der Technik bisweilen erforderliche Einbringen von künstlichen Kanälen entfallen.
Hohlräume, die auf Dickenunterschiede des Bauteils zu­ rückgehen, werden - ähnlich wie Innenräume von Spulen - spontan von dem Material der mittleren Schicht eingenommen. Ein Aus­ füllen mit zusätzlichem Kunststoff entfällt.
Da es für das Einbetten des funktionalen Bauteils keine Durchbrüche gibt, in die das Bauteil mit hoher Präzision einge­ setzt werden muß, sondern statt dessen das Bauteil sich seinen Einbauraum in der mittleren Schicht durch Verdrängen eines ent­ sprechenden Teils der mittleren Schicht selbst schafft, ist nicht mehr eine so hohe Positioniergenauigkeit erforderlich, weshalb das Einlegen des Bauteils von Hand nicht mehr erfor­ derlich ist. Vielmehr können Bestückungsautomaten verwendet wer­ den.
Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, daß das Ausweichen der mittleren Schicht mit einer Kompression verbunden ist. Dadurch ist gewährleistet, daß das Einbetten des funktionalen Bauteils nicht zu Materialüberschuß der mittleren Schicht an anderer Stelle führt.
Die mittlere Schicht kann im Zeitpunkt des Einbettens des Bauteils schaumartig sein. Dadurch setzt sie dem Bauteil beim Einbetten besonders wenig Widerstand entgegen, was das Einbetten einfach macht.
Die mittlere Schicht kann im Zeitpunkt des Einbettens des Bauelements Fasern beinhalten. Fasern geben der Ge­ samtanordnung eine gewisse erhöhte Stabilität.
Die Fasern können teilweise miteinander verwoben und/oder teilweise nicht miteinander verwoben sein. In Frage kommen beispielsweise Vliese und textile Gewebe.
Wenn die Fasern vor dem Einbetten des Bauteils zumindest teilweise mit einem schmelzbaren Werkstoff beschichtet sind, kann durch Aufschmelzen des Werkstoffs und darauf folgendes Här­ ten des Werkstoffs eine besonders innige Verbindung geschaffen werden. Auch können etwaig verbliebene Lufteinschlüsse - bei gleichzeitigem Absaugen - von dem schmelzbaren Werkstoff aus­ gefüllt werden.
Die mittlere Schicht kann erfindungsgemäß nach dem Ein­ betten des Bauteils derart behandelt werden, daß sie die für das Einbetten erforderliche Nachgiebigkeit verliert. Dadurch wird die Stabilität des Laminats erhöht.
Werden in der mittleren Schicht und in mindestens einer der an die mittlere Schicht angrenzenden Schichten Werkstoffe verwendet, die miteinander kompatibel sind, kann eine besonders innige Verbindung zwischen der mittleren Schicht und der daran angrenzenden Schicht erreicht werden, was die Stabilität des La­ minats erhöht.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung nach­ giebigen Materials in einer mittleren von drei aufeinanderfol­ genden Schichten bei der Herstellung eines Laminats, bei der mindestens ein funktionales Bauteil zumindest teilweise in die mittlere Schicht eingebettet wird.
Ferner ist Gegenstand der Erfindung ein Laminat mit min­ destens drei aufeinanderfolgenden Schichten und einem zumindest teilweise in die mittlere der drei Schichten eingebetteten funk­ tionalen Bauteil, wobei das Laminat mit einem Verfahren der vor­ stehend beschriebenen Art hergestellt ist.
Erfindungsgemäß kann das funktionale Bauteil ein elek­ trisches Bauteil, ein elektronisches Bauteil (Chip) oder ein zur Identifizierung des Laminats dienender Metallkörper sein.
Erfindungsgemäß bevorzugt handelt es sich bei dem Laminat um eine Chipkarte.
Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich­ nung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Dabei zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Chipkarte,
Fig. 2 die Chipkarte nach Fig. 1 zu einem ersten Zeitpunkt des Herstellungsverfahrens im Schnitt,
Fig. 3 die Darstellung nach Fig. 2, jedoch in einem zweiten Stadium des Verfahrens und
Fig. 4 die Darstellung nach den Fig. 2 und 3, jedoch in einem dritten Stadium des Verfahrens.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Zeich­ nungen nicht maßstabsgetreu sind.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Chipkarte 10, in die ein elektronischer Chip 12 sowie eine Antenne 14 eingelassen sind. Dabei stellt Fig. 1 eine Draufsicht dar.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der Ebene II-II der Chipkarte 10 zu einem relativ frühen Stadium des Herstel­ lungsverfahrens. Man erkennt zwei übereinanderliegende Schichten 16 und 18, von denen die untere Schicht 16 (Deckschicht) transparent ist und aus PVC besteht. Sie hat eine Schichtstärke von 0,1 mm.
Die Schicht 18 hat eine Stärke von 0,4 mm und ist bei diesem Ausführungsbeispiel aus geschlossenporigem PVC-Schaum.
