WO2002003322A1 - Verfahren zum herstellen eines kartenförmigen datenträgers und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Abstract

Zum Herstellen kartenförmiger Datentrager, auf denen elektronische Bauteile sowie Leiterbahnen und Übertragungselemente vorgesehen sind, wird vorgeschlagen, die Leiterbahnen und/oder die Übertragungselemente durch sukzessiv kontinuierliches Auftragen einer leitfähigen Substanz oder Dispersion entlang vorbestimmter Bahnen auf der Trägerschicht mit Hilfe einer Dispersionsnadel, eines Air-Brusch-Systems oder eines Tintenstrahl-Systems zu bilden. Dadurch ist es möglich, auch Höhen-Unterschiede zwischen den Bauteilen zu überwinden.

Description

Verfahren zum Herstellen eines kartenförmigen Datenträgers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kartenförmigen Datenträgers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Kartenförmige Datenträger haben mittlerweile in zahlreiche Anwendungsbereiche Einzug gehalten. Man kennt sie beispielsweise als Zahlungsmittel für den bargeldlosen Zahlungsverkehr in Form von Telefon-, EC- und Kreditkarten sowie als elektronischen Schlüssel zur Regelung der Zugangsberechtigung zu Räumlichkeiten und elektronischen Geräten. Der Bedarf an kartenförmigen Datenträgern für solche und weitere Anwendungen steigt stark an, so dass derartigen Datenträgern eine wachsende Bedeutung zukommt.

Kartenförmige Datenträger weisen in der Regel mindestens ein elektronisches Bauteil auf, beispielsweise einen Chip, das für die Datenverarbeitung zuständig ist, und das mit anderen Komponenten über Leiterbahnen verbunden ist. Die Verwendung bestimmter Bauteile und Komponenten sowie deren spezifische Anordnung auf einer Karte wird auch als Kartenarchitektur bezeichnet. Für den Transport der Daten zum elektronischen Bauteil sowie dessen Energieversorgung sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten bekannt. Bei der ersten besitzt die Karte an ihrer Oberfläche frei zugängliche Kontaktstellen, die mittels Leiterbahnen mit den Anschlussflächen des Chips verbunden sind. Der Datenaustausch erfolgt hierbei durch Einführen der Karte in ein Lesegerät, das die Kontaktstellen abgreift. Der Nachteil dieser kontaktbehafteten Karten liegt darin, dass durch das mechanische Herstellen des Kontaktes zwischen Karte und Lesegerät die Kontaktstellen einem ständigen mechanischen Verschleiß unterworfen sind, was im Laufe der Zeit zu einer Verschlechterung des Kontaktes fuhrt und damit die Zuverlässigkeit dieser Karten beeinträchtigt. Weitere, die Funktionstuch- tigkeit einer Karte beeinträchtigende Faktoren sind umweltbedingt. So fuhren Staub und Feuchtigkeit sowie Korrosion an den Kontaktflachen zu Kontaktproblemen, die einen erhöhten Wartungsaufwand der Lesegerate bedingen.

Aus diesem Grund werden oft beruhrungslose Karten bevorzugt, bei denen die Daten zwischen dem elektronischen Bauteil und einer Le- seemheit induktiv oder kapazitiv erfolgt. Solche Karten weisen für den Datenaustausch neben einem elektronischen Bauteil ein Ubertragungselement in Form einer Spule oder elektrisch leitender Schichten auf. Die Spule wirkt dabei wie eine Sende- und Empfangsantenne. Für den Datenaustausch und die Energieversorgung genügt es, in die Nahe einer Lese- bzw. Sendeeinheit zu kommen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugt, mit Hilfe dessen die Kommunikation zwischen Karte und Leseeinheit ermöglicht wird.

Daneben sind sogenannte Dual-Interface-Karten bekannt, die sowohl kontaktbehaftete als auch beruhrungslose Ubertragungselemente in sich vereinen.

Bei der Produktion kartenformiger Datenträger sind zahlreiche Herstellungsvarianten bekannt, wobei die zur Herstellung der Funktionalitat einer Karte erforderlichen Verfahrensschritte im wesentlichen auf das Herstellen von Kontakten im Bereich vorgegebener Anschlussflachen, auf das Herstellen von Leiterbahnen zur Datenleitung und auf das Herstellen von Spulen oder elektrisch leitender Flachen zur Datenübertragung zurückgeführt werden können.

Sowohl die DE 44 31 605 AI als auch die DE 197 28 993 Cl setzen zur Herstellung von Spulen Wickelverfahren für Spulen aus Kupferdraht als bekannt voraus. Dabei wird der Kupferdraht in mehrere Windun- gen gelegt und auf der Oberflache einer Tragerschicht fixiert. Weiter offenbaren oben genannte Schriften additive Verfahren zur Herstellung von Spulen, wie zum Beispiel das Siebdruckverfahren, bei dem eine leitfahige Schicht außerhalb der durch eine Schablone abgedeckten Bereiche auf eine Tragerschicht aufgebracht wird oder Atzverfahren, bei denen eine leitfahige flachige Beschichtung in ungeschützten Teilbereichen weggenommen wird. Darüber hinaus nennt die DE 44 31 605 auch galvanisch aufgewachste Spulen.

