DE19916180C2 - Process for the production of electrically insulated conductor crossings - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch isolierten Leiterkreuzungen bei einseitig mit Leiterbahnen versehenen thermoplastischen Trägern, insbesondere Platten, Folien, Tiefziehteilen, etc.The invention relates to a method for producing electrically insulated Conductor crossings for thermoplastic on one side with conductor tracks Carriers, especially sheets, foils, deep-drawn parts, etc.

Sie findet vorzugsweise Anwendung bei der Herstellung von kontaktlosen Chipkarten, kontaktlosen Transpondern sowie von Transpondern zur Warenkennzeichnung.It is preferably used in the production of contactless Chip cards, contactless transponders and transponders for Product labeling.

In derartigen Fällen ist es erforderlich, Spulen oder Leiterstücke für Antennen auf dem Träger anzuordnen, wobei sich insbesondere bei der Kontaktierung der Spulen mit einem Chip die Notwendigkeit ergibt, die Leiterzüge so zu führen, daß sich elektrische Leiter kreuzen müssen, ohne daß diese elektrischen Kontakt haben dürfen.In such cases, it is necessary to use coils or conductor pieces for antennas to be arranged on the carrier, in particular when contacting the Coils with a chip make it necessary to run the conductor tracks in such a way that electrical conductors must cross without this electrical Allowed to have contact.

Dies ist erforderlich, weil das innere und das äußere Antennenende mit dem Chipmodul verbunden werden müssen. Da der nach dem Anbringen der Antenne auf den Träger anzuordnende Chip jedoch sehr klein ist, müssen entweder die Antennendrähte zum Chip geführt werden, wobei ein Antennen­ draht die anderen Wicklungslagen kreuzen muß, oder aber der Chip bzw. das Chipgehäuse erhält verlängerte Anschlüsse, welche wiederum die Antennen­ wicklungslagen kreuzen.This is necessary because the inner and outer antenna ends are connected to the Chip module must be connected. Since the after attaching the Antenna to be placed on the carrier chip is very small either the antenna wires are routed to the chip, being an antenna wire must cross the other winding layers, or the chip or that Chip housing receives extended connections, which in turn the antennas crossing development layers.

Das Erzeugen der elektrisch isolierten Leiterkreuzungen richtet sich nach den Herstellungsverfahren für die Spulen auf den jeweiligen Trägern. The generation of the electrically insulated conductor crossings depends on the Manufacturing process for the coils on the respective carriers.  

Für die Herstellung von Spulen auf thermoplastischen Folien werden verschie­ dene Verfahren verwendet. Gebräuchlich sind dabei insbesondere:
Various processes are used for the production of coils on thermoplastic films. In particular, the following are used:

• 1. Subtraktive Verfahren (z. B. Ätzen)1. Subtractive processes (e.g. etching)
• 2. Additive Verfahren (z. B. stromloses Abscheiden von Metallen)2. Additive processes (e.g. electroless deposition of metals)
• 3. Siebdrucktechnische Verfahren (z. B. Aufdrucken von Leitpasten) und3. Screen printing processes (e.g. printing on conductive pastes) and
• 4. Drahtlegeverfahren (z. B. Einbringen von Draht auf die Oberflächen­ schicht des thermoplastischen Substrates mittels Ultraschallschwingungen).4. Wire laying process (e.g. placing wire on the surfaces layer of the thermoplastic substrate by means of ultrasonic vibrations).

Mit subtraktiven Verfahren werden Antennen auf dem thermoplastischen Trägermaterial durch Ätztechnik erzeugt. Dabei sind Kreuzungen von Leiterzü­ gen nicht vorgesehen. Zur Herstellung von isolierten Leiterkreuzungen müssen aufgesetzte Elemente, z. B. Bauelementegehäuse oder Kontaktierdrähte ange­ bracht werden, um die Innen- und Außenanschlüsse der Antenne mit einem vorgesehenen Modul zu kontaktieren.Using subtractive processes, antennas are placed on the thermoplastic Carrier material generated by etching technology. There are crossings of Leiterzü not provided. To produce isolated conductor crossings patch elements, e.g. B. component housing or contact wires be brought to the inside and outside connections of the antenna with a contact the intended module.

