DE102010019121A1

DE102010019121A1 - Abschirmung eines integrierten Schaltkreises in einem Wert- oder Sicherheitsdokument

Info

Publication number: DE102010019121A1
Application number: DE201010019121
Authority: DE
Inventors: Joachim Kloeser; Denis Holinski; Dr. Muth Oliver; Dr. Paeschke Manfred
Original assignee: Bundesdruckerei GmbH
Current assignee: Bundesdruckerei GmbH
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-03
Anticipated expiration: 2030-05-01
Also published as: DE102010019121B4; WO2011134862A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Wert- oder Sicherheitsdokument 10 mit einem integrierten Schaltkrei verbundenen Antenne 14, wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument 10 eine Abschirmung 18 des integrierten Schaltkreises 12 aufweist, welche den integrierten Schaltkreis 12 gegen Angriffe mit elektromagnetsicher Strahlung schützt, wobei die Abschirmung durch jeweils eine weichmagnetische Ferrite enthaltende und den integrierten Schaltkreis beidseitig bedeckende Schicht und/oder durch einen faradayschen Käfig gebildet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Wert- oder Sicherheitsdokument mit einem integrierten Schaltkreis und einer mit dem integrierten Schaltkreis verbundenen Antenne.
Stand der Technik
Wert- und Sicherheitsdokumente werden in zunehmendem Maße durch die Integration elektronischer Komponenten abgesichert. Eine besondere Bedeutung hat die Verwendung von RFID (Radio-frequency identification, funkbasierte Identifikation) insbesondere in elektronischen Reisedokumenten erhalten. Anwendung finden hier vor allem ICs gemäß ISO 14443A/B, welche in maschinenlesbaren Reisedokumenten gemäß ICAO 9303 MRTD eingesetzt werden. Hierzu wird ein integrierter Schaltkreis (IC) mit einer Antenne in das Wert- oder Sicherheitsdokument integriert. Typischerweise werden die ICs in ein so genanntes Modul eingebettet. Dieses weist zum einen einen meist metallischen Rahmen für die Stabilität auf. In diesem Rahmen ist der IC mittels einer Vergussmasse eingebettet. Diese Vergussmasse stellt über die mechanische Absicherung zum anderen auch einen Schutz gegen Angriffe mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere sichtbaren Lichtes, dar. Nachteil dieser Module ist die große Bauhöhe sowie die Steifigkeit. Ein Modul ist in einem Dokument ein Fremdkörper. Durch Belastungen, zum Beispiel Biegebelastungen, kann das Dokument an der Stelle, an welcher das Modul eingebettet ist, zerstört werden.
Aus diesem Grund werden seit Kurzem gedünnte ICs auf Siliziumbasis verwendet. Hierzu wird der Siliziumträger des ICs soweit gedünnt, dass der IC eine Dicke von nur noch 1 bis 80 μm aufweist. Hierdurch wird der IC flexibel und kann gut in ein Dokument integriert werden, ohne dass ein Herausbrechen des ICs möglich ist. Nachteilig ist jedoch, dass der IC dadurch gegenüber der Umgebung nicht abgeschirmt ist. Dadurch kann die Funktionsweise des ICs beeinträchtigt sein. Durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung, insbesondere mit einer Wellenlänge von weniger als 1100 nm, können im Silizium des integrierten Schaltkreises freie Ladungsträger erzeugt werden. Dies führt zur Fehlfunktion und kann gegebenenfalls für einen gezielten Angriff auf den IC genutzt werden. Weiter ist bekannt, dass elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Mikrowellenstrahlung, welche eine Wellenlänge zwischen 1 m und 1 mm aufweist, einen IC irreversibel beschädigen kann.
Aus der DE 10 2004 056 829 A1 ist die Integration eines ungehausten IC-Elements in ein Trägermaterial bekannt. Weiter ist offenbart, dass durch selektive Druckausübung im Bereich des einzusetzenden IC-Elements ein Untergrund mit Anschlussflächen komprimiert wird, wodurch die Leitfähigkeit der aufgedruckten Spulen erhöht wird.
Aus der EP 0 706 152 A2 sind eine Chip-Karte und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Die Kontaktierung des Chips erfolgt mittels flip-chip-Technik.
Aus der DE 10 2006 059 454 A1 ist ein Dokument mit einem integrierten kontaktlos auslesbaren Chip bekannt, welches eine Chipfolie enthält. Der Chip hat eine Dicke von höchstens 50 μm. Er ist über kovalente Bindungen an die Polymermatrix der Trägerfolie angebunden, sodass der Chip integraler Bestandteil des Dokuments ist. Weiter ist bekannt, dass der Chip prinzipiell durch eine zusätzliche Schutzschicht gegen Licht geschützt werden kann. Diese kann in Form beispielsweise einer Metallisierung realisiert werden.