Die beschriebenen Verfahren eignen sich auch zur Herstellung von Leiterbahnen, die die Spulen mit den elektronischen Bauteilen verbinden und die vorteilhafterweise gleichzeitig mit der Spule hergestellt werden.

Die grundsätzlichen Möglichkeiten, eine mit obigen Verfahren hergestellte Spule an ein elektronisches Bauteil anzuschließen, sind im wesentlichen in der DE 195 00 925 AI genannt. Bei gewickelten Spulen ist es beispielsweise bekannt, die Drahtenden direkt mit den Anschlussflachen eines elektronischen Bauteils (DE 44 31 605 AI) oder mit den Kontaktflachen eines Chiptragers zu verlöten. Anstelle des Lötens sind auch leitfahige Kleber bekannt, die sich zur Verbindung zweier Anschlussflachen beispielsweise zwischen einem elektronischen Bauteil und einer im Wege des Siebdrucks hergestellten Spule eignen. Dabei wird der leitfahige Kleber in Form einer Paste punktuell an den zu verbindenden Stellen aufgetragen.

Weitere Möglichkeiten leitende Anschlüsse herzustellen sind das in der DE 195 00 925 AI und der DE 44 31 605 genannte Ultraschallschweißen sowie die Herstellung von Kontakten auf mechanische Weise. Letztere Möglichkeit ist beispielsweise in der DE 197 28 993 AI beschrieben, wo ein Chip auf einem Tragerelement mit Anschlussflachen angeordnet ist. Zur Herstellung des leitenden Kontaktes wird ein elektrisch leitender Stift durch die Anschlussfläche bis zu der Spule getrieben, wodurch die leitende Verbindung entsteht. Eine weite Verbreitung zur Herstellung mechanischer Kontakte ist auch im Zuge der Flip-Chip-Technologie erfolgt.

Ein wesentlicher Nachteil vorstehend beschriebener Verfahren zur Herstellung eines kartenförmigen Datenträgers ist zunächst darin zu sehen, dass mehrere Verfahrensschritte erforderlich sind, bis eine Karte funktionsfähig ist. So ist mit einem ersten Verfahrensschritt zunächst die Spule herzustellen, gegebenenfalls mit den dazugehörigen Leiterbahnen, bevor in einem weiteren Verfahrensschritt die Anschlüsse zu einem elektronischen Bauteil erfolgen können. Das macht den Herstellungsprozess umständlich und aufwendig, was sich nicht zuletzt in den Fertigungskosten niederschlägt.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt in dem verfahrensbedingten starren Betriebsablauf. Ist die Architektur des Datenträgers einmal festgelegt, werden zur Herstellung der Karten auf diese Architektur ausgelegte Hilfswerkzeuge produziert. Das heißt, für gewickelte Spulen werden Wickelkerne mit den erforderlichen Abmessungen hergestellt, für Sieb- und Ätzverfahren werden entsprechende Schablonen und Masken hergestellt, mit Hilfe deren die Datenträger in großen Mengen produziert werden können. Mit der Veränderung der Architektur eines Datenträgers ist daher gleichzeitig das erneute Herstellen der Produktionshilfswerkzeuge verbunden, wodurch derartige Fertigungsmethoden sich nur schlecht an veränderte Rahmenbedingungen anpassen lassen. Insbesondere sind sie für die Produktion geringer Stückzahlen aus wirtschaftlicher Sicht ungeeignet.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das einerseits den Herstellungspro- zess vereinfacht und andererseits größtmögliche Flexibilität gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Leiterbahnen, Spulen, leitende Flächen und Anschlüsse durch sukzessives und kontinuierliches Aufbringen einer leitfähigen Dispersion entlang vorgegebener Bahnen auf eine Trägerschicht herzustellen. Die Dispersion weist dabei eine Viskosität auf, die sie dazu eignet, mittels eines Hilfsmittels kontrolliert auf die Trägerschicht gegeben zu werden. Beispielsweise eignet sich dazu ein Dispenskopf mit einer Dispensnadel, aus der die Dispersion kontrolliert auf die Trägerschicht fließt. Dabei entstehen leitende Bahnen, deren Breite auf beispielsweise 100 μm bei entsprechender Dicke reduziert werden können.

Auf diese Weise gelingt es, Leiterbahnen und Übertragungselemente in nur einem Verfahrensschritt herzustellen und an ein elektronisches Bauteil anzuschließen, sofern dieses zuvor bereits auf der Trägerschicht angeordnet worden ist. Es entfällt ein zusätzlicher Arbeitsschritt, der nach dem Stand der Technik zumindest das Herstellen der Kontakte zum elektronischen Bauteil umfasst und der neben zusätzlichem Zeitaufwand auch eine eigens dafür geeignete Geräteausstattung erfordert.

