FI121592B - Piirilevylaminaatin, erityisesti rfid-antennilaminaatin valmistusmenetelmä ja piirilevylaminaatti - Google Patents

Description

Piirilevylaminaatin, erityisesti rfid-antennilaminaatin valmistusmenetelmä ja piirilevy-la mi naatti

Keksintö kohdistuu piirilevylaminaattien valmistusmenetelmään. Menetelmä soveltuu 5 edullisesti esimerkiksi RFID-antenneja sisältävien taipuvien laminaattien valmistamiseen.

Hakemuksen mukaisella menetelmällä voidaan valmistaa taipuvia tai jäykkiä piirilevyjä, esimerkiksi näppäimistöjen kytkinpiirilevyjä, taipuvia anturimattoja ja matriise-10 ja, tuotevalvontatarroja, RFID-tarrojen, henkilötodistusten ja maksukorttien antenni-rakenteita. Jäljempänä kuvataan keksintöä lähinnä RFID-antennilaminaattien valmistuksen kannalta. Tyypillisesti RFID-antennilaminaatit ovat osana ohuita älytarroja tai ne laminoidaan edelleen osaksi paksumpaa rakennetta, esimerkiksi lähi- tai kauko-luettavan maksukortin sisään.

15

Menetelmällä valmistettava, asiakkaalle tai omaan jatkojalostukseen toimitettava tuote on tyypillisesti rulla, jossa itse RFID-antennit ovat sopivalla jaolla sekä radan poikittais- että pituussuunnassa jatkojalostukseen ja tuotteen loppukäyttöön sopivan ratamaisen pohjamateriaalin päällä. Pohjamateriaali on sähköä johtamatonta rullat-20 tavaa materiaalia kuten paperia tai muovia, ja sen paksuus on yleisesti 20-100 pm, tyypillisesti n. 50 pm. Itse antennit ovat sähköä johtavaa materiaalia kuten metallia tai johtavia partikkeleita sisältävää painoväriä. Kun sähköä johtavana materiaalina käytetään metallifoliota, se on yleisesti alumiinia tai kuparia ja paksuudeltaan 5-30 pm, tyypillisesti n. 10 pm.

25 o Johdinkuvioiden pinta-ala suhteessa antenniradan koko pinta-alaan on yleisesti 10- ^ 50 %, tyypillisesti 10-30 %. Tämä johtuu siitä, että jatkojalostuksen takia antennini kuvioiden väliin on jätettävä tyhjää aluetta ja että itse antennikuvioiden sisällä on i g yllättävän paljon ei-johtavaa eli tyhjää aluetta. Koska kyseessä on nimenomaan an- x 30 tenni, kyseisten alueiden on todellakin oltava ei-johtavia, ei vain sähköisesti erotet- tuja. Tästä aiheutuu se, että kun sähköä johtavana materiaalina käytetään metallifo- st ^ liota, valtaosa siitä joudutaan tavalla tai toisella poistamaan valmistusprosessin ai to g kana ja vain pieni osa jää valmiiseen tuotteeseen. Poistamisprosessin kustannukset o «m ovat tyypillisesti riippuvaisia poistettavan metallin määrästä.

35 2

Niin sanotut korkean turvallisuustason tuotteet kuten passit ja luottokortit ovat yhä suurempi RFID-tunnisteiden käyttöalue. Korkean turvallisuustason takaamiseksi RFID-tunnisteen sisältävä kerros on voitava laminoida muiden samasta perusmateriaalista tehtyjen kerrosten kanssa yhteen niin, että rakennetta ei voi avata tunnistet-5 ta rikkomatta. Tämä edellyttää sitä, että antenninvalmistusprosessissa pohjamateriaalin pintaan ei jää liimaa tai muita epäpuhtauksia ollenkaan tai vain aivan pienelle osalle kokonaispinta-alasta.

Antennien valmistuksen jälkeen seuraava jalostusvaihe on yleisesti mikrosirun kiin-10 nittäminen. Massavalmistuksessa käytettävät sirunkiinnityslinjat on tehty käsittelemään antenneja nimenomaan rullamuodossa, ja niiden teknologia asettaa suuria vaatimuksia sille tarkkuudelle, jolla antennit sijaitsevat pohjamateriaalin päällä radan pituus- ja poikittaissuunnassa. Koska EAS- eli tuotesuojatunnisteen resonanssipiiriin ei liitetä sirua, sen asettelun tarkkuusvaatimukset ovat oleellisesti pienemmät, vaik-15 ka tuotteissa päällisin puolin on paljon yhteisiäkin piirteitä.

Verrattuna EAS- eli tuotesuojatunnisteen resonanssipiiriin on myös itse RFID-anten-nin oltava paljon tarkemmin valmistettu. Ensinnäkin toisin kuin tuotesuojatunnistee-seen RFID-antenniin kiinnitetään mikrosiru, ja sirun kiinnitysalueella on piirteitä ku-20 ten viivanväleiksi kutsuttuja tyhjiä alueita, joiden leveys on usein vain 100-200 pm. Toiseksi sirun kiinnittämisen jälkeen antenni ja mikrosiru muodostavat resonanssipii-rin, jonka ominaistaajuuden on oltava riittävän lähellä lukijalaitteen käyttämää taajuutta, jotta sirun sisältämien tietojen etälukeminen on mahdollista, ja resonanssi-taajuuden hallinta edellyttää antennilta suurta mittatarkkuutta. Kolmanneksi tuo-25 tesuojatunnisteen keloissa on yleensä vain muutama kierros ja niissä viivojen eli o johtimien ja viivanvälien leveys on yleisesti muutamia millimetrejä, kun taas RFID- ^ antennien keloissa tarvitaan n. kaksin-kolminkertainen määrä kierroksia usein erit- ^ täin rajalliselle pinta-alalle, jolloin viivojen ja viivanvälien leveys saattaa olla kerta- g luokkaa pienempi kuin tuotesuojatunnisteissa.

x 30 cn

Yleisesti kävtetvt valmistusmenetelmät C\l

LO

§ Yleisimmät käytössä olevat antenninvalmistusteknologiat ovat hopeapastalla paina en cvj minen ja laminaatin etsaaminen, ja jossakin määrin käytetään myös metallointia 3 (electroless plating, electrolytic plating). Näillä on ainakin seuraavat puutteet ja ongelmat: 1. Hopeapastalla painaminen on kallista, koska johtava painoväri on kallista.

