Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 2 / 12
Kontaktlose Chipkarte
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Chipkarte, und die danach hergestellte Chipkarte.
Es werden in zunehmendem Masse Datenträger in Kartenform, welche nach dem Prinzip eines Transponders arbeiten, eingesetzt. Diese sogenannten kontaktlosen Chipkarten haben den Vorteil, dass sie einen sehr hohen Benutzerkomfort aufweisen, da die Datenübertragung berührungslos erfolgt. Speziell im Freizeit-, Verkehrsund Sicherheitsbereich kommen solche Datenträger als Ausweis- und Berechtigungskarten zum Einsatz.
Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung derartiger kontaktloser Chipkarten ist, dass Schreib- Lesegeräte eingesetzt werden, welche mittels eines elektromagnetischen Feldes kontakt- und verschleissfrei arbeiten. Dadurch können alle jene mechanischen Bauteile entfallen, wie sie üblicherweise zum Schreiben / Lesen von Kunststoffkarten mit Magnetstreifen oder kontaktierten Chipkarten benötigt werden.
Die kontaktlose Chipkarte weist zumeist die Abmessungen von üblichen Bankkarten oder Kreditkarten auf, welche etwa 54 mm breit, 86 mm lang und 0,7- 0,8 mm dick sind. Die Aussenseiten sind üblicherweise bedruckt und es können auch zusätzlich Magnetstreifen oder kontaktierte Chips aufgebracht werden, um einen Einsatz in konventionellen Systemen zu ermöglichen.
Das Elektronikmodul besteht aus einem integrierten Schaltkreis, dem Chip, und einer Spule, der Antenne. Der integrierte Schaltkreis hat einen Speicher und eine Schreib / Leselogik. Die Spule dient zur Spannungsversorgung durch elektromagnetische Induktion, sowie zur kontaktlosen Datenübertragung mit entsprechenden Schreib / Lesegeräten. Bekannt sind auch kapazitiv arbeitende Antennen, für welche die nachfolgend geschilderte Problematik analog gilt.
Es sind heute unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Spulen mit 2 - 8 Windungen für das Elektronikmodul bekannt. Eine Methode ist das Herstellen einer ; Inlay Folie für Transponder mit 13,56 MHz Kommunikationsfrequenz besteht darin, Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 3 / 12
dass die Spule ähnlich einer Leiterplatte geätzt und der Chip elektrisch leitfähig aufgeklebt wird. Die Fertigung des Inlays erfolgt üblicherweise in einem kontinuieriichen Prozess in Rollenform.
Für die Herstellung von selbstklebenden RFID-Etiketten ist es bekannt, solche Inlays auf einer Seite mit einem Klebefilm zu beschichten und auf der zweiten Seite eine Papierschicht aufzubringen. Die RFID-Etiketten finden Anwendung in der Kennzeichnung von hochwertigen Waren, um deren Ursprung zu dokumentieren.
Für die Verwendung als Ticket oder Ausweis (RFID Karte) werden üblicherweise verschiedene Kunststofffolien durch Laminieren mittels Temperatur und Druck miteinander verschmolzen, sodass das Inlay schliesslich völlig in den umhüllenden Kunststoffkörper eingebettet ist. Durch den hohen Druck werden während des Laminiervorganges viele Chips zerstört, da am Beginn der Pressphase die angrenzenden Folien zumeist noch nicht ausreichend erweicht sind um ein Eindringen des Chips zu ermöglichen. Diese Fertigungsmethode führt wohl zu einem mechanisch stabilen Endprodukt, hat aber den Nachteil, dass für das Laminieren hohe Energiekosten und Herstellzeiten anfallen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte dahingehend zu verbessern, dass die Kosten des fertigen Produktes so gering sind, dass die Chipkarten auch für geringer wertige Ausweise und Tickets eingesetzt werden können. Die mechanische Stabilität der herzustellenden Chipkarte soll derart ausreichend sein, dass eine Verwendung über mehrere Monate möglich ist.
