DE102004031118A1

DE102004031118A1 - Schein, Lese-Vorrichtung und Schein-Identifikations-System

Info

Publication number: DE102004031118A1
Application number: DE102004031118A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dr. Knoll
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-06-28
Filing date: 2004-06-28
Publication date: 2006-01-19
Also published as: US20060011449A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schein mit einem papierartig flexiblen Trägerelement, mit einem elektronischen Chip auf und/oder in dem Trägerelement, mit einem in dem Chip monolithisch integrierten Schaltkreis und mit einem in dem Chip monolithisch integrierten Feldkopplungs-Element, das zur Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist und das mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schein, eine Lese-Vorrichtung und ein Schein-Identifikations-System.
Zur Verbesserung der Sicherheit von Banknoten können elektronische Bausteine in einer solchen Banknote bzw. in einem solchen Geldschein vorgesehen werden. Als Anwendungen kommen die Echtheitsüberprüfung bei den Banken (insbesondere bei einer Zentralbank) in Betracht, und vor allem die Verbesserung und Erleichterung der Echtheitsüberprüfung in Geschäften, insbesondere in Geschäften des Einzelhandels.

Gemäß dem Stand der Technik wird in Einzelhandelsgeschäften eine Echtheitsüberprüfung einer Banknote mittels Bestrahlens der Banknote mit UV-Licht durchgeführt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht ausreichend fälschungssicher und stellt daher ein hohes Sicherheitsrisiko dar.

Aus [1] ist ein Geldschein bekannt, der einen Transponder-Chip aufweist, auf welchem Daten für den Geldwert und die Registriernummer des jeweiligen Geldscheines enthalten ist. Der Transponder-Chip gemäß [1] ist mit einer herkömmlichen makroskopischen Antennenspule ausgerüstet, in welche elektromagnetische Strahlung eingekoppelt werden kann, um in dem Chip gespeicherte Information auszulesen.

Allerdings ist der aus [1] bekannte Geldschein teuer in der Fertigung, da der herkömmlich gefertigte Transponder-Chip aufgrund seiner großen Fläche und aufgrund des hohen Kostenaufwands zum Bilden der Antenne kostenintensiv ist.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen Schein bereitzustellen, der bei hoher Fälschungssicherheit kostengünstig fertigbar ist.

Das Problem wird durch einen Schein, durch eine Lese-Vorrichtung zum Auslesen von in einem elektronischen Chip eines Scheins enthaltener Informationen und durch ein Schein-Identifikations-System mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Der erfindungsgemäße Schein enthält ein papierartig flexibles Trägerelement und einen elektronischen Chip auf und/oder in dem Trägerelement, sowie einen in dem Chip monolithisch integrierten Schaltkreis und ein in dem Chip monolithisch integriertes Feldkopplungs-Element, das zur Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist, und das mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.

Die erfindungsgemäße Lese-Vorrichtung zum Auslesen von in einem elektronischen Chip eines Scheins enthaltener Informationen enthält eine Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Scheins und eine elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung auf ein Feldkopplungs-Element des Scheins, das in dem Chip des Scheins monolithisch integriert ist. Ferner enthält die Lese-Vorrichtung eine Detektionseinrichtung zum Erfassen eines von dem Feldkopplungs-Element des Scheins emittierten elektromagnetischen Signals und eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von in dem Chip des Scheins enthaltener Informationen aus dem von dem Fedkopplungs-Element des Scheins emittierten elektromagnetischen Signal.

Darüber hinaus ist erfindungsgemäß ein Schein-Identifikations-System geschaffen, das einen Schein mit den oben beschriebenen Merkmalen und eine Lese-Vorrichtung mit den oben beschriebenen Merkmalen zum Auslesen von in einem elektronischen Chip des Scheins enthaltener Informationen aufweist.

Eine Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, bei einem elektronisch auslesbaren Schein, dessen Herzstück ein elektronischer Chip auf und/oder in einem mechanisch flexiblen biegbaren papiernen Trägerelement ist, in dem Chip einen Schaltkreis und ein Feldkopplungs-Element (anschaulich eine Antenne) vollständig monolithisch integriert vorzusehen. Aufgrund der miniaturisierten Fertigbarkeit des Chips, der insbesondere im Rahmen der Siliziummikrotechnologie gefertigt sein kann, kann die erforderliche Chipfläche sehr gering vorgesehen werden. Dadurch ist es erfindungsgemäß ermöglicht, einen kostengünstigen Schein in der Größenordnung von einem Euro-Cent herzustellen. Bei typischen Herstellungskosten eines Geldscheins von zehn Euro-Cent stellt der erfindungsgemäße Schein somit eine wettbewerbsfähige Lösung des Problems elektronisch auslesbarer Scheine dar. Gegenüber der bekannten Echtheitsprüfung auf der Basis von UV-Licht erlaubt der erfindungsgemäße Schein eine verbesserte Sicherheit gegen Fälschung.

