DE4441122C1 - Kontaktlose Ausweis-Chipkarte - Google Patents

Kontaktlose Ausweis-Chipkarte

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Description

Die Erfindung betrifft eine kontaktlose Ausweischipkarte aus Kunststoff, die mindestens eine Antennenwicklung nahe einem Randbereich umlaufend mit einem einen daran angeschlossenen mikroelektronischen Prozessor- und Speicherchip enthält. Eine derartige Chipkarte ist aus der DE 42 12 808 A1 bekannt.
Es sind derartige Ausweis-Chipkarten bekannt, die eine in Kunststoff vergossene Antennenwicklung mit angeschlossenem Prozessor- und Speicherchip umfaßt und einen über 2 mm starken praktisch unflexiblen Kunststoffkörper bildet, dessen Längen- und Breitenabmessungen etwa denen der bekannten Ausweischipkarten entspricht. Letztere sind jedoch in ihren Abmessungen durch eine ISO-Norm festgelegt und auf eine Dicke von höchstens 850 Mikrometer begrenzt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine kontaktlose Ausweis­ chipkarte und ein Verfahren zu deren Herstellung zu offenbaren, die den ISO-Normabmessungen entspricht und große mechanische Belastbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
Die Lösung besteht darin, daß die Karte Abmessungen gemäß der ISO-Norm aufweist und aus einem inneren Antennen- und Chipträger aus einer relativ dünnen prägbaren Kunststoffolie besteht, in die ein Chipaufnahmebereich eingeprägt ist, in die der Chip eingekittet ist, und daß die Antennenwicklung photoätztechnisch auf dem Antennen- und Chipträger ausgebildet ist, der außerhalb des Chipaufnahmebereiches zwischen zwei gleich starken Kunststoffschichten eingeklebt ist, die um den Chipaufnahmebereich durch etwa zueinander symmetrische Ausnehmungen als Schalen ausgebildet sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren ist im Nebenanspruch genannt.
Als Trägermaterial für die Antenne und den Chip wird vorzugsweise ein tiefzieh- und/oder prägbares Folienmaterial aus Polyimid oder Polyethylen-Naphtalan, das etwa 50 Mikrometer stark ist, verwandt. Auf diesem werden aus ca. 10 Mikrometer starkem aufkaschierten Elektrolyt-Kupfer die Antennenwicklung mit 5-10 Windungen und die Anschlußpunkte des Chips phototechnisch entwickelt und herausgeätzt. Das Kupfer wird außerdem mit Nickel und Gold von einigen Mikrometern Stärke passiviert. In einem Prägevorgang wird der Chipaufnahmebereich um etwa die halbe Chipstärke abgesenkt, das sind ca. 175 Mikrometer. Hierbei wird die Zone der Anschlußpunkt nur teilweise abgesenkt, wobei die Kupferzuleitungen von der Antenne zu den Anschlußpunkten mit abgestuft werden. Der Chip wird in den tiefliegenden Chipaufnahmebereich eingekittet, und seine Anschlüsse werden mit den Anschlußpunkten der Antenne durch Bonddrähte verbunden.
Der gesamte Chip- und Antennenträger wird zwischen zwei Schalen eingekittet, die aus einem widerstandsfähigen Kunststoff z. B. Polypropylen, Polycarbonat oder Acrylnitril-Butandien-Styrol-Polymerisaten gespritzt sind eingeklebt. Die beiden Kunststoffplatten, in denen die Schalen ausgebildet sind, sind etwa gleich stark, vorzugsweise 330 Mikrometer dick. Die Ausnehmungen zur Aufnahme des abgesenkten Chipaufnahmebereichs und der Anschlußzone bzw. des Chips mit den Bondungen sind jeweils ca. 175 Mikrometer tief, so daß jeweils etwa 155 Mikrometer Kunststoffabdeckung als Schalenmaterial über oder unter dem Schaltkreis verbleiben und einen guten Schutz bieten.
Die Gesamtstärke der Ausweiskarte ergibt sich somit aus den drei Kunststoffschichten und den zwei Klebstoffschichten, die je ca. 25 Mikrometer stark sind, so daß die Kartendicke insges. etwa 760 Mikrometer beträgt.
Die Antennenwindungen sind beispielsweise 0,1-0,2 mm breit, und mit etwas Sicherheitsabstand am Rand der Karte entlang geführt, so daß eine große Antennenfläche gebildet wird und somit deren nutzbarer Abstand zu einem Speise- Lese-Schreibgerät etwa einer halben Kartenbreite entspricht, wenn mit relativ niederfrequenten Leistungsimpulsen gearbeitet wird. Gewöhnlich wird auch über die Antennenwicklung die Versorgungsspannung eintransformiert, die gleichgerichtet und zwischengepuffert die Mikroschaltung während des Datenaustausches speist.
Die Antennenwicklung und der Schaltkreis sind in dem Bereich untergebracht der nicht für eine Prägung vorgesehen ist.
Der symmetrische Aufbau im Querschnitt garantiert auch bei Feuchte- und Temperaturschwankungen eine dauerhafte Ebenheit der Karte. Der geschichtete Aufbau gewährt eine in der Praxis erwünschte Flexibilität der Karte.
Fig. 1 und 2 zeigen bevorzugte Ausgestaltungen der Karte.
Fig. 1 zeigt eine Aufsicht auf den Antennen- und Chipträger;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Chipbereich der Karte vergrößert.
Fig. 1 zeigt den Antennen- und Chipträger (1) in Aufsicht. Er weist den Umriß einer genormten Kredit- oder Ausweiskarte auf. In der Randzone ist außerhalb der Prägezonen mehrfach umlaufend die Antennenwicklung (2) photoätztechnisch ausgebildet.
Vorzugsweise sind zwei getrennte Antennen (21, 22) ausgeätzt, von denen die eine der Zuführung der Versorgungsspannung dient und die andere der Nachrichtenübertragung. Jede Antenne (21, 22) endet in zwei Anschlußpunkten (51-54).
Der abgesenkte Chipaufnahmebereich (3) ist etwa 5 mm vom Kartenrand beabstandet, damit eine hohe Dichtigkeit in der Klebeschicht (7) gewährleistet ist. Der Chipaufnahmebereich (3) ist von einer schwach abgesenkten Anschlußzone (4) umgeben, in der die Anschlußpunkte (51-54) liegen.
Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Schnitt 11 durch eine Karte im Chipaufnahmebereich. Der Chip (C) ist auf den Antennen- und Chipträger (1) aufgekittet und zwar im abgesenkten Chipaufnahmebereich (3). Die Absenkung ist so tief, daß der Chip (C) etwa zur halben Dicke eingesenkt ist. Die Anschlußzone (4) ist etwa 1 mm breit und trägt im Bild, wo sie vergleichsweise kürzer dargestellt ist, die Anschlußpunkte (51, 54). Vom Chip (C) erstrecken sich die Bonddrähte (61, 64) zu den Anschlußpunkten (51, 54).
Beidseitig ist der Antennen- und Chipträger (1) mit einem Kleber (7) zwischen Schalen (81, 82) ganzflächig mit Ausnahme des Chipaufnahmebereiches (3) und der Anschlußzone (4) eingesiegelt. Die unten gezeichnete Schale (81) hat eine Ausnehmung (91, 91*), die zu den gestuften Vertiefungen der Anschlußzone (4) und des Chipaufnahmebereiches (3) in ihrer Ausbildung paßt.
Die oben gezeichnete Schale (82) hat über dem Chipaufnahmebereich (3) und der Anschlußzone (4) eine Ausnehmung (92), die in ihrer Tiefe der der Ausnehmung (91) im Bereich des Chipaufnahmebereiches (3) entspricht. Dadurch ist reichlich Platz für die freie Führung der Bonddrähte (61, 64). Somit verbleibt eine Schalenwandstärke über und unter dem Chip, die fast der halben Plattenstärke der Schalen (81, 82) entspricht.
Die Karte ist auch als Universalkarte ausbildbar, indem ein weiteres kontaktbehaftetes Chip in der Position angeordnet wird, die von der Antennenwicklung (2) und dem zugehörigen Chip (C) frei gelassen ist.
Die kontaktlose Karte erweitert den Anwendungsbereich auf Massenanwendungen z. B. in öffentlichen Verkehrsmitteln und Zugangsbereichen mit hohem Personenaufkommen. Bei diesen soll beim Passieren ohne ein Loslassen der Karte der Lese- und Buchungsvorgang abgewickelt werden können.
Da die Antennenreichweite etwa der halben Kartenabmessung entspricht, ist die Antennenführung in der Randzone besonders günstig.
Die stationäre Gegenantenne bietet andererseits die Möglichkeit durch ihre räumliche Ausdehnung den Zusammenwirkungsbereich mit der Karte über den Bewegungsraum des Passanten zu erstrecken, ohne daß die Gefahr besteht, daß mehrere Karten verschiedener Inhaber gleichzeitig angesprochen werden. Eine Störung des Antennenbereiches durch Vandalismus, wie dies bei den Kontaktlesegeräten vorkommt, ist praktisch ausgeschlossen. Die relativ große Antennenreichweite ermöglicht es auch, die Karte beim Gebrauch in einer Schutzhülle, Brieftasche oder dergleichen zu belassen.

Claims (12)

1. Kontaktlose Ausweischipkarte aus Kunststoff, die mindestens eine Antennenwicklung (2) nahe einem Randbereich umlaufend mit einem daran angeschlossenen mikroelektronischen Prozessor- und Speicherchip (C) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausweiskarte Abmessungen gemäß der ISO-Norm aufweist und aus einem inneren Antennen- und Chipträger (1) aus einer relativ dünnen prägbaren Kunststoffolie besteht, in die ein Chipaufnahmebereich (3) eingeprägt ist, in die der Chip (C) eingekittet ist, und daß die Antennenwicklung (2) photoätztechnisch auf dem Antennen- und Chipträger (1) ausgebildet ist, der außerhalb des Chipaufnahmebereiches (3) zwischen zwei gleich starken Kunststoffschichten eingeklebt ist, die um den Chipaufnahmebereich (3) durch etwa zueinander symmetrische Ausnehmungen (91, 91*; 92) als Schalen (81, 82) ausgebildet sind.
2. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenwicklung (2) außerhalb einer Prägezone der Karte liegt.
3. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger aus Polyimid oder Polyethylen Naphtalan besteht und die Antennenwicklung (2) aus Elektrolytkupfer.
4. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger ca. 50 Mikrometer stark ist und das Elektrolytkupfer ca. 10 Mikrometer stark ist und mit Nickel und Gold passiviert ist.
5. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschichten der Schalen (81, 82) jeweils ca. 330 Mikrometer dick sind und in dem Schalenbereich jeweils um ca. 175 Mikrometer eingesenkt sind.
6. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antennen- und Chipträger (1) neben dem Chipaufnahmebereich (3) eine geringer abgesenkte Anschlußzone (4) aufweist, in der die Anschlußpunkte (51-54) der Antennen (21, 22) mitabgesenkt angeordnet sind, von denen sich Bonddrähte (61-64) zum Chip (C) erstrecken, und daß die Schale (81), passend zu dem gestuft abgesenkten Chipaufnahmebereich (3) mit der Anschlußzone (4) des Antennen- und Chipträgers (1) ausgenommen ist.
7. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalen (81, 82) aus einem Kunststoff gespritzt sind.
8. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff Polypropylen, Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol ist.
9. Kontaktlose Ausweischipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleber zum Verkleben der Schalen (81, 82) eine Stärke von ca. 25 Mikrometern aufweist.
10. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in sie ein weiterer Chip eingebracht ist, der mit externen Kontakten versehen ist.
11. Kontaktlose Ausweischipkarte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Antennen (21) für eine Versorgungsspannungseinkopplung und eine Antenne (22) für eine Nachrichtenübermittlung ausgebildet ist und diese Antennen (21, 22) an den Chip (C) angeschlossen sind.
12. Verfahren zum Herstellen einer kontaktlosen Ausweischipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Kunststoffolie Elektolytkupfer aufgebracht und aus diesem mindestens eine Antennenwicklung (2) mit Anschlußpunkten (51, 54) photoätztechnisch ausgeätzt und mit Nickel und Kupfer elektrolytisch passiviert wird, daß diese Kunststoffolie in einem Prägevorgang mit einem abgesenkten Chipaufnahmebereich (3) mit einer gestuft daran anschließenden Anschlußzone (4) versehen wird, daß dann der Chip (C) in den Chipaufnahmebereich (3) eingekittet und mit Bonddrähten (61, 64) zu den Anschlußpunkten (51, 54) verbunden wird, und daß anschließend diese bestückte Kunststoffolie beidseitig mit Ausnahme eines Chipaufnahmebereiches vollständig mit zwei aus Kunststoff gespritzten Schalen (81, 82) überklebt wird, in denen um den Chipaufnahmebereich etwa spiegelsymmetrisch zueinander Kammern belassen sind.
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