Gemäss der Erfindung ist der Chip bzw. die Inlay Folie im angrenzenden Bereich allseitig mit einem elastischen Material umschlossen, welches einen E-Modul aufweist, der zumindest nur ein Zehntel des Kunststoffkörpers der Innenschichten beträgt. Die aussen liegenden Kunststoffschichten ummanteln den innen liegenden Kunststoffkörper.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren zur Herstellung der kontaktlosen Chipkarte wird jedes Inlay, bestehend aus einer Trägerfolie mit geätzter Spule und aufgeklebtem Chip, von einer Endlosrolle zugeführt, abgetrennt und vereinzelt. Der unmittelbare Bereich des Chips wird mit einem mit einem Vergusstropfen aus dauerelasti Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 4 / 12
sehen Material mit einem E-Modul von 100 bis 500 MPa (vorzugsweise einem Silikonkautschuk) abgedeckt, wobei dieser Schritt nach dem Abtrennen des Inlays oder unmittelbar davor erfolgt. Eine Anzahl so vorbereiteter Inlays wird dann nebeneinander mit ihrer Rückseite - der dem Chip abgewandten Seite - auf einem mit einer permanenten - ohne Hitzeeinwirkung haftenden - Kleberschichte versehenen Bogen aus Kunststoff-Folie aufgeklebt, über den Inlays wird ein Mittelbogen aus Kunststoff aufgeklebt, wobei der Mittelbogen ausgestanzte Löcher zur Aufnahme des Chips aufweist, und auf diesen Mittelbogen wird eine weitere Kunststoff-Folie mittels eines permanent haftenden Klebers aufgebracht, worauf die Chipkarten durch Ausstanzung aus diesem Folienverbund vereinzelt werden.
Dieses Verfahren kommt ohne die üblichen Hochtemperatur-Laminiervorgänge aus und führt trotzdem zu einer mechanisch hoch stabilen und widerstandsfähigen Chipkarte. Diese Karte ist zu wesentlich verringerten Kosten herstellbar und kann für Anwendungen bis zu einem Jahr verwendet werden, erschliesst somit Anwendungen die bislang der RFID Technologie aus Kostengründen verwehrt waren.
Ein wesentlicher Vorteil entsteht in diesem Zusammenhang damit, wenn für eine oder beide Kunststoff-Folien der Aussenseiten der Chipkarte thermobeschichtete Folien verwendet werden und die Chipkarten nach ihrer Vereinzelung elektronisch ausgelesen werden und auf jede Chipkarte auf einer Aussenseite ein maschinenlesbarer Code, vorzugsweise ein Barcode, aufgedruckt wird, der die eindeutige Nummer des Chips gänzlich oder teilweise enthält. Jetzt können so hergestellte Chipkarten insbesondere für die Buchung im Internet eingesetzt werden, indem die Chipkartennummer zur Identifizierung verwendbar ist. Auch mechanisch nicht mehr perfekte Karten sind verwendbar, solange die RFID Funktion noch verfügbar ist.
Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 5 / 12
Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung erläutert:
Die Figur 1 zeigt eine kontaktlose Chipkarte in Draufsicht und Seitenansicht, die Figur 2 das Folien Inlay in Draufsicht, die Figur 3 einen schematischen Querschnitt der Chipkarte, die Figur 4 den Schichtaufbau und Figur 5 eine fertig bedruckte Chipkarte.
Die in Figur 1 dargestellte kontaktlose Chipkarte 1 weist die Form und Abmessungen einer üblichen Kreditkarte auf, nämlich ca. 54 mm Breite, 86 mm Länge jedoch eine Dicke von ca. 0,6 mm. Die Erfindung ist nicht auf diese Abmessungen eingeschränkt. Innerhalb des Kartenkörpers ist ein strichliert dargestelltes Elektronikmodul angeordnet.
In Figur 2 ist das Folien-Inlay dargestellt, bestehend aus einer geätzten Spule 2, einer Trägerfolie 3 und einem Chip 4. Die geätzte Spule 2 besteht vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer. Als Trägerfolie für die geätzte Antennenspule 2 dient eine Kunststofffolie 3, welche üblicherweise aus Polyester oder PET (Polyethylenterephtalat) besteht. Konkret verwendet das Ausführungsbeispiel einen Transponder mit einer Kommunikationsfrequenz von 13,56 MHz und einer Spule mit 2-8 Windungen in Abhängigkeit vom verwendeten Chip. Die Aussenabmessungen der Spule 2 betragen in diesem Fall etwa 45 x 76 mm, die geätzte Spule 2 und die Trägerfolie 3 weisen eine Gesamtdicke von ca. 0,08 mm auf. Nicht massstabsgerecht dargestellt ist der Chip 4, welcher elektrisch leitend auf hier nicht sichtbaren Kontaktflächen der geätzten Spule 2 aufgeklebt ist.