5 Hopeapastalla painettu antenni ei ole solidi metallinen rakenne, joten sen suorituskykyjä luotettavuus eivät ole hyviä. Mikrosirun kiinnittäminen painettuun johtimeen on hankalaa ja liitoksen kestävyys usein huono.

2. Etsaamisessa käytetään raaka-aineena laminaattia, jossa on pinnoittamaton metallifolio kauttaaltaan liimattuna muoviseen pohjamateriaaliin. Tuotteen 10 ominaisuuksista johtuen valtaosa metallifoliosta on poistettava ja tässä me netelmässä se kaikki liuotetaan etsausliuokseen, minkä jälkeen sen arvo on erittäin alhainen tai jopa negatiivinen - pahimmillaan se on ongelmajätettä. Niinikään tuotteen ominaisuuksista johtuen poistettavana on sekä laajoja yhtenäisiä alueita että erittäin kapeita viivanvälejä, mikä vaikeuttaa hyvän tuo-15 telaadun tekemistä erityisesti massatuotantoon sopivilla nopeuksilla. Etsauk sen jälkeen pohjamateriaalissa on kauttaaltaan liimapinta niillä alueilla, joista metallifolio on poistettu, jolloin tuote ei sovellu korkean turvallisuustason tuotteiden kuten passien ja luottokorttien valmistamiseen. Tehokkaimmat et-sausprosessit "purevat" yleensä vain tiettyyn metalliin, joten tuotevaihdot ei-20 vät ole mahdollisia. Erityisesti tehokkaat alumiininetsausprosessit vaativat usein liuotinpohjaisen resistivärin käyttämistä, ja tällöin myös resistivärin poistoon on käytettävä liuottimia, mistä on paljon haittaa niin tuotteen kuin tuotantolaitoksenkin kannalta. Käytetyt etsausprosessit ovat märkiä, joten antenniradan pohjamateriaalina ei voida käyttää halpaa ja ekologista paperi-25 pohjaista materiaalia. Isommassa mittakaavassa tällaiseen etsaukseen pe- o rustuva laitos vaatii yleensä ympäristöluvan ja sisältää ympäristöriskejä.

3. Metallointiin perustuvat prosessit ovat märkiä, joten ne eivät salli paperipoh- ^ jäisten tuotteiden prosessointia. Metallointi vaatii yleensä painamalla tehdyn g siemenkerroksen, ja tällaiset painovärit ovat kalliita. Metallikerroksen kasva- x 30 tus riittävään paksuuteen on yleensä varsin hidasta. Metalloinnilla tehdään yleensä vain kuparisia antenneja, ja kupari on kallis ja ympäristölle haitalli- ^ nen materiaali. Alumiinille sopivia metallointiprosesseja ei ole käytössä.

tn oo o o

(M

35 4

Patenttijulkaisujen tekniikan taso

Julkaisussa GB869076 esitetään menetelmä, jossa ensin pohjamateriaalin pintaan applikoidaan liimaa tuotettavien kuvioiden muotoon, sitten painetaan metallifoliopin-5 täinen laminaatti kiinni pohjamateriaaliin, ja lopuksi vedetään pohjamateriaali ja laminaatti erilleen, jolloin laminaatissa oleva metallifolio jää kiinni pohjamateriaaliin liimakuvioiden osalta ja poistuu laminaatin mukana muulta osalta. Menetelmällä ei voida tuottaa RFID-antennilaminaatteja, koska folion repeytymiseen perustuva kuviointi tuottaa aivan liian epätarkan tuloksen.

10

Julkaisussa WO01/54226 esitetään yllä olevan kanssa lähes yhtenevä menetelmä: siinä ensin pohjamateriaalin pintaan applikoidaan liimaa tuotettavien kuvioiden muotoon, sitten painetaan metallifolio kiinni pohjamateriaaliin, ja lopuksi poistetaan ei-liimaantunut osa foliosta vetämällä pohjamateriaali ja folio erilleen, jolloin folio re-15 peää ja antennikuviot jäävät liimalla kiinni pohjamateriaaliin ja muu osa foliosta kelataan rullalle. Menetelmä on varsin karkea eikä sillä voida tuottaa kuin hyvin yksinkertaisia antennikuvioita - esim. kelamaisia antenneja sillä ei pystytä valmistamaan. Myöskään sirunkiinnitysalueen kapeaa väliä menetelmällä ei pystytä tekemään, ja repimisen takia se todennäköisesti toimii vain aivan ohuilla folioilla ja melko vahvoil-20 la pohjamateriaaleilla.

