AT500288A1 - Datenträgerkarte mit aufladbarer batterie - Google Patents

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Description

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Datenträgerkarte mit aufladbarer Batterie
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Datenträgerkarte und eine nach dem Verfahren hergestellte Karte.
In der EP 0 646 895 B1 wird eine Chipkarte mit Funktionen sowohl einer Kontaktkarte als auch einer kontaktlosen Karte mit einer Stromversorgungsbatterie beziehungsweise einer wiederaufladbaren Sekundärbatterie beschrieben.
In der US 6,254,006 B1 werden drahtlose Kommunikations-Geräte beschrieben und Methoden zu der Herstellung genannt. Bei diesen Geräten werden ein Chip, eine Antenne und eine Batterie beziehungsweise werden zwei Zellen verwendet und es ist eine luftdichte Versiegelung vorhanden.
In der US 2003/0019942 A1 wird eine verbesserte, kontaktbehaftete- und kontaktlose Transaktionskarte in einer dünnen und flexiblen Ausführung mit einer Energieversorgung in Form einer aufladbaren Metall-Lithium-Batterie genannt. Die Aufladung kann durch ein integriertes Solarmodul oder ein piezoelektrisches Element ausgeführt werden.
Es ist jedoch nicht möglich, durch eine bewusste Aktivierung eines Elementes in der Karte eine wesentliche Erhöhung des Übertragungsabstandes um zumindest den Faktor zwei, typisch um den Faktor 5 bis 50, ermöglicht wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Weiterentwicklung einer Datenträgerkarte, mit der die bewusste Aktivierung eines
Identifikationsvorganges beziehungsweise einer Datenübertragung über einen größeren Abstand möglich ist.
Die Aktivierung soll zum Beispiel durch Betätigen eines Ein-Tasters auf dem Datenträger und Beaufschlagung der Batterieenergie zur Erhöhung der Sende- und/oder Empfangsleistung und damit des Datenübertragungsabstandes möglich sein. • · · 3
:
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Integration der notwendigen Komponenten, wie insbesondere der wiederaufladbaren Batterie und eines Ein-Tasters, in den Datenträgerkörper derart, dass dieser die einschlägigen Normen für Chipkarten, wie ISO 7816 und dergleichen, als auch die Normen für die Prüfmethoden, wie ISO 10373 und dergleichen Standards, erfüllt.
Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Integration der dafür notwendigen Komponenten möglichst einfach, kostengünstig und lang haltbar auszuführen. Die Erfüllung bisher in der Kartenindustrie üblicher gestalterischer und sicherheitstechnischer Möglichkeiten muss ebenfalls gewährleistet sein. Übliche Dual-Interface Karten und Kontaktloskarten verwenden eine Übertragungsfrequenz im13,56 MHz Bereich gemäß den Normen ISO 14443 A und B bezüglich kurzer Kommunikationsabstände von wenigen Zentimetern bis etwa 10 cm beziehungsweise ISO 15693 bezüglich längerer Kommunikationsabstände von typisch 50 cm bis etwa 100 cm.
Antennen-Spulen-Ausführungen in Chipmodulgröße oder auf dem IC (coil-on-IC) weisen bei 13,56 MHz oftmals nur wenige Zehntelmillimeter bis wenige Millimeter Leseabstand auf.
Neben diesen ISO Normen existieren noch eine Reihe weiterer Standards beziehungsweise Verfahren zur kontaktlosen Datenübertragung bei 13,56 MHz als auch bei etwa 125 kHz oder im 800 beziehungsweise 900 MHz und im 2,54 GHz Bereich, wobei im letzteren Mikrowellenbereich üblicherweise Dipole anstelle von Spulen für die Antenne beziehungsweise die Stromversorgung verwendet werden.
Die erlaubten Lese- und Sendeleistungen der Empfangsgeräte unterliegen den diversen länderspezifischen Grenzen und Reglementierungen und sind aus dieser Leistungsbegrenzung und der Tatsache, dass übliche Dokumente • · // • · · ···· · · • · · I · · · ··#♦· ♦ * · ·· Μ«· Μ I · zur kontaktlosen Kommunikation keine eingebaute aktive Energiequelle, sondern im allgemeinen eine Antenne in Form einer Spule oder eines Dipols aufweisen, in der Reichweite begrenzt.
Durch den Einbau einer aufladbaren Energiequelle und dem Einbau der Möglichkeit einer bewussten Aktivierung, können sowohl die gesetzlichen Auflagen als auch Datenschutzforderungen erfüllt werden.
Die Erfindung betrifft deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers, insbesondere einer Smart Card beziehungsweise Chipkarte, der mit einem IC-Modul und einer aufladbaren Batterie, mit Verbindungselementen, einem Taster und mit einem kontaktlosen Kommunikations-Element versehen ist, das entsprechend ISO 14443 und ähnlichen Normen und Prinzipien für eine drahtlose Kommunikation über kurze Distanzen geeignet ist und das mittels Taster und Batterie eine Kommunikation über eine zumindest doppelte Distanz, typisch größer 50 cm und insbesondere eine Distanz größer 100 cm und wahlweise größer 200 cm durch die bewusste Betätigung des Tasters ermöglicht.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird das Betätigen des Tasters durch einen deutlich spürbaren und hörbaren Schaltvorgang begleitet und wahlweise kann ein Piezoschallgeberelement und/oder ein optisches Element den Aktivierungsvorgang der kontaktlosen Kommunikation zusätzlich signalisieren.