Weiters ist in diesem Bereich innerhalb des Schaltkreises ein Kondensator zur Abstimmung auf die gewünschte Kommunikationsfrequenz angeordnet, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt. Das gesamte Folien Inlay ist ein funktionstüchtiger Transponder und kann innerhalb des elektromagnetischen Feldes eines geeigneten Lese- Schreibgerätes Daten senden und gegebenenfalls empfangen.
Die Figur 3 zeigt schematisch einen nicht massstäblich dargestellten Querschnitt der fertigen Chipkarte. Das Folien Inlay 3 ist zwischen der die untere Aussenseite 8' bildenden Kunststoff-Folie und der Mittelschicht 6 angeordnet. Die Seite mit dem Chip 4 weist nach innen und der Chip 4 ist von einer Vergussmasse 5 umgeben, für die wiederum in einer Ausnehmung der Mittelschicht 6 ausreichend Platz ist. Die obere Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 6 / 12
Aussenseite 8 bildet eine weitere Kunststoff-Folie. Für die Aussenschichten kommen einseitig thermobeschichtete PVC oder PP Folien mit einer Dicke von ca. 100 my zum Einsatz. Die Mittelschichte 6 ist eine PVC Folie mit einer Dicke von ca. 250 my. Die Aussenfolien 8 werden vor der Herstellung farbig im Offset- oder Siebdruckverfahren bedruckt, wobei es erforderlich sein kann, die Folien 8 mit einem Primer zur besseren Haftung von Druckfarben und Kleberschichten vorzubehandeln. Um das Druckmotiv der Aussenfolien 8 vor mechanischen und anderen Einflüssen zu schützen, kann eine Lackschichte 9 angeordnet werden.
Diese Chipkarte wird nach dem folgend beschriebenen Verfahren hergestellt. Die Folien Inlays werden von einer Endlosrolle abgezogen und vereinzelt. Bei diesem Vorgang wird mit einer Dosiervorrichtung der Chip 4 mit einem Vergusstropfen 5 aus dauerelastischen Material, beispielsweise mit einem Siliconkautschuk versehen. Besteht die Mittelschicht beispielsweise aus PVC (Polyvinylchlorid) mit einem EModul von etwa 2000 MPa, sollte der E-Modul des Vergusstropfens 5 kleiner als 200 MPa sein. Vorzugweise werden dafür vernetzte Elastomere verwendet, beispielsweise Polysiloxane.
Die so vorbereiteten Inlays werden anschliessend auf einen Bogen der Aussenschichte 8' positioniert. Dieser Bogen besteht aus PP Folie, die einseitig thermobeschichtet ist und auf der zweiten Seite eine kalt klebende Kleberschichte 11' aufweist. Auf diesen ersten Teilverbund wird nun die Mittelschichte 6 aufgelegt, welche im Bereich der Chips 4 Ausnehmungen aufweist.
Anschliessend wird eine zweite Aussenschichte 8, die wie die vorgenannte vorbereitet wurde, aufgeklebt. Alle Klebevorgänge verwenden kalt wirkende Klebeschichten 10, 7, 10', sodass die Kaschierschritte schnell, ohne Wärmebelastung und ohne Beeinträchtigung der wärmeempfindlichen Thermoschichten auf den Aussenseiten erfolgen können.
Aus diesem Verbund werden nun die Chipkarten mit üblichen Werkzeugen ausgestanzt. Anschliessend wird jede Chipkarte elektronisch ausgelesen und die eindeutige Chipnummer als Barcode und auch im Klartext auf einer der Seiten aufgedruckt. Die Figur 5 stellt eine derart fertig vorbereitete Chipkarte dar. Patentanmeldung Chipkarte 12.03.2008 Seite 7 / 12
Die Chipkarte nach dem hier beschriebenen Verfahren ist kostengünstig und schnell herstellbar. Sie weist aufgrund der geschützten Bauart des Chips trotz Verwendung von dünnen Kunststoff Folien für den Kartenkörper eine ausgezeichnete mechanische Stabilität auf und kann lange Zeit verwendet werden. Nachdem die Chip ID lesbar auf der Karte aufgedruckt ist, eignet sich die Chipkarte insbesondere für Buchungen im Internet. Hier wir die Berechtigung elektronisch auf die Karte gespeichert und es können Karten auch noch dann eingesetzt werden, wenn diese in einem Drucker oder Codierer wegen äusserer mechanischer Schäden nicht mehr verarbeitet werden könnten.
