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Die Erfindung betrifft ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung desselben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
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Ein Transponder mit einem Chip und einer Spule als Antenne ermöglicht einen kontaktlosen Zugriff auf einen den Chip enthaltenden Speicher. In Karten angeordnete Transponder werden beispielsweise im Zusammenhang mit automatisierten Zutrittskontrollen, als Tickets, im Zusammenhang mit sicherheitsrelevanten Informationen als Pässe und Banking Cards, und im Zusammenhang mit der Herkunftskennzeichnung als Smart Labels und Etiketten verwendet.
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Es sind auch Chipkarten bekannt, bei denen ein kontaktbehafteter Zugriff auf den Speicher ermöglicht ist. Bei dem kontaktbehafteten Zugriff werden Kontaktflächen des Chips in einem Kartenlesegerät elektrisch mittels physikalischem Kontakt abgetastet, so dass eine Datenübertragung ermöglicht wird.
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Bei so genannten „dual interface“-Karten sind die Möglichkeiten des kontaktlosen Zugriffs und des kontaktbehafteten Zugriffs kombiniert. Die „dual interface“-Karte verfügt daher sowohl über ein Kontaktfeld für die kontaktbehaftete Datenübertragung als auch über eine Antenne für die kontaktlose Datenübertragung.
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Es ist bekannt, dass Zwischenprodukte bei der Herstellung von Chipkarten erzeugt bzw. verwendet werden, da einzelne Herstellungsschritte auf unterschiedliche Hersteller verteilt sind. Beispielsweise wird von einem Hersteller bzw. Zulieferer das kartenförmige Raumgebilde mit einer darin angeordneten Antenne als Zwischenprodukt hergestellt. Daran anschließend verwendet ein weiterer Hersteller das Zwischenprodukt durch Einsetzen eines Chipmoduls in das kartenförmige Raumgebilde mit der Antenne. Dazu wird durch Fräsen eine Ausnehmung in das Raumgebilde unter Freilegen von Kontaktflächen der Antenne ausgebildet, so dass ein Chipmodul in das Raumgebilde eingebracht werden kann unter elektrischer Verbindung des Chipmoduls mit den Kontaktflächen der Antenne.
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Aus
DE 197 09 985 A1 ist eine Chipkarte für die kontaktlose und kontaktbehaftete Datenübertragung bekannt, die eine Antennenschicht mit einer Antenne aufweist. An den Enden der Antenne, die mit einem Chip verbunden werden sollen, sind Verdickungen vorgesehen, die durch einen Lötauftrag gebildet sind. Die mit den Verdickungen ausgebildete Antennenschicht ist zwischen einer oberen und einer unteren Deckschicht eingeschlossen. In das so ausgestaltete Halbzeug bzw. Zwischenprodukt wird eine Ausnehmung so tief gefräst, dass in dem Bereich, in welchem der Träger des Chips später zu liegen kommt, die Verdickungen mit angefräst bzw. abgefräst werden, so dass sie in einer Bodenfläche der Ausnehmung freiliegende Zugangsflächen bilden. Nachdem der Chip mit Träger in die Ausnehmung der Karte eingesetzt wurde, wird ein Lötwerkzeug auf die Antennenkontakte aufgesetzt, so dass das in ihnen enthaltene Lot schmilzt und auch die darunterliegenden Verdickungen, welche aus Lötmaterial gebildet sind, mit anschmelzen. Dadurch wird eine durchgehende Verlötung zwischen den Chipkontakten und den Außenkontakten und über die Anschlußdrähte zum IC geschaffen.
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Eine derartige Verbindung ist aufwändig bei der Herstellung, da genau auf den Enden der Antenne die Verdickungen aus Lot positioniert sein müssen und zudem die Gefahr besteht, dass die gebildeten Lötpunkte in einer flexiblen dünnen Karte ertastbar, d.h. haptisch zu erkennen, sind.
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Aus
DE 199 47 596 A1 ist eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Betrieb bekannt, bei der zur Verbindung von Spulenenden einer Antenne mit einem Chipmodul eine Kontaktierungseinrichtung vorgesehen ist. Die Kontaktierungseinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kontaktierungsbrücke mit einem Kontaktverbindungselement. Die Kontaktierungsbrücke muss zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit den Spulenenden lagerichtig positioniert werden, wobei ein Ende des Kontaktverbindungselementes durch eine Trägerschicht, die die Antenne trägt, geführt werden muss, um auf die Trägerschicht aufgesetzt zu werden.
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Eine solche Kontaktierung ist aufwändig und die im wesentlichen sich durch die ganze Dicke der Chipkarte erstreckenden Abschnitte des Kontaktverbindungselementes sind bei dünnen Karten haptisch zu erkennen.