Je nach Art der Verwendung und der Anforderungen an den Datenträger ist die Ladung der Batterie über die Kontaktflächen des IC-Moduls eines sogenannten Dual-Interface Moduls oder eine Zwei-Chip-Moduls oder durch speziell ausgebildete Kontaktflächen eines kontaktlosen IC-Moduls vorgesehen oder kontaktlos durch induktive und/oder kapazitive
Energieeinkopplung, wobei im induktiven Fall die Antennen-Spule als Energieeinkopplungselement verwendet werden kann. Ebenso kann auch .................... ' ' ···· ·· · · ·· · · · · · · · • I · · · · · ····· · « · • * · * · t ·· · # £- · » eine zusätzliche Spule und im kapazitiven Fall entsprechende Kondensatorflächen im Datenträger ausgebildet sein.
In einer einfachen Ausführungsform kann das IC-Modul gleichzeitig als Schalter ausgebildet werden. Auf diese Weise wird eine Dual-Interface-Karte, eine Zwei-Chip-Karte und eine Kontaktlos-Karte sehr einfach und kostengünstig hergestellt.
In einer weiteren Ausführungsform wird die elektrische Verdrahtung der diversen Elemente in zumindest zwei Ebenen durchgeführt und die Durchkontaktierung der beiden Verdrahtungsebenen wird bevorzugt durch Aussparungen in Innenlagen in Form von beispielsweise gestanzten und/oder gelaserten und/oder gebohrten beziehungsweise gefrästen Löchern erreicht, die mit einer plastisch verformbaren, elektrisch leitfähigen Paste zumindest teilweise gefüllt, beziehungsweise bedeckt sind und im Verlauf eines Laminiervorganges und/oder Einsetzens eines Moduls komprimiert wird und derart einen elektrischen Kontakt herstellt.
In einer speziellen Ausbildung sind die zumindest beiden Verdrahtungsebenen im halbfertigen und/oder im fertigen Zustand mittels Laser strukturierbar.
In einer weiteren erfinderischen Ausbildung besteht zumindest eine Verdrahtungslage aus einer dünnen vakuumtechnisch hergestellten leitfähigen Schicht, beispielsweise Aluminium und dergleichen.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird diese zumindest eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht mit einer dickeren elektrisch leitfähigen polymeren Schicht örtlich verstärkt. Diese dickere Schicht kann durch Siebdruck und/oder mit einem Dispenser und/oder mit Schablonendruck und/oder mit InkJet-Druck aufgebracht werden. Durch den anschließenden Laminationsvorgang kontaktieren elektrisch leitfähige Partikel dieser polymeren elektrisch leitfähigen Paste die dünne vakuumtechnisch ·· · · ··· · · I I · · · · · «fl*« ·« · ··········* · * 6 aufgebrachte Schicht. Insbesondere dringen deren Partikel durch die Oberfläche, einer wahlweise vorhandenen, isolierenden dünnen Oberflächenschicht hindurch.
Bevorzugt werden kleine elektrisch leitfähige Teilchen mit scharfkantiger Form verwendet. Diese Art der Verstärkung ermöglicht die Herstellung von Kavitäten auf einem bereits fertiglaminierten Datenträger und damit die Freilegung von elektrischen Anschlußflächen durch beispielsweise Stirnfräser und/oder kugelförmiger Fräser und deren Tiefenkontrolle mittels elektronischer Signale.
Der erfindungsgemäße Einbau der aufladbaren dünnen und flexiblen Batterie erfolgt bevorzugt in den mehrschichtigen Laminataufbau des Dokumentes (=der Karte). Grundsätzlich ist auch der Einbau einer austauschbaren Batterie möglich.
Die Qualitätsnormen und Testbedingungen an Chipkarten gemäß ISO 10373 und dergleichen Testverfahren stellen derart hohe Anforderungen, dass in der bevorzugten Version der Verwendung von flexiblen dünnen aufladbaren Batterien die Erfüllung dieser Testkriterien bei Einhaltung diverser weiterer Kriterien, wie insbesondere der Herstellung entsprechender elektrischer Anschlüsse und der Reduktion der Temperatur- und Druck- Belastung während der Lamination, gut erfüllbar sind.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Datenträger mit zumindest einem IC-Modul zur kontaktlosen Datenübertragung, einer Antenne in Form von beispielsweise einer Spule oder eines Dipols, einer aufladbaren Batterie, eines Ein-Tasters und einer Verdrahtung. Damit kann - im Vergleich zu einem Normalzustand, bei dem keine zusätzliche Energie aus einer aufladbaren Batterie zur Verfügung steht -eine bewusste Aktivierung eines Identifikationsvorganges beziehungsweise einer Datenübertragung über einen wesentlich größeren Abstand von zumindest dem Faktor 2, insbesondere dem Faktor 5 bis 50, durch Betätigen des Ein-Tasters auf dem Datenträger und Nutzung der Batterieenergie zur Erhöhung der Sende-
und/oder Empfangsleistung und damit des Datenübertragungsabstandes, erreicht werden.
Generell werden bei Hochsicherheitstransaktionen und/oder Zutrittskontrollen kurze Leseabstände und/oder bewusste Transaktionsvorgänge bevorzugt beziehungsweise gefordert. Neben diesen Hochsicherheitstransaktionen werden jedoch auch aus Komfortgründen und aus physikalischen Gründen zur Überbrückung eines Transaktionsabstandes aus zum Beispiel einem Auto zu einer Lesestation zwecks Öffnung einer Schranke oder eines Tores oder einer Tür und dergleichen wesentlich größere Abstände gewünscht. Allerdings soll dabei eine bewusste Aktivierung des Karteninhabers erforderlich sein, da ansonsten der Datenschutz und ein daraus resultierender Missbrauch bedenklich sein könnte. Hier setzt die Erfindung ein, die eine bewusste und beabsichtigte Vergrösserung des Transaktionsabstandes vorsieht.
