DE102017130940B4

DE102017130940B4 - Chipkartenkörper, Chipkarte und Verfahren zum Herstellen eines Chipkartenkörpers

Info

Publication number: DE102017130940B4
Application number: DE102017130940.3A
Authority: DE
Inventors: Walther Pachler
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-12-21
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: US20190197384A1; US10685277B2; DE102017130940A1

Abstract

In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Chipkartenkörper bereitgestellt. Der Chipkartenkörper kann aufweisen eine Metallplatte, einen Aufnahmebereich in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip, und mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte, die derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich.

Description

Verschiedene Ausführungsbeispiele betreffen einen Chipkartenkörper, eine Chipkarte und ein Verfahren zum Herstellen eines Chipkartenkörpers.
Kreditkarten wurden bereits seit mehr als einem halben Jahrhundert als Zahlungsmittel verwendet, wobei vor einer Verbreitung von Plastikkarten Pappkarten als eine Art von Kurzzeitkredit zum Erwerb von Produkten und Dienstleistungen genutzt wurden.
Neuerdings haben die Plastikkarten (in 1A ist eine herkömmliche Plastik-Chipkarte 100 dargestellt, bei welcher das Chipmodul 104 aus seiner Aufnahmeöffnung im Chipkartenkörper 106 entfernt ist) Konkurrenz bekommen durch Metall-Kreditkarten, welche von immer mehr Kreditkartenherstellern angeboten werden. Mit ein Grund dafür ist der so genannte „Plunk factor“, welcher die beeindruckende und nur durch Metall erzeugbare Wirkung zum Ausdruck bringt, welches entsteht, wenn eine Metall-Kreditkarte (mit dem entsprechenden Geräusch und metallischem Schimmer) auf einen Verkaufstresen geworfen wird. Die Metall-Kreditkarte wird in diesem Fall gern als Statussymbol verwendet, denn ursprünglich wurden Metall-Kreditkarten insbesondere finanzstarken Kunden angeboten. In solchen Fällen wurde als das Metall ein Edelmetall, beispielsweise Gold oder zumindest eine Goldbeschichtung, und/oder eine künstlerische Gestaltung der Metallkarte verwendet, wie dies beispielhaft für die schematisch abgebildete Karte in 2A (oberes Bild) dargestellt ist. Inzwischen werden Metall-Kreditkarten (siehe z.B. das Metall-Kreditkartenbeispiel aus 2A (unten)) allerdings auch Durchschnittskunden angeboten.
Die in 2A dargestellten Karten werden zurzeit hauptsächlich als Kontakt-Kreditkarten bereitgestellt. Das heißt, dass ein Datenaustausch mit einem Chip der Kreditkarte mittels eines Kontaktierens von in einem Chipmodul integrierten Kontaktflächen 220 ausgeführt wird, welche gemäß ISO 7816 gestaltet sind, selbst wenn sie möglicherweise (wie im oberen Bild in 2A dargestellt) so gestaltet sind, dass sie einen Teil einer künstlerischen Gestaltung eines Kartenkörpers 106, in welchen das Chipmodul eingefügt ist, bilden.
Wünschenswert wäre, alternativ oder zusätzlich, ein kontaktloser Datenaustausch mit dem Chipkarten-Chip. Für die kontaktlose Datenübertragung muss am Chipkarten-Chip eine entsprechende Antenne angeschlossen werden. Eine kostengünstige, leistungsfähige und robuste Lösung einer solchen Antenne bietet bei einer herkömmlichen kontaktlosen Chipkarte 100 die sogenannte Coil-on-Module Technologie. Diese besteht im Wesentlichen aus einem Coil-on-Module Chipmodul 104, welches eine Modulantenne 110 aufweist zum induktiven Koppeln an eine im Chipkartenkörper 106 angeordnete Boosterantenne 102 (Siehe 1A und 1B). Eine entsprechende Funktionsweise ist in 1C schematisch gezeigt.
Die kontaktlose Chipkarte 100 kann die Boosterantenne 102 aufweisen für eine kabellose Kommunikation mit einem externen Lesegerät 108. Die Boosterantenne 102 kann, wie in 1B und 1C dargestellt ist, einen seriellen Resonanzkreis aufweisen, welcher einen Induktor 102PC, 102Ls1 aufweist, einen (ohmschen) Widerstand (welcher beispielsweise mittels eines Widerstands der leitfähigen Leitung, welche die Antenne bildet, bereitgestellt wird), und einen Kondensator 102Cs. Darüber hinaus kann die Boosterantenne 102 eine Koppelspule Ls2, 102Ls2 aufweisen zum Koppeln mit der Modulantenne 110 des Chipmoduls 104. Der Teil der Boosterantenne 102, der zum Koppeln an das externe Lesegerät 108 dient, wird auch als Pickup-Spule Ls2 bezeichnet.
