ES2335693T3 - Procedimiento para la fabricacion de estructuras metalicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas para la formación de dibujos sobre un sustrato portador, que comprenden las siguientes etapas de procedimiento: a) disponer el sustrato portador, b) formar el dibujo sobre el sustrato portador utilizando material compuesto que contiene metal dispersado, en el que el metal dispersado es menos noble que el cobre; c) llevar el sustrato portador con el dibujo formado sobre el mismo por el material compuesto en la etapa de procedimiento b. a establecer contacto con iones de haluro; y d) depositar posteriormente por reacción de intercambio de cargas una capa de cobre sobre el dibujo formado por el material compuesto, de manera que se producen estructuras de metal.

Description

Procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador, más específicamente para la fabricación de una antena para operativa RFID (Identificación por Radio Frecuencia) en la gama de UHF.

Durante varias décadas, la tecnología RFID ha sido una tecnología para dispositivos antirrobo de tipo electrónico, sin contactos, aplicable en almacenes (EAS: vigilancia electrónica de artículos). En el caso más simple, un dispositivo adecuado para aplicaciones RFID consiste en las antenas de un dispositivo lector o de un detector, así como medios de seguridad o una etiqueta a la cual se hace referencia también como transpondedor. Por lo tanto, el dispositivo de lectura sirve para producir un campo electromagnético y también para detectar el campo modificado por el transpondedor. En este caso, el transpondedor utilizado es un oscilador (LC) influyendo por efectos de resonancia en el campo magnético alternativo del dispositivo lector al pasar por delante de sus antenas. Como resultado, la caída de voltaje en una bobina del generador del dispositivo de lectura cambia ligeramente indicando, por lo tanto, la presencia del transpondedor en el campo alterno del dispositivo lector. No obstante, este tipo de transpondedores de 1 bit son adecuados solamente para las aplicaciones mencionadas o para otras similares.

Para otras aplicaciones, por ejemplo para la utilización en la identificación de billetes de banco, animales, pacientes, artículos y gestión de inventarios, como sistema de acceso, en identificación de posición, y como sistema inmovilizador electrónico, los transpondedores de 1 bit, anteriormente conocidos, no son apropiados, puesto que solamente contienen la información "presente" o "no presente", pero no contienen otras informaciones más complejas. Para estos objetivos, los transpondedores deben tener soportes de datos para almacenar la información deseada. Habitualmente, la memoria de un semiconductor electrónico (chip) es utilizada como soporte de datos. Para permitir la lectura de la información almacenada desde el soporte de datos, el transpondedor debe ser situado en la proximidad del dispositivo lector. También es conocido el disponer una batería para que el transpondedor haga funcionar el chip. No obstante, esto es oneroso y, por lo tanto, no es posible para muchas aplicaciones. Por lo tanto, la energía almacenada en el campo electromagnético transmitida por el dispositivo lector puede ser utilizada en vez de una batería eléctrica. Para este objetivo, la energía absorbida por la antena del transpondedor es rectificada y suministrada al chip.

En muchos casos, el dispositivo lector ha utilizado campos alternativos en un rango de frecuencia que llega hasta varias decenas de MHz. La frecuencia típicamente utilizada es de 13,56 MHz. La longitud de onda de esta realización varía desde varias decenas hasta varios miles de metros (13,56 MHz: 22,1 m). Dado que cuando se utiliza radiación electromagnética a una frecuencia de 13,56 MHz, el transpondedor de manera típica se encuentra todavía en la zona próxima al dispositivo lector, el campo emitido por el dispositivo lector en el lugar del transpondedor tiene que ser considerada como campo magnético alternativo. De acuerdo con ello, la transmisión de potencia entre la antena del lector y el transpondedor se consigue de manera similar que con el transpondedor de 1 bit. El campo magnético alternativo está influenciado por la modulación de carga en el transpondedor, de manera que el cambio inducido por la modulación de la carga es también detectable en el dispositivo lector. Esta modulación de carga lleva la información suministrada por el chip.

Los sistemas RFID que funcionan en la gama de frecuencias que llegan hasta varias decenas de MHz requieren antenas muy grandes. Además, la eficacia de esta técnica es muy baja. Esto, no obstante, es desventajoso en muchas aplicaciones. Por lo tanto, se han desarrollado sistemas que funcionan en la gama de frecuencias de UHF (UHF: frecuencia ultraelevada, cuya frecuencia se debe comprender en general en una gama de 0,3 a 3 GHz, longitud de onda: 10 cm - 1 m). Las frecuencias de UHF reservadas para RFID son de 868 MHz en Europa y 915 MHz en USA. Dado que la distancia que separa al transpondedor con respecto al dispositivo lector es en este caso considerablemente mayor que la longitud de onda, la antena del transpondedor no se encuentra en el campo próximo de la antena emisora del dispositivo lector. Como consecuencia, el campo emitido por el dispositivo lector en el lugar del transpondedor no puede ser considerado un campo magnético alternativo. La radiación electromagnética emitida por el dispositivo lector es reflejada por la antena del transpondedor. Al cambiar la resistencia de carga en el transpondedor, su capacidad de reflexión puede ser modificada de manera que la información almacenada en el chip es modulada a la radiación electromagnética reflejada y de este modo puede ser recibida por el dispositivo lector.