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Aus
DE 197 41 984 B4 ist eine Chipkarte bekannt, die Verbindungsmaterialaufnahmebereiche aufweist, die zur Aufnahme von Verbindungsmaterial für die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Kontaktenden einer Spulenanordnung und Kontaktflächen eines Chipmoduls dienen. Zur Applikation und Kontaktierung des Verbindungsmaterials ist eine Applikations- und Kontaktierungseinrichtung vorgesehen.
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Nachteilig dabei ist, dass das Verbindungsmaterial genau in den ausgebildeten Verbindungsmaterialbereichen appliziert werden muss. Die beschriebene Applikations- und Kontaktierungseinrichtung ist für eine dosierte Abgabe von Verbindungsmaterial ausgestaltet. Zudem ist die Chipmodulaufnahme in Folge der daran angepassten Verbindungsmaterialaufnahmebereiche schon im Halbzeug vorgefertigt, und es besteht keine Möglichkeit der Anpassung an unterschiedlich große Chipmodule bzw. unterschiedlich große Träger der Chipmodule. Ferner sind die Verbindungsmaterialaufnahmebereiche und die Chipmodulaufnahme beim Transport des Halbzeugs bzw. Zwischenprodukts zum nächsten Hersteller ungeschützt.
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Aus
DE 197 09 985 A1 ist ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 8 bekannt.
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Aus
DE 196 09 149 A1 ist eine Chipkarte und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt, bei der Anschlusskontakte vorgesehen sind.
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Aus
DE 195 00 925 A1 ist eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung bekannt, die ein separat in einen Kartenkörper eingebautes Übertragungsmodul mit einer Trägerschicht und ein getrennt vom Übertragungsmodul in den Kartenkörper eingebautes Chipmodul aufweist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. ein Verfahren zum Herstellen desselben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 zu schaffen, bei dem ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders bei hoher Qualität kostengünstig mit geringem Aufwand für eine sichere Verbindung der Antenne mit einem nach Ausfräsen einzusetzenden Chipmodul und dünn ausgebildet herzustellen ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 8 gelöst.
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In das Zwischenprodukt bzw. Halbzeug kann von einem Hersteller in einem Bearbeitungsschritt eine Ausnehmung gefräst werden, in die ein Chip bzw. Chipmodul eingesetzt wird, um den Transponder zu bilden. Die Antenne ist in dem Raumgebilde angeordnet, so dass keine elektrischen Komponenten vor dem Bearbeitungsschritt des Fräsens ungeschützt vorliegen, die bei einem Transport des Zwischenprodukts Schaden nehmen könnten. Mit den Kontaktflächen ist die Ausbildung einer Anschlussfläche für jedes Ende der Antenne möglich durch einfachen Kontakt eines der Enden der Antenne mit jeweils einer Kontaktfläche. Die Verbindung wird dadurch erreicht, dass ein Ende der Antenne auf bzw. in die Nähe der Kontaktfläche gebracht wird. Die Verbindung erfolgt durch mechanischen Kontakt zwischen je einer Kontaktfläche und je einem Ende der Antenne, und es wird eine dauerhafte elektrische Verbindung erzielt, die eine geringe Dicke aufweist und nicht punktförmig als solche von außen durch Tasten erkennbar ist. Die einzelnen Verfahrensschritte sind einfach. Es werden keine teuren Werkzeuge benötigt. Die großflächigen Auflageanschlusselemente sind nicht nur bei der Positionierung der Enden der Antenne hilfreich, sondern auch beim späteren Einsetzen eines Chips in eine ausgefräste Ausnehmung in das Raumgebilde. Die Auflageanschlusselemente bieten nämlich neben den großflächigen Kontaktflächen auch große Kontaktbereiche für den Chip bzw. das Chipmodul. Dies ist deswegen interessant, da die Verwender des Zwischenprodukts die Karte, d.h. das Raumgebilde an sich bearbeiten. Aufgrund von Fertigungstoleranzen - im vorliegenden Fall werden die Karten aus einem „Bogen“ ausgestanzt - kann sich die relative Lage der Antenne mit den entsprechenden Anschlüssen um etwa 1 bis 2 mm verschieben, was sehr große Probleme beim Auffinden der Kontaktpunkte für den Chip bedeuten kann. Ferner sind die großflächigen Auflageanschlusselemente nicht punktförmig erfühlbar, vielmehr ergibt sich eine flache Struktur, bei der keine Elemente aufgrund der dünnen Ausbildung der Verbindung haptisch erkennbar sind. Durch die vorgenannte Ausbildung des Zwischenprodukts ist es möglich, dieses durch eine einmalige Laminierung, d.h. die einmalige Beaufschlagung mit Wärme und Druck, zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist zwischen den beiden Auflageanschlusselementen ein diese verbindender flächiger Kondensator angeordnet. Der Kondensator ist damit quasi elektrisch parallel zum einzusetzenden Chip geschaltet. Bevorzugt weist der Kondensator eine Kapazität von 17, 30 oder 34 pF auf. Die Spulenanzahl der Antenne kann durch den Kondensator wesentlich verringert werden, da weniger Induktivität benötigt wird. Ferner hat der Anmelder durch Versuche erkannt, dass ein flächiger Kondensator in dem Raumgebilde wünschenswert ist, da das Zwischenprodukt für eine „dual interface“-Karte eine kleinere Antenne (so genannte ½-size oder ½-ID-1-förmig) verwenden kann, um auf der Karte durch einen Hersteller noch etwas aufprägen zu können. Bevorzugt weist der Kondensator eine Dicke von ungefähr 40 bis 70 µm auf. Es wurd durch den Erfinder erkannt, dass dies nur durch einen Micafilm bzw. einen Micafilmkondensator geschafft werden kann, der die bevorzugte Ausführungsform darstellt.
