DE10113476C1 - Datenträger mit eingebetteter Spule und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers mit eingebetteter Spule vorgeschlagen. Die Spule (10) liegt auf einer Kernschicht (11) vor. Darüber wird eine Ausgleichsschicht (12) angeordnet, die Ausnehmungen (12b) im Bereich der Spulenanschlüsse (10b) aufweist. Auf der anderen Seite der Kernschicht (11) sind Ausgleichsstrukturen (15) aufgebracht, beispielsweise aufgedruckt, die den Ausnehmungen (12b) der Ausgleichsschicht (12) unmittelbar gegenüberliegen. Beim Laminieren drücken die Ausgleichsstrukturen (15) das Material der Kernschicht (11) und dementsprechend die Spulenanschlüsse (10b) in die Ausnehmungen (12b) der Ausgleichsschicht (12) hinein, so daß die Spulenanschlüsse (10b) in einer anderen Ebene liegen als die Spulenwindungen (10a) der Spulenstruktur (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenträger mit eingebetteter Spule, insbeson­ dere einen tragbaren Datenträger in Form einer Chipkarte, sowie ein Verfah­ ren zur Herstellung eines solchen Datenträgers.

Datenträger wie Ausweiskarten und dergleichen besitzen in der Regel auf ihrer Oberfläche personenbezogene Daten, mit denen der Datenträger für den jeweiligen Benutzer individualisiert wird. Im Falle von Chip- oder Ma­ gnetstreifenkarten sind die personenbezogenen Daten und/oder weitere Da­ ten zusätzlich oder ausschließlich in einem Chip oder auf einem Magnetstrei­ fen gespeichert. Im Zusammenhang mit Chipkarten, beispielsweise in Form von Telefonkarten, SIM-Karten für Mobilfunktelefone, Kreditkarten und dergleichen wird unterschieden zwischen kontaktbehafteten und kontaktlo­ sen Chipkarten. Im Falle einer kontaktbehafteten Chipkarte erfolgt die Ener­ gieversorgung und/oder der Datenaustausch über elektrische mechanische Kontaktierung zwischen einem Kartenterminal und den metallischen Kon­ taktflächen auf der Oberfläche der Chipkarte. Im Falle einer kontaktlosen Chipkarte erfolgt die Energieversorgung und/oder der Datenaustausch über eine in die Karte eingebettete Spule induktiv. Chipkarten, die sowohl mit metallischen Kontaktflächen als auch mit einer Spule ausgestattet sind, wer­ den auch als Dual-Interface-Karte bezeichnet.

Aus der DE 197 10 144 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer kontaktlo­ sen Chipkarte bekannt, bei der die Kontaktanschlüsse der Spule zur Kon­ taktierung der Spule mit einem in der Karte integrierten Chip in einer ande­ ren Ebene angeordnet sind als die Spule selbst. Dies wird erreicht, indem die Spule beim Herstellungsprozeß der Karte zunächst auf der Oberfläche einer Kartenkernschicht erzeugt wird und dann auf die Spule eine Abdeckschicht aufgelegt wird, die im Bereich der Kontaktanschlüsse Aussparungen besitzt.

Im daran anschließenden Laminierverfahren erweicht das Material der Kernschicht früher als das Material der Abdeckschicht und anderer Schich­ ten, so daß die Kartenkernschicht zusammen mit den Kontaktanschlüssen in die Aussparungen der Abdeckschicht hineingedrückt werden. Dann wird in das aus Kernschicht, Abdeckschicht und weiteren Schichten hergestellte Kar­ tenlaminat ein Hohlraum für ein Chipmodul eingefräst, wobei gleichzeitig die die Kontaktflächen bildenden, erhöhten Kontaktanschlüsse der Spule freigelegt werden. Das Chipmodul wird schließlich beim Implantieren in den Modulhohlraum mittels eines anisotropen Klebers elektrisch leitend mit den Kontaktanschlüssen der Spule verbunden.

Mittels dieses bekannten Verfahrens ist es möglich, die Spule in die mitein­ ander laminierten Schichten der Karte sicher einzubetten und gleichzeitig einen Teil der Spule als Kontaktflächen für das Chipmodul freizulegen, ohne daß beim Freilegen oder beim anschließenden Kontaktieren die Gefahr der Beschädigung oder der Kurzschlußbildung einzelner Windungen der Spule besteht.