Se han realizado numerosas propuestas para fabricar transpondedores para aplicaciones RFID. En muchos casos, uno de los criterios de evaluación más importantes del procedimiento ha sido el bajo coste de fabricación de las estructuras de antena. A este respecto, se han hecho muchas propuestas:

El documento DE 102 29 166 A1 da a conocer, por ejemplo, un procedimiento para la fabricación de una capa metálica estructurada que comprende, como mínimo, las siguientes etapas: disponer un cátodo sobre la superficie del cual se definen áreas conductoras y no conductoras que forman una estructura de protección o máscara y un ánodo, estando dispuestos dicho cátodo y dicho ánodo en un electrolito que contiene un metal de sustrato, aplicar un voltaje entre el cátodo y el ánodo, depositar el metal del sustrato sobre áreas conductoras del cátodo, disponer una capa portadora y llevar dicha capa portadora en contacto con la superficie del cátodo y transferir el metal del sustrato depositado sobre el cátodo sobre la capa portadora, preservando la capa metálica estructurada. Con este objetivo, un tambor de acero inoxidable que es dotado de una estructura de protección o máscara realizada en un material plástico o cerámica, es utilizado, por ejemplo, como cátodo. La estructura de cobre, que es formada depositando cobre sobre el tambor, es dotada de un adhesivo y a continuación prensada contra un elemento laminar de papel o de plástico como capa portadora, siendo transferida la estructura de cobre al elemento laminar.

El documento DE 101 45 749 B1 da a conocer un procedimiento de fabricación de una capa metálica sobre un cuerpo portador en el que una capa adhesiva es aplicada, por lo menos, parcialmente, sobre una superficie de dicho cuerpo portador, depositándose una capa metálica o polvo metálico sobre la superficie del cuerpo portador dotada de una capa adhesiva, siendo fijado dicho elemento laminar metálico o material en polvo a dicha capa adhesiva y a continuación las áreas del elemento laminar metálico o polvo que no se adhieren a la capa de adhesivo son eliminadas mecánicamente de manera que las áreas del elemento laminar metálico o de polvo que se adhieren a la capa adhesiva permanecen como estructura sobre el cuerpo portador. Con este objetivo, un cuerpo portador realizado en un material plástico es dotado, por ejemplo, de un adhesivo. A continuación, un elemento laminar metálico, por ejemplo, de cobre, es aplicado a la capa adhesiva. A continuación la capa de cobre, que ha sido aplicada a las áreas portadoras que no han sido dotadas de recubrimiento de adhesivo, es eliminada mecánicamente, por ejemplo, por cepillado. La capa de cobre estructurada puede ser reforzada químicamente y/o por recubrimiento electrolítico. En una variante alternativa del procedimiento, la capa metálica puede ser también aplicada prensándola sobre el elemento laminar de plástico, utilizándose un troquel estructurado con este objetivo. La capa metálica se adhiere en las zonas en las que el troquel prensa la capa metálica sobre el elemento laminar de plástico. A continuación, la capa metálica que no ha sido prensada es eliminada mecánicamente, por ejemplo, por cepillado.

En el documento DE 100 65 540 B1 se describe un procedimiento de fabricación de un conductor en forma de banda o fleje sobre el sustrato, en el que el conductor en forma de fleje es pulverizado sobre aquél como suspensión de partículas metálicas utilizando una protección o máscara o un dispositivo de pulverización enfocado. La suspensión de partículas metálicas contiene, como mínimo, una fracción de partículas de cobre. La suspensión es una especie de laca que es pulverizada con grosor que aumenta progresivamente sobre la superficie del sustrato.

El documento DE 101 24 772 C1 da a conocer un método para la formación de una antena montada en un chip semiconductor en el que una capa de antena estructurada fabricada a partir de un material de soldadura queda constituida adoptando la forma de una antena sobre un portador con dicho chip semiconductor aplicado posteriormente sobre dicho portador y soldado a dicha capa de antena y dicha capa de antena es fundida formando la antena. Una pasta de soldadura que contiene preferentemente partículas de soldadura realizadas a partir de un material que contiene, como mínimo, de manera aproximada, una composición eutéctica, por ejemplo, una aleación o un compuesto intermetálico que contiene, como mínimo, uno de los elementos del grupo de Sn, In, Bi y Ga se utiliza para este objetivo. La pasta de soldadura es impresa sobre dicho portador.