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Vorzugsweise ist ein elektrisch leitfähiger Film, insbesondere Silberleitpaste, zur Vergrößerung der Fläche jeder Kontaktfläche vorgesehen. Durch die Vergrößerung der Fläche wird eine verbesserte elektrische Verbindung erreicht, indem es auf die Lage eines Endes der Antenne zur eigentlichen Kontaktfläche nicht genau ankommt. Der Kontakt zwischen einem Ende der Antenne und einer Kontaktfläche wird vergrößert, da der Film einen elektrischen Kontakt mit dem Auflageanschlusselement hat und das Ende der Antenne überdeckt. Der Film überdeckt die Kontaktfläche und erstreckt sich über die Kontaktfläche hinaus zumindest in eine Richtung des Endes der Antenne. Durch die großflächigen Kontaktflächen mit dem aufgebrachten Film werden für die Verbindung mit den Enden der Antenne große Bereiche bereitgestellt, die keine exakte Positionierung zwischen einer Anschlusstelle am Chip und einem Ende der Antenne erfordern. Es wird ein lötfreier Verbindungsprozess geschaffen, bei dem während der Ausbildung der Verbindung weder Wärme noch Druck aufgewendet werden müssen.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Verbindungen zwischen den Enden der Antenne und den Kontaktflächen auch über Lötpunkte erfolgen. Die Lötpunkte fallen aufgrund der großflächigen Auflageanschlusselemente beim Ertasten nicht so stark ins Gewicht.
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Bevorzugt weisen die Materiallagen für eine gute Handhabbarkeit PET (Polyethylenterephtalat), PI (Polyimid), PV (PVDF, Polyvinylidenfluorid) oder eine Kombination hiervon auf.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
- 1 bis 5 zeigen schematisch einzelne Schritte eines Ausführungsbeispiels zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Zwischenprodukts.
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1 zeigt eine Materiallage 1 aus einem laminierbaren Material, wie beispielsweise PET, PI, PVDF oder eine Kombination hiervon, auf dem zwei Auflageanschlusselemente 2, 3 angeordnet bzw. aufgelegt werden. Die Auflageanschlusselemente 2, 3 sind aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hoher Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer oder eine CuNiCo-Legierung, und etwa 100 µm dick. Die beiden dargestellten Auflageanschlusselemente 2, 3 überstreichen aufgelegt auf die Materiallage 1 mit ihren Außenseiten insgesamt eine rechteckige Fläche von etwa 20 mm x 28 mm. Die CuNiCo-Legierung bietet gegenüber Kupfer den Vorteil, dass die Auflageanschlusselemente keine oder nahezu keine Oberflächenoxidation zeigen, wenn sie aus diesem Material bestehen. Die CuNiCo-Legierung bietet eine bessere elektrische Kontaktierungsmöglichkeit.
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Die Auflageanschlusselemente 2, 3 weisen an jeweils einem Ende großflächige Kontaktflächen 4, 5 zum Kontakt mit den Enden 7, 8 einer als Spule ausgestalteten Antenne 6 (siehe 3) auf. Die beiden Kontaktflächen 4, 5 der Auflageanschlusselemente 2, 3 für eine Verbindung mit den Enden 7, 8 der Antenne 6 liegen einander gegenüber.
