DE10151440C1 - Organisches Elektronikbauteil, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein neues Konzept für die Realisierung eines verkapselten und zumindest teil-organischen Elektronikbauteils. Das beinhaltet ein neues Konzept für die Kombination verschiedener elektronischer Bauelemente zu einem Elektronikbauteil, wie Antenne, Diode (Gleichrichter- und/oder Leuchtdiode), Transistor etc. und eine dafür optimierte Schaltung. Dazu werden gleichartige Bauelemente des Bauteils und/oder der Schaltung auf einem Substrat(bereich) und/oder in einer Verkapselung zu einer Gruppierung gebündelt, die dann untereinander elektronisch verbunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Konzept für die Realisierung eines verkapselten und zumindest teil-organischen Elektronik­ bauteils. Das beinhaltet ein neues Konzept für die Kombinati­ on verschiedener elektrischer Bauelemente zu einem Elektro­ nikbauteil, wie Antenne, Diode (Gleichrichter- und/oder Leuchtdiode), Transistor etc. und eine dafür optimierte Schaltung.

Bekannt sind Elektronikbauteile wie z. B. ein Radio- Frequency-Identification (RFID) Tag, ein Sensorarray, eine Photovoltaikzelle und ähnliches mehr auf der Basis herkömmli­ cher Silizium-Technologie.

Diese Elektronikbauteile finden beispielsweise Anwendung als elektronischer Strichkode für Konsumgüter, als elektronisches Wasserzeichen, als elektronische Briefmarke, als Kofferanhän­ ger und/oder als Ticket.

Solche Elektronikbauteile können deutlich preiswerter herge­ stellt werden, wenn sie zumindest teilweise aus Bauelementen aufgebaut werden, die auf organischer Elektronik (Plastik- Elektronik) basieren. Hierbei ergeben sich jedoch mehrere Probleme. Zunächst müssen unterschiedliche Bauelement-Gruppen wie Antenne, Gleichrichter und/oder Transponderchip in sehr verschiedenen Prozessen hergestellt und dann zusammengefügt und verkapselt werden.

Für die neuen Plastik-Elektronikbauteile, die beispielsweise aus der DE 100 43 204.2 bekannt sind, ist eine Schaltung bis­ lang von Hart, C. M.; De Leeuw, D. M. et al., Philips Res. Lab., ESSCIRC '98, ISBN 2-86332-235-4, 1998) veröffentlicht (vgl. hierzu Fig. 1), wobei nur der Modulations-Transistor 4 und die integrierte Schaltung 5 auf organischem Material basie­ ren. Die Antenne 1, der Kondensator 2 und die Silizium-Diode 3 sind aus anorganischem Material (herkömmliche Silizium- Technologie). Ein OFET (Organischer Feld-Effekt-Transistor) 4 wird nach der Gleichrichterdiode 3 eingesetzt. Ein Problem bei dieser Ausführung ist aber, dass der Modulations- Transistor 4 nur einen geringen Teil der elektrischen Leis­ tung schalten kann, da andernfalls die Stromversorgung für die integrierte Schaltung 5 zusammenbrechen würde. Ein weite­ res Problem ist, dass durch die Gleichrichter-Diode 3 nur die Hälfte der eingestrahlten elektrischen Leistung als Versor­ gung für das RFID-Tag nutzbar gemacht wird, weil mit einer Diode nur eine Halbwelle der Wechselspannung gleichgerichtet werden kann. Dies ist insbesondere deshalb von so gravieren­ dem Nachteil, weil die z. B. für ein RFID-Tag eingestrahlte Leistung gesetzlich beschränkt ist und die Halbierung der eingestrahlten Leistung die Arbeitsreichweite und damit die Einsatzgebiete der Elektronikbauteile erheblich einschränkt.

Ein typisches Elektronikbauteil wie das RFID-Tag umfasst meh­ rere Komponenten, beispielsweise eine Antenne, Kondensatoren, Dioden (Leuchtdioden und/oder Gleichrichterdioden), eventuell Photovoltaikzellen und zumindest eine integrierte Schaltung mit Transistoren. Diese einzelnen Komponenten erfordern ver­ schiedene Herstellungsverfahren, bei denen sie unterschiedliche Ma­ terialien und Verarbeitungstechniken brauchen. So benötigt man zur Herstellung der Transistoren besonders hochauflösende Aufbringungstechniken für die Strukturierung und arbeitet da­ für mit relativ gut handhabbaren Materialien, wohingegen die Herstellung der Diode und/oder des Kondensators auf organi­ scher Basis die Handhabung schwieriger Materialien erfordert und im Gegenzug mit einer weit weniger aufwendigen Struktu­ rierung ausreichende Qualität liefert. Bei der Herstellung der Antenne wird wiederum in aller Regel Metall verarbeitet, das auch wieder ganz andere Verarbeitungsmaschinen und -techniken verlangt. Die Herstellung der zumindest zum Teil organischen (Plastik)-Elektronikbauteile ist entsprechend kompliziert.