Die Integration der notwendigen Komponenten, wie der wiederaufladbaren Batterie und des Ein-Tasters und des IC-Moduls und der Verdrahtung, in den Datenträgerkörper wird so durchgeführt, dass dadurch die einschlägigen Normen für Chipkarten, wie ISO 7816 und dergleichen, als auch die Normen für die Prüfmethoden, wie ISO 10373 und dergleichen Standards, erfüllt werden. Für die Integration der erforderlichen Komponenten in den Kartenkörper wurde ein einfaches, kostengünstiges und lang haltbares Verfahren gefunden. Die in der Kartenindustrie üblichen gestalterischen und sicherheitstechnischen Möglichkeiten und Anforderungen werden dabei erfüllt.
Es wurde nunmehr gefunden, dass eine flache und flexible aufladbare Batterie sehr effizient in den Innenbereich eines Kartenaufbaues aus mehreren Einzellagen derart integriert werden kann, dass die einschlägigen Prüfverfahren für Identifikationskarten, wie beispielsweise der ISO 10373, erfüllt werden und die Wiederaufladung durch Kontakte eines üblichen Chipmoduls erfolgen kann.
Dabei können übliche Dual-Interface oder Zwei-Chip-Module verwendet werden, bei denen geeignete Anschlussflächen für den Ladevorgang gewählt werden können. Es können jedoch auch kontaktlos funktionierende Module verwendet werden, die ähnlich und in Analogie zu Dual-Interface Modulen in einen Kartenkörper eingesetzt, beziehungsweise integriert werden und bei denen die Oberseite der Module lediglich zwei Kontaktflächen für einen Ladevorgang aufweisen.
In einer kosteneffizienten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung können derartige Module zusätzlich als Schalter beziehungsweise Ein-Taster verwendet werden. Dabei kann die Schaltfunktion direkt in das Modul integriert werden oder aber im Zusammenwirken des Moduls mit dem Datenträger beziehungsweise der Verdrahtungsebene und den entsprechenden innenliegenden Kontaktelementen.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wurde nunmehr gefunden, dass in einer einfachen Ausführungsform sämtliche Verdrahtungselemente in einer Ebene einer Innenlage angeordnet werden können, was zu wesentlichen Kosteneinsparungen im Vergleich zu durchkontaktierten Leiterplatten führt.
In einer weiteren erfinderischen Ausführung wurde gefunden, dass das aufladbare Batterieelement und gegebenenfalls das Ein-Tast Element in Aussparungen in Innenlagen eines Kartenkörpers adhäsiv platziert wird und der Kartenkörper laminiert und ausgestanzt wird. Anschließend wird so wie bei bisherigen Dual-Interface Chip-Modul-Implantierprozessen eine Kavität zur Aufnahme dieses Chipmoduls gefertigt und es werden zusätzlich die Kontaktstellen für die diversen elektrischen Anschlüsse mittels eines Stirn- oder Kugelfräsers oder mittels Laserablation hergestellt. Das entsprechende Chipmodul wird anschließend - so wie bisher bei Dual-Interface Karten - mittels leitfähigen und plastischen beziehungsweise elastischen Elementen montiert und geprüft.
Das Chipmodul kann dabei ein Dual-Interface Modul sein, ein Modul mit zwei IC's oder ein Kontaktlosmodul mit zwei oberseitigen Kontaktflächen zur kontaktbehafteten Aufladung der Batterie und es kann wahlweise in dem • · ο ,· · · * » 4 · i ♦ · ν · · · · **η * 4
Chipmodul eine Schaltfunktion integriert sein oder aber in Verbindung mit dem Einbau des Chipmoduls eine Ein-Taster Funktion gegeben sein
Die Ladefunktion der aufladbaren Batterie kann sowohl durch Kontakte auf der Oberseite der Karte erfolgen, als auch durch eine kapazitive oder induktive berührungslose Energieeinbringung. Dabei müssen im Kartenkörper entsprechende flächige Elektroden nebeneinander oder übereinander angeordnet sein oder es muss eine zusätzliche Spule eingebaut sein.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungsfiguren näher beschrieben.