Dabei ist nachteilig, daß das elektrisches Modul und die Antenne in zwei getrennten Ebenen liegen müssen und die kontaktlose Chipkarte dadurch eine ansonsten unnötige Dicke aufweist.It is disadvantageous that the electrical module and the antenna in two must be separate levels and the contactless chip card thereby one otherwise has unnecessary thickness.

Es ist bei geätzten Antennenspulen auch bekannt, Leiterkreuzungen dadurch auszuführen, daß eine Leiterebene über die Rückseite der Antennenfolie geführt wird. Nachteile ergeben sich bei diesem Verfahren durch die erforderlichen Durchkontaktierungen und durch die auf der Folienrückseite erforderlichen Leiterstücke.It is also known in the case of etched antenna coils, conductor crossings as a result execute that a conductor level led over the back of the antenna film becomes. This method has disadvantages due to the required Vias and those required on the back of the film Conductor pieces.

Bei den additiven Verfahren ist es bekannt, elektrisch isolierte Kreuzungen von Leitern dadurch herzustellen, daß eine elektrische Isolierschicht über den beab­ sichtigten Kreuzungsbereich aufgedruckt und darüber eine elektrische Leit­ schicht aus Silberleitpaste gedruckt wird. Auf diese Weise lassen sich dünne Leiterfolien mit Leiterkreuzungen erzeugen. Nachteilig ist hierbei, daß zwei zusätzliche Druckvorgänge und die dazugehörigen Trockenvorgänge ausge­ führt werden müssen.In the additive process, it is known to use electrically isolated crossings of To produce conductors in that an electrical insulating layer over the spac Visible intersection area printed and above an electrical guide layer of conductive silver paste is printed. In this way, thin Create conductor foils with conductor crossings. The disadvantage here is that two  additional printing processes and the associated drying processes must be led.

Bei den sogenannten Printantennen werden auf die Trägerfolien gedruckte Antennen (z. B. durch Siebdruck mit Leitpaste) angebracht und Kreuzungen der Leiter bzw. Kontaktierungen durch ein direkt aufgesetztes Chip erzeugt. Als Nachteile ergeben sich hierbei, daß ein kleines Chip die Gesamtbreite der Antennenwindungen nicht überstreichen kann und daß Chip und Antenne bzw. antennentragende Folie in unterschiedlichen Ebenen liegen, so daß die Karten­ dicke dadurch in unerwünschter Weise steigt.The so-called print antennas are printed on the carrier foils Antennas (e.g. by screen printing with conductive paste) and crossings of the Conductors or contacts generated by a directly attached chip. As Disadvantages arise here that a small chip the total width of the Antenna turns and that chip and antenna or antenna-carrying film are in different levels, so that the cards thickness increases undesirably.

Bei den Drahtlegeverfahren werden elektrisch isolierte Kreuzungen der Anten­ nenspulen durch Verlegen von isoliertem Draht ausgeführt. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß die Drahtisolation den nachfolgenden Kontaktierprozeß mit dem Chip bzw. Chipmodul erschwert und die Isolierschicht den Draht unnötig verdickt.In the wire laying process, electrically insulated crossings of the antenna inner coils by laying insulated wire. The disadvantage is this method that the wire insulation the subsequent contacting process with the chip or chip module and the insulating layer complicates the wire thickened unnecessarily.