Allgemein ist ein Kreditkartenkörper aus Metall wenig geeignet als Körper für eine kontaktlose Kreditkarte mit standardmäßigen Draht verlegten Antennen wegen der im Metall verursachten Wirbelströme. Dies ist in 2A veranschaulicht: Der Kreditkartenkörper 106 aus Metall verursacht, wie in 2B dargestellt, beispielsweise ein Magnetfeld in die entgegengesetzte Richtung, welches ein Eindringen von Magnetfeldlinien in einen Magnetfeldbereich einer Antenne 102, die mit einem Chipmodul 104 gekoppelt ist, verhindern kann. Dementsprechend kann es für eine Chipkartenlese- bzw. Schreibvorrichtung 108, die eine Antenne 108a aufweist, unmöglich sein, einen Lese- bzw. Schreibvorgang an einem Chip 105 des Chipmoduls 104 auszuführen.
Bei Antennen 102 gemäß dem Stand der Technik wird eine Wirkung eines Metallkörpers 106 mittels Ferrit kompensiert bzw. die Antenne 102 gegenüber dem Metall 106 mit Ferrit abgeschirmt. Wie in 2B (unten) dargestellt ist, führt das Ferrit (die „magnetische Schicht“) bildlich gesprochen zu einem „Kurzschließen“ der Magnetfeldlinien und bewirkt dadurch ein Abschirmen gegenüber der Metallumgebung. Eine solche Gestaltung wird beispielsweise bei Smartphones verwendet, beispielsweise für einen Bereich oberhalb der Batterie, oder z.B. bei metallischen Kennzeichnungsvorrichtungen für eine Nahfeldkommunikation (NFC).
Allgemein werden Metall-Umgebungen und Metalloberflächen so bereitgestellt, dass sie Wirbelströme im Metall verursachen, welche eine Magnetfeldrichtung aufweisen, welche der üblichen Magnetfeldrichtung entgegengesetzt ist.
Die DE 10 2016 107 982 A1 offenbart ein Chipkartenmodul für eine Chipkarte mit einer Metallplatte und einem Kondensator.
Die US 2012 032 5914 A1 offenbart eine aus Metall und Kunststoff hergestellte Chipkarte.
Die US 2013 012 6622 A1 offenbart eine Smartcard mit einer Metallschicht und einer Boosterantenne.
Hierin werden Vorrichtungen und Verfahren bereitgestellt, welche es ermöglichen, einen Metallkörper bzw. eine Metalloberfläche als Körper einer kontaktlosen Chipkarte bereitzustellen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A ein Foto zweier teilweise auseinandergenommener herkömmlicher Chipkarten, welche jeweils eine Boosterantenne und ein Chipmodul (CoM) aufweisen;
1B eine schematische Draufsicht einer herkömmlichen Boosterantenne;
1C eine schematische Ansicht einer Boosterantenne, welche kontaktlos mit einem Lesegerät und einem Chipmodul (CoM) gekoppelt ist;
2A Fotografien zweier Metall-Kreditkarten gemäß dem Stand der Technik, welche Kontaktflächen aufweisen;
2B zwei schematische Darstellung von Wechselwirkungen zwischen einer kontaktlosen Chipkarte mit Metallkörper und einem Lesegerät;
3A und 3B jeweils eine schematische Draufsicht einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3C, 3D und 3E jeweils eine schematische Draufsicht eines Chipkartenkörpers gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 Fotografien eines Prototypen eines Chipkartenkörpers bzw. einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Chipkartenkörpers gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden mitunter unterscheidbare, aber ähnliche Merkmale oder Vorrichtungen durch nachgestellte Buchstaben voneinander unterschieden (z.B. Durchgangsöffnungen 330A, 330B, 330D, 330-Cap). Für diese wird dann als allgemeines Bezugszeichen die Zahl ohne den nachgestellten Buchstaben verwendet, selbst wenn das allgemeine Bezugszeichen in den Zeichnungen nicht verwendet wird.
Diverse Aspekte der Offenbarung sind für Vorrichtungen bereitgestellt, und diverse Aspekte der Offenbarung sind für Verfahren bereitgestellt. Es ist zu verstehen, dass die grundlegenden Eigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten, und umgekehrt. Der Einfachheit halber wurde auf eine doppelte Beschreibung solcher Eigenschaften mitunter verzichtet.