Dabei zeigt:
Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (4, 6) beziehungsweise deren Aufnahmekavitäten,
Figur 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (3, 4, 6) in geschnittener Ansicht A-B,
Figur 3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (4, 5, 6) in geschnittener Ansicht C-D,
Figur 4: eine schematisches Schaltbild mit fünf Anschlußkontakten,
Figur 5: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit den diversen Laminatlagen (19 bis 15) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (3, 4, 6) in geschnittener Ansicht A-B,
Figur 6: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen ♦ t » · * • · ♦ # • · · · · • · ···· ·· • · t ··«
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Dokumentenaufbaus (1) mit den diversen Laminatlagen (19 bis 15) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (4, 5, 6) in geschnittener Ansicht C-D, 5 Figur 7: eine schematische Schaltbild mit 6 Anschlußkontakten und den
Komponenten (3, 4, 5, 6),
Figur 8: 10 Figur 9:
Figur 10: 15 eine schematische Schaltbild mit 8 Anschlußkontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 31, 32), eine schematische Schaltbild mit 8 Anschlußkontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 32), eine schematische Schaltbild mit 8 Anschlußkontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 33),
Figur 11: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (31, 34, 4, 5, 6), 20
Figur 12: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (31, 34, 4, 5, 6), 25 In Figur 1 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Datenträgers (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (nämlich der Batterie 4 und der Antenne 6) beziehungsweise deren Aufnahmekavitäten aufgezeigt. 30 Ein derartiges Dokument (1) hat üblicherweise die Normen ISO 7810 beziehungsweise ISO/IEC 7816ff beziehungsweise Normen für die kontaktlose Datenübertragung wie die ISO/IEC 14443 oder ISO/IEC 15693 und dergleichen und die Test Methoden nach ISO/IEC 10373 zu erfüllen. 4 • · · · · · • · · * · ♦ * • · ♦ · • · · · · Μ ···· ·· fl
Gemäß dieser Standards sind somit die äußere Kontur des Datenträgerkörpers (2) und dessen Dicke und weitere physikalische und elektrische Parameter inklusive der Toleranzen und der Testmethoden festgelegt. In diesen Standards sind ebenfalls die Position und Art und Ausführung des Chipmoduls (3) enthalten. Daraus ergeben sich für die Erfindung der Ort der Kavität (7) für das Chipmodul (3).
Die Ausführung der Antenne (6) ist hingegen weitgehend dem Hersteller des Datenträgers (1) überlassen und bezüglich der Anordnung einer aufladbaren Batterie (4) und eines Ein-Tasters (5) existieren keine Normen und demzufolge müssen beim Einbau derartiger zusätzlicher Komponenten die Test Methoden gemäß ISO/IEC 10373 berücksichtigt erfüllt werden.
In der vorliegenden Ausführung wird die Herstellung der Antennen-Spule (6) und der Verdrahtung (35) mittels einer elektrisch leitfähigen Siebdruckpaste beschrieben. Bevorzugt werden hierfür Silberpasten verwendet, wie beispielsweise eine Paste der Firma E.l. Du Pont de Nemours mit der Bezeichnung 5029 mit einem Flächenwiderstand von typisch 15 bis 25 mOhm/Quadrat vor der Lamination und 4 bis 8 mOhm/Quadrat nach der Lamination. Die Silberpasten werden mit einem Druckvorgang auf einer Innenlage des mehrlagigen Datenträgerkörpers (2) gedruckt und es werden nach dem Laminationsprozess ein Antennenspulenwiderstand von typisch 3 bis 5 Ohm bei typisch 3 bis 6 Windungen erreicht.
Neben Silberleitpasten können Kupferleitpasten und elektrisch leitfähige Polymere, sowie Kombinationen der genannten Pasten, inklusive Carbonpasten, zur Passivierung verwendet werden.
Die aufladbare Batterie (4) wird bevorzugt im Innenbereich der Antenne (6) angeordnet. Die Anschlüsse (14', 15', 14, 15) werden in der Nähe des Chipmoduls (3, 7) und dessen Kontakte (9, 10, 11, 12, 13) und des Schalters (5, 8) und dessen Kontakte (16, 17, 18) positioniert. Λ ···· · · · · ·· · « ··· · · * · · · · · · ····· · « · • · · * * · »· ··^ # ·
Die Verdrahtungsleitungen (35) können dadurch einfach und kurz gehalten werden. Dabei werden die inneren Windungen der Spule (6) beispielhaft zwischen den Kontakten (16, 17) hindurchgeführt und es kann auf eine zweite Verdrahtungsebene oder eine Brücke verzichtet werden.
Die Batterie (4) und der Schalter (5) werden bereits vor dem Laminationsprozess in den Laminataufbau positioniert. Das Chip-Modul (3) wird bevorzugt nachträglich durch Fräsen einer Kavität (7) in den geprüften Kartenkörper (2) eingesetzt. Dies ist insbesondere durch die immer höheren Anforderungen an IC-Module (3) sinnvoll, da entsprechend den höheren Anforderungen an EEPROM-Speichervolumen und kryptographischen Möglichkeiten auch die Kosten eines IC-Moduls (3) steigen und bereits etwa um den Faktor 3 bis 10 und 20 und darüber größer sind als die Kosten für den Datenträgerkörper (2) ohne zusätzliche Komponenten.
Erfindungsgemäss erfolgt die Implantation eines IC-Moduls (3) in eine gefräste Kavität (7) inklusive der Kontaktierung der Antennenanschlüsse (9, 10). In der vorliegenden Erfindung sind zumindest 3 zusätzliche Anschlüsse, zwei Kontakte (11, 12) zur aufladbaren Batterie (4, 14, 15) und ein Kontakt (13) zum Eintaster-Mittelkontakt (17) erforderlich. Derart beschältet und bei Verwendung eines entsprechend ausgebildeten Chip-Moduls (3) kann die aufladbare Batterie (4) dadurch geladen werden, dass der Datenträger (2) in ein Lesegerät gesteckt wird.
In Figur 2 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (3, 4, 6) in geschnittener Ansicht A-B aufgezeigt.
In dieser Schnittansicht ist das Chip-Modul (3) in der Kavität (7) schematisch dargestellt. Die Oberfläche des Chip-Moduls weist die üblicherweise acht elektrischen Kontaktelemente (26) auf und diese sind bündig mit der Oberfläche des Datenträgers (2) angeordnet. Das Chip-Modul (3) wird mittels • · • # ····· · · • · · · · ♦ · ····· ·· · .........Ϊ3 # #
Dispenserklebstoff und/oder mittels Heißschmelzklebefolien in der Kavität (7) befestigt, wobei während der Montage noch elektrisch leitfähige
Polymerpasten mittels Dispenser auf die Kontakte (9, 10, 11, 12, 13) im Datenträger (2) gegeben werden.