Problem nach dem Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung
Bei Dokumenten gemäß dem Stand der Technik ist es nicht möglich, einen integrierten Schaltkreis flexibel in ein Wert- oder Sicherheitsdokument zu integrieren und gleichzeitig den integrierten Schaltkreis optimal gegen Angriffe zu schützen.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Wert- oder Sicherheitsdokument zu schaffen, welches einen flexiblen und gegen Angriffe mit elektromagnetischer Strahlung in einem möglichst breiten Frequenzbereich geschützten integrierten Schaltkreis aufweist.
Beschreibung der Erfindung und bevorzugte Ausführungsformen
Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Wert- oder Sicherheitsdokument weist eine Vorder- und eine Rückseite auf. Beispielsweise kann es sich bei dem Wert- oder Sicherheitsdokument um einen Personalausweis handeln. Die Vorderseite trägt dann zum Beispiel das Passbild sowie den Namen des Inhabers. Die Rückseite kann weitere Angaben enthalten, zum Beispiel die Anschrift. Hierbei ist es jedoch nicht erfindungswesentlich, welche Seite als Vorder- und welche als Rückseite definiert wird. Ferner weist das Wert- oder Sicherheitsdokument einen integrierten Schaltkreis und eine Antenne auf. Der integrierte Schaltkreis ist mit der Antenne verbunden. Der integrierte Schaltkreis ist typischerweise parallel zur Vorder- und Rückseite des Wert- oder Sicherheitsdokument angeordnet. Um den integrierten Schaltkreis gegen Angriffe zu schützen, weist das Dokument eine Abschirmung für den integrierten Schaltkreis auf. Die Abschirmung des integrierten Schaltkreises ist erfindungsgemäß durch einen faradayschen Käfig oder durch jeweils eine weichmagnetische Ferrite enthaltende und den integrierten Schaltkreis beidseitig bedeckende Schicht oder eine Kombination dieser beiden Abschirmungen gebildet.
Elektromagnetische Strahlung kann über die Wechselwirkung des elektrischen und/oder magnetischen Feldes mit einer Abschirmung abgeschirmt werden. Durch die elektrische Leitfähigkeit des faradayschen Käfigs einerseits wird ein elektrisches Feld derart verändert, dass im Inneren ein feldfreier Raum entsteht oder dass das elektrische Feld im Inneren zumindest stark abgeschwächt ist. Diese Art der Abschirmung ist sehr effizient für niedrige Frequenzen, insbesondere für Mikrowellen, Radiowellen und elektrische Entladungen.
Elektromagnetische Strahlung kann andererseits über die Wechselwirkung des magnetischen Feldes mit einer Abschirmung abgeschirmt werden. Durch eine Abschirmung aus weichmagnetische Ferrite enthaltenden und den integrierten Schaltkreis beidseitig bedeckenden Schichten befindet sich der integrierte Schaltkreis in einem Bereich, in welchem das magnetische Feld stark gedämpft ist. Weichmagnetische Ferrite zeichnen sich durch eine sehr geringe Koerzitivfeldstärke aus. Das bedeutet, dass diese ein magnetisches Feld sehr gut abschirmen, jedoch keine große Dämpfung für den aus Antenne und integriertem Schaltkreis gebildeten Schwingkreis verursachen. Um eine Absorption und Emission von elektromagnetischer Strahlung über die Antenne zu ermöglichen, ist es auch notwendig, die räumliche Begrenzung der Abschirmung möglichst klein zu halten, damit die Antenne möglichst wenig gestört wird.
Darüber hinaus weisen metallische Strukturen reflektierende Eigenschaften im Bereich des sichtbaren Lichts auf, welche als metallischer Glanz bekannt sind. Ferrite weisen dagegen eine starke Absorption im sichtbaren Spektralbereich auf. Somit ist die Abschirmung auch im sichtbaren Spektralbereich effektiv.
Die weichmagnetische Ferrite enthaltenden und den integrierten Schaltkreis beidseitig bedeckenden Schichten und/oder der faradaysche Käfig können drucktechnisch erzeugt sein. Besonders bevorzugt erfolgt der Druck mittels Siebdruck. Um die Abschirmung besonders effektiv auszuführen, können mehrere Abschirmungen vorhanden sein. Beispielsweise können mehrere Abschirmungen drucktechnisch auf gegenüberliegende Seiten einer Folie aufgebracht sein.