Julkaisussa US2005/0034995 esitetään menetelmä, jossa metallifolio tai metallipul-veri kiinnitetään pohjamateriaaliin joko kuvioidulla liimalla tai pohjamateriaalia selektiivisesti sulattamalla, minkä jälkeen ei-kiinnittynyt osa metallifoliosta tai pulverista 25 poistetaan mekaanisesti kuten erityisesti harjaamalla. Kuten julkaisussa todetaankin, o tässä voidaan käyttää vain erittäin ohuita folioita ja sulattamalla tehtävä kiinnittämi- ^ nen vaatii sopivasta muovista tehdyn pohjamateriaalin. On myös todennäköistä, että ^ kuvioiden reunojen laatu ei ole hyvä eikä menetelmällä päästä ohuisiin viivoihin ja i cd viivanväleihin.

o x 30 tr “ Julkaisussa EP0790123 esitetään menetelmä, jossa ensin valmistetaan laminaatti liimaamalla metallifolio kauttaaltaan kiinni pohjamateriaaliin ja sitten poistetaan me-

LO

g tallifolio halutuilta alueilta höyrystämällä se lasersäteen avulla. Samantyyppinen πίθ ο netelmä on esitetty julkaisussa DE4000372, ja se saattaa olla sovelias tapauksiin, 35 joissa poistettavan folion osuus koko pinta-alasta on pieni. RFID-antennilaminaatin 5 massavalmistukseen menetelmä kuitenkin sopii huonosti, koska tuotteen ominaisuuksista johtuen valtaosa metallifoliosta pitää poistaa, ja sen poistaminen laserilla höyrystäen on hidasta, kallista ja lisäksi teknisesti haastavaa, kun pohjamateriaalia ei saa vaurioittaa. Lisäksi pohjamateriaaliin jää liimapinta niille alueille, joista metalli-5 folio on poistettu, joten tuote ei sovellu korkean turvallisuustason tuotteiden kuten passien ja luottokorttien valmistamiseen.

Samassa julkaisussa EP0790123 esitetään vaihtoehtoinen menetelmä, jossa ensin valmistetaan laminaatti applikoiden liimaa tuotettavien kuvioiden muotoisina alueina 10 pohjamateriaalin ja laminaatin väliin, sitten leikataan metallifolio poikki yhteenlii-mauksen rajaa myötäillen, ja lopuksi poistetaan irrotettu osa foliota. Menetelmä saattaa soveltua hyvin tapauksiin, joissa ei tarvitse tuottaa ohuita viivoja ja viivanvä-lejä, mutta tyypillisen RFID-antennilaminaatin massavalmistamiseen menetelmä sopii huonosti: Menetelmässä metallifolion leikkaus pitää tehdä liimakuvion reunan 15 ulkopuolelta, jotta folion muu osa olisi leikkaamisen jälkeen varmasti irti ja poistettavissa. Liiman applikointiin liittyy aina tietty asema-ja muotoepätarkkuus, ja lisäksi liimakuviolla on usein pyrkimys levitä, kun materiaalit yhdistetään, mikä lisää liima-kuvion reunan sijaintiepävarmuutta entisestään. Kun tähän vielä lisätään leikkaamisen sijainti- ja muotoepätarkkuus, on selvää, että menetelmällä ei voida valmistaa 20 tyypillisiä kapeita viivanvälejä sisältäviä RFID-antenneja. Lisäksi edellä mainituista seikoista johtuen jäljellejäävän foliokuvion reunat ovat pakostakin käytännössä irti pohjamateriaalista, mitä ei yleensä voida sallia antennin sirunkiinnitysalueella.

Julkaisussa US2005/0183817 esitetään edellisen kanssa hyvin samanlainen mene-25 telmä: pohjamateriaalin pintaan applikoidaan liimakuviot, sitten tuodaan metallifolio 0 radan pintaan kiinni, jolloin folio tarttuu liimakuvioihin, sitten stanssataan folio poikki ^ liimakuvioiden reunoja myötäillen, ja sitten poistetaan irtileikattu osa foliosta. Tällä menetelmällä on aivan samat heikkoudet ja rajoitukset kuin edellisessä kappaleessa i cd kuvatulla menetelmällä, o x 30 tr Käytännössä edellisten kanssa yhtenevä menetelmä on esitetty julkaisussa W02007/087189 sillä erotuksella, että pelkän metallifolion asemesta käytetään lain g minaattia, jossa on metallifolion lisäksi tukikerros. Edellä kerrotuista syistä se sopii o cv huonosti RFID-antennilaminaatin valmistamiseen paitsi ehkä tapauksissa, joissa an- 35 tennin muoto on erittäin yksinkertainen. Ehdoton valtaosa RFID-antenneista on sei- 6 laisia, että niitä sisältäviä antennilaminaatteja ei voida tällä menetelmällä valmistaa. Lisäksi laminaatin käyttö pelkän metallifolion sijasta nostaa valmistuskustannuksia.

Edelleen edellisten kanssa hyvin yhteneväinen menetelmä on kuvattu julkaisussa 5 W003/024708. Mitään oleellista eroa edellisiin verrattuna ei ole, joten sillä on samat rajoitukset ja heikko soveltuvuus RFID-antennilaminaattien massavalmistukseen.

Julkaisussa W02007/121115 esitetään menetelmä, jossa ensin kiinnitetään metalli-folio kauttaaltaan pohjamateriaaliin siten, että liimasidos on irrotettavissa, sitten 10 leikataan metallifolio poikki stanssausteloilla, sitten poistetaan liimasidos murtaen romutettava osa metallifoliosta, ja lopuksi myös valmistetut kuviot siirretään liimasidos murtaen pohjamateriaalilta haluttuun kohtaan lopputuotetta. Lukuun ottamatta tapauksia, joissa antennin muoto on erittäin yksinkertainen, menetelmä sopii huonosti RFID-antennilaminaattien valmistamiseen, koska stanssaamalla ei voida 15 valmistaa riittävän ohuita viivoja ja viivanvälejä ja koska valmiita antennikuvioita ei voida siirtää toiselle ratamateriaalille riittävän suurella asemointitarkkuudella ja riittävän pienellä vaurioitumisriskillä. Käytännössä sekä antennien että folion romutettavan osan irrottaminen liimasidoksesta edellyttää riittävää mekaanista lujuutta eli paksuhkoa metallifoliota tai tukikerroksen sisältävää laminaattia. Myös useamman 20 ratamateriaalin käyttö - valmistusprosessissa eri pohjamateriaali kuin valmiissa tuotteessa - lisää kustannuksia. Lisäksi prosessin vaatima irrotettava ja uudelleenkiinni-tettävä liima ei välttämättä sovi yhteen sirunliitostekniikan kanssa.

