Folienelement
Die Erfindung betrifft ein Folienelement mit einer dielektrischen Trägerschicht und mindestens einer auf der Trägerschicht angeordneten, elektrisch leitfähigen Schicht, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Folienelements.
DE-B-102007030414 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Struktur auf einem dielektrischen Trägersubstrat, wie einer PET-Folie (PET = Polyethylenterephthalat). Dabei wird zunächst eine leitfähige Schicht, eine sogenannte Keimschicht („seed layer"), in Form einer Leiterbahn, beispielsweise einer RFID-Antenne, durch musterförmiges Drucken eines leitfähigen
Druckstoffes, beispielsweise in einem Dispersionsmittel gebundene Metallpartikel, auf der Oberfläche des Trägersubstrats ausgebildet (RFID = Radio Frequency Identification). Nachfolgend wird die aufgedruckte Keimschicht zur Bildung der elektrisch leitfähigen Struktur galvanisch verstärkt, indem eine metallische
Beschichtung durch Anlegen eines Stromflusses in einem Elektrolyt, das ein gelöstes Beschichtungsmetall enthält, auf der leitfähigen Schicht abgeschieden wird.
Es ist bekannt, dass Folienelemente, die erhöhten Temperaturen unterworfen werden, beispielsweise während eines Laminationsprozesses, wellig werden
können, was erhebliche Nachteile zur Folge haben kann. So beschreibt die DE-A- 102006029397 eine Kunststoff-Trägerfolie mit einem darauf angeordneten
Sicherheitselement, wobei die Trägerfolie nach einem Überlaminieren der
Trägerfolie mit einer weiteren Kunststofffolie und einem Abkühlen des
Schichtverbunds im Bereich des Sicherheitselements einen Orangenhauteffekt zeigt derart, dass das Sicherheitselement auf seiner ganzen Fläche wellig erscheint. Dieses Problem wird durch Tempern der Trägerfolie vor dem
Aufbringen des Sicherheitselements gelöst, da dies offenbar eine lokale
Reduzierung der inneren Spannung in der Trägerfolie bewirkt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Folienelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Folienelements anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Folienelement, umfassend eine dielektrische Trägerschicht, die eine xy-Ebene eines kartesischen Koordinatensystems mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse aufspannt, und mindestens eine auf der Trägerschicht angeordnete, elektrisch leitfähige Schicht, in der in einem rahmenförmigen Bereich des Folienelements, welcher durch die Fläche eines größeren, äußeren Rechtecks mit jeweils parallel zur x-Achse oder y-Achse verlaufenden Seiten gebildet ist, aus der die Fläche eines kleineren, inneren
Rechtecks mit gleicher Orientierung wie das äußere Rechteck ausgespart ist, eine Leiterbahn ausgeformt ist, wobei der rahmenförmige Bereich in zwei parallel zur x-Achse und zwei parallel zur y-Achse verlaufende Rahmenabschnitte unterteilt ist, welche jeweils von einer begrenzenden Seite des äußeren Rechtecks und einer der begrenzenden Seite des äußeren Rechtecks unmittelbar benachbarten und dazu parallelen Seite des inneren Rechtecks begrenzt sind und die
Leiterbahn in Leiterbahnabschnitte unterteilen, wobei eine mechanische
Eigenschaft der Trägerschicht entlang der x-Achse und der y-Achse
unterschiedlich ist, und wobei mindestens ein Leiterbahnabschnitt, parallel zu der z-Achse gesehen, auf mehr als 50 % seiner Länge schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft. Diese Aufgabe wird weiter von einem Verfahren zur Herstellung eines Folienelements gelöst, umfassend die Schritte: Bereitstellen einer
dielektrischen Trägerschicht, die eine xy-Ebene eines kartesischen
Koordinatensystems mit einer x-Achse, einer y-Achse und einer z-Achse aufspannt, wobei eine mechanische Eigenschaft der Trägerschicht entlang der x- Achse und der y-Achse unterschiedlich ist; Aufbringen mindestens einer elektrisch leitfähigen Schicht auf eine Oberfläche der Trägerschicht; und Ausformen einer Leiterbahn in der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht in einem rahmenförmigen Bereich des Folienelements, welcher durch die Fläche eines größeren, äußeren Rechtecks mit jeweils parallel zur x-Achse oder y-Achse verlaufenden Seiten gebildet ist, aus der die Fläche eines kleineren, inneren Rechtecks mit gleicher Orientierung wie das äußere Rechteck ausgespart ist, wobei der rahmenförmige Bereich in zwei parallel zur x-Achse und zwei parallel zur y-Achse verlaufende Rahmenabschnitte unterteilt ist, welche jeweils von einer begrenzenden Seite des äußeren Rechtecks und einer der begrenzenden Seite des äußeren Rechtecks unmittelbar benachbarten und dazu parallelen Seite des inneren Rechtecks begrenzt sind und die Leiterbahn in Leiterbahnabschnitte unterteilen, derart, dass mindestens ein Leiterbahnabschnitt, parallel zu der z- Achse gesehen, auf mehr als 50 % seiner Länge schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft. Ein Leiterbahnabschnitt verläuft in einem einzigen Rahmenabschnitt. Es existiert also eine Zuordnung eines Leiterbahnabschnitts zu einem bestimmten
Rahmenabschnitt. Einem bestimmten Rahmenabschnitt können ein oder mehrere Leiterbahnabschnitte zugeordnet sein. Ein Aspekt der Erfindung basiert auf der bekannten Tatsache, dass eine industriell produzierte Trägerschicht in Form einer Kunststofffolie in der Regel zwei ausgezeichnete Richtungen in einer durch die Trägerschicht aufgespannten Ebene besitzt, die sogenannten Hauptrelaxationsrichtungen, in denen die
Trägerschicht sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweist. Eine dieser zwei ausgezeichneten Richtungen bei Kunststofffolien kann die
Laufrichtung sein, die einer Produktionsrichtung entspricht, in der die Folie während ihrer Herstellung bewegt wird. Die andere ausgezeichnete Richtung bei
Kunststofffolien verläuft vorzugsweise quer zur Laufrichtung. Üblicherweise wird bei Kunststofffolien die Laufrichtung als Längsrichtung oder Maschinenrichtung („Machine Direction", kurz: MD) und die vorzugsweise senkrecht dazu verlaufende Richtung als Querrichtung („Transverse Direction", kurz: TD) bezeichnet. Eine vergleichbare Situation existiert bei maschinell gefertigten Papieren: Die
Laufrichtung ist eine bei Papieren gebräuchliche Angabe, die sich auf die
Ausrichtung der Papierfasern parallel zur Laufrichtung der Papiermaschine bezieht. Diese Anisotropie des Kunststofffolie ist bekannt, z. B. von biaxial orientierten Polypropylenfolien, kurz BOPP-Folien (BOPP = Biaxially Oriented Polypropylene). Zahlreiche Eigenschaften von Polypropylenfolien, wie Mechanik, Optik und Barrierewirkung, können durch ein Verstrecken der Folie verbessert werden. Das Verstrecken führt zu einer nachweisbaren gerichteten Molekülorientierung und damit zu dem anisotropen Charakter der Folie.
Bei herkömmlichen Folienelementen mit einer dielektrischen Trägerschicht und mindestens einer darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht, in der in einem rahmenförmigen Bereich des Folienelements eine Leiterbahn ausgeformt ist, folgt die Leiterbahn, die z. B. eine Kupfer-Antennenspule bildet, auf dem größten Teil seiner Länge den Hauptrelaxationsrichtungen. Bei der Herstellung von Laminationsprodukten oder Laminationszwischenprodukten wie eines „prelaminated inlay" (kurz:„Prelam") oder eines„electronic passport cover" (Hülle für ein ID-Dokument mit RFID-Inlay) unter Verwendung dieser herkömmlichen Folienelemente kann sich eine Welligkeit auf dem Produkt abbilden, so dass das Produkt nicht mehr weiter verwendbar ist (ID = Identification).