Vorteil dieser Ausführungsform ist zum einen die in einem Druckgang erzielte doppelte Schichtstärke der Druckschicht und somit eine besonders wirksame Abschirmung. Zum anderen kann hierdurch eine Struktur erzeugt werden, welche gegenüber bestimmten Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums Interferenzeffekte erzeugt, welche über die Dicke der Folie eingestellt werden können.
Weiter kann die Abschirmung in Form einer Folie in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht sein. Die Folie kann zum Beispiel aus einem elektrisch leitfähigen oder einem weichmagnetischen Material bestehen. Als weichmagnetische Ferrite können insbesondere mit Mangan, Nickel und/oder Zink dotierte Eisenoxide eingesetzt werden, welche in eine Polymermatrix der Folie eingebettet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Abschirmung des integrierten Schaltkreises weichmagnetische Ferrite, wobei es sich bei den Ferriten um mit Mangan, Nickel und/oder Zink dotierte Eisenoxide handelt. Die weichmagnetischen Ferrite werden bevorzugt drucktechnisch auf eine Folie aufgebracht, das zusammen mit anderen Folien das Wert- oder Sicherheitsdokument bildet. Als Druckverfahren eignen sich Hoch-, Flach-, Tief- und Durchdruckverfahren, insbesondere Siebdruck und Dispensen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Abschirmung des integrierten Schaltkreises durch einen faradayschen Käfig gebildet, wobei jeder Bestandteil, aus dem der faradaysche Käfig gebildet ist, bevorzugt einen spezifischen Flächenwiderstand von 10^–2 bis 10⁸ Ohm/Quadrat aufweist, besonders bevorzugt von 10^–2 bis 10⁶ Ohm/Quadrat, ganz besonders bevorzugt von 10^–1 bis 3 × 10^–1 Ohm/Quadrat. Wesentlich für den faradayschen Käfig ist, dass die Bestandteile des faradayschen Käfigs, das heißt beispielsweise ein oberhalb des integrierten Schaltkreises angeordneter Käfigbestandteil und ein unterhalb des integrierten Schaltkreises angeordneter Käfigbestandteil, elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind. So kann der faradaysche Käfig zum Beispiel durch ein elektrisch leitfähiges Gewebe gebildet werden, das den integrierten Schaltkreis von oben und von unten abdeckt (oberer und unterer Käfigbestandteil), wobei die beiden Abdeckungen elektrisch miteinander verbunden sind. In einer anderen Ausführungsform kann der faradaysche Käfig aus zwei im Wesentlichen planparallelen Ebenen, beispielsweise aus Druckschichten, bestehen, welche wenigstens einen elektrischen Kontakt miteinander aufweisen. Der elektrische Kontakt kann beispielsweise über wenigstens eine Durchkontaktierung erzeugt sein. Ist der spezifische Flächenwiderstand der einzelnen Käfigbestandteile größer als 10⁸ Ohm/Quadrat, so ist die Abschirmung gegen elektrische Felder nur sehr gering. Ist der spezifische Flächenwiderstand kleiner als 10^–2 Ohm/Quadrat, so werden durch die in der Antenne fließenden Ströme zu starke Wirbelströme in der Abschirmung induziert, sodass die Antenne dem IC nicht ausreichend Leistung zur Verfügung stellen kann. Beispielsweise liegt die Dämpfung bei einem Flächenwiderstand von 0,1 bis 0,3 Ohm/Quadrat bei einer Frequenz für eine RFID-Anwendung von 13,56 MHz in einem Bereich von 87 bis 117 dB.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der faradaysche Käfig durch wenigstens ein Material, ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ruß, Graphit, ein- und mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (single-walled carbon nanotubes, SWCNT, und multiwalled carbon nanotubes, MWCNT), Fullerene, Nickel, Kupfer und Silber gebildet.
Der faradaysche Käfig kann in einer alternativen Ausführungsform durch ein elektrisch leitfähiges Gewebe gebildet werden. Als elektrisch leitfähige Gewebe können Gewebe eingesetzt werden, welche aus Metalldrähten gewoben sind oder welche aus elektrisch leitfähigen Polymeren, insbesondere Polyanilin, bestehen.