El documento DE 101 45 750 A1 describe un método para la fabricación de una capa metálica sobre un cuerpo portador en el que se aplican partículas conductoras a una superficie del cuerpo portador, de manera que se fijen sobre el mismo, y dicho cuerpo portador con las partículas es recubierto químicamente con metal y/o por medios electrolíticos en un baño de recubrimiento metálico para formar la capa metálica. Con este objetivo, se deposita en primer lugar una capa adhesiva estructurada sobre la que se han fijado las partículas conductoras, tales como partículas de cobre o de hierro, por ejemplo, sobre el cuerpo del portador. A continuación, el cuerpo del portador. A continuación, el cuerpo portador con las partículas fijadas a la capa de adhesivo es colocado en un baño de recubrimiento metálico, formándose una capa metálica químicamente y/o por medios electrolíticos sobre las partículas yuxtapuestas. En vez de la capa adhesiva, se puede utilizar también un cuerpo portador dotado de características adhesivas. La capa metálica producida químicamente y/o por medios electrolíticos puede ser, por ejemplo, una capa de
cobre.

El documento DE 102 54 927 A1 da a conocer un método de fabricación de estructuras conductoras sobre un soporte en el que una superficie del soporte es cubierta inicialmente, por lo menos de forma parcial, con partículas conductoras, a continuación se deposita una capa de pasivado sobre la capa de partículas formada por las partículas conductoras, estando formada dicha capa de pasivado como negativo de la estructura conductora y finalmente la estructura conductora es formada en las áreas que no han sido cubiertas por la capa de pasivado. Con este objetivo, una capa no conductora realizada preferentemente a partir de partículas de hierro es aplicada en primer lugar por soplado, pulverización o impresión sobre la totalidad de la superficie del portador. No habría conductividad eléctrica entre partículas conductoras adyacentes dado que éstas tendrían una superficie no conductora. Las partículas se adhieren al portador, por ejemplo, por medio de un adhesivo. A continuación, la capa de pasivado es aplicada tal como por impresión. Las zonas desnudas pueden ser entonces cobreadas con un baño de cobre por intercambio iónico, de manera que el hierro que no es metal noble es intercambiado por el cobre que es un metal más noble.

El documento DE 35 15 985 A1 se refiere a la fabricación de un recubrimiento soldable sobre un sustrato, comprendiendo el método, la aplicación de una capa de metal soldable en forma de tiras conductoras y/o zonas de contacto sobre un sustrato aislante eléctricamente. El método comprende la aplicación de una primera capa de un barniz eléctricamente conductor en forma de tiras conductoras y/o áreas de contacto sobre el sustrato, conteniendo el barniz entre otras partículas de metales, efectuando el curado de la primera capa y sumergiendo el sustrato que lleva la primera capa curada en una solución que contiene iones de un metal soldable para depositar químicamente una segunda capa de metal sobre la primera capa. Las partículas metálicas del barniz pueden ser, por ejemplo, partículas de hierro. La solución puede ser ácida y puede contener, por ejemplo, ácido sulfúrico e iones de cobre. La solución puede ser, de manera alternativa, una solución de cloruro de cobre.

El problema que subyace en la presente invención es que las características de transmisión de las antenas fabricadas utilizando los métodos conocidos no son satisfactorios, en particular si se utilizan dentro del rango UHF.

Por lo tanto, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un método para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador.

De manera más específica, es un objetivo de la presente invención dar a conocer un método para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador a utilizar como antena para operativa RFID.

Oro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento de fabricación de estructuras metálicas para la formación de dibujos sobre un sustrato portador a utilizar como antena para operativa RFID utilizando radiación en el rango de frecuencia UHF o MW.

Otro objeto de la presente invención consiste en dar a conocer un método para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador a utilizar como antena para operativa RFID, cuya antena permite conseguir de manera muy fiable una distancia de transmisión suficientemente grande entre un lector que emite activamente radiación RFID y un transpondedor en el que se utiliza la antena para recibir y emitir la radiación RFID.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador utilizado como antena para operativa RFID, utilizando un procedimiento con bajo coste de fabricación apropiado para la fabricación en masa de transpondedores.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujo sobre un sustrato portador, en el que el procedimiento es muy fiable, en particular en condiciones de fabricación.

Otro objetivo adicional de la presente invención consiste en dar a conocer un procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador, en el que el procedimiento permite la fabricación de estructuras metálicas suficientemente adherentes al sustrato.

Estos objetivos se consiguen mediante el procedimiento según la reivindicación 1. Realizaciones preferentes de la invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

El aspecto más importador de la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujo sobre un sustrato portador.

Otro aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador que se utiliza como antena para aplicaciones RFID, preferentemente para funcionamiento en UHF o MW.

El procedimiento de la invención para la fabricación de estructuras metálicas formadoras de dibujos sobre un sustrato portador comprende las siguientes etapas de procedimiento:

a) disponer el sustrato portador,

b) formar el dibujo sobre el sustrato portador utilizando material compuesto que contiene metal dispersado, en el que el metal dispersado es menos noble que el cobre;

c) llevar el sustrato portador con el dibujo formado sobre el mismo por el material compuesto en la etapa de procedimiento b) a establecer contacto con iones de haluro; y

d) depositar posteriormente por reacción de intercambio de cargas una capa de cobre sobre el dibujo formado por el material compuesto, de manera que se producen estructuras de metal.

