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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden einer flachen Modulbrücke für Chipmodule mit
einem an seiner Oberseite eine flache Antenne aufweisenden flachen
Substrat (1) zur Bildung eines mehrschichtigen Transponders, wobei
die Modulbrücke
elektrisch leitfähige
Anschlussflächen
aufweist, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen mehrschichtigen
Transponder mit mindestens einem flachen Substrat, einer darauf
angeordneten flachen Antenne und einer auf der Antenne angeordneten,
elektrisch leitfähigen
Anschlussflächen
aufweisenden flachen Modulbrücke
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 11.
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Die
Fertigung von Smart Labels und Inlets als Endprodukte beinhaltet
unter anderem das Anordnen eines RFID-Chips (Radio Frequency Identification-Chip),
der in der Regel ein Silizium-Chip ist, auf Anschlusselementen einer
Antenne und einem die Antenne tragenden Antennensubstrat, um einen Transponder
bzw. ein Tag als Zwischenprodukt herzustellen. Derartige Antennensubstrate
können
beispielsweise Folien, Etiketten, oder unflexible Kunststoffelemente
sein. Da die Fertigung von Smart Labels mit hoher Stückzahl pro
Zeiteinheit erfolgen soll, sind hierbei nicht nur die Fertigungsgeschwindigkeit sondern
auch die im Zusammenhang mit einem Massenprodukt anfallenden Herstellungskosten
wichtige Faktoren für
eine effizientere Produktion von Smart Labels.
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Silizium-Chips
weisen in der Regel geringe Abmessungen auf, die dazu führen, dass
sogenannte Interposer bzw. Modulbrücken verwendet werden, deren
Funktion darin besteht, dass leitfähige Verbindungen überbrückungsartig
von den Anschlusselementen des Chips/Chipmoduls zu den großflächiger angeordneten
Anschlusselementen der Antenne auf dem Antennensubstrat aufgebaut
werden. Hierbei können
sowohl die Modulbrücken
als auch das Antennensubstrat aus unterschiedlichsten Materialien bestehen.
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Ein
Verbindungsvorgang zum Verbinden der Modulbrücken mit der Antenne und dem
Antennensubstrat sollte in einem kontinuierlich ablaufenden Produktionsprozess
für die
Herstellung einer Vielzahl von Transpondern innerhalb einer Herstellungsvorrichtung
eingegliedert werden. Hierbei muss jede einzelne Modulbrücke mit
der ihr zugeordneten Antenne sowohl mechanisch als auch elektrisch
zuverlässig verbunden
werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Chip und der
Antenne herzustellen.
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Um
einen derartigen Montage- und Kontaktierablauf innerhalb eines kontinuierlich
ablaufenden Produktionsprozesses für verschiedenste Substrat-, Antennen-
und Modulbrückenmaterialien
funktionierend durchzuführen,
müssen
bisher verschiedenste Verbindungsverfahren, wie beispielsweise Löten, Krimpen,
Schweißen
oder Leitkleben in Abhängigkeit von
den jeweils verwendeten Materialien angewendet werden. Hierbei ergibt
sich häufig
das Problem, dass die verwendeten Verbindungsmittel entweder nicht
für einen
kontinuierlich fortlaufenden Produktionsprozess verwendet werden
können
oder nicht für eine
große
Zahl von verschiedenen Materialien eingesetzt werden können, ohne
dass hierdurch die Dauerhaftigkeit der Verbindung beeinträchtigt bzw. reduziert
wird.
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Um
eine Verbindung zwischen Modulbrücken
und Substrat sowie Antenne bei Vorliegen unterschiedlichster Materialien
für nahezu
jede Art von Materialkombination zur Verfügung zu stellen, werden zumeist
kraft- und formschlüssige
Verbindungsarten, auch eine Nietenverbindung verwendet. Dies hat
jedoch zum Nachteil, dass aufgrund der hierbei zwingend notwendigen
Krafteinwirkung der fortlaufende Produktionsprozess jeweils eingehalten
werden muss und somit kein kontinuierlicher Ablauf ermöglicht wird.
Zudem sind Zusatzelemente, wie Nieten, erforderlich, die zu höheren Herstellungskosten führen.
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Aus
dem Klebetechnikbereich sind Epoxidharzklebstoffe bekannt, die ebenso
dazu geeignet sind, unterschiedlichste Metallmaterialien und Substratmaterialien
zumindest mechanisch miteinander zu verbinden. Zusätzlich können derartige
Klebstoffe hoch gefüllt
und elektrisch leitfähig
ausgebildet sein, um eine elektrische Verbindung herzustellen. Allerdings
benötigen
die bisher verwendeten Epoxidharzklebstoffe relativ lange Aushärtezeiten,
die zu einer Unterbrechung des gewünschten kontinuierlich ablaufenden
Produktionsprozesses führen.