Wie oben beschrieben reduziert eine Metallumgebung eine Gesamtleistung einer herkömmlichen Coil-on-Module-Chipkarte beträchtlich.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine reine Metallkarte (genauer: eine Chipkarte mit einem reinen Metallkörper) bereitgestellt, welche in der Lage ist, mit einer Sende-/Empfangsvorrichtung unter Verwendung eines CoM-Moduls zu kommunizieren.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kommt die Metallkarte ohne komplexe Strukturen wie Durchkontaktierungen (Vias) oder in einer zusätzlichen Ebene verlegte Leitungen aus. Die gesamte Antenne kann so gestaltet sein, dass sie nur eine einzige Windung aufweist, welche aus dem Metall selbst besteht.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine einfache Kartengestaltung ohne weitere Materialien oder zusätzliche Ebenen bereitgestellt werden.
Verglichen mit dem Stand der Technik kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Kombination von einem Kartenkörper (auch als Kartenträger bezeichnet) mit einer Boosterantenne als eine einzige Metallstruktur bereitgestellt werden.
Anders ausgedrückt kann der Kartenkörper aus Metall so geformt sein, dass er geeignet ist, als Boosterantenne zu wirken, welche eine Pickup-Spule Ls1 aufweist, welche eingerichtet ist, mit einer externen Lese-/Schreibvorrichtung 108 Daten auszutauschen, und eine Koppelspule Ls2 zum Koppeln an die Modulantenne 110 des Chipmoduls 104.
3A und 3B zeigen jeweils eine schematische Draufsicht einer Chipkarte 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, und 3C, 3D und 3E zeigen jeweils eine schematische Draufsicht eines Chipkartenkörpers 306 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 4 zeigt Fotografien eines Prototypen eines Chipkartenkörpers 306 bzw. einer Chipkarte 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Die Figuren veranschaulichen (in der Zusammenschau) ein grundlegendes Konzept der Ausführungsbeispiele.
Der in den Ausführungsbeispielen in 3C bis 3E und auch in 3A und 3B als Teil der Chipkarten 300 dargestellte Chipkartenkörper 306 kann ein Metall 307 aufweisen, daraus bestehen oder im Wesentlichen daraus bestehen.
Das Metall 307 kann ein beliebiges Metall geeigneter mechanischer Belastbarkeit und geeigneter elektrischer Leitfähigkeit sein. Das Metall 307 des Chipkartenkörpers 306 kann eine einzelne einheitliche Metallsorte aufweisen, eine Legierung und/oder einen Schichtenstapel aus unterschiedlichen Metallen.
Beispielsweise kann das Metall 307 des Chipkartenkörpers 306 Gold, Stahl, Eisen, Silber, Platin, Aluminium, Kupfer und/oder eine Legierung eines oder mehrerer dieser Metalle aufweisen oder daraus bestehen.
Das Metall 307 des Chipkartenkörpers 306 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen als eine Metallplatte 307 gestaltet sein. Die Metallplatte 307 kann in verschiedenen im Wesentlichen die Abmessungen der Chipkarte 300 aufweisen. Anders ausgedrückt kann der Chipkartenkörper 306 so gestaltet sein, dass auf keiner Oberfläche des Metalls 307 im Vergleich zu einer Dicke der Metallplatte 307 dicke bzw. große Strukturen aufgebracht sind, sondern lediglich eine Verkapselungsschicht oder ähnliches.
Der Chipkartenkörper 106 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen im Wesentlichen von der Metallplatte 307 gebildet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann in der Metallplatte 307 ein Aufnahmebereich 332 zum Aufnehmen eines Chipmoduls (mit einem Chip 105) gebildet sein, welcher eingerichtet ist zum induktiven Koppeln der Metallplatte 307 mit einem in dem Aufnahmebereich 332 aufgenommenen Chipmodul 104.
Für das Koppeln des Chips 105 und dessen Chipmodul 104 an den Aufnahmebereich 307 kann der Chip mit einer Koppelspule 110 elektrisch leitend verbunden sein. Der Chip 105 und die Koppelspule 110 können Teil des Chipmoduls 104 sein, welches ferner noch einen Chipmodulkörper aufweisen kann. Auf oder in dem Chipmodulkörper können der Chip 105 und die Koppelspule 110 auf im Wesentlichen bekannte Weise als CoM-Chipmodul 104 angeordnet sein.