Bei der Auslegung der Abschirmung ist zu beachten, dass elektromagnetische Strahlung, welche eine Wellenlänge aufweist, welche kleiner ist als die von Öffnungen bzw. Löchern in der Abschirmung, nicht oder nicht vollständig abgeschirmt werden. Da die Abschirmung wenigstens im Bereich der Leiterbahnen der Antenne nicht geschlossen sein kann, kann keine vollständige Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung mit sehr hoher Frequenz erzielt werden. Eine Abschirmung gegen Mikrowellenstrahlung, welche Wellenlängen im cm-Bereich aufweist, ist jedoch mit einer Abschirmung sehr effizient möglich, die Öffnungen im Bereich bis zu 1 mm aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen der wenigstens eine erste Bereich (oberhalb des integrierten Schaltkreises) und der wenigstens eine zweite Bereich (unterhalb des integrierten Schaltkreises) jeweils wenigstens zwei Stromsammelbalken auf. Die Stromsammelbalken stehen mit der elektromagnetischen Abschirmung des faradayschen Käfigs in dem ersten Bereich bzw. dem zweiten Bereich in einem elektrischen Kontakt und stellen dadurch eine elektrische Kontaktierung der elektromagnetischen Abschirmungsbereiche dar. Die Stromsammelbalken grenzen hierzu vorzugsweise unmittelbar an mindestens eine Seite der jeweiligen Felder der elektromagnetischen Abschirmungsbereiche an. Durch die Stromsammelbalken wird die elektrische Leitfähigkeit der gesamten Abschirmung verringert, wobei jedoch nur eine geringe Menge hochleitfähigen Materials für die Stromsammelbalken eingesetzt werden muss. Die Stromsammelbalken des wenigstens einen ersten und des wenigstens einen zweiten Bereichs sind durch wenigstens eine Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden. Bevorzugt sind die einerseits oberhalb und andererseits unterhalb des integrierten Schaltkreises angeordneten Stromsammelbalken an vier Stellen zumindest punktuell miteinander verbunden. Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die Abschirmung in dem wenigstens einen ersten Bereich und die Abschirmung in dem wenigstens einen zweiten Bereich einen verhältnismäßig hohen Widerstand, zum Beispiel 10⁶ bis 10⁸ Ohm/Quadrat aufweisen und somit zum Beispiel aus einem leitfähigen Polymer gebildet sein können. Die Stromsammelbalken weisen hingegen einen geringen Widerstand, zum Beispiel 0,01 bis 10 Ohm, auf und können hierzu insbesondere aus Kupfer oder Silber gebildet sein. Besonders bevorzugt sind der wenigstens eine erste und der wenigstens eine zweite Bereich jeweils vollständig von einem Stromsammelbalken umschlossen. Besonderer Vorteil dieser Ausführungsform ist die Kombination der guten elektrischen Leitfähigkeit der Materialien der Stromsammelbalken, welche sich jedoch oft nur schwierig mit dem Material des Dokuments verbinden, und der guten Integrationsfähigkeit zum Beispiel eines leitfähigen Polymers, welches jedoch eine geringe Leitfähigkeit aufweist.
Bevorzugt weist das Wert- oder Sicherheitsdokument das ID1 Format (85,60 mm × 53,98 mm), das ID2 Format (105 mm × 74 mm) oder das ID3 Format (125 mm × 88 mm) auf. Das Wert- oder Sicherheitsdokument kann von diesen Standardformaten insbesondere in der Stärke abweichen. Insbesondere kann die Dicke kleiner als 0,8 mm sein, bevorzugt kleiner als 0,6 mm, weiter bevorzugt kleiner als 0,5 mm und besonders bevorzugt kleiner als 0,4 mm.
Bei dem integrierten Schaltkreis handelt es sich vorzugsweise um einen gedünnten integrierten Schaltkreis. Unter einem gedünnten integrierten Schaltkreis wird ein integrierter Schaltkreis verstanden, welcher eine Dicke von höchstens 200 μm, bevorzugt von höchstens 100 μm, weiter bevorzugt von höchstens 80 μm und am meisten bevorzugt von höchstens 60 μm aufweist. Weiter weist der integrierte Schaltkreis eine Dicke von wenigstens 1 μm, bevorzugt wenigstens 10 μm, weiter bevorzugt wenigstens 15 μm, weiter bevorzugt wenigstens 20 μm und am meisten bevorzugt von wenigstens 25 μm auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der integrierte Schaltkreis ungehaust in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht. Dadurch wird eine besonders kompakte Anordnung in dem Laminat des Wert- oder Sicherheitsdokuments erreicht, sodass das Wert- oder Sicherheitsdokument eine besonders geringe Bauhöhe aufweisen kann. Ferner ist dadurch eine gute Einbindung des integrierten Schaltkreises in das Dokument möglich, sodass dieser ein integraler Bestandteil des Dokuments ist.