Ein anderer Vorteil liegt in der großen geometrischen Flexibilität hinsichtlich der Kartenarchitektur, die ein erfindungsgemäßes Verfahren bietet. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Entwerfen einer Kartenarchitektur am Computer (CAD/CAM), d.h. dort werden die genaue Lage der Leiterbahnen, Übertragungselemen- te und elektronische Bauteile sowie deren Anschlussflachen festgelegt. Diese Daten fließen direkt in den Herstellungsprozess, wo sie zur Steuerung der Hilfsmittel zum Aufbringen der leitfahigen Dispersion verwendet werden. Dadurch kann jederzeit und beliebig oft ohne nennenswerten Zeitverlust die Kartenarchitektur geändert werden, ohne an den Produktionsmitteln Änderungen vornehmen zu müssen. Das eröffnet schon in der Entwicklungsphase von kartenförmigen Datenträgern große Vorteile, da sich in diesem Stadium die Kartenarchitektur bis zu deren Optimierung erfahrungsgemäß besonders oft ändert. Das erfmdungsgemaße Verfahren ermöglicht daher dem Anwender ein Rapid-Prototypmg.

Es können aber auch wahrend der Herstellung eines bestimmten Kartentyps erforderliche Änderungen in sehr kurzer Zeit umgesetzt werden, indem entsprechende Änderungen nur am Computer vorgenommen werden. Entsprechendes gilt für das Herstellen verschiedener Kartentypen mit unterschiedlichen Kartenarchitekturen, die dank der Erfindung nunmehr ohne den Umbau der zur Herstellung erforderlichen Produktionsmittel erfolgen können. Das ermöglicht beispielsweise auch die wirtschaftliche Produktion kleiner Serien kartenformiger Datenträger.

Die große Flexibilität und der weite Einsatzbereich des erfm- dungsgemaßen Verfahrens ermöglichen eine wesentlich größere Fertigungstiefe von Seiten der Kartenhersteller. Bis jetzt waren die Kartenhersteller überwiegend auf Drittfirmen angewiesen, die ihnen vorgefertigte und mit Antenne, Leiterbahnen und Elektronikkomponenten, wie z. B. Chip, versehene Tragerschichten, sogenannte Inlets, lieferten. Dank der Erfindung entfallt nun dieser Zwischenschritt. Die Kartenhersteller fertigen Ubertragungselemente und Leiterbahnen selbst und kommen so in den Genuss der gesamten Wertschopfungskette . Darüber hinaus bleiben sie unabhängig von den Zulieferungen Dritter, was d e Produktionssicherheit erhöht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Möglichkeit, hochkomplexe Kartenarchitekturen zu realisieren. Dies gelingt einerseits durch die gegebene Möglichkeit, die Dispersion hinsichtlich Lage, Menge und Konsistenz mikroprozessorgesteuert auf die Trägerschicht aufzubringen. Andererseits können Höhenunterschiede, die aus Kreuzungspunkten von Leiterbahnen oder Anschlüssen an Chips, Batterien oder anderen Elektronikkomponenten resultieren, überbrückt werden, was die Gestaltung dreidimensionaler Kartenarchitekturen erlaubt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Leitfähigkeit der zuvor aufgebrachten Dispersion überprüft. Das kann beispielsweise mit Hilfe einer Ultraschalluntersuchung geschehen, wobei über die Geometrie der Leiterbahn und die Eigenschaften der Dispersion auf die Leitfähigkeit rückgeschlossen wird. Vorteilhafterweise erfolgt diese Überprüfung noch während der Flüssigphase der Dispersion. So kann im Falle einer mangelhaft hergestellten Leiterbahn sofort oder später eine Reparatur der Fehlstelle erfolgen, wodurch sich der Ausschuss an defekten Karten erheblich verringern lässt.

Während der Aushärtphase der Dispersion wird entsprechend einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens die Trägerschicht mit einem Unterdruck und Temperatur beaufschlagt. Dies führt zu einer Beschleunigung der

Aushärtphase und einer Verdichtung der Dispersion, wobei der Kontakt zwischen deren leitenden Bestandteilen vergrößert wird. Auf diese Weise lässt sich die Leitfähigkeit der aufgebrachten Dispersion optimieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die mit dem Dispenssystem aufgebrachte Substanz so ausgebildet, daß sie sehr kleine leitfähige Partikel aufweist, die gegebenen- falls gekapselt sind, so daß die Substanz im flüssigen Zustand über keine oder nur eine sehr geringe Leitfähigkeit verfügt und sich statisch aufladen läßt. Der Reaktionsprozeß der Aushärtung und Aktivierung der leitfähigen Partikel erfolgt dann vorzugsweise durch UV-Licht, sichtbares Licht oder durch Wärme. Diese Ausführungsform der Erfindung ist dann besonders vorteilhaft, wenn die leitfähige Substanz mit Hilfe eines Air- Brush-Kopfes oder mit Hilfe eines Tintenstrahl-Kopfes aufgebracht wird und der Substanznebel hierbei in seiner Strahlbreite und hinsichtlich seines Brennpunktes, beispielsweise durch eine elektrostatische Linse geregelt bzw. eingestellt wird. Hierbei kann man auch sukzessive aushärten, also die Leiterbahndicke schichtweise aufbauen und dazwischen immer wieder aushärten.