Hierfür ist nach DE 44 10 732 C2 ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte bekannt, bei dem die Herstellung der Spule durch Verlegung des Drahtes auf dem Träger sowie die Verbindung der Spulendrahtenden mit den Anschlußflä­ chen eines Chips auf dem Träger erfolgen. Nachteilig bei dem Verfahren ist, daß Drahtlegeverfahren und Verbindungsherstellung mit dem Chip unmittelbar miteinander erfolgen. Weiterhin nachteilig ist, daß der Verlegungspunkt und die Beendigung des Verlegens mit der Chipverbindung verknüpft sind.According to DE 44 10 732 C2, this is a method for producing a chip card known in which the manufacture of the coil by laying the wire on the carrier and the connection of the coil wire ends with the connecting surfaces Chen a chip on the carrier. The disadvantage of the method is that wire laying process and connection with the chip immediately with each other. Another disadvantage is that the relocation point and the Termination of the laying are linked to the chip connection.

Nach DE-AS 11 83 151 ist es bekannt, blanke Leitungsdrähte auf thermoplasti­ schen Kunststoffunterlagen zu befestigen, wobei der Draht wenigstens stellen­ weise erwärmt und die erwärmte Drahtstelle sofort in die Kunststoffunterlage hineingedrückt wird. Hierzu wird eine Vorrichtung verwendet, die zwei Elek­ troden enthält, wobei eine Elektrode aus einer als Rohr ausgebildeten Stromzu­ führungselektrode und einem Stempel besteht. According to DE-AS 11 83 151 it is known to bare lead wires on thermoplastic to fasten plastic pads, the wire at least make warmed up and the warmed wire spot immediately in the plastic pad is pushed in. For this, a device is used, the two elec contains electrodes, an electrode from a current formed as a tube guide electrode and a stamp.  

Nach DE 197 05 934 A1 ist ein Verfahren zum Einbetten von blanken Leitungsdrähten in einen thermoplastischen Isolierträger bekannt, bei dem zu Beginn des Verlegens das Drahtende gegen die Isolierträgeroberfläche gedrückt wird und der Isolierträger danach in die erforderliche Richtung hori­ zontal bewegt wird, wobei der Draht auf eine Temperatur erwärmt wird, die über der Erweichungstemperatur des thermoplastischen Isolierträgers liegt, und mit einem Eindrückwerkzeug der Draht in den Isolierträger eingedrückt wird und der Drahtanfang fixiert und nach Beenden des Verlegens durchgekerbt wird.According to DE 197 05 934 A1 is a method for embedding bare Lead wires known in a thermoplastic insulating base, in which to Start laying the wire end against the surface of the insulating support is pressed and the insulation support then hori in the required direction is moved zontally, the wire being heated to a temperature which is above the softening temperature of the thermoplastic insulating support, and the wire is pressed into the insulating support with a pressing tool and the beginning of the wire is fixed and notched after the laying is finished becomes.

Bei den bekannten Verfahren ist nachteilig, daß beim Kreuzen von Leiterzügen aus metallisch blanken Draht Kurzschlüsse auftreten können.A disadvantage of the known methods is that when crossing conductor tracks Shorts can occur from bare metal wire.

Nach DE 195 12 272 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Leiterplatte bekannt, bei dem isolierte Leiterbahnkreuzungen im Polymerpa­ stendruck erzeugt werden, wobei im Falle der Kreuzungen von Kupferleiter­ bahnen diese mit einem vorgezogenen Druckverfahren beschichtet werden. Nachteilig ist hierbei, daß das Druckverfahren aufwendig und für Anordnungen mit drahtförmigen Leiterzügen ungeeignet ist.According to DE 195 12 272 A1 is a method for producing a multilayer Printed circuit board known, in the case of isolated conductor crossings in the polymer pa senddruck generated, being in the case of crossings of copper conductors web these are coated with an advanced printing process. The disadvantage here is that the printing process is complex and for arrangements with wire-shaped conductors is unsuitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art anzugeben, bei dem mit einfachen Mitteln, insbesondere ohne daß zusätzliche Materialien oder aufwendige Druck- und Trocknungsvorgänge erforderlich sind, Kreuzungen von Leiterzügen aus metallisch blanken Draht erzeugt werden können, wobei die Leiterzüge mit unterschiedlichen Herstel­ lungsverfahren erzeugt werden können.The invention has for its object a method of the beginning to specify the type in which simple means, in particular without additional materials or complex printing and drying processes crossings of conductor tracks made of bare metal are required can be generated, the tracks with different manufacturers can be generated.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1. According to the invention the problem is solved with the characteristic Features of claim 1.  