Weiterhin ist der integrierte Schaltkreis in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Flip-Chip-Klebertechnik in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht und mit der Antenne verbunden. Beispielsweise wird der integrierte Schaltkreis über einen anisotrop leitfähigen Kleber mit der Antenne elektrisch und mechanisch verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Antenne drucktechnisch erzeugt. Die Dicke der Antenne im Wert- oder Sicherheitsdokument (nach Trocknung und Lamination) beträgt bevorzugt höchstens 20 μm, besonders bevorzugt höchstens 17 μm. Die Dicke der Antenne beträgt bevorzugt wenigstens 7 μm, besonders bevorzugt wenigstens 10 μm. Der Widerstand der Antenne beträgt bevorzugt 3 bis 10 Ohm. Die Antenne weist bevorzugt 2 bis 10 Windungen, besonders bevorzugt 3 bis 6 Windungen, auf und ist vorzugsweise aus Leiterbahnen gebildet. Die Leitfähigkeit und Spannungsrissempfindlichkeit können durch den Zusatz von Kohlenstoffnanoröhren (carbon nanotubes, CNT), insbesondere von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (multi-walled carbon nanotubes, MWCNT) optimiert werden.
Das Wert- oder Sicherheitsdokument kann aus Polycarbonat (PC), insbesondere Eisphenol-A-Polycarbonat, Polyethylenterephthalat (PET), deren Derivaten wie Glykol-modifiziertem PET (PETG), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylbutyral (PVB), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyvinylphenol (PVP), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), thermoplatischen Elastomeren (TPE), insbesondere thermoplastischem Polyurethan (TPU), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Teslin^® und Papier sowie deren Derivaten bestehen. Ferner kann das Dokument auch aus einer Kombination von mehreren dieser Materialien bestehen. Bevorzugt besteht das Wert- oder Sicherheitsdokument aus PC oder PC/TPU/PC. Bevorzugt wird das Wert- oder Sicherheitsdokument aus 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 10 Folien, hergestellt.
Das Wert- oder Sicherheitsdokument kann beispielsweise aus diesen Materialen mittels Lamination hergestellt werden. Typischerweise erfolgt die Lamination von PC in einer Heißpresse bei 190°C bis 200°C und einem Druck von 350 N/cm² sowie in einer Kühlpresse bei einem Druck von 600 N/cm².
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antenne wenigstens zwei Anschlusskontakte auf. Der integrierte Schaltkreis ist mit der Antenne über die Anschlusskontakte verbunden. Die Antenne weist zwei oder mehr Windungen auf, wobei die Windungen der Antenne vorzugsweise zwischen den Anschlusskontakten verlaufen. Der integrierte Schaltkreis bildet eine Brücke zwischen den Anschlusskontakten und über den Windungen der Antenne, wenn diese zwischen den Anschlusskontakten verlaufen. Letzteres bedeutet, dass der integrierte Schaltkreis über der Antenne angeordnet ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antenne im Bereich der Anschlusskontakte erste Leiterbahnabschnitte sowie außerhalb dieses Bereiches zweite Leiterbahnabschnitte auf. Die ersten Leiterbahnabschnitte haben vorzugsweise maximal die halbe Breite der zweiten Leiterbahnabschnitte. Die ersten Leiterbahnabschnitte im Bereich der Anschlusskontakte weisen eine gegenüber den zweiten Leiterbahnabschnitten außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte bevorzugt eine um mindestens den Faktor 2 verbesserte Leitfähigkeit auf.
Die erhöhte Leitfähigkeit der ersten Leiterbahnabschnitte im Bereich der Anschlusskontakte kann zum Beispiel durch lokale Einwirkung von Druck und Wärme während der Herstellung des Wert- oder Sicherheitsdokuments erreicht werden. Die lokale Einwirkung von Druck und Wärme erfolgt in diesem Falle nur im Bereich des integrierten Schaltkreises und bevorzugt bevor der integrierte Schaltkreis auf die Antenne aufgebracht wird. Hierdurch wird die Leitfähigkeit der im Bereich des integrierten Schaltkreises dünneren ersten Leiterbahnabschnitte erhöht. Dieses ist besonders vorteilhaft, da der Widerstand der dünneren ersten Leiterbahnabschnitte aufgrund der Geometrie höher ist als der der breiteren zweiten Leiterbahnabschnitte der Antenne. Hierdurch kann die Güte der Antenne optimiert werden. Zwar könnten auch alle Leiterbahnabschnitte durch Einwirken von Druck und Wärme auf eine optimale Leitfähigkeit eingestellt werden, hierdurch würde jedoch das ganze Substrat, auf welchem die Antenne aufgebracht ist, thermisch belastet werden. Dieses würde die Lebensdauer des Wert- oder Sicherheitsdokuments reduzieren. Zum anderen würde durch eine derartige Behandlung die Oberfläche des Substrats derart verändert, dass eine Lamination mit weiteren Schichten erschwert wird, was eine weitere Verschlechterung des fertigen Wert- oder Sicherheitsdokument bewirken würde.