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Noch
entscheidender ist bei derartigen Epoxidharzklebstoffen ihre geringe
dauerhafte Klebkraft bei der Verwendung von unbehandelten Aluminiumoberflächen als
Material für
die zu verbindenden Bauteile, wie es häufig bei Smart Labels verwendet
wird, da hierbei eine elektrisch isolierende Oxidoberfläche permanent
vorhanden ist und somit eine elektrisch leitfähige Verbindung nicht zustande
kommt.
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DE 31 25 518 C2 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Verdrahtungsanordnung
zum Verbinden elektrischer Bauteile mit einer äußeren Schaltung, die ein Substrat,
eine erste isolierende Schicht aus einem organischen Material, eine
auf der ersten isolierenden Schicht angeordnete Verdrahtung, eine
zweite isolierende Schicht aus einem organischen Material und mit
der Verdrahtung verbundene Anschlüsse aufweist, wobei ein Grundsubstrat durch
Verpressen bei erhöhter
Temperatur mit einem isolierenden, haftenden Blatt mit einer Bauteilöffnung haftend
verbunden wird, ein Teil des Grundsubstrates unterhalb der Bauteilöffnung zur
Bildung der Bauteilöffnung
entfernt wird und mit Hilfe eines Abscheideverfahrens und eines
metallischen Materials untere Verdrahtungselemente auf dem Blatt
ausgebildet werden. Es handelt sich somit um einen Aufbau aus Verdrahtungselementen
und Schichten, der komplex ist und innerhalb bezüglich der Flächenausdehnung dieser
Schichten vertikal sich erstreckende Verdrahtungsverbindungen zwischen
den einzelnen Schichten zeigt.
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DE 102 29 902 A1 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Verbindungen auf
Chipkarten, bei dem zwischen Spulenkontaktflächen und einem Chipmodul eines
Datenträgers
die Verbindung aufgebaut wird. Hierzu wird ein Klebstoff verwendet,
der eine begrenzte Leitfähigkeit
aufweist. Der Klebstoff ist zwischen dem Chipmodul und den Spulenkontaktflächen angeordnet.
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DE 199 39 347 C1 betrifft
ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte und die nach dem Verfahren
hergestellte Chipkarte, wobei die Chipkarte einen mehrschichtigen
Kunststoffkartenkörper,
einen in einem Chipmodul angeordneten integrierten Schaltkreis und
mindestens zwei weitere elektronische Bauelemente aufweist, welche
untereinander und/oder mit dem Chipmodul durch auf einer Trägerschicht
angeordnete Leiterbahnen und an den Leiterbah nen angeschlossene
metallische Kontaktflächen verbunden
sind. Zunächst
werden mindestens zwei Abdeckschichten über der Leiterbahnträgerschicht an
ihrer den elektronischen Bauteilen und dem Chipmodul zugewandten
Oberseite angeordnet, wobei die Abdeckschichten jeweils mit Aussparrungen
versehen sind. Anschließend
werden die Abdeckschichten über
der Leiterbahnträgerschicht
derart positioniert, dass die in den einzelnen Abdeckschichten befindlichen
Aussparrungen über
den metallischen Kontaktflächen
und teilweise übereinander
angeordnet sind. Nun wird mindestens eine die Abdeckschichten überdeckende
dicke Ausgleichsschicht platziert und anschließend die übereinandergelegten Kartenschichten
in einer Laminationspresse laminiert. Nun findet ein Einpressvorgang
von Aussparungen unterschiedlicher Tiefe in dem laminierten Kunststoffkörper statt,
wobei die innerhalb des Kartenkörpers
in verschiedene Tiefe befindlichen metallischen Kontaktflächen freigelegt
werden, um anschließend
das Chipmodul in die gefrästen
Aussparungen des Kartenkörpers
einzusetzen. Der Fräsvorgang
ist kosten- und zeitaufwendig.