Gemäß Fig. 3 wird in die Schicht 18 aus geschlossenpo­ rigem PVC-Schaum eine Schaltung eingebettet, die einen Chip 12 sowie eine Antenne 14 beinhaltet. Werden die genannten Elemente 12 und 14 in die Schaumschicht 18 eingedrückt, gibt die Schaum­ schicht 18 entsprechend dem Volumen der genannten Elemente 12 und 14 nach.
Daraufhin wird gemäß Fig. 4 eine Deckschicht 20 auf der Schaumschicht 18 mit den darin eingebetteten Elementen 12 und 14 auflaminiert. Die Deckschicht 20 ist aus demselben PVC wie die Schicht 16. Sie hat ebenfalls eine Stärke von 0,1 mm.
Die Laminierung erfolgt bei einem Druck von 50 bis 100 dN/cm². Die Laminierungstemperatur beträgt 50 bis 200°C. Die Laminierungszeit sowie die sich daran anschließende Kühlzeit be­ tragen jeweils 1 bis 20 Sekunden.
Bei der Laminierung kann das in der deutschen Patent­ anmeldung P 44 41 552.4 vom 22. November 1994 beschriebenen Verfahren zur Anwendung kommen, demgemäß zwischen den die zu laminierenden Kunststofflagen einschließenden Metallblechen ein Vakuum erzeugt wird, das sowohl das Austreten der im Inneren des Laminats eingeschlossenen Luft begünstigt, als auch die betei­ ligten Schichten beim Übergang von der Heizstation in die Kühl­ station unverrückbar zusammenhält.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß sich jeweils zwischen den Elementen 12 und 14 auf der einen Seite und der Schaumschicht 18 auf der anderen Seite bei der Entlüftung spon­ tan Entlüftungskanäle ausbilden, über die eventuell eingeschlos­ sene Luft abgesaugt werden kann. Diese spontane Ausbildung von Luftkanälen ist nur möglich, weil die Schaumschicht 18 insoweit nachgiebig ist.
Anstelle der Schaumschicht 18 kann auch textiles Gewebe oder ein Vlies zur Anwendung kommen, wobei dann vorteilhaft je­ weils vorhandene Hohlräume mit dem zur Herstellung des Laminats verwendeten Kunststoff gefüllt werden. Die Gewebe oder Vliese können aus Polycarbonat bzw. aus Glasfasern sein, die mit PVC besprüht sind. Das PVC, Polycarbonat od. ähnl. kann dann durch Aufschmelzen in innige Verbindung mit dem Chip, der Antenne und/oder der Deckschicht gehen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen so­ wie der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Ver­ wirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsfor­ men wesentlich sein.

Claims (13)

1. Verfahren zum Herstellen eines Laminats (10) mit min­ destens drei aufeinanderfolgenden Schichten (16, 18, 20) und mindestens einem zumindest teilweise in die mittlere (18) der drei Schichten eingebetteten funktionalen Bauteil (12, 14) dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (18) zumindest im Zeitpunkt des Einbettens des Bauteils (12, 14) derart nachgiebig ist, daß sie entspre­ chend dem in die mittlere Schicht (18) einzubettenden Volumen des funktionalen Bauteils (12, 14) ausweichen kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausweichen der mittleren Schicht (18) mit einer Kompression verbunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mittlere Schicht (18) im Zeitpunkt des Ein­ bettens des Bauteils (12, 14) schaumartig ist.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (18) im Zeitpunkt des Einbettens des Bauteils (12, 14) Fasern beinhaltet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern zumindest teilweise miteinander verwoben sind.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Fasern zumindest teilweise nicht miteinander verwoben sind.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vor dem Einbetten des Bauteils (12, 14) zumindest teilweise mit einem schmelzbaren Werkstoff beschichtet sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Schicht (18) nach dem Einbetten des Bauteils (12, 14) derart behandelt wird, daß sie die für das Einbetten erforderliche Nachgiebigkeit verliert.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der mittleren Schicht (18) und in mindestens einer der an die mittlere Schicht (18) angrenzenden Schicht (16, 20) verwendete Werkstoffe miteinander kompatibel sind.
10. Verwendung nachgiebigem Materials in einer mittleren (18) von drei aufeinanderfolgenden Schichten (16, 18, 20) bei der Herstellung eines Laminats (10), bei der mindestens ein funktionales Bauteil (12, 14) zumindest teilweise in die mittlere Schicht (18) eingebettet wird.
11. Laminat mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Schichten (16, 18, 20) und einem zumindest teilweise in die mittlere (18) der drei Schichten eingebetteten funktionalen Bau­ teil (12, 14), dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Ver­ fahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
12. Laminat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das funktionale Bauteil ein elektrisches Bauteil (14), ein elektronisches Bauteil (Chip) (12) oder eine zur Identifizierung des Laminats (10) dienender Metallkörper ist.
13. Laminat nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es eine Chipkarte ist.
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