Diese Welligkeit kann bereits an dem herkömmlichen Folienelement erkennbar sein, ist aber in der Regel noch nicht störend. Erst nachdem das herkömmliche Folienelement erhöhten Temperaturen ausgesetzt wurde, z. B. während einer Lamination mit Temperaturen von ca. 100 °C, kann diese Welligkeit so
ausgeprägt werden, dass sie nicht mehr tolerierbar ist. Dabei kann die Welligkeit
bis auf äußere Schichten eines Laminats durchschlagen und dort als optisch und/oder taktil wahrnehmbare, störende Wellen in Erscheinung treten.
Das Ausmaß, in dem diese Welligkeit in Erscheinung tritt, ist abhängig von der Dicke der Trägerschicht, von der Dicke der leitfähigen Schicht und vom genauen Verlauf der Leiterbahn auf der Trägerschicht. Bei ausreichend dicken Trägerfolien mit mehr als 300 pm, vorzugsweise mehr als 500 pm Dicke entstehen aufgrund der Stabilität der Folien keine oder lediglich schwach ausgeprägte, tolerierbare Wellen. Liegt die Schichtdicke der Trägerschicht aber in einem Bereich von weniger als 300 pm, tritt die Welligkeit störend in Erscheinung. Abhängig von der Dicke der Trägerschicht wird die Welligkeit auch von der Dicke der auf der Trägerschicht aufgebrachten leitfähigen Schicht beeinflusst. Ist die Dicke der leitfähigen Schicht im Vergleich zur Trägerschicht relativ groß, so ist die resultierende Welligkeit vergleichsweise stark, d.h. die Welligkeit tritt in einem hohen Ausmaß in Erscheinung. Ist die Dicke der leitfähigen Schicht im Vergleich zur Trägerschicht relativ klein, so ist die resultierende Welligkeit vergleichsweise gering, d.h. die Welligkeit tritt in einem geringen Ausmaß in Erscheinung. Dies ist darin begründet, dass eine relativ zur Trägerschicht dicke leitfähige Schicht eine hohe mechanische Stabilität aufweist und damit unerwünschte mechanische Spannungen zwischen Trägerschicht und leitfähiger Schicht erzeugt, die während oder nach der Lamination als Welligkeit störend in Erscheinung treten. Je dicker und stabiler die Trägerschicht relativ zu der darauf aufgebrachten leitfähigen Schicht ist, desto geringer kann die während oder nach der Lamination
auftretende Welligkeit sein. Beispielsweise macht sich die Welligkeit einer Trägerschicht mit etwa 300 pm Dicke, auf die eine leitfähige Schicht mit etwa 10 pm Dicke aufgebracht ist, nur wenig bemerkbar. Beispielsweise ist jedoch die resultierende Welligkeit einer Trägerfolie mit etwa 50 pm Dicke, auf die eine leitfähige Schicht mit etwa 10 pm Dicke aufgebracht ist, stärker bemerkbar. Eine Erklärung für dieses Phänomen ist, dass Spannungszustände zwischen der Trägerschicht und der mindestens einen darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Schicht, insbesondere der oder den Leiterbahnen, in dem
Folienelement quasi„eingefroren" sind, durch die erhöhten Temperaturen aber freigesetzt werden. Dabei kommt es zu einer Relaxation des Materials der Trägerschicht, der jedoch das Material einer darüber liegenden elektrisch leitfähigen Schicht nicht folgen kann, was zu der beobachteten Welligkeit führt.
Das erfindungsgemäße Folienelement zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Folienelementen nun dadurch aus, dass ein wesentlicher Teil mindestens eines Leiterbahnabschnitts der Leiterbahn, vorzugsweise mehr als 50 % seiner Länge, nicht in den Hauptrelaxationsrichtungen der Trägerschicht verläuft, sondern in davon abweichenden Richtungen, d. h. schräg zu den
Hauptrelaxationsrichtungen. Wird das erfindungsgemäße Folienelement
Temperaturen in einem Bereich von ca. 100 °C oder darüber ausgesetzt, beispielsweise während eines Laminationsprozesses, zum Anordnen weiterer Folienschichten auf dem Folienelement oder beim Verbinden eines Chipmoduls mit der als einer Antenne ausgebildeten Spule, wird durch den
erfindungsgemäßen Verlauf der Leiterbahn eine Ausbildung einer Welligkeit in dem Folienelement vermieden. Mit dem erfindungsgemäßen Folienelement wird somit das von herkömmlichen Folienelementen mit einer dielektrischen
Trägerschicht und einer darauf angeordneten elektrisch leitfähigen Struktur bekannte Phänomen vermieden, dass das Folienelement abhängig von der Dicke der Trägerschicht bei einer thermischen Behandlung während der
Weiterverarbeitung wellig werden kann. Die schräg zur x-Achse und y-Achse verlaufenden Teile der Leiterbahn bilden also Spannungsausgleichselemente, die im Folienelement vorliegende Spannungen ausgleichen können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beruht auf einer Erhöhung der Leiterbahnlänge, die aus dem überwiegend schrägen Verlauf der Leiterbahn in Bezug auf die x- Achse und die y-Achse resultiert. Der mit der Leiterbahnlänge wachsende elektrische Widerstand der Leiterbahn entspricht, falls die Leiterbahn als eine Antenne, z. B. eine Transponderantenne für RFID-Tags, ausgebildet ist, einer Erniedrigung des Gütefaktors Q, auch Schwingkreisgüte oder Q-Faktor („Q- value") genannt. Während vor allem bei einer doppelseitigen Antenne ein sehr
hoher Gütefaktor im Bereich Q > 30 vorliegen kann, ist für bestimmte
Anwendungen, bei denen eine sehr hohe Datenübertragungsgeschwindigkeit verwendet wird, ein verminderter Gütefaktor für die Kommunikationsstabilität vorteilhaft. Das erfindungsgemäße Folienelement bietet also bei Anwendungen, bei denen eine Modifikation, insbesondere eine Verringerung, des Gütefaktors von Vorteil ist, eine höhere Designfreiheit bei der Findung eines optimal an die jeweilige Anwendung angepassten Antennenlayouts als ein herkömmliches Folienelement. Dabei ist es als günstig zu bewerten, dass eine erfindungsgemäße schräge, z. B. geschwungene, Leiterbahnführung keine signifikante Veränderung der Induktivität der Leiterbahn zur Folge hat.
Das erfindungsgemäße Folienelement eignet sich insbesondere für
Massenprodukte wie RFID-Tags, Kreditkarten, Smart Cards, Passbücher und ähnlichem, bei denen eine kostengünstige Fertigung bei geringem Platzbedarf gefordert ist
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht mindestens eine Elektrodenfläche ausgebildet, die mit der Leiterbahn elektrisch verbunden ist. Die mindestens eine Elektrodenfläche kann als ein Kontaktpunkt für ein Chipmodul und/oder als ein Durchkontaktierungspunkt zu einer auf der gegenüberliegenden Oberfläche der Trägerschicht angeordneten Elektrodenfläche dienen.