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Die Auflageanschlusselemente 2, 3 weisen ferner einander gegenüber liegende Kontaktbereiche 9, 10 zur Kontaktierung mit einem Chip bzw. Chipmodul auf.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt, dass ein flächiger Kondensator 11 auf die Auflageanschlusselemente 2, 3 derart aufgelegt wird, dass die Kontaktflächen 4, 5 elektrisch verbunden werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kondensator mit den Auflageanschlusselementen verlötet wird. Wichtig ist ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem Kondensator und den Auflageanschlusselementen. Die Verbindung mit den Auflageanschlusselementen geschieht derart, dass das ein mit den Auflageanschlusselementen zu verbindender Chip parallel zu dem Kondensator geschaltet ist. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Kondensator auch mit den Auflageanschlusselementen derart verbunden werden, dass die Kontaktbereiche elektrisch parallel zu dem Kondensator geschaltet werden und der Kondensator nicht direkt an bzw. auf den Kontaktflächen aufliegt.
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In 3 ist dargestellt, dass die als Spule ausgestaltete Antenne 6 auf die Materiallage 1 aufgelegt wird. Die Enden 7, 8 der Antenne 6 werden auf die Kontaktflächen 4, 5 bzw. in die Nähe derselben gebracht. Die Kontaktflächen 4, 5 sind zumindest in direkter Nähe zu den Enden 7, 8 der Antenne 6. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Antenne auch beispielsweise um eine geätzte Antenne handeln, die ebenfalls auf die Materiallage gelegt wird. Das Verfahren für die Herstellung des Zwischenprodukts ist von der Art der Antenne unabhängig.
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Es ist in einem weiteren Bearbeitungsschritt, der auch vorzugsweise weggelassen werden kann, vorgesehen, eine (Heiß-)Laminierung durchzuführen, d.h. ein Aufbringen von Druck und Wärme, um die aufgelegte Antenne 6, die aufgelegten Auflageanschlusselemente 2, 3 und den Kondensator 11 zumindest teilweise in die Materiallage 1 einsinken zu lassen, bzw. die Elemente auf der Materiallage 1 in einem ersten Schritt zu fixieren.
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Zur Sicherstellung einer guten elektrischen Verbindung zwischen den Enden 7, 8 der Antenne 6 und den Kontaktflächen 4, 5 können für jede Verbindung ein elektrisch leitfähiger Film 12, 13, vorzugsweise Silberpaste, auf den Bereich der Kontaktflächen 4, 5 und der Enden 7, 8 der Antenne 6 aufgebracht (siehe 4) werden. Der Film 12, 13 ist ungefähr 30 µm dick. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Film schon bevor die Antenne auf die Materiallage 1 abgelegt wird, auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Der Film wird dann so aufgebracht, dass die Kontaktflächen überdeckt werden. Die Fläche die der Film jeweils überdeckt, ist jeweils deutlich größer als die Kontaktfläche.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt der Film 12 sowohl die Kontaktfläche 4 als auch das Ende 7 der Antenne 6. Der Film 13 überdeckt die Kontaktfläche 5 und auch das Ende 8 der Antenne. Durch die Ausbildung der Filme 12, 13 wird für eine zuverlässige, dauerhafte und sichere Verbindung der Enden 7, 8 der Antenne 6 mit den Kontaktflächen 4, 5 gesorgt.
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In 5 ist gezeigt, dass auf die Struktur bzw. Anordnung der 4 eine Materiallage 15 gelegt wird. Die sich aus der 5 ergebende Struktur bzw. Anordnung wird (heiß-)laminiert zur Erzeugung eines kartenförmigen Raumgebildes mit glatten Oberflächen, in der die Antenne 6 angeordnet ist und geschützt vorliegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird noch eine Decklage 16 verwendet, die auf die Materiallage 1 laminiert wird. Sofern diese Laminierung die einzige Laminierung bei der Erzeugung des Zwischenprodukt darstellt (es wird auf die optionale Laminierung zuvor verzichtet) sinkt die Antenne 6 nun ebenso wie die Auflagenanschlusselemente 2, 3 zumindest teilweise in die Materiallage 1.
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Das Zwischenprodukt kann in einem „Bogen“ vorliegen, so dass mehrere kartenförmige Raumgebilde einstückig in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die Bögen weisen die Materiallagen 1 und 15 (eventuell noch die Decklage 16) sowie die dazwischen liegende Antennenschicht mit Antenne 6, Auflageanschlusselementen 2 und 3, sowie die elektrischen Filmen 12 und 13 auf. Der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls verwendete Kondensator 11 ist ebenfalls zwischen den Materiallagen 1 und 15 in jedem Raumgebilde des Bogens vorhanden. Die Raumgebilde können dann vom nächsten Hersteller bzw. Empfänger des Zwischenprodukts vereinzelt werden für die nachfolgende Bearbeitung.