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DE 196 39 902 C2 zeigt
ein Verfahren zur Herstellung kontaktloser Chipkarten und eine kontaktlose
Chipkarte, wobei zunächst
ein elektrisch isolierender flächiger
Kartenkörper
hergestellt wird, der auf einer seiner Hauptoberflächen zumindest
eine Aussparung aufweist, wobei auf der Bodenfläche der Aussparung Höcker gebildet
werden. Anschließend wird
mindestens eine Leiterbahn nach einem vorgebbaren Leiterbahnmuster
auf die die zumindest eine Aussparung aufweisende Hauptoberfläche aufgebracht,
wobei zumindest eine Leiterbahn sowohl auf Oberflächenbereiche
außerhalb
als auch auf Oberflächenbereiche
innerhalb der zumindest einer Aussparung aufgebracht wird. Zumindest
eine Leiterbahn verläuft über den
Höcker.
Anschließend
wird ein ungehäuster
Chip ausgerichtet. Dies betrifft nicht die Verwendung von Chipmodulen
und erfordert die Anordnung von Höcker. Hierdurch entstehen hohe
Herstellungskosten und eine hoher Herstellungszeitaufwand.
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Es
liegt somit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Verbinden einer Modulbrücke mit einem an seiner Oberseite
eine flache Antenne aufweisenden Substrat zur Bildung eines mehrschichtigen
Transponders zur Verfügung zu
stellen, bei dem unter Aufrechterhaltung eines kontinuierlich ablaufenden
Produktionsprozesses während
der Herstellung einer Vielzahl von Transpondern sowohl eine mechanische
als auch eine elektrische dauerhafte Verbindung für verschiedenste
Modulbrücken-,
Antennen- und Substratmaterialien mit einem hohen Durchsatz kostengünstig herstellbar
erzielt werden kann. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen
mehrschichtigen Transponder zu Verfügung zu stellen, dessen Modulbrücke und Substrat
sowie Antennen auf schnelle, einfache und kostengünstige Weise
unabhängig
von deren Materialkombinationen miteinander verbindbar sind.
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Diese
Aufgabe wird verfahrensseitig durch die Merkmale des Patentanspruches
1 und erzeugnisseitig durch die Merkmale des Patentanspruches 11
gelöst.
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Kerngedanke
der Erfindung ist es, bei einem Verfahren zum Verbinden einer flachen
Modulbrücke für Chipmodule
mit einem an seiner Oberseite eine flache Antenne aufweisenden flachen
Substrat zur Bildung eines mehrschichtigen Transponders zum einen
zur Bildung einer mechanischen Verbindung einen elektrisch isolierenden
Klebstoff zwischen einer Unterseite der Modulbrücke einerseits und Teilen einer
Oberseite des Substrats sowie Teilen einer Oberseite der Antenne
andererseits flächenhaft
anzuordnen und anschließend
zur Bildung einer elektrischen Verbindung einen elektrisch leitfähigen Klebstoff
auf bezüglich
der Modulbrücke
seitlich überstehenden Anteilen
der Oberseite der Antenne derart aufzutragen, dass er Oberseiten
der Modulbrücke
randseitig zumindest teilweise abdeckt. Auf diese Weise wird ein
schnell durchzuführendes
Verbindungsverfahren erhalten, da zur Herstellung einer zunächst nur
mechanisch ausreichenden Befestigung der Modulbrücke auf dem Substrat und der
Antenne ein Klebstoff verwendet werden kann, dessen Eigenschaften
ein schnelles Aushärten
ermöglichen,
wie es beispielsweise bei Heißschmelzklebstoffen
oder zuvor aufgetragenen Klebstofffilmen gegeben ist, und anschließend ohne
Druckbeaufschlagung in der Regel zwei kleine Klebstoffanhäufungen
aus elektrisch leitfähigem
Klebstoff an Außenseiten
von bezüglich
des Chips links und rechts weggehenden Anschlussflächen der
Modulbrücke
und auf den überstehenden Anteilen
der Antenne anzuordnen sind. Die Aushärtung dieses elektrisch leitfähigen Klebstoffes
kann während
des Weitertransportes des Transponders innerhalb der Herstellungsvorrichtung
stattfinden. Somit ist keine Unterbrechung des kontinuierlich fortlaufenden
Produktionsprozesses erforderlich. Vielmehr wird hierdurch das Verbinden
von Modulbrücke
und Substrat bzw. Antenne zur Herstellung von Transpondern mit großem Durchsatz
ermöglicht.
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Aufgrund
der Trennung zwischen elektrisch isolierendem Klebstoff für die Herstellung
der mechanischen Verbindung und elektrisch leitfähigem Klebstoff für die Herstellung
der elektrischen Verbindung ist es möglich, geeignete Klebstoffe
zu verwenden, die für
verschiedenste Materialkombinationen der Substrat-, Antennen- und
Modulbrücken-
bzw. deren Anschlussflächenmaterialien,
selbst bei der Verwendung von Aluminium-Metallisierungen, geeignet
sind.