Typischerweise betragen die Breite der zweiten Leiterbahnabschnitte außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte 0,5 bis 2 mm und die Breite der ersten Leiterbahnabschnitte im Bereich der Anschlusskontakte 0,1 bis 0,5 mm.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der Anschlusskontakte eine Vertiefung erzeugt. Diese Vertiefung ist zur Aufnahme des integrierten Schaltkreises geeignet. Hierdurch ist das Risiko, dass der integrierte Schaltkreis bei der Lamination des Wert- oder Sicherheitsdokuments beschädigt wird, deutlich reduziert. Im Normalfall liegt der integrierte Schaltkreis auf den ersten Leiterbahnabschnitten der Antenne auf und bildet somit den höchsten Punkt. Daher wird am Beginn der Lamination, vor Erweichung der Kunststoffsubstrate, der Druck hauptsächlich über den integrierten Schaltkreis abfallen, so dass dieser als empfindlichstes Bauelement dem höchsten Druck ausgesetzt wird. Dieses wird vermieden, wenn der integrierte Schaltkreis in einer Vertiefung aufgenommen wird, da der integrierte Schaltkreis dann nicht der höchste Punkt ist und somit der Druck gleichmäßig über das Dokument abfällt.
Bevorzugt wird die Vertiefung durch lokale Einwirkung von Druck und Wärme während der Herstellung des Wert- oder Sicherheitsdokuments erzeugt. Dieses ist vorteilhaft, da dadurch gleichzeitig auch die Leitfähigkeit der Leiterbahnen im Bereich der Anschlusskontakte erhöht wird.
Zur Erläuterung der Erfindung werden nachfolgend Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Die einzelnen Figuren zeigen:
1: ein Wert- oder Sicherheitsdokument in Kartenform mit einem integrierten Schaltkreis und einer Antenne mit vier Windungen in schematischer Draufsicht;
2: einen integrierten Schaltkreis und eine Antenne mit sieben Windungen in schematischer Draufsicht;
3: einen integrierten Schaltkreis und eine Antenne mit sechs Windungen sowie eine Abschirmung im Querschnitt;
4: einen integrierten Schaltkreis und eine Antenne mit sechs Windungen sowie eine Abschirmung einer alternativen Ausführungsform im Querschnitt;
5: einen integrierten Schaltkreis, eine Antenne mit drei Windungen und ein Abschirmelement a) in schematischer Draufsicht und b) im Querschnitt;
6: einen integrierten Schaltkreis und ein Abschirmelement in Form eines faradayschen Käfigs mit Stromsammelbalken in schematischer, perspektivischer Ansicht.
Gleiche Gegenstände sind im Folgenden mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In 1 ist ein Wert- oder Sicherheitsdokument 10 in Kartenform in schematischer Draufsicht dargestellt. Bei dem Dokument handelt es sich um eine Karte in ID1 Format gemäß ISO 7810 mit einem Format von 85,60 mm × 53,98 mm und einer Dicke von 0,76 mm jeweils unter Berücksichtigung der üblichen Toleranzen. Das Dokument 10 weist einen integrierten Schaltkreis 12 auf, welcher mit einer Antenne 14 über Anschlusskontakte 16 verbunden ist. Die Windungen der Antenne 14 verlaufen zwischen den Anschlusskontakten 16. Somit ergeben sich erste Leiterbahnabschnitte 13 im Bereich der Anschlusskontakte und zweite Leiterbahnabschnitte 15 außerhalb dieses Bereichs. Der integrierte Schaltkreis 12 bildet eine Brücke zwischen den Anschlusskontakten 16 und erstreckt sich hierzu über die ersten Leiterbahnabschnitte 13. Der integrierte Schaltkreis 12 ist mittels flip-chip-Technik mit den Anschlusskontakten 16 verbunden, insbesondere mit einem anisotrop leitfähigen Kleber. Der integrierte Schaltkreis 12 und die Antenne 14 sind derart ausgeführt, dass es sich um ein RFID Element gemäß ISO 14443 handelt, welches eine Resonanzfrequenz von 13,56 MHz aufweist. Die Windungszahl der Antenne 14 beträgt 4. Die Antenne 14 wurde durch Siebdruck mit der Silberpaste Typ 5029, DuPont, Wilmington, Delaware, USA mit einer Liniendicke von 25 μm hergestellt. Im Bereich des integrierten Schaltkreises befindet sich eine Abschirmung 18. Diese Abschirmung 18 ist in einem ersten Bereich und in einem zweiten Bereich gebildet, wobei sich der erste Bereich oberhalb und der zweite Bereich unterhalb des integrierten Schaltkreises 12 befinden.