Die 5 Kontakte werden üblicherweise im Anschluß an die Fräsung der Kavität (7) mittels Stirnfräsern von etwa 1 bis 2 mm Durchmesser hergestellt. Dabei muß die Tiefe der Fräsung sehr exakt ausgeführt werden, da die elektrisch leitfähigen Kontakte drucktechnisch bedingt lediglich eine Dicke von etwa 7 bis 20 pm aufweisen und nur angefräst werden sollen.
Die aufladbare Batterie (4) ist so im Laminataufbau des Datenträgers (2) positioniert, dass die Anschlüsse (14, 15, 14', 15') der Batterie (4) mit der Oberfläche der Verdrahtungskontakte (35) in einer eng beabstandeten Ebene angeordnet sind.
Dadurch wird durch die Ausbildung der Batteriekontaktelemente (14', 15') beim Laminierprozess der Kontakt zu den Verdrahtungskontakten (35, 14, 15) hergestellt. Zusätzlich können elektrisch leitfähige polymere Pasten eingebracht werden und einen elektrisch leitfähigen Verbund bewirken.
In Figur 3 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Datenträgeraufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (4, 5, 6) in geschnittener Ansicht C-D aufgezeigt.
In dieser Ansicht wird der Hohlraum (8) für den Schalter (5) beziehungsweise Taster (5) und den Anschlüssen (16, 17, 18) beziehungsweise der Verdrahtung (35) schematisch dargestellt. In der Ausführung wird der Taster (5) aus einem federartigen, im Querschnitt hutförmigen Schaltelement gebildet, das einerseits die Kontakte (16, 18) und andererseits die Antennen-Spule (6) mit dem Chip-Modul (3) verbindet. / • · · ···« · · • · · · · ♦ · ·♦·«· φ « ♦ .........-f4 ' ·
Beim Betätigen des Tasters (5) wird der mittlere Kontakt (17) mit den Kontakten (16, 18) verbunden und es dadurch werden im Chip-Modul (3) die Kontakte (10, 13) miteinander verbunden.
Die Energie der aufladbaren Batterie (4) wird zu einer bewussten Transaktion über eine längere Distanz genutzt, als dies bei einer üblichen RF-bewirkten Transaktion geschehen kann. Die Betätigung des Tasters erfolgt durch Zusammendrücken des Datenträgers (2) im Bereich des Tasters (5).
In Figur 4 wird eine schematisches Schaltbild mit fünf Anschlusskontakten aufgezeigt.
Die Antennen-Spule (6) dient bei üblichen Kontaktlos-Chipkarten als Energiequelle für den Betrieb des IC-Moduls (3) und zum Empfangen und Senden der Information. Durch die Betätigung des Tasters (5) kann die Sendeenergie aufgrund der Energie der Batterie (4) derart erhöht werden, dass die Information über einen entsprechend größeren Transaktionsabstand gesendet werden kann.
Dies kann zum Beispiel beim Öffnen einer Schranke oder eines Garagentors oder allgemein eines größer beabstandeten Lesegerätes zum Datenträger (1) sehr hilfreich und wirksam sein.
In der Figur 5 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Datenträgers (1) mit den diversen Laminatlagen (19 bis 25) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (3, 4, 6) in geschnittener Ansicht A-B der Figur 1 gezeigt.
In dieser Ausführung werden 7 Laminatlagen (19 bis 25) beispielhaft dargestellt. Grundsätzlich kann der Aufbau auch aus weniger und auch aus mehr Lagen gewählt werden und hängt sehr wesentlich von den grafischen Anforderungen ab. t · · · · · · · · • · · · · · ·
• · * · · ι * I t · »··< · « · · · I · 15
In einer bevorzugten Ausführung werden die äußeren Lagen (19, 25) transparent als sogenannte Overlayfolien ausgebildet. Die darunter liegenden Lagen (20, 24) sind als grafisch gestaltete, opak oder transparente Deckfolien ausgeführt.
Die Kernfolien (21 bis 23) sind opak beziehungsweise transluzent ausgeführt. In bestimmten Fällen können auch diese Kernfolien (21 bis 23) grafisch gestaltet werden oder es können Sicherheitsdrucke integriert werden.
Die Antennen-Spule (6) wird in dieser Ausführung auf die Unterseite der Kernfolie (23) oder auf die obere Seite der Deckfolie (24) gedruckt und beide Folien werden mit Dicken im Bereich 50 bis 120 pm gewählt. Auf diese Weise kann ein Chipmodul (3) mit etwa 500 bis 580 pm Tiefe noch gut in eine gefräste Kavität (7) eingesetzt werden.
In dieser Darstellung wurden die Folien (19, 20), die Folien (21, 22) und die Folien (23, 24, 25) jeweils zusammen gezeichnet. Diese Art der Darstellung dient jedoch nur zur Vereinfachung der Zeichnung. Die Folien sind grundsätzlich Einzelfolien und werden in einem Heiz-Kühl-Transferprozess miteinander verbunden.