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Durch
die Anbringung der elektrisch leitfähigen Klebstoffe and den Außenseiten
bzw. Randbereichen der Modulbrücke
und der seitlich überstehenden
Antenne – und
nicht ausschließlich
zwischen der Unterseite der Modulbrücke und der Oberseite der Antenne
bzw. des Substrate – wird
eine dauerhaft elektrische Verbindung erhalten, da es sich hierbei um
relativ kleine Klebstoffauftragungsflächen handelt, welche bei einer
Biegebeanspruchung des Transponders, insbesondere der Modulbrücke, weniger
bruchgefährdet
sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die Modulbrücke
zweischichtig ausgebaut und umfasst ein Modulbrückensubstrat sowie die elektrisch
leitfähigen,
vorzugsweise metallischen Anschlussflächen als Metallisierungsschichten.
Derartige Metallisierungsschichten können auf der Oberseite des
Modulbrückensubstrats
angeordnet sein. In diesem Fall ist der elektrisch leitfähige Klebstoff
an der Ober- und Stirnseite der Metallisierungsschichten zumindest
teilweise randseitig umfassend angeordnet, so dass eine zuverlässige Kontaktierung
zwischen der Metallisierungsschicht und dem elektrisch leitfähigen Klebstoff
besteht.
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Alternativ
können
die Metallisierungsschichten auf der Unterseite des Modulbrückensubstrates angeordnet
sein, wodurch, je nachdem wie weit sich die Metallisierungsschicht
im Verhältnis
zu dem eine Schicht bildenden elektrisch isolierenden Klebstoff erstreckt,
entweder nur eine stirnseitige Kontaktierung oder eine stirnseitig
und unterseitige Kontaktierung der Metallisierungsschichten mit
dem elektrisch leitfähigen
Klebstoff ermöglicht
wird.
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Anstatt
eines zweischichtigen Aufbaus der Modulbrücke kann die Modulbrücke eine
einschichtige Metallschicht als Interposermetallschicht darstellen,
welche im Randbereich sowohl Ober- als auch stirnseitig von dem
elektrisch leitfähigen
Klebstoff umfasst wird.
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Der
elektrisch leitfähige
Klebstoff kann durch jede Art von elektrisch leitfähiger Paste
oder dergleichen Materialien verwendet werden.
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Eine
Aushärtung
des elektrisch leitfähigen Klebstoffes
während
des Weitertransportes kann durch eine Erwärmung desselbigen beschleunigt werden.
Hierfür
wird jeder Transponder während
des Weitertransportes durch einen Ofen gefahren oder an einer Heizstrahlquelle
bzw. über
eine wärmeleitende
Heizfläche,
insbesondere Heizplatte, vorbeigeführt.
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Als
elektrisch isolierender Klebstoff kann ein Heißschmelzklebstoff auf der Unterseite
der Modulbrücke
und/oder Teilen der Oberseite des Substrates und der Antenne aufgeschmolzen
und innerhalb einer vorbestimmbaren Zeitspanne, vorzugsweise von weniger
als einer Sekunde, abgekühlt
werden. Somit muss bei einem sich anschließenden Fügevorgang keine Aufbringung
des Klebstoffes durchgeführt
werden, wodurch sich ein kontinuierlicher Ablauf des Produktionsprozesses
ergibt.
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Während des
Fügevorganges
wird die Modulbrücke
bzw. der Interposer mit ihrer/seiner Unterseite unter Einbringung
von Wärmeenergie
kurzzeitig auf die Oberseiten des Substrates und Teilen der Antenne
gedrückt.
Bei Nachlassen des Druckes ist die Schmelztemperatur des Heißschmelzklebstoffes
unterschritten.
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Sofern
das Substratmaterial Papier ist, werden anstelle des Heißschmelzklebstoffes
vorrangig drucksensitive Klebstofffilme aus Haftklebstoff verwendet.
Derartige Klebstofffilme werden vor dem Fügevorgang als Film auf der
Unterseite der Modulbrücke
und/oder Teilen der Oberseite des Substrates und der Antenne flächenartig
auflaminiert. Alternativ kann der Haftklebstoff flüssig aufgetragen
werden.