Erfindungsgemäß ist eine rasche und zuverlässige Methode zur Erkennung der Echtheit von Scheinen, z.B. Banknoten, geschaffen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein elektronisch auslesbarer Chip in einem Geldschein realisiert.

Passend zu der Realisierung des Chips in dem Schein ist eine Lese-Vorrichtung zum Auslesen eines solchen Chips unter Verwendung elektromagnetischer Kommunikation zwischen dem Feldkopplungs-Element des Scheins, d.h. einer Einrichtung zum Wechselwirken mit einem externen elektromagnetischen Feld, und der Lese-Vorrichtung geschaffen.

Während der Herstellung des Scheins wird das papierartig flexible Trägerelement im Rahmen eines Papierherstellungs-Verfahrens gebildet, und es wird ein Identifikations-Chip in das Papier mit eingearbeitet. Der Chip kann zuvor mit einer Schutzhülle ummantelt werden. Nach der Fertigstellung der Banknote kann der Chip unter Verwendung der erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung z.B. mittels Hochfrequenz (HF) oder Ultrahochfrequenz (UHF) ausgelesen und gegebenenfalls beschrieben werden. In dem Chip speicherbare Daten (z.B. eine Seriennummer eines Geldscheins und/oder des Chips, ein Wert eines Geldscheins, ein Sicherheitscode, etc.) verbessern die Echtheitsüberprüfung der Banknote.

Da der erfindungsgemäße Chip vorzugsweise in dem papierartigflexiblen Trägerelement, d.h, in einem biegbaren Papiermaterial enthalten ist, ist eine ausreichend gute Isolation des Chips von der Umgebung ermöglicht. Elektrische Leistung ist in den Schein einkoppelbar, insbesondere kapazitiv oder induktiv.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Schein kann das Feldkopplungs-Element eine Antenne sein. Als Feldkopplungs-Element wird insbesondere ein Element bezeichnet, mit dem eine elektromagnetische Kopplung zu einem externen elektromagnetischen Feld hergestellt werden kann, d.h. ein Element, das mit einem solchen externen elektromagnetischen Feld in Wechselwirkung bzw. Kommunikation treten kann.

Anschaulich kann eine Antenne insbesondere als eine elektromagnetische LC-Anordnung angesehen werden, d.h. als eine Art elektromagnetischer Schwingkreis. Die Antenne kann induktivitätsdominiert oder kapazitätsdominiert sein, je nachdem ob in dem LC-Glied die Kapazität C oder die Induktivität L der Antenne die dominierende Einflussgröße ist.

Bei dem Schein kann das Feldkopplungs-Element für eine kapazitive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet sein. Anders ausgedrückt kann über das Feldkopplungs-Element mittels einer Kondensatorkopplung, beispielsweise zwischen einer Elektrode des Feldkopplungs-Elements und einer externen Elektrode eines Lesegeräts, ein elektromagnetisches Feld und die damit verbundene Energie in den Chip eingekoppelt werden.

Das Feldkopplungs-Element kann für eine kapazitive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld einen ersten Metallisierungsbereich aufweisen. Anschaulich kann ein solcher erster Metallisierungsbereich eine Platte eines Kondensators bilden, mittels welchem die kapazitive Wechselwirkung realisiert wird. Die zweite Platte des Kondensators kann dann mittels einer erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung realisiert sein.

Der erste Metallisierungsbereich kann entweder auf der Oberseite oder auf der Unterseite des Chips gebildet werden.

Die Oberseite des Chips kann insbesondere als diejenige Seite des Chips definiert werden, an bzw. in welcher ein integrierter Schaltkreis gebildet ist, d.h. welche Seite (insbesondere halbleitertechnologisch) prozessiert ist. Die Rückseite oder Unterseite des Chips ist somit diejenige Seite des Chips, welche der prozessierten Seite des Chips gegenüber liegt.

Bei dem Schein kann das Feldkopplungs-Element für eine kapazitive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld einen zweiten Metallisierungsbereich aufweisen, der von dem ersten Metallisierungsbereich elektrisch entkoppelt ist.

