DE102007028357A1

DE102007028357A1 - Transponderkarte

Info

Publication number: DE102007028357A1
Application number: DE102007028357A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reppe
Original assignee: KSW Microtec AG
Current assignee: Smartrac Technology GmbH
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-24
Also published as: US7768459B2; US20090021431A1

Abstract

Eine Transponderkarte wird beschrieben, die ein ohne Zwischenlagen zwischen zwei Schutzplatten (7, 8) aus Kunststoff angeordnetes Trägersubstrat (1) umfasst, auf dem eine ebene Rahmenantenne (11) mit zwei Speiseanschlüssen (12) und einer die Speiseanschlüsse (12) verbindenden Leiterbahn (2, 3) sowie ein integrierter Schaltkreis (5) mit zwei Antennenanschlüssen (6) angeordnet sind, wobei die Antennenanschlüsse (6) mit den beiden Speiseanschlüssen (12) elektrisch verbunden sind und der integrierte Schaltkreis (5) relativ zur Rahmenantenne (11) so angeordnet ist, dass die Leiterbahn (2, 3) nicht zwischen den Antennenanschlüssen (6) des integrierten Schaltkreises (5) hindurch verläuft. Weiterhin wird eine Transponderkarte beschrieben, bei der die Leiterbahn mindestens zwei erste Leiterbahnsegmente (2) und mindestens ein zweites Leiterbahnsegment (3) aufweist, wobei jedes Ende des zweiten Leiterbahnsegments (3) mit je einem ersten Leiterbahnsegment (2) elektrisch verbunden ist, das zweite Leiterbahnsegment (3) mindestens eines der beiden ersten Leiterbahnsegmente (2) mindestens einmal kreuzt und zumindest im Kreuzungsbereich durch mindestens ein nichtleitendes Separationselement (13) vom ersten Leiterbahnsegment (2) elektrisch isoliert ist.

