-
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren
für eine
elektronische Chip- und/oder Antennenvorrichtung, wie zum Beispiel
eine Chipkarte ohne Kontakt oder Hybridkarte oder Etikett, wobei
die besagte elektronische Vorrichtung wenigstens eine dekorative
Folie mit einer offensichtlichen Außenseite und wenigstens einer
Schnittstelle mit einer Antenne umfasst.
-
Chipkarten umfassen im Allgemeinen
einen Chip oder ein Modul mit Chip, der/das wenigstens teilweise
in einem isolierenden Substrat inbegriffen ist, zum Beispiel einer
Schicht thermoplastischen Materials, und der/das mit einer ebenen,
eine Schnittstelle bildenden und zwei äußeren, dekorativen Folien aus
thermoplastischem Material bildende Antenne verbunden ist, die jede
auf einer Seite der Chipkarte angeordnet sind und die Beschriftungen
oder Logos aufweisen können.
Gegebenenfalls deckt ein Schutzfilm (Overlay), wie zum Beispiel
ein Lack, die äußeren Folien
ab.
-
Derzeitig werden die Antennen auf
einer spezifischen, intermediären
Trägerfolie
durch Kupfergravur gemäß der Technik
gedruckter Schaltkreise realisiert. Anschließend wird sie zwischen einer äußeren Schutzfolie
und dem Chip oder Modul eingefügt.
Die Chipkarte wird im Allgemeinen durch eine Walz- oder Einspritzoperation
erhalten, in deren Verlauf die unterschiedlichen Folien aus thermoplastischem
Material untereinander und/oder mit dem Substrat verschweißt oder
verklebt werden.
-
Diese intermediäre Antennenträgerfolie
zieht eine zusätzliche
Dicke von ungefähr
30 Mikron nach sich, was Probleme bei der Einhaltung der von der Norm
ISO festgelegt maximalen Dicke von 840 mm mit sich bringt.
-
Im Übrigen stellt die Realisierung
der Antenne auf der intermediären
Trägerfolie
eine zusätzliche Herstellungsstufe
dar, was die Herstellungskosten sowohl hinsichtlich des Materials
als auch hinsichtlich der Zeit erhöht. Darüber hinaus bleibt immer noch
die Tatsache, dass die Gravur der Antenne sich auf diese Weise als
sehr kostspielig erweist.
-
Die Antennen sind Spulen aus Kupferdraht an
der Luft, an deren Ende Chips oder Module angeschlossen sind. Die
Spulen- und Modul- oder Chipstruktur wird Transponder genannt.
-
Zur Herstellung der Karte wird der
Transponder zwischen wenigstens zwei thermosplastischen Folien oder
zwei thermosplastischen und in einem Klebstoff versenkten Folien
eingefügt,
anschließend wird
das Ganze gewalzt. Die Schwierigkeit bei der Nutzung dieser Transponder
bei der Herstellung der Karten von Typ „oh ne Kontakt" ergibt sich aus
auftretenden Handhabungsproblemen beim Greifen und dem präzisen Aufbringen
der Transponder auf den Plastikfolien.
-
Durch dieses Problem werden die Herstellungszykluszeiten
verlängert.
-
Das der Erfindung zugrundeliegende
Problem ist die Realisierung einer kostengünstigeren und dabei gleichzeitig
leistungsfähigen
Chipkarte ohne Kontakt oder Hybridkarte.
-
Unter den kostengünstigeren Antennenrealisierungstechniken
ist die Serigraphie leitfähiger Druckfarbe
bekannt, diese Technik wird jedoch nicht auf den Bereich der Chipkarten,
insbesondere ohne Kontakt, angewendet. Es stellen sich mit dem Trocknen
der Druckfarbe verbundene Probleme und Wellenbildungsprobleme.
-
Die verfügbaren Druckfarben trocknen
bei ungefähr
150°C, was
mit dem üblicherweise
im Bereich der Chipkarte eingesetzten Material, wie zum Beispiel
PVC oder ABS, die eine Erweichungstemperatur von ungefähr 60°C haben,
unvereinbar ist.