Der Chipkartenkörper 306 kann ferner mindestens eine Durchgangsöffnung 330A in der Metallplatte 307 aufweisen, wobei die Durchgangsöffnung derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte 307 als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich 332. Unter einer Durchgangsöffnung 330A in der Metallplatte 307 ist eine Öffnung zu verstehen, welche sich von einer Hauptfläche der Metallplatte 307 bis zur gegenüberliegenden Hauptfläche der Metallplatte 307 erstreckt.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung 330 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 330A, 330B, 330D, 330-Cap aufweisen. Die mindestens eine Durchgangsöffnung 330 ist in den 3A bis 3E als schwarze, graue, weiße oder hellblaue Linie dargestellt.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung 330 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen so gebildet sein, dass die Metallfläche unterteilt ist in Bereiche, welche funktionelle Elemente der (Booster-)Antenne bilden. Anders ausgedrückt kann es nötig sein, im Chipkartenkörper die Durchgangsöffnungen 330 anzuordnen, um die Booster-Antennenstruktur zu bilden. Zusätzliche Durchgangsöffnungen 330 können vorgesehen sein, um eine Gesamtleistung des Booster-Antennensystems zu erhöhen.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung 330 kann in der Metallplatte 307 als mindestens ein Schlitz 330 in der Metallplatte 307 ausgebildet sein.
Der mindestens eine Schlitz 330 kann dabei entweder einen Schlitz 330 oder mehrere Schlitze 330 aufweisen. Der mindestens eine Schlitz kann eine Schlitzbreite aufweisen in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 1 mm, beispielsweise von etwa 50 µm bis etwa 500 µm, beispielsweise von etwa 100 µm bis etwa 300 µm.
Durch die Durchgangsöffnungen 330, also das Trennen/Unterteilen des Metall-Chipkartenkörpers 306, wird somit der Boosterantennen-Induktor erzeugt. Der so genannte Skin Effekt ist dafür verantwortlich, dass ein Strom bei hohen Frequenzen hauptsächlich an der äußeren Fläche eines Leiters fließt. Dementsprechend kann der Induktor der vorliegenden Metallkartenspule verglichen werden mit einer einzelnen großen Spulenwicklung der Klasse 1. Allerdings können die Induktoren geändert werden und mit zusätzlichen Durchgangsöffnungen 330 gebildet werden.
Beispielsweise kann eine erste Durchgangsöffnung 330A sich im Wesentlichen parallel zu einander gegenüberliegenden Kanten (z.B. Längskanten) des Chipkartenkörpers 306 erstrecken, wie in 3A bis 3E dargestellt. Die erste Durchgangsöffnung 330A kann etwa auf der Längs-Mittelachse angeordnet sein, wie das beispielsweise bei der Chipkarte 300A aus 3A und 3B und der Chipkarte 300F aus 4 und beim Chipkartenkörper 306E aus 3E der Fall ist, oder beispielsweise versetzt zur (Längs-)Mittelachse angeordnet sein, wie es bei den Chipkartenkörpern 306B und 306C aus 3C bzw. 3D der Fall ist. Die erste Durchgangsöffnung kann sich in verschiedenen Ausführungsbeispielen bis zu einer Kante des Chipkartenkörpers 306, die verschieden ist von den gegenüberliegenden Kanten (z.B. einer Querkante) erstrecken, so dass durch die dadurch entstandene Unterteilung des Chipkartenkörpers 306 zwei Antennenflügel gebildet werden, welche sich vom Aufnahmebereich 332 (welcher auch als Chipkartenmodul-Kopplungsbereich 332 bzw. verkürzend einfach als Kopplungsbereich 332 bezeichnet wird) zu der durch die Durchgangsöffnung 330 unterteilten Kante des Chipkartenkörpers 306 erstrecken. In anderen Ausführungsbeispielen können die Längs- und die Querkanten vertauscht sein.
Ferner können eine oder mehrere der Durchgangsöffnungen 330 als Leit-Durchgangsöffnung(en) 330B gebildet sein. Die Leit-Durchgangsöffnung(en) 330B kann (können) so gestaltet (z.B. als Schlitze) und angeordnet sein, dass sich für Ladungsbewegungen, welche beim Zuführen eines elektromagnetischen Signals zum Aufnahmebereich 332 (oder gleichermaßen beim Abführen eines elektromagnetischen Signals aus dem Aufnahmebereich 332) auftreten können, ein möglichst langer Weg ergibt, bzw. ein relativ langer Weg, welcher außerdem weitere Spezifikationen der Antenne erfüllt.
Ferner können eine oder mehrere der Durchgangsöffnungen 330 als den Aufnahmebereich 332 definierende Durchgangsöffnung(en) 330D gebildet sein. Die den Aufnahmebereich 332 definierende(n) Durchgangsöffnung(en) 330D kann (können) so gestaltet (z.B. als Schlitze) und angeordnet sein, dass die Ladung beim Bewegtwerden um einen Teil des Aufnahmebereichs 332, der für die Aufnahme des Chipmoduls 104 vorgesehen ist, herumgeführt wird. Dadurch kann eine Koppelspule (mit einer einzelnen, ggf. unvollständigen Windung) gebildet sein, welche geeignet ist, induktiv mit der Modulantenne 110 des Chipmoduls 104 zu koppeln.