Die Schichtdicke der Trägerschicht beträgt vorzugsweise zwischen 12 und
250 μηι, weiter bevorzugt zwischen 50 und 100 pm. Die Trägerschicht besteht hierbei vorzugsweise aus einer Kunststofffolie wie einer PET-, PET-G-, PVC-, PC- , PP-, PS-, PEN-, ABS-, oder einer BOPP-Folie, aus synthetischem Papier oder einem Laminatverbund von zwei oder mehreren solche Schichten (PET-G = PET mit Glycol; PVC = Polyvinylchlorid; PC = Polycarbonat; PP = Polypropylen; PS =
Polystyrol; PEN = Polyethylennaphthalat; ABS = Acrylnitril-Butadien-Styrol- Copolymerisat). Weiter ist es auch möglich, dass die Trägerschicht mehrschichtig ausgebildet ist und beispielsweise aus einer Kunststofffolie und ein oder mehreren Dekorschichten besteht.
Vorzugsweise besitzt das erfindungsgemäße Folienelement eine im Wesentlichen rechteckförmige Form und die y-Richtung entspricht der Richtung der längeren Abmessung der Trägerschicht. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht beträgt vorzugsweise zwischen 1 und 30 pm, weiter bevorzugt zwischen 8 und 20 pm. Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Schicht kann hierbei konstant oder nicht konstant sein. Bei der mindestens einen elektrisch leitfähigen Schicht handelt es sich vorzugsweise um Schichten bestehend oder enthaltend ein metallisches, elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Silber, Chrom, Gold oder eine
Metalllegierung. Weiter ist es auch möglich, dass die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen oder ein solches enthalten, beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Polymer, Graphen oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ITO (= Indium Tin Oxide).
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung fällt der
Diagonalenschnittpunkt des inneren Rechtecks mit dem des Außenrechtecks zusammen, so dass die jeweils gegenüberliegenden Rahmenabschnitte dieselbe Breite aufweisen. Dabei ist es auch möglich, dass alle Rahmenabschnitte des Rahmens dieselbe Breite aufweisen. Der rahmenförmige Bereich bildet einen umlaufenden, in sich geschlossenen Korridor, der vorzugsweise den
Diagonalenschnittpunkt eines aus dem Folienelement gebildeten Produkts mit rechteckförmiger Formgebung, z. B. einer Smart Card, umläuft.
Es ist vorteilhaft, wenn der mindestens eine Leiterbahnabschnitt auf mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 %, seiner Länge schräg zu der x-Achse und
der y-Achse verläuft. Die unerwünschte Welligkeit des Folienelements korreliert negativ mit dem Anteil der Leiterbahn, in dem die Leiterbahn nicht entlang den Hauptrelaxationsrichtungen verläuft; mit anderen Worten, je größer das Verhältnis der Summe der Teilstrecken, in denen die Leiterbahn schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft, zu der Gesamtlänge der Leiterbahn ist, umso geringer ist die sich auf dem Folienelement bildende Welligkeit.
Es ist möglich, dass der mindestens eine Leiterbahnabschnitt in seinem schräg verlaufenden Anteil wellen- oder zickzackförmig, z. B. dreieckförmig oder sägezahnförmig, verläuft. Eine wellenförmige oder eine zickzackförmige
Leiterbahn hat nur unwesentlich geringe bzw. keine Bahnanteile, in denen die Leiterbahn entlang den Hauptrelaxationsrichtungen verläuft. Daher ist eine wellenförmig oder eine zickzackförmig verlaufende Leiterbahn vorteilhaft, um eine unerwünschte Welligkeit des Folienelements zu vermeiden. Es ist möglich, dass der mindestens eine Leiterbahnabschnitt ein Bahnmuster ausbildet, das aus einer Vielzahl gleichartiger, miteinander verbundener Einzelelemente
zusammengesetzt ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die y-Richtung die Maschinenrichtung der Trägerschicht und die x-Achse die quer dazu verlaufende Querrichtung der Trägerschicht angibt. Diese beiden in der Trägerschicht ausgezeichneten Richtungen sind durch eine bevorzugte molekulare Orientierung im Material der Trägerschicht
charakterisiert, die z. B. spektroskopisch oder durch Messung optischer
Eigenschaften wie Doppelbrechung oder Dichroismus bestimmt werden kann. Entlang der Maschinenrichtung und der quer dazu verlaufenden Querrichtung der Trägerschicht weisen mechanische Eigenschaften wie das Elastizitäts-Modul, kurz: E-Modul, die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung, die Bruchdehnung oder die Stoßfestigkeit, aber auch die thermische Instabilität bzw. der Schrumpf im Mittel signifikant voneinander abweichende Messwerte auf.
Es ist möglich, dass die mechanische Eigenschaft ein Verformungsverhalten wie eine Druck- oder Zugfestigkeit, eine Eigenspannung im Material der Trägerschicht
oder ein Relaxationsverhalten, z. B. eine Spannungsrelaxation, insbesondere eine bei einer thermischen Behandlung bei erhöhten Temperaturen auftretende Relaxation des Materials der Trägerschicht, z. B. während eines
Laminationsprozesses bei Temperaturen von ca. 100 °C, ist.
Es ist bevorzugt, dass das Leiterband eine Spule, insbesondere eine als ein elektromagnetisches Koppelelement, z. B. eine Antenne, dienende Spule ausbildet, wobei mindestens eine Windung der Spule das innere Rechteck umläuft. Die Spule weist vorzugsweise 1 bis 10, weiter vorzugsweise 1 bis 4 Windungen auf. Dabei ist eine Windung der Spule jeweils in vier
Leiterbahnabschnitte unterteilt, die sich über je einen der Rahmenabschnitte erstrecken.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Länge einer ersten Seite des inneren Rechtecks mindestens 50 %, vorzugsweise mindestens 60 %, der Länge einer dazu parallelen Seite des äußeren Rechtecks, und die Länge einer zu der ersten Seite des inneren Rechtecks senkrecht verlaufenden Seite des inneren Rechtecks beträgt mindestens 70 %,
vorzugsweise mindestens 75 %, der Länge einer dazu parallelen Seite des äußeren Rechtecks. In diesem Fall bildet der rahmenförmige Bereich ein schmales umlaufendes Flächenband, in dem die Leiterbahn angeordnet ist.
Es ist bevorzugt, wenn die Länge einer ersten Seite des inneren Rechtecks im Bereich von 30 bis 40 mm und die Länge einer dazu parallelen Seite des äußeren Rechtecks im Bereich von 45 bis 55 mm liegt. Es ist weiter bevorzugt, wenn die Länge einer zu der ersten Seite des inneren Rechtecks senkrecht verlaufenden Seite des inneren Rechtecks im Bereich von 60 bis 70 mm und die Länge einer dazu parallelen Seite des äußeren Rechtecks im Bereich von 75 bis 85 mm liegt. Weiter bevorzugt ist es, wenn das durch den rahmenförmigen Bereich gebildete umlaufende Flächenband eine Breite im Bereich von 5 bis 10 mm aufweist.