Innsbruck, 12.03.2008
Cards & Produktions GmbH
^C^
<EMI ID=6.1>
Patent Application Chipcard 12.03.2008 Page 2/12
Contactless chip card
The invention relates to a method for producing a contactless chip card, and the chip card produced thereafter.
There are increasingly disk in card form, which operate on the principle of a transponder used. These so-called contactless smart cards have the advantage that they have a very high user comfort, since the data transfer takes place without contact. Especially in the leisure, traffic and security area, such data carriers are used as identification and authorization cards.
Another advantage of using such contactless smart cards is that write-readers are used, which operate contactless and wear-free by means of an electromagnetic field. As a result, all those mechanical components can be omitted, as they are usually required for writing / reading of plastic cards with magnetic stripes or contacted smart cards.
The contactless chip card usually has the dimensions of conventional bank cards or credit cards, which are about 54 mm wide, 86 mm long and 0.7 to 0.8 mm thick. The outer sides are usually printed and magnetic strips or contacted chips can additionally be applied in order to enable use in conventional systems.
The electronics module consists of an integrated circuit, the chip, and a coil, the antenna. The integrated circuit has a memory and a read / write logic. The coil is used for power supply by electromagnetic induction, as well as for contactless data transmission with appropriate read / write devices. Capacitive antennas are also known, for which the problem described below applies analogously.
Today, different methods for producing coils with 2 to 8 turns for the electronic module are known. One method is to make one; Inlay foil for transponders with 13.56 MHz communication frequency consists of patent application chip card 12.03.2008 page 3/12
that the coil is etched similar to a circuit board and the chip is glued electrically conductive. The production of the inlay is usually carried out in a continuous process in roll form.
For the production of self-adhesive RFID labels, it is known to coat such inlays on one side with an adhesive film and to apply a paper layer on the second side. The RFID labels are used in the labeling of high-quality goods to document their origin.
For use as a ticket or ID card (RFID card) usually different plastic films are fused together by lamination by means of temperature and pressure, so that the inlay is finally completely embedded in the enveloping plastic body. Due to the high pressure, many chips are destroyed during the laminating process, since at the beginning of the pressing phase, the adjacent foils are usually not sufficiently softened to allow penetration of the chip. This production method probably leads to a mechanically stable end product, but has the disadvantage that high energy costs and production times are incurred for lamination.
The object of the invention has been found to improve a method for producing a smart card to the effect that the cost of the finished product are so low that the smart cards can also be used for low-value badges and tickets. The mechanical stability of the chip card to be produced should be sufficient so that use over several months is possible.
According to the invention, the chip or the inlay foil in the adjacent area is enclosed on all sides with an elastic material which has an E-modulus which is at least only one tenth of the plastic body of the inner layers. The outer plastic layers encase the inner plastic body.
In the method according to the invention for producing the contactless chip card, each inlay, consisting of a carrier foil with etched coil and glued chip, is fed from an endless roll, separated and singulated. The immediate area of the chip is covered with one with a Vergussropfen from dauerelasti patent application chip card 12.03.2008 page 4/12
see material covered with a modulus of elasticity of 100 to 500 MPa (preferably a silicone rubber), this step takes place after the separation of the inlay or immediately before. A number of so prepared inlays is then glued side by side with its back - the side facing away from the chip - on a provided with a permanent - adhering without heat - adhesive layer sheet of plastic film, over the inlays a middle sheet of plastic is glued, the middle arch has punched holes for receiving the chip, and on this center arch another plastic film is applied by means of a permanent adhesive, after which the smart cards are separated by punching out of this film composite.
This process does not require the usual high-temperature lamination processes and nevertheless leads to a mechanically highly stable and resistant chip card. This card can be produced at significantly reduced costs and can be used for applications up to one year, thus opening up applications previously denied RFID technology for cost reasons.
A significant advantage arises in this context, if for one or both plastic films on the outside of the smart card thermo-coated films are used and the smart cards are read out electronically after their isolation and printed on each chip card on an outside machine-readable code, preferably a barcode which contains the unique number of the chip in whole or in part. Now, chip cards produced in this way can be used, in particular, for booking on the Internet by making use of the chip card number for identification purposes. Also mechanically no longer perfect maps are usable, as long as the RFID function is still available.