El procedimiento de la invención sirve en particular para fabricar antenas para aplicaciones RFID, principalmente en el rango UHF. Una estructura de antena prevista para este objetivo adopta, por ejemplo, la forma de dos ramas en forma de U con la longitud de las respectivas patas que es, por ejemplo, algo menos de 10 cm, estando conectada cada una de las dos ramas con un componente semiconductor especial que comprende el circuito eléctrico necesario para el funcionamiento de un transpondedor. Para la conexión del componente semiconductor a la estructura de la antena se pueden disponer patillas de conexión en cada rama en la que el componente semiconductor establece contacto, por ejemplo, por adherencia de manera directa o a través de tiras portadoras de chips (intercalador ("interposer"), bandas, paquetes de transferencia de chips ("flip chip packages")).

El método de la invención tiene la ventaja de que permite conseguir de manera muy fiable una distancia de transmisión suficientemente grande entre un dispositivo de lectura que emite de manera activa la radiación RFID y el transpondedor, aunque funcione en el rango UHF y MW. UHF, tal como se utiliza en esta descripción, de acuerdo con la invención, se refiere a radiación electromagnética en un rango de frecuencia comprendido aproximadamente entre 500 MHz y aproximadamente 1,5 GHz. El término MW utilizad en esta descripción, según la invención, se refiere a radiación de microondas, es decir, radiación electromagnética en una frecuencia superior aproximadamente a 1,5 GHz. Una distancia grande de transmisión, por ejemplo una distancia de hasta 3 m, se consigue ya con una potencia de radiación muy baja del dispositivo de lectura de unos 500 mW aproximadamente. Con una antena UHF realizada por ataque químico sobre un material recubierto de cobre de modo convencional (grosor de capa de cobre de 5 \mum, 15 \mum o 35 \mum) o con una antena de UHF realizada a partir de cobre depositado químicamente sobre pastas catalíticas o con una antena UHF realizada únicamente a partir de una pasta de plata o con una antena UHF realizada químicamente y electrolíticamente con un grosor de capa de cobre de 5 \mum, 10 \mum, 15 \mum o 30 \mum con el mismo dibujo, una distancia de transmisión tan grande ha sido conseguida solamente en casos individuales y no ha sido reproducible.

Además, el procedimiento es extremadamente eficaz en cuanto a costes, dado que los materiales utilizados son muy económicos y dado que el procedimiento puede ser llevado a cabo a gran escala técnica con buena capacidad de reproducción.

Los iones de haluros son preferentemente iones de cloruros, bromuros o yoduros, más específicamente iones de cloruros. Los iones de haluro pueden ser proporcionados, por ejemplo, por una sal de haluro. La sal de haluro puede ser, por ejemplo, una sal alcalina, una sal de un metal alcalinotérreo o una sal de un metal pesado, más específicamente una sal de hierro (II) y/o hierro (III).

Los iones de haluros contenidos en una solución, la solución de preinmersión, contiene posiblemente, de manera adicional, como mínimo un ácido. La solución de preinmersión es preferentemente acuosa. El ácido puede ser en particular un ácido mineral, pero básicamente también un ácido orgánico. El ácido mineral puede ser más específicamente ácido sulfúrico. Si el ácido mineral es ácido clorhídrico, se puede prescindir de otra fuente de iones haluro.

Una realización preferente de la solución de preinmersión es una solución acuosa de cloruro de hierro (III) que puede contener ácido sulfúrico en particular. De manera alternativa, se puede utilizar una solución acuosa que contiene sulfato de hierro (II) y una sal de un cloruro alcalino, tal como cloruro sódico, así como un ácido, tal como ácido sulfúrico.

La solución de preinmersión funciona a una temperatura incrementada, preferentemente comprendida, por ejemplo, entre unos 30º y unos 70ºC, más preferentemente entre unos 40 y unos 50ºC.

Si la solución de preinmersión que contiene la fuente de iones haluro es utilizada, de acuerdo con el procedimiento de la invención, de forma separada para el pretratamiento del dibujo formado por el material compuesto, se consigue una gran distancia de transmisión desde el dispositivo lector al transpondedor en funcionamiento UHF y MW, aunque la potencia de radiación del dispositivo de lectura se ajuste a un valor muy bajo, por ejemplo de 500 mW aproximadamente. Se ha demostrado en este caso que la resistencia eléctrica de la estructura de la antena es muy baja y que asciende a 1-5 \Omega de manera típica, dependiendo del dibujo de la estructura de la antena. Además, la capa de metal depositada se adhiere bien al material compuesto: llevando a cabo una prueba de pelado utilizando una cinta adhesiva no se destruye la capa de metal del material compuesto. Por lo tanto, no se dificulta la resistencia eléctrica.