Das bekannte Verfahren setzt allerdings voraus, daß die Kernschicht ge­ genüber der Abdeckschicht eine niedrigere Erweichungstemperatur besitzt. Es bedarf desweiteren einer exakten Temperaturführung, da zunächst ledig­ lich die Kartenkernschicht erweichen soll, um ein Verdrängen von Kern­ schichtmaterial in die Aussparungen der Abdeckschicht zu bewirken, und anschließend bei entsprechend erhöhter Temperatur auch die Abdeckschicht erweichen soll, um eine Verbindung zwischen Kernschicht und Abdeck­ schicht herzustellen. Temperaturverlauf und Schichtmaterialien müssen da­ her genau aufeinander abgestimmt sein. Die Anwendbarkeit des bekannten Verfahrens ist insoweit beschränkt.

Aus der DE 199 39 347 C1 ist eine Weiterbildung des in der zuvor genannten DE-C-197 10 144 beschriebenen Verfahrens bekannt, bei dem statt einer mit Ausnehmungen versehenen Abdeckschicht zwei oder mehr übereinander angeordnete Abdeckschichten verwendet werden. Auf diese Weise ist es möglich, Kontaktflächen auf unterschiedlichen Erhebungen innerhalb des Kartenkörpers anzulegen und entsprechend Kontaktierungen auf mehr als 2 Ebenen vorzunehmen. Das Verfahren weist im übri­ gen dieselben Anwendungsbeschränkungen auf, wie das in DE-C-197 10 144 beschriebene Verfahren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Datenträger mit ein­ gebetteter Spule sowie ein einfach beherrschbares Verfahren zur Herstellung eines solchen Datenträgers anzugeben, bei dem die Anschlußpunkte der Spule in einer anderen Ebene liegen als die Spule selbst.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs. Sie wird weiterhin gelöst durch einen Datenträger gemäß dem unabhängigen Anspruch 9.

Gemäß dem vorgeschlagenen Herstellungsverfahren wird eine einzubetten­ de Spule zunächst auf der Vorderseite einer Kernschicht aufgebracht und anschließend eine Ausgleichsschicht über der Spulenstruktur angeordnet. Die Ausgleichsschicht besitzt über den Abschnitten der Spulenstruktur, die später die Spulenanschlüsse bilden, Ausnehmungen. Während des Lami­ niervorgangs wird die Kernschicht mit den darauf aufgebrachten Abschnit­ ten der Spule in die Ausnehmungen gedrängt. Dieser Verdrängungsvorgang wird erfindungsgemäß durch Ausgleichsstrukturen unterstützt, die auf der Rückseite der Kernschicht gegenüber den Ausnehmungen der Ausgleichs­ schicht angeordnet werden und die während des Laminiervorgangs in die Kernschicht gedrückt werden. Dabei heben sie in diesem Bereich das Kern­ schichtmaterial zusammen mit den Spulenanschlüssen in die Ausnehmun­ gen der Ausgleichsschicht.

Zweckmäßig wird der Laminiervorgang mit einer oberen und einer unteren Deckschicht kombiniert, so daß die angehobenen Spulenanschlüsse und die Ausgleichsstrukturen, die während des Laminiervorgangs in die Kernschicht eindringen, jeweils durch eine Deckschicht abgedeckt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß an die zu verwen­ denden Materialien keine besonderen Anforderungen bestehen und für die einzelnen Schichten daher eine Vielzahl unterschiedlicher Materialien ge­ wählt werden kann. Insbesondere kann für alle Schichten das gleiche Mate­ rial verwendet werden, also Material mit identischer Erweichungstempera­ tur.

Vorteilhaft werden die Ausgleichsstrukturen aus einem Material gefertigt, das eine deutlich bessere Formbeständigkeit besitzt als die Schichtmateriali­ en oder zumindest erst bei einer erhöhten Laminiertemperatur seine Form­ beständigkeit verliert. Das für die Ausgleichsstrukturen gewählte Material muß während des Laminiervorgangs nicht notwendigerweise eine stoff­ schlüssige Verbindung mit den Schichtmaterialien eingehen und kann als Fremdkörper in der fertig laminierten Karte verbleiben.

Die Ausgleichsstrukturen werden vorzugsweise unmittelbar auf die Rücksei­ te der Kernschicht aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt. Anstatt die Aus­ gleichsstrukturen drucktechnisch auf die Kernschicht aufzubringen, können sie auch geklebt, dosiert oder gestempelt werden.