Dieser zweite Metallisierungsbereich kann auf derselben Seite des Chips vorgesehen sein wie der erste Metallisierungsbereich. Gemäß dieser Ausgestaltung können beispielsweise sowohl der erste Metallisierungsbereich als auch der zweite Metallisierungsbereich auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Chips realisiert und beispielsweise nebeneinander in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sein. Mögliche unerwünschte Wechselwirkungen zwischen den beiden Metallisierungsbereichen können eliminiert werden, indem für eine entsprechende Feld-Abschirmung gesorgt wird bzw. indem die Metallisierungsbereiche in einem ausreichend großen Abstand voneinander vorgesehen werden.

Alternativ zu der beschriebenen Ausgestaltung kann der zweite Metallisierungsbereich auf der entgegengesetzten Seite des Chips vorgesehen sein wie der erste Metallisierungsbereich. Gemäß dieser Ausgestaltung kann z.B. der erste Metallisierungsbereich auf der Vorderseite des Chips und der zweite Metallisierungsbereich auf der Rückseite des Chips gebildet sein oder umgekehrt. Eine unerwünschte Wechselwirkung zwischen den beiden Metallisierungsbereichen ist aufgrund des ausreichend großen Abstands zwischen den beiden Metallisierungsbereichen und aufgrund des dazwischenliegenden Chip-Materials somit vermieden.

Bei dem Schein kann das Feldkopplungs-Element (alternativ oder ergänzend zu der beschriebenen kapazitiven Kopplung) für eine induktive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet sein.

Das Feldkopplungs-Element kann für eine induktive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld einen Metallisierungsbereich aufweisen. Gemäß dieser Ausgestaltung kommuniziert der Chip z.B. mit einem Lesegerät über eine Spulenkopplung, so dass bei dem Lesegerät in diesem Fall eine Lesespule vorgesehen ist. Als Kommunikationselement des Scheins dient gemäß dieser Ausgestaltung eine vorzugsweise auf dem Chip integrierte Spule, die z.B. als planare Spule in Spiralform realisiert sein kann. Auch eine vertikale Spulenanordnung ist möglich.

Der Metallisierungsbereich kann somit als Induktivität auf einer Seite des Chips, vorzugsweise auf der Vorderseite oder auf der Rückseite des Chips, gebildet sein.

Der integrierte Schaltkreis kann eine Speichereinrichtung aufweisen. In der Speichereinrichtung können Daten gespeichert werden.

Die Speichereinrichtung kann eine nichtflüchtige Speichereinrichtung sein.

Insbesondere kann die Speichereinrichtung eine wiederholt beschreibbare Speichereinrichtung (z.B. ein EEPROM, "electrically erasable and programmable read only memory") oder eine einmalig beschreibbare Speichereinrichtung (z.B. ein OTP, "one time programmable memory") sein.

In der Speichereinrichtung kann zumindest eine der folgenden Informationen gespeichert sein: eine Seriennummer des Scheins, ein Wert des Scheins oder ein Sicherheitscode. Mittels einer Kommunikation zwischen dem Schein und dem Lesegerät kann somit ein Lesegerät z.B. eine Seriennummer des Scheins auslesen und auf diese Weise eine Echtheitsprüfung des Scheins durchführen. Es ist allerdings auch möglich, dass eine Kommunikation in der entgegengesetzten Richtung stattfindet, d.h. dass von dem Lesegerät eine Information in die Speichereinrichtung des Scheins programmiert wird. So kann z.B. von einem Geldwertkonto, das in Form verschlüsselter Daten auf dem Schein kodiert ist, von der Lese-Vorrichtung ein vorgegebener Geldbetrag abgebucht werden.

Der integrierte Schaltkreis kann zumindest eine der folgenden Komponenten aufweisen: ein Kryptographie-Modul, einen Gleichrichter-Schaltkreis oder einen Lastmodulator-Schaltkreis. Die Funktionalität des integrierten Schaltkreises ist annähernd beliebig und kann auf eine gegebene Anwendung speziell zugeschnitten werden. Aufgrund der miniaturisierten Vorsehbarkeit des erfindungsgemäßen Scheins können die genannten Komponenten als integrierte Schaltkreiskomponenten und somit mit sehr geringem Flächenbedarf realisiert werden. Unter Verwendung eines Kryptographie-Moduls kann die Sicherheit erhöht werden. Ein Gleichrichter-Schaltkreis kann vorgesehen sein, um eine eingekoppelte Wechselspannung On-Chip in eine Gleichspannung umzuwandeln, welche zur Energieversorgung von Komponenten auf dem integrierten Schaltkreis (z.B. einer Speichereinrichtung) verwendet werden kann.