-
Anderes Material, wie zum Beispiel
PC und PET, haben eine höhere
Erweichungstemperatur von ungefähr
120°C bis
130°C, was
noch unter der optimalen Trockentemperatur der Druckfarben liegt.
Diese Materialien sind jedoch kostspieliger als die vorherigen.
-
Die Serigraphie auf dünneren Folien
oder Filmen als ungefähr
600 μm auf
dem Material von Chipkarten stellt ebenfalls mit dem bloßen Auge
sichtbare Wellenbildungsprobleme auf ihrer Fläche. In der Tat kann man Wellenbildungen
auf der Vorderseite einer derartigen Folie unterhalb der Windungen
beobachten, was einen optischen Mangel darstellt.
-
Andererseits ist zur Realisierung
leistungsfähiger
Antennen die bestmögliche
Leitfähigkeit
notwendig, die man insbesondere durch den Einsatz von breiteren
Windungen und unter der Bedingung eines guten Trocknens erhalten
kann.
-
Das Problem liegt darin, dass die
für eine
Antenne verfügbare
Fläche
aufgrund einer für
das Reliefdrucken reservierten Fläche begrenzt ist.
-
Darüber hinaus weisen die Druckfarben nach
ihrem Trocknen nicht alle einen ausreichenden, mit den geltenden
Normen zu vereinbarenden Halt auf Chipkarten bei der Flexion auf.
-
Aufgrund der obigen Schwierigkeiten
geht die Tendenz nicht zum Einsatz der Serigraphie im Bereich der
Chipkarte, insbesondere zur Realisierung von leitenden Schaltkreisen
guter Leitfähigkeit
auf dünnen
Filmen, wie zum Beispiel leistungsfähiger Antennen.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Behebung
dieser Nachteile.
-
Zu diesem Zweck ist Gegenstand der
Erfindung ein Verfahren und eine elektronische Chip- oder Antennenvorrichtung
gemäß den Ansprüchen 1 und 12.
-
Die Patentschrift EP0376062 beschreibt
die Herstellung eines Moduls mit einem Substrat aus isolierendem
Material, bei dem eine induktive Kopplungsspule befestigt wird.
Die dicke Spule bildet eine Aufnahme, in der ein Chip befestigt
wird. Mehrere Spulen werden dann auf dem Substrat als Band befestigt,
das zum Erhalt von Modulen ausgeschnitten wird. Diese Module sind
zur Integration in Chipkarten bestimmt. Die Patentschrift EP0698859
beschreibt im Rahmen der Herstellung einer Chipkarte das Leimen
eines Papierbandes und den elektrostatischen Druck von Schriften.
Somit werden Etiketten erhalten, aus dem Papier ausgeschnitten und
auf dem Kartenkörper
befestigt. Die elektrostatischen Drucktemperaturen sind sehr hoch,
zwischen 100° und 190°. Die Patentschrift
JP06268434 beschreibt den Erhalt einer Antenne, bei der die polarisierten
Wellen im Zirkel ein breites Band haben. Eine Bestrahlungsseite
ist mit einem aus zwei Leitern in gekrümmter, konstanter Spirale auf
einer Schaltkreisdruckebene gebildeten bedruckten Motiv versehen.