No obstante, si el dibujo establece contacto con los iones de haluro simultáneamente con el depósito del metal y no antes del mismo, al combinar las etapas de método c) y d), la resistencia eléctrica del dibujo es superior en un factor de 10-100 con referencia a cuando el sustrato portador es llevado a establecer contacto con iones de haluro antes del depósito del metal. Además, en este caso, dicha capa de metal depositada no se adhiere lo suficientemente fuerte al material compuesto. Si se lleva a cabo una prueba de pelado, la capa de metal puede ser separada virtualmente de forma completa por pelado del material compuesto y se pega a la cinta utilizada para llevar a cabo la prueba de pelado. De acuerdo con ello, la conductividad eléctrica del dibujo queda alterada. La adherencia insuficiente de la capa de metal depositada al material compuesto sobre el sustrato portador hace dicho dibujo inutilizable, dado que además de la requerida distancia grande de transmisión en funcionamiento UHF y MW también se requiere un mínimo de resistencia
del transpondedor con respecto a la exposición mecánica si el transpondedor es utilizado como etiqueta sin contacto.

Si el sustrato portador no se lleva en contacto, en absoluto, con iones de haluro, solamente se consigue una distancia de transmisión muy corta. Esto excluirá los transpondedores fabricados de este modo para su utilización en un funcionamiento razonable en UHF y MW. Se ha descubierto que la resistencia eléctrica de la estructura de la antena es muy elevada en este caso, mientras que es muy baja si se lleva a cabo el procedimiento de la invención con las cuatro etapas del método, siendo entonces la resistencia eléctrica, por ejemplo, más baja en un factor aproximadamente de 100-1000 que cuando el dibujo no es llevado a establecer contacto en absoluto con los iones de haluro.

No obstante, se demuestra que no será suficiente minimizar la resistencia eléctrica para conseguir una distancia de transmisión grande, dado que el depósito de una capa de cobre gruesa sobre el dibujo formado por el material compuesto no proporcionará un rendimiento satisfactorio de la estructura de la antena.

Además, se ha descubierto que el llevar el sustrato que soporta el material compuesto en forma de dibujo a establecer contacto con una solución de preinmersión que contiene iones de haluro es ventajoso en comparación con llevar el sustrato a establecer contacto con haluro durante la etapa de depósito metálico, sin contacto previo del mismo con una solución de preinmersión que contiene haluro. Esto resulta del hecho de que la distancia de transmisión que se puede conseguir será mayor y que la adherencia de las estructuras metálicas fabricadas sobre el sustrato portador será más elevada en el primer caso que en el segundo caso.

En la etapa de método d), el metal es depositado por medio de una reacción de intercambio de carga. El metal se deposita, de este modo, sobre el dibujo formado por el material compuesto, mientras que el metal dispersado contenido en el material compuesto se disuelve de manera simultánea.

El metal depositado es más específicamente cobre. Se obtiene una conductividad eléctrica particularmente elevada del dibujo dotado de recubrimiento con la capa de cobre si el cobre es depositado por medio de una solución ácida que contiene iones de cobre. De manera más específica, se puede utilizar para el depósito una solución del sulfato de cobre con ácido sulfúrico. Se ha descubierto además que s ventajoso depositar cobre, de manera más específica, por reacción de intercambio de cargas por medio de una solución que contiene, como mínimo, un agente formador de complejo para el cobre. El agente formador de complejo puede formar complejos más específicamente en medio ácido o en medio alcalino. En medio ácido se puede utilizar un agente formador de complejo de ácido fosfórico, tal como ácido 1-hidroxietiliden-1,1-difosfónico y en medio alcalino trietanolamina.

El cobre se deposita sobre el material compuesto preferentemente con un grosor que no supera 5 \mum, más preferentemente con un grosor que no supera 2 \mum, e incluso de manera más preferente con un grosor comprendido entre 0,8 y 1,8 \mum.

Se ha descubierto que la distancia de transmisión depende en gran medida del grosor de la capa de cobre depositada. Si la capa de cobre es demasiado gruesa, por ejemplo, con un grosor de 10 \mum, la conductividad eléctrica de la estructura de antena formada es muy elevada. No obstante, la distancia de transmisión que se puede conseguir es muy baja y disminuye adicionalmente al aumentar el grosor de la capa de cobre.

Si, como contraste, no se deposita metal sobre el dibujo formado por el material compuesto y si el material compuesto con la carga del metal dispersado se utiliza solo para formar una estructura de antena, no se puede transmitir señal en absoluto. Por esta razón, por una parte se debe disponer un recubrimiento metálico en el dibujo. Por otra parte, es ventajoso un recubrimiento con un reducido grosor de recubrimiento.