Der Schein kann z.B. als Geldschein, als Eintrittkarte, als Skipass, als Wettschein, als Aktie oder als Wechsel eingerichtet sein. Bei diesen Anwendungen ist eine hohe Fälschungssicherheit besonders vorteilhaft.

Im Weiteren werden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung zum Auslesen von in einem elektronischen Chip eines Scheins enthaltener Informationen beschrieben. Ausgestaltungen der Lese-Vorrichtung gelten auch für den erfindungsgemäßen Schein, der mit der Lese-Vorrichtung zusammenwirkt, und umgekehrt.

Bei der erfindungsgemäßen Lese-Vorrichtung kann eine Leseelektrode und eine Masseelektrode vorgesehen sein, zwischen die das Feldkopplungs-Element des Scheins einführbar ist. Gemäß dieser Konfiguration der Lese-Vorrichtung können insbesondere kapazitive Feldkopplungs-Elemente mit der Lese-Vorrichtung in Wechselwirkung treten, indem anschaulich eine jeweilige Metallisierungsschicht des Scheins mit einer der beiden Elektroden der Lese-Vorrichtung einen Kondensator bildet, wodurch eine kapazitive Einkopplung von elektromagnetischer Energie in den Schein ermöglicht ist.

Alternativ oder ergänzend kann die Lese-Vorrichtung eine Lesespule aufweisen, in deren Umgebungsbereich das Feldkopplungs-Element des Scheins anbringbar ist. Gemäß dieser Ausgestaltung ist insbesondere ein Schein mit einem induktiven Feldkopplungs-Element auslesbar, indem zwischen einer integrierten Spule des Scheins und der Lesespule eine induktive elektromagnetische Kopplung ausgenützt wird.

Die elektromagnetische Strahlungsquelle kann zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung im Hochfrequenz-Bereich oder im Ultrahochfrequenz-Bereich eingerichtet sein. Grundsätzlich sind die verwendeten Frequenzen beliebig wählbar, sofern die dann zum Auslesen an die Elektroden anzulegenden Spannungen nicht so groß werden und sofern die verwendeten Frequenzintervalle mit anderweitig reservierten Frequenzintervallen nicht überlappen. Allerdings kommt aufgrund des lokal eng begrenzten Vorsehens dieser elektromagnetischen Strahlung, die auf den Bereich einer Lese-Vorrichtung begrenzt ist, auch ein Betrieb bei Frequenzen in Betracht, die eigentlich für andere Anwendungen reserviert sind. Dann sollte ein Austreten der Strahlung aus einem Umgebungsbereich des Scheins und der Lese-Vorrichtung z.B. mittels einer Abschirmung vermieden werden.

Die Ausgestaltungen der Lese-Vorrichtung und des Scheins gelten auch für das Schein-Identifikations-System.

Zusammenfassend ist eine sehr kostengünstige, da miniaturisiert vorsehbare Realisierung eines Scheins und eines Lesegeräts geschaffen. Es ist anzumerken, dass erfindungsgemäß auch ein Schein geschaffen ist, dessen Chip von einer elektrisch isolierenden Einkapselung ummantelt ist, wobei das Feldkopplungs-Element außerhalb der Einkapselung vorgesehen ist.