Die Patentschrift JP07276605 beschreibt das Abnehmen und das Spülen einer
Flüssigkeit
auf einem Druckrahmen durch Serigraphie bei niedriger Temperatur
und geringer Dauer. Die Patentschrift JP08216573 beschreibt die
Herstellung einer dünnen
Karte mit guter Ebenheit vom Typ ohne Kontakt. Eine gedruckte Antenne
und ein integrierter Schaltkreis werden unter Einsatz einer Silberpaste
auf einem Film aus Polyester aufgedruckt. Die Patentschrift US559046
beschreibt einen Lotterieschein mit Schaltkreiselementen. 54 zeigt einen gedruckten Leiter auf dem Schein
zwecks Erhalt einer Funkfrequenzantenne. Eine Druckfarbenzusammensetzung
sieht das Verdampfen eines Lösungsmittels
nach dem Drucken vor. Die Patentschrift US6130602 beschreibt eine Briefmarke,
eine Karte oder eine Ansteckmarke, die mit einem integrierten, an
einem Antennenpaar befestigten Schaltkreis versehen ist, die mit
einem dicken Po lymerleiter auf der Rückseite der Briefmarke per
Serigraphie aufgedruckt ist. Ein graphisches Motiv ist auf der Rückseite
der Briefmarke sichtbar. Eine isolierende Epoxyschicht wird zum
Versiegeln der Antenne auf der Rückseite
der Briefmarke angewendet. Die Antenne und der Schaltkreis werden
bevorzugt gleichzeitig auf der Rückseite
einer großen
Folie aufgedruckt, die anschließend
als Karten individuell gestaltet wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden bei der nachfolgenden, zu Darstellungszwecken gemachten
und keineswegs einschränkenden Beschreibung
unter Bezugnahme der beigefügten Zeichnungen
deutlich, in denen:
-
1 einen
vertikalen Schnitt einer Chipkarte bekannten Typs darstellt,
-
2 einen
vertikalen Schnitt einer Chipkarte gemäß dieser Erfindung darstellt,
-
die 3 und 4 jeweils die Vorderseite
und die Rückseite
einer Grundfolie vor der Serigraphieoperation darstellen,
-
5 die
Vorderseite der Grundfolie nach der Serigraphieoperation darstellt
und
-
6 eine
der 5 entsprechende
Profilansicht ist.
-
In 1 ist
eine Chipkarte des Typs „ohne Kontakt" oder „Hybrid" mit einer ebenen,
eine Schnittstelle ohne Kontakt bildenden Antenne zu sehen. Sie umfasst
im Wesentlichen ein Substrat 10, wie zum Beispiel eine
Schicht isolierenden Materials, in dem ein Chip oder ein Modul 12 versenkt
ist, der/das mit einer Antenne
19 verbunden ist, die auf
einer intermediären
Trägerfolie 16 realisiert
ist. Die Struktur wird durch zwei äußere thermoplastische Schutzfolien 18 und 18' geschützt. Gegebenenfalls
kann ein transparenter Schutzfilm die äußeren Folien abdecken.
-
Die Dicke des Substrats 10 mit
dem Chip oder Modul 12 beträgt zum Beispiel ungefähr 400 Mikron,
die Dicke der äußeren Schutzfolien 18 und 18' beträgt ungefähr 200 Mikron,
und die der intermediären
Folie 16 mit der Antenne 14 ungefähr 130 Mikron. Die
maximale Dicke der Struktur beträgt
gemäß der Norm
ISO 800 Mikron.
-
In 2 wurde,
ebenfalls im Längsschnitt, eine
Chipkarte gemäß dieser
Erfindung dargestellt. Man sieht das Substrat 10 mit seinem
Chip oder Modul 12 und den Schutzfolien 18 und 18'.
-
Erfindungsgemäß wird die Antenne 14 auf der
Innenseite einer Schutzfolie 18, beziehungsweise 18' realisiert.
-
Dies erlaubt zunächst einen Gewinn bei der Dicke
von ungefähr
150 Mikron. Somit kann man zum Beispiel Chipkarten geringerer Dicke
als 800 Mikron herstellen, wenn man dies wünscht.
-
Darüber hinaus muss eine Folie
weniger indexiert werden, was für
den Gestehungspreis einen Material- und Zeitgewinn mit sich bringt.
-
Im Fall von Chipkarten ohne Kontakt
entfällt dadurch
die doppelte Aufbringoperation (Dispense) von Material auf den beiden
Seiten der intermediären Folie
oder das Lochen der intermediären
Folie, μm das
Kriechen des Harzes durch diese Folie zu erlauben. Daraus ergibt
sich ein zusätzlicher
großer
Zeitgewinn des Zyklus.