Die Batterie (4) ist in modernen Ausführungen bereits mit 300 pm bis zu 550 pm Dicke erhältlich, zum Beispiel das FLEXION Model F-292203V oder Model F-372903V oder Model F-532803 der Firma Solicore, Inc., Lakeland, FL 33805, USA mit 350 pm Dicke und kann Laminierdrücken und Laminiertemperaturen standhalten. Für die Positionierung der Batterie (4) auf der Oberflläche der Kernfolie (23) kann ein Haftmittel (29) entweder auf die Unterseite der Batterie (4) oder positionsgenau auf die Oberseite der Kernfolie (23) gegeben werden. Damit wird die Batterie (4) in einem Laminataufbau positioniert.
In dieser Darstellung werden die Kontaktflächen (14, 15) auf der Verdrahtung (35) derart dargestellt, dass in diesem Bereich die Kernfolie (23) • · • ··« • · Ί • * · « » · · »ii»« * · · Μ ···· *· Μ» I · 16
Aussparungen aufweist und die Kontaktelemente der Batterie (14', 15') entweder direkt beim Laminierprozess mit der Oberfläche er Verdrahtungselemente (35, 14, 15) kontaktiert werden oder über zusätzliche polymere Klebstoffadditive oder mit elektrisch leitfähigen Verbindungshilfsmitteln.
Das Chip-Modul (3) mit den Kontaktflächen (26) für die kontaktbehafteten Funktionen ist oberflächenbündig mit der Overlayfolie (19) in der Kavität (7) angeordnet. Die mechanische Befestigung ist nicht grafisch dargestellt und erfolgt mittels Heißklebefolien oder Dispenserklebstoffen und geeigneten Härtungs- beziehungsweise Trocknungsprozessen.
Im Gegensatz zur Batterie (4), die bereits im Laminatpaket integriert ist, wird die Kavität (7) erst in den fertig laminierten Datenträgerkörper (2) gefräst. Im Zuge der Herstellung der Kavität (7) werden auch die Kontakte (9 bis 13) mittels Stirnfräsern hergestellt beziehungsweise freigelegt und diese Kontakte (9 bis 13) sind direkt den korrespondierenden Kontaktstellen (9' bis 13') auf der Unterseite des Chip-Moduls (3) gegenüberliegend angeordnet.
In die Kontaktelemente (9 bis 13) werden im Zuge des Einbaus des Chip-Moduls (3) mit einem Dispenser elektrisch leitfähige polymere Kontaktpasten gegeben, die dann den Kontakt zu Kontaktelementen (9' bis 13') auf der Unterseite des Chip-Moduls (3) im eingebauten Zustand bewirken.
In Figur 6 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dokumentenaufbaus (1) mit den diversen Laminatlagen (19 bis 15) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (4, 5, 6) in geschnittener Ansicht C-D aufgezeigt.
Gegenüber Figur 5 wird hier der Bereich des Tasters (5) schematisch dargestellt. Das Tasterelement (5) ist aus einem elektrisch leitfähigen Federkontaktmaterial hergestellt, wie beispielsweise aus Beryllium-Bronce und weist die drei Kontaktflächenbereiche (16', 17', 18') auf, wobei die /1 /1 • · • · · · • · I · · · t · « • · · · · · » t • · · ·· · 11 ·«« · · 17
Kontaktflächen (16', 17') permanent mit den Kontaktflächen (16, 17) der Verdrahtung (35) beziehungsweise der Antennen-Spule (6) in Berührung sind und die Kontaktfläche (17') nur nach einem bewussten Zusammendrücken des Datenträgerkörpers (2) in dem Bereich der Aussparung (27) beziehungsweise im Bereich der Kontaktfläche (17') einen ohmschen Kontakt zwischen den Kontaktflächen (17, 17') bewirkt. Die Aussparung (27) in den Kernfolien (21, 22) bewirkt den Hohlraum (8) in dem sich das Schaltelement (5) bewegen kann.
In Figur 7 wird ein schematisches Schaltbild mit 6 Anschlußkontakten und den Komponenten (3, 4, 5, 6) aufgezeigt.
Gegenüber den bisherigen Ausführungsformen werden hier 6 anstelle 5 Kontakten zum Chip-Modul (3) vorgesehen. Die Batterie (4), die Spule (6) und der Schalter (5) werden direkt mit korrespondierenden Kontakten des Chip-Moduls (3) verbunden. In dieser Ausführung bewirkt der Taster (4) einen bewussten Transaktionsvorgang über eine entsprechende elektronische Steuerung im Chip-Modul (3).
In Figur 8 wird ein schematisches Schaltbild mit 8 Anschlusskontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 31, 32) aufgezeigt.
In dieser Ausführung wird eine Variante dargestellt, bei der zwei elektrisch leitfähige Flächen (32) einen kapazitiven Ladevorgang bewirken. Ein entsprechendes Ladesystem für die aufladbare Batterie (4) weist zwei ähnlich gestaltete elektrisch leitfähige Flächen auf. Diese Flächen sind eng benachbart zu den Flächen (32) angeordnet. Es kann dadurch mit einem geeignetem Wechselstrom und einer entsprechenden Spannung Energie kontaktlos, also ohne ohmsche Kopplung, übertragen werden. Diese muss allerdings noch im kontaktlosen IC-Modul (30) entsprechend gleichgerichtet und aufbereitet werden, um einen Ladevorgang der Batterie (4) bewirken zu können.