En la selección del metal dispersado en el material compuesto se ha descubierto que debe ser menos noble que el metal depositado en la etapa del procedimiento d), preferentemente cobre. Los metales dispersados especialmente ventajosos son seleccionados del grupo que comprende hierro, aleaciones a base de hierro, zinc y aleaciones a base de zinc, preferentemente si el cobre es el metal depositado en la etapa d) del método. El hierro, en particular hierro de alta pureza es un metal dispersado especialmente ventajoso. Para la fabricación del material compuesto se ha descubierto que es ventajoso un polvo de hierro fabricado a partir de hierro carbonilo. El procedimiento utilizado para este objetivo es similar al procedimiento Mond desarrollado para el polvo de níquel preparado a partir de níquel carbonilo. Este material en polvo puede tener en particular un tamaño de partículas que no supera aproximadamente 6 \mum. El grosor del recubrimiento del dibujo formado por el material compuesto es, por ejemplo, unas 10 \mum directamente después de impresión. En estas condiciones en particular es preferible un tamaño de partículas no superior a unos
6 \mum.

Además del metal dispersado, el material compuesto puede contener también partículas de carbón eléctricamente conductoras, tales como partículas de hollín conductor y partículas de negro de carbón. Estas partículas influyen ventajosamente, por ejemplo, a la capacidad de impresión del material compuesto.

El material compuesto puede contener, como mínimo, un aglomerante seleccionado entre el grupo que comprende resinas epoxi, resinas de poliuretano y resinas acrílicas. Con esta finalidad, se puede utilizar, por ejemplo, un sistema aglomerante polímero, tal como el que está contenido en una tinta de impresión por serigrafía de tipo comercial. Para el curado del sistema aglomerante, se puede añadir justamente antes de la impresión un endurecedor adecuado basado en resina alifática o aromática de poliisocianato. Cuando es necesario, la viscosidad adecuada para una aplicación, por ejemplo, impresión, se ajusta añadiendo un agente de dilución, tal como acetato de etilo. Las medidas anteriores permiten formular el material compuesto como una pasta eléctricamente conductora.

La impresión por serigrafía se ha descubierto que es particularmente adecuada como método de impresión. Básicamente, la impresión por grabado puede ser también utilizada. Se ha observado que es suficiente un grosor de recubrimiento húmedo de 10 \mum aproximadamente. Una estructura de antena acabada de imprimir, secada a temperatura ambiente no tiene todavía conductividad eléctrica medible y, por lo tanto, no es adecuada para su utilización como antena de un transpondedor. Solamente en recubrimiento metálico posterior hace operativa la antena. El tratamiento adicional de la invención con iones de haluro es necesario en particular cuando se utiliza dentro de un rango de
UHF.

Después de la formación, el dibujo formado por el material compuesto puede ser gelificado, preferentemente a temperatura ambiente. A continuación, el dibujo es llevado a establecer contactos con los iones haluro y finalmente se deposita el metal. Si el tiempo transcurrido entre la impresión del dibujo y el depósito del metal sobre el mismo es superior a dos horas, los iones haluro impiden adicionalmente el depósito retardado que se produce de otro modo durante el intercambio de carga y provocan que el metal se deposite inmediatamente después de que el dibujo ha sido llevado a establecer contacto con la solución.

Después del depósito del metal, el dibujo dotado de recubrimiento es revenido preferentemente a una temperatura más elevada. La temperatura de revenido es suficientemente baja para que el sustrato portador no sea alterado (revenido tolerado por el material de base). Este tratamiento de revenido puede tener lugar inmediatamente después del depósito del metal aproximadamente a una temperatura de 120 a 140ºC si se utiliza polietilen tereftalato como sustrato portador y puede durar aproximadamente de 2 a 3 minutos. Durante este periodo de tiempo, las partículas de metal dispersadas, más específicamente partículas de hierro y los núcleos de metal, más específicamente los núcleos de cobre, generadas durante la radiación de intercambio de carga se incorporan de manera fiable en una matriz de polímero de reticulación térmica del aglomerante en el material compuesto.

Si la capa de metal formada por medio de la reacción de intercambio iónico se debe reforzar todavía más, ello se puede conseguir por depósito de metal no electrolítico (sin fuente de corriente externa) y/o por recubrimiento electrolítico, por ejemplo, por recubrimiento electrolítico de cobre, por ejemplo, en un baño de recubrimiento de cobre ácido que contiene ácido sulfúrico, ácido metansulfónico, ácido amidosulfúrico o ácido pirofosfórico o una mezcla de algunos o todos estos ácidos. Para depósitos de metal por electrolisis sobre este tipo de dibujos aplicados a un sustrato portador de tipo banda o cinta, se puede utilizar el aparato descrito en el documento DE 103 42 512 A, cuyo aparato estará dotado, como mínimo, con un electrodo de contacto para la pieza a trabajar y, como mínimo, una zona de electrolisis en la que, como mínimo, un contraelectrodo y la pieza a trabajar son llevados a establecer contacto con el líquido de proceso, quedando dispuesto el electrodo de contacto fuera de la zona de electrolisis y sin contacto con el líquido de proceso y estando separados dicho electrodo de contacto y dicha zona de electrolisis entre sí para permitir el tratamiento electrolítico de pequeñas estructuras eléctricamente conductoras. Se ha descubierto que es ventajoso terminar con un tratamiento térmico aproximadamente a 120ºC durante unos 2 a 3 minutos después del tratamiento de recubrimiento electrolítico a efectos de conseguir una resistencia uniforme de la unión. Se ha descubierto, no obstante, que, después del depósito del metal por reacción de intercambio de cargas, la necesidad de depósito de metal adicional sin electrolisis y/o depósito de metal por electrolisis por recubrimiento electrolítico se pueden evitar
fácilmente.