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist im Unteranspruch 2 angegeben.An advantageous embodiment is specified in subclaim 2.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die elektrisch isoliert zu kreu­ zenden unteren Leiterstücken vor Aufbringung der weiteren Leiterstücke parti­ ell im Kreuzungsbereich durch Druck mit thermischer und/oder Ultraschallunterstützung in die thermoplastische Schicht abgesenkt und danach in bzw. auf die Oberflächenschicht die oberen Leiterstücken gebracht.In the method according to the invention, the electrically insulated are crossed the lower conductor sections before applying the other conductor sections ell in the crossing area by pressure with thermal and / or Ultrasound support lowered into the thermoplastic layer and afterwards brought in or on the surface layer, the upper conductor pieces.

Das Eindrücken erfolgt vorzugsweise mittels eines messer- bzw. messerkamm­ förmigen Werkzeugs.The impression is preferably made using a knife or knife comb shaped tool.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierbei sind insbesondere zu nennen:
The method according to the invention is characterized by a number of advantages. The following are particularly worth mentioning:

• - Es werden keine zusätzlichen Materialien und keine Druck- und Trocknungs­ vorgänge benötigt.- There are no additional materials and no printing and drying operations needed.
• - Bei Aufbringen der oberen Leiterstückebene wird die durch das Einpressen zerstörte Thermoplaststruktur bereits wieder geglättet und ausreichend Isolier­ material auf die unteren zu kreuzenden Leiterstücken gedrückt.- When the upper level of the conductor section is applied, it is pressed in destroyed thermoplastic structure already smoothed again and sufficient insulation material pressed onto the lower conductor pieces to be crossed.
• - Die Zonen der zerstörten Thermoplaststruktur bleiben sehr gering.- The zones of the destroyed thermoplastic structure remain very small.
• - Die zu kreuzenden unteren Leiterbahnen werden vorzugsweise bis auf die Unterseite der thermoplastischen Folie abgesenkt, bleiben aber in ihr eingebettet.- The lower traces to be crossed are preferably except for the Lowered bottom of the thermoplastic film, but remain in it embedded.
• - Die zu kreuzenden unteren Leiterzüge bestehen aus metallisch blankem Material.- The lower conductor tracks to be crossed consist of bright metallic Material.
• - Das Verfahren kann sowohl für Leiterkreuzungen angewendet werden, bei denen die unteren Leiterzüge aus additiv erzeugten Leiterbahnen bestehen als auch für Leiterkreuzungen, bei denen die unteren Leiterzüge aus subtraktiv erzeugten Leiterbahnen bestehen oder bei denen die Leiterzüge aus metallisch blankem Draht bestehen.- The method can be used for both crossings at which the lower tracks consist of additively generated tracks as also for conductor crossings where the lower conductor lines are made of subtractive generated conductor tracks exist or where the conductor tracks are made of metallic bare wire.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing:

Fig. 1 eine thermoplastische Isolierfolie mit Leiterbahnen einer Antenne in der Draufsicht, Fig. 1 is a thermoplastic insulating foil with conductor tracks of an antenna in plan view,

Fig. 2 den Kreuzungsbereich im Querschnitt während des Absenkens eines Leiterbahnstückes, Fig. 2 shows the crossover region in cross-section during the lowering of a conductor track,

Fig. 3 den Kreuzungsbereich mit eingesetztem oberen kreuzenden Leiterbahnstück im Querschnitt und Fig. 3 shows the crossover area with inserted upper crossing track section in cross section and

Fig. 4 die Draufsicht auf den Kreuzungsbereich der thermoplastischen Isolierfolie nachdem die Kreuzung der elektrischen Leiterbahnstücke hergestellt wurde. Fig. 4 is a plan view of the intersection of the thermoplastic insulating film after the intersection of the electrical conductor track pieces has been made.