Da die Erscheinungsform der Kontaktanschlüsse der Spulenstruktur durch die Raumform der Ausgleichsstrukturen bestimmt wird, kann über deren Gestaltung in vorteilhafter Weise eine Wunschform für die Kontaktanschlüs­ se eingestellt werden.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß durch geeignete Gestaltung der Ausgleichsschicht und der Ausgleichsstruk­ turen Volumenänderungseffekte vermieden werden können.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltungsvariante der Erfindung können die Ausgleichsstrukturen auch auf einer separaten Schicht angeordnet sein, bei­ spielsweise einer äußeren Deckschicht des Laminats, die sich mit der Kern­ schicht während des Laminiervorgangs verbindet. Das hat den Vorteil, daß beide Schichten nur einseitig bedruckt werden müssen, die Kernschicht mit der Spule und die äußere Abdeckschicht mit den Ausgleichsstrukturen.

Die Ausgleichsschicht ist als mit Ausnehmungen ausgestattete Kunststoffolie ausgebildet und wird dem Laminiervorgang somit als separate Folie zuge­ führt. Alternativ kann auch vorgesehen sein, die Ausgleichsschicht mit ihren Ausnehmungen auf die Kernschicht aufzudrucken, bevor die Kernschicht mit weiteren Schichten, beispielsweise den beiden äußeren Kartendeck­ schichten, im Laminierprozeß zusammengeführt wird. Dementsprechend ist der eigentliche Laminiervorgang dann weniger komplex.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend beispielhaft be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Dual-Interface-Karte in Aufsicht;

Fig. 2 ein Karteninlett zur Herstellung einer Chipkarte gemäß Fig. 1;

Fig. 3 die Schichtabfolge einer Chipkarte 1 vor dem Laminiervorgang;

Fig. 4 den Schichtaufbau während des Laminiervorgangs;

Fig. 5 ein fertiges Laminat mit eingefrästem Chiphohlraum; und

Fig. 6 ein Laminat mit eingesetztem Chipmodul.

Fig. 1 zeigt einen tragbaren Datenträger 1 in Gestalt einer Dual- Interface-Chipkarte, welche zum einen ein eingesetztes Chipmodul 20 mit metallischen Kontaktflächen 21 zur berührenden Kontaktierung, zum ande­ ren eine in den Kartenkörper ausgebildete Spulenstruktur 10 für eine berüh­ rungslose Kontaktierung aufweist. Weiterhin sind auf der Vorderseite des, im folgenden kurz Karte genannten, Datenträgers 1 personenbezogene Da­ ten wie "Name", "Mitgliedsnummer" u. s. w. sowie ein Photo aufgebracht.

Die Spulenstruktur 10 ist in dem zwischen zwei Abdeckschichten 13, 14 be­ findlichen Kern des Kartenkörpers ausgebildet. Fig. 2 zeigt eine Kernschicht 11 in Form eines Karteninletts 11, das einen Teil des Kartenkerns der fertigen Karte bildet. Es trägt eine Spulenstruktur 10 mit einzelnen Spulenwindungen 10a sowie zwei Spulenanschlüssen 10b.

Die Spulenstruktur 10 kann in herkömmlicher Weise auf die Oberfläche des Karteninletts 11 geätzt, im Siebdruckverfahren aufgebracht oder als Verlege­ spule verlegt sein. Um zu vermeiden, daß sich Spulenwindungen 10a über­ schneiden, werden die Spulenwindungen 10a zwischen den Spulenanschlüs­ sen 10b hindurchgeführt, wobei zwischen den Spulenanschlüssen 10b genü­ gend Raum verbleiben muß, um später einen Chipkartenhohlraum in das Karteninlett 11 einfräsen zu können. Aus Symmetriegründen werden die Spulenwindungen 10a deshalb je zur Hälfte an den beiden Spulenanschlüs­ sen vorbeigeführt. Daneben ist es ebenso möglich, alle Spulenwindungen 10a an nur einem der beiden Spulenanschlüsse 10b vorbeizuführen.

Die Verwendung des Karteninletts 11 mit der Spulenstruktur 10 zur Her­ stellung einer Karte ist in den Fig. 3 bis 6 dargestellt, die vier Stadien der Herstellung einer Karte wiedergeben.