Für die erforderliche Marktreife als Massen-Ein-Weg Produkt sollten Lösungen gefunden werden, so dass diese verschiedenen Herstellungsschritte möglichst ra­ tionell bewältigt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein zumindest zum Teil organisches Elektronikbauteil und/oder eine Schaltung zur Verfügung zu stellen, das durch Auswahl und Anordnung der Bauelemente eine kostengünstige Herstellung und Verkapselung ermöglicht. Dabei steht im Vordergrund, die bekannten Schal­ tungen hinsichtlich Leistungsübertragung und (Last)- Modulation zu optimieren und dabei rationelle Massenferti­ gungsprozesse zu realisieren.

Hier wird eine Lösung beschrieben, wie dies realisiert werden kann, durch ein neues Konzept der Zusammenlegung von Bauele­ menten zu einem Elektronikbauteil, wie Antenne, Diode (Gleichrichter- und/oder Leuchtdiode), Transistor etc. und/oder eine geeignete Optimierung des Schaltungskonzeptes.

Gegenstand der Erfindung ist ein organisches Elektronikbau­ teil, zumindest drei Gruppierungen von Bauelementen umfas­ send:
Eine Gruppierung von im wesentlichen anorganischen Bau­ elementen (z. B. Antenne),
eine Gruppierung von passiven, vorzugsweise organischen Bauelementen
eine Gruppierung von aktiven, vorzugsweise organischen Bauelementen,
wobei
die Gruppierung der passiven Bauelemente keine aktiven Bau­ elemente oder Komponenten enthält und die Gruppierung der ak­ tiven Bauelemente im wesentlichen organische Feld-Effekt- Transistoren und in der Regel keine passiven Bauelemente ent­ hält, die drei Gruppierungen getrennt voneinander herstellbar sind, über elektrische Kontakte auf einem Substrat und/oder über eine Verkapselung miteinander verbunden sind und eine Schaltung realisieren, durch die elektrische Kontakte zwi­ schen passiven und aktiven Bauelementen von einer Gruppierung zur anderen verlaufen.

Als Gruppierung wird ein oder mehrere Bauelement(e) bezeich­ net, die auf einem (Stück eines) Substrat(s) und/oder unter einer Verkapselung zusammengefasst sind und die in prozess­ technisch leicht zusammenlegbaren und/oder von den Bedingun­ gen her vergleichbaren Verfahrensschritten herstellbar sind.

Außerdem ist Gegenstand der Erfindung eine Schaltung für ein zumindest zum Teil auf organischen Funktionspolymeren basie­ rendes Elektronikbauteil, folgende Komponenten umfassend:

• - eine Antenne (1), einen Kondensator (2), eine Diode (3) und einen Modulationstransistor (4) vor einem integrierten Schaltkreis (5), wobei zwei Kondensatoren (7, 8) und eine weitere Diode (6) so geschaltet sind, dass die integrierte Schaltung (5) über einen Kondensator (7) versorgt wird und gleichzeitig über eine Diode (6) verhindert wird, dass der Modulationstransistor (4) diesem Kondensator (7) Energie entziehen kann.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines organischen Elektronikbauteils zumindest einem anorganischen Bauteil (Antenne), einem passiven vor­ zugsweise organisch basierend und ein aktives vorzugsweise organisch basierende Bauelement umfassend, wobei Antenne, passives und aktives Bauelement gesondert vorgefertigt werden und dann über einfache elektrische Kontaktierungen der ein­ zelnen Elemente die Schaltung realisiert wird.

Als Elektronikbauteil wird hier ein ganzer Transponder wie z. B. ein RFID-Tag bezeichnet, in jedem Fall ein mehrere Bau­ elemente umfassendes Teil, wobei ein Bauelement die kleinere Einheit ist aber durchaus auch aus einer Vielzahl von Komponenten wie Transistoren, Kondensatoren Photovoltaikzellen, etc. bestehen kann.

Als "passives Bauelement" wird hier auch eine Diode (Gleichrichter- und/oder Leuchtdiode) gesehen, die einen Kondensator oder auch einen ein Widerstand ersetzt.

Als "aktives Bauelement" gilt beispielsweise ein Transistor, eine Photovoltaikzelle, ein Sensor und/oder ähnliches. In ei­ ner integrierten aktiven Schaltung können allerdings auch passive Bauteile wie Widerstände enthalten sein.