In Fig. 1 ist eine thermoplastische Isolierfolie 1, auf deren Oberseite 5 eine Antenne 13 aus subtraktiv erzeugten elektrischen Leiterbahnen 2 aufgebracht ist, dargestellt. Ein in die Isolierfolie 1 eingesetztes Chipmodul 9 soll mit den Kontaktfeldern 10 der Antenne 13 kontaktiert werden. Dazu werden im Kreu­ zungsbereich 11, die Leiterstücke der Antenne 13 partiell in die Isolierfolie 1 eingedrückt.In Fig. 1 is a thermoplastic insulating film 1, on top of which an antenna 5 is applied from subtractively generated electric conductor tracks 2 13 illustrated. A chip module 9 inserted into the insulating film 1 is to be contacted with the contact fields 10 of the antenna 13 . For this purpose, the conductor sections of the antenna 13 are partially pressed into the insulating film 1 in the crossover region 11 .

Im erläuterten Fall erfolgt das Eindrücken von 25 µm dicken und 200 µm brei­ ten Kupferleiterbahnstücken 3 in eine 250 µm dicke Isolierfolie 1 aus PVC.In the case described, 25 µm thick and 200 µm wide copper conductor track pieces 3 are pressed into a 250 µm thick insulating film 1 made of PVC.

Das Eindrücken erfolgt wie in Fig. 2 erläutert dadurch, daß ein messerkamm­ förmiges Werkzeug 7 mit einer Werkzeugtemperatur von 150 . . . 250°C im Kreuzungsbereich 11 auf die Kupferleiterbahnstücken 3 in Richtung Isolierfoli­ enunterseite 6 preßt. Dabei ist es vorteilhaft, das Leiterbahnstück 3 mindestens über einer Länge von 1 mm abzusenken, um Zugspannungen in der Leiterbahn 2, 3 im Kreuzungsbereich 11 zu vermeiden.The pressing in takes place as explained in FIG. 2 in that a knife-shaped tool 7 with a tool temperature of 150. , , 250 ° C in the intersection area 11 on the copper conductor pieces 3 in the direction of insulating film 6 underside. It is advantageous to lower the conductor track section 3 at least over a length of 1 mm in order to avoid tensile stresses in the conductor track 2 , 3 in the intersection area 11 .

Durch das Eindrücken des Leiterbahnstückes 3 in Richtung Isolierfolienunter­ seite 6 und durch das messerkammförmige Druckstück des Werkzeugs 7 wird die Isolierfolie 1 thermisch eingeschnitten und hochgedrückt, so daß sich im Kreuzungsbereich 11 Aufwerfungen 8 und Strukturstörungen 12 ausbilden.By pressing the conductor piece 3 in the direction of Isolierfolienunter page 6 and the knife-shaped pressure piece of the tool 7 , the insulating film 1 is cut thermally and pushed up, so that 11 poses 8 and structural defects 12 form in the intersection.

In Fig. 3 ist der Zustand nach dem Eindrücken der oberen Leiterstückes 4 in die Isolierfolie 1 dargestellt. Dabei sind die Aufwerfungen 8 und Strukturstö­ rungen 12 nach dem thermischen Einpressen des im Beispiel 50 µm dicken, 300 µm breiten kreuzenden oberen Leiterstückes 4 in die Isolierfolienoberseite 5 im Kreuzungsbereich 11 weitgehend planiert worden, so daß eine annähernd ebene Isolierfolienoberseite 5 entsteht. In der Isolierfolie 1 können dabei Lunker und kleinste Risse als Strukturstörung 12 zurückbleiben, die jedoch weitgehend unsichtbar bleiben.In Fig. 3 shows the state after pressing the upper conductor portion 4 in the insulation. 1 The poses 8 and structure disturbances 12 after the thermal pressing of the 50 µm thick, 300 µm wide crossing upper conductor piece 4 into the insulating film top 5 in the crossing area 11 have been largely leveled, so that an approximately flat insulating film top 5 is formed. Cavities and tiny cracks can remain in the insulating film 1 as a structural disorder 12 , but these remain largely invisible.