Julkaisussa US7256738 esitetään menetelmä, jossa kauttaaltaan sulateliimalla pin-25 noitetusta metallifoliosta ensin stanssataan halutut kuviot irti nipissä, jossa toinen o tela on stanssaustela ja toinen siirtotela, ja sitten irti stanssatut kuviot siirtyvät yh- ^ den tai useamman siirtotelan välityksellä pohjamateriaalin pintaan, mihin ne lopuksi ^ lämmittämällä - sulateliima sulattamalla - kiinnitetään. Tällä menetelmällä on sa- i g manlaiset rajoitteet kuin edellä kuvatulla menetelmällä eikä se siksi sovi yleisesti x 30 RFID-antennilaminaatin massavalmistukseen: Stanssaamalla ei voida valmistaa riit- cn tävän ohuita viivoja ja viivanvälejä. Valmiiden antennikuvioiden siirtäminen telojen ^ välityksellä johtaa huonoon asemointitarkkuuteen ja lisäksi pieniä piirteitä sisältävät m § antennit vaurioituvat helposti siirron aikana. Menetelmä vaatii joko paksun metallifo- o cm lion tai tukikerroksella varustetun laminaatin käyttämistä. Sulateliima ei yleisesti ole 7 yhteensopiva niiden menetelmien kanssa, joilla mikrosirut kiinnitetään RFID-anten-neihin.

Edellä mainittuja menetelmiä yhdistää se, ettei niitä yleisesti käytetä RFID-antenni-5 laminaatin valmistukseen.

Keksinnön tavoite

Keksinnön tavoitteena on valmistaa johdinkuvioitua piirilevylaminaattia siten, että 10 saadaan aikaan tarkkarajainen ja ohuitakin johdinvälejä sisältävä kuviointi entistä helpommin hallittavalla ja edullisemmalla etsaus- tai leikkausprosessilla myös silloin, kun kuviointi sisältää laajoja johtimettomia alueita, ja vältetään johtimettomalle alueelle jääneen liimapinnan aiheuttamat ongelmat turvatuotteiden laminoinnin yhteydessä. Edelleen tavoitteena on pienentää valmistuksessa syntyvien jätteiden määrää 15 ja edistää materiaalien kierrätystä ja uudelleenkäyttöä.

Keksinnön selostus

Keksintöä selostetaan oheisten piirustusten avulla.

20

Kuviot la ja Ib kuvaavat etsausta käyttävän sovellusesimerkin prosessivaiheita. Kuviot 2a ja 2b kuvaavat höyrystystä käyttävän sovellusesimerkin prosessivaiheita.

Kaikissa kuviossa viitenumeroilla on seuraavat merkitykset: 25 1 pohjamateriaali o 2 kuvioitu liima tai muu kiinnitys ^ 3 metallifolio ^ 3a johdin valmiissa piirilevyssä g 3b poistettava metallifolion pala x 30 tr

Kuviossa la kuvataan keksinnön mukaisesti liimattua aihiota ennen etsausta. Metal-^ lifolion 3 päälle on levitetty etsausresisti, jonka peittämältä alueelta metalli ei syövy

LO

§ etsatessa pois. Pohjamateriaalin 1 ja metallifolion 3 väliin on levitetty liima 2 siten,

O

«m että lopulliset johdinkuviot muodostavien resistikuvioiden 4a alle on levitetty liimaa, 35 ja liimaa on levitetty myös hieman alueiden 4a ulkopuolelle. Oikeassa laidassa on 8 useita vierekkäisiä resistikuvioita 4a lähellä toisiaan, ja niiden välisiltä alueilta on metallifolio 3 liimattu kauttaaltaan pohjamateriaaliin 1. Keskellä ja vasemmassa laidassa on laajat alueet, joille ei tule johtimia, ja näiden kohdalle on levitetty resisti-kuviot 4b, joiden alle ei ole levitetty liimaa pohjamateriaalin 1 ja metallifolion 3 vä-5 liin.

Etsaus poistaa metallifolion ne alueet, joita etsausresisti ei suojaa, ja lopputulos etsauksen jälkeen on kuvion Ib mukainen. Oikeassa laidassa on useita vierekkäisiä resistikuvioiden 4a määrittämiä johdinkuvioita 3a, etsaaminen on avannut kapeat 10 johdinten välit, ja johdinten kapeisiin väleihin jää paljaaksi liimakerros 2. Keskellä ja vasemmassa laidassa etsaaminen on irrottanut resistikuvioiden 4b suojaamat metallifolion osat 3b, jotka voidaan poistaa metallisessa muodossa, koska ne eivät ole liimalla kiinni pohjamateriaalissa 1. Näin menetellen liimaukselle ei aseteta suuria tarkkuus-, kohdistus- ja viivanleveysvaatimuksia ja etsausprosessi taas voidaan op-15 timoida poistamaan vain kapeita alueita suurella tarkkuudella, jolloin sen tuottama laatu on parempi ja metallia liuotetaan vähemmän etsausliuokseen, jolloin uuden etsausliuoksen tarve ja käytetyn etsausliuoksen syntyminen minimoituvat. Samalla saadaan valtaosa poistettavasta metallifolioista pois metallisessa muodossa, jolloin se on kierrätettävissä ja uudelleenkäytettävissä. Edelleen valtaosa poistettavan me-20 tallifolion alta paljastuvasta pinnasta on liimatonta, jolloin tuotteen jatkojalostukselle ei ole rajoituksia.