Fig. 3 veranschaulicht zunächst in aufgefächerter Darstellung die Abfolge der Schichten einer zu laminierenden Karte vor dem Laminieren. Vorzugs­ weise wird ein Mehrnutzenlaminat hergestellt, aus dem nachfolgend einzel­ ne Karten ausgestanzt werden. Die Schichtfolge beginnt mit einer unteren Abdeckschicht 13, über der das Karteninlett 11 liegt. Auf dieser liegt eine Ausgleichsschicht 12, die schließlich von einer oberen Abdeckschicht 14 ge­ folgt wird. Das Karteninlett 11 trägt auf einer Oberfläche die Spulenstruktur 10 mit den Spulenwindungen 10a und den beiden Spulenanschlüssen 10b. In der Ausgleichsschicht 12 befinden sich Ausnehmungen 12b, die über den Spulenanschlüssen 10b liegen und die etwas größer sind als das Volumen der Ausgleichsstrukturen 15. Die Ausgleichsschicht 12 kann, wie in Fig. 3 angedeutet, als separate Schicht vorliegen, die beim nachfolgenden Lami­ nieren mit den anderen Schichten verbunden wird. Sie kann alternativ auch in einem gesonderten Bearbeitungsschritt vor dem Laminiervorgang mit dem Karteninlett 11 verbunden, etwa aufgedruckt, werden. Auf der abge­ wandten Oberfläche des Karteninletts 11 sind den Spulenanschlüssen 10b gegenüberliegend Ausgleichsstrukturen 15 aufgebracht. Die Ausgleichs­ strukturen 15 bestehen beispielsweise aus einem Material, welches insbeson­ dere unter Laminierbedingungen eine wesentlich höhere Festigkeit besitzt als das Material des Karteninletts 11. Ihre Raumform bestimmt die spätere Erscheinungsform der Spulenanschlüsse 10b und ist entsprechend gestaltet. Vorzugsweise werden die Ausgleichsstrukturen 15 unmittelbar auf die Rückseite des Karteninletts 11 aufgedruckt. Daneben können sie auch ge­ klebt, dosiert oder z. B. in einem Hot-Stamping Verfahren gestempelt wer­ den.

Die in Fig. 3 dargestellte Folge von Kartenschichten 11 bis 14 wird sodann unter Druck- und Temperatureinfluß zusammenlaminiert. Fig. 4 veran­ schaulicht das Verhalten der einzelnen Kartenschichten in einem solchen Laminiervorgang. Dabei drücken die Ausgleichsstrukturen 15 das Material des Karteninletts 11 in die Ausnehmungen 12b der Ausgleichsschicht 12, wodurch die Spulenanschlüsse 10b bis an die Unterseite der oberen Abdeck­ schicht 14 angehoben werden. Die Spulenwindungen 10a drücken sich zu­ gleich in das Material der Ausgleichsschicht 12 ein. Je nach Materialwahl kann vorgesehen sein, daß sich die Spulenwindungen 10a teilweise auch in das Karteninlett 11 eindrücken. In jedem Falle ist aber sichergestellt, daß die Spulenwindungen 10a fest in die Schichten der Karte eingebettet sind und sich in einer anderen Ebene befinden als die angehobenen Spulenanschlüsse 10b.

Alternativ zu der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform können die Aus­ gleichsstrukturen 15, anstatt auf der Rückseite des Karteninletts 11 angeord­ net zu sein, auch auf die daran angrenzende untere Abdeckschicht 13 aufge­ bracht werden. Art und Weise des Aufbringens können dabei beibehalten werden, d. h. die Ausgleichsstrukturen 15 können insbesondere aufgedruckt, aufgeklebt, dosiert oder gestempelt werden.

Fig. 5 zeigt einen fertigen Datenträgerkörper 16. Die einzelnen Schichten 11 bis 14 haben sich während des Laminierprozesses zu einem gemeinsamen Datenträgerkörper 16 verbunden, in dem die Spulenwindungen 10a mit aus der Spulenebene heraus gehobenen Spulenanschlüssen 10b eingebettet sind. Abhängig von dem gewählten Material bilden die Ausgleichsstrukturen 15 in dem Datenträgerkörper 16 selbständige, funktionslose Elemente. Alterna­ tiv verbinden sich die Ausgleichsstrukturen 15 mit dem Kunststoffmaterial des Datenträgerkörpers 16 und werden zu einem integralen Bestandteil des Datenträgerkörpers 16. Hierfür bestehen die Ausgleichsstrukturen 15 z. B. aus Thermoplast, der sich aber gegebenenfalls noch strukturell oder farblich von dem umgebenden Material unterscheiden kann. In dem Datenträger­ körper 16 ist, etwa durch Fräsen, ferner eine gestufte Aussparung 17 ausge­ bildet dessen obere Stufe dabei so tief ausgeführt ist, daß die Spulenan­ schlüsse 10b auf dem Grund der Aussparung 17 freiliegen. Da die Spulenan­ schlüsse 10b aus der Ebene der Spulenwindungen 10a herausgehoben sind, ist sichergestellt, daß die - tiefer liegenden - Spulenwindungen 10a bei der Herstellung der Aussparung 17, also etwa bei einem Fräsvorgang, nicht be­ schädigt werden.