Ein erfindungsgemäßer Chip kann z.B. eine Dicke von 40μm aufweisen und eine Chipgröße von 0.1mm², so dass der Chip kostengünstig fertigbar ist, da nur wenig Halbleiterfläche (z.B. eines Silizium-Substrats) benötigt wird. Die Dicke eines Geldscheines kann typischerweise 100μm betragen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Geldschein-Identifikations-System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Geldschein-Identifikations-System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
3 ein schematisches Ersatzschaltbild, aus welchem die kapazitive Kopplung bei dem Geldschein-Identifikations-System aus 1 hervorgeht,
4 ein Geldschein-Identifikations-System gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 1 ein Geldschein-Identifikations-System 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Das Geldschein-Identifikations-System 100 enthält einen Geldschein 101 und ein Lesegerät 102. Der Geldschein 101 weist einen Papierträger 103 als flexibles biegsames und strapazierfähiges Trägerelement auf und einen elektronischen Chip 104 in dem Papierträger 103. In dem Chip 104 ist ein in 1 nicht gezeigter Schaltkreis monolithisch integriert. Ferner ist in dem Chip 104 ein Feldkopplungs-Element monolithisch integriert, das für eine kapazitive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist, und das mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist. Das Feldkopplungs-Element, anders ausgedrückt eine Antenne, ist gebildet aus einer ersten Metallisierungsschicht 105 auf einer Oberseite des Silizium-Chips 104 und aus einer zweiten Metallisierungsschicht 106 auf einer Unterseite des Silizium-Chips 104.
Der Geldschein 101 ist in einen Aufnahmebereich 107 eines Lesegeräts 102 eingeführt. Der Aufnahmebereich 107 ist als Spalt zwischen einer Unterlage 108 und einer Abdeckung 109 des Lesegeräts 102 vorgesehen. In der Unterlage 108 ist eine Masseelektrode 111 gebildet, in der Abdeckung 109 ist eine Leseelektrode 110 gebildet. Die Leseelektrode 110 und die Masseelektrode 111 sind derart angeordnet, dass sie bei eingeführtem Geldschein 101 eine ausreichend gute kapazitive Kopplung mit dem Geldschein 101, insbesondere mit den Metallisierungsschichten 105, 106 des Geldscheins 101, realisieren. Dabei bildet anschaulich die Leseelektrode 110 mit der ersten Metallisierungsschicht 105 einen ersten Kondensator, und es bildet die zweite Metallisierungsschicht 106 mit der Masseelektrode 111 einen zweiten Kondensator für die kapazitive Kopplung.
Der Geldschein 101 hat eine Dicke von etwa 100μm, der Chip 104 in dem Geldschein 101 weist eine Länge von ungefähr 300μm auf.
In einer Speichereinrichtung, die ein Teil des integrierten Schaltkreises des Chips 104 bildet, sind die Seriennummer des Geldscheins, der Wert der Banknote und ein Sicherheitscode zum Überprüfen der Echtheit der Banknote 101 gespeichert.
Da der Chip 104 von der Umgebung isoliert ist, erfolgt gemäß 1 die Einkopplung einer elektrischen Leistung (welche zum Auslesen des Signals erforderlich ist und insbesondere die zum Betrieb des Schaltkreises auf dem Chip 104 erforderliche elektromagnetische Energie bereitstellt) in kapazitiver Weise. Der Geldschein 101 wird hierfür zwischen den beiden Elektroden 110, 111 positioniert.
Gemäß 1 sind Leseelektrode 110 und Masseelektrode 111 Bestandteil des Lesegeräts 102. Alternativ kann die Leselektrode 110 auch als Elektrode eines mobilen Lesegerätes realisiert sein, und die Masseelektrode 111 in die Unterlage 108 eingebaut sein.
Die Lese-Vorrichtung 102 ist zum Auslesen von in dem elektronischen Chip 104 enthaltener Information eingerichtet und enthält eine in 1 nicht gezeigte elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung auf die Metallisierungsebenen 105, 106 des Geldscheins 101, sowie eine in 1 nicht gezeigte Detektionseinrichtung zum Erfassen eines von den Metallisierungsebenen 105, 106 des Geldscheins 101 emittierten elektromagnetischen Signals. Ferner ist in der Lese-Vorrichtung 102 eine in 1 nicht gezeigte Ermittlungseinrichtung zu Ermitteln von in dem Chip 104 des Geldscheins 101 enthaltener Information aus von den Metallisierungsebenen 105, 106 des Geldscheins 101 emittierten elektromagnetischen Signalen vorgesehen.