• I • I • · • ··· • · · · « · · • · · · · · » · «I ·ι·» ·ι ··· · · 18
In dieser Ausführung wird das bisher verwendete Dual-Interface Chip-Modul (3) durch zwei Module ersetzt. Nämlich zum einen das Kontaktlos-Modul (30) und zum anderen das getrennt angeordnete, kontaktbehaftete Modul (31), wobei das kontaktbehaftete Modul (31) entsprechend der ISO/IEC 7816 in einer genau definierten Position angeordnet werden muss und das kontaktlose Modul (30) technisch günstig positioniert werden kann.
In Figur 9 wird ein schematisches Schaltbild mit 8 Anschlusskontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 32) dargestellt.
In dieser Ausführung wird ein kontaktloses Chip-Modul (30) verwendet und kann ein derartiger Datenträger damit nur kontaktlos betrieben werden. Grundsätzlich wäre damit die Einhaltung der Dicke gemäß ISO/IEC 7810 nicht unbedingt notwendig.
Die Kondensator-Flächen für das kapazitive Laden (32) werden weiters nicht nebeneinander angeordnet, sondern übereinander. Bevorzugt werden die Flächen (32) möglichst weit beabstandet und derart nahe an der jeweils gegenüberliegenden Oberfläche des Datenträgerkörpers (2) angeordnet und in einem Ladegerät werden korrespondierende Flächen zum Laden möglichst nahe zu den Flächen (32) angeordnet, so dass eine gute kapazitive Kopplung gegeben ist und ein effizienter Energietransfer möglich ist.
In Figur 10 wird ein schematisches Schaltbild mit 8 Anschlusskontakten und den Komponenten (30, 4, 5, 6, 33) aufgezeigt.
In dieser Ausführung wird eine zweite Spule (33) in den Kartenkörper (2) integriert und wird damit eine induktive Ladung der aufladbaren Batterie (4) ermöglicht.
In Figur 11 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (31, 34, 4, 5, 6) aufgezeigt. • · * * · · · »···· · · · »· ··»· ·· ··· « · 19
In dieser Ausführungsform wird ein kontaktloser IC (30) verwendet, der allerdings auf der Oberfläche zumindest zwei Kontaktflächen (34) aufweist, die in Analogie zu den Spannungsversorgungskontaktflächen eines ISO/IEC 7816 Moduls ausgeführt sind und den Ladevorgang der Batterie (4) 5 bewirken. Notwendige Elektronikkomponenten zu einem geregelten
Ladevorgang können dabei im kontaktlosen IC-Modul (30) mit den Spezialkontaktflächen (34) untergebracht werden. Der Schalter (5) kann wie bereits beschrieben integriert werden. 10 In Figur 12 wird eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Dokumentenaufbaus (1) mit der beispielhaften Anordnung der einzelnen Komponenten (31, 34, 4, 5, 6) aufgezeigt.
In dieser Ausführung wird das kontaktlose Chip-Modul (30) mit zwei 15 Kontaktflächen (34) ausgeführt, die in Analogie zu den
Spannungsversorgungskontaktflächen eines ISO/IEC 7816 Moduls ausgeführt sind und den Ladevorgang der Batterie (4) bewirken. Zusätzlich ist dieses Modul (30, 34) als Taster (5) ausgebildet, wobei die Betätigung durch zusammendrücken des Datenträgerkörpers (2) im Bereich des Moduls 20 (5, 30, 34) erfolgt und dadurch ein bewusster Transaktionsvorgang mit erhöhter Reichweite bewirkt werden kann.

Claims (26)

  1. • · • · • · · · · · · ♦ * · * · · · t • · Mt· ·· ··· · » 20 Patentansprüche 1. Datenträger (1) mit einem IC-Modul (3, 30, 31) und einer Antenne (6) zur drahtlosen Datenübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine aufladbare Batterie (4) und ein Ein-Taster (5) in dem Datenträger (1) integriert sind und durch Betätigen des Ein-Tasters (5) und der Nutzung der Batterie-Energie (4) durch eine Erhöhung der Sende-und/oder Empfangsleistung ein willkürlicher Datenübertragungsvorgang mit zumindest dem doppelten Abstand möglich ist.
  2. 2. Datenträger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der willkürliche Datenübertragungsvorgang mit zumindest dem 5- bis 50-fachen Abstand möglich ist.
  3. 3. Datenträger (1) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Sendeleistung derart erhöht wird, dass ein willkürlicher Datenübertragungsvorgang mit zumindest dem doppelten, insbesondere dem 5- bis 50-fachen Abstand möglich ist.
  4. 4. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbare Batterie (4) über Kontakte (3, 34) auf der Oberfläche des Datenträgers (1) aufgeladen werden kann.
  5. 5. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (1) den Anforderungen der Normen ISO 7810 und/oder ISO 7816 und/oder ISO 14443 und/oder ISO 15693 genügt.
  6. 6. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (1) die kontaktlose Datenübertragung im Frequenzbereich von 100 bis 135 kHz und/oder im HF-Bereich von 13,56 MHz und/oder im UHF Bereich von etwa 400 bis 915 MHz und/oder im Mikrowellenbereich bei 2,45 GHz beziehungsweise 5,8 GHz ausführt. 21
  7. 7. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (6) eine Spule oder ein Dipol ist.
  8. 8. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträger (1) aus zumindest 3, insbesondere mehr als 5 Folien aufgebaut wird und durch einen Laminationsvorgang diese Folien verbunden werden.
  9. 9. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtung (35) auf der Deckfolie unten (24) oder der Kernfolie 3 (23) in einer Ebene ausgeführt wird.
  10. 10. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtung (35) in zwei Ebenen auf wahlweise den Folien (20 bis 24) ausgeführt wird.