Fig. 4 zeigt den Endzustand der gekreuzten Leiteranordnung. Das obere Leiterstück 4 kreuzt elektrisch isoliert die auf die Unterseite 6 der Isolierfolie 1 gepreßten unteren Leiterbahnstücke 3 der Antenne 13. Die Verbindung des Chipmoduls 9 mit den Kontaktfeldern 10 der Antenne 13 erfolgt mit Hilfe der auf bzw. in der Isolierfolienoberseite 5 befindlichen oberen elektrischen Leiter­ stücke 4. Fig. 4 shows the final state of the crossed conductor arrangement. The upper conductor piece 4 crosses the lower conductor track pieces 3 of the antenna 13, which are pressed onto the underside 6 of the insulating film 1 in an electrically insulated manner. The connection of the chip module 9 with the contact fields 10 of the antenna 13 takes place with the aid of the upper electrical conductor pieces 4 located on or in the top of the insulating film 5 .

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Thermoplastische elektrisch isolierende Folie (Isolierfolie)
Thermoplastic electrically insulating film (insulating film)

22

Subtraktiv erzeugte Leiterbahnen; Leiterstücke
Subtractive traces; Head pieces

33

Unteres elektrisches Leiterbahnstück
Lower electrical conductor track section

44

Oberes elektrisches Leiterstück
Upper electrical conductor piece

55

Isolierfolienoberseite
Isolierfolienoberseite

66

Isolierfolienunterseite
Isolierfolienunterseite

77

Messerkammförmiges Druckstück
Knife-comb-shaped pressure piece

88th

Aufwerfung
beautiful

99

Halbleiterchip, Chipmodul
Semiconductor chip, chip module

1010

Kontaktfeld
Contact field

1111

Kreuzungsbereich
crossing area

1212

Strukturstörung in der Isolierfolie
Structural disturbance in the insulating film

1313

Antenne
antenna

Claims (2)

1. Verfahren zur Herstellung von elektrisch isolierten Leiterkreuzungen bei einseitig mit Leiterbahnen versehenen thermoplastischen Trägern, insbesondere Platten, Folien, Tiefziehteilen, etc. durch

• - Einbringen der im Kreuzungsbereich (11) liegenden nicht isolierten Leiterbah­ nen (3) in den thermoplastischen Träger mittels eines messer- oder kammförmi­ gen Eindrückwerkzeuges (7) unter Druck- und Temperatureinwirkung, so daß die Leiterbahnen (3) im Thermoplast eingebettet sind, und
• - Eindrücken der oberen Leiterbahnen (4) im Bereich der eingebetteten Leiter­ bahnen (3).

1. Process for the production of electrically insulated conductor crossings in the case of thermoplastic carriers provided with conductor tracks on one side, in particular plates, foils, deep-drawn parts, etc.

• - Introducing the non-insulated conductor tracks ( 3 ) lying in the intersection area ( 11 ) into the thermoplastic carrier by means of a knife or comb-shaped insertion tool ( 7 ) under the action of pressure and temperature, so that the conductor tracks ( 3 ) are embedded in the thermoplastic, and
• - Press in the upper conductor tracks ( 4 ) in the area of the embedded conductor tracks ( 3 ).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck- und Temperatureinwirkung durch Ultraschallschwingungen unterstützt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the printing and The effect of temperature is supported by ultrasonic vibrations.