In 2 ist der Bereich eines Wert- oder Sicherheitsdokuments 10 in schematischer Draufsicht gezeigt, in welchem sich der integrierte Schaltkreis 12 befindet. Der integrierte Schaltkreis ist über die Anschlusskontakte 16 mit der Antenne 14 verbunden. Die Antenne 14 weist im gezeigten Beispiel 7 Windungen auf, wobei der integrierte Schaltkreis 12 eine Brücke über die ersten Leiterbahnabschnitte 13 darstellt, das heißt, dass der integrierte Schaltkreis 12 eine elektrische Verbindung zwischen den Anschlusskontakten 16 herstellt und die Antenne 14 überbrückt. Hierzu müssen im gezeigten Fall sechs erste Leiterbahnabschnitte 13 unter dem integrierten Schaltkreis 12 durchgeführt werden. Da der integrierte Schaltkreis 12 eine Größe von 1 mm × 1 mm bis 2 mm × 2 mm aufweist, bedeutet dies, dass die unter dem integrierten Schaltkreis verlaufenden ersten Leiterbahnabschnitte 13 der Antenne 14 verhältnismäßig schmal ausgeführt sein müssen. Die ersten Leiterbahnabschnitte 13, welche im Bereich der Anschlusskontakte 16 verlaufen, sind mindestens um den Faktor 2 schmaler ausgeführt als die zweiten Leiterbahnabschnitte 15 der Windungen der Antenne 14 außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte 16. Im gezeigten Fall sind die ersten Leiterbahnabschnitte 13 im Bereich der Anschlusskontakte 16 um den Faktor 3 schmaler als die zweiten Leiterbahnabschnitte 15 der Windungen der Antenne 14 außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte 16. Die Güte einer Antenne 14 wird insbesondere durch den elektrischen Widerstand der Antenne 14 bestimmt. Die Antenne 14 besteht aus einem Material, welches einen ohmschen Widerstand aufweist, insbesondere Kupfer oder Silber. Somit ist der Widerstand der Antenne 14 von der Länge der Antennen-Leiterbahn 14 und vom Querschnitt der Antennen-Leiterbahn 14 abhängig. Da die Dicke der Antennen-Leiterbahn 14 durch deren Herstellungsverfahren, zum Beispiel durch Siebdruck, bestimmt wird, und die Windungszahl und somit die Länge der Antennen-Leiterbahn 14 durch die gewünschte Resonanzfrequenz, hier 13,56 MHz vorgegeben wird, kann die Güte der Antenne 14 hauptsächlich über die Breite der Antennen-Leiterbahn 14 eingestellt werden. Die Breite der Leiterbahnen 20 im Bereich der Anschlusskontakte 16 ist durch die Größe des integrierten Schaltkreises 12 vorgegeben. Die Breite der zweiten Leiterbahnabschnitte 15 der Windungen der Antenne 14 außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte 16 wird zur Erreichung einer optimalen Güte entsprechend größer gewählt. Im Bereich des integrierten Schaltkreises befindet sich eine Abschirmung 18. Diese Abschirmung 18 ist in einem ersten und in einem zweiten Bereich gebildet und besteht aus Schichten, die weichmagnetische Ferrite enthalten, wobei der erste Bereich oberhalb und der zweite Bereich unterhalb des integrierten Schaltkreises 12 angeordnet sind. Die Abschirmschichten sind beispielsweise durch Siebdruck auf Folien gedruckt, die an die Folie angrenzen, auf der die Antenne 14 und der integrierte Schaltkreis 12 untergebracht sind.
