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Die
Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger mit Chipmodul
und daran angeschlossener Antenne zur kontaktlosen Kommunikation.
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Tragbare
Datenträger, welche kontaktlos ansprechbar sind, ermöglichen
in einfacher Weise das kontaktlose Auslesen bzw. den kontaktlosen
Empfang von Informationen über eine entsprechende Antenne.
Die kontaktlose Kommunikation findet dabei insbesondere mittels
induktiver Kopplung statt, z. B. nach ISO 14443,
bei der durch ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld Informationen über
kurze Reichweiten übertragen werden.
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Bei
kontaktlos ansprechbaren Datenträgern besteht das Problem,
dass über die Antenne solcher Datenträger Informationen
ausgelesen werden können. Ein solches unberechtigtes Auslesen
ist insbesondere beim Transport bzw. Versand der tragbaren Datenträger
zu vermeiden.
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Aus
dem Stand der Technik sind verschiedene Ansätze bekannt,
mit denen ein kontaktlos ansprechbarer tragbarer Datenträger
vor unberechtigtem Auslesen dadurch geschützt wird, dass
die Antenne des tragbaren Datenträgers deaktiviert wird.
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In
der Druckschrift
US
6,425,526 B1 ist eine kontaktlose Chipkarte beschrieben,
dessen Antenne über eine elektrisch leitende Verbindung
auf der Oberfläche des Kartenkörpers kurzgeschlossen
und hierdurch deaktiviert wird. Zum Aktivieren der Antenne kann
die elektrisch leitende Verbindung durch einen Benutzer abgekratzt
werden.
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Aus
dem Dokument
US
2003/0132301 A1 sind kontaktlos ansprechbare Chipkarten
bekannt, bei denen die elektrische Verbindung zwischen der An tenne
und einer integrierten Schaltung auf der Karte durch entsprechende
Schalter unterbrochen wird. In dem Dokument werden sowohl mechanisch über Druck
betätigbare Schalter als auch kontaktlos betätigbare
Schalter beschrieben. Die Druckschrift offenbart insbesondere magnetisch
betätigbare Reed-Schalter, welche im geöffneten
Zustand die elektrische Verbindung zwischen Antenne und integriertem
Schaltkreis unterbrechen. Durch Einwirken eines externen Magnetfelds
auf die Schalter werden diese geschlossen, wodurch eine elektrische
Verbindung zwischen Antenne und integriertem Schaltkreis hergestellt
wird und hierdurch eine Aktivierung der Antenne erfolgt.
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Die
aus dem Stand der Technik bekannten Datenträger mit Schaltelementen
zur Deaktivierung von Antennen weisen den Nachteil auf, dass nicht
mit ausreichender Sicherheit gewährleistet ist, dass ein Auslesen
von Daten aus dem Datenträger mit entsprechend starken
Feldern im inaktiven Zustand der Antenne verhindert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, einen verbesserten Schutz eines tragbaren
Datenträgers gegen unbefugtes kontaktloses Auslesen von
Daten zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird durch den Datenträger gemäß Patentanspruch
1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen definiert.
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Der
erfindungsgemäße tragbare Datenträger umfasst
ein Chipmodul, das einen Chip mit einem integrierten Schaltkreis
beinhaltet, und eine zur kontaktlosen Kommunikation des Datenträgers
vorgesehene Antenne, welche an das Chipmodul angeschlossen ist.
Durch die Antenne wird dabei insbeson dere eine kotaktlose Kommunikation
mit externen Lesegeräten ermöglicht. Der Datenträger
zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Chipmodul ein durch ein Feld
betätigbares Schaltelement vorgesehen ist, welches derart
im Chipmodul verschaltet ist, dass bei Betätigung des Schaltelements
durch das Feld die kontaktlose Kommunikation des Datenträgers über die
Antenne deaktiviert ist.