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Als
elektrisch leitfähige
Anschlussflächen der
Modulbrücke
können
Metallflächen
oder Silberpasten verwendet werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile
und Zweckmäßigkeiten
sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung
zu entnehmen. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Transponders,
aufgebaut und hergestellt gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Transponders,
aufgebaut und hergestellt gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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3 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Transponders,
aufgebaut und hergestellt gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung; und
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4 eine
schematische Querschnittsdarstellung eines Abschnitts eines Transponders,
aufgebaut und hergestellt gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung.
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In 1 wird
schematisch ein Abschnitt des erfindungsgemäß aufgebauten Transponders,
nämlich
einem von insgesamt zwei Kontaktbereichen, gemäß einer ersten Ausführungsform
dargestellt. Der mehrschichtig aufgebaute Transponder besteht aus einem
vorzugsweise flachem Antennensubstrat 1, einer Antenne 2 mit
ihrer Metallisierung, einem sowohl auf einer Oberseite des Antennensubstrates 1 als auch
der Antenne 2 angeordneten flächenartig ausgebildeten Haftklebstoff 3 als
elektrisch isolierender Klebstoff und dem Interposer bzw. der Modulbrücke.
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Die
Modulbrücke
ist zweischichtig aufgebaut und umfasst ein Interposer-Substrat 4 sowie
eine Interposer-Metallisierungsschicht 5 als elektrisch
leitfähige
Anschlussfläche.
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Im
Gegensatz zu dem elektrisch isolierenden Klebstoff 3 ist
ein elektrisch leitfähiger
Klebstoff 6a nicht flächenartig
zwischen den Schichten, sondern wulstartig im Randbereich angeordnet.
Hierfür
kontaktiert der Klebstoff 6a einerseits überstehende
Anteile 2a der Antenne 2 und andererseits die
Stirnseite und zumindest randseitig die Oberseite der Metallisierungsschicht 5 des
Interposers. Dies ermöglicht eine
zuverlässige
und dauerhafte elektrische Verbindung zwischen der Modulbrücke und
der Antenne.
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In 2 ist
in einer Querschnittsdarstellung ein mehrschichtiger Transponder
ausschnittsweise gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dargestellt. Für
gleiche oder gleichbedeutende Teile sind in sämtlichen Figuren identische
Bezugszeichen verwendet.
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Der
in 2 dargestellte Transponder unterscheidet sich
gegenüber
dem in 1 gezeigten Transponder darin, dass der Interposer
nicht zweischichtig aufgebaut ist, sondern aus einer einlagigen Interposer-Metallschicht 7 als
elektrisch leitfähige Anschlussfläche besteht.
Ein leitfähiger
Klebstoff 6b umfasst wiederum die Oberseite der Interposer-Metallschicht 7 randseitig.
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In 3 wird
in einer Querschnittsdarstellung ausschnittsweise ein Transponder
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Der in dieser Figur dargestellte Transponder
unterscheidet sich von den vorangegangenen Transpondern darin, dass
der Interposer zwar zweischichtig aufgebaut ist, jedoch eine Interposer-Metallisierungsschicht 8 als
elektrisch leitfähige
Anschlussfläche
an einer Unterseite eines Interposer-Substrates 9 angeordnet
ist. Somit kontaktiert ein leitfähiger
Klebstoff 6c die Interposer-Metallisierungsschicht lediglich an ihrer
Stirnseite, jedoch nicht an ihrer Oberseite.
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In 4 wird
in einer Querschnittsdarstellung ausschnittsweise ein Transponder
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Der in dieser Figur dargestellte Transponder
unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten
Transponder darin, dass der elektrisch leitfähige Klebstoff 6d einen Klebstoffanteil 10 aufweist,
welcher dazu beiträgt, dass
der Klebstoff 6d die gesamte Interposer, also das Interposer-Substrat 9 und
die Interposer-Metallisierungsschicht 8, stirnseitig umgreift.
Auf diese Weise ist eine bessere und dauerhaftere Kontaktierung zwischen
dem elektrisch leitfähigen
Klebstoff 6d und der Interposer-Metallisierungsschicht 8 möglich.
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- 1
- Antennensubstrat
- 2
- Antenne
- 2a
- überstehender
Anteil der Antenne
- 3
- Haftklebstoffschicht
- 4,
9
- Interposer-Substrat
- 5,
8
- Interposer-Metallisierungsschicht als
elektrisch leitfähige
Anschlussfläche
- 6a,
6b, 6c, 6d
- elektrisch
leitfähiger
Klebstoff
- 7
- Interposer-Metallschicht
als elektrisch leitfähige
Anschlussfläche
- 10
- Anteil
des elektrisch leitfähigen Klebstoffes 6d