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Die Erfindung betrifft einen RFID-Transponder, insbesondere zur Verwendung beim In-Mold-Labeling. Dieser RFID-Transponder basiert auf einer einer RFID-Anordnung, bestehend aus einem RFID-Chip und einer mit diesem verbundenen Antenne. RFID-Chip und Antenne sind beide auf einem flächigen Substrat, das durch einen Rand begrenzt ist und eine erste und eine zweite Seite aufweist, angeordnet. Dabei ist die RFID-Anordnung mit einer Umhüllung auf der ersten und/oder der zweiten Seite versehen.
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Das sogenannte „In-Mold-Labeling“ wird beispielsweise in der Verpackungsindustrie angewandt. Dabei wird ein Etikett in eine Spritzgießform eingelegt und mit Kunststoff hinterspritzt. Der Kunststoff kann dabei in eine Form gebracht werden, die der Verpackung entspricht. Damit wird erreicht, dass die Verpackung zugleich mit dem Etikett fest verbunden ist.
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In zunehmendem Maße wird das Etikett mit einer RFID-Anordnung versehen oder das Etikett besteht aus einer solchen.
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Eine solche RFID-Anordnung kann für das In-Mold-Labeling nicht direkt, d.h. ungeschützt verwendet werden, da bei dem Hinter- oder Umspritzen in der Spritzgießform hohe Drücke und Temperaturen auftreten, die zu einer Beschädigung der RFID-Anordnung führen können. Das gleiche Problem tritt auf, wenn RFID-Bauelemente mittels Spritzgussverfahrens hergestellt werden, ohne dass diese zugleich Bestandteil einer Verpackung sind, also bei allen Verfahren, bei denen RFID-Bauelemente mittels eines thermischen Verfahrens oder in Kombination mit hohem Druck, hinterspritzt oder umhüllt werden.
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Es ist daher bekannt, RFID-Anordnungen in Umhüllungen anzuordnen, die einen Schutz vor den negativen Umgebungseinflüssen bieten. Derart hergestellte RFID-Etiketten können dann sowohl beim In-Mold-Labeling, bei der Herstellung von RFID-Bauelementen oder dergleichen Verwendung finden.
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Die
US 2009/0033495 A1 beschreibt einen geformten Kunststoffartikel mit einem RFID-Etikett (in-mold label) und ein Verfahren des In-Mold-Labeling.
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Das Substrat der RFID-Anordnung beinhaltet eine erste Oberfläche, auf der sich Chip und Antenne befinden und eine zweite Oberfläche. Ein Primer wird sowohl auf die erste Oberfläche, einschließlich des Chip und der Antenne als auch auf die zweite Oberfläche aufgebracht. Auf diesen Primer wird eine Polymerabdeckung auf die Oberflächen appliziert.
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Zur Herstellung eines Spritzgussteiles, das mit einem solchen In-Mold-Label versehen ist, wird das RFID-Etikett im Inneren einer Spritzgussform in der Nähe der Oberfläche der Form angeordnet. Dazu kann ein Klebstoff verwendet werden, um die Position des Etiketts in der Spritzgussform zu halten. Beim Spritzgießen wird das Material in die Form eingespritzt, um den geformten Kunststoffartikel zu bilden.
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Aus der
US 2004/0094949 A1 ist ein RFID-Etikett zur Verwendung als In-Mold-Label bekannt. Die RFID-Anordnung aus auf dem Substrat angeordneten RFID-Chip und Antenne weist gegenüberliegend eine erste und eine zweite Oberfläche auf. Eine erste Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff ist auf der ersten Oberfläche der RFID-Anordnung und eine zweite Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff auf der zweiten Oberfläche angeordnet. Eine Oberflächenschicht, die einen Polymerfilm umfasst, ist auf der Oberfläche der ersten Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff gegenüber der ersten Oberfläche der RFID-Anordnung angeordnet. Das Etikett wird in eine Form gelegt, wobei die Oberflächenschicht die Form berührt. Danach wird ein Polymer in der Form so geformt, dass die zweite Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff (oder eine Oberflächenschicht über der zweiten Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff) an dem Polymer haftet. Dadurch wird ein Label erzeugt, das mit Hilfe eines RFID-Lesegeräts identifiziert werden kann.
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RFID-Transponder können somit mehrschichtig aufgebaut werden, wobei die nach außen weisenden Schichten aus Polymermaterial bestehen.
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RFID-Anordnungen auf Basis von PET (Polyethylenterephthalat)-Substrat bieten keine gute Haftung zwischen konventionellen Kunststoffen (PP (Polypropylen) oder PE (Polyethylen)) während des Spritzgießprozesses, da PET mit diesen unpolaren Polymeren nicht mischbar ist. Darüber hinaus kann das PET-Substratmaterial bei Hochtemperatur-Spritzgießprozessen beschädigt werden, insbesondere wenn diese konventionellen Kunststoffpolymere direkt auf der Antenne extrudiert werden.