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Durch
die Integration des Schaltelements in dem Chipmodul wird erreicht,
dass das Schaltelement sehr nahe und gegebenenfalls auch auf dem Chip
angeordnet ist, wodurch entsprechende Leitungen zwischen dem integrierten
Schaltkreis des Chips und dem Schaltelement sehr kurz werden, so
dass die Gefahr des Einkoppeln eines Feldes mit erhöhter Feldstärke
im inaktiven Zustand der Antenne stark reduziert wird. Ferner wird
die mechanische Anfälligkeit des Datenträgers
aufgrund der Verwendung von kontaktlos betätigbaren Schaltelementen
reduziert. Darüber hinaus kann in einfacher Weise ein geeigneter
Schutz des tragbaren Datenträgers dadurch erreicht werden,
dass der Datenträger einem entsprechenden Feld ausgesetzt
wird, welches zur Betätigung des Schaltelements und damit
zur Inaktivierung der Antenne führt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Schaltelement
ein magnetisch betätigbares Schaltelement verwendet, inbesondere ein
sog. Reed-Schalter. Reed-Schalter sind dabei hinlänglich
aus dem Stand der Technik bekannt. Diese Schalter umfassen Kontakte,
welche durch Einwirken eines Magnetfelds geschlossen werden und
sich nach Entfernen des Magnetfelds wieder öffnen. Ein solcher
Schalter ist somit im Ruhezustand ohne Magnetfeld offen und wird
durch Einwirken eines Magnetfelds geschlossen. Zur Integration in
dem Chipmodul werden dabei mikromechanische Reed-Schalter verwendet.
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Wie
bereits oben erwähnt, ist es erfindungsgemäß besonders
vorteilhaft, dass das Schaltelement innerhalb des Chipmoduls angeordnet
ist, wobei das Schaltelement insbesondere auch auf dem Chip angeordnet
sein kann. Somit kann bereits im Herstellungsprozess des integrierten
Schaltkreises das Schaltelement auf dem Chip vorgesehen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei das Schaltelement
auf einer Seite des Chips angeordnet, auf welcher der integrierte
Schaltkreis vorgesehen ist. Hierdurch wird eine besonders einfache Integration
des Schaltelements auf dem Chip erreicht. Gegebenenfalls ist es
jedoch auch möglich, dass das Schaltelement auf der Seite
des Chips angeordnet ist, welche der Seite mit dem integrierten Schaltkreis
gegenüberliegt. In diesem Fall erfolgt eine Kontaktierung
des integrierten Schaltkreises mit dem Schaltelement über
entsprechende Vias durch den Chip. Ferner besteht auch die Möglichkeit,
das Schaltelement nicht unmittelbar auf dem Chip vorzusehen, sondern
in geeigneter Weise innerhalb des Chipmoduls neben dem Chip anzuordnen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Datenträgers wird bei Betätigung des Schaltelements
durch das Feld das Schaltelement geschlossen und hierdurch die Antenne
kurzgeschlossen. Diese Ausführungsform der Erfindung weist
insbesondere den Vorteil auf, dass aufgrund der unmittelbaren Nähe
des Schaltelements zum integrierten Schaltkreis des Chips die durch
den Kurzschluss entstehende parasitäre Induktivität
vernachlässigbar klein wird und somit ein unbefugtes Auslesen
von Daten, insbesondere durch ein Lesegerät mit entsprechend
erhöhter Sendeleistung, über diese Induktivität
verhindert wird. Gegenüber bekannten Datenträgern
mit Schaltern, welche im inaktiven Zustand der Antenne geöffnet
sind, weist diese Ausführungsform des Datenträgers
den Vorteil auf, dass im inaktiven Zustand der Antenne keine parasitären
Kapazitäten zwischen geöffneten Schaltkontakten
auftreten, welche dazu führen, dass ein entsprechender
Datenträger mit einem Lesefeld mit erhöhter Feldstärke
dennoch ausgelesen werden kann und damit angreifbar ist.
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In
einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung umfasst der Datenträger bereits ein Felderzeugungselement,
insbesondere ein magnetisches Element, mit dem das Feld zur Betätigung
des Schaltelements erzeugbar ist. Als magnetisches Element wird
dabei insbesondere ein Permanentmagnet verwendet, der ohne Stromversorgung
ein ausreichend starkes Magnetfeld zum Betätigen des Schaltelements
bereitstellen kann.