Die Kopplung zwischen der vom Metall des Aufnahmebereichs 332 gebildeten Koppelspule und der Modulantenne 110 kann umso intensiver sein, je geringer der Abstand zwischen der Koppelspule und der Modulantenne 110 ist.
Dementsprechend kann (können) die den Aufnahmebereich 332 definierende(n) Durchgangsöffnung(en) 330D so gestaltet und angeordnet sein, dass sie den geringen Abstand zwischen der Koppelspule und der Modulantenne 110 vorgeben. Beispielsweise können, wie in 3A bis 3E dargestellt, zumindest Teile der den Aufnahmebereich 332 definierende(n) Durchgangsöffnung(en) 330D sich entlang der Kanten des einzufügenden bzw. bereits eingefügten Chipkartenmoduls 104 erstrecken, und zwar in einem Abstand, der kleiner ist als eine maximale Breite des Chipkartenmoduls 104, z.B. kleiner als eine halbe maximale Breite, z.B. kleiner als ein Viertel der maximalen Breite.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Chipkartenkörper ferner einen Kondensator aufweisen, der mit der Metallplatte 306 gekoppelt ist.
Der Kondensator kann, wie in 4 dargestellt, ein Kondensator 440 sein, der nicht Teil der Metallplatte 307 ist, sondern mit der Metallplatte 307 elektrisch leitfähig verbunden ist. Der in der 4 dargestellte Kondensator 440 wurde bei dem Prototypen lediglich zum Testen der Funktionsfähigkeit der Chipkarte 300E verwendet. In einem Fall, dass der zusätzliche Kondensator 440, der nicht Teil der Metallplatte 307 ist, für eine an einen Nutzer auszugebende Chipkarte 300E genutzt würde, würde ein Kondensator 440 verwendet, dessen Baugröße es ermöglicht, unauffällig in die Chipkarte 300E integriert zu werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Kondensator in der Metallplatte monolithisch integriert sein.
Ferner können, wie in 3A und 3B dargestellt, eine oder mehrere der Durchgangsöffnungen 330 bzw. Teilbereiche davon als Kondensator-Durchgangsöffnungen bzw. Kapazitäts-Durchgangsöffnung(en) 330-Cap gebildet sein. Die Kapazitäts-Durchgangsöffnung(en) 330-Cap kann (können) so gestaltet sein (z.B. als mäandernder Schlitz), dass eine dadurch entstehende kammartige Struktur 306-Cap der Metallplatte 306 als Kondensator wirkt. Mittels einer Anpassung von Anzahl, Abstand, Breite und Länge der mäanderartig geformten Durchgangsöffnung(en) 330-Cap bzw. der dadurch festgelegten Anzahl, Abstand, Breite und Länge der kammartig kontaktlos ineinandergreifenden Metall-Kondensatorelemente kann die Kapazität des Kondensators angepasst und damit eine Abstimmung der als Booster-Antenne wirkenden Metallplatte 307 vorgenommen werden. In dem Fall kann der Kondensator somit monolithisch in die Metallplatte 307 integriert sein.
Der Kondensator kann (unabhängig davon, ob es sich um den zusätzlichen Kondensator oder den als Teil des Metall-Chipkartenkörpers gebildeten Kondensator handelt) in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Kapazität aufweisen in einem Bereich von ungefähr 800 pF bis ungefähr 3 nF, beispielsweise von etwa 1 nF bis 2 nF, beispielsweise von etwa 1,3 nF bis etwa 1,7 nF.
Der Chipkartenkörper 306 kann ferner eine elektromagnetische Anpassungsstruktur 330-Imp zum Bilden einer elektromagnetischen Ziel-Impedanz aufweisen. Dabei kann die elektromagnetische Anpassungsstruktur in der Metallplatte 307 monolithisch integriert sein.
Beispielhaft ist in 3C und 3D jeweils eine elektromagnetische Anpassungsstruktur in Form einer Impedanz dargestellt. Eine oder mehrere der Durchgangsöffnungen 330 bzw. Teilbereiche davon können als Impedanz-Durchgangsöffnung(en) 330-Imp gebildet sein. Die Impedanz-Durchgangsöffnung(en) 330-Imp kann (können) so gestaltet und angeordnet sein, dass eine dadurch entstehende, beispielsweise eine sich mäanderartig windende Struktur 306-Imp der Metallplatte 306 als Impedanzstruktur wirkt. Die Impedanz-Durchgangsöffnung(en) 330-Imp können Anzahl, Abstand, Breite und Länge der durch sie definierten Impedanzstruktur (z.B. der mäanderartigen Struktur) 306-Imp derart vorgeben, dass eine gewünschte Impedanz erzielt wird und somit eine Abstimmung der als Booster-Antenne wirkenden Metallplatte 307 vorgenommen werden. In dem Fall kann die Impedanz 306-Imp somit monolithisch in die Metallplatte 307 integriert sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Durchgangsöffnungen, wie beispielsweise in 3C, 3D und 3E dargestellt, so ausgeführt sein, dass eine mechanische Robustheit des Metall-Chipkartenkörpers 306 so wenig wie möglich beeinträchtigt wird.