Bevorzugt werden im Rahmen der Erfindung passive und/oder ak­ tive Bauelemente eingesetzt, die zumindest zum Teil organi­ sche Funktionspolymere (bzw. allgemein elektrisch leitfähige bzw. halbleitende organische Materialien) enthalten. Diese werden dann der Kürze wegen als "organische Bauelemente" be­ zeichnet, obwohl durchaus auch nicht-organische Teile im Bau­ element enthalten sein können, aber zumindest ein organisches Teil, bevorzugt eine organisches Funktionspolymer ist in einem Bauelement, das hier als "organisches Bauelement" be­ zeichnet wird, enthalten.

Die Schaltung ist insbesondere vorteilhaft für die Anwendung in RFID-Tags.

Als ein Bauelement wird z. B. eine Antenne eingesetzt, die beispielsweise eine Spule sein kann, entweder aus Metall, einer metallhaltigen Verbindung wie z. B. Legierungen, Kupfer, Aluminium und/oder einem, unter Umständen auch metallhalti­ gem, organischen Funktionspolymer wie z. B. Leitsilber und/ oder auch nur aus organischen Material, wie z. B. Polyanlilin, Pedot, Russ oder aus Mischungen hieraus.

Die Antenne wird, wie die anderen Bauelemente und/oder Kompo­ nenten des organischen Elektronikbauteils auch, auf einem Substrat aufgebracht und mit einer Verkapselung, die gleichzeitig das Substrat bilden kann, gegen unerwünschte Umwelt­ einflüsse geschützt.

Als Substrat wird z. B. eine flexible Folie (wie beispielswei­ se Polyester) genommen. Diese kann je nach Bedarf verschieden stark ausgeprägte Barriereeigenschaften gegen Feuchtigkeit und Luft haben, weil die Bauelemente zum Teil aus organischen Materialien bestehen, die instabil sind bei Feuchtigkeits- und/oder Sauerstoffeinfluss. Diese Barriereeigenschaften kön­ nen entweder durch das Folienmaterial selber gegeben sein, durch Zusätze in der Folie, durch Beschichtung(en) (wie z. B. Silikate und/oder Metallisierungen) und/oder auch durch meh­ rere der genannten Einzelmaßnahmen. Die Substratfolie soll stabil sein gegen Beschädigung durch die Bedingungen der Fer­ tigungsschritte (Temperatur, mechanische Belastungen, Pro­ zessmedien, . . .).

Auf das Substrat und/oder die Verkapselung, bevorzugt flexib­ le Folien, werden die entsprechenden Komponenten aufgebracht, z. B. eine integrierte Schaltung, bestehend aus organischen Transistoren, passive Bauteile, organischen Dioden (sowohl Leuchtdioden als auch Gleichrichterdioden), organischen Pho­ tovoltaikzellen und ähnliche Bauteile. Ferner ist auch eine Kombination organischer mit anorganischen Bauteilen möglich (z. B. eine weitgehend metallische Antenne kombiniert mit einer organischen Transponderchip-Schaltung).

Zur elektrischen Isolation der Folien wird mindestens auf die Oberfläche einer Folie eine Isolationsschicht aufgebracht (z. B. durch Siebdruckverfahren, Sprühverfahren, Vorhanggie­ ßen, Laminieren einer weiteren, evtl. vorgestanzten Fo­ lie. . .).

Die einzelnen Bauelemente werden mit elektrisch leitfähigen Kontakten versehen. Zwei oder mehrere dieser Bauelemente wer­ den nun miteinander verbunden indem diese elektrischen Kon­ takte miteinander verbunden werden, vorteilhafterweise mit einem elektrisch leitfähigen Kleber oder einer elektrisch leitfähigen Verbundmasse.

Die benötigten elektrischen Durchkontaktierungen oder Leiter­ bahnen zur Durchkontaktierung (Vias) können hierbei gleich miteingebracht werden, oder werden anschließend durch Öffnen der Isolationsschicht, z. B. mittels Laser erzeugt. Die Vias können nun leitfähig gefüllt werden, z. B. durch Siebdrucken eines Leitklebers oder durch stromloses Metallisieren. Im einfachsten Fall wird nur eine dünne Isolationsschicht ge­ wählt, sodass auf ein Füllen der Vias verzichtet werden kann.

Die Bauelemente werden wieder mit einer Folie bevorzugt ver­ kapselt, die ähnlichen Aufbau und ähnliche Eigenschaften hat wie oben für das Substrat beschrieben wurden. Dies kann z. B. durch Kleben oder Verschweißen geschehen. Bevorzugt wird die Verkapselung gasdicht aufgebracht. Falls die einzelnen Bau­ elemente vor dem Zusammenfügen und der Kontaktierung zum fer­ tigen Elektronikbauteil verkapselt wurden, können aus dieser Verkapselung die elektrischen Anschlüsse herausgeführt wer­ den, z. B. zur Stromversorgung, Signalübertragung oder für sensorische Zwecke. Somit erhält man ein gekapseltes Bauteil mit kombinierten polymerelektronischen Komponenten. Falls die verschiedenen Komponenten in verschiedenen Prozessen herge­ stellt werden müssen oder falls dies ökonomisch günstiger ist, so kann man die verschiedenen Bauelemente auch getrennt auf der Substratfolie und/oder auf der Verkapselungsfolie aufbringen und elektrisch zusammenführen im oben beschriebe­ nen Verbindungsprozess. Dabei muss einerseits auf eine elekt­ rische Isolierung und andererseits auf eine definierte Durch­ kontaktierung geachtet werden.

Der Herstellungsprozess des jeweiligen Bauelements oder des Elektronikbauteils wird dahingehend optimiert, dass die bei­ den Folien (Substrat und Verkapselung) gleichermaßen zur An­ ordnung von Komponenten genutzt werden um möglichst wenig einzelne Fertigungsschritte zur Gesamtherstellung zu benöti­ gen.

Der Begriff "organisches Material" oder " organisches Funkti­ onspolymer" umfasst hier alle Arten von organischen, metall­ organischen und/oder organisch-anorganischen Kunststoffen (Hybride), insbesondere die, die im Englischen z. B. mit "plastics" bezeichnet werden. Es handelt sich um alle Arten von Stoffen mit Ausnahme der Halbleiter, die die klassischen Dioden bilden (Germanium, Silizium), und der typischen metal­ lischen Leiter. Eine Beschränkung im dogmatischen Sinn auf organisches Material als Kohlenstoff-enthaltendes Material ist demnach nicht vorgesehen, vielmehr ist auch an den brei­ ten Einsatz von z. B. Siliconen gedacht. Weiterhin soll der Term keiner Beschränkung im Hinblick auf die Molekülgröße, insbesondere auf polymere und/oder oligomere Materialien un­ terliegen, sondern es ist durchaus auch der Einsatz von "small molecules" möglich. Der Wortbestandteil "polymer" im Funktionspolymer ist historisch bedingt und enthält insofern keine Aussage über das Vorliegen einer tatsächlich polymeren Verbindung.

Die Schaltung ist insbesondere vorteilhaft für RFID-Tags ba­ sierend auf organischem Material. Die Schaltung ermöglicht durch Auswahl und Anordnung der Komponenten auf den Bauele­ menten eine kostengünstige Herstellung und Verkapselung durch eine geringe Anzahl unterschiedlicher Bauelemente.

Das Verfahren zur Herstellung trägt dem Umstand Rechnung, dass die einzelnen Komponenten eines Elektronikbauteils, wie Kondensator und Transistor, beispielsweise, unterschiedliche Herstellungsbedingungen und -anforderungen haben. So werden auf je einem Bauelement alle Komponenten einer "Art" zusam­ mengefasst, damit das Bauelement in einer möglichst kurzen Fertigungsstrasse produziert werden kann. Die Bauelemente werden dann entweder einzeln oder zusammen auf dem Substrat verkapselt und miteinander verbunden. Dabei kann trotzdem ein Bauelement mit Komponenten auf organischer Basis in Verbin­ dung mit herkömmlichen, also Silizium enthaltenden Komponen­ ten aufgebaut sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einzelner Figuren, die Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik zeigen, näher erläutert:

Fig. 1 zeigt den Stand der Technik wie er aus der Veröffent­ lichung von Hart, C. M.; De Leeuw, D. M. et al., Philips Res. Lab., ESSCIRC '98, ISBN 2-86332-235-4, 1998 bekannt ist.

Fig. 2-4 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsfor­ men der Schaltung, Fig. 5 zeigt die Schaltung aus Fig. 4 aufgeteilt auf drei Bauelemente und Fig. 6 und 7 zeigen Möglichkeiten der Realisierung der Schaltung als fertige E­ lektronikbauteile.

In Fig. 1 ist eine Schaltung für ein RFID-Tag zu sehen, wie sie Stand der Technik ist. Bei dieser Schaltung sind nur der Transistor 4 und die integrierte Schaltung 5 aus organischem Material. Die Antenne 1, der Kondensator 2 und die Silizium- Diode 3 sind aus anorganischen Materialien. Durch den Einsatz des OFETs 4 nach der Gleichrichterdiode 3 ist das Problem der mangelhaften Schaltgeschwindigkeit und der Wechselspannung­ suntauglichkeit der OFETs gegenüber den herkömmlichen Tran­ sistoren wegen der Eigenschaft organischer Materialien, als Ladungsträgerakkumulanten zu wirken und nicht durch Ladungs­ trägerinvasion, gelöst. Ein Problem bei dieser Ausführung bleibt aber, dass der Modulations-Transistor 4 nur einen ge­ ringen Teil der elektrischen Leistung schalten kann, da an­ dernfalls die Stromversorgung für die logische Schaltung 5 zusammenbrechen würde. Ein weiteres Problem ist, dass durch die Diode 3 nur die Hälfte der eingestrahlten elektrischen Leistung als Versorgung für das RFID-Tag verwendet werden kann.

Einfache Schaltungsvariationen der Philips-Veröffentlichung, die somit ebenfalls zum Stand der Technik gehören, bestehen darin, dass man den Transistor 4 in die logische Schaltung 5 integriert oder ihn ganz weg lässt und direkt die Lastände­ rung der logischen Schaltung 5 als Modulationssignal verwen­ det. Ein Beispiel hierfür ist ein Ringoszillator, der als al­ leinige logische Schaltung an den Gleichrichterausgang ange­ schlossen wird. Durch das Oszillieren ändert sich der Leis­ tungsverbrauch periodisch, dies kann direkt als Last- Modulation ausgelesen werden. Damit lassen sich einfache elektronische Wasserzeichen realisieren, da je nach Herstel­ lung der Ringoszillatoren mit einer ganz bestimmten Frequenz oszillieren.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel:
Eine Antenne 1 bildet zusammen mit dem Kondensator 2 einen Schwingkreis, der an die Sendefrequenz eines Lesegeräts ange­ passt ist. Die organische Diode 3 bildet zusammen mit dem Kondensator 8 einen Gleichrichter der eine geglättet Gleich­ spannung ausgibt. Der organische Modulations-Transistor 4 ist an den Ausgang des Gleichrichters angeschlossen. Der organi­ sche Kondensator 7 bildet einen Energiespeicher für die logi­ sche Schaltung 5, die organische Diode 6 verhindert ein Ent­ laden des Kondensators 7 über den Modulations-Transistor 4. Die logische Schaltung 8 enthält Schaltkreise, die einen Speicher auslesen und die Information bitweise seriell an den Ausgang weitergeben. Dieser ist mit dem Gate des Modulations- Transistor 4 verbunden. Die Geschwindigkeit der logischen Schaltung 5 ist dabei unabhängig von der Sendefrequenz des Lesegeräts.

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform jedoch ist die gleichrichtende Diode 3 durch einen Brückengleichrichter 3 ersetzt. Dieser Gleichrichter umfasst vier integrierte orga­ nische Dioden.

Falls für die logische Schaltung (IC) positive und negative Spannungen benötigt werden, kann dies durch zwei parallel ge­ schaltete Gleichrichtereinheiten mit einfachen Dioden oder Diodenbrückenschaltungen realisiert werden. Eine weitere Mög­ lichkeit hierfür ist der Aufbau eines Spannungsteilers hinter einer einfachen Gleichrichterschaltung, beispielsweise mit in Serie geschalteten Widerständen.

Fig. 4 zeigt wieder eine Ausführungsform einer Schaltung die derjenigen aus Fig. 2 und 3 ähnelt, jedoch sind alle Kon­ densatoren durch je eine bzw. zwei org. Dioden ersetzt wor­ den. Kondensator 2 wird mit Wechselspannung betrieben, daher wird er durch zwei gegenpolig in Reihe geschalteten Dioden 2, 2' ersetzt. Die Kondensatoren 7 und 8 werden mit Gleichspan­ nung versorgt, sie können also durch jeweils eine Diode (7, 8), die in Sperrrichtung geschaltet ist, ersetzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann ganz auf Kondensatoren verzichtet werden, was die Herstellung der Schaltung stark vereinfacht.

Das Problem mit der niedrigen (Last-)Modulation wird in der Schaltung folgendermaßen gelöst: die logische Schaltung wird über einen Energiespeicher (z. B. einen organischen Kondensa­ tor 7) versorgt, wobei mit einer organischen Diode 6 verhin­ dert wird, dass der Modulationstransistor 4 diesem Speicher Energie entziehen kann (siehe Ausführungsbeispiele der Fig. 2 bis 4). Dieser Energiespeicher wird dann geladen, wenn der Modulations-Transistor 4 im sperrenden Zustand ist. Ein Problem dabei ist, dass der Energiespeicher dann entladen wird, wenn die Bitfolge 1 1 1 1. . . (oder 0 0 0 0, je nach Ko­ dierung der Logik) auftritt. Das wird verhindert, wenn die logische Schaltung 5 des RFID-Tags die Informationsbits so ausgibt, dass zwischen jedem Bit der Modulations-Transistor 4 für sehr kurze Zeit ausgeschaltet wird. Dies kann so ausge­ führt werden, dass der Energiespeicher unabhängig von der Bitfolge einen bestimmten Ladezustand nicht unterschreiten kann. Der Hauptvorteil des Energiespeichers liegt darin, dass der Modulations-Transistor 4 die elektrische Leistung zu 100% schalten kann, ohne dass die Spannungsversorgung für die lo­ gische Schaltung 5 zusammenbricht.

Ein weiteres Problem, dass mit der Schaltung gelöst wird, ist die Übertragung höherer elektrischer Leistung durch die Ver­ wendung von organischen integrierbaren Dioden wie sie aus der DE 100 44 842.9 bekannt sind. Das ermöglicht die Verwendung von einer Dioden-Brückenschaltung zur Gleichrichtung. Dadurch wird die doppelte Leistung übertragen, da beide Halbwellen der Wechselspannung genutzt werden können (siehe Ausführungs­ beispiele der Fig. 3 und 4). Mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Ansatz, dem hybriden Verwenden einer Si- Diode, lässt sich eine solche Brückenschaltung praktisch nicht verwenden, da die Herstellung von RFID-Tags mit hybri­ den Si-Dioden zu aufwendig und teuer wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung (Fig. 4) beruht auf der Tatsache, dass organische Dioden sich in Sperrrichtung wie ein Kondensator verhalten. Mit zwei in Rei­ he geschalteten Dioden mit umgekehrter Polarität erhält man damit auch Kondensatoren, die mit Wechselspannung funktionie­ ren. Ein Vorteil dieser Schaltung liegt in dem stark verein­ fachten Aufbau der Polymer-RFID-Tags, da auf Kondensatoren, also auf mehrere Schichten Funktionspolymer und die dazugehö­ rigen Prozessschritte, verzichtet werden kann.

In Fig. 5 ist die Schaltung aus Fig. 4 aufgeteilt auf ver­ schiedene Bauelemente 1, 2 und 3 zu sehen.

Zunächst ist hier Bauteil 11, das ein Substrat 14 (flexib­ le Folie mit Barriereeigenschaften), das mit einer elekt­ risch leitfähigen Bahn 1, die als Antenne fungiert und mit elektrisch leitfähigen Kontakten 15 versehen ist. Dann kommt Bauteil 12, das alle Komponenten enthält, die als Diode oder Kondensator (2, 3, 6, 7 und 8) fungieren sowie ebenfalls elektrisch leitfähige Kontakte 15. Schließlich kommt Bauteil 13, in dem alle Komponenten 4, 5 zusammenge­ fügt sind, die einen organischen Transistor enthalten, so­ wie ebenfalls elektrisch leitfähige Kontakte 15. Dabei brauchen nur einzelne dieser Komponenten auf organischem Material basieren, z. B. lässt sich auch ein organischer Chip mit einer anorganischen Diode aufbauen bzw. die An­ tenne kann aus Metall oder metallhaltigen Verbindungen sein.

In Fig. 6 ist zu sehen, wie die einzelnen Bauelemente 11, 12 und 13 vorteilhaft zu einem Gesamtsystem aufgebaut wer­ den können.

Zu sehen ist in Teilfigur 6A das Bauteil 11 mit Antenne und Kontakten, Teilfiguren 6B und 6C zeigen die Bauelemen­ te 12 und 13 jeweils von oben. Teilfigur 6E zeigt das zu­ sammengebaute Elektronikbauteil und 6D die darüberliegende Verkapselungsfolie. Schließlich ist in Fig. 6F noch ein Querschnitt durch ein Elektronikbauteil gezeigt.

• A) auf die Substratfolie (14) wird mit entsprechenden Ver­ fahren eine Antenne (1) sowie elektrische Kontakte (15) aufgebracht (z. B. durch Verfahren wie Sputtern, Aufdamp­ fen, galvanische oder stromlose Abscheidung, Drucken, Mik­ rostanzen, Photolithographie, Ätzverfahren oder Kombinati­ onen), dies ist Bauteil 11.
• B) Das Bauteil 12, das beispielsweise die Dioden und Konden­ satoren wie in Fig. 5 beschrieben, enthält wird mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt und es werden elektri­ sche Kontakte 15 angebracht. Eine Möglichkeit zum Aufbau von Kondensatoren ist beispielsweise, dass für den Kondensator auf der Substratseite eine Metallisierungs- oder leitfähige Polymerfläche erzeugt wird, die so angeordnet ist, dass nach dem Zusammenfügen beider Folien eine Kapazität durch diese Fläche und leitfähige Flächen der Transponderantenne ent­ steht.
• C) Das Bauteil 13, das beispielsweise die organischen Transistoren 4 und integrierten Schaltungen 5 enthält (die z. B. durch Verfahren wie Drucken, Photolithographie, Spin­ coaten und ähnliches hergestellt werden), wird mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt und es werden elekt­ rische Kontakte 15 angebracht.
• D) Zeigt die Verkapselungsfolie 16, die wie das Substrat 14 Barriereeigenschaften für äußere Einflüsse wie Sauer­ stoff und/oder Wasserdampf haben soll und durch entspre­ chende Verfahren wie Kleben oder Laminieren auf die ande­ ren Bauteile 11, 12, und 13 aufgebracht werden kann.
• E) Zeigt den Aufbau der Bauteile 11, 12 und 13 im aufgebauten Zustand von oben. Die Bauteile 12 und 13 sind dabei so aufgebaut, dass die jeweils passenden elektrischen Kontak­ te 15 miteinander verbunden sind.
• F) Zeigt den Aufbau von E) von der Seite, hier ist zusätzlich die Verkapselungsfolie mit eingezeichnet

Die einzelnen Bauelemente oder Bauteile 11, 12 und/oder 13 werden also auf das Substrat oder auf die Verkapselungsfolie aufgebracht und zur elektrischen Isolation mit einer Isolati­ onsschicht überzogen. Die so vorbereiteten Folien werden nun justiert und zu dem Gesamtsystem z. B. dem Transponder zusam­ mengefügt.

Dies geschieht beispielsweise durch Kleben oder Verschweißen. Der Kleber könnte auch gleichzeitig der oben genannten Isola­ tionsschicht entsprechen, oder aber in einem weiteren Pro­ zessschritt beispielsweise durch Drucken, Sprühen, Vorhang­ gießen aufgebracht werden. Die beiden Folien werden justiert gefügt und verpresst (Autoklav, Vakuumpresse o. ä.). Hierbei wird durch den Kleberauftrag und/oder den Verpressvorgang si­ chergestellt, dass im Randbereich der beiden Folien die Kleberdicke minimiert wird, sodass auch eine laterale Barriere gegen Gase und Feuchtigkeit gegeben ist. Gleichzeitig muss auch ein elektrischer Kontakt bei den Vias ermöglicht werden. Der Kleber wird thermisch und/oder durch UV-Licht ausgehär­ tet.

Dieses Aufbauprinzip ist auch für viele weitere Produkte mit Polymerelektronikbauteilen vorteilhaft, beispielsweise ein Photovoltaik-Sensoraufbau mit integrierter Auswerteschal­ tung oder OLEDs mit integrierter Ansteuerschaltung. In diesem Fall kann man beispielsweise die Photovoltaik- oder OLED- Zellen auf die eine Folie und die Polymerschaltungen auf die andere Folie aufbringen. Auch ist es natürlich möglich auf diese Weise organische Bauteile mit konventionellen, anorga­ nischen Bauteilen zu verbinden.

In Fig. 7 wird nun beschrieben, wie diese Bauteile in an­ derer Weise vorteilhaft zu einem Gesamtsystem aufgebaut werden können. Die Figur ist wieder in Teilfiguren 7A bis 7E unterteilt, die folgendes zeigen:

• A) auf die Substratfolie 14 wird mit entsprechenden Ver­ fahren eine Antenne 1 sowie elektrische Kontakte 15 aufge­ bracht (z. B. durch Verfahren wie Sputtern, Aufdampfen, galvanische oder stromlose Abscheidung, Drucken, Mikro­ stanzen, Photolithographie, Ätzverfahren oder Kombinatio­ nen), dies ist Bauteil 11.
• B) Das Bauteil 12, das beispielsweise die Dioden und Kon­ densatoren wie in Fig. 5 beschrieben, enthält wird mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt und es werden elektrische Kontakte 15 angebracht. Hier ist das Bauteil 12 direkt auf der Verkapselungsfolie 14 aufgebracht, da­ durch reduziert sich die Gesamtzahl der Bauteile und es entfällt ein Arbeitsschritt.
• C) Das Bauteil 13, das beispielsweise die organischen Transistoren und integrierten Schaltungen enthält (die z. B. durch Verfahren wie Drucken, Photolithographie, Spincoaten und ähnliches hergestellt werden), wird mit einem entsprechenden Verfahren hergestellt und es werden elekt­ rische Kontakte 15 angebracht.
• D) Zeigt den Aufbau der Bauteile 11, 12 und 13 im aufgebau­ ten Zustand von oben. Die Bauteile 12 und 13 sind dabei so aufgebaut, dass die jeweils passenden elektrischen Kontak­ te 15 miteinander verbunden sind
• E) Zeigt den Aufbau aus Fig. 7D von der Seite.

Das Verfahren zur Herstellung der Elektronikbauteile, wie in den Figuren gezeigt, kann nicht nur für die Herstellung von RFID-Tags verwendet werden, vielmehr gibt es viele weitere Anwendungsbeispiele die mindestens ein organisches Elektronikbauteil enthalten und auf einem flexiblen Sub­ strat aufgebaut werden, wie zum Beispiel:

• - (organische) Photovoltaikzelle oder entsprechende Senso­ rarrays mit integrierter Elektronik
• - aktive organische Displays (OLED oder andere Displays)
• - Taschenrechner, der aus mehreren Einzelkomponenten besteht
• - "wearable electronics". In Kleidung eingefügte Elektronik­ bauteile
• - Intelligentes Papier: Elektronik, die in Papier oder pa­ pierähnliches Material eingefügt ist
• - Werbelabel, beispielsweise mit blinkenden und/oder leuch­ tenden und/oder akustischen Anzeigen.

Claims (7)

1. Organisches Elektronikbauteil, zumindest drei Gruppierun­ gen von Bauelementen umfassend:
eine Gruppierung von im wesentlichen anorganischen Bau­ elementen (z. B. Antenne),
eine Gruppierung von passiven, organischen Bauelementen
eine Gruppierung von aktiven, organischen Bauelementen,
wobei
die Gruppierung der passiven Bauelemente keine aktiven Bau­ elemente oder Komponenten enthält und die Gruppierung der ak­ tiven Bauelemente im wesentlichen organische Feld-Effekt- Transistoren umfassen, diese drei Gruppierungen getrennt voneinander herstellbar sind, über elektrische Kontakte auf einem Sub­ strat und/oder über eine Verkapselung miteinander verbunden sind und eine Schaltung realisieren, durch die elektrische Kontakte zwischen passiven und aktiven Bauelementen von einer Gruppierung zur anderen verlaufen.

2. Organisches Elektronikbauteil nach Anspruch 1, bei dem das Substrat und/oder die Verkapselung eine flexible Folie ist.

3. Organisches Elektronikbauteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem zumindest ein elektrischer Kontakt durch Ver­ kleben und/oder mittels einer elektrisch leitfähigen Verbund­ masse hergestellt wird.

4. Organisches Elektronikbauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bei dem die Schaltung folgende Komponenten umfasst: eine Antenne (1), einen Kondensator (2), eine Diode (3) und einen Modulationstransistor (4) vor einem integrierten Schaltkreis (5), wobei zwei Kondensatoren (7, 8) und eine weitere Diode (6) so geschaltet sind, dass die integrierte Schaltung (5) über einen Kondensator (7) versorgt wird und gleichzeitig über eine Diode (6) verhindert wird, dass der Modulationstransistor (4) diesem Kondensator (7) Energie entziehen kann.

5. Verfahren zur Herstellung eines organischen Elektronikbau­ teils nach Anspruch 1-4, wobei die An­ tenne und die Gruppierung der passiven und aktiven Bauelemente gesondert vorgefertigt werden und dann über einfache elektrische Kontaktierungen der einzelnen Gruppierungen die Schaltung realisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5 zur Herstellung eines organischen Elektronikbau­ teils nach Anspruch 4, wobei für einen Kondensator auf der Sub­ stratfolie eine Metallisierungs- und/oder leitfähige Polymer­ fläche erzeugt wird und dass nach dem Zusammenfügen der Sub­ stratfolie und der aktiven, der passiven Gruppierung oder der Verkapselungsfolie eine Kapazität durch diese Fläche und einer leitfähigen Fläche der Antenne entsteht.

7. Verwendung des organischen Bauteils nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4 in einem RFID-Tag, einem Sensorarray, einer Pho­ tovoltaikzelle, als "wearable electronic", als aktives Dis­ play, als elektronischer Strichkode für Konsumgüter, als elektronisches Wasserzeichen, als elektronische Briefmarke, als Kofferanhänger und/oder als elektronisches Ticket.