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In
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Datenträgers ist das Felderzeugungselement lösbar
und insbesondere abziehbar auf dem Datenträger befestigt.
Beispielsweise kann das Felderzeugungselement auf dem Datenträger
aufgeklebt sein. Diese Variante der Erfindung dient insbesondere
zum Transportschutz eines tragbaren Datenträgers, wobei
der Datenträger auf dem Transportweg durch ein entsprechendes Felderzeugungselement
geschützt ist, welches anschließend vom Benutzer
des Datenträgers in einfacher Weise abgelöst werden
kann, um hierdurch die Antenne des Datenträgers zu aktivieren
und damit den Datenträger in Betrieb zu setzen. Das Felderzeugungselement
kann beispielsweise eine magnetische Folie sein, wobei solche Folien
hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind.
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In
einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen
Datenträgers ist das Felderzeugungselement in eine erste
Position und eine zweite Position in Bezug auf das Schaltelement
positionierbar, wobei in der ersten Position die kontaktlose Kommunikation des
Datenträgers über die Antenne aktiviert ist und
in der zweiten Position das Feld des Felderzeugungselements eine
Betäti gung des Schaltelements zur Deaktivierung der kontaktlosen
Kommunikation über die Antenne bewirkt. Diese Variante
eignet sich insbesondere zum effektiven Schutz eines tragbaren Datenträgers
während dessen Verwendung im Feld. Dabei kann die Antenne
in geeigneter Weise nur für einen entsprechend durchzuführenden
Lesevorgang durch den Benutzer aktiviert werden und anschließend
zur Vermeidung eines unberechtigten Auslesens wieder deaktiviert
werden. Das Felderzeugungselement kann dabei beispielsweise über
einen Schieber verschiebbar und/oder ein Kippelement verkippbar
in der ersten und zweiten Position in Bezug auf das Schaltelement
positioniert werden.
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Der
tragbare Datenträger kann insbesondere auch ein Gehäuse
und/oder einen Träger umfassen, wobei der oben erwähnte
Schieber bzw. das oben erwähnte Kippelement in dem Gehäuse
bzw. dem Träger angeordnet sein kann.
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Der
erfindungsgemäße Datenträger kann in beliebiger
Weise ausgestaltet sein. Insbesondere kann der Datenträger
eine Chipkarte oder ein Schlüsselanhänger oder
ein Sticker oder ein Token sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand
der beigefügten 1 detailliert beschrieben. Diese
Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Datenträgers.
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Die
in 1 dargestellten Komponenten eines tragbaren Datenträgers
umfassen ein Chipmodul 1, in dem ein Chip 2 verpackt
ist, auf dem wiederum ein entsprechender integrierter Schaltkreis
vorgesehen ist. In der in 1 gezeigten
Ausführungsform ist innerhalb des Chipmoduls 1 in
unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Chip 2 ein magnetisch
betätigbarer mikromechani scher Schalter in der Form eines
sog. Reed-Schalters 3 vorgesehen. Reed-Schalter sind an
sich aus dem Stand der Technik bekannt und umfassen Kontaktzungen,
welche ohne externes Magnetfeld voneinander beabstandet sind. Bei
Einwirken eines Magnetfeldes, beispielsweise mit Hilfe eines Dauermagneten,
ziehen sich die Kontaktzungen gegenseitig an und schließen
den Reed-Kontakt, wodurch der Schalter geschlossen wird. Wird die
Einwirkung des Magnetfelds beendet, führt dies zum Auseinanderbewegen
der Kontaktzungen und zum Öffnen des Schalters.
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In
der hier beschriebenen Ausführungsform ist der Reed-Schalter 3 innerhalb
des Chipmoduls 1 integriert und ist deshalb als mikromechanischer Schalter
mit kleinen Abmessungen im Submillimeter-Bereich (ohne Anschlussflächen)
ausgebildet. In der Veröffentlichung „Reed
Switches Developed Using Micro-machine Technology", Oki
Technical Review, April 2005, Issue 202, Vol. 72, No. 2,
sind Beispiele von mikromechanischen Reed-Schaltern beschrieben.