Es ist weiter möglich, dass das Folienelement eine erste elektrisch leitfähige Schicht, in der in dem rahmenförmigen Bereich des Folienelements eine erste Leiterbahn ausgeformt ist, und eine zweite elektrisch leitfähige Schicht, in der in dem rahmenförmigen Bereich eine zweite Leiterbahn ausgeformt ist, umfasst. Dabei ist die Trägerschicht zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet. Außerdem sind dabei die erste und die zweite Leiterbahn miteinander zu einer Antennenstruktur gekoppelt, vorzugsweise durch eine die Trägerschicht durchdringende Durchkontaktierung. Und mindestens ein
Leiterbahnabschnitt der ersten und zweiten Leiterbahn weist dabei den besagten schrägen Verlauf auf. Die gekoppelten ersten und zweiten Leiterbahnen bilden vorzugsweise eine Spule aus, insbesondere eine als Antenne dienende Spule, z. B. eine Antenne eines RFID-Transponders.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der ersten und/oder der zweiten elektrisch leitfähigen Schicht eine erste und eine zweite Elektrodenfläche ausgebildet, die jeweils mit der ersten und/oder zweiten
Leiterbahn elektrisch verbunden sind. Vorzugsweise sind die erste und die zweite Leiterbahn hierbei über mindestens eine elektrisch leitfähige Durchkontaktierung durch die Trägerschicht miteinander verbunden und/oder kapazitiv oder induktiv miteinander gekoppelt.
Durch eine Veränderung der gegenseitigen Überdeckung, z. B. durch einen Versatz der ersten Leiterbahn relativ zu der zweiten Leiterbahn oder eine
Änderung der Breite einer oder beider Leiterbahnen, können elektrische
Eigenschaften wie die elektrische Kapazität C oder die Resonanzfrequenz f der Antenne verändert und an eine bestimmte Anwendung angepasst werden. Es ist möglich, dass die erste und zweite Leiterbahn sich vollständig überdecken, entsprechend einem sogenannten„Füll Width Overlap" (= FWO). Es ist auch möglich, dass die erste und zweite Leiterbahn sich nur bereichsweise
überdecken, entsprechend einem sogenannten„Partial Width Overlap" (= PWO). Beispielsweise kann eine erste, spulenförmige Leiterbahn zwei Windungen und eine zweite, spulenförmige Leiterbahn eine Windung umfassen, wobei die
Windung der zweiten Leiterbahn, parallel zu der z-Achse gesehen, zwischen den zwei Windungen der ersten Leiterbahn verläuft und diese von beiden Seiten her überlappt. Die vorzugsweise erste Leiterbahn weist vorzugsweise eine Leiterbahnbreite von 0,5 bis 5 mm, weiter bevorzugt von 1 bis 2 mm auf. Es ist möglich, dass die Breite der ersten Leiterbahn größer oder gleich oder kleiner als die Breite der zweiten Leiterbahn ist. Beispielsweise kann eine Reduzierung der Überlappungsfläche zwischen der ersten und zweiten Leiterbahn durch eine Verminderung der Leiterbahnbreite der zweiten Leiterbahn erzielt werden. Auf diese Weise können elektrische Eigenschaften wie die Kapazität C oder die Resonanzfrequenz f der Antenne verändert und an eine bestimmte Anwendung angepasst werden.
Es ist möglich, dass der Verlauf des mindestens einen Leiterbahnabschnitts durch {x;y}-Koordinatenpaare beschrieben wird, die durch eine vorzugsweise
periodische Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) definiert sind. Diese {x;y}- Koordinatenpaare beziehen sich auf das kartesische Koordinatensystem, in dessen xy-Ebene sich die Trägerschicht erstreckt. In den sich parallel zu der x- Achse erstreckenden Rahmenabschnitten wird der Verlauf des mindestens einen Leiterbahnabschnitts durch {x;y}-Koordinatenpaare beschrieben, die durch eine Strukturierungsfunktion y=F(x) definiert sind. In den sich parallel zu der y-Achse erstreckenden Rahmenabschnitten wird der Verlauf des mindestens einen
Leiterbahnabschnitts durch {x;y}-Koordinatenpaare beschrieben, die durch eine Strukturierungsfunktion x=F(y) definiert sind.
Im Falle einer periodischen Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) wird die Periode der Strukturierungsfunktion vorzugsweise kleiner als die doppelte Länge des jeweiligen Rahmenabschnittes insbesondere kleiner als die einfache Länge des Rahmenabschnittes gewählt. Dadurch weist ein Rahmenabschnitt eine halbe Periode der Strukturierungsfunktion, insbesondere eine vollständige Periode der Strukturierungsfunktion auf. Die Rahmenabschnitte weisen vorzugsweise Längen
zwischen 20 mm und 120 mm, besonders bevorzugt zwischen 35 mm und 80 mm auf.
Es ist bevorzugt, dass die Periode einer periodischen Strukturierungsfunktion umso kleiner gewählt wird je höher die Anisotropie der mechanische
Eigenschaften der Trägerschicht ist. Auf diese Weise umfasst der mindestens eine periodisch strukturierte Leiterbahnabschnitt um so mehr Perioden, je höher die Anisotropie der mechanische Eigenschaften der Trägerschicht ist. Es ist bevorzugt, wenn die Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) so ausgebildet ist, dass das Verhältnis einer Summe der Teillängen des mindestens einen
Leiterbahnabschnitts, in denen der Leiterbahnabschnitt schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft, zu einer Gesamtlänge des mindestens einen
Leiterbahnabschnitts maximal ist.
Es ist bevorzugt, wenn die Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) eine Sinusfunktion der Form y = F(x) = A*sin (2*π*Γχ + <p) bzw. x = F(y) = A*sin (2*TT*f*y + φ) ist, wobei A eine Amplitude, f eine Frequenz und φ ein Phasenwinkel ist. Ein als Sinuskurve ausgebildeter Leiterbahnabschnitt verläuft nur in den Maxima und Minima der Sinuskurve parallel zu der x-Achse bzw. y-Achse, d. h. nur in zwei einzelnen Punkten pro Periode. Der Anteil des mindestens einen
Leiterbahnabschnitts, in dem der Leiterbahnabschnitt entlang den
Hauptrelaxationsrichtungen verläuft, ist bei dieser Ausgestaltung also derart gering, dass die Welligkeit der Trägerschicht praktisch minimal ist. Daher bildet eine Sinuskurve einen bevorzugten Verlauf der Leiterbahn.
Es ist möglich, dass mindestens zwei Leiterbahnabschnitte den besagten schrägen Verlauf zeigen, wobei mindestens ein die Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) definierender Parameter in den mindestens zwei Leiterbahnabschnitten jeweils verschiedene Werte besitzt. Parameter, die die Substrukturierungsfunktion definieren, können sein: Amplitude, Frequenz, Phase und Form der
Strukturierungsfunktion F. Bei zwei in demselben Rahmenabschnitt verlaufenden
Leiterbahnabschnitten, in denen die Leiterbahn jeweils überwiegend schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft, müssen die Frequenzen oder die
Amplituden der dem jeweiligen Leiterbahnabschnitt zugeordneten
Strukturierungsfunktionen F(x bzw. y) aufeinander abgestimmt sein, wenn der Abstand der zwei Leiterbahnabschnitte einen bestimmten Schwellwert
unterschreitet. Andernfalls kann es nämlich zu einem einen Kurzschluss bildenden Kontakt zwischen den Leiterbahnabschnitten kommen. Es kann daher vorgesehen sein, dass sich die Frequenz oder die Form der
Strukturierungsfunktion F(x bzw. y) kontinuierlich ändert, so dass die
vorzugsweise wellenförmig oder zickzackförmig in demselben Rahmenabschnitt verlaufenden Leiterbahnabschnitte einen konstanten Abstand voneinander haben.
Es ist möglich, dass alle parallel zur x-Achse verlaufenden Leiterbahnabschnitte oder alle parallel zur y-Achse verlaufenden Leiterbahnabschnitte überwiegend schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft. Es ist auch möglich, dass alle Leiterbahnabschnitte den besagten schrägen Verlauf zeigen.