Description

Nachfolgend werden technische Ausgestaltungen von Transponderkarten beschrieben, die beispielsweise als Kreditkarten, Scheckkarten, Ausweise oder auf anderen Anwendungsgebieten einsetzbar sind. Insbesondere hinsichtlich der Abmessungen und der mechanischen Eigenschaften können die Transponderkarten dabei beispielsweise den Bestimmungen der ISO 7810 entsprechen, wobei jedoch kein Magnetstreifen oder von außen kontaktierbarer Chip vorgesehen sein muss.
Die Transponderkarte umfasst im Allgemeinen zwei gleich große, ebene Schutzplatten aus Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylen (PE), die miteinander verbunden werden. Diese Schutzplatten können beispielsweise homogen aus einer einzigen Schicht oder Lage und einem einzigen Material bestehen, aber auch in bekannter Weise aus mehreren Schichten oder Lagen aus einem einzigen Material oder/und aus mehreren Materialien aufgebaut sein, wobei beispielsweise eine bedruckte Folienschicht unter einer glasklaren, hochglänzend laminierten Folie angeordnet ist. Darüber hinaus können weitere Merkmale wie beispielsweise Unterschriftenfelder, Datenfelder, Passfoto, Barcode, Hologrammprägung, Hochprägung, Heißprägedruck oder eine sonstige Bedruckung vorgesehen sein. Der Begriff „Schutzplatte" soll dabei so verstanden werden, dass das nachfolgend beschriebene Trägersubstrat durch die beiden das Trägersubstrat umhüllenden Schutzplatten sowohl vor ungünstigen klimatischen wie auch mechanischen Einflüssen, beispielsweise einer übermäßigen Biegebeanspruchung, geschützt ist. Mit anderen Worten weisen die Schutzplatten also eine deutlich höhere Steifigkeit auf als das Trägersubstrat, so dass die Transponderkarte problemlos in einer Brieftasche oder Hosentasche aufbewahrt werden kann, ohne dadurch beschädigt zu werden.
Zwischen den beiden Schutzplatten ist ohne weitere Zwischenlagen ein Trägersubstrat angeordnet, das eine Transpondereinrichtung, d. h. eine Kommunikations-, Anzeigeoder/und Kontrolleinrichtung zum Empfang oder/und Senden elektromagnetischer Wellen, beispielsweise Radiofrequenzwellen, trägt. Eine Besonderheit der Transponderkarte besteht darin, dass sie neben den beiden Schutzplatten und dem Trägersubstrat keine weiteren Zwischenlagen aufweist. Daher ist ihre Herstellung mit einem vergleichsweise geringen Aufwand verbunden und somit kostengünstig.
Mit den Zwischenlagen, die bei den beschriebenen Transponderkarten im Gegensatz zu bekannten Transponderkarten nicht verwendet werden, sind in diesem Zusammenhang flächenhafte Festkörper, beispielsweise Folien, Papiere und so weiter gemeint, die bisher üblicherweise in den Aufbau derartiger Transponderkarten eingefügt werden und damit relativ hohe Herstellungskosten verursachen. Demgegenüber sind mit den Zwischenlagen in diesem Zusammenhang Schichten aus Haftvermittlern, Klebstoffen und so weiter ausdrücklich nicht gemeint. Selbstverständlich können zwischen dem Trägersubstrat und den Schutzplatten derartige, meist in pastöser Form aufgetragene und anschließend aushärtende Schichten aufgetragen sein, ohne vom Gegenstand der beschriebenen Transponderkarten abzuweichen.
Eine derartige Transpondereinrichtung umfasst beispielsweise eine ebene Rahmenantenne (gelegentlich auch als ebene Spulenantenne bezeichnet), d. h. eine Spulenantenne, deren Windungen in einer Ebene liegen, sowie einen mit der Rahmenantenne elektrisch verbundenen integrierten Schaltkreis. Eine ebene Rahmenantenne ist besonders für den Betrieb im Kurzwellenbereich (HF-Bereich von ca. 3 bis ca. 30 MHz), beispielsweise bei einer Frequenz von 13,56 MHz, geeignet. Die Rahmenantenne kann beispielsweise durch selektive Aufbringung elektrisch leitenden Materials auf das Trägersubstrat erfolgen, wobei selektive Aufbringung bedeuten soll, dass leitendes Material entsprechend der gewünschten Antennenstruktur aufgebracht wird. In einer Ausgestaltung ist die ebene Rahmenantenne in einem Druckverfahren hergestellt, bei dem Leiterbahnen beispielsweise aus Silberleitpaste auf das Trägersubstrat gebracht werden.
Die Rahmenantenne kann aber auch durch selektive Entfernung elektrisch leitenden Materials von einer auf dem Trägersubstrat vorgesehenen leitenden Schicht erfolgen, wobei selektive Entfernung bedeuten soll, dass leitendes Material von der Oberfläche des Trägersubstrats so entfernt wird, dass die gewünschte Antennenstruktur durch die verbleibenden Teile der leitenden Schicht gebildet wird. In beispielhaften Ausgestaltungen ist die Rahmenantenne durch nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen (auch als Plasmaätzen oder Ionenätzen bezeichnet) hergestellt.
Der integrierte Schaltkreis kann mit verschiedenen Funktionen ausgestattet sein. Beispiele solcher Funktionen sind die Modulation elektrischer Signale, die Messung oder/und Speicherung von Daten, die Erzeugung eines Zeitsignals und so weiter. In einer Ausgestaltung ist der integrierte Schaltkreis in einem Druckverfahren hergestellt. Bei der sogenannten Polymerelektronik werden elektronische Bauelemente in einem Druckverfahren aus einem organischen Halbleiter, zum Beispiel Halbleiterpolymeren wie Polypyrrol, Polyanilin, Polyphenylenvinylen, Polyfluoren oder Polythiopen und Isolatoren hergestellt. Letztere können ebenfalls aus Polymeren bestehen und in flüssiger Form verdruckt werden.