On huomattava että kuviossa Ib on jätetty resisti piirtämättä tai se on poistettu. Käytännössä resistiä ei todennäköisesti tarvitse poistaa ennen palasten 3b kierrätys-25 tä, koska normaali orgaaninen resisti palaa metallin sulatuksen yhteydessä harmit-o tomasti. Jotkut resistit voivat toimia myös juoksuttimena tai suojalakkana seuraavis- ° sa tuotannon vaiheissa, jolloin niitä ei tarvitse poistaa tuotteesta ennen jatkojalosti: tusta.

i

CD

O

x 30 Kuviossa 2a on kuvattu vastaava lähtötilanne, kun alueiden 3c poistamiseen käyte-

CC

tään laserhöyrystystä, ja kuviossa 2b on kuvattu tilanne höyrystyksen jälkeen. Täl- 't ^ löin tiheästi sijoitettujen johdinten osalta edut ovat samat kuin etsauksen yhteydes-

LO

§ sä, eli saavutettavaan kuviointitarkkuuteen vaikuttaa vain laseroinnin eikä liimaami-

O

cvj sen tarkkuus. Koska osa 3b ei ole liimalla kiinni alustassa, sitä ei tarvitse höyrystää 35 kokonaan, vaan vain sitä ympäröivät kapeat alueet 3c pitää höyrystää pois. Tällöin 9 prosessi nopeutuu huomattavasti ja valtaosa poistettavasta metallifolioista saadaan pois metallisessa muodossa, jolloin se on kierrätettävissä ja uudelleenkäytettävissä. Edelleen valtaosa poistettavan metallifolion alta paljastuvasta pinnasta on liimaton-ta, jolloin tuotteen jatkojalostukselle ei ole rajoituksia.

5

Metallifolion 3 kiinnittäminen ja kiinnityksen kuviointi voidaan tehdä paitsi levittämällä liima halutulle alueelle esimerkiksi stensiilillä tai mustesuihkutekniikalla, myös esimerkiksi käyttämällä UV-kovettuvaa liimaa, joka levittämisen jälkeen kovetetaan siltä alueelta, jonka halutaan jäävän kiinnittämättä. Tämän jälkeen metallifolio 3 10 puristetaan pohjamateriaaliin 1 kiinni ja jäljelle jäänyt liima kovetetaan valottamalla pohjamateriaalin läpi metallifolion 3 takapuolelta. Edelleen kiinnityksen kuviointi voidaan tehdä kuumentamalla ja sulattamalla muovimateriaali, esimerkiksi polyoleo-fiinikalvo kuvioidusti metallifolion ja pohjamateriaalin välissä. Edelleen voidaan käyttää paineen vaikutuksesta aktivoituvaa liimaa. Paineen vaikutuksesta aktivoituvassa 15 liimassa voi olla rikkoontuvia mikrokapseleita, jotka aktivoivat liiman vain niiltä alueilta, joihin paine kohdistuu. Edelleen voidaan käyttää tartunnan kuviointiin passi-vointikerrosta, joka voi olla esimerkiksi liukeneva tai sulava kerros metalloinnilla kiinnitettävän kerroksen tai liimattavan metallifolion alla, jolloin liima tai metalliker-ros ei tartu passivointikerroksen alueella pohjamateriaaliin.

20

Keksinnön sovellusmuotoia

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisissä vaatimuksissa 1 ja 8, ja epäitsenäiset vaatimukset kuvaavat keksinnön edullisia sovellusmuotoja. Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetaan RFID-antenni-25 la mi naatti seuraavasti: o ^ 1. Valmistetaan pohjamateriaalista 1 ja metallifoliosta 3 laminaatti, jossa poh- ^ jamateriaali 1 ja metallifolio 3 ovat toisissaan hyvin kiinni oleellisessa suh- g teessä valmistettavien kuvioiden mittoja, muotoja ja sijoittelua noudattavilta x 30 alueilta. Sidos saa muodostua yli ohuita viivoja ja viivanvälejä sisältävien alueiden - sidosten rajat saavat siis seurata valmistettavien kuvioiden "pää-^ ääriviivoja", jolloin kuvioidun sidoksen muodostaminen on tunnetuin mene-

LO

g telmin helppoa. Esimerkiksi HF-antennikelan kohdalla sidos saa muodostua o cm paitsi johtimien myös niiden välien alueelle, jolloin sidos on leveähkö ren- 35 gasmainen kuvio ilman kapeita välejä.

10 2. Edellä mainittu laminaatti kuvioidaan siten, että kuviointi kohdistetaan edellisessä vaiheessa esimerkiksi liimalla 2 yhteensidottuihin alueisiin ja tunkeutuu vähintään metallifolion 3 läpi. Kuvioinnilla muodostetaan sekä kuvion sisäinen rakenne - esimerkiksi HF-antennikelan johtimien kapeat välit - sidoksen 5 päälle että kuvion ääriviivat sidoksen päälle tai ulkopuolelle. Ääriviivojen ku vioinnin asema ja leveys asetetaan niin, että pohjamateriaalin ja metallifolion yhdistävän sidoksen reuna on joko kuvioinnilla poistettavan alueen sisällä tai sen vieressä, jolloin ääriviivojen kuviointi samalla irrottaa sidoksen ulkopuolisen folion osan muusta osasta. Kun ääriviivojen kuviointi asetetaan siten, et-10 tä sidoksen reuna on kuvioinnilla poistettavan alueen sisällä, tuotettavan fo- liokuvion kaikki reunat ovat kokonaisuudessaan kiinni pohjamateriaalissa. Kuvioinnin jälkeen paljaaksi jäävä sidospinta - sekä kuvion sisällä että mahdollisesti ympärillä - on alaltaan niin mitätön, että tuote soveltuu korkean turvallisuustason tuotteiden kuten passien ja luottokorttien valmistamiseen, 15 vaikka sidos olisi tehty liimaamalla.

