DE19916781A1 - Dünn-Transponder-Chip-Karte und Herstellverfahren dazu - Google Patents
Dünn-Transponder-Chip-Karte und Herstellverfahren dazuInfo
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Abstract
Die Erfindung beschreibt eine kontaktlose Chip-Karte mit drucktechnisch hergestellter Transponderspule auf einem Trägermaterial zur direkten Kontaktierung eines IC-Elementes ohne Chipgehäuse, wobei auf der einen Seite dieses Trägermaterials mindestens eine Transponderspule und auf der anderen Seite mindestens zwei Druckelemente mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten derart aufgedruckt sind, daß je ein Ende der Transponderspule mit mindestens einem Druckelement überlappt und die Druckelemente die Kontaktflächen für die IC-Kontaktflächen bilden und zu den Enden der Transponderspule dadurch elektrisch leitend verbunden sind, daß dort das Trägermaterial kleine Durchkontaktierungen aufweist. Es wird ein Herstellverfahren zur Herstellung dieser kontaktlosen Chip-Karte beschrieben, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: DOLLAR A a) Grafische Gestaltung einer oder beider Seiten eines Trägermaterials mittels Druckverfahren im Mehrfachnutzen, DOLLAR A b) Anbringen mindestens zweier Durchkontaktierungen pro Chip-Karte mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Mikrometer im Druck-Bereich der Überlappungen der Enden der Transponderspule und der beiden Druckelemente, DOLLAR A c) drucktechnische Herstellung der Transponderspule auf einer Seite des Trägermaterials mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten, DOLLAR A d) drucktechnische Herstellung der elektrisch leitfähigen Druckelemente auf der Rückseite des Trägermaterials, derart, daß eine elektrische Verbindung durch die Durchkontaktierungen ...
Description
Die Erfindung beschreibt eine kontaktlose Chip-Karte mit drucktechnisch
hergestellter Transponderspule auf einer Innenlage zur direkten Kontaktierung eines
IC-Elementes und dessen Herstellverfahren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind kontaktose Identifikationskarten mit
Transponder-Spulen und sogenannten ungehausten Chips, das heißt IC-Elemente
ohne Gehäuse, die direkt in einen Kartenkörper eingesetzt werden.
Kontaktbehaftete Identifikationskarten unterliegen üblicherweise den ISO 7810 bzw.
ISO 7816-1 ff Normen und es muß eine Kartendicke im Bereich 0,8 mm eingehalten
werden. Identifikationskarten zur kontaktlosen Transaktion werden entsprechend
den ISO/IEC DIN 10536 Normen und neueren in Ausarbeitung befindlichen Normen
für die unterschiedlichsten Anwendungen einer Standardisierung unterworfen. Bei
kontaktlosen Chip-Karten stellt die Kartendicke keinen wesentlichen
Funktionsparameter dar. Vielmehr würde eine dünne Karte gewisse Vorteile bieten
und würde insbesondere eine Brieftasche mehrere dünne Karten aufnehmen
können, ohne unangenehm dick zu werden.
Identifikationsvorgänge mittels sogenannter Hand-gehaltener, berührungsloser
Identifikationkarten werden in immer stärkerem Ausmaß im öffentlichen Personen-
und Nahverkehr bzw. ganz allgemein zur komfortablen und raschen Identifikation
bzw. Zutrittskontrolle und oftmals der vollautomatischen Abbuchung entsprechender
Werteinheiten oder Geldbeträge verwendet.
Derartige kontaktlose Chip-Karten und Verfahren zur Herstellung sind bereits seit
längerer Zeit bekannt. Beispielsweise werden in den Offenlegungsschrifen
WO 97/05571 (PCT/1B96/00694-Prancz) bzw. WO 97/05569 (CT/1B96/00690-Prancz)
bzw. WO 97/05570 (PCT/IB96/00691-Prancz) bzw. der Gebrauchsmusterschrift
GM22/95 (AT 001 470 U1-Prancz) bereits Übertragungseinrichtungen bzw.
Tansponderspulen auf Basis drucktechnischer Herstellung genannt, die in einen ID-
Kartenkörper eingebaut werden bzw. durch Lamination eingebaut sind und bei
denen anschließend eine Öffnung für die Aufnahme eines Chip-Moduls bzw. eines
IC-Elementes mit Trägerelement gefertigt wird. Diese angeführten Verfahren sind
jedoch nicht für IC-Elemente ohne Trägerelement geeignet und können auch nur
kontaktlose Chip-Karten mit einer Dicke hergestellt werden, die zumindest die Dicke
der Chip-Module aufweisen.
In der WO 98/24057 (PCT/FR97/02100-Solaic, Thevenot u. Billebaud) wird ein
Verfahren beschrieben, bei dem die inneren Windungen der Transponderspule
zwischen den Anschluß-Kontaktflächen des IC-Elementes hindurchgeführt werden
und derart den Einbau bzw. die Kontaktierung eines IC-Elementes ohne
Trägerelement ermöglicht und zusätzlich keine Überkreuzungsdrucke und/oder
Isolationsdrucke benötigt. Dieses Verfahren stellt hohe Anforderungen an die
Feinheit des Druckes bzw. der Exaktheit der Positionierung des IC-Elementes, so
daß bei einer Massenfertigung hohe Kosten entstehen und die Verfügbarkeit bzw.
Beanspruchbarkeit einer derartigen kontaktlosen Chip-Karte nicht ausreichend hoch
ist.
In der WO 98/26372 (PCT/FR97/0261-Schlumberger, Catte) wird bereits ein
Verfahren beschrieben, bei dem IC-Elemente ohne Trägerelement mit den Enden
einer Transponderspule verbunden werden können und eine derartige Innenlage in
einen ID-Kartenkörper integrierbar ist. Auch hier müssen die innenliegenden
Leiterbahnen der Transponderspule zwischen den beiden Anschlußflächen-
Elementen des IC's hindurchgeführt werden und müssen deshalb in diesem Bereich
die Leiterbahnen sehr schmal sein. Weiters werden bei diesem Verfahren die
IC-Elemente vor dem Laminationsprozeß eingebaut und stellt der Laminationsprozeß
durch die hohe Laminatonstemperatur und den hohen Laminationsdruck eine starke
Belastung für den IC und vor allem für die beiden Anschlußstellen dar.
In der EP 08 24 301 A2 (Hitachi, Shirai et al.) werden bereits Verfahren zur
Herstellung dünner kontaktloser Chip-Karten genannt, bei denen IC-Elemente ohne
Trägerelement verwendet werden können und bereits IC-Elemente mit einer Dicke
kleiner gleich 50 Mikrometer genannt werden. Alle darin beschriebenen Produkte
und Verfahren beruhen dabei auf der Verwendung von Isolationsdruckschichten,
welche in der Leiterplattenindustrie und Mikroelektronikindustrie zum Stand der
Technik zu zählen sind, jedoch im Bereich der ID-Kartenindustrie zu zusätzlichen
Kosten durch den zusätzlichen Isolationsdruck und/oder Einschränkungen in den
verwendbaren Folienmaterialien führen würden und weiters Probleme beim
Laminatonsvorgang verursachen können und überdies durch den örtlichen
Druckpastenaufbau zu örtlichen Überhöhungen und damit beim Laminationsvorgang
zu möglichen Verzerrungen in der grafischen Gestaltung der außenliegenden Seiten
führen würden.
In der WO 97/34255 (PCTIDE97/00409-Siemens, Fries u. Janczek) wird eine
Chipkarte zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Signalen und dessen
Herstellverfahren genannt, bei dem ebenfalls bereits IC-Elemente ohne
Trägerelement verwendet werden. Hier müssen jedoch die innenliegenden
Leiterbahnen der Transponderspule zwischen den IC-Anschlußflächen
hindurchgeführt werden und es werden in diesem Verfahren ätztechnisch
hergestellte Transponderspulen angegeben, was die für diese Technologie
notwendige Leiterbahnen-Geometrien ermöglicht, jedoch sehr teuer in der
Herstellung sind.
In der WO 98/16901 (PCT/EP97/05624-Zakel, Azdasht u. Lange) wird ein Verfahren
zur Herstellung einer kontaktosen Chipkarte genannt, bei dem ebenfalls bereits ein
IC ohne Trägerelement Verwendung findet. Auch wenn bei diesem Verfahren die
Transponderspule mittels Siebdruckens einer leitfähigen Paste erfolgt, so wird hier
der Chip bzw. IC vorher in ein isolierendes Chipkarten-Substratmaterial derart
eingebracht, daß die Oberfläche des Chips mit seinen beiden Anschlußflächen auf
der gleichen Ebene, in der eine durch die Form definierte Oberfläche des
Chipkarten-Substrats liegt, angeordnet wird und derart mittels leitfähiger Paste im
Siebdruck die Transponderspule inklusive der Kontaktierung der beiden
Anschlußflächen auf dem Chip erfolgen kann. Auch hier werden durch die geringe
Größe der IC's die innen liegenden Leiterbahnen der Transponderspule mit extrem
dünnen Leiterbahnbreiten und Leiterbahnabständen auszuführen sein und
zusätzlich müssen die Chips bzw. IC's extrem bündig in das Chipkarten
Substratmaterial eingebracht sein und darf insbesondere kein zu großer Spalt
und/oder kein zu großer Wulst entstehen, da ansonsten kein gesicherter elektrischer
Kontakt hergestellt werden. Erfahrungsgemäß verursachen derartige Anordnungen
Funktionsprobleme beim Verbiegen, da ja die elektrisch leitfähigen Siebdruckpasten
keine große Elastizität aufweisen, ohne daß der elektrische Kontakt hochohmig wird
und damit die Funktion der kontaktlosen Übertragung nicht mehr gewährleistet.
Bei der Implantation eines Chipmodules, das heißt eines IC-Elementes mit
Trägerelement, stehen erhöhte Kosten von etwa 10 bis 20% gegenüber einem IC-
Element ohne Trägerelement gegenüber. Üblicherweise weisen Chipmodule eine
Dicke von typisch 300 bis 600 Mikrometern auf und sind daher für die Herstellung
einer dünnen, kontaktlosen Chip-Karte nicht geeignet. IC-Elemente ohne
Trägerelement weisen hingegen eine Dicke von 350 bis 50 Mikrometern auf und es
werden bei der direkten Einsetzung und Kontaktierung zu einer Transponderspule
im Kartenkörper sehr dünne, kontaktlose Chip-Karten erzielt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine sehr kostengünstige, möglichst
dünne, kontaktlose Chip-Karte mittels eines Herstellprozesses bereitzustellen, wobei
der Herstellprozess
- - für dünne Karten geeignet ist,
- - für IC-Elemente ohne Trägerelement (Gehäuse) geeignet ist,
- - für große Serien geeignet ist,
- - nur geprüfte IC-Elemente in geprüften grafisch gestalteten Kartenkörpern einsetzt,
- - den bereits vorhandenen Maschinenpark eines ID-Kartenherstellers optimal nutzt,
- - höchsten Qualitätsansprüchen genügt,
- - einen geringen Ausschuß ermöglicht und
- - damit zu minimalen Kosten pro Chip-Karte führt.
Zur Lösung der vorstehend angeführten Aufgaben dient die technische Lehre der
unabhängigen Ansprüche.
Wesentliche Merkmale hierbei sind, daß die kontaktlose Chip-Karte mit
drucktechnisch hergestellter Transponderspule auf einem Trägermaterial zur
direkten Kontaktierung eines IC-Elementes ohne Chipgehäuse auf der einen Seite
dieses Trägermaterials mindestens eine Transponderspule und auf der anderen
Seite mindestens zwei Druckelemente mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten
derart aufgedruckt hat, und daß je ein Ende der Transponderspule mit mindestens
einem Druckelement überlappt und die Druckelemente die Kontaktflächen für die
IC-Kontaktflächen bilden und zu den Enden der Transponderspule dadurch elektrisch
leitend verbunden sind, daß dort das Trägermaterial kleine Durchkontaktierungen
aufweist.
Es werden auf sogenannten Innenlagen in bereits bekannter Art und Weise
elektrisch leitfähige Polymerpasten mittels Siebdruck, bevorzugt mittels
Zylindersiebdruck-Maschinen, aufgetragen und derart die sogenannten
Transponderspulen hergestellt.
Bei einer üblichen Übertragungs- und Versorgungs-Frequenz von beispielsweise
13,56 MHz werden dabei typisch 3 bis 6 Windungen mit einer Leiterbahnbreite von
typisch 1,0 bis 2,5 mm Breite und typisch 0,2 bis 1,0 mm Leiterbahnabstand
gedruckt.
Als elektrisch leitfähige Polymerpaste kann beispielsweise eine Paste 5029 der
Firma Du Pont Photopolymer & Electronic Materials, Bristol BS16 1QD - U.K.,
verwendet werden und weist eine derartige Paste einen Flächenwiderstand von
typisch 15 bis 25 Milli-Ohm pro Quadrat vor der Lamination und 4 bis 8 Milli-Ohm
pro Quadrat nach der Lamination auf. Damit können Transponderspulenwiderstände
von typisch 5 Ohm nach der Lamination erreicht werden.
Es ist nun verständlich, daß bei Verwendung eines IC-Elementes mit Trägerelement,
die Anschlußflächen derart gestaltet werden können, daß zwischen diesen
Anschlußflächen die innenliegenden Leiterbahnen der Transponderspule
hindurchgeführt werden können. Es ist weiters verständlich, daß bei Verwendung
eines beispielsweise 1,4 × 1,4 mm oder auch eines größeren 2 × 3 mm IC-Elementes
ohne Trägerelement die innenliegenden Leiterbahnen ohne wesentliche
Leiterbahnbreiten-Reduktion nicht mehr zwischen den IC-Anschlußflächen
hindurchgeführt werden können.
Auch wenn mittels Siebdrucktechnik auf kleine geometrisch begrenzte Flächen
Leiterbahnen mit bis zu 150 Mikrometer-Breite und 150 bis 200 Mikrometer-Abstand
gedruckt werden können, so stellt ein derartiges Druck-Verfahren an einen ID-
Karten Mehrfachdruck im beispielsweise 24-er und/oder 48-er und/oder 60-er
Nutzen mit Bogenabmessungen von typisch 300 × 500 mm und/oder 500 × 700 mm,
sehr hohe Anforderungen und werden dann weiters alle nachfolgenden Prozesse
auf die sehr hohe Positionstoleranz auszurichten sein und wird überdies der
elektrische Widerstand durch diese im IC-Bereich notwendige Leiterbahnverjüngung
erhöht werden.
Um diese Nachteile zu umgehen, sind nun eine Reihe von Technologien und
Verfahren bekannt.
Zielsetzung bei all diesen Ausführungsformen ist die Ausbildung von zwei
Kontaktflächen für die direkte Kontaktierung eines IC-Elementes ohne
Trägerelement derart, daß die beiden Kontaktflächen einen gleichbleibend
definierten Abstand aufweisen und groß genug sind, so daß beim Einsetzen eines
IC-Elementes eine gesicherte Kontaktierung erfolgen kann.
Bei flexiblen Leiterplatten hat sich eine Technik durchgesetzt, die hierfür eine
Überkeuzung vorsieht. Dabei werden eine oder auch mehrere Isolationsdrucke über
einen für die Überkreuzung vorgesehenen Bereich gedruckt und anschließend
werden in einem Arbeitsschritt die beiden Anschlußflächen für das IC-Element
gedruckt.
Es hat sich nun bei der Entwicklung dieser dünnen kontaktlosen Chip-Karte
herausgestellt, daß mit diesem Verfahren während der Lamination, also einem
Hochschmelzprozeß, sehr hohe Anforderungen an die Isolationsschicht gestellt
werden und überdies die Gesamtdicke in diesem Überkreuzungsbereich sehr
störend auf den Kartenaufbau wirkt, sehr starke optisch sichtbare Verzerrungen in
der grafischen Oberflächengestaltung bewirkt und überdies kostenmäßig durch den
oder die zusätzlichen Isolationsdrucke nicht besonders attraktiv ist.
Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß die beiden Anschlußelemente sehr einfach
auf der jeweiligen Rückseite der mit der Transponderspule bedruckten Innenlage
drucktechnisch herstellbar sind und daß dabei die sogenannte Durchkontaktierung
sehr einfach mittels sogenannter Durchsteigelöcher erzielt werden kann. Da weiters
üblicherweise als Innenlagen für ID-Karten 80 bis 200 Mikrometer dicke und meist
weiß-opaque Kunststoff-Folien verwendet werden und bei einer bevorzugt
verwendeten 100 Mikrometer dicken Innenlage nur ein Loch mit 50 bis 200
Mikrometer Durchmesser genügt, um bei einem beidseitigen Polymerpasten-
Siebdruck eine elektrisch leitende Durchlochkontaktierung zu erreichen, können
Innenlagen mit entsprechenden Löchern zur einfachen und kostengünstigen
Durchkontaktierung verwendet werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung wurde festgestellt, daß die elektrisch leitfähige
Verbindung zwischen den Transponderspulenenden und den auf der Rückseite
befindlichen Anschlußflächen für das IC-Element noch nicht durch den
Polymerpastendruck erfolgen muß, sondern erst nach der Lamination bzw. während
der Lamination erfolgt. Insbesondere kann der Laminationsprozeß die
Durchkontaktierung zusätzlich absichern und derart die Prozeßsicherheit des
gesamten Verfahrens erhöhen.
In einer zusätzlichen Herstellvariante wurde erkannt, daß die Durchkontaktierung
auch ohne vor dem beidseitigem Polymerpasten-Druck hergestellte
Durchsteigelöcher erfolgen kann und es wurde erkannt, daß mittels heißer und/oder
kalter Nadeln und/oder Prägeelemente durch Zusammenpressen im Bereich der
Überlappungen ebenfalls eine elektrisch leitfähige Durchkontaktierung erzielt
werden kann und daß wiederum die Durchkontaktierung durch die nachfolgende
Lamination verbessert werden kann und damit zu einem niederohmigerem Kontakt
zwischen den Enden der Transponderspule und den beiden Anschlußelementen für
das IC-Element führen.
Erfindungsgemäß werden nun eine oder mehrere Innenlagen mit jeweils einer
oberen und einer unteren transparenten Lage zu einem Laminatbogen durch
Lamination in beispielsweise einer Heiz-Kühl-Transferpresse zusammengefügt,
wobei eine Innenlage in der angeführten Art und Weise mittels Polymerpastendruck
gestaltet ist und vor oder nach dem Einzelkarten-Stanzvorgang durch mechanische
und/oder Laser-technische Bearbeitung mit einer Öffnung für die Aufnahme des IC-
Elementes bearbeitet wird.
Erfindungsgemäß wurde weiters festgestellt, daß bei Einbringen der Öffnung für die
Aufnahme des IC-Elementes in Einzelkarten, also in bereits aus dem
Mehrfachnutzen gestanzten Einzelkarten, die Taktzeiten kaum unter 1,5 bis 2,0
Sekunden gebracht werden können. Dadurch wird bei einer Einzelkartenabarbeitung
beispielsweise eine Stundenleistung von 2.000 Einzelkarten erreicht, was für eine
Großserien-Kartenfertigung viel zu wenig ist und speziell für derartige dünne
kontaktlose Chip-Karten die Anschaffung mehrerer Einzelkarten-
Implantierautomaten erforderlich machen würde.
Weiters ist bekannt, daß speziell bei dünner werdenden Einzelkarten die
Abarbeitung aus dem Stapel und/oder Magazin und die Zuführung zu den einzelnen
Bearbeitungsstationen immer kritischer wird und zu häufigem Stillstand wegen
Doppelkarten-Zufuhr und/oder nicht ordnungsgemäßem Transport der dünnen
Einzelkarte führt. All diese Probleme sind aus der Bearbeitung von Standard-ISO-
Karten mit 0,76 mm Kartendicke bereits bekannt und es kann eine Taktzeit mit
kaufmännisch vertretbarem Fertigungsmaschinen-Aufwand kaum unter 1,5 bis 2,0
Sekunden getrieben werden.
Eine mögliche Lösung dieser vorstehend angeführten Problematik wurde nun darin
gefunden, daß die Einbringung der Öffnung für die Aufnahme des IC-Elementes im
fertig laminierten Mehrfachnutzen, also beispielsweise im 24- oder 48- oder auch 60-
Nutzen realisiert wird und dann auch die Einbringung der IC- Elemente und der
optional anschließenden Schritte im Mehrfachnutzen erfolgen und anschließend die
Mehrfachnutzen einer Kartenstanze zugeführt werden und die einzelnen dünnen
kontaktlosen Chip-Karten in Magazine abgestapelt werden. Es ist nun leicht
verständlich, daß dünne Mehrfachnutzen einer Bearbeitungslinie sehr sicher und
effizient zugeführt werden können und dabei Taktzeiten von einigen wenigen
Sekunden, typisch 3 bis 10 Sekunden erreicht werden können und in dieser
Bearbeitungslinie der Mehrfachnutzen parallel derart bearbeitet wird, daß
gleichzeitig mehrere Öffnungen für die Aufnahme der IC-Elemente gefertigt werden
und daß parallel arbeitende Implantierstationen die IC-Elemente einsetzen. Damit
können mehrere 5.000 bis 30.000 dünne kontaktlose Chip-Karten pro Stunde
gefertigt werden und sind damit auch Aufträge von mehreren Millionen dünner
kontaktloser Chip-Karten in wenigen Wochen realisierbar.
In einer typischen Ausführungsform werden dünne Druckbögen mit typisch 80 bis
350 Mikrometer Dicke und der Körperfarbe weiß bzw. weiß opaque und mit
entsprechender Oberflächenrauhigkeit und Formaten für Mehrfachnutzen,
typischerweise 20 oder 24 bzw. 48 bzw. 60 Karten pro Druckbogen mit
Abmessungen von beispielsweise 30 × 50 cm oder 50 × 70 cm mit den in der
Kreditkartenproduktion üblichen Offsetdrucken und Siebdrucken kundenspezifisch
gestaltet und falls notwendig mit entsprechenden thermisch aktivierbaren
Klebebeschichtungen, bevorzugt im Siebdruck, versehen.
Ein bevorzugtes Herstellverfahren zur Herstellung dieser kontaktlosen Chip-Karte
führt folgende Schritte durch:
- a) Grafische Gestaltung einer oder beider Seiten eines Trägermaterials mittels Druckverfahren im Mehrfachnutzen,
- b) Anbringen mindestens zweier Durchkontaktierungen pro Chip-Karte mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Mikrometer im Druck-Bereich der Überlappungen der Enden der Transponderspule und der beiden Druckelemente,
- c) Drucktechnische Herstellung der Transponderspule auf einer Seite des Trägermaterials mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten,
- d) Drucktechnische Herstellung der elektrisch leitfähigen Druckelemente auf der Rückseite des Trägermaterials derart, daß eine elektrische Verbindung durch die Durchkontaktierungen entsteht,
- e) Lamination von mehreren Laminatbögen, wobei jeweils die außenliegenden Laminatbögen transparent ausgeführt werden und durch die Lamination die elektrische Verbindung durch die beiden Durchkontaktierungen erhalten bleiben,
- f) Ausstanzen der Einzelkarten und Qualitätskontrolle der einzelnen ID-Karte,
- g) Herstellen der Öffnung für den IC mittels Fräsen und/oder Laserbearbeitung derart, daß dabei die beiden Anschluß-Kontaktflächen für den IC freigelegt werden,
- h) Auftragen eines oder mehrerer elektrisch leitfähiger Polymer-Kleber-Punkte bzw. anisotrop elektrisch leitfähiger Polymer-Kleber-Punkte mittels Dispenser,
- i) Einsetzen des IC's,
- j) Thermisch beschleunigte Aushärtung der elektrisch leitfähigen Kontakte unter Druck,
- k) Funktionstest und Programmierung des IC's.
Fig. 1a zeigt einen Bereich der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte in
einer Schnittdarstellung;
Fig. 1b zeigt in einer Draufsicht einen Bereich der erfindungsgemäßen
kontaktlosen Chip-Karte gemäß Fig. 1a;
Fig. 2a zeigt einen Bereich einer anderen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2b zeigt in einer Draufsicht einen Bereich einer anderen Ausführungsform der
erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte gemäß Fig. 2a;
Fig. 3 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
drei vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind;
Fig. 4 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
vier vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind;
Fig. 5 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
fünf vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind;
Fig. 6a zeigt den Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte
mit fünf vertikalen Schichten gemäß Fig. 5 im Schnitt im laminierten Zustand mit
darüber befindlichem Werkzeug für das Einbringen der Öffnung für den IC;
Fig. 6b zeigt die erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte gemäß Fig. 6a in
Draufsicht mit zylinderförmiger Öffnung für den IC;
Fig. 6c zeigt die erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte gemäß Fig. 6a in
Draufsicht mit schlitzförmiger Öffnung für den IC;
Fig. 6d zeigt die Öffnung für den IC gemäß Fig. 6b im Schnitt;
Fig. 6e zeigt die Öffnung für den IC gemäß Fig. 6c im Schnitt;
Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte gemäß Fig. 6a mit
eingegossenem IC.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem
Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der
einzelnen Patentansprüche untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben
und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche
Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege
darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen
und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Fig. 1 zeigt einen Bereich der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte in einer
Schnittdarstellung, wobei die kontaktlose Chip-Karte mit drucktechnisch auf einem
Trägermaterial 1 hergestellter Transponderspule 3 zur direkten Kontaktierung eines
IC-Elementes 8 ohne Trägergehäuse vorgesehen ist und auf der einen Seite dieses
Trägermaterials 1 eine Transponderspule 3 und auf der anderen Seite zwei
Druckelemente 9, 10 mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten derart aufgedruckt
sind, daß je ein Ende der Transponderspule 3 mit mindestens einem Druckelement
9, 10 überlappt und welche Druckelemente 9, 10 die Kontaktflächen für die IC-
Kontaktfächen 6, 7 bilden und zu den Enden der Transponderspule 3 dadurch
elektrisch leitend verbunden sind, daß dort das Trägermaterial 1 kleine
Durchkontaktierungen 4, 5 aufweist.
Fig. 1b zeigt in einer Draufsicht einen Bereich der erfindungsgemäßen
kontaktlosen Chip-Karte gemäß Fig. 1a, wobei hier die Spulenwindungen 2 der
Transponderspule 3 zu sehen sind und die Enden der Transponderspule 3 mit den
Druckelementen 9 bzw. 10 durch die Durchkontaktierungen 4 bzw. 5 elektrisch
leitend in Verbindung stehen. Die Durchkontaktierungen 4 bzw. 5 sind hier im
wesentlichen auf einer Linie parallel zur Außenkante der Chip-Karte angeordnet
oder auch parallel bzw. senkrecht zu den Leiterbahnen der Transponderspule 3.
Die Fig. 2a und 2b entsprechen den Fig. 1a und 1b und sämtliche
Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Bauteile. Der Unterschied liegt in der
Anordnung der Enden der Transponderspule 3 bzw. der Durchkontaktierungen 4, 5
und der Druckelemente 9, 10. Die Durchkontaktierungen 4, 5 bzw. die
Druckelemente 9, 10 liegen nicht auf einer Linie, welche parallel zur Außenkante der
Chip-Karte angeordnet oder auch parallel bzw. senkrecht zu den Leiterbahnen der
Transponderspule 3 ist. Diese liegen an einer Ecke der rechteckförmig verlaufenden
Transpondespule 3, wodurch der benötigte Platzbedarf für die elektrischen Teile der
kontaktlosen Chip-Karte etwas geringer ausfallen kann, wie bei der Ausführungsform
von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
drei vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind. Die mittlere Lage mit dem Trägermaterial 1 trägt die
Transponderspule 3 und zwei Druckelemente 9, 10, wobei beide Seiten des
Trägermaterials mit einem üblichen Druckverfahren grafisch gestaltet sind und
dadurch die Druckschichten 13 aufweisen. Oberhalb und unterhalb des
Trägermaterials 1 ist eine Laminatschicht 12 auflaminiert, welche transparent
ausgebildet sind und hier ebenfalls eine mit üblichen drucktechnischen Verfahren
aufgebrachte Druckschichten 13 besitzen, die sich zwischen Laminatschicht 12 und
der mittleren Schicht befinden. In der oberen Laminatschicht 12 mit Druckschicht 13
ist die Öffnung 11 für die Aufnahme des IC 8 vorgesehen, ebenso wie in der
mittleren Schicht. In der mittleren Schicht ist die Öffnung 11 für die Aufnahme des
IC 8 derart eingebracht, daß der IC 8 bei der Implantation die Druckelemente 9, 10,
erreichen kann und eine elektrisch leitende Verbindung mit diesen eingeht. Die
Druckelemente 9, 10 sind über die beiden Durchkontaktierungen 4, 5 mit der
Oberseite der mittleren Schicht elektrisch leidend Verbunden.
Fig. 4 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
vier vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind. Im Unterschied zu Fig. 3 zeigt die Fig. 4 die Chip-Karte mit vier
vertikalen Schichten, wobei die beiden äußeren Laminatschichten 12 mit
Druckschichten 13 und Öffnung 11 gleich aufgebaut sind, jedoch die mittlere Schicht
auf ihrer Oberseite nicht lediglich den Transponder 3 und eine Druckschicht 13
aufgebracht hat, sondern statt dessen eine zusätzliche Laminatschicht 12 als vierte
Schicht, welche den Transponder 3, eine Druckschicht 13 und eine Öffnung 11 für
die Aufnahme des IC 8 trägt.
Fig. 5 zeigt den Schichtaufbau der erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte mit
fünf vertikalen Schichten im Schnitt, wobei die Schichten getrennt voneinander
dargestellt sind. Im Unterschied zu Fig. 4 mit der Chip-Karte mit vier vertikalen
Schichten zeigt die Fig. 5 nun fünf vertikalen Schichten, wobei statt der
Druckschicht 13 auf der Unterseite der mittleren Schicht eine zusätzliche, fünfte
Laminatschicht 12 mit Druckschicht 13 aufgebracht ist. Die übrigen Schichten sind
gleich aufgebaut wie die Schichten in Fig. 4.
Fig. 6a zeigt den Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen kontaktlosen Chip-Karte
mit fünf vertikalen Schichten gemäß Fig. 5 im Schnitt im laminierten Zustand mit
darüber befindlichem Werkzeug für das Einbringen der Öffnung 11 für den IC 8. Es
ist hier also eine bereits fertig laminierte kontaktlosen Chip-Karte mit fünf vertikalen
Schichten dargestellt, wobei die Öffnungen 11 in den beiden oberen Schichten 1
und 12 und dem Trägermaterial 1 mit den Durchkontaktierungen 4, 5 und den
Druckelementen 9, 10 vertikal zueinander fluchtend laminiert werden, erst nach der
Laminierung mittels der darüber schematisiert dargestellten Fräser eingebracht
werden oder mittels dieser Fräser geeignet nachbearbeitet werden.
Fig. 6b zeigt die bereits ausgestanzte, erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte
gemäß Fig. 6a in Draufsicht mit zylinderförmiger Öffnung 11 für den IC 8. Hier
wurde ein Sacklochbohrer, ein zylinderförmiger Stirnfräser, oder ein Laser für die
Öffnung 11 verwendet. Fig. 6d zeigt die Öffnung für den IC gemäß Fig. 6b im
Schnitt.
Fig. 6c zeigt die bereits ausgestanzte, erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte
gemäß Fig. 6a in Draufsicht mit schlitzförmiger Öffnung 11 für den IC 8. Hier wurde
ein Walzenfräser, oder ein Laser für die Öffnung 11 verwendet. Fig. 6e zeigt die
Öffnung für den IC gemäß Figür 6c im Schnitt.
Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße kontaktlose Chip-Karte gemäß Fig. 6a mit
bereits eingegossenem IC 8. Die Kontaktflächen 6 und 7 sind mit den
Druckelementen 9 und 10 über entsprechende Löt- oder Schweißelemente
elektrisch leitend verbunden bzw. über elektrisch leitfähige Polymerpasten-
Dispenserpunkte 14 bzw. anisotrop elektrisch leitfähige Polymerpasten-
Dispenserpunkte 14, wobei die Druckelemente 9 und 10 ihrerseits wiederum mit den
Durchkontaktierungen 4 und 5 elektrisch leitend in Verbindung stehen. Die
Vergußmasse ist aus einem Material, welches rasch aushärtet und eine sehr gute
Wärmeleitfähigkeit besitzt.
1
Trägermaterial
2
Spulenwindungen
3
Transponderspule
4
Durchkontaktierung
5
Durchkontaktierung
6
IC-Kontaktfläche
7
IC-Kontaktfläche
8
IC
9
Druckelement
10
Druckelement
11
Öffnung für IC
12
äußere Schicht
13
Druckschicht
14
Dispenserpunkte
Claims (19)
1. Kontaktlose Chip-Karte mit drucktechnisch hergestellter Transponderspule
(3) auf einem Trägermaterial (1) zur direkten Kontaktierung eines IC-Elementes (8)
ohne Chipgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite dieses
Trägermaterials (1) mindestens eine Transponderspule (3) und auf der anderen
Seite mindestens zwei Druckelemente (9, 10) mittels elektrisch leitfähiger
Polymerpasten derart aufgedruckt sind, daß je ein Ende der Transponderspule (3)
mit mindestens einem Druckelement (9, 10) überlappt und die Druckelemente (9, 10)
die Kontaktflächen für die IC-Kontaktflächen (6, 7) bilden und zu den Enden der
Transponderspule (3) dadurch elektrisch leitend verbunden sind, daß dort das
Trägermaterial (1) kleine Durchkontaktierungen (4, 5) aufweist.
2. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Trägermaterial (1) einen Dickenbereich von 70 bis 150 Mikrometern aufweist.
3. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Durchkontaktierungen (4, 5) einen Durchmesser von 50 bis 200
Mikrometern aufweisen.
5. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Chip-Karte aus mindestens drei Lagen aufgebaut ist, wobei die mittlere Lage
die Transponderspule (3) und die beiden Druckelemente (9, 10) und die äußeren
Lagen aus transparentem Kunststoff bestehen.
6. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mittlere Lage einen Dickenbereich von 70 bis 200 Mikrometern aufweist und die
äußeren Lagen je einen Dickenbereich von 70 bis 125 Mikrometern aufweisen.
7. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Chip-Karte eine Gesamtdicke von etwa 0,76 mm Dicke aufweist und damit
den Norm-Dicken gemäß ID-1 Karten bzw. der ISO 7810 bzw. der ISO 7816-1 ff
entspricht.
8. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der IC (8) innerhalb der Transponderspule (3) angeordnet ist.
9. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens der IC (8) außerhalb der Transponderspule (3) angeordnet ist.
10. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der IC (8) einen Dickenbereich von 50 bis 350 Mikrometern aufweist.
11. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens der IC (8) mittels thermisch- und/oder UV-
aushärtendem Harz eingegossen ist.
12. Kontaktlose Chip-Karte nach Anspruch 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens über den IC (8) eine Prägefolie mit Hologrammen
und/oder Kinegrammen gedruckt wird.
13. Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Chip-Karte nach den
Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Schritte:
- - Grafische Gestaltung einer oder beider Seiten eines Trägermaterials (1) mittels Druckverfahren im Mehrfachnutzen,
- - Anbringen mindestens zweier Durchkontaktierungen (4, 5) pro Chip-Karte mit einem Durchmesser von 50 bis 200 Mikrometer im Druck-Bereich der Überlappungen der Enden der Transponderspule (3) und der beiden Druckelemente (9, 10),
- - Drucktechnische Herstellung der Transponderspule (3) auf einer Seite des Trägermaterials (1) mittels elektrisch leitfähiger Polymerpasten,
- - Drucktechnische Herstellung der elektrisch leitfähigen Druckelemente (9, 10) auf der Rückseite des Trägermaterials (1) derart, daß eine elektrische Verbindung durch die Durchkontaktierungen (4, 5) entsteht,
- - Lamination von mehreren Laminatbögen, wobei jeweils die außenliegenden Laminatbögen transparent ausgeführt werden und durch die Lamination die elektrische Verbindung durch die beiden Durchkontaktierungen (4, 5) erhalten bleiben,
- - Ausstanzen der Einzelkarten und Qualitätskontrolle der einzelnen ID-Karte,
- - Herstellen der Öffnung für den IC (8) mittels Fräsen und/oder Laserbearbeitung derart, daß dabei die beiden Anschluß-Kontaktflächen (6, 7) für den IC (8) freigelegt werden,
- - Auftragen eines oder mehrerer elektrisch leitfähigen Polymer-Kleber- Punkte bzw. anisotrop elektrisch leitfähigen Polymer-Kleber-Punkte mittels Dispenser,
- - Einsetzen des IC's,
- - Thermisch beschleunigte Aushärtung der elektrisch leitfähigen Kontakte unter Druck,
- - Funktionstest und Programmierung des IC's.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
Durchkontaktierung (4, 5) der Enden der Transponderspulen (3) zu den
überlappenden Druckelementen (9, 10) erst während des Laminiervorganges durch
eine plastische Verformung des gelochten Trägermaterials (1) mit den beidseitig
aufgedruckten Polymerpasten derart erfolgt, daß die Polymerpasten in den
Durchkontaktierungen (4, 5) zusammengepreßt werden und eine gesicherte
elektrisch leitfähige Durchkontaktierung (4, 5) bilden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß
insbesondere die Öffnung (11) für die Aufnahme des IC (8) mittels eines Stirnfräsers
und/oder eines Walzenfräsers und/oder eines Laserstrahls derart erfolgt, daß
einerseits damit die Öffnung (11) für den IC (8) erfolgt und gleichzeitig durch exakte
Tiefensteuerung die beiden elektrisch leitfähigen Druckelemente (9, 10) im
Anschlußbereich der IC-Kontakte (6, 7) freilegt.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung
(11) für die Aufnahme des IC (8) auf der bereits ausgestanzten Chip-Karte erfolgt.
17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung
(11) für die Aufnahme des IC (8) im Mehrfachnutzen erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Kontaktierung des IC's (8) mittels einem oder mehreren Dispenserpunkte
derart erfolgt, daß zunächst die isotrop bzw. anisotrop elektrisch leitfähigen
Polymerpasten mittels einer oder mehrerer Dispenserdüsen auf die freigelegten
Anschlußflächen (6, 7) in der Öffnung (11) der Chip-Karte aufgebracht wird,
anschließend der IC (8) eingesetzt wird und einem Aushärteprozeß bei erhöhter
Temperatur unterzogen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektrische Kontaktierung des IC (8) zu den beiden Kontaktflächen (6, 7) in der
Öffnung (11) der Chip-Karte derart erfolgt, daß bereits auf den IC-Kontaktflächen (6,
7) Höcker aus niedrig schmelzendem Kontaktmaterial aufgebracht sind, welche
thermisch unter Druck elektrisch leitend mit den beiden Kontaktflächen (6, 7)
verbunden werden.
20. Verfahren nach Anspruch 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß
insbesondere die Durchkontaktierung (4, 5) der Enden der Transponderspulen (3)
zu den beiden überlappenden Druckelementen (9, 10) ohne Lochungen des
Trägermaterials (1) dadurch erfolgt, daß durch eine heiße Nadel und/oder einen
heißen Stempel und/oder eine Ultraschall- und/oder Vibrationsschweißung und/oder
örtlich begrenzte Thermobehandlung durch einen Laserstrahl eine plastische
Verformung der gelochten Innenlage mit den beidseitig aufgedruckten
Polymerpasten erfolgt, sodaß die Polymerpasten durch das Trägermaterial (1)
miteinander verpresst werden und eine gesicherte elektrisch leitfähige
Durchkontaktierung (4, 5) bilden.
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