DE60200999T2 - Leitungselement und Antenne in Tintendrucktechnik - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zum Bilden eines elektrischen Elements oder einer Antenne. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Methode zur Herstellung eines elektrischen Elements oder einer Antenne durch das Drucken einer leitfähigen Tinte über eine mit Muster bedruckte Beschichtung.
  • Hintergrund der Anmeldung
  • Leitfähige Tinten werden zum Bedrucken elektrischer Elemente, einschließlich Antennen, verwendet. Insbesondere sind leitfähige Tinten verwendet worden, um Antennen für Radiofrequenzidentifikationsetiketten (RFID-Etiketten) zu bedrucken, siehe zum Beispiel US-A-G147662, US-A-2001/0002035 und EP-A-1014302. RFID-Etiketten werden zum Aufspüren von Inventar, zur Bestätigung der Gültigkeit von Waren und zu anderen Produktaufspür- und -Identifikationszwecken verwendet.
  • Es kann sein, dass elektrische Drucktintenkomponenten mit weniger Kostenaufwand zu produzieren sind, als ihre geformten, geprägten oder laserabladierte Gegenstücke. Außerdem können elektrische Drucktintenkomponenten auf ästhetisch ansprechende Weise präsentiert werden. Dies ist besonders wichtig, wenn die Verwendung von Drucktintenantennen zur Verwendung beim Aufspüren von Handelswaren in Erwägung gezogen wird, da das gebräuchliche Aufspürsystem große, unansehnliche Etiketten verwendet, wohingegen die Verwendung einer Drucktintenantenne eine dekorativere Etikette bietet.
  • Ein gegenwärtiges Problem mit elektrischen Drucktintenelementen besteht darin, dass die aktuellen Drucktechnologien (die ein Siebdruckverfahren verwenden) zum Ausbluten der Tinte führen, was bewirkt, dass der Leitungsweg in dem Element kurzschließt. Dieses Problem ist noch schlimmer bei RFID-Antennen, weil ein langer ununterbrochener Leitungsweg in einer RFID-Antenne eine leistungsstärkere Antenne bereitstellt; bei diesem längeren Weg wird das Ausbluten der Tinte wahrscheinlicher. Daher besteht Bedarf an der Herstellung von langen ununterbrochenen Wegen von aufgedruckter leitfähiger Tinte. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Drucken derartiger Wege leitfähiger Tinte bereit und offenbart auch die Verwendung dieses Verfahrens bei Antennen und RFID-Anwendungen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Druckverfahren bereit, bei dem eine leitfähige Tinte über eine Beschichtung, die einen Zusatzstoff aufweist, der die Oberflächenspannung senkt, gedruckt wird. Die Beschichtung mit dem Oberflächenspannung senkenden Zusatzstoff wird in einem vorbestimmten Muster auf einen Träger mustergedruckt, und dann wird eine leitfähige Tinte über die Beschichtung aufgetragen. Aufgrund des Unterschieds in der Oberflächenspannung zwischen der Beschichtung und dem Träger fließt die Tinte von der Beschichtung weg, wobei sie dabei die Form für ein leitfähiges Element bildet.
  • Das leitfähige Element kann eine Antenne oder eine RFID-Antenne sein.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Zum Zweck der Veranschaulichung der Erfindung wird in den Zeichnungen eine Form gezeigt, die gegenwärtig bevorzugt wird; jedoch versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die genauen gezeigten Anordnungen und Instrumentalitäten beschränkt.
  • 1 ist eine Draufsicht des auf einen Träger gedruckten Beschichtungsmusters.
  • 2 ist eine Draufsicht der über das Beschichtungsmuster aus 1 gedruckten leitfähigen Tinte.
  • 3 ist ein Querschnitt, der über eine mustergedruckte Beschichtung aufgetragene leitfähige Tinte gemäß der Erfindung zeigt.
  • 4 ist ein Querschnitt, der die leitfähige Tinte, die in die Zwischenräume zwischen dem Muster geflossen ist, zeigt.
  • 5 ist ein Querschnitt, der eine über die mustergedruckte Beschichtung und leitfähige Tinte aufgetragene Schutzschicht zeigt.
  • 6 ist ein vergrößerter Teilabschnitt einer bedruckten elektrischen Komponente oder Antenne gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen, in denen ähnliche Ziffern ähnliche Elemente bezeichnen, werden vier unterschiedliche Ansichten bedruckten Materials gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. 1 zeigt die mit Zusatzstoff angereicherte Beschichtung 12, die über den Träger 10 in einem Muster, das für eine Antenne geeignet ist, gedruckt ist, wobei zwischen angrenzenden Beschichtungslinien Zwischenräume gelassen werden, so dass der Träger 10 an den nicht bedruckten Stellen 16 exponiert ist. Die mit Beschichtung bedruckten Stellen 12 sind in dem Zielbereich 14 auf dem Träger 10 enthalten. Es versteht sich, dass der Zielbereich 14 für einige Anwendungen dieselbe Größe aufweisen könnte wie der Träger 10. Der Träger ist vorzugsweise ein Silikonchip.