-
Dank der Erfindung kann die Dicke
der Karte auf der Höhe
des Chips oder des Moduls bei einer Karte ohne Kontakt reduziert
werden; die Schnittstelle zwischen dem Chip oder dem Modul und der
Antenne wird weiter vom Zentrum der Chipkarte entfernt, infolgedessen
wird die Dicke der Karte in diesem Bereich bei gleicher Dicke des
Chips oder Moduls besser kontrolliert. Insbesondere sind die harten Punkte
der Karte weiter von den äußeren Schutzfolien
entfernt.
-
Auch erlaubt die Erfindung die Nutzung
von dickeren Chips oder Modulen und anschließend zum Beispiel das Weglassen
einer Reduktionsoperation der Dicke (Backlap), zum Beispiel durch
Fräsen.
-
Schließlich erlaubt die Erfindung
die Vermeidung von Druckfehlern in dem Falle in dem die Schutzfolie
nicht vorgedruckt ist, sondern weiß geliefert und nach der Herstellung
der Karte bedruckt wird.
-
Wie in den 3 bis 6 dargestellt,
werden vorteilhaft gleichzeitig mehrere, zum Beispiel drei, Antennenträgerfolien
auf einer thermoplastischen Grundfolie 20 realisiert, die
auf ihrer Außenseite 22 drei
vorgedruckte Logos 24 umfasst, und auf deren Innenseite 26 man
drei Antennen 28 durch Serigraphie realisiert.
-
Diese Grundfolie wird anschließend ausgeschnitten,
um drei Antennenträgerschutzfolien
zu erhalten. Dies erlaubt die Senkung der Herstellungskosten, insbesondere
durch Weglassen der Einsetzungsoperationen von vorgedruckten Schutzfolien.
-
Die Chipkarte gemäß der vorliegenden Erfindung
kann auf folgende Weise hergestellt werden.
-
Man druckt drei Logos 24 auf
der Rückseite der
thermoplastischen Grundfolie 20 auf; dieser Druck kann
eventuell durch eine Walzoperation einer Schutzschicht (Overlay)
oder durch Anwenden eines Lacks geschützt sein.
-
Wenn man „weiße" Chipkarten ohne Aufdruck herstellen
möchte,
wird diese erste Operation selbstverständlich weggelassen.
-
Dann geht man zur Realisierung der
Antennen über.
Erfindungsgemäß umfasst
die Herstellung einer elektronischen Chipkarten- und Antennenvorrichtung,
wie zum Beispiel einer Chipkarte ohne Kontakt oder Hybridkarte oder
Etikett mit wenigstens einer dekorativen Folie mit einer offensichtlichen
Außenseite
(18, 18')
und wenigstens einer eine Antenne (14, 28) umfassenden
Schnittstelle den nachfolgenden wesentlichen Schritt.
-
Gemäß dieses Schritts realisiert
man die Antenne auf einer Seite der dekorativen Folie gegenüber der
offensichtlichen Außenseite
durch Serigraphie einer leitfähigen
Druckfarbe.
-
Somit kann man eine aus einer dekorativen Folie
gebildete und wenigstens eine Antenne umfassende elementare Grundvorrichtung
erhalten. Andere leitende Elemente können auf dieselbe Weise realisiert
werden. Elektronische Elemente, insbesondere ein Chip oder ein Modul
mit Chip können
später
angeschlossen und/oder ummantelt werden.
-
Das Verfahren kann darüber hinaus
eine Stufe umfassen, nach der wenigstens eine Schicht isolierenden
Materials auf der besagten gegenüberliegenden
Seite derart aufgebracht wird, dass die Antenne wenigstens teilweise
abgedeckt wird. Dies führt
zur Realisierung einer elektronischen Vorrichtung, insbesondere
vom Typ Chipkarte. Zusätzliche Schutzfilme
können
ebenfalls hinzugefügt
werden.