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Zur Verbesserung der Haftung ist es bekannt, dass RFID-Etiketten eine thermoplastische Verkapselung aufweisen. Diese ermöglicht auch einen Schutz während des Formprozesses.
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In jedem Fall erfordert jedoch der mehrschichtige Aufbau mehrere Verarbeitungsschritte, sowie spezielle Spritzgussformen und erzeugt damit erhebliche Kosten.
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Es ist erforderlich, die bekannten RFID-Etiketten in der Spritzgießform zu positionieren und zu fixieren. Hierfür sind mehrere Verfahren bekannt.
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Beim Hinterspritzen ist eine Befestigung und Positionierung des RFID-Etiketts mittels Klebstoffs an der Formoberfläche möglich. Allerdings wird dadurch keine Schutzschicht auf dem Etikett gebildet, da es nur hinterspritzt wird. Es ist also erforderlich, dass die Umhüllung die Funktion der Schutzschicht übernimmt. Dies kann zu einer Erhöhung des Aufwandes bei der Herstellung des RFID-Etiketts führen. Außerdem erfordert die Anordnung des Klebstoffs zwischen Etikett und Formoberfläche einen zusätzlichen Arbeitsschritt.
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Eine andere Möglichkeit der Fixierung ist die Vakuummethode. Diese hält das RFID-Etikett während des Formprozesses wirkungsvoll an der Sollposition, erzeugt aber hohe Werkzeugkosten.
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Zwei-Formmethoden ermöglichen es, im Gegensatz zu den beiden vorstehend genannten Methoden, bei denen das RFID-Etikett nur hinterspritzt wird, d.h. nur teilweise in den Kunstoffartikel eingebracht wird, das Etikett vollständig in den Kunststoffartikel einzubringen. Allerdings besteht auch hier die Problematik des Befestigens des Etiketts in der Vor-Form, die dann in die zweite Form eingebracht wird.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen RFID-Transponder anzugeben, mit dem bei gleichzeitigem Schutz der RFID-Anordnung die Haftung zu dem Spritzgussmaterial verbessert wird und mit dem die Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem RFID-Transponder nach Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 8 zeigen besondere Ausgestaltungen des Transponders.
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Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass die Umhüllung aus einem Schmelzklebstoff auf Polyolefinbasis besteht. Diese Umhüllung bietet einerseits ausreichenden Schutz gegen hohe Temperaturen und Drücke während des Spritzgießvorganges und ermöglicht andererseits eine Fixierung des RFID-Transponders in dem Spritzgusswerkzeug ohne einen zusätzlichen Kleber oder teure Vakuum-Spritzgusswerkzeuge. Darüberhinaus erlaubt diese Umhüllung auf weitere Schutzschichten und damit verbundene zusätzliche Beschichtungsvorgänge zu verzichten.
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Die Umhüllung kann aus einem reaktiven Schmelzklebstoff bestehen.
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Reaktive Polyolefin-Schmelzklebstoffe basieren auf Polyolefinen mit thermoplastischem Charakter. Diese reagieren bei der Anwendung mit Luftfeuchtigkeit oder durch Erwärmen auf Temperaturen weit über der Verarbeitungstemperatur zu einem vernetzten Polymer. Diese Schmelzklebstoffe können durch Erwärmen einfach auf der RFID-Anordnung abgeschieden werden, vernetzen anschließend und bilden so eine beständige Umhüllung. Für eine Herstellung von RFID-Transpondern, deren thermoplastische Eigenschaften für nachfolgende Verarbeitungsschritte erhalten bleiben sollen, ist es erforderlich, eine Vernetzung bis zu diesen Verarbeitungsschritten zu vermeiden.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Umhüllung aus einem reaktiven feuchtigkeitshärtendem Schmelzklebstoff besteht.
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Die reaktiven Gruppen in dem Schmelzklebstoff wirken sich äußerst positiv auf das Adhäsionsspektrum aus, da der Klebstoff zusätzlich mit geeigneten Reaktionspartnern sowohl auf den Oberflächen des Substrats als auch des Spritzgussmaterials feste (kovalente) chemische Bindungen eingehen kann.
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Der Schmelzklebstoff kann insbesondere aus der Gruppe der Schmelzklebstoffe auf Polyolefinbasis mit den größten Haftkräften zwischen Spritzgussmaterialien, insbesondere von PP und PE Polymeren und RFID-SubstratMaterialien, insbesondere PET oder Polyimid, gewählt sein.
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Der Schmelzklebstoff kann aus einem in ausgehärtetem Zustand transparentem Material bestehen, um eine optische Inspektion zu ermöglichen.
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Die Umhüllung kann sowohl einseitig, das heißt auf einer Seite relativ zum Substrat oder auch beidseitig angeordnet werden. Es muss jedoch die Bedingung eingehalten werden, dass das RFID-Chip und die Antenne mit der Umhüllung gegen die Einwirkungen aus dem Spritzgiessprozess geschützt werden. Es ist somit beispielsweise möglich, die Umhüllung nur auf der ersten Seite des Substrats anzuordnen, wenn Chip und Antenne auf dieser Seite angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, den Chip auf der ersten Seite des Substrats anzuordnen und die Antenne auf die zweite Seite, wobei dann die Antenne mit dem Chip gekoppelt ist. Dann würde die Umhüllung auf beiden Seiten anzubringen sein. In jedem Falle kann aber die Umhüllung auch auf beiden Seiten angeordnet sein.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass RFID-Chip und Antenne auf der ersten Seite des Substrats angeordnet sind und die Umhüllung als eine Chip und Antenne überdeckende Schicht auf der ersten Seite des Substrats angeordnet ist.
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Die Umhüllung kann in einer weiteren Ausgestaltung auch als eine die erste und die zweite Seite, jeweils auch Chip und Antenne überdeckende Schicht ausgebildet sein.
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Im Falle der Ausbildung der Umhüllung als eine beidseitig des Substrats angeordnete Schicht, kann die Umhüllung der ersten Seite und die Umhüllung der zweiten Seite jeweils über den Rand des Substrats lateral überstehen und damit die Umhüllung der RFID-Anordnung vervollständigen.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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Die zugehörige Zeichnung zeigt in 1 eine Explosivdarstellung eines erfindungsgemäßen RFID-Transponders.
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Wie darin dargestellt, beinhaltet ein RFID-Transponder 1 eine RFID-Anordnung, bestehend aus RFID-Chip 2, Antenne 3 und Substrat 4. Die Antenne 3 kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen, was jedoch für die vorliegende Erfindung unerheblich ist. Das Substrat 4 kann aus PET oder Polyimide bestehen.
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RFID-Chip 2 und Antenne 3 sind auf der ersten Seite 5 des Substrats 4 angeordnet.
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RFID-Chip 2 und Antenne 3 werden von einer ersten Schicht 6 auf der ersten Seite 5 des Substrats 4 eines reaktiven feuchtigkeitshärtenden Schmelzklebstoffs abgedeckt. Die zweite Seite 7 des Substrats 4 ist mit einer zweiten Schicht 8 ebenfalls eines reaktiven feuchtigkeitshärtenden Schmelzklebstoffs angeordnet. Damit wird durch die Schichten 6 und 8 eine Umhüllung realisiert.
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Die beiden Schichten werden in einer für den jeweiligen Schmelzklebstoff bestimmten Verarbeitungsform aufgebracht, das heisst in fester, flüssiger oder geschmolzener Form, mittels entsprechende Spritz-, Streich- oder ähnlicher Vorrichtungen zur Heisskleberbeschichtung.
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Der Transponder kann aber auch an eine Vor-Form in einem Zwei-Formverfahren angeklebt und vollständig in den Kunststoff des Kunststoffteiles eingespritzt werden. In diesem Fall ist es zudem möglich, dass keine Feuchtigkeit mehr an die Schichten 6 oder 8 gelangt, wodurch das feuchtigkeitsabhängige Aushärten unterbleibt oder stark verzögert wird und derart weitere Bearbeitungsschritte wie Beschriftung oder Bedrucken erleichtert werden.
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Es ist auch möglich, einen thermovernetzenden Schmelzklebstoff für die beiden Schichten 6 und 8 einzusetzen. Dabei werden die Schichten 6 und 8 bei einer Temperatur unterhalb der Vernetzungstemperatur aufgebracht. Sobald es erforderlich wird, den Schmelzklebstoff zu vernetzen, wird der Transponder 1 oder das umgebende Kunststoffteil auf Vernetzungstemperatur erwärmt und die Umhüllung, bestehend aus den beiden Schichten 6 und 8 härtet aus. Es ist dabei auch möglich, die beim Spritzgießen auftretende Temperaturerhöhung zur Erreichung der gewünschten thermischen Vernetzung zu nutzen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- RFID-Transponder
- 2
- RFID-Chip
- 3
- Antenne
- 4
- Substrat
- 5
- erste Seite des Substrats
- 6
- erste Schicht, Umhüllung
- 7
- zweite Seite des Substrats
- 8
- zweite Schicht, Umhüllung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2009/0033495 A1 [0006]
- US 2004/0094949 A1 [0009]