  • Vor dem Drucken wird die Beschichtung mit einem Zusatzstoff kombiniert, der die Oberflächenspannung der getrockneten Beschichtung senkt. Ein derartiger Zusatzstoff ist ein hydroxymodifiziertes Polyether-Silan, das von BYK-Chemie gefertigt und vertrieben wird. Die Beschichtung ist vorzugsweise ein hydroxyfunktionelles Harz, wie etwa Acrylic 928-1663, obgleich andere Harze oder Lacke ebenso effektiv wie oder besser als Acrylic 928-1663 arbeiten.
  • 2 zeigt die in 1 gezeigte musterbedruckte Beschichtung 12, nachdem die leitfähige Tinte 18 über den Zielbereich 14 gedruckt wurde. Aufgrund des Oberfläche senkenden Zusatzstoffs in der Beschichtung 12 fließt die leitfähige Tinte 18 von der Beschichtung 12 weg. 6 zeigt einen nicht maßstäblichen, vergrößerten Teilabschnitt, der die Beschichtung mit darauf gedruckter Tinte zeigt.
  • Welche Druckmethode verwendet wird, um die leitfähige Tinte auf den Träger aufzutragen, ist nicht wichtig, und der durchschnittliche Fachmann wird verstehen, dass eine Vielzahl von Druckmethoden zur Verfügung stellt. Ein Beispiel einer geeigneten Druckmethode ist das Rotationstiefdruckverfahren. Der Rotationstiefdruck ist vorzuziehen, da er hochgenaue Bilder erzeugt, während gleichzeitig eine hohe Druck- und Produktionsgeschwindigkeit ermöglicht wird. Rotationstiefdruckzylinder, die von einem Lasergraveur graviert wurden, ergeben sowohl den Produktionsumfang als auch regelmäßige Kanäle, die notwendig sind, um den erwünschten regelmäßigen und umfangreichen Strom leitfähiger Tinte zu erzeugen, der notwendig ist, um ein verbessertes bedrucktes elektrisches Element oder eine bedruckte elektrische Antenne zu erhalten.
  • Der Lasergraveur kann tiefe regelmäßige Kanäle für die Tinte gravieren. Mechanisches Gravieren mit einem Diamanstichel erzeugt große Farbnäpfchen mit schmalen Kanälen eines viel kleineren Umfangs.
  • Es versteht sich, dass bei der Verwendung eines Lasergraveurs hochgenaue Muster kreiert werden können. Außerdem kann aufgrund des größeren Umfangs an Farbnäpfchen, die auf dem Lasergraveur erzeugt wurden, ein größerer Umfang der Tinte auf der Oberfläche abgelegt werden. Dieser große Umfang ist mit der vorliegenden Erfindung im Wesentlich ohne das Auftreten von „Ausflüssen" oder Ausbluten möglich. Dieses Ausbluten der leitfähigen Tinte führt zu Kurzschlüssen in der Antenne und kann häufiger bei Druckverfahren ohne Lasergravur auftreten.
  • 3 und 4 zeigen den Tintendruck und -fuss im Querschnitt. 3 ist ein Querschnitt des Zielbereichs, direkt nachdem die Tinte 18 aufgetragen worden ist. Die Tinte 18 steht mit sowohl der gedruckten, getrockneten Beschichtung 12 als auch dem Träger 10 zwischen den Linien der Beschichtung 12 in Kontakt. Da die Oberflächenspannung der getrockneten Beschichtung 12 niedriger ist als die Oberflächenspannung auf dem Träger 10, fließt die Tinte 18 von der getrockneten Beschichtung 12 weg und in Richtung der Stellen von exponiertem Träger 10.
  • 4 zeigt einen Querschnitt bedruckten Materials gemäß der Erfindung, nachdem die Tinte 18 ihren Fluss abgeschlossen hat. Die Tinte 18 hat sich in den Stellen von exponiertem Träger 10 zwischen den Profillinien der Beschichtung 12 angesammelt. Wie gezeigt, bildet die Tinte 18 erhöhte Grate, die entlang den gemusterten Linien der Beschichtung 12 ausgerichtet sind, obgleich von einem Fachmann erkannt würde, dass diese Grate mit weniger Tinte reduziert sein oder fehlen würden. Die Tinte 18 trocknet zwischen den Linien des Beschichtungsmusters 12. Ohne den Zusatzstoff in der Beschichtung würde die Tinte normalerweise ausfließen und in einen regelmäßigen Film (wie in 3 gezeigt) trocknen und würde nicht das erwünschte regelmäßige, ununterbrochene elektrische Element erbringen.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung der Anwendung, wobei eine Schutzschicht 20 über den Zielbereich 14 aufgetragen wird (obgleich die Schutzschicht bei Bedarf über den gesamten Träger 10 aufgetragen werden kann). Diese Schutzschicht verhindert Beschädigung am elektrischen Element oder der Antenne, das/die in dem Zielbereich enthalten ist.