Anschaulich bildet das Geldschein-Identifikations-System 100 aus 1 mit Geldschein 101 und Lesegerät 102 eine Anordnung von zwei Kapazitäten, nämlich einer ersten Kapazität zwischen Leseelektrode 110 und der oberen Metallisierungsschicht 105 des Chips 104, und einer zweiten Kapazität zwischen der Rückseitenmetallisierung 106 des Chips 104 und der Masseelektrode 111. Alternativ kann die Rückseiten-Metallisierung 106 auch weggelassen werden, dann wird die zweite Kapazität gebildet aus dem elektrisch leitfähigen Substrat von Chip 104 und der Masseelektrode 111. Bei Anlegen eines geeigneten Wechselfeldes mit ausreichender Amplitude wird so zwischen Chipvorderseite und Chiprückseite eine elektrische Spannung aufgebaut, aus der die Betriebsspannung zum Betreiben des integrierten Schaltkreises des Chips 104 generiert werden kann.
3 zeigt ein Ersatzschaltbild 300 der Anordnung aus 1.
In 3 ist gezeigt, dass die Leseelektrode 110 auf ein elektrisches Betriebspotential 301 gebracht ist, wohingegen die Masseelektrode 111 auf dem elektrischen Massepotential 302 befindlich ist. Zwischen der Leseelektrode 110 und der ersten Metallisierungsschicht 105 ist eine erste Kapazität C₁ gebildet, zwischen der zweiten Metallisierungsschicht 106 und der Masseelektrode 111 ist eine zweite Kapazität C₂ gebildet.
Der Aufbau einer Betriebsspannung in dem Chip 104 kann in ähnlicher Weise realisiert werden wie bei konventionellen Hochfrequenz-Identifikationsbausteinen (RFID-Transponder, "radio frequency identification device"). Auch die Verfahren zum Austausch der Informationen zwischen Chip 104 und Lesegerät 102 können erfindungsgemäß ähnlich wie in der RFID-Technologie ausgestaltet werden.
Es ist anzumerken, dass bei der in 1 gezeigten Konfiguration das Lesegerät 102 sowohl die Unterlage 108 als auch die Abdeckung 109 enthält, welche einen Schlitz 107 bilden, in welchen eine Banknote 101 eingeführt werden kann. Alternativ kann ein kapazitives Messsystem gemäß der Erfindung aus einer Banknote, einer in einer Unterlage integrierten Masseelektrode und einem Lesegerät gebildet werden, welches sich über die Banknote hinwegbewegt. Gemäß dieser Ausgestaltung sind lediglich die Komponenten oberhalb der Banknote 101 in 1 Teil des Lesegeräts.
Im Weiteren werden einige Zahlenbeispiele zur Veranschaulichung der relevanten elektrischen Größen dargestellt. Bei einer Frequenz von 13.65MHz beträgt die Impedanz der beiden Kapazitäten C₁, C₂ jeweils 1.3MΩ. Bei einer Frequenz von 900MHz beträgt die Impedanz der beiden Kapazitäten C₁, C₂ jeweils 20kΩ. Entsprechend aktueller CMOS-Technologie wird an dem Chip eine Leistung von 140μW bei einer Frequenz von 13.56MHz bzw. eine Leistung von 9.0mW bei einer Frequenz von 900MHz benötigt. Die Impedanz des Chips liegt im Bereich zwischen ungefähr 5kΩ -und 20kΩ.
Diese Abschätzung bezieht sich auf einen Abstand von 100μm zwischen den beiden Elektroden 110, 111. Bei größerem Abstand wächst die benötigte Spannung U entsprechend, d.h. auch bei einer 900MHz-Anwendung werden wesentlich größere Leseabstände als 1mm kaum realisierbar sein. Dies ist wichtig dafür, dass das Auslesen des Chips nicht unbemerkt erfolgen kann (z.B. durch Taschen oder dergleichen), wodurch die Betrugsgefahr verringert ist.
Eine typische Banknote hat eine Dicke von 100μm, siehe 1. Als Chipdimension wird typischerweise eine Fläche von 0.1mm² gefordert, was für das geforderte geringe Preisniveau vorteilhaft ist, und es wird eine Dicke von 40μm vorgeschlagen. Damit ist es möglich, den Abstand zur jeweiligen äußeren Elektrode kleiner als 100μm zu halten.
Die Chipelektroden können aus der oberen Metalllage 105 und der Rückseitenmetallisierung 106 realisiert werden. Je nach Dotierung des Silizium-Substrats zum Bilden des Silizium-Chips 104 kann die Rückseitenmetallisierung 106 auch weggelassen werden, wobei dann das Material des Silizium-Substrats die Funktionalität der zweiten Elektrode zum Bilden der zweiten Kapazität C₂ übernimmt. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus des Geldscheins 101 ist die Orientierung des Geldscheins bei dem Auslesen nicht von Bedeutung, was den Betriebskomfort erhöht.
Der Chip 104 ist mit einer Speichereinrichtung versehen, die entweder einen wiederholt beschreibbaren Speicher (EEPROM) oder einen einmalig beschreibbaren Speicher (OTP) aufweist. Ebenso ist es möglich, Teile eines EEPROMs nur für ein einmaliges Beschreiben freizugeben (z.B. durch Verwendung von sogenannten "TOX fuses").