Beispielsweise kann anstelle eines einzelnen geraden Schlitzes 330A, der beinahe den gesamten Chipkartenkörper 306 längs halbiert wie in 3A, 3B und 4, die Durchgangsöffnung 330A als eine mäanderförmige Struktur gebildet sein. Andere Formen von Durchgangsöffnungen (z.B. Schlitzen), welche einen geringen Verlust mechanischer Stabilität bedeuten, sind puzzleteilartige Strukturen (mit pilzkopfartigen Vorsprüngen, welche in entsprechend geformten Öffnungen aufgenommen sind), und ähnliche Strukturen, für welche mehrere Beispiele schematisch in 3E dargestellt sind.
Bei einer solchen Gestaltung kann es nötig sein, einen Minimalabstand zwischen Mäanderstrukturen einzuhalten, um (unerwünschte) kapazitive Effekte zu minimieren.
Es ist zu verstehen, dass die einzelnen Strukturen (Impedanzstruktur 306-Imp, Kondensatorstruktur 306-Cap usw.) kombiniert bei der Gestaltung eines Chipkartenkörpers 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen angewendet werden können.
Außerdem ist zu verstehen, dass jeder der Chipkartenkörper 306 der verschiedenen Ausführungsbeispiele so gestaltet ist, dass er mittels Anordnens eines Chips 105 (z.B. als Teil eines CoM-Moduls 104) im Aufnahmebereich zu einer Chipkarte 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen umgewandelt werden kann, und umgekehrt jede der Chipkarten 300 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen einen Chipkartenkörper 306 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen aufweist.
Der Metall-Chipkarten-Prototyp aus 4 ist in der Lage, bei Hmin = 0,7 A/m zu arbeiten.
Um einen so genannten „Loading Effect“ zu verringern, kann es nötig sein, mehr Durchgangsöffnungen (z.B. Schlitze) 330 hinzuzufügen. Der „Loading Effect“ bezeichnet eine physikalische Wirkung und alle Einflüsse und Rückwirkungen (unabhängig davon, ob sie statisch oder pseudostatisch sind) der Last (in all ihren Formen), welche das Ziel einer Nahfeldkommunikation (NFC), in diesem Fall die Chipkarte 300, durch seine reine Anwesenheit auf den ungestörten Betrieb des Lesegeräts 108 ausübt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Durchgangsöffnungen 330 spiegelsymmetrisch, beispielsweise bezüglich einer Längsachse und/oder bezüglich einer der Durchgangsöffnungen, angeordnet sein, wie dies beispielsweise in 3A, 3B und 4 dargestellt ist. In anderen Ausführungsbeispielen, wie z.B. in 3C und 3D gezeigt ist, können die Durchgangsöffnungen 330 unsymmetrisch in der Metallplatte 307 angeordnet sein.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Durchgangsöffnungen 330 oder zusätzliche Durchgangsöffnungen (nicht dargestellt), welche nicht oder nur unwesentlich die Antennenfunktion beeinflussen, im Chipkartenkörper 306 angeordnet sein und so gestaltet sein, dass sie z.B. ein Logo bilden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die mindestens eine Durchgangsöffnung 330 mit einem nicht-galvanischen Material, z.B. einem elektrisch isolierenden Material, z.B. einem elektrisch isolierenden Klebstoff gefüllt sein bzw. werden.
Das elektrisch isolierende Material kann genutzt werden, um eine Handhabbarkeit der Chipkarte 300 zu verbessern, die Chipkarte 300 vor Beschädigung zu schützen.
Das elektrisch isolierende Material kann ferner genutzt werden, um den Chip 105, z.B. als Teil des Chipmoduls 104, im Aufnahmebereich 332 anzuordnen. Anders ausgedrückt kann der Chip 105 mittels des elektrisch isolierenden Materials mit dem Chipkartenkörper 306, z.B. der Metallplatte 306, mechanisch gekuppelt sein.