Patent Application Chipcard 12.03.2008 Page 5/12
Further details are explained below using an exemplary embodiment with reference to the drawing:
1 shows a contactless chip card in plan view and side view, Figure 2 shows the film inlay in plan view, Figure 3 is a schematic cross section of the chip card, Figure 4 shows the layer structure and Figure 5 is a finished printed chip card.
The contactless chip card 1 shown in Figure 1 has the shape and dimensions of a conventional credit card, namely about 54 mm wide, 86 mm in length, however, a thickness of about 0.6 mm. The invention is not limited to these dimensions. Within the card body, a dashed line electronics module is arranged.
FIG. 2 shows the foil inlay consisting of an etched coil 2, a carrier foil 3 and a chip 4. The etched coil 2 is preferably made of aluminum or copper. The carrier film for the etched antenna coil 2 is a plastic film 3, which usually consists of polyester or PET (polyethylene terephthalate). Specifically, the embodiment uses a transponder having a communication frequency of 13.56 MHz and a coil of 2-8 turns depending on the chip used. The outer dimensions of the coil 2 are in this case about 45 x 76 mm, the etched coil 2 and the carrier film 3 have a total thickness of about 0.08 mm. Not shown to scale is the chip 4, which is adhesively bonded to electrically non-visible contact surfaces of the etched coil 2.
Furthermore, a capacitor for tuning to the desired communication frequency is arranged in this area within the circuit, but not shown in the drawing. The entire foil inlay is a functional transponder and can send and receive data within the electromagnetic field of a suitable reading and writing device.
FIG. 3 schematically shows a cross-section of the finished chip card, not shown to scale. The film inlay 3 is arranged between the plastic film forming the lower outer side 8 'and the middle layer 6. The side with the chip 4 points inwards and the chip 4 is surrounded by a potting compound 5, for which in turn in a recess of the middle layer 6 is sufficient space. The upper patent application chip card 12.03.2008 page 6/12
Outside 8 forms another plastic film. For the outer layers, one-sided thermo-coated PVC or PP foils with a thickness of approx. 100 my are used. The middle layer 6 is a PVC film with a thickness of about 250 my. The outer films 8 are printed in color before printing by offset or screen printing, it may be necessary to pretreat the films 8 with a primer for better adhesion of printing inks and adhesive layers. In order to protect the print motif of the outer films 8 from mechanical and other influences, a paint layer 9 can be arranged.
This chip card is produced according to the method described below. The film inlays are removed from an endless roll and separated. In this process, the chip 4 is provided with a dispensing drop 5 made of permanently elastic material, for example with a silicone rubber with a metering device. For example, if the middle layer is made of PVC (polyvinyl chloride) having an EM modulus of about 2,000 MPa, the modulus of the pouring drop 5 should be less than 200 MPa. Preferably crosslinked elastomers are used for this purpose, for example polysiloxanes.
The thus prepared inlays are then positioned on an arc of the outer layer 8 '. This sheet consists of PP film, which is thermally coated on one side and on the second side of a cold-adhesive layer 11 'has. The middle layer 6, which has recesses in the region of the chips, is now placed on this first subassembly.
Subsequently, a second outer layer 8, which was prepared as the aforementioned, glued. All bonding processes use cold-acting adhesive layers 10, 7, 10 'so that laminating steps can be carried out quickly, without heat stress and without affecting the heat-sensitive thermal layers on the outside.
From this composite, the chip cards are now punched out with conventional tools. Subsequently, each chip card is read out electronically and the unique chip number is printed as a barcode and also in plain text on one of the pages. FIG. 5 represents a chip card prepared in this way. Patent Application Chip Card 12.03.2008 Page 7/12
The chip card according to the method described here is inexpensive and can be produced quickly. It has an excellent mechanical stability due to the protected design of the chip despite the use of thin plastic films for the card body and can be used for a long time. After the chip ID is printed on the card readable, the chip card is particularly suitable for bookings on the Internet. Here the authorization is stored electronically on the card and cards can still be used even if they could no longer be processed in a printer or coder because of external mechanical damage.
Innsbruck, 12.03.2008
Cards & Production GmbH
^ C ^
<EMI ID = 6.1>