In einer Ausgestaltung sind die Antennenanschlüsse des integrierten Schaltkreises mit den beiden Speiseanschlüssen der Rahmenantenne elektrisch verbunden und der integrierte Schaltkreis ist relativ zur Rahmenantenne so angeordnet, dass die sich zwischen den beiden Speiseanschlüssen erstreckende Leiterbahn der Rahmenantenne nicht zwischen den Antennenanschlüssen des integrierten Schaltkreises hindurch verläuft.
Auf diese Weise wird bei der beschriebenen Transponderkarte der fortschreitenden Miniaturisierung in der Mikroelektronik Rechnung getragen, die zu einer ständigen Verringerung des Abstands der Antennenanschlüsse des integrierten Schaltkreises führt. War es bisher noch relativ problemlos möglich, Halbleiterchips mit dem integrierten Schaltkreis so anzuordnen, dass der eine Antennenanschluss des Chips mit der innersten und der andere Antennenanschluss des Chips mit der äußersten Windung der Rahmenantenne verbunden war, so wird dies in Zukunft aufgrund immer kleinerer Chipabmessungen immer schwieriger werden. Eine Lösung des Problems besteht darin, den integrierten Schaltkreis relativ zur Rahmenantenne so anzuordnen, dass die Leiterbahn der Rahmenantenne nicht zwischen den Antennenanschlüssen hindurch verläuft.
Bei der beschriebenen Transponderkarte kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Leiterbahn der Rahmenantenne mindestens zwei erste Leiterbahnsegmente und mindestens ein zweites Leiterbahnsegment aufweist, wobei jedes Ende des zweiten Leiterbahnsegments mit je einem ersten Leiterbahnsegment elektrisch verbunden ist, das zweite Leiterbahnsegment mindestens eines der beiden ersten Leiterbahnsegmente mindestens einmal kreuzt und zumindest im Kreuzungsbereich durch mindestens ein nichtleitendes Separationselement vom ersten Leiterbahnsegment elektrisch isoliert ist.
Das Separationselement kann dabei beispielsweise vom Trägersubstrat oder/und durch eine zusätzliche nichtleitende Schicht gebildet sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die ersten Leiterbahnsegmente auf einer ersten Seite des Trägersubstrats und das oder die zweiten Leiterbahnsegmente auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägersubstrats angeordnet sind, so dass das Trägersubstrat die ersten und zweiten Leiterbahnsegmente elektrisch isoliert.
Es kann auch vorgesehen sein, dass mindestens ein erstes Leiterbahnsegment zumindest bereichsweise mit einer nichtleitenden Schicht überdeckt wird und anschließend auf der nichtleitenden Schicht ein zweites Leiterbahnsegment angeordnet wird und die beiden Enden des zweiten Leiterbahnsegments mit je einem ersten Leiterbahnsegment elektrisch verbunden werden, so dass das Separationselement durch die zusätzliche nichtleitende Schicht gebildet wird. Die nichtleitende Schicht kann beispielsweise in einem Druckverfahren hergestellt sein. Bei dieser Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die ersten Leiterbahnsegmente und das oder die zweiten Leiterbahnsegmente auf derselben Seite des Trägersubstrats angeordnet sind. Auch das zweite Leiterbahnsegment kann in einem Druckverfahren hergestellt sein, unabhängig davon, auf welche Art die ersten Leiterbahnsegmente hergestellt wurden.
Das Trägersubstrat ist im Allgemeinen aus einem nichtleitenden Material, wie beispielsweise Kunststoff hergestellt. Beispielsweise kann das Trägersubstrat eine Folie aus Polyvinylchlorid (PVC), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylen (PE) sein. In einer Ausgestaltung ist das Trägersubstrat ein Fasermaterial, beispielsweise Papier. Wird die ebene Rahmenantenne durch selektive Entfernung leitenden Materials hergestellt, so kann beispielsweise ein Trägersubstrat verwendet werden, bei dem eine leitende Schicht auf eine oder beide Seiten des Trägersubstrats mit Hilfe einer Kleberschicht aufgeklebt wurde. Wird anschließend das nicht benötigte leitende Material so abgetragen (beispielsweise durch nasschemisches Ätzen), dass die Kleberschicht dabei nicht angegriffen wird, so kann diese anschließend der Verbindung des Trägersubstrats mit den äußeren Schutzplatten dienen.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausgestaltungen der Transponderkarte anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel und