Der Aufnahmebereich 332 kann eine Aufnahmeöffnung 332A zum Aufnehmen des Chips (z.B. des Chipmoduls 104) aufweisen. Der Chip 105 (z.B. das Chipmodul 104) kann mit der Metallplatte 306 mechanisch gekuppelt sein bzw. werden.
Die Aufnahmeöffnung 332A kann, wie in 3C und 4 dargestellt, als eine Durchgangsöffnung gebildet sein. In dem Fall kann das Chipmodul 104 in die Aufnahmeöffnung 332A beispielsweise eingeklebt, eingegossen, einlaminiert oder mittels einer zueinander passend im Chipmodul 104 und dem Chipkartenkörper 306 gestalteten Einraststruktur eingerastet werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Aufnahmeöffnung 332A so gestaltet sein, dass der Metall-Chipkartenkörper 306 im Bereich der Aufnahmeöffnung 332A lediglich gedünnt, aber nicht ganz entfernt wird, so dass, wie in 3D dargestellt, ein Montagebereich 338 zum Anordnen des Chips 105 (z.B. des Chipmoduls 104) in der Aufnahmeöffnung 332A bereitgestellt ist. Damit kann eine Montage des Chipmoduls 104 vereinfacht sein, weil das Chipmodul 104 beispielsweise direkt mit dem Montagebereich 338 verklebt werden kann oder vor einem Vergießen darauf positioniert werden kann.
Eine Laminierung der Chipkarte 300 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine mechanische Stabilität der Chipkarte 300 insbesondere für Biegebelastungen erhöhen. Außerdem stellt sie eine Möglichkeit bereit, die Chipkarte 300 durch einen Aufdruck zu gestalten.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Chipkarte 300 zusätzlich zur kontaktlosen Funktionalität Kontaktflächen aufweisen, um sie auch mittels eines Lesegeräts, welches für eine kontaktbehaftete Lese-/Schreibfunktion eingerichtet ist, nutzen zu können (eine solche Chipkarte wird auch als Dual-Mode-Chipkarte bezeichnet). Entsprechende herkömmliche Kontaktflächen zeigt beispielhaft das Chipmodul 104 in 4.
5 zeigt ein Flussdiagramm 500 eines Verfahrens zum Bilden eines Chipkartenkörpers gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann aufweisen: Ein Bereitstellen einer Metallplatte (bei 510), ein Bilden eines Aufnahmebereichs in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip (bei 520), und ein Bilden mindestens einer Durchgangsöffnung in der Metallplatte derart, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich (bei 530).
Der Chip kann im Aufnahmebereich als Teil eines Chipmoduls angeordnet werden. Das Chipmodul kann ferner eine Modulantenne Aufweisen zum induktiven Koppeln mit der Metallplatte.
Das Bilden der mindestens einen Durchgangsöffnung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels eines Lasers vorgenommen werden, beispielsweise mittels Laserschneidens.
Auch ein Bilden einer Aufnahmeöffnung zum Aufnehmen des Chips, z.B. wie oben beschrieben, kann mittels des Lasers ausgeführt werden, selbst in einem Fall, dass die Aufnahmeöffnung nicht als Durchgangsöffnung gebildet ist, mittels eines Beschränkens einer Schneidetiefe des Lasers.
6 zeigt ein Flussdiagramm 600 eines Verfahrens zum Bilden einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann aufweisen: Ein Bereitstellen einer Metallplatte (bei 610), ein Bilden eines Aufnahmebereichs in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip (bei 620), ein Bilden mindestens einer Durchgangsöffnung in der Metallplatte derart, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich (bei 630), und ein Anordnen des Chips im Aufnahmebereich (bei 640).
Zum Anordnen des Chips im Aufnahmebereich kann beispielsweise ein Chipmodul, das den Chip aufweist, im einer Aufnahmeöffnung angeordnet werden, z.B. eingeklebt, eingegossen, einlaminiert oder mittels einer zueinander passend im Chipmodul und dem Chipkartenkörper gestalteten Einraststruktur eingerastet werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können die Verfahren zum Anordnen des Chips kombiniert werden, beispielsweise kann der Chip eingeklebt und zusätzlich zusammen mit der restlichen Chipkarte einlaminiert werden.
Ausführungsbeispiel 1 stellt einen Chipkartenkörper bereit. Der Chipkartenkörper kann eine Metallplatte aufweisen, einen Aufnahmebereich in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip (z.B. als Teil eines Chipmoduls, welches ferner eine mit dem Chip verbundene Modulantenne aufweist), und mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte, die derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich.
Ausführungsbeispiel 2 ist ein Chipkartenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei der Chipkartenkörper ferner einen Kondensator aufweist, der mit der Metallplatte gekoppelt ist.