Nach der Aushärtphase besitzt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Karte bereits ihre volle Funktionalität hinsichtlich der gestellten Anforderungen. Die Überprüfung der Funktionalität in diesem frühen Herstellungsstadium ermöglicht ein sehr frühes Aussondern defekter Karten, so dass deren weitere Bearbeitung in nachfolgenden Verfahrensschritten, wie zum Beispiel dem Aufbringen weiterer Sicherheitsmerkmale, wie z.B. Hologramme, Signierfolie etc. und Personalisierung nicht mehr erfolgt und daher auch keine Kosten mehr verursacht.

Die Erfindung ist nicht nur auf ein Verfahren zur Herstellung kartenförmiger Datenträger beschränkt, sondern geht darüber hinaus und umfasst ganz allgemein das Herstellen einer leitenden Bahn oder Fläche durch sukzessives und kontinuierliches Aufbringen einer leitfähigen Dispersion auf ein Grundsubstrat.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Übersicht über das erfindungsgemäße Verfahren in schematischer Darstellung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrensschrittes des Aufbringens der Dispersion,

Fig. 3 eine Detailansicht eines Endes einer Dispensnadel beim

Aufbringen der Dispersion und Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Verteilersystem zum Aufbringen der Dispersion.

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Aufbringung einer Dispersion oder dergleichen Substanz, und

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der Erfindung zum Aufbringen dieser Substanz.

In der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleich wirkende Teile dieselben Bezugsziffern verwendet.

Weiterhin sei an dieser Stelle betont, daß gemäß anderen Ausführungsformen der Erfindung anstelle einer Dispensnadel bzw. eines Dispenskopfes auch ein Inkjetkopf bzw. eine Inkjeteinheit sowie Bubblejetkopf bzw. eine Bubblejeteinheit verwendet werden, wie sie insbesondere aus der Druckertechnik bekannt sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird das erfindungsgemäße Verfahren in verschiedenen Stationen durchgeführt, die im vorliegenden Beispiel mit A, B, C und D gekennzeichnet sind. Die Pfeile 1, 2 und 3 geben dabei die Produktionsrichtung an.

In der Station A werden die Trägerschichten 4 in Form übereinander gestapelter Bögen vorgehalten und bei Bedarf an die Station B übergeben. Die Bögen bestehen im vorliegenden Beispiel aus PVC, gleichermaßen sind aber auch andere Kunststoffe, wie z.B. ABS, oder Pappe geeignet. Ein Bogen einer Tragerschicht 4 eignet sich zur Herstellung einer Vielzahl von datenformigen Kartentragern, indem gleichzeitig 3x8 oder 3x7 Karten darauf Platz finden (siehe auch Fig. 4) .

Die in der Station A gestapelten Tragerschichtbogen 4 sind bereits mit den erforderlichen elektronischen Bauteilen bestuckt, so dass im weiteren nur noch die Ubertragungselemente, Leiterbahnen und Anschlüsse an die elektronischen Bauteile hergestellt werden müssen.

Dazu wird ein Tragerschichtbogen 4 an die Station B übergeben. Im vorliegenden Beispiel erfolgt das Aufbringen der Dispersion über ein Dispenssystem mit drei parallelen Produktionsbahnen 5, 5', 5". Jede der Produktionsbahnen 5, 5', 5" ist über eine Versorgungsleitung 6, 6', 6" an einen mit der leitfahigen Dispersion befullten Vorratsbehalter 7, 7', 7" angeschlossen. Der Auftrag der Dispersion erfolgt über die schematisch dargestellten Dispenskopfe 8, 8', 8" mit integrierter Kontrolleinheit, die in sich sowohl eine Dispensnadel als auch zum Überprüfen beispielsweise eine Ultraschallmesseinrichtung vereinen.

Die Pfeile 9, 9', 9" und 10, 10 ', 10" versinnbildlichen eine fotoelektronische Justageeinrichtung, die eine exakte Justierung des Tragerschichtbogens 4 innerhalb der Station B und damit gegenüber den Dispenskopfen 8, 8' und 8" gewährleistet. Der Vorgang des Aufbπngens der Dispersion wird naher unter den Fig. 2, 3 und 4 erläutert.

Nach Übergabe des mit einer leitfahigen Dispersion versehenen Tragerschichtbogens 4 in Richtung des Pfeils 2 zu der Station C erfolgt dort die Aushartphase der sich noch in flussigem Zustand befindlichen Dispersion. Gegebenenfalls wird wahrend dieser Zeit der Tragerschichtbogen 4 einem Unterdruck und einer Temperaturerhöhung ausgesetzt, was zu einer Verkürzung der Aushartphase und einer Verdichtung der Dispersion fuhrt.