Fig. 6 zeigt eine fertige Karte mit einem in die Aussparung 17 eingebrachten Chipmodul 20. Das Chipmodul kann zur Realisierung einer Dual- Interface-Karte mit Kontaktflächen 21 zur berührenden Kontaktierung ver­ sehen sein. Am Grund der Aussparung 17 ist es über Kontaktkleberpunkte 22 elektrisch leitend mit den Spulenanschlüssen 10b der Spulenstruktur 10 verbunden. Weitere Klebepunkte können vorgesehen sein, um eine feste Verbindung des Chipmoduls 20 in der Aussparung 17 sicherzustellen.

Es versteht sich, daß das vorbeschriebene Verfahren im Rahmen des grund­ legenden Ansatzes, durch den Einsatz von Ausgleichsstrukturen an der Un­ terseite einer Kernschicht eine gezielte Anhebung einer auf der Oberseite befindlichen Funktionsstruktur zu bewirken, eine Vielzahl von Ausfüh­ rungsvarianten erlaubt. Dies gilt etwa hinsichtlich Anbringung, Material, Form und Anzahl der Ausgleichsstrukturen oder hinsichtlich der Funktion der angehobenen Strukturen. Insbesondere ist das beschriebene Verfahren nicht auf die Herstellung von Dual-Interface-Chipkarten beschränkt, son­ dern eignet sich vielmehr allgemein zur Herstellung beliebiger Karten, die über eingebettete Funktionsstrukturen verfügen.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers mit eingebetteter Spule um­ fassend die folgenden Schritte:

• - Bereitstellen einer Kernschicht (11) mit einer Vorder- und einer Rück­ seite,
• - Aufbringen einer Spulenstruktur (10) auf der Vorderseite der Kern­ schicht (11),
• - Aufbringen einer Ausgleichsschicht (12) auf die Kernschicht (11), wel­ che im Bereich (10b) der Spulenstruktur (10) Ausnehmungen (12b) aufweist, an
• - Anordnen von Ausgleichsstrukturen (15) an der Rückseite der Kern­ schicht (11) gegenüberliegend zu den Ausnehmungen (12b) in der Ausgleichsschicht (12), und
• - Laminieren der Kernschicht (11), der Ausgleichsschicht (12) und der Ausgleichsstrukturen (15) derart, daß die Ausgleichsstrukturen (15) in die Kernschicht (11) eindringen und einen Teil der Kernschicht (11) mit den darauf aufgebrachten Bereichen (10b) der Spulenstruktur (1C) in die Ausnehmungen (12b) der Ausgleichsschicht (12) verdrängen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Deckschicht (14) über die Ausgleichsschicht (12) laminiert wird und eine Aussparung (17) in die erste Deckschicht (14) zur Aufnahme eines Chipmo­ duls (20) eingefräst wird, wobei die in die Ausnehmungen (12b) der Aus­ gleichsschicht (12) verdrängten Abschnitte (10b) der Spulenstruktur (10) zu­ mindest teilweise freigelegt werden und Spulenanschlüsse (10b) für ein Chipmodul bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Chipmodul (20) in die Aussparung (17) eingesetzt und mit den Spulenanschlüssen (10b) elektrisch leitend ver­ bunden wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsstrukturen (15) auf die Rückseite der Kernschicht (11) aufgebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsstrukturen (15) auf einer separaten Schicht (13) aufge­ bracht werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsstrukturen (15) durch Drucken, Kleben, Dosieren oder Stempeln aufgebracht werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausgleichsschicht (12) mit den Ausnehmungen (12b) eine Folie verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht (12) mit den Ausnehmungen (12b) auf die Kern­ schicht (11) aufgedruckt wird.

9. Tragbarer Datenträger (1) mit einer eingebetteten Spulenstruktur (10), welche Spulenwindungen (10a) sowie damit verbundene Kontaktschlüsse (10b) aufweist, wobei die Spulenwindungen (10a) in dem Datenträger (1) in einer ersten Ebene angeordnet sind und sich die Kontaktanschlüsse (10b) in eine zweite Ebene erstrecken, und wobei sich in einer dritten Ebene gegen­ über den Kontaktanschlüssen (10b) separate Ausgleichsstrukturen (15) befin­ den.

10. Datenträger nach Anspruch 9, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.