2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen der oberen Schutzplatte 7 und der unteren Schutzplatte 8 der Transponderkarte das Trägersubstrat 1 angeordnet, auf dem sich eine Transpondereinrichtung befindet. Die Transpondereinrichtung umfasst einen integrierten Schaltkreis 5 mit Antennenanschlüssen 6 sowie eine aus ersten Leiterbahnsegmenten 2 und zweiten Leiterbahnsegmenten 3 aufgebaute ebene Rahmenantenne 11 mit Speiseanschlüssen 12. Der integrierte Schaltkreis 5 ist durch die Antennenanschlüsse 6 mit den Speiseanschlüssen 12 der Rahmenantenne 11 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei erste Leiterbahnsegmente 2 auf einer ersten Seite des Trägersubstrats 1 und das zweite Leiterbahnsegment 3 auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Trägersubstrats 1 angeordnet. Jedes erste Leiterbahnsegment 2 weist einen Speiseanschluss 12 auf, mit dem ein Antennenanschluss 6 des integrierten Schaltkreises 5 elektrisch verbunden ist, d. h. der im Ausführungsbeispiel verwendete Halbleiterchip 5 ist mit der Rahmenantenne 11 in Flip-Chip-Technik direkt verbunden. Der Chip 5 ist dabei abseits der Rahmenantenne 11 so angeordnet, dass zwischen den Antennenanschlüssen 6 keine zur Rahmenantenne 11 gehörigen Leiterbahnen 2, 3 hindurchgeführt werden müssen.
Dazu werden die beiden ersten Leiterbahnsegmente 2 mit Hilfe eines zweiten Leiterbahnsegments 3, das mit jedem seiner Enden elektrischen Kontakt zu einem der beiden ersten Leiterbahnsegmente 2 hat, zu einer einzigen, sich zwischen den beiden Speiseanschlüssen erstreckenden Leiterbahn verbunden. Dabei ist das zweite Leiterbahnsegment 3 durch ein Separationselement 13 von dem Bereich 9 des ersten Leiterbahnsegments 2 elektrisch isoliert, den das zweite Leiterbahnsegment 3 kreuzen muss, um die Verbindung zwischen den beiden ersten Leiterbahnsegmenten 2 herstellen zu können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Separationselement 13, das die ersten Leiterbahnsegmente 2 vom zweiten Leiterbahnsegment 3 elektrisch isoliert, durch das Trägersubstrat 1 gebildet, da die ersten Leiterbahnsegmente 2 und das zweite Leiterbahnsegment 3 auf unterschiedlichen Seiten des Trägersubstrats 1 angeordnet sind. Der elektrische Kontakt zwischen den Enden des zweiten Leiterbahnsegments 3 und den beiden ersten Leiterbahnsegmenten 2 wird durch das Trägersubstrat 1 hindurch erzeugt. Dies kann beispielsweise auf mechanischem Wege dadurch realisiert sein, dass der Verbund von Trägersubstrat 1 und den Leiterbahnsegmenten 2, 3 an den gewünschten Kontaktstellen gecrimpt wird, beispielsweise durch ein Werkzeug mit unebener Oberfläche, so dass Teile des leitenden Materials des ersten Leiterbahnsegments 2 mit Teilen des leitenden Materials des zweiten Leiterbahnsegments 3 in Berührung kommen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Leiterbahnsegment 2 und dem zweiten Leiterbahnsegment 3 mit Hilfe einer Durchkontaktierung 4 realisiert, bei der ein zuvor in das Trägersubstrat 1 an der Stelle der gewünschten Verbindung zwischen erstem Leiterbahnsegment 2 und zweitem Leiterbahnsegment 3 eingebrachtes Loch mit leitendem Material gefüllt wurde. Dies kann beispielsweise auf galvanischem Wege, d. h. durch Abscheidung in einem Elektrolyt, oder chemisch oder in einem Druckverfahren mit Leitpaste, erfolgen.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei erste Leiterbahnsegmente 2 und ein zweites Leiterbahnsegment 3 auf derselben Seite des Trägersubstrats 1 angeordnet. Jedes erste Leiterbahnsegment 2 weist einen Speiseanschluss 12 auf, mit dem ein Antennenanschluss 6 des integrierten Schaltkreises 5 elektrisch verbunden ist, d. h. der im Ausführungsbeispiel verwendete Halbleiterchip 5 ist mit der Rahmenantenne 11 in Flip-Chip-Technik direkt verbunden. Der Chip 5 ist dabei abseits der Rahmenantenne 11 so angeordnet, dass zwischen den Antennenanschlüssen 6 keine zur Rahmenantenne 11 gehörigen Leiterbahnen 2, 3 hindurchgeführt werden müssen.
Dazu werden die beiden ersten Leiterbahnsegmente 2 mit Hilfe eines zweiten Leiterbahnsegments 3, das mit jedem seiner Enden elektrischen Kontakt zu einem der beiden ersten Leiterbahnsegmente 2 hat, zu einer einzigen, sich zwischen den beiden Speiseanschlüssen erstreckenden Leiterbahn verbunden. Dabei ist das zweite Leiterbahnsegment 3 durch ein Separationselement 13 von dem Bereich 9 des ersten Leiterbahnsegments 2 elektrisch isoliert, den das zweite Leiterbahnsegment 3 kreuzen muss, um die Verbindung zwischen den beiden ersten Leiterbahnsegmenten 2 herstellen zu können.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Separationselement 13, das die ersten Leiterbahnsegmente 2 vom zweiten Leiterbahnsegment 3 elektrisch isoliert, durch die zusätzliche nichtleitende, d. h. elektrisch isolierende Schicht 10 gebildet, da die ersten Leiterbahnsegmente 2 und das zweite Leiterbahnsegment 3 auf derselben Seite des Trägersubstrats 1 angeordnet sind. Der elektrische Kontakt zwischen den Enden des zweiten Leiterbahnsegments 3 und den beiden ersten Leiterbahnsegmenten 2 wird direkt hergestellt, d. h. das zweite Leiterbahnsegment 3 ist über dem Separationselement 13 angeordnet, das seinerseits über dem ersten Leiterbahnsegment 2 angeordnet ist. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass das Separationselement 13, also die nichtleitende Schicht 10, und das zweite Leiterbahnsegment nacheinander auf die ersten Leiterbahnsegmente 2 gedruckt sind.

