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1. WO2020114628 - AUFBRINGUNG UND BEFESTIGUNG VON EINZELELEMENTEN AUF EINER SUBSTRATBAHN

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

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Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf einer Substratbahn

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Aufbringung und Befestigung von Einzelelementen auf vorbestimmten Positionen auf ei ner Oberfläche einer sich bewegenden Substratbahn.

Hierzu ist beispielsweise aus WO 03/0548808 A2, US 6,417,025 oder

WO 01 / 33621 A2 ein sogenannter„Fluid-Self-Assembly-Process" bekannt, bei dem integrierte Schaltkreise, sogenannte Chips, in Vertiefungen einer Folie„eingespült" oder eingeschwemmt werden. Beispielsweise wird eine Trägerfolie in Endlosform mit Vertiefungen versehen, die in etwa die Größe des einzulagernden Chips aufweisen. Die Vertiefungen sind dabei derart über die Endlosfolie verteilt, dass beim späteren Zerteilen der Folie in ein-zelne Sicherheitselemente die gewünschte Anzahl von Chips im Sicherheit selement enthalten ist. Im nächsten Schritt wird die so präparierte Folie mit einer die Chips enthaltenden Flüssigkeit übergossen. Dabei werden die Chips in die Vertiefungen eingeschwemmt und richten sich auf diese Art und Weise selbst aus.

Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik das sogenannte„pick-and-place" Verfahren bekannt, bei dem ein Greif arm ein Einzelelement einem Vorratsbehälter entnimmt und an eine gewünschte Stelle einer Substratbahn positioniert und dort befestigt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass es sehr langsam ist und deshalb nicht eine Vielzahl von Einzelelemen ten in kurzer Zeit auf die Substratbahn aufbringen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass die Nachteile des Standes der Technik behoben werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche ge löst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen An sprüche.

Erfindungs gemäß weist das Verfahren die folgenden Schritte auf:

a) Bereitstellen eines rotativen Zylinders oder eines umlaufenden Bandes, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist,

b) Bereitstellen einer bestimmten Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, so dass durch jeweils eine Befestigungsvorrichtung an jeweils einer vor bestimmten Position an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes jeweils ein Einzelelement befestigt werden kann und außerhalb der Befestigungsvorrichtungen kein Einzelelement befes tigt werden kann,

c) Zuführen einer Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, wobei die Anzahl n größer oder gleich der Anzahl m ist oder wobei an jeder einzelnen Befes tigungsvorrichtung eine Mehrzahl von Einzelelementen zur Verfügung steht, wobei die Einzelelemente, die mit einer Befestigungsvorrichtung in Kontakt kommen, durch die Befestigungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, d) Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befestigungsvorrich tung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylinders o- der des umlaufenden Bandes,

e) In Kontakt Bringen der Außenseite des rotativen Zylinders oder des um laufenden Bandes mit der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn und Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zy- linders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewe genden Substratbahn,

f) Wiederholung der Schritte c) bis e) so lange, bis an allen vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn jeweils ein Einzelelement befestigt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen rotativen Zylinder oder ein umlaufendes Band auf, wobei der rotative Zylinder oder das umlaufende Band eine Innenseite und eine Außenseite aufweist und wobei an der Au ßenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes eine be stimmte Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen angebracht sind. Jeweils eine Befestigungsvorrichtung befestigt hierbei jeweils ein Einzelelement an jeweils einer vorbestimmten Position auf der Oberfläche der sich bewegen den Substratbahn.

Der Begriff„Einzelelement" bezeichnet dabei elektrische oder elektronische Bauelemente oder Bauteile wie beispielsweise Mikroprozessoren mit und ohne integrierten Antennen, LEDs, Sensoren, Batterien, Solarzellen, Wider stände, Kondensatoren, Transistoren oder dergleichen. Er umfasst darüber hinaus auch optische Elemente wie beispielsweise Linsen, Fresnel-Linsen oder Polarisatoren sowie auch Sicherheitselemente für Sicherheitsdokumen te.