In 3 werden ein integrierter Schaltkreis 12 und eine Antenne 14 mit sechs Windungen im Querschnitt gezeigt. Ferner befindet sich oberhalb des integrierten Schaltkreises 12 in einem ersten Bereich eine erste Schicht 30 einer Abschirmung und unterhalb des integrierten Schaltkreises 12 in einem zweiten Bereich eine zweite Schicht 32 einer Abschirmung. Alle genannten Gegenstände befinden sich im Inneren des Dokuments 10, sodass sich nach dem Laminieren oberhalb, unterhalb und zwischen den gezeigten Gegenständen das Material 34 des Dokuments, beispielsweise Polycarbonat, befindet. Die erste Schicht 30 der Abschirmung im ersten Bereich und die zweite Schicht 32 der Abschirmung im zweiten Bereich bestehen aus einer Druckschicht, welche Nickel-Zink-Ferrit oder Mangan-Zink-Ferrit enthält. Diese Materialien sind beispielsweise von Steward Advanced Materials, Chattanooga, Tennessee, USA, unter der Seriennummer 72599 und 72899 für Nickel-Zink-Ferrit bzw. 73399 für Mangan-Zink-Ferrit zu beziehen, wobei das zuletzt genannte Material bevorzugt ist. Die durchschnittliche Partikelgröße beträgt 10 μm. Die Schichtdicke der ersten Schicht 30 der Abschirmung im ersten Bereich und der zweiten Schicht 32 der Abschirmung im zweiten Bereich beträgt 10 bis 100 μm, insbesondere 12 bis 50 μm. Die Schichtdicke der ersten Schicht 30 der Abschirmung im ersten Bereich und der zweiten Schicht 32 der Abschirmung im zweiten Bereich kann jedoch wenn eine stärkere Abschirmung erzielt werden soll, größer sein, insbesondere 100 bis 300 μm, bevorzugt 200 bis 300 μm betragen. Die Schichten wurden mittels Siebdruck oder mittels Dispenser aufgetragen.
In 4 ist eine zur in 3 gezeigten Ausführungsform alternative Ausführungsform gezeigt. Bei der Herstellung des Dokuments 10 wurde durch lokale Einwirkung von Druck und Wärme in dem Bereich, in welchem der integrierte Schaltkreis 12 eingebracht ist, eine Vertiefung in die die Antenne 14 tragende Folie zur Aufnahme des integrierten Schaltkreises erzeugt. Durch die Einwirkung von Druck und Wärme wird die Leitfähigkeit der ersten Leiterbahnabschnitte 13 im Bereich der Anschlusskontakte 16 gegenüber den zweiten Leiterbahnabschnitten 15 außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte 16 (hier nicht dargestellt, siehe Draufsicht in 2) um den Faktor 2 verbessert. Hierdurch wird zum einen die Güte der Antenne 14 optimiert, ohne das Material 34, welches das Dokument 10 bildet, unnötig thermisch zu belasten und so die Lebensdauer des Dokuments 10 zu reduzieren. Außerdem wird durch die Vertiefung sichergestellt, dass der integrierte Schaltkreis bei der Lamination des Dokuments 10 nicht extrem belastet wird, sodass der Ausschuss bei der Herstellung reduziert werden kann.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Der integrierte Schaltkreis 12 ist mit der Antenne, welche drei Windungen aufweist, über die Anschlusskontakte 16 verbunden. In 5a) ist der Ausschnitt des Dokuments 10, welcher den integrierten Schaltkreis 12 enthält, in schematischer Draufsicht und in 5b) im Querschnitt gezeigt. Die erste Schicht 50 in einem ersten Bereich und die zweite Schicht 54 in einem zweiten Bereich einer in Form eines faradayschen Käfigs gebildeten Abschirmung bestehen hierzu aus einem elektrisch leitfähigen Material. Damit der faradaysche Käfig nicht zu einem Kurzschluss zwischen den ersten Leiterbahnabschnitten 13 der Antenne 14 im Bereich der Anschlusskontakte 16 führt, weist das Dokument 10 ferner einen Isolator 52 auf, der sich zwischen der Antenne bzw. dem integrierten Schaltkreis einerseits und der ersten Schicht 50 bzw. der zweiten Schicht 54 befindet. Der Isolator 52 kann aus dem gleichen Material bestehen, aus dem auch die weiteren Bestandteile des Dokuments 10 bestehen, zum Beispiel aus Polycarbonat (PC). Wichtig ist hierbei, dass die Abschirmung einen elektrischen Kontakt zwischen der ersten Schicht 50 in dem ersten Bereich und der zweiten Schicht 54 in dem zweiten Bereich erzeugt, sodass durch den Kontakt eine elektrische Verbindung zwischen diesen hergestellt wird.
Die Herstellung eines solchen Dokuments kann zum Beispiel derart erfolgen, dass als unterstes eine mit Silber beschichtete PC-Folie verwendet wird, wobei die leitfähige Seite nach oben zeigt. Auf diese wird eine weitere PC-