El sustrato portador consiste preferentemente, como mínimo, de un material seleccionado entre el grupo que comprende polietilen tereftalato, cloruro de polivinilo, policarbonato, polietilen naftalato y papel impregnado.

Antes de aplicar el dibujo, el sustrato portador es habitualmente limpiado y secado nuevamente según necesidades. Lo mismo es aplicable al sustrato portador dotado del dibujo. Entre las etapas de tratamiento el sustrato es lavado para eliminar la solución adherida.

En caso de que el dibujo es reforzado por recubrimiento electrolítico, la resistencia de la unión sobre el polietilen tereftalato se ha determinado que es de 4 N/cm^{2 }en la prueba de pelado. Por el contrario, con pastas conductoras de plata reforzadas por recubrimiento electrolítico, los valores de la resistencia de la unión que se consiguieron fueron solamente de 2 N/cm^{2}.

Para mejor comprensión de la invención se explicarán a continuación algunos ejemplos.

La figura 1 muestra un dibujo para una estructura de antena.

Para todas las pruebas que se indican a continuación se escogieron las siguientes condiciones:

Sobre una lámina portadora consistente en un material de polietilen tereftalato se imprimió por serigrafía con pasta una estructura de antena para el funcionamiento UHF. La estructura de antena es la mostrada en la figura 1. La estructura de antena consiste en dos ramas de la antena (1, 2) que están conectadas por soldadura a una banda (5) portadora de chip en patillas de conexión (3, 4). La banda (5) portadora del chip lleva un componente semiconductor (6).

La pasta contenía aproximadamente el 70% en peso de polvo de hierro con un tamaño de partículas de 2-6 \mum, el 24% en peso de un aglomerante basado en una resina de poliuretano a la que se añadió un endurecedor y un agente de dilución para ajustar la viscosidad añadidos justamente antes de la impresión. El grosor de recubrimiento en húmedo era aproximadamente de 10 \mum. Después de la serigrafía el sustrato portador con la estructura de antena impresa sobre la misma fue gelificado durante 0,1-1 hora a temperatura ambiente.

Después de ello, el sustrato portador impreso fue tratado de acuerdo con la tabla 1.

La antena producida de este modo, estructurada sobre el sustrato portador, fue conectada a continuación por soldadura a un componente semiconductor montado en una banda portadora de chip (banda portadora de chip UHF con un chip de conexión Philips).

A continuación, la resistencia eléctrica entre las dos patas de un ramal de la estructura de antena fue medida (en los lugares indicados (3) y (7) de la figura 1). Además, se determinó la distancia de transmisión que se podía conseguir utilizando un dispositivo lector de SAMSys Technologies, Canadá, que tenía una potencia de emisión de 500 mW
o 3 W.

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Ejemplos comparativos A hasta C

Se indican en la tabla 2 los compuestos de soluciones de preinmersión que no contienen haluro (ejemplos comparativos A y B) y una composición de una solución de depósito de metal que contiene iones haluro (ejemplo comparativo C), así como los valores de la resistencia y valores de la prueba de pelado obtenidos. En los ejemplos comparativos A y B se han utilizado soluciones de depósito de metal que tenia la siguiente composición: 216 g/l CuSO_{4} \cdot 5 H_{2}O, 50 ml/l H_{2}SO_{4}, concentrado. En el ejemplo comparativo C no se llevó a cabo la etapa de procedimiento C), es decir, el sustrato portador no fue pretratado en una solución de preinmersión.

Utilizando un chip Philips i-connect y un dispositivo lector SAMSys 500 mW no se pudo localizar transferencia de potencia con ninguna de las estructuras de antena fabricadas en los ejemplos comparativos A y B. Como consecuencia, la distancia de transmisión fue de 0 m. Los valores de resistencia eléctrica medidos en las estructuras de antena producidos como en los ejemplos A, B y C fueron relativamente elevados. Además, la resistencia de unión del dibujo al sustrato se comprobó aplicando una cinta adhesiva al dibujo y efectuando pelado aproximadamente en ángulo recto con respecto al sustrato. Si se observó cobre pegado a la cinta, se consideró que la resistencia de la unión no era suficientemente elevada. Tal como indica la tabla 2, la resistencia de la unión era satisfactoria en los ejemplos comparativos A y B, pero no era satisfactoria en el ejemplo comparativo C.