1: Trägersubstrat
2: Erstes Leiterbahnsegment
3: Zweites Leiterbahnsegment
4: Durchkontaktierung
5: Integrierter Schaltkreis
6: Antennenanschluss
7: Obere Schutzplatte
8: Untere Schutzplatte
9: Zu überbrückender Bereich eines ersten Leiterbahnsegments
10: Nichtleitende Schicht
11: Ebene Rahmenantenne
12: Speiseanschluss
13: Separationselement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 7810 [0001]

Claims

Transponderkarte, umfassend ein ohne Zwischenlagen zwischen zwei Schutzplatten (7, 8) aus Kunststoff angeordnetes Trägersubstrat (1), auf dem eine ebene Rahmenantenne (11) mit zwei Speiseanschlüssen (12) und einer die Speiseanschlüsse (12) verbindenden Leiterbahn (2, 3) sowie ein integrierter Schaltkreis (5) mit zwei Antennenanschlüssen (6) angeordnet sind, wobei die Antennenanschlüsse (6) mit den beiden Speiseanschlüssen (12) elektrisch verbunden sind und der integrierte Schaltkreis (5) relativ zur Rahmenantenne (11) so angeordnet ist, dass die Leiterbahn (2, 3) nicht zwischen den Antennenanschlüssen (6) des integrierten Schaltkreises (5) hindurch verläuft.
Transponderkarte, umfassend ein ohne Zwischenlagen zwischen zwei Schutzplatten (7, 8) aus Kunststoff angeordnetes Trägersubstrat (1), auf dem eine ebene Rahmenantenne (11) mit zwei Speiseanschlüssen (12) und einer die Speiseanschlüsse (12) verbindenden Leiterbahn (2, 3) sowie ein integrierter Schaltkreis (5) mit zwei Antennenanschlüssen (6) angeordnet sind, wobei die Leiterbahn (2, 3) mindestens zwei erste Leiterbahnsegmente (2) und mindestens ein zweites Leiterbahnsegment (3) aufweist, wobei jedes Ende des zweiten Leiterbahnsegments (3) mit je einem ersten Leiterbahnsegment (2) elektrisch verbunden ist, das zweite Leiterbahnsegment (3) mindestens eines der beiden ersten Leiterbahnsegmente (2) mindestens einmal kreuzt und zumindest im Kreuzungsbereich durch mindestens ein nichtleitendes Separationselement (13) vom ersten Leiterbahnsegment (2) elektrisch isoliert ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatten (7, 8) aus PVC gefertigt sind.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzplatten (7, 8) aus PC gefertigt sind.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) aus demselben Kunststoff wie die Schutzplatten (7, 8) gefertigt ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) aus PET gefertigt ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (1) aus Fasermaterial gefertigt ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Separationselement (13) durch das Trägersubstrat (1) gebildet ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Separationselement (13) durch eine zusätzliche nichtleitende Schicht (10) gebildet ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (5) eine gedruckte Schaltung ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (5) ein Halbleiterchip ist, dessen Antennenanschlüsse (6) direkt mit den Speiseanschlüssen (12) der Rahmenantenne (11) verbunden sind.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantenne (11) durch selektives Entfernen einer auf dem Trägersubstrat (1) bereitgestellten leitenden Schicht hergestellt ist.
Transponderkarte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantenne (11) in einem nasschemisches Ätzverfahren gefertigt ist.
Transponderkarte nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantenne (11) durch selektive Bildung einer leitenden Schicht auf dem Trägersubstrat (1) hergestellt ist.
Transponderkarte nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantenne (11) in einem Druckverfahren gefertigt ist.
Transponderkarte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenantenne (11) in einem Metallabscheideverfahren gefertigt ist.