Es ist möglich, dass zwei Leiterbahnabschnitte, die in zwei verschiedenen, parallelen Rahmenabschnitten verlaufen, bezüglich einer parallel zu den zwei parallelen Rahmenabschnitten verlaufenden Achsensymmetrieachse oder bezüglich eines Punktsymmetriepunkts symmetrisch ausgebildet ist. Es ist auch möglich, dass zwei Leiterbahnabschnitte, die in zwei verschiedenen, parallelen Rahmenabschnitten verlaufen, weitgehend identisch ausgebildet sind,
insbesondere ihre Strukturierungsfunktionen dieselbe Frequenz, dieselbe
Amplitude und dieselbe Phase aufweisen.
Es ist möglich, dass die Länge des mindestens einen Leiterbahnabschnitts um ca. 0,5 bis 30 % größer ist als die Länge eines entsprechenden, nicht schräg verlaufenden Leiterbahnabschnitts, insbesondere eines parallel zur x-Achse oder y-Achse verlaufenden Leiterbahnabschnitts. Dadurch, dass die Leiterbahn in dem mindestens einen Leiterbahnabschnitt, parallel zu der z-Achse gesehen, überwiegend schräg zu der x-Achse und der y-Achse verläuft, z. B. in einer
Wellenform, erhöht sich die Leiterbahnlänge gegenüber einer herkömmlich ausgebildeten Leiterbahn, welche in dem mindestens einen Leiterbahnabschnitt überwiegend parallel zu der x-Achse oder der y-Achse verläuft. Somit erhöht sich der elektrische Widerstand R der Leiterbahn. Falls auf den beiden
gegenüberliegenden Oberflächen, d. h. Front- und Rückseite, der Trägerschicht jeweils eine Leiterbahn, d. h. eine erste und eine zweite Leiterbahn, angeordnet ist, die sich gegenseitig überlappen, erhöht sich durch den schrägen Verlauf der Leiterbahnen auch die absolute Überlappungsfläche der beiden Leiterbahnen. Infolgedessen steigt die elektrische Kapazität C der Leiterbahnen. Bildet die erste oder zweite Leiterbahn eine Antenne oder sind die erste und zweite Leiterbahn miteinander zu einer Antenne gekoppelt, nimmt aufgrund des schrägen Verlaufs der Leiterbahn(en) die Frequenz f der Antenne ab.
Durch eine erfindungsgemäße Strukturierung der Leiterbahn und eine Wahl der Schichtdicke der Leiterbahn können die elektrischen Eigenschaften der als eine Antenne ausgebildeten Leiterbahn beeinflusst werden. Es ist möglich, dass durch die Vergrößerung der Leiterbahnlänge, die aus dem überwiegend schrägen Verlauf der Leiterbahn resultiert, eine höhere Antennen-Kapazität bei praktisch gleich bleibender Antennen-Induktivität resultiert. Es ist möglich, die Kapazität der Antenne anzupassen, insbesondere zu reduzieren, indem die Überlappungsfläche zwischen zwei, vorzugsweise auf zwei verschiedenen Oberflächen der
Trägerschicht angeordneten Leiterbahnen gewählt wird, insbesondere durch eine Reduktion der Leiterbahnbreite einer der Leiterbahnen. Einer sich durch die Vergrößerung der Leiterbahnlänge, die aus dem überwiegend schrägen Verlauf der Leiterbahn resultiert, ergebende Erhöhung des elektrischen Antennen- Widerstands kann durch eine Erhöhung der Schichtdicke der Leiterbahn, z. B. durch Aufbau einer dickeren Cu-Schicht, wieder reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung bietet über das Design des schrägen Verlaufs der Leiterbahn(en) also vielfältige Möglichkeiten zur Anpassung der elektrischen Eigenschaften der Leiterbahn(en), insbesondere einer dadurch gebildeten
Antenne.
Zur Aufbringung und/oder Strukturierung einer ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht auf die Trägerschicht werden vorzugsweise miteinander synchronisierte Verfahren eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist hierbei, wenn in einem ersten Schritt auf eine erste und eine zweite Oberfläche der Trägerschicht jeweils eine strukturierte elektrisch leitfähige Grundschicht aufgebracht wird und sodann in einem Galvanikbad auf jede der Grundschichten eine galvanische Verstärkungsschicht aufgebracht wird. Das Galvanikbad kann dabei mehrere Teilbäder aufweisen und stromlos oder auch strombehaftet sein, wobei einzelne Teilbäder stromlos und andere Teilbäder strombehaftet sein können. Die elektrisch leitfähige Grundschicht wird hierbei vorzugsweise mittels eines
Druckverfahrens strukturiert. So ist es beispielsweise möglich, dass ein leitfähiges Material, beispielsweise eine leitfähige Tinte oder Paste, in den Bereichen auf die erste und zweite Oberfläche des Trägersubstrats aufgedruckt wird, in denen später in der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht die erste Leiterbahn bzw. die zweite Leiterbahn ausgeformt sein sollen. Im weiteren ist es auch möglich, dass die Grundschicht in einem ersten Schritt vollflächig auf die erste und zweite Oberfläche der Trägerschicht aufgebracht wird, z. B. mittels
Bedampfung oder mittels Laminierung als dünne Metallschicht, und sodann ein Ätz-Resist in den Bereichen aufgedruckt wird, in denen die erste oder zweite Leiterbahn in der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht ausgeformt werden soll. Anschließend wird die Grundschicht in den nicht mit dem Ätz-Resist bedeckten Bereichen mittels eines Ätz-Mittels, beispielsweise einer Lauge, entfernt und anschließend der Ätz-Resist ebenfalls entfernt. Weiter ist es auch möglich, die Grundschicht durch Aufdrucken eines Ätzmittels auf die vollflächige Grundschicht oder Aufdrucken einer Waschmaske vor Aufbringen der
vollflächigen Grundschicht zu strukturieren oder auf eine elektrisch leitfähige Grundschicht in den Bereichen, in denen in der ersten und zweiten leitfähigen Schicht keine elektrisch leitfähigen Bereiche ausgeformt sein sollen, eine dielektrische Sperrschicht aufzudrucken, welche die galvanische Anlagerung der galvanischen Verstärkungsschicht in diesen Bereichen verhindert. Die
strukturierte Grundschicht kann auch beispielsweise direkt laminiert oder heißgeprägt oder kaltgeprägt werden.
Das Aufbringen der leitfähigen Druckstoffe, der Ätz-Resistschicht, des Ätzmittels und der dielektrischen Sperrschicht erfolgt hierbei vorzugsweise mittels zweier miteinander synchronisierter Druckwerke, wobei das eine Druckwerk die erste Oberfläche der Trägerschicht und das zweite Druckwerk die gegenüberliegende zweite Oberfläche der Trägerschicht bedruckt. Die Druckwerke sind hierbei bevorzugt einander gegenüberliegend auf unterschiedlichen Seiten der
Trägerschicht angeordnet und über mechanische oder elektrische Mittel oder über mittels Sensoren an den Druckwerken detektierter Registermarken auf der Trägerschicht miteinander verkoppelt, um registergenau, d. h. lagegenau zueinander zu arbeiten. Als Druckverfahren wird hierbei vorzugsweise Tiefdruck, Offset-Druck, Siebdruck, Tampon-Druck oder Tintenstrahldruck eingesetzt.