-
Die isolierende Materialschicht kann
aus verschiedenen Materialien realisiert werden und insbesondere
durch eine Warm- oder Kaltwalzoperation einer zweiten Folie oder
durch Einspritzen oder Aufsprühen.
-
Die durch wenigstens eine Antenne
und/oder Kontakte gebildete Schnittstelle kann vor oder nach der
Realisierung der Schicht isolierenden Materials an einen Chip oder
ein Modul mit Chip angeschlossen werden.
-
Im letzteren Fall können die
Anschlüsse
der Antenne durch eine Zugangsaussparung, das heißt durch
eine Bearbeitung eines Zugangs zugänglich sein.
-
Die dekorative Folie umfasst ein
Polymermaterial, kann aber eventuell auf jedem anderen veränderbaren
oder verformbaren Material realisiert werden, wie zum Beispiel einem
Blatt Papier.
-
In einem Umsetzungsbeispiel des Verfahrens
wird die vorbedruckte Folie mit ihrer bedruckten Seite zur Platte
auf der Platte einer Serigraphiemaschine platziert, zum Beispiel
vom Typ MPM. Zur Vermeidung der Bildung von Streifen auf der bedruckten Vorderseite
wird die Oberfläche
der Platte einer die Glättung
der Oberfläche
der Platte durch Neutralisieren von Uneben heiten erlaubenden Behandlung
unterzogen; zum Beispiel kann man eine Behandlung durch Anodisation
oder eine Beschichtung mit Teflon realisieren.
-
Im Übrigen ist die Platte der Serigraphiemaschine
mit Pions schneller Indexierung ausgerüstet, die das Gleiten der Folie
auf der Oberfläche
der Platte einschränken.
-
Während
des Serigraphiezyklus wird leitfähige
Druckfarbe von der Oberfläche
der Leinwand zur dekorativen Folie gemäß des Motivs der Anntenne geleitet,
zum Beispiel in „quadratischer" Spirale, wie in 5 dargestellt.
-
Bei dieser Serigraphiephase wird
zwecks optimaler Ergebnisse die Kontrolle von serigraphischen Parametern
empfohlen, die geeignet sind, mehr oder weniger auf die Qualität des Ergebnisses
einzuwirken, wie zum Beispiel:
- – das Fehlen
von Kontakt zwischen der Leinwand und der Schutzfolie.
- – die
Geschwindigkeit der Serigraphie,
- – der
Druck der Serigraphie,
- – die
Art und die Konfiguration der Serigraphieleinwand,
- – die
Art und die Geometrie der Abstreicher der Serigraphiemaschine, zum
Beispiel durch Einsatz von Abstreichern aus Polyurethan.
-
Die Abmessungen des Serigraphieleinwand, zum
Beispiel einer mit Leinen bespannten Serigraphieleinwand, bestimmen
die Anzahl der Antennen, die auf ein und derselben Grundfolie 20 realisiert
werden können.
-
Nach der Serigraphiestufe wird die
Struktur der Folie mit der flüssigen
Druckfarbe der Serigraphiemaschine extrahiert und in einen Trockenofen transferiert,
wie zum Beispiel einen unter der Handelsbezeichnung OPTIMA bekannten
Ofen.
-
Beim Durchgang im Ofen verdampft
das in der leitfähigen
Druckfarbe enthaltene Lösungsmittel, und
die Antenne nimmt eine fest, von leitfähigen Partikeln und einem Bindemittel
gebildete Form an. Die Parameter der Trocknung, die zur Beeinflussung
des Ergebnisses geeignet sind, sind:
- – die Temperatur
der unterschiedlichen Bereiche des Ofens,
- – die
Dauer der Trocknung und
- – der
in den Ofen eingespritzte Luft- oder Stickstofffluss.
-
Die Reproduzierbarkeit der Antennen
mit den gewünschten
Eigenschaften ohne Verformung der Schutzfolie beim Trocknen hängt von
obigen Parametern ab. Die Deformation kann durch eine zu hohe Temperatur
oder ein zu starkes Entfernen der Druckfarbe induziert werden.