Die sich anschließende Station D steht für alle nachfolgenden Bearbeitungsschritte. Dazu gehören optional die Überprüfung der Funktionalitat der spateren Karten und ansonsten das Zusammenfugen weiterer Schichten zu einem Cardbook sowie dessen Laminierung und anschließendem Ausstanzen der fertigen Karten aus den laminierten Bogen.

In Fig. 2 sieht man eine in ihre funktionalen Bestandteile zerlegte Einrichtung zum Aufbringen einer leitfahigen Dispersion auf eine Tragerschicht 4. Eine solche Einrichtung umfasst eine Daten- verarbeitungseinheit 11, an der zunächst die Kartenarchitektur entworfen wird. Die dabei entstehenden Daten werden über ein Interface 12 an eine Dispensvorrichtung 13 weitergegeben und veranlassen dort die exakte mikroprozessorgesteuerte Steuerung der einzelnen Komponenten, die im wesentlichen aus einem in Fig. 2 nicht dargestellten Vakuumtisch bestehen, auf dem der Tragerschichtbogen 4 justiert und fixiert ist und einem Dispenskopf 8. Der Vakuumtisch und damit die Tragerschicht 4 ist in einer horizontalen Ebene in zwei zueinander orthogonalen Achsen (X,Y) verschieblich gelagert und wird mit Hilfe eines gesteuerten Antriebs entsprechend der Kartenarchitektur bewegt. Eine Bewegung in dazu senkrechter Richtung (Z-Achse) ist nur optional vorgesehen und erfolgt entweder über ein Anheben und Senken des Vakuumtisches oder aber des Dispenskopfes 8.

Die Dispenseinheit 13 umfasst zunächst einen Behalter 14, in dem die leitfahige Dispersion bevorratet wird. Im Betrieb gelangt von dort die Dispersion zu einer Einheit 15, in der die Viskosität und Temperatur der Dispersion auf die erforderliche Sollgroße gebracht werden. In Fließrichung der Dispersion schließt sich ein Zwischenspeicher 16 für die Dispersion an, bevor sie zu einem Pumpenelement 17 gelangt, das ebenfalls mit einem Speichervolumen ausgestattet ist.

Auf dem Weg von dem Pumpenelement 17 bis zur Ausstoßmündung passiert die Dispersion ein weiteres Modul 18 zur Kontrolle der Viskosität und ein weiteres Modul 19 zur Kontrolle der Temperatur. Dadurch wird gewährleistet, dass die Dispersion in optimalem Zustand auf die Trägerschicht 4 aufgebracht wird. Im Anschluss an das Modul 19 ist ein weiteres Modul 34 vorgesehen, das die Anwesenheit der Dispersion 21 überprüft und bestätigt. Das untere, dem Tragerschichtbogen 4 zugewandte Ende des Dispenskopfes 8 weist eine Dispensnadel auf, durch welche die Dispersion die Dispensvorrichtung 13 verlässt.

Der Vorgang des Dispersionsauftrags auf die Trägerschicht 4 ist in Fig. 3 verdeutlicht. Dort sieht man die Mündung 20 am freien Ende einer Dispensnadel 32, aus der die leitfähige flüssige Dispersion 21 austritt und kontinuierlich auf eine Trägerschicht 4 aufgebracht wird. Dabei ist es im Regelfall möglich, Höhensprünge auf der Oberfläche der Trägerschicht 4, wie beispielsweise im Bereich von Kreuzungspunkten oder Anschlussflächen an elektrische Bauteile und/oder Batterien ohne eine Höhenverstellung der Dispensnadel 32 oder des Vakuumtisches zu überbrücken. Zu diesem Zweck wird der Abstand der Mündung 20 zur Trägerschicht 4 entsprechend der jeweiligen Kartenarchitektur auf das am weitesten über die Trägerschichtebene reichende Bauteil abgestimmt. Bei der Verwendung von Batterien innerhalb der Karte wären beispielsweise ca. 500 μm ein geeigneter Abstand. Große Höhenversätze in der Kartenarchitektur können darüber hinaus durch eine entsprechende Höhenverstellung des Dispenskopfes 8 bzw. des Vakuumtisches berücksichtigt werden.

Deutlich geht aus Fig. 3 hervor, dass der Ausstoß der Dispersion 21 aus der Mündung 20 der Dispensnadel 32 in Form eines kontinuierlichen Flusses geschieht.

Eine derart aus der Dispersion 21 hergestellte Bahn kann als Leiterbahn 33 zur Verbindung verschiedener elektronischer Bauteile auf einer Karte dienen. Dabei können die Anschlüsse zu den Anschlussflächen der Bauteile auf einfache Weise ausgeführt werden, indem die Dispensnadel 32 mit ihrer Mündung 20 direkt bis über die Anschlussstelle fährt. Die Kontaktierung erfolgt also im Zuge der Herstellung der Leiterbahnen 33.