Durch diese Vorgehensweise wird zum einen eine kostengünstige registrierte, d. h. zueinander lagegenaue Strukturierung der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht erzielt. Weiter ist es hierdurch möglich, die galvanischen Verstärkungsschichten der ersten und zweiten elektrisch leitfähigen Schicht gleichzeitig in einem gemeinsamen Galvanik-Prozess zu fertigen, wodurch zum einen die Produktionskosten und die Produktionszeit verringert werden kann und zum anderen Durchkontaktierungen zur Verbindung der leitfähigen Schichten durch die Trägerschicht ohne zusätzliche Aufwendungen mitgefertigt werden können, und somit die hierzu notwendigen Prozessschritte eingespart werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung erläutert. Fig. 1 zeigt Draufsichten einer ersten Leiterbahn, einer zweiten Leiterbahn und einer Überlagerung der ersten und der zweiten Leiterbahn bei einem herkömmlichen Folienelement.
Fig. 2 bis 4 zeigen schematische, nicht maßstabsgetreue Schnittdarstellungen von Folienkörpern zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zur Herstellung eines mehrschichtigen Folienelements.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine Leiterbahn gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Folienelements.
Fig. 6 zeigt Draufsichten der Leiterbahn nach Fig. 5, einer zweiten
Leiterbahn und einer Überlagerung der ersten und der zweiten Leiterbahn gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7 bis 12 zeigen Draufsichten einer Leiterbahn, einer zweiten Leiterbahn und einer Überlagerung der ersten und der zweiten Leiterbahn gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.
Fig. 1 zeigt Leiterbahnen eines herkömmlichen Folienelements. Im Teil a) ist eine Draufsicht auf eine erste Leiterbahn 27 des herkömmlichen Folienelements, im Teil b) eine Draufsicht auf eine zweite Leiterbahn 37 des herkömmlichen
Folienelements, und im Teil c) eine Draufsicht auf eine Überlagerung der ersten und der zweiten Leiterbahn gemäß dem herkömmlichen Folienelement dargestellt. Die erste Leiterbahn 27 wird auf einer ersten Oberfläche einer nicht dargestellten Trägerschicht angeordnet, die sich entlang einer xy-Ebene E eines kartesischen Koordinatensystems mit einer x-Achse 61 , einer y-Achse 62 und einer z-Achse 63 erstreckt. Die zweite Leiterbahn 37 wird auf einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der Trägerschicht
angeordnet. Dabei werden die erste und die zweite Leiterbahn 27, 37 so angeordnet, dass die Leiterbahnen 27, 37, wie in Teil c) gezeigt, überlappen, gemäß einem PWO-Antennendesign.
Auf der ersten Oberfläche der Trägerschicht sind erste Kontaktflächen 28 angeordnet, die mit der ersten Leiterbahn 27 elektrisch verbunden sind. Auf der
zweiten Oberfläche der Trägerschicht sind zweite Kontaktflächen 38 angeordnet, die mit der zweiten Leiterbahn 37 elektrisch verbunden sind. Die ersten und/oder zweiten Kontaktflächen 28, 38 dienen als Stirnflächen von Durchkontaktierungen durch die Trägerschicht, um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Leiterbahn 27 und der zweiten Leiterbahn 37 zu schaffen oder als Kontaktpunkte zur Kontaktierung eines Chipmoduls, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Chipmodul und der ersten Leiterbahn 27 und/oder der zweiten Leiterbahn 37 zu schaffen. Fig. 4 zeigt ein mehrschichtiges Folienelement 1 mit einer Trägerschicht 10, einer auf einer ersten Oberfläche der Trägerschicht 10 angeordneten ersten elektrisch leitfähigen Schicht 20, einer die erste elektrisch leitfähige Schicht 20
überdeckenden ersten Dekorschicht 41 , einer auf die erste Dekorschicht 41 aufgebrachten ersten Schutzschicht 43, einer auf einer zweiten Oberfläche der Trägerschicht 10 angeordneten zweiten elektrisch leitfähigen Schicht 30, einer die zweite elektrisch leitfähige Schicht 30 überdeckenden zweiten Dekorschicht 42 und einer auf der zweiten Dekorschicht 42 aufgebrachten zweiten Schutzschicht 44. Die Trägerschicht 10 wird von einer Kunststofffolie, vorzugsweise einer PET-,
PET-G, PVC-, ABS-, Polycarbonat- oder einer BOPP-Folie, synthetischem Papier oder einem Laminatverbund von zwei oder mehreren solche Schichten mit einer Dicke zwischen 12 und 250 μπι, vorzugsweise zwischen 50 und 100 μιτι gebildet. Die Trägerschicht 10 besteht hierbei vorzugsweise aus einer transparenten Kunststofffolie.
Bei den Schutzschichten 43 und 44 handelt es sich um Schutzlackschichten einer Dicke von 1 bis 5 pm. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich bei den
Schutzschichten 43 und 44 um eine Kunststofffolie, synthetisches Papier oder ein Laminatverbund von beiden, mit einer Dicke zwischen 12 und 100 m, bevorzugt von etwa 50 μιτι handelt.
Bei den Dekorschichten 41 und 42 handelt es sich im einfachsten Fall wenigstens in einem Teilbereich um musterförmig ausgeformte Farblackschichten. Es ist jedoch auch möglich, dass die Dekorschichten 41 und 42 ein oder mehrere optisch variable Effekte zeigen, welche als Sicherheitsmerkmal dienen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Dekorschichten 41 und 42 aus einem
Bindemittel mit damit vermischten optisch aktiven Pigmenten, insbesondere Effektpigmenten wie Metall-Pigmenten und/oder Dünnfilmschicht-Pigmenten und/oder Flüssigkristallpigmenten, oder UV- oder IR-aktivierbare, lumineszente Pigmente, besteht (UV = Ultraviolett; IR = Infrarot). Auch in diesem Fall sind die Dekorschichten 41 und 42 bevorzugt musterförmig ausgestaltet und zeigen hierbei bevorzugt auch unterschiedliche Darstellungen.
Bei den elektrisch leitfähigen Schichten 20 und 30 handelt es sich vorzugsweise um Schichten oder Schichtpakete bestehend oder enthaltend ein metallisches, elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise Aluminium, Kupfer, Silber, Chrom, Gold oder eine Metalllegierung. Weiter ist es auch möglich, dass die elektrisch leitfähigen Schichten 20 und 30 aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen oder ein solches enthalten, beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Polymer oder ein transparentes, elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ITO.
Die Herstellung der elektrisch leitfähigen Schichten 20 und 30 sowie deren Ausgestaltung wird im Folgenden anhand der Figuren Fig. 1 bis Fig. 4 erläutert. Zur Herstellung der elektrisch leitfähigen Schichten wird in einem ersten Schritt eine elektrisch leitfähige Grundschicht auf die sich in der xy-Ebene E
erstreckende Trägerschicht 10 aufgebracht. So zeigt Fig. 2 die Trägerschicht 10, auf deren einen Oberfläche eine Grundschicht 21 und auf deren
gegenüberliegenden, anderen Oberfläche die Grundschicht 31 aufgebracht ist.
Die Grundschichten 21 und 31 bestehen hierbei vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Druckstoff, beispielsweise aus einer Metallpartikel,
insbesondere Silberpartikel oder Eisenpartikel, enthaltenden elektrisch leitfähigen Tinte oder Paste. Die Grundschichten 21 und 31 werden hierbei auf die
Trägerschicht 10 mittels eines Druckverfahren aufgedruckt, vorzugsweise mittels eines Tiefdruckverfahren in einem Auftragdicke von zwischen 0,5 und 5 μιτι aufgedruckt und sodann getrocknet. Vorzugsweise erfolgt das Aufdrucken der Grundschichten 21 und 31 hierbei mittels zweier synchronisierter Druckwerke, wobei das eine Druckwerk auf der einen Seite der Trägerschicht 10 angeordnet ist und das zweite Druckwerk gegenüberliegend zum ersten Druckwerk auf der anderen Seite der Trägerschicht 10 angeordnet ist. Die Synchronisation der beiden Druckwerke erfolgt durch eine mechanische Kopplung der Druckwerke oder durch eine entsprechende elektrische Kopplung, d. h. Austausch
entsprechender Synchronisationsdaten. Durch diese Vorgehensweise wird zum einen eine hohe Registergenauigkeit, d. h. Lagegenauigkeit, beim Aufdruck der Grundschichten 21 und 31 erzielt und zum anderen eine hohe
Produktionsgeschwindigkeit erzielt. Die Dicke der Grundschichten 21 und 31 nach Trocknung beträgt vorzugsweise 0,3 bis 3 μητι.