Ausführungsbeispiel 3 ist ein Chipkartenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei der Kondensator in der Metallplatte monolithisch integriert ist.
Ausführungsbeispiel 4 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 2 oder 3, wobei der Kondensator eine Kapazität aufweist in einem Bereich von ungefähr 800 pF bis ungefähr 3 nF.
Ausführungsbeispiel 5 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte als mindestens ein Schlitz in der Metallplatte ausgebildet ist.
Ausführungsbeispiel 6 ist ein Chipkartenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 5, wobei der mindestens eine Schlitz mehrere Schlitze aufweist.
Ausführungsbeispiel 7 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 5 oder 6, wobei der mindestens eine Schlitz eine Schlitzbreite aufweist in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 1 mm.
Ausführungsbeispiel 8 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei der Chipkartenkörper ferner eine elektromagnetische Anpassungsstruktur zum Bilden einer elektromagnetischen Ziel-Impedanz aufweist.
Ausführungsbeispiel 9 ist ein Chipkartenkörper gemäß Ausführungsbeispiel 8, wobei die elektromagnetische Anpassungsstruktur in der Metallplatte monolithisch integriert ist.
Ausführungsbeispiel 10 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, wobei der Chipkartenkörper im Wesentlichen von der Metallplatte gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 11 ist ein Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 10, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt ist.
Ausführungsbeispiel 12 stellt eine Chipkarte bereit, die einen Chipkartenkörper gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11 aufweist.
Ausführungsbeispiel 13 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 12, wobei ein Chip in dem Aufnahmebereich vorgesehen ist und mit der Metallplatte mechanisch gekuppelt ist.
Ausführungsbeispiel 14 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 13, wobei der Chip mittels eines elektrisch isolierenden Materials mit der Metallplatte mechanisch gekuppelt ist.
Ausführungsbeispiel 15 stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Chipkartenkörpers bereit, wobei das Verfahren ein Bereitstellen einer Metallplatte aufweist, ein Bilden eines Aufnahmebereichs in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip (z.B. als Teil eines Chipmoduls, welches ferner eine mit dem Chip verbundene Modulantenne aufweist), und ein Bilden mindestens einer Durchgangsöffnung in der Metallplatte derart, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetischen Signals zu dem Aufnahmebereich.
Ausführungsbeispiel 16 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 15, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte mittels eines Lasers gebildet wird.

Claims

Chipkartenkörper, aufweisend: • eine Metallplatte; • einen Aufnahmebereich in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip; und • mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte, die derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetische Signals zu dem Aufnahmebereich.
Chipkartenkörper gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Kondensator, der mit der Metallplatte gekoppelt ist.
Chipkartenkörper gemäß Anspruch 2, wobei der Kondensator in der Metallplatte monolithisch integriert ist.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Kondensator eine Kapazität aufweist in einem Bereich von ungefähr 800 pF bis ungefähr 3 nF.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte als mindestens ein Schlitz in der Metallplatte ausgebildet ist.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte als mehrere Schlitze in der Metallplatte ausgebildet ist.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei der mindestens eine Schlitz eine Schlitzbreite aufweist in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 1 mm.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend; eine elektromagnetische Anpassungsstruktur zum Bilden einer elektromagnetischen Ziel-Impedanz.
Chipkartenkörper gemäß Anspruch 8, wobei die elektromagnetische Anpassungsstruktur in der Metallplatte monolithisch integriert ist.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Chipkartenkörper im Wesentlichen von der Metallplatte gebildet ist.
Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung mit einem elektrisch isolierenden Material gefüllt ist.
Chipkarte, aufweisend: einen Chipkartenkörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11.
Chipkarte gemäß Anspruch 12, wobei ein Chip in dem Aufnahmebereich vorgesehen ist und mit der Metallplatte mechanisch gekuppelt ist.
Chipkarte gemäß Anspruch 13, wobei der Chip mittels eines elektrisch isolierenden Materials mit der Metallplatte mechanisch gekuppelt ist.
Verfahren zum Herstellen eines Chipkartenkörpers, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen einer Metallplatte; • Bilden eines Aufnahmebereichs in der Metallplatte zum Aufnehmen eines Chips, eingerichtet zum induktiven Koppeln der Metallplatte mit einem in dem Aufnahmebereich aufgenommenen Chip; • Bilden mindestens einer Durchgangsöffnung in der Metallplatte derart, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung derart eingerichtet ist, dass zumindest ein Teil der Metallplatte als Antenne wirkt zum Zuführen eines elektromagnetische Signals zu dem Aufnahmebereich.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die mindestens eine Durchgangsöffnung in der Metallplatte mittels eines Lasers gebildet wird.