Die Herstellung des Chipmoduls 1 kann mit herkömmlichen
Prozessen der Halbleiterherstellung erfolgen, wobei nunmehr als
weiteres Element der Reed-Schalter 3 in dem Chipmodul integriert wird.
Der Reed-Schalter 3 kann gegebenenfalls auch direkt auf
dem Chip 2 aufgebracht sein, wobei die Aufbringung während
der Herstellung des Chips sogar direkt auf dem Wafer erfolgen kann.
Vorzugsweise wird der Schalter auf der aktiven Seite des Chips 2 angeordnet,
d. h. auf der Seite, auf der sich der integrierte Schaltkreis befindet.
Gegebenenfalls besteht jedoch auch die Möglichkeit, den
Reed-Schalter auf der gegenüber liegenden Seite vorzusehen,
wobei in diesem Fall entsprechende Durchkontaktierungen hin zur
aktiven Seite des Chips vorgesehen werden müssen.
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In
der Ausführungsform der 1 ist der Reed-Schalter 3 über
entsprechende Bonddrähte 4 bzw. 4' mit
dem Chip 2 verbunden. Gegebenenfalls können auch
entsprechende Leitungsstrukturen im Chipmodul zur Verbindung mit
dem integrierten Schaltkreis verwendet werden. Das Chipmodul 1 ist ferner über
Anschlüsse 5 bzw. 5' mit einer Transponder-Antenne 6 verbunden,
welche zur kontaktlosen Nahfeld-Kommunikation mit entsprechenden
externen NFC-Lesegeräten ausgebildet ist. Der Reed-Schalter 3 ist
dabei parallel zu den entsprechenden Anschlüssen 5 und 5' geschaltet,
so dass bei dem in 1 gezeigten geöffneten
Zustand des Schalters eine kontaktlose Kommunikation mit Hilfe der
Antenne 6 ermöglicht ist.
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Mit
Hilfe eines entsprechenden magnetischen Elements 7, das
in 1 ein Permanentmagnet mit Nord- und Südpol
ist, kann der Reed-Schalter nunmehr durch Annähern des
magnetischen Elements 7 geschlossen werden, da durch das
magnetische Element eine entsprechende Magnetkraft auf die Kontakte
des Schalters ausgeübt wird, welches den Schalter schließt.
Diese magnetische Kraft ist in 1 schematisch
als Doppelpfeil F angedeutet. Solange sich das magnetische Element 7 in
ausreichender Nähe zum Reed-Schalter 3 befindet,
bleibt dieser Schalter geschlossen und es erfolgt erst ein Öffnen des
Schalters nach Entfernen des magnetischen Elements 7. Im
geschlossenen Zustand des Schalters 3 ist dabei die Spannung
an den Antennenanschlüssen 5 und 5' kurzgeschlossen,
so dass eine kontaktlose Kommunikation mit einem externen Lesegerät über die
Antenne nicht mehr möglich ist.
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Ein
Vorteil des in 1 gezeigten Datenträgers
besteht darin, dass die parasitäre Induktivität, welche
sich im geschlossenen Zustand des Schalters 3 ausbildet
und schematisch durch eine gestrichelte Linie L angedeutet ist,
sehr klein ist, da sich der Reed-Schalter 3 im Chipmodul 1 und
deshalb in unmittelbarer Nähe zum Chip 2 befindet,
wodurch die Leitungen zwischen dem Chip und dem Reed-Schalter sehr
kurz werden. Eine große parasitäre Induk tivität
führt dazu, dass mit einem Lesegerät mit erhöhter Feldstärke
Informationen aus dem Datenträger über die Induktivität
ausgelesen werden können. Dies ist in dem Reed-Schalter
gemäß 1 nicht mehr möglich,
da die im geschlossenen Zustand des Schalters entstehende Leiterschleife
eine Länge im Millimeter- bzw. Submillimeter-Bereich aufweist
und zu einer vernachlässigbar kleinen parasitären
Induktivität führt, welche eine Kommunikation
mit einem Lesegerät auch mit sehr hohem Aufwand nicht mehr
realisieren lässt.