In einem zweiten Schritt wird der die Trägerschicht 10 und die Grundschichten 21 und 31 umfassende Folienkörper einer Galvanik-Station zugeführt, in der in dem Bereich, in dem die elektrisch leitfähigen Grundschichten 21 und 31 vorgesehen sind, eine galvanische Verstärkungsschicht durch einen strombehafteten
Galvanikprozess abgeschieden wird. Hierzu werden die elektrisch leitfähigen Grundschichten 21 und 31 durch Elektroden kontaktiert und mit einem
Spannungspotential beaufschlagt, sodass aus dem Elektrolyt des Galvanik-Bads eine galvanische Verstärkungsschicht 22 bzw. 32 auf den Grundschichten 21 und 31 abgeschieden wird, wie in Fig. 3 dargestellt. Das Abscheiden der galvanischen Verstärkungsschichten 32 und 22 erfolgt hierbei vorzugsweise parallel in ein und demselben Galvanik-Bad, wodurch weitere Vorteile erzielt werden, wie bereits oben erläutert.
Vorzugsweise bestehen die galvanischen Verstärkungsschichten 22 und 32 hierbei aus einem metallischen Material, welches sich von dem elektrisch
leitfähigen Material der Grundschichten 21 und 31 unterscheidet. Die Schichtdicke der galvanischen Verstärkungsschichten 22 und 32 beträgt vorzugsweise zwischen 0,7 und 25 μηι, sodass die Gesamtdicke der elektrisch leitfähigen Schichten 20 und 30 zwischen 1 und 30 μητι beträgt.
Nach einem Reinigungsprozess und einer Trocknung werden sodann die
Dekorschichten 41 und 42 und die Schutzlackschichten 43 und 44 aufgebracht und sodann die Folienelemente mit einem anderen Teil eines
Sicherheitsdokuments integriert oder vorerst durch einen Schneid- oder
Stanzprozess vereinzelt.
Auf das Aufbringen ein oder mehrerer der Schichten 41 , 42, 44 und 44 kann jedoch auch verzichtet werden. Die Ausformung der elektrisch leitfähigen Schichten 20 und 30 wird hierbei durch den anhand von Fig. 2 beschriebenen Druckprozess gesteuert. Fig. 1a
verdeutlicht hierbei prinzipiell eine hierdurch erzielte Ausformung der elektrisch leitfähigen Schicht 20 und Fig. 1b eine hierdurch erzielte Ausformung der elektrisch leitfähigen Schicht 30. Im Gegensatz zu dem PWO-Antennendesign der Fig. 1c zeigen die Schnitte der Fig. 2 bis 4 eine gegenseitige Anordnung der Leiterbahnen 20 und 30 gemäß einem FWO-Antennendesign, wobei die Breite der Leiterbahn 30 kleiner als die Breite der Leiterbahn 20 ist.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht entlang einer z-Achse 63 eines kartesischen
Koordinatensystems mit einer x-Achse 61 , einer y-Achse 62 und der z-Achse 63 auf ein erfindungsgemäßes Folienelement 1. Das Folienelement 1 umfasst eine Trägerschicht 10, die parallel zu der xy-Ebene E des Koordinatensystems verläuft. Die Trägerschicht 10 ist so orientiert, dass eine mechanische
Eigenschaft, z. B. das E-Modul der Trägerschicht 10, entlang der x-Achse 61 und der y-Achse 62 unterschiedlich ist.
Das Folienelement 1 umfasst außerdem eine auf einer ersten Oberfläche, z. B. einer Vorderseite, der Trägerschicht 10 angeordnete Leiterbahn 27. Die
Leiterbahn 27 ist in einem rahmenförmigen Bereich 5 des Folienelements 1 ausgeformt, welcher durch die Fläche eines größeren, äußeren Rechtecks 80, wiedergegeben durch die gestrichelte Begrenzungslinie, mit zwei parallel zur x- Achse 61 verlaufenden Seiten 81 , 83 und zwei parallel zur y-Achse 62
verlaufenden Seiten 82,84 gebildet ist, aus der die Fläche eines kleineren, inneren Rechtecks 90, wiedergegeben durch die strich-punktierte
Begrenzungslinie, mit gleicher Orientierung wie das äußere Rechteck 80 ausgespart ist.
Das Folienelement 1 umfasst ferner auf der ersten Oberfläche der Trägerschicht 10 angeordnete Kontaktflächen 38a, 38b, 38c, z. B. in Form von
Durchkontaktierungsflächen oder sogenannten Bond Pads zum Anordnen eines elektrischen Bauelements wie eines Chipmoduls, das mit der Leiterbahn 27 elektrisch verbunden wird. Die Kontaktflächen 38a, 38b, 38c sind mit der
Leiterbahn 27 galvanisch verbunden.
Der rahmenförmige Bereich 5 ist in zwei parallel zur x-Achse 61 verlaufende Rahmenabschnitte 51 , 53 und zwei parallel zur y-Achse 62 verlaufende
Rahmenabschnitte 52, 54 unterteilt, die jeweils von einer begrenzenden Seite 81 ,
82, 83, 84 des äußeren Rechtecks 80 und einer der begrenzenden Seite 81 , 82,
83, 84 des äußeren Rechtecks 80 unmittelbar benachbarten und dazu parallelen Seite 91 , 92, 93, 94 des inneren Rechtecks 90 begrenzt sind.
Die Leiterbahn 27 ist spulenförmig ausgebildet, wobei die Spule eine erste Windung 71 , eine zweite Windung 72 und eine Kontakthilfsstruktur 73d umfasst. Die Kontakthilfsstruktur 73d („auxiliary line") kann dazu dienen, dass die mit der Kontakthilfsstruktur 73d verbundene Kontaktfläche 38c galvanisch verstärkt werden kann.
Die Rahmenabschnitte 51 , 52, 53, 54 unterteilen die Leiterbahn 27 in
Leiterbahnabschnitte 71a bis 71 d, 72a bis 72d und 73d. So sind einem ersten Rahmenabschnitt 51 die Leiterbahnabschnitte 71a und 72a, einem zweiten Rahmenabschnitt 52 die Leiterbahnabschnitte 71b und 72b, einem dritten
Rahmenabschnitt 53 die Leiterbahnabschnitte 71c und 72c und einem vierten Rahmenabschnitt 54 die Leiterbahnabschnitte 71 d, 72d und 73d zugeordnet.
Die Leiterbahnabschnitte 71b, 72b, 71d, 72d, 73d verlaufen, parallel zu der z- Achse 63 gesehen, auf mehr als 50 % ihrer Länge schräg zu der x-Achse 61 und der y-Achse 62. Die Leiterbahnabschnitte 71b und 72b verlaufen wellenförmig mit gleicher und konstanter Periode, mit gleicher und konstanter Amplitude, mit gleicher Phase und mit konstantem Abstand zueinander. Dabei ändert sich die Form der Wellen zwischen einem Wellenberg und einem folgenden Wellental. Die Leiterbahnabschnitte 71b und 72b verlaufen wellenförmig mit gleicher Periode und konstantem Abstand zueinander. Die Wellenform weist ca. 6 Perioden auf. Dabei ändert sich die Form der Wellen zwischen einem Wellenberg und einem folgenden Wellental.