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Ejemplos 1-18

Se indican en la tabla 3 compuestos de soluciones de preinmersión, según la invención, conteniendo haluros y también los valores de resistencia obtenidos. La prueba de pelado realizada con todas las estructuras de antena indicó una unión suficientemente resistente de la capa de cobre depositado al material compuesto.

De los datos de prueba, se muestra que utilizando una solución de preinmersión que contiene haluro, la resistencia eléctrica es claramente reducida con respecto a la utilización de una solución de preinmersión sin haluro. Si esta solución de preinmersión no contiene ácido, la resistencia eléctrica aumenta también ligeramente.

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Ejemplo 19

En otro ejemplo, la distancia de transmisión fue medida con antenas realizadas de acuerdo con el procedimiento de la invención. Las condiciones de fabricación eran idénticas a las condiciones preferentes. La solución de preinmersión contenía: 250 ml/l H_{2}SO_{4}, concentrado, 10 g/l FeCl_{3} \cdot 6 H_{2}O (correspondiente al ejemplo 1).

Utilizando un chip Philips i-connect y un dispositivo lector SAMSys 500 mW se obtuvieron una distancia de transmisión continua de 1,42 m y una distancia de transmisión máxima de 1,74 m haciendo promedio de 12 antenas y utilizando una potencia de radiación del dispositivo de lectura aproximada de 3W se consiguió una distancia de transmisión máxima de 4,02 m.

Se comprenderá que los ejemplos y realizaciones que se describen tienen finalidad ilustrativa solamente y que se pueden introducir diferentes modificaciones de cambios teniendo en cuanta lo anterior y asimismo combinaciones de características descritas en esta solicitud para ser sugeridas por personas expertas en la materia y se incluirán dentro del ámbito de la invención descrita que se define por las reivindicaciones adjuntas.

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TABLA 1 Secuencia del procedimiento

1

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TABLA 2 Composiciones y valores de resistencia sin haluro en la solución de preinmersión

2

TABLA 3 Composiciones y valores de resistencia con haluro en la solución de preinmersión

3

Claims (24)

1. Procedimiento para la fabricación de estructuras metálicas para la formación de dibujos sobre un sustrato portador, que comprenden las siguientes etapas de procedimiento:

a) disponer el sustrato portador,

b) formar el dibujo sobre el sustrato portador utilizando material compuesto que contiene metal dispersado, en el que el metal dispersado es menos noble que el cobre;

c) llevar el sustrato portador con el dibujo formado sobre el mismo por el material compuesto en la etapa de procedimiento b. a establecer contacto con iones de haluro; y

d) depositar posteriormente por reacción de intercambio de cargas una capa de cobre sobre el dibujo formado por el material compuesto, de manera que se producen estructuras de metal.

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2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque el dibujo formado por el material compuesto es llevado a establecer contacto con una solución que contiene los iones de haluro y, como mínimo, un ácido.

3. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los iones haluro son iones cloruro, bromuro o yoduro.

4. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado porque se deposita cobre por medio de una solución ácida.

5. Procedimiento, según la reivindicación 4, caracterizado porque la solución ácida contiene ácido sulfúrico.

6. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 1, 4 ó 5, caracterizado porque el cobre se deposita por medio de una solución que contiene, como mínimo, un agente de formación de complejo para el cobre.

7. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto contiene, como mínimo, un metal dispersado seleccionado entre el grupo que contiene hierro, aleaciones a base de hierro, zinc y aleaciones a base de zinc.

8. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el metal dispersado es hierro de alta pureza.

9. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque el hierro es formado a partir de hierro carbonilo.

10. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el metal dispersado tiene dimensiones de partículas que no superan los 6 \mum.

11. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto contiene adicionalmente partículas de carbón conductoras.

12. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto formador del dibujo es gelificado a temperatura ambiente.

13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cobre depositado sobre el material compuesto es revenido a una temperatura incrementada.

14. Procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque la temperatura de revenido es suficientemente baja para no alterar el sustrato portador.

15. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cobre es depositado sobre el material compuesto con un grosor que no supera los 5 \mum.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto contiene, como mínimo, un aglomerante seleccionado entre el grupo que contiene resinas epoxi, resinas poliuretano y resinas acrílicas.

17. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto es una pasta conductora.

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18. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dibujo es formado sobre el sustrato portador por impresión.

19. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dibujo es formado sobre el sustrato portador por serigrafía.

20. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sustrato portador consiste, como mínimo, en un material seleccionado entre el grupo que comprende polietilen tereftalato, cloruro de polivinilo, policarbonato, polietilen naftalato y papel impregnado.

21. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dibujo es una estructura de antena.

22. Procedimiento, según la reivindicación 21, caracterizado porque la estructura de antena tiene patillas de conexión dispuestas para establecer contacto con un componente semiconductor.

23. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 21 y 22, caracterizado porque la estructura de antena es adecuada para recepción UHF.

24. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es adecuado para la fabricación de antenas para utilización en RFID.