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 2 ein Geldschein-Identifikations-System 200 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Das Geldschein-Identifikations-System 200 ist aus einem Geldschein 201 und aus einem Lesegerät 202 gebildet. Die wesentlichen Unterschiede zwischen dem Geldschein-Identifikations-System 200 und dem Geldschein- Identifikations-System 100 werden im Weiteren näher beschrieben.
Zunächst ist bei der Ausgestaltung gemäß 2 das Lesegerät 202 unabhängig von der Unterlage 108 vorgesehen. Mit anderen Worten wird gemäß 2 ein Geldschein 201 auf eine beliebige Unterlage 108 gelegt und ein Lesegerät 202 darüber in einer solchen Weise angeordnet, dass eine kapazitive Kopplung zwischen den Metallisierungsschichten 105, 106 des Chips 104 sowie den Lese- und Masseelektroden 110, 111 erfolgt.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen dem Geldschein-Identifikations-System 200 und dem Geldschein-Identifikations-System 100 besteht darin, dass bei dem Geldschein-Identifikations-System 200 sowohl die erste Metallisierungsschicht 105 als auch die zweite Metallisierungsschicht 106 auf der Oberseite des Chips 104 vorgesehen sind. Wie in 2 gezeigt, ist die erste Metallisierungsschicht 105 von der zweiten Metallisierungsschicht 106 elektrisch entkoppelt. Ferner ist gemäß 2 sowohl die Leselektrode 110 als auch die Masseelektrode 111 in der Abdeckung 109 des Lesegeräts 202 enthalten. Wenn der Geldschein 201 in den Aufnahmebereich 107 eingeführt ist, erfolgt eine kapazitive Wechselwirkung zwischen der Leseelektrode 110 und der ersten Metallisierungsschicht 105 einerseits, sowie zwischen der Masseelektrode 111 und der zweiten Metallisierungsschicht 106 andererseits. Unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Leseelektrode 110 und Masseelektrode 111 bzw. zwischen Leseelektrode 110 und zweiter Metallisierungsschicht 106 bzw. zwischen Masseelektrode 11_1 und erster Metallisierungsschicht 105 können unter Verwendung einer geeigneten Abschirmung unterdrückt werden.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf 4 ein Geldschein-Identifikations-System 400 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Das Geldschein-Identifikations-System 400 realisiert eine induktive Kopplung zwischen einem Geldschein 401 und einem Lesegerät 402.
Das Lesegerät 402 unterscheidet sich von dem Lesegerät 202 dadurch, dass das Auslesen von Information bzw. die Kommunikation mit dem Chip 104 über eine indultive Kopplung zwischen einer Lesespule 403 des Lesegeräts 402 und einer strukturierten Metallisierungsschicht als integrierte Spule 404 erfolgt.
Somit ist es gemäß der Variante aus 4 möglich, das bezugnehmend auf 1 und 2 beschriebene Koppelkondensator-Prinzip durch eine Spulen-Kopplung (d.h. eine induktive Kopplung) zu ersetzen. In diesem Fall ist die Aufbringung nur einer Spule auf der Vorderseite (oder wahlweise auch nur auf der Rückseite) des Silizium-Chips 104 möglich, wenn diese mit entsprechender Windungszahl vorgesehen wird. Auf diese Weise ist gemäß 4 die Rückseitenmetallisierung des Chips 104 eingespart.
Bei der kapazitiven Kopplung gemäß 1 und 2 ist die Ausführung der Lese- und der Masseelektrode von Bedeutung. Diese Elektrodenflächen sind jeweils größer als die Chipfläche, daher liefern die den Chip überragenden Elektrodenteile ein Untergrundsignal und erschweren somit die Kommunikation zwischen Lesegerät und Chip.
Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine matrixförmige Aufteilung von Lese- und Masseelektroden realisiert, mit jeweils geeignet gewählter Grundfläche. Die einzelnen Matrixelemente könne seriell oder parallel abgefragt werden. Wird auf einem Matrixfeld ein Chip detektiert, können zur weiteren Kommunikation alle anderen Matrixelemente (z.B. vorübergehend) abgeschaltet werden.
Auch im Fall induktiver Kopplung (siehe 3) wird der Kopplungsfaktor zwischen Chipspule und Lesespule umso ungünstiger, je größer die Lesespule im Vergleich zur Chipdimension wird. Deshalb ist auch gemäß 4 eine Aufteilung in mehrere Lesespulen vorteilhaft.
In diesem Dokument ist folgende Veröffentlichung zitiert:

[1] DE 196 30 648 A1

100: Geldschein-Identifikations-System
101: Geldschein
102: Lesegerät
103: Papierträger
104: Silizium-Chip
105: erste Metallisierungsschicht
106: zweite Metallisierungsschicht
107: Aufnahmebereich
108: Unterlage
109: Abdeckung
110: Leseelektrode
111: Masseelektrode
200: Geldschein-Identifikations-System
201: Geldschein
202: Lesegerät
300: Ersatzschaltbild
301: elektrisches Betriebspotential
302: Massepotential
400: Geldschein-Idertifikations-System
401: Geldschein
402: Lesegerät
403: Lesespule
404: integrierte Spule

Claims

Schein, • mit einem papierartig flexiblen Trägerelement; • mit einem elektronischen Chip auf und/oder in dem Trägerelement; • mit einem in dem Chip monolithisch integrierten Schaltkreis; und • mit einem in dem Chip monolithisch integrierten Feldkopplungs-Element, das zur Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist, und das mit dem integrierten Schaltkreis gekoppelt ist.
Schein nach Anspruch 1, bei dem das Feldkopplungs-Element eine Antenne ist.
Schein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Feldkopplungs-Element für eine kapazitive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist.
Schein nach Anspruch 3, bei dem das Feldkopplungs-Element einen ersten Metallisierungsbereich aufweist.
Schein nach Anspruch 4, bei dem der erste Metallisierungsbereich auf der Oberseite oder auf der Unterseite des Chips gebildet ist.
Schein nach Anspruch 4 oder 5, bei dem das Feldkopplungs-Element einen zweiten Metallisierungsbereich aufweist, der von dem ersten Metallisierungsbereich elektrisch entkoppelt ist.
Schein nach Anspruch 6, bei dem der zweite Metallisierungsbereich auf derselben Seite des Chips vorgesehen ist wie der erste Metallisierungsbereich.
Schein nach Anspruch 6, bei dem der zweite Metallisierungsbereich auf der entgegengesetzten Seite des Chips vorgesehen ist wie der erste Metallisierungsbereich.
Schein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Feldkopplungs-Element für eine induktive Wechselwirkung mit einem elektromagnetischen Feld eingerichtet ist.
Schein nach Anspruch 9, bei dem das Feldkopplungs-Element einen Metallisierungsbereich aufweist.
Schein nach Anspruch 10, bei dem der Metallisierungsbereich als Induktivität auf einer Seite des Chips gebildet ist.
Schein nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der integrierte Schaltkreis eine Speichereinrichtung aufweist.
Schein nach Anspruch 12, bei dem die Speichereinrichtung eine nichtflüchtige Speichereinrichtung ist.
Schein nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Speichereinrichtung • eine wiederholt beschreibbare Speichereinrichtung; oder • eine einmalig beschreibbare Speichereinrichtung ist.
Schein nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem in der Speichereinrichtung zumindest eine der folgenden Informationen gespeichert ist: • eine Seriennummer des Scheins; • ein Wert des Scheins; • ein Sicherheitscode.
Schein nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem der integrierte Schaltkreis zumindest eine der folgenden Komponenten aufweist: • ein Kryptographie-Modul; • einen Gleichrichter-Schaltkreis; • einen Lastmodulator-Schaltkreis.
Schein nach einem der Ansprüche 1 bis 16, eingerichtet als • Geldschein; • Eintrittskarte; • Skipass; • Wettschein; • Aktie; oder • Wechsel.
Lese-Vorrichtung zum Auslesen von in einem elektronischen Chip eines Scheins enthaltener Information, • mit einer Aufnahmeeinrichtung zum Aufnehmen des Scheins; • mit einer elektromagnetischen Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung auf ein Feldkopplungs-Element des Scheins, das in dem Chip des Scheins monolithisch integriert ist; • mit einer Detektionseinrichtung zum Erfassen eines von dem Feldkopplungs-Element des Scheins emittierten elektromagnetischen Signals; • mit einer Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln von in dem Chip des Scheins enthaltener Information aus dem von dem Feldkopplungs-Element des Scheins emittierten elektromagnetischen Signal.
Lese-Vorrichtung nach Anspruch 18, mit einer Leseelektrode und mit einer Masseelektrode, zwischen die das Feldkopplungs-Element des Scheins einführbar ist.
Lese-Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, mit einer Lesespule, in deren Umgebungsbereich das Feldkopplungs-Element des Scheins anbringbar ist.
Lese-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der die elektromagnetische Strahlungsquelle zum Emittieren elektromagnetischer Strahlung im Hochfrequenz-Bereich oder im Ultrahochfrequenz-Bereich eingerichtet ist.
Schein-Identifikations-System, • mit einem Schein nach einem der Ansprüche 1 bis 17; • mit einer Lese-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21 zum Auslesen von in einem elektronischen Chip des Scheins enthaltener Information.