3. Kuvioinnin ansiosta irronnut folion osa 3b poistetaan, jolloin johtavia kuvioita 3a sisältävä laminaatti on valmis. Jos kuviointiin käytetään etsausta, etsaus-resisti pitää mahdollisesti poistaa ennen jatkokäyttöä.

20 Kuvioidusti sidotun laminaatin valmistamiseksi (päävaihe 1) on olemassa useampia tunnettuja menetelmiä, kuten esimerkiksi: • Laminaatti voidaan valmistaa applikoimalla liimaa selektiivisesti käyttäen esimerkiksi painomenetelmää kuten syväpaino tai fleksopaino tai tulostus-menetelmää kuten mustesuihkutulostus.

25 · Laminaatti voidaan valmistaa applikoimalla liima kuten esimerkiksi - sirunen kiinnitysmenetelmän salliessa - sulateliima kauttaaltaan (ei-selektiivisesti) ^ esimerkiksi metallifolion pintaan ja aktivoimalla se selektiivisesti esimerkiksi ^ lämmittämällä. Voidaan myös deaktivoida irrotettavan folioalueen liima en- i g nen liimausta, esimerkiksi ultraviolettikypsyvä liima voidaan kovettaa ennen x 30 laminointia ja kypsyttää metallifolion kiinnipuristamisen jälkeen taustamate- cn riaalin läpi kiinniliimattava alue säteilyttämällä liimaa taustamateriaalin läpi.

^ · Joissakin tapauksissa laminaatti voidaan valmistaa ilman lisäaineita käyttä- in g mällä pohjamateriaalia, joka itsessään voidaan saada tarttumaan folioon se- cm lektiivisesti esimerkiksi lämmittämällä alueita, joihin tartunta halutaan.

11

Koska keksinnön mukaisessa menetelmässä ei ole tarpeen kuvioida sidosta valmistettavien kuvioiden pienten viivanvälien mukaan vaan sidos saa muodostua myös niiden kohdalle, on menetelmän vaatiman laminaatin valmistaminen helppoa.

5 Kuvioidusti sidotun laminaatin sisältämän metallifolion 3 kuvioimiseksi (päävaihe 2) on myös olemassa useampia menetelmiä, esimerkiksi: • Kuviointiin käytetään etsausta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä voidaan suurin osa folion pinnasta suojata etsausresistillä, vain valmistettavien kuvioiden sisäisten piirteiden mukaiset viivanvälit ja kapeat alueet kuvioiden ym-10 pärillä tulee jättää paljaaksi (kuvio la), jotta folio syöpyy näiltä alueilta pois.

Tällöin etsausliuokseen liuotettavan folion osuus putoaa murto-osaan siitä, mitä se on aiemmin kuvatussa nykyisin käytettävässä etsausprosessissa, ja suurin osa poistettavasta foliosta on etsauksen jälkeen irti ja poistettavissa foliomuodossa (kuvio Ib). Tällä saavutetaan välittömästi useita merkittäviä 15 etuja, esimerkiksi: a) etsausliuoksen kulutus ja metallia sisältävän käytetyn etsausliuoksen tuotto ja jätekustannus minimoituvat, b) valtaosa poistettavasta metallifoliosta poistuu foliomuodossa, jolloin sillä on romumetallin arvo, c) etsausprosessilla liuotetaan vain kapeita alueita, joten prosessi voidaan optimoida tähän tarkoitukseen, jolloin tuotelaatu ja tuotantonopeus 20 maksimoituvat, ja d) etsauksen jälkeen pohjamateriaalissa on sidospinta pal jaana vain erittäin pienellä osalla pinta-alasta, jolloin tuote kelpaa korkean turvallisuustason tuotteiden kuten passien ja luottokorttien valmistamiseen. Koska liuotettavan folion osuus putoaa murto-osaan, voidaan myös alumiinin etsaamisessa hyödyntää prosesseja, joissa ei vaadita liuottimien käyttöä, ja 25 on myös mahdollista valita sellaiset prosessit, että samaa etsauslinjaa voi- 0 daan käyttää sekä alumiinin että kuparin etsaamiseen. Minimoitunut poistet- o tavan metallin määrä saattaa antaa myös mahdollisuuden hyödyntää kuivia etsausprosesseja, jolloin antennilaminaatin pohjamateriaalina voidaan käyt- cd tää halpaa ja ekologista paperia.

o x 30 · Kuviointi tehdään lasersäteellä. Keksinnön mukaisessa menetelmässä voi-

CC

“ daan suurin osa folion pinnasta jättää höyrystämättä, vain valmistettavien kuvioiden sisäisten piirteiden mukaiset viivanvälit ja kapeat alueet kuvioiden