Als„Substratbahn" kommt Rollenware in Form von Papier, Kunststoff, Glas oder Textil und jegliche Art von Verbundmaterialien infrage, beispielsweise kohlefaserverstärkte Materialien. Dieselben Materialien können auch in Bo genform, in Form von Platten oder Formatware vor liegen und verarbeitet werden. Die Bahnbreite kann beispielsweise 1 m oder mehr betragen, die Bahngeschwindigkeit einer sich bewegenden Substratbahn beträgt üblicher weise mindestens 1 m/ min. Die Oberfläche der sich bewegenden Substrat- bahn ist hierbei die Vorder- und/ oder Rückseite der Substratbahn und ins besondere nicht deren Seitenflächen, deren Fläche bezogen auf die Fläche der Vorder- oder Rückseite vernachlässigbar gering ist.

Vorbestimmte Positionen auf einer Oberfläche einer sich bewegenden Sub stratbahn werden von einem Benutzer vorbestimmt und festgelegt, sie sind also nicht stochastisch oder zufällig angeordnet. Bevorzugt sind die vorbe stimmten Positionen rasterartig beziehungsweise regelmäßig in Spalten und Reihen auf der Oberfläche der Substratbahn angeordnet, wobei die Spalten und Reihen jeweils einen vorbestimmten Abstand voneinander aufweisen. Selbstverständlich ist auch eine Anordnung mit einem vorgegebenen Versatz zwischen den Reihen und/ oder Spalten möglich oder können die Reihen und/ oder Spalten in Form geschwungener oder gezackter Linien angeordnet sein.

Die vorbestimmten Position an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes, an denen jeweils ein Einzelelement befestigt wer den kann und an denen sich die Befestigungsvorrichtungen befinden, kor respondieren mit den vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn. Dies bedeutet, dass die Befestigungsvorrichtun gen so an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes angeordnet sind, dass sie die Einzelelemente auf die vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn aufbrin gen. Die Anordnung der Befestigungsvorrichtungen an der Außenseite des rotativen Zylinders entspricht also der Anordnung der vorbestimmten Posi tionen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn.

Als Klebstoff können alle aus dem Stand der Technik bekannten Klebstoffe oder Adhäsive verwendet werden, die ein Einzelelement derart auf der Sub stratbahn befestigen, dass das Einzelelement sofort auf der Substratbahn klebt ohne dass es bei der Bewegung der Substratbahn wieder von der Sub stratbahn abgelöst wird.

Anwendungen der erfindungsgemäß platzierten Elemente betreffen bei spielsweise Sicher heitsdokumente wie Banknoten oder ID-Karten mit Chips oder auch Verpackungsmaterial, Etiketten oder sonstige zweidimensionale Produkte. Dabei können beispielsweise optische Elemente zur Erhöhung der visuellen Attraktivität eingesetzt werden. In einem anderen Beispiel werden Chips zur Bearbeitung, Speicherung und Ausgabe von Daten, beispielsweise zu Authentifizierungszwecken, verwendet. Ferner sind auch andere Funkti onalitäten wie Sensoren denkbar.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge sehen, dass die Substratbahn, nachdem sie mit den Einzelelementen verse hen wurde, in einzelne Nutzen zerschnitten wird. Derartige Nutzen sind beispielsweise die erwähnten Sicherheitsdokumente.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Anzahl n von Einzelelementen gleich der Anzahl m von Befestigungsvorrichtungen ist. Hierbei wird der Verfahrensschritt c) so lange durchgeführt, bis sich an allen Befestigungsvorrichtungen jeweils ein Einzelelement befindet. An jeder Befestigungs Vorrichtung befindet sich also nach Abschluss des Verfahrens schritts d) genau ein Einzelelement.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge sehen, dass in Schritt c) das Zuführen der Anzahl n von Einzelelementen auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes durch Aufschütten und/ oder Einschwemmen und/ oder Aufsprühen und/ oder Einblasen der Einzelelemente auf die Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Schritt d) das Entfernen der Einzelelemente, die nicht durch eine Befesti gungsvorrichtung an der Außenseite des rotativen Zylinders oder des um laufenden Bandes befestigt werden, von der Außenseite des rotativen Zylin ders oder des umlaufenden Bandes durch Abstreichen und/ oder Abblasen und/ oder Absaugen und/ oder Herabfallen dieser Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes erfolgt. Überschüssige Einzelelemente, die keiner freien Befestigungsvorrichtung mehr zugeordnet werden können, werden somit wieder von dem rotativen Zylinder oder dem umlaufenden Band entfernt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorge sehen, dass an mindestens einer, bevorzugt an allen vorbestimmten Positio nen auf der Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eine Vertiefung in die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn eingebracht wird, wobei die Fläche der jeweiligen Vertiefung so groß ist, dass in jeweils eine Vertie fung jeweils ein Einzelelement eingebracht werden kann. Dies hat den be sonderen Vorteil, dass bei einem Entfernen überschüssiger Einzelelemente, beispielsweise durch Abstreichen oder Abwischen, die bereits festgeklebten Einzelelemente nicht wieder von der Substratbahn abgerissen werden. In den Vertiefungen kann sich dabei ein Klebstoff befinden, der die Einzelele mente in der Vertiefung zusätzlich befestigt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Befestigungsvorrichtungen durch Öffnungen in der Außenseite des rota tiven Zylinders oder des umlaufenden Bandes gebildet werden, durch die die Einzelelemente mittels Unterdrück an die Außenseite des rotativen Zy linders oder des umlaufenden Bandes angesaugt werden, wobei der Unter drück im Inneren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlau- fenden Bandes erzeugt wird. Die Fläche der jeweiligen Öffnung ist dabei so klein, dass kein Einzelelement hindurchpasst und somit nicht durch die Öff nung hindurchrutscht. Die Einzelelemente werden somit durch einen Unter drück in den Öffnungen an Außenseite des rotativen Zylinders oder des um laufenden Bandes gesaugt.

Alternativ dazu können die Befestigungsvorrichtungen auch durch Magnete oder elektrostatische Vorrichtungen oder adhäsive beziehungsweise kleben de Vorrichtungen gebildet werden, die an der Außenseite des rotativen Zy linders oder des umlaufenden Bandes angebracht sind.

Besonders bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass in Schritt e) das Übertragen der Einzelelemente von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des um laufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn durch Abschalten des Unterdrucks oder des Magnetfelds des Magneten oder der elektrostatischen Vorrichtung oder der adhäsiven Vorrichtung ermög licht beziehungsweise erleichtert wird.

Zusätzlich können die Einzelelemente auch durch einen Überdruck im Inne ren des rotativen Zylinders oder an der Innenseite des umlaufenden Bandes oder eine Umpolung des Magnetfelds des Magneten von der Außenseite des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes auf die Oberfläche der sich bewegenden Substratbahn gepresst werden.

Zusätzlich kann auch die sich bewegende Substratbahn an den vorgesehe nen Positionen porös sein, so dass ein Vakuum oder Unterdrück durch die Substratbahn angelegt werden kann, welches an den porösen Stellen bei der Übertragung der durch das Zylinder- oder bandförmige Zuführungssystem zur Verfügung gestellten Einzelelemente hilft. Dadurch werden die Ein- zelelemente an den vorgesehenen Positionen auf der Substratbahn positio niert und gegebenenfalls fixiert.

Wird eine adhäsive beziehungsweise klebende Vorrichtungen verwendet, so kann die Oberfläche der Substratbahn besonders vorteilhaft einer stärkere adhäsive oder klebende Beschichtung aufweisen, so dass die Einzelelemente auf der Substratbahn fester ankleben als auf dem rotativen Zylinder oder dem umlaufenden Band, was den Transfer vom rotativen Zylinder oder um laufenden Band zur Substratbahn ermöglicht.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die Ein zelelemente, nachdem sie auf die sich bewegende Substratbahn aufgebracht worden sind, zusätzlich festgeklebt und / oder eingekapselt, wobei die Ver kapselung beispielsweise aus einer flächigen oder partiellen Laminierung oder einer Lackverkapselung bestehen kann. Hierdurch sollen sie besonders fest auf der sich bewegende Substratbahn befestigt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der rotative Zy linder gefräste oder anderweitig her gestellte geformte Vertiefungen aufwei-sen, die in Schritt c) zu einer Orientierung oder Ausrichtung der Einzelele mente relativ zur Oberfläche des rotativen Zylinders oder des umlaufenden Bandes führen.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen ein-setzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, soweit dies von dem Schutzumfang der Ansprüche erfasst ist.