Daneben können solche Bahnen 33 auch direkt zur Bildung einer Spule als Ubertragungselement verwendet werden, indem entsprechende Relativbewegungen der Dispensnadel 32 zur Trägerschicht 4 ausgeführt werden. Elektrisch leitende Flächen beispielsweise zur kapazitiven Datenübertragung werden hergestellt, indem die Bahnen direkt nebeneinander angelegt werden. Da sich die Dispersion 21 noch in flüssigem Zustand befindet, wird auf diese Weise eine geschlossene leitfähige Fläche hergestellt.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Erfindung zur Herstellung von kartenförmigen Datenträgern 31, 31', 31" in großen Stückzahlen.

Man sieht einen in Darstellungsebene beweglichen Vakuumtisch 22, auf dem ein Tragerschichtbogen 4 flächig fixiert ist. Die Justage erfolgt über fotoelektrische Sensoren, die mit 23 und 24 bezeichnet sind. Lediglich schematisch ist das System zum Aufbringen der Dispersion dargestellt. Es umfasst drei parallele Versorgungsleitungen 25, 25' und 25", die an die Vorratsbehälter 26, 26', 26" für die Dispersion angeschlossen sind und in lichtem Abstand über den Tragerschichtbogen 4 geführt sind. Von jeder Versorgungsleitung 25, 25', 25" zweigen über dem Tragerschichtbogen 4 acht in Reihe angeordnete Dispensköpfe 27, 27', 27" ab, denen jeweils eine Kontrolleinheit 28, 28', 28" zugeordnet ist. Zum Aufbringen der Dispersion bewegt sich lediglich der Vakuumtisch 22 in der Darstellungsebene, während die Dispensköpfe 27, 27', 27" und Kontrolleinheiten 28, 28', 28" ortsfest fixiert sind.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist der Tragerschichtbogen 4 im Bereich einer jeden herzustellenden Karte bereits entsprechend der Kartenarchitektur mit einem Chip 29, 29', 29" bestückt. Die Dispensköpfe 27, 27', 27" stellen im Moment jeweils eine Spule 30, 30', 30" her, die direkt im Anschluss daran mit den Anschlussflächen des Chip 29, 29' 29" verbunden wird. Auf diese Weise entstehen gleichzeitig 24 datenförmige Kartenträger 31, 31', 31" auf einem Tragerschichtbogen 4.

Ausgezeichnete Ergebnisse wurden mit folgenden Systemen erzielt :

1. Dispenssystem

z . B . Techon TS 5000 oder Asymtek DV-7000

Das Dispensprinzip dieser Systeme basiert auf einem Förderschneckenventil (Rotations-Schrauben-Prinzip) . Das zu dispensende Material ( leitfähige Substanz ) wird in der Kartusche mit einem geringen Druck beaufschlagt und einer Präzisionsförderschnecke zugeführt .

Das Dispenssystem besteht aus eine Dispenseinheit und Steuerung. Folgende Parameter können an diesem Vorrichtung eingestellt und variiert werden :

- Betriebsdruckluft auf Kartusche

- Dispenszeit

- Steuerspannung (Regelung der Präzisionsförderschnecke)

2. Der Dispensnadel

z.B. EFD Dispensnadel - Nadellange: 5/16"

- Nadelinnendurchmesser 150 μm

Nadelaußendurchmesser 310 μm

3. Die leitfahige Substanz

z . B . Du Pont PTF 5028 , 5029 oder Delo ICABond PTF : Polymer Thick Film (Silbergefulltes Epoxidharz ) ICA : Isotropie Conductive Adhesive (modifiziertes Epoxidharz, silbergefullt )

Viskositatbereich : 100 . 000 - 200 . 000 mPas (am Rheometer bestimmt) Fullstof fanteil (Gew. % ) : 75

Spezifischer elektrischer Widerstand (Ωcm) : 8 x l 0 ^{~ 4} Kontaktwiderstand (mΩ) : 5

Als Füllstoff eingebrachte Metallteilchen ( z . B . Silber) berühren sich und stellen durch metallische Kontakte Leitpfade her, über die ein elektrischer Strom fließen kann .

4. Substrate

z.B. PVC von Klockner Pentaplast Genotherm Card CC M230/18: Farbe 09/1380, Oberflache 493, Lucchesi Lucaprint WM IZ5 oder Melinex® (Polyester) von Du Pont de Nemours

Subsrratdicke: 100- 150 μm

5. Aushärtung

Für die ausgewählten Leitklebstoffe waren sowohl thermisch hartende als auch UV-hartende Aushartevorrichtungen notwendig.

z.B. UV-Aushartendevorrichtung Arccure BK200 UV-System, die

Aushärtung erfolgte im UV-B Bereich bei

z.B. Thermisch-Aushartevorrichtung: Binder Umlufttrockner oder

Memmert Typ B26 bei T° von 60 bis 120°C. 6. Erzeugte Leiterbahngeometrien

Durch gezieltes (d.h. gesteuertes) Variieren der Verfahrgeschwin- digkeit, Betriebsdruck und Spindeldrehzahl wurden z.B.:

- Linienbreiten in einem Spektrum von 92 bis 324 μm generiert

- Linienhöhe in einem Spektrum von 5 bis 50 μm generiert

- 3-dimensionale Verbindungen in einem Spektrum von 10 bis -400 μm generiert (3-dimensionale Verbindungen sind mit Drucktechnik nicht möglich)

- die Mittenabstände zweier Linien in Bereich von 200 - 300 μm entsprechen der Auflösungsgrenze (Vorteile gegenüber Drucktechnik)

- Bei Antennenstrukture (Pnoximity-Anwendung) war eine Gute (Q- Faktor) von mindestens 23 feststellbar (Siebgedruckte Antennen Q-Faktor ~ 12 vor dem Laminiervorgang)

Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert .

In Figur 5 wird ein Dispenskopf dargestellt, der auf dem Prinzip des bekannten InkJet-Verfahrens basiert. Die leitfähige Substanz 103 fließt durch eine Düse und wird in einzelne Tropfen aufgelöst. Die Tropfen werden durch die Elektrode 116 mit ihrer Spannungsquelle 108 elektrisch geladen. Durch Anlegen einer Spannung 117 an die Ablenkungselektrode 118 wird der Tropfen 119 aus der Flußrichtung auf das Substrat 115 abgelenkt. Nichtabgelenkte Tropfen 120 werden durch einen kleinen Trichter 121 aufgefangen und durch eine Pumpe 122 wieder in den Substratbehälter 123 zurückgeführt. Die leitfähige Substanz wird durch die Pumpe 122 ständig durch das System gepumpt. Hierdurch wird das Sedimentieren der Substanz verhindert.

Direkt über dem Substrat 115 kann zusätzlich ein Spritzschutz 110 angebracht werden. Hier werden die eventuell vom Substrat 115 zuruckspritzenden Substanzpartikel eingefangen, um so eine unkontrollierte Verunreinigung zu verhindern.

Durch Beaufschlagung des Substrates 115 mit der Aktivierungsenergie, z. B. durch Beleuchten bzw. Erhitzen wahrend des Produktionsprozesses, kann dafür Sorge getragen werden, dass die aufgetragenen Schichten übereinander aufgebaut werden können, um somit den Leiterbahnquerschnitt je nach Bedarf zu erhohen.

Der Prozeß wird dadurch gesteuert, dass die Ablenkungsspannung 117 durch einen Rechner ein- bzw. ausgeschaltet wird. Durch wahlweises Verfahren des Kopfes über dem Substrat bzw. Verfahren des Substrates unter dem Dispenskopf werden die gewünschten Strukturen 112, 113 auf dem Substrat zur Verbindung mit Bauteilen 114 hergestellt.

In Figur 6 wird ein Dispenskopf 202 dargestellt, der auf dem Prinzip des Air-Brush-Verfahrens basiert. Durch Steuerung des Ventils 201 wird der Dispenskopf aktiviert. Durch Aufbringen von Ladungsteilchen auf die leitfahigen Substanztropfchen 204 des Substanznebels 205 wird die Substanz 203 elektrisch aufgeladen 208. Danach wird der Substanzstrahl durch eine Elektrode 207, in der Abbildung beispielsweise als Ringelektrode 207 ausgelegt, fokussiert. Hierdurch können sehr feine leitende Strukturen 212 erzeugt werden.

Durch Verandern der Spannung 209 der Fokussionselektrode 207 kann die Leiterbahnenbreite 213 eingestellt bzw. moduliert werden. Hierdurch kann auch der Brennpunkt in der Z-Richtung verschoben werden, so dass Höhenunterschiede der Bauelemente 214 ausgeglichen werden können.

Direkt über dem Substrat 215 kann zusatzlich ein Spritzschutz 210 angebracht werden. Hier werden die eventuell vom Substrat 215 zuruckspritzenden Substanzpartikel eingefangen, um eine un- Kontrollierte Verunreinigung zu verhindern. Durch Beaufschlagung des Substrates 215 mit der Aktivierungsenergie, z. B. durch Beleuchten bzw. Erhitzen während des Produktionsprozesses, kann dafür Sorge getragen werden, dass die aufgetragenen Schichten übereinander aufgebaut werden können, um somit den Leiterbahnenquerschnitt je nach Bedarf zu erhöhen. Ventil 201, Spannungsquelle 208 und 209 können durch einen Rechner angesteuert werden, so dass der Prozeß automatisiert wird. Durch wahlweises Verfahren des Kopfes über dem Substrat bzw. Verfahren des Substrates unter dem Dispenskopf, werden die gewünschten Strukturen auf dem Substrat hergestellt.

Claims

M/ICM-012-PC 02. Juli 2001Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines kartenförmigen Datenträgers (31) mit mindestens einem elektronischen Bauteil (29) sowie damit über Leiterbahnen (33) verbundenen Übertragungselementen (30) d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leiterbahnen und/oder Übertragungselemente durch sukzessiv kontinuierliches Auftragen einer leitfähigen Dispersion entlang vorbestimmter Bahnen auf eine Trägerschicht mit Hilfe einer Dispensnadel gebildet werden, die entweder relativ zur Trägerschicht bewegt wird oder ortsfest gehalten wird, während die Trägerschicht entlang der vorbestimmten Bahnen bewegt wird.