Die Leiterbahnabschnitte 71 d und 72d verlaufen im Wesentlichen in gleicher Weise wie die gegenüberliegenden Leiterbahnabschnitte 71b und 72b, nur in gespiegelter Orientierung bezüglich einer parallel zur y-Achse 62 verlaufenden Spiegelachse. Der Leiterbahnabschnitte 73d verläuft ebenfalls wellenförmig mit konstanter Amplitude, mit derselben Periode und derselben Phase wie die
Leiterbahnabschnitte 71 b, 72b, 71 d und 72d, aber mit einer anderen Wellenform.
Fig. 6 zeigt im Teil a) eine Draufsicht der ersten Leiterbahn 27 nach Fig. 5, entgegen der Richtung der z-Achse 63 gesehen. Fig. 6 zeigt im Teil b) eine Draufsicht einer zweiten Leiterbahn 37, die auf einer zweiten Oberfläche, z. B. einer Rückseite, der Trägerfolie 10 angeordnet ist, in derselben Blickrichtung wie in Teil a). Die zweite Leiterbahn 37 ist durch die Rahmenabschnitte 51 bis 54 in die Leiterbahnabschnitte 74a bis 74d unterteilt. Die zweite Leiterbahn 37 weist in den Leiterbahnabschnitten 74b bis 74d jeweils ca. 6 Perioden der Wellenform auf.
Neben der zweiten Leiterbahn 37 sind auch Kontaktflächen 39a, 39b und 39c auf der zweiten Oberfläche der Trägerfolie 10 angeordnet, von denen nur die
Kontaktflächen 39b und 39c mit der zweite Leiterbahn 37 elektrisch verbunden sind.
Fig. 6 zeigt im Teil c) eine Draufsicht auf eine Überlagerung der ersten Leiterbahn 27 und der zweiten Leiterbahn 37, in der Weise, wie sie auf der Trägerfolie 10 angeordnet werden, in derselben Blickrichtung wie im Teil a) und im Teil b).
Aufgrund des ähnlichen Verlaufs der Leiterbahnen 27, 37 in den
Rahmenabschnitten 51 bis 54 überlappen die Leiterbahnen 27, 37 registergenau, jedoch nur teilweise, wobei die Fläche der Leiterbahn 37 jeweils teilweise mit den Flächen zweier benachbarter Leiterbahnen 27 und mit deren Zwischenraum überlappt (Partial Width Overlap = PWO) Fig. 7 bis Fig. 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Leiterbahnen 27, 37 in der Darstellungsart nach Fig. 6. Die Unterschiede dieser Ausführungsbeispiele sind in der Tabelle 1 zusammengefasst, die auch Vergleichswerte zu einer herkömmlichen Folienelement nach Fig. 1 enthält. Dabei beziehen sich die darin angegebenen Messwerte auf die Überlagerung der ersten Leiterbahn 27 und der zweiten Leiterbahn 37 gemäß Teil c) der Fig. 1 und 7 bis 12 beziehen. Auf eine Antenne bezogene Messwerte beziehen sich auf die Antenne, die durch die Kopplung der ersten und zweiten Leiterbahnen gebildet wird.
Tabelle 1
Im Folgenden wird eine Erläuterung der Tabelle 1 gegeben.
Die in Zeile 1 angegebene Dicke gibt die Dicke der aufgalvanisierten Kupfer- Leiterbahnen in der Einheit μιη an.
Die in Zeile 2 angegebene Symmetrie gibt an, ob Leiterbahnabschnitte in gegenüberliegenden Rahmenabschnitten zueinander symmetrisch (= S) oder asymmetrisch (= AS) sind.
Die in Zeile 3 angegebene Frequenz gibt die Resonanzfrequenz f der Antenne der Einheit MHz an.
Der in Zeile 4 angegebene Widerstand gibt den elektrischen Widerstand der Antenne in der Einheit Ohm an.
Der in Zeile 5 angegebene Q-Faktor gibt den Gütefaktor der Antenne an.
Die in Zeile 6 angegebene Induktivität gibt die Induktivität der Antenne in der Einheit μΗ an.
Die in Zeile 7 angegebene Amplitude gibt die Amplitude der Wellen in Prozent an. Die in Zeile 8 angegebene Größe„Wellen, oben" gibt die Anzahl der Wellen (=Periodenanzahl) im oberen Rahmenabschnitt an.
Die in Zeile 9 angegebene Größe„Wellen, unten" gibt die Anzahl der Wellen (=Periodenanzahl) im unteren Rahmenabschnitt an.
Die in Zeile 10 angegebene Größe„Wellen, links" gibt die Anzahl der Wellen (=Periodenanzahl) im linken Rahmenabschnitt an.
Die in Zeile 11 angegebene Größe„Wellen, rechts" gibt die Anzahl der Wellen (=Periodenanzahl) im rechten Rahmenabschnitt an.
Die in Zeile 12 angegebene Größe„Rang, Wellen" gibt eine Rangfolge in Bezug auf die Anzahl der Wellen der beschriebenen Antennen an, wobei die Antenne mit der höchsten Anzahl von Wellen die höchste Zahl erhält.
Die in Zeile 13 angegebene Größe„Rang, Frequenz" gibt eine Rangfolge in
Bezug auf die Resonanzfrequenz f der Antenne in der Einheit MHz an, wobei die
Antenne mit der höchsten Frequenz die höchste Zahl erhält.
Die in Zeile 14 angegebene Größe„Rang, Widerstand" gibt eine Rangfolge in
Bezug auf den elektrischen Widerstand der beschriebenen Antennen an, wobei die Antenne mit dem höchsten Widerstand die höchste Zahl erhält.
Die in Zeile 15 angegebene Größe„Rang, Q-Faktor" gibt eine Rangfolge in Bezug auf den Gütefaktor der beschriebenen Antennen an, wobei die Antenne mit dem höchsten Gütefaktor die höchste Zahl erhält.
Die in Zeile 16 angegebene Länge gibt die Länge der Antenne in Prozent an. Die in Zeile 17 angegebene Größe„Rang, Länge" gibt eine Rangfolge in Bezug auf die Länge der beschriebenen Antennen an, wobei die Antenne mit der kleinsten Länge die höchste Zahl erhält.
Bezugszeichenliste
1 Folienelement
5 rahmenförmiger Bereich
10 Trägerschicht
20 erste elektrisch leitfähige Schicht
21 Grundschicht
22 Verstärkungsschicht
27 Leiterbahn
28 Kontaktfläche
30 zweite elektrisch leitfähige Schicht
31 Grundschicht
32 Verstärkungsschicht
37 Leiterbahn
38, 39 Kontaktfläche
41 , 42 Dekorschicht
43, 44 Schutzlackschicht
51-54 (erster bis vierter) Rahmenabschnitt
61 x-Achse
62 y-Achse
63 z-Achse
70 Spule
71a-d Leiterbahnabschnitte
72a-d Leiterbahnabschnitte
73d Leiterbahnabschnitt, Hilfsstruktur
74a-d Leiterbahnabschnitte
80 äußeres Rechteck
81-84 (erste bis vierte) Seite
90 inneres Rechteck
91-94 (erste bis vierte) Seite
E xy-Ebene