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Der
Reed-Schalter gemäß 1 hat ferner gegenüber
mechanisch betätigten Schaltern den Vorteil, dass die Betätigung
zur Deaktivierung der Antenne kontaktlos über ein magnetisches
Feld erfolgt, wodurch die mechanische Anfälligkeit des
Schalters verringert wird. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass der Schalter
im deaktivierten Zustand der Antenne geschlossen ist, so dass keine
parasitären Kapazitäten zwischen den Schalterkontakten
auftreten, welche ebenfalls ein unberechtigtes Auslesen des Datenträgers
mit einem Feld mit erhöhter Feldstärke ermöglichen
können.
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Der
in 1 dargestellte tragbare Datenträger kann
insbesondere als Chipkarte, z. B. als Smartcard, ausgestaltet sein.
Dabei ist das Chipmodul 1 sowie die Antenne 6 in
einem entsprechenden Kartenkörper integriert. Der tragbare
Datenträger kann aber auch andere Bauformen aufweisen,
beispielsweise in der Form eines Tokens, eines Schlüsselanhängers,
eines Stickers und dergleichen. In einer Ausgestaltung wird mit
dem erfindungsgemäßen Datenträger ein
Transportschutz beim Versand des Datenträgers dadurch gewährleistet,
dass das entsprechende magnetische Element 7 lösbar
auf dem Datenträger über dem Reed-Schalter 3 aufgebracht
ist. Vorzugsweise ist das magnetische Element dabei als magnetische
Folie, z. B. als eine nanokristalline hartmagnetische Metallfolie,
ausgestaltet. Die Folie kann z. B. als Sticker auf dem tragbaren
Datenträger, beispielsweise auf dem Kartenkörper
einer Chipkarte, lösbar aufgebracht sein, insbesondere
aufgeklebt sein. Der tragbare Datenträger wird somit zum
Transport mit aufgeklebter magnetischer Folie ausgeliefert, wobei
die aufgebrachte Folie ein Schließen des Schalters 3 bewirkt,
so dass während des Transports die Antenne deaktiviert
ist und gegen Missbrauch geschützt ist. Nach der Auslieferung
kann dann in einfacher Weise das magnetische Element von dem Datenträger
abgezogen werden, was ein Öffnen des Schalters 3 bewirkt,
wodurch die Antenne funktionstüchtig wird.
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Ein
weiterer Anwendungsfall des Datenträgers der 1 besteht
darin, dass auch während der Verwendung des Datenträgers
die Antenne bei Bedarf abgeschaltet bzw. angeschaltet wird. Dabei
kann der tragbare Datenträger in einem entsprechenden Gehäuse
und/oder einem entsprechenden Träger aufbewahrt sein, wobei
sich an dem Gehäuse das magnetische Element 7 befindet,
das beispielsweise in einem Schieber angeordnet ist. In einer ersten
Position des Schiebers ist dabei das magnetische Element über
dem Reed-Schalter 3 angeordnet, so dass das Magnetfeld
des Elements ein Schließen des Schalters und ein Deaktivieren
der Antenne 6 bewirkt. In einer zweiten Position ist das
magnetische Element derart weit vom Reed-Schalter 3 entfernt, dass
sich dieser Schalter öffnet und die Antenne 6 in Betrieb
setzt. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, dass anstatt
der Anordnung in einem Schieber das magnetische Element auf einer
Wippe befestigt ist. Dabei ist das Element an einem Ende der Wippe
angeordnet und durch Druck auf das andere Ende der Wippe wird das
magnetische Element, das sich über dem Reed-Schalter befindet
und ein Schließen des Schalters bewirkt, derart weit von
dem Schalter entfernt, dass der Schalter sich öffnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6425526
B1 [0005]
- - US 2003/0132301 A1 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - ISO 14443 [0002]
- - „Reed Switches Developed Using Micro-machine Technology”,
Oki Technical Review, April 2005, Issue 202, Vol. 72, No. 2 [0022]