  11. 11. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrahtung (35) und die Antenne (6) mittels Siebdruck und der Verwendung elektrisch leitfähiger polymerer Pasten ausgeführt wird.
  12. 12. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-Taster (5) in das Innere des Datenträgers (1) mit einem Flohlraum (8) eingebaut ist.
  13. 13. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-Taster (5) durch das Zusammendrücken der Oberflächen des Datenträgers (1) im Bereich des Ein-Tasters (5) mit zwei Fingern die bewusste Datenübertragung mit dem zumindest verdoppelten Übertragungsabstand bewirkt und dabei ein deutliches Geräusch erzeugt, das synchron mit dem Ein-Tast-Vorgang wahrnehmbar ist. • · • · · · · · · ····· ·· · ·· ···· ·· ··· · · 22
  14. 14. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-Taster (5) bei Betätigung zusätzlich zur Auslösung der bewussten Datenübertragung mit zumindest dem verdoppelten Abstand ein akustisches Element, wie beispielsweise einen Piezo-Schallgeber, aktiviert und derart den bewussten Datenübertragungsvorgang akustisch signalisiert.
  15. 15. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-Taster (5) mit den Kontaktelementen (16', 17') ein äußeres Spulenende (16) über das Kontaktelement (18) den Anschluss an die Kontaktierung der Antenne zum Chipmodul (10) bewirkt und derart als eine Brücke funktioniert.
  16. 16. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ein-Taster (5) in das kontaktlose Chipmodul (5, 34, 31) derart integriert ist, dass dieses Modul (5, 34, 31) die Position auf dem Datenträger gemäß ISO 7816 einnimmt und die Anschlussbelegung derart ausgeführt ist, dass in einem üblichen ISO 7816 konformen Lesegerät ein Ladevorgang der Batterie (4) gewährleistet ist und zusätzlich dieses Modul (5, 34, 31) als Ein-Taster (5) verwendet werden kann, wobei der elektrische Schaltvorgang durch einen Mikroschalter im Modul als auch durch ein entsprechend ausgebildetes Federelement im Kontaktbereich des Moduls (5, 34, 31) zur Verdrahtung (35) bewirkt werden kann und der kontaktlose IC (31) in das Modul (5, 34, 31) integriert ist.
  17. 17. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbare Batterie (4) durch die Spule (6) geladen wird.
  18. 18. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbare Batterie (4) durch flächige paarweise Elektroden (32), die in den Datenträger (1) integriert sind, kapazitiv und berührungslos geladen wird. • · · · · · · · · • · · · · · · • · · · · ·· · • · · ··· ·· ··· · · 23
  19. 19. Datenträger (1) nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbare Batterie (4) durch eine zusätzliche Spule (33), die in den Datenträger (1) integriert ist, induktiv und berührungslos geladen wird.
  20. 20. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Antennen-Spule (6) und der Verdrahtung (35) eine elektrisch leitfähige Siebdruckpaste mit einem Druckvorgang auf einer Innenlage des mehrlagigen Datenträgerkörpers (2) gedruckt wird und dass nach dem Laminationsprozess ein Antennenspulenwiderstand von typisch 3 bis 5 Ohm bei typisch 3 bis 6 Windungen erreicht wird.
  21. 21. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) und der Schalter (5) bereits vor dem Laminationsprozess in den Laminataufbau positioniert, werden und dass das Chip-Modul (3) nachträglich durch Fräsen einer Kavität (7) in den geprüften Kartenkörper (2) eingesetzt wird.
  22. 22. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die aufladbare Batterie (4) dadurch geladen wird, dass der Datenträger (2) in ein Lesegerät gesteckt wird.
  23. 23. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Chip-Modul (3) mittels Dispenserklebstoff und/oder mittels Heißschmelzklebefolien in der Kavität (7) befestigt wird, wobei während der Montage noch elektrisch leitfähige Polymerpasten mittels Dispenser auf die Kontakte (9, 10, 11, 12, 13) im Datenträger (2) gegeben werden ,
  24. 24. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Lagen (19, 25) des Datenträgers transparent als sogenannte Overlayfolien ausgebildet sind und die darunter liegenden Lagen (20, 24) als grafisch gestaltete, opak oder • ♦
    transparente Deckfolien ausgeführt sind, dass die Kernfolien (21 bis 23) opak oder transluzent ausgeführt, sind und dass die Antennen-Spule (6) auf die Unterseite der Kernfolie (23) oder auf die obere Seite der Deckfolie (24) gedruckt wird und beide Folien mit Dicken im Bereich 50 bis 120 pm gewählt 5 werden.
  25. 25. Verfahren zur Herstellung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (7) für den Einsatz des Chip-Moduls erst in den fertig laminierten Datenträgerkörper (2) gefräst wird 10 und dass im Zuge der Herstellung der Kavität (7) auch die Kontakte (9 bis 13) mittels Stirnfräsern hergestellt beziehungsweise freigelegt werden, wobei diese Kontakte (9 bis 13) direkt den korrespondierenden Kontaktstellen (9' bis 13') auf der Unterseite des Chip-Moduls (3) gegenüberliegend angeordnet sind. 15
  26. 26. Anwendung eines Datenträgers (1) nach Anspruch 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass er zum Öffnen einer Schranke, eines Garagentors und/oder zur Kommunikation mit einem entfernen Lesegerät verwendet wird Wien, 21. September 2004 Austria Card Plastikkarten und Ausweissysteme GmbH durch': 20
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