LO

g ympärillä tulee höyrystää (kuvio 2a). Tällöin höyrystettävän folion osuus pu- toaa murto-osaan siitä, mitä se on tunnetuissa kuviointiprosesseissa, millä 35 saavutetaan useita välittömiä etuja: a) prosessin nopeus maksimoituu, b) 12 tehontarve ja energiankulutus minimoituvat, c) pohjamateriaalin vaurioitumisen riski minimoituu, d) lähes kaikki poistettava metalli on edelleen folio-muodossa, jolloin sillä on romumetallin arvo (kuvio 2b), ja e) laseroinnin jälkeen pohjamateriaalissa on sidospinta paljaana vain erittäin pienellä osalla 5 pinta-alasta, jolloin tuote kelpaa korkean turvallisuustason tuotteiden kuten passien ja luottokorttien valmistamiseen. Toisaalta verrattuna tunnettuihin prosesseihin, jossa folio leikataan laserilla poikki sidoskuvion reunoja seuraillen, keksinnön mukaisella prosessilla on ainakin seuraavat ilmeiset edut: a) keksinnön mukaisella prosessilla voidaan tuottaa erittäin ohuita viivoja ja vii-10 vanvälejä, koska kuviointi tehdään sidoksen päälle eikä sidoksen reunoja seuraillen, b) koska suurinta tarkkuutta vaativa kuviointi tehdään sidoksen päälle, ovat folion reunat näillä alueilla sidoksella kiinni pohjamateriaalissa, mikä on sirunkiinnitykselle usein välttämätöntä, ja c) sidoksen ja kuvioinnin tarkkuusvaatimukset sinällään ja suhteessa toisiinsa ovat tasolla, joka on an-15 tennilaminaatin massavalmistuksessa nykymenetelmin helppo saavuttaa ja ylläpitää. Laserointi on luonnostaan kuiva prosessi, jolloin antennilaminaatin pohjamateriaalina voidaan käyttää myös halpaa ja ekologista paperia.

Kuvioinnin ansiosta irronneen folion osan poistamiseen (päävaihe 3) on useita tun-20 nettuja menetelmiä. Irronnut osa voidaan poistaa kuivana esimerkiksi imemällä suulakkeella, imutelalla tai -matolla. Etsausprosessissa foliopalasten irtoamista voidaan helpottaa käyttämällä esimerkiksi kuplailua tai imua. Irronneiden foliopalasten keräämiseen voidaan käyttää esimerkiksi pohjaa kaapivia tai hihnatoimisia keräimiä tai riittävän suurta virtausnopeutta, jolloin kerääminen voidaan tehdä siivilöimällä pala-25 set nesteestä. Siivilöitävä neste voidaan "imuroida" etsattavan laminaatin läheltä o siivilöitäväksi, jolloin irronneet metallifoliopalaset ovat mahdollisimman lyhyen ajan ^ etsausliuoksessa ja hukkasyövytys jää pieneksi. Siivilän jatkuva puhdistaminen on- ^ nistuu esimerkiksi käyttämällä siivilänä rainaa, joka toimii samalla kuljetushihnana g irronneille paloille. Tunnettu yksinkertainen tapa imuroida nesteestä roskia on käyt- x 30 tää ejektoripumppua tai nousevien kaasukuplien avulla toimivaa pumppausta. Irtoa- vien foliopalojen kokoa voidaan tarvittaessa pienentää jättämällä irrotettavan alueen ^ kohdalle painettavaan resistikerrokseen kapeita välejä, jolloin etsaaminen pilkkoo

LO

g alueen pienempiin palasiin. Sidoksen tai resistikuvion muotoilulla voidaan myös θε ό cvi tää poistettavien osien irtoaminen kokonaan etsauksen aikana, jolloin ne tulevat 35 laminaatin mukana pois etsauksesta ja ovat poistettavissa esimerkiksi imemällä suu- 13 lakkeella, imutelalla tai -matolla. Sidoksen muotoilu voi olla yksi tai useampi liima-täplä poistettavalla alueella ja resistikuvion muotoilu voi tuottaa ohuen kannaksen, joka liittää poistettavan alueen kiinni jäävään alueeseen. Vastaava kannas voidaan jättää myös lasertyöstön yhteydessä, jolloin estetään irtonaisten foliopalojen joutu-5 minen laserin eteen. Poistamisen jälkeen folio voidaan esimerkiksi silputa ja paalata niin, että se on helppo toimittaa metalliromun käsittelijälle.

Kun laminaatti valmistetaan liimaamalla, liiman applikointi ja kuviointi voidaan tehdä tietokoneohjatusti siten, että mitään antennikuviokohtaisia työkaluja kuten painopin-10 toja ei tarvita, vaan laminaatti valmistuu suoraan laitteeseen syötetyn datan perusteella. Tässä voidaan hyödyntää esimerkiksi pietsosähköistä mustesuihkutulostus-teknologiaa, jolla on perinteisiin laminointi- ja painomenetelmiin verrattuna ainakin seuraavat edut: a) se on luonnostaan numeerisesi ohjattu eli mitään antenniku-viokohtaista työkalua kuten painopintaa ei tarvita, b) sillä on erinomainen tulostus-15 ja toistotarkkuus eikä se kulu - tulostettujen kuvioiden muoto ja asema pysyvät samoina pitkänkin tulostusjakson yli, c) sillä voidaan tarkasti asettaa ja vakioida tulostetun liimakerroksen paksuus, jolloin voidaan tarkasti hallita liiman mahdollinen leviäminen ratojen yhteen saattamisen yhteydessä ja liimasidoksen muut sen paksuudesta riippuvat ominaisuudet, ja d) järjestelmä on luonnostaan oleellisen suljettu, 20 mikä avaa mahdollisuudet käyttää aivan erilaisia liimoja. Mustesuihku sopii hyvin rullalta rullalle -valmistukseen.

Kun folion kuviointi tehdään etsaamalla, voidaan mustesuihkuteknologialla tulostaa liiman lisäksi etsausresisti, jolloin saavutetaan resistin applikoinnissa samat edut 25 kuin liiman applikoinnissa - ja koko prosessi on mahdollista toteuttaa ilman antennien kuviokohtaisia työkaluja ja tuote valmistuu loppuun asti laitteisiin syötetyn datan ^ perusteella.

i i g Kun kuviointiin käytetään laseria, kuviointi tapahtuu luonnostaan tietokoneen oh- x 30 jaamana. Mikäli tässä yhteydessä käytetään laminaatin valmistuksessa tietokoneoh- jattua liiman tulostusta, tuote valmistuu loppuun asti laitteisiin syötetyn datan pe-rusteella.

tn 00 o o cm Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetulle laminaatille on tunnusomaista, että 35 a) pohjamateriaalin ja metallifoliokuviot yhdistää toisiinsa liimakuviot tai muut sidok- 14 set, joiden koko ja muoto vastaa jotakuinkin antennikuvioiden pää-ääriviivoja, b) antennikuvioiden sisäiset tarkat kuvioinnit (ohuet viivat ja välit) on kuvioitu liimaker-roksen tai muun sidoksen päälle, ja c) antennikuvioiden pää-ääriviivojen ulkopuolella pohjamateriaali on täysin tai lähes täysin vapaa liimasta tai muusta sidoksesta. Täl-5 löin laajat johtimista vapaat alueet ovat sidosaineettomia, ja kapeissa johtimien väleissä on sidosainetta tai ne ovat olleet muuten kiinnitettynä johtimen kuvioinnin aikana siten, että johdinkuvioiden reunat ovat kiinni laminaatissa ja että vain lähellä johdekuvioiden reunoja ja kuvioiden väleissä on jäämiä liimasta tai muusta sidoksesta.

10 o δ

(M

O) o

X

en

CL

sj-

(M

m oo o o

(M

Claims (10)

1. Menetelmä johtavia kuvioita sisältävän piirilevylaminaatin valmistamiseksi jossa menetelmässä suoritetaan vaiheet: 5 i) liitetään johtava kerros kuten metallifolio (3) pohjamateriaaliin (1) selektiivisesti siten, että lopullisen tuotteen halutut johdealueet (3a) ja lopullisen tuotteen johde-alueiden väliset kapeat alueet käsittävä osa johtavasta kerroksesta kuten metallifoli-osta (3) liitetään pohjamateriaaliin (1) sidoksella (2), ja poistettavaksi tarkoitetut 10 laajemmat alueet johtavasta kerroksesta, esimerkiksi metallifoliosta (3b) jätetään oleellisesti kiinnittämättä pohjamateriaaliin (1) siten, että poistettava alue (3b) on kiinni pohjamateriaalissa (1) korkeintaan seuraavassa vaiheessa ii) kuvioitavalta osaltaan ja mahdollisesti kohdista, jotka estävät poistettavien alueiden irtoamisen ennen vaihetta iii), 15 tunnettu seuraavista vaiheista: ii) kuvioidaan materiaali poistamalla johtava kerros kuten metallifolio (3) haluttujen johdealueiden (3a) kapeista väleistä ja poistettavan alueen (3b) ulkokehältä; iii) poistetaan laajemmat alueet (3b) johtavasta kerroksesta kuten metallifoliosta (3) kiinteässä olomuodossa sen jälkeen kun poistettavan alueen ulkokehältä poistettu 20 johtavan kerroksen alue ei enää pidä laajempia poistettavia alueita (3b) kiinni.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pohjamateriaali (1) on taipuisa ja valmistus tapahtuu rullalta rullalle.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtavan o kerroksen (3) liittämiseksi pohjamateriaaliin (1) vaiheessa i) käytetään liimaa, δ (M

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtava kerros i g kuten metallifolio (3) liitetään pohjamateriaaliin (1) selektiivisesti liimakuviolla, joka x 30 levitetään paino- tai mustesuihkutekniikalla. CL

^ 5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtava kerros LO g (3) liitetään selektiivisesti aktivoimalla tai deaktivoimalla osa liimasta, johtavasta o ^ kerroksesta tai pohjamateriaalista (1) ennen tai jälkeen johtavan kerroksen (3) liit- 35 tämisen esimerkiksi UV-säteilyllä, suojakerroksella, paineella tai lämmöllä.

6. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtava kerros (3) kuvioidaan ainakin etsaamalla tai höyrystämällä.

7. Jonkin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 5 pohjamateriaali (1) on paperi, ja johdinmateriaalin kuviointiin käytetään ainakin laseria.

8. Johtavia piirikuvioita sisältävä laminaatti tai laminaatin osa, jossa i) kunkin johtavan piirikuvion (3a) ja pohjamateriaalin (1) yhdistää toisiinsa liimaku-10 vio (2) tai muu sidos, jonka koko ja muoto vastaa jotakuinkin johtavan piirikuvion pää-ääriviivoja, tunnettu siitä, että ii) johtavan piirikuvion sisäiset tarkat kuvioinnit kuten ohuet viivat ja ohuet viivojen välit on kuvioitu liimakerroksen tai muun sidoksen päälle poistamalla johtava kerros 15 kuten metallifolio (3) haluttujen johdealueiden (3a) kapeista väleistä siten, että väleissä voi olla jäänteitä sidoksesta; iii) johtavien piirikuvioiden pää-ääriviivojen ulkopuolella pohjamateriaali on olennaisesti vapaa johtavan piirikuvion pohjamateriaaliin yhdistävästä liimasta tai muusta sidoksesta lukuun ottamatta pää-ääriviivojen reuna-alueita. 20

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laminaatti, tunnettu siitä, että laminaatti käsittää edelleen lisäkerroksen, joka on liitetty osaksi laminaattia siten, että lisäkerroksen laminointi pohjamateriaaliin (1) ja johdealueisiin (3a) on olennaisesti vapaa johtavan piirikuvion pohjamateriaaliin yhdistävän liimakerroksen (2) jäämistä lukuun ottamat- 25 ta mahdollisesti kapeita alueita johdekuvioiden (3a) ympärillä tai väleissä. o

^ 10. RFID-tarra tai -laminaatti, joka sisältää patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukaisen t1 laminaatin. i O) o X x CL CM LO 00 o o CM