  • Bei der Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens zur Bildung eines RFID-Elements würde die RFID-Antenne durch ein leitfähiges Material, wie etwa ein leitfähiges Epoxydharz, an einen RFID-Chip angeschlossen sein. Die Art und Weise der Bildung eines RFID-Elements unter Verwendung eines RFID-Chips und einer Antenne ist in U.S. Pat. Nr. 6,147,662 an Grabau et al. beschrieben und wird hier unter Bezugnahme angeführt.
  • Die vorliegende Erfindung kann in noch weiteren spezifischen Formen verkörpert werden, indem unterschiedliche Tinten, Oberflächenspannung senkende Zusatzstoffe, Beschichtungen, Muster für Antennen, Schutzschichten und Träger verwendet werden. Demgemäß sollte eher auf die in der Anlage befindlichen Ansprüche, die auf den Bereich der Erfindung hinweisen, als auf die vorhergehende Beschreibung Bezug genommen werden.

Claims (22)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung eines leitfähigen Elements, das folgende Schritte beinhaltet: Bereitstellen einer leitfähigen Tinte (18); Bereitstellen einer Beschichtung (12); Zugeben eines die Oberflächenspannung senkenden Zusatzstoffs zu der Beschichtung (12); Musterdrucken der Beschichtung auf einen Zielbereich (14) auf einem Träger (10), wobei der Zielbereich (14) mit Beschichtung bedruckte Stellen und nicht bedruckte Stellen aufweist, wobei die nicht bedruckten Stellen eine Form für das leitfähige Element bilden; Auftragen der leitfähigen Tinte (18) über den Zielbereich; und Fließenlassen der leitfähigen Tinte (18) von den mit Beschichtung bedruckten Stellen zu den nicht bedruckten Stellen, bis die leitfähige Tinte (18) die Form der Antenne bildet.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die mit Beschichtung bedruckten Stellen so bedruckt sind, dass die nicht bedruckten Stellen zwischen im Wesentlichen parallelen Linien bedruckter Beschichtung positioniert sind.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung ein hydroxyfunktionelles Harz ist.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Harzbeschichtung klar ist.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung ein Lack ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung ein Muster aus Farbtinten ist.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Zusatzstoff ein hydroxymodifiziertes Polyether-Silan ist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Träger ein Silikonchip ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Drucken der leitfähigen Tinte und der Beschichtung durch Verwendung einer Lasergravur-Rotationstiefdruck-Druckmaschine durchgeführt wird.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner eine Schutzschicht beinhaltet, welche den Zielbereich einkapselt.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgenden Schritt beinhaltet: Bereitstellen eines Hochfrequenzidentifikationschips, wobei der Hochfrequenzidentifikationschip und das leitfähige Element durch ein leitfähiges Material miteinander in Kontakt stehen.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 11, das ferner eine Schutzschicht beinhaltet, welche den Zielbereich einkapselt.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei der Zusatzstoff ein hydroxymodifiziertes Polyether-Silan ist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das Drucken der leitfähigen Tinte und der Beschichtung durch Verwendung einer Lasergravur-Rotationstiefdruck-Druckmaschine durchgeführt wird.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei das leitfähige Material ein leitfähiges Epoxydharz ist.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das leitfähige Element eine Antenne ist.
  17. Ein leitfähiges Element, das Folgendes beinhaltet: eine Beschichtung (12), die einen die Oberflächenspannung senkenden Zusatzstoff aufweist; eine leitfähige Tinte (18); und einen Träger (10) mit einem Zielbereich (14), wobei auf den Zielbereich (14) eine Beschichtung (12) und eine leitfähige Tinte (18) gedruckt ist; wobei der Zielbereich (14) mit Beschichtung bedruckte Stellen und mit Tinte bedruckte Stellen aufweist, wobei die mit Beschichtung bedruckten Stellen eine Form für das leitfähige Element bilden, wobei die mit Tinte bedruckten Stellen ein Muster zwischen den mit Beschichtung bedruckten Stellen bilden.
  18. Leitfähiges Element gemäß Anspruch 17, wobei das Muster eine Antenne ist.
  19. Leitfähiges Element gemäß Anspruch 17, wobei das Muster eine Hochfrequenzidentifikationsantenne ist.
  20. Leitfähiges Element gemäß Anspruch 17, das ferner eine Schutzschicht beinhaltet, welche den Zielbereich einkapselt.
  21. Leitfähiges Element gemäß Anspruch 17, wobei der Zusatzstoff ein hydroxymodifiziertes Polyether-Silan ist.
  22. Leitfähiges Element gemäß Anspruch 17, wobei das Bedrucken der leitfähigen Tinte und der Beschichtung durch Verwendung von Lasergravur-Rotationstiefdruck durchgeführt wird.
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