2. Verfahren zum Herstellen eines kartenförmigen Datenträgers mit mindestens einem elektronischen Bauteil (114, 214) sowie damit über Leiterbahnen (112, 212) verbundenen Übertragungselementen d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Leiterbahnen und/oder Übertragungselemente durch sukzessiv kontinuierliches Auftragen einer leitfähigen Dispersion entlang vorbestimmter Bahnen auf eine Trägerschicht mit Hilfe eines Air-Brush-Kopfes oder mit Hilfe eines Tintenstrahl-Kopfes, welche Substanznebel erzeugen, gebildet werden, wobei der Substanznebel in seiner Strahlbreite und in seinem Brennpunkt durch eine elektrostatische Linse oder dergleichen Ablenkungssystem geregelt wird, wobei entweder der Air-Brush-Kopf oder Tintenstrahl-Kopf oder der Substanznebel relativ zur Trägerschicht bewegt wird oder ortsfest gehalten wird, während die Trägerschicht entlang der vorbestimmten Bahnen bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trägerschicht (4) vor Aufbringen der Dispersion (21) mit mindestens einem elektronischen Bauteil (29) bestückt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Zuge der Herstellung der Leiterbahnen (33) die Kontakte zu den Anschlußflächen der elektronischen Bauteile (29) hergestellt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen der Dispensnadel (32) und der Trägerschicht (4) ein Abstand von maximal 500 μm eingehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß unmittelbar nach Aufbringen der Dispersion (21) eine Überprüfung der Leitfähigkeit der aufgebrachten Leiterbahn (33) erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Überprüfung der aufgebrachten Leiterbahn (33) mit Hilfe einer Ultraschallmessung erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trägerschicht (4) mit der aufgebrachten Dispersion (21) einer Aushärtphase ausgesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Aushärtphase ein Unterdruck auf die Trägerschicht (4) mit der Dispersion (21) einwirkt.

10. Verfahren nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aushärtphase mindestens teilweise während des Auf- bringens der Dispersion aktiviert und die Leiterbahn schichtweise aufgebaut wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Aushärtphase die Trägerschicht (4) mit der Dispersion (21) mit einer Temperaturerhöhung beaufschlagt wird.

12. Vorrichtung zur Herstellung eines kartenförmigen Datenträgers (31) mit mindestens einem elektronischen Bauteil (29) sowie damit über Leiterbahnen (33) verbundenen Übertragungselementen (30) , g e k e n n z e i c h n e t durch eine Dispensvorrichtung (23) mit einem Dispenskopf (8), über dessen Dispensnadel eine leitfähige Dispersion entlang vorbestimmter Bahnen auf eine Trägerschicht sukzessiv und kontinuierlich auftragbar ist, wobei entweder der Dispenskopf (8) relativ zur Trägerschicht (4) bewegbar ausgebildet oder die Trägerschicht (4) relativ zum Dispenskopf (8) bewegbar gehalten sind und durch eine Steuerung entlang der vorbestimmten Bahnen bewegbar sind.

13. Vorrichtung zur Herstellung eines kartenförmigen Datenträgers mit mindestens einem elektronischen Bauteil sowie damit über Leiterbahnen verbundenen Übertragungs- elementen, g e k e n n z e i c h n e t durch einen Air-Brush- Kopf oder einen Tintenstrahl-Kopf zum Auftragen einer leitfähigen Dispersion entlang vorbestimmter Bahnen auf eine Trägerschicht in sukzessiver und kontinuierlicher Weise, wobei entweder der Air-Brush-Kopf bzw. der Tin- tenstrahlkopf relativ zur Trägerschicht bewegbar ausgebildet oder die Trägerschicht relativ zum Air-Brush- Kopf bzw. Tintenstrahlkopf bewegbar gehalten sind und durch eine Steuerung entlang der vorbestimmten Bahnen bewegbar sind, wobei weiterhin eine elektrostatische Linse derart ausgebildet und angeordnet ist, daß ein vom Air-Brush-Kopf bzw. vom Tintenstrahlkopf erzeugter Substanznebel in seiner Strahlbreite und/oder in seinem Brennpunkt einstellbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Überprüfungseinrichtung zum Überprüfen der Leitfähigkeit der aufgebrachten Leiterbahn (33) vorgesehen ist .

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 13, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Ultraschallmesseinrichtung zum Messen der aufgebrachten Leiterbahn

(33) .

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks, der während der Aushärtphase auf die Trägerschicht (4) mit der Dispersion

(21) einwirkt.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, g e k e n n z e i c h n e t durch eine Erwärmungsein- richtung zum Erwärmen der Trägerschicht (4) mit der Dispersion (21) während der Aushärtphase.