-
Der Maschenteppich des Ofens wird
von der Schutzfolie durch eine in den Ofen zur selben Zeit wie die
Schutzfolien eingeführten
Plastikschutzplatte isoliert. Diese Schutzplatte schütz die bedruckte
Seite der Schutzfolie vor Streifen.
-
Zur Realisierung dieses Schutzes
kann man auch den Trockenofen mit einem Maschenteppich aus Plastik-
oder behandeltem Material oder auch mit Gürteln aus Plastikband ausrüsten.
-
Anschließend wird die Herstellung auf
für die Herstellung
einer Karte ohne Kontakt oder Hybridkarte bekannte Weise fortgeführt. Man
realisiert einen soliden Anschluss des Chips oder des Moduls 12 mit der
Antenne 14, ohne die bedruckte Seite der Schutzfolie zu
verformen oder zu beschädigen.
-
Die letzte Operation ist ein Chipkartenzusammenbau
durch Kalt- oder Warmwalzen unter Bedingungen, die die Spur der
Antenne auf der bedruckten Seite der Schutzfolie nicht sichtbar
machen, die eine sichtbare Seite der endgültigen Karte wird.
-
Gute Ergebnisse ohne Wellenbildung
wurden mit den nachstehenden Operationsbedingungen auf PVC- oder
ABS- oder sogar
Papierfolien erzielt:
- – Druckfarbe: Referenz D5028
oder E520 der Firma Dupont aus Nemours.
- – Optimale
Trockentemperatur der Druckfarbe: ungefähr 150°C.
- – Temperatur
des Ofens: 50 bis 80°C.
- – Trocknungsdauer:
3 bis 10 Min.
-
Interessant wird das Verfahren bevorzugt
auf Folien einer Dicke von unter 600 μm. Gute Ergebnisse wurden auf
sehr dünnen
Polymerfilmen einer Dicke von 100 um bis ungefähr 15 μm erzielt.
-
Im Fall von Folien oder Filmen aus
PC oder PET kann die Temperatur des Ofens zwischen 120°C und 130°C inbegriffen
sein.
-
Zur Einhaltung eines zum Reliefdrucken
der Karte reservierten Bereichs bei gleichzeitiger Aufrechterhal tung
der mit ihrer Leitfähigkeit
verbundenen Leistung der Antenne umfasst die elektrische oder elektronische
Vorrichtung der Erfindung zwischen ihren Anschlussenden Windungen
ungleicher Breite.
-
Gute Ergebnisse wurden mit einem
zwischen zwei und fünf
variierenden Breitenverhältnis zwischen
den breitesten und den engsten Windungen erzielt, wobei der enge
Wert gleich ungefähr
0,5 mm liegt.
-
Somit konnte zum Beispiel eine mit
einer Antenne mit vier sich entlang ihrer lateralen Ränder erstreckenden
Windungen ausgerüsteten
Chipkarte erhalten werden. Sie umfasst einen engen Bereich für die Antenne,
der sich bis 5 mm vom unteren Rand der Karte erstreckt, in der vier
Windungen von ungefähr
0,4 mm serigraphisch gedruckt sind, wobei die Antenne auf dieser
Höhe eine
Gesamtbreite von 4 mm hat. Entlang anderen Rändern der Karte jedoch, insbesondere
des gegenüberliegenden
Randes oder des anliegenden Randes, umfasst die Karte Windungen,
von denen jede eine Breite von gleich ungefähr 1,8 mm aufweist, wobei die
Antenne auf dieser Höhe eine
Breite von 8 mm hat.
-
Diese Anordnung und Form der Antenne
erlaubt die Erhöhung
oder die Kompensierung einer unzureichenden Leitfähigkeit
einer leitfähigen
Druckfarbe. Das umso mehr, wenn sie teilweise getrocknet ist. Die
Effizienz der Funkkommunikation wird davon nicht beeinträchtigt,
da auf diese Weise eine Reichweite der Antenne von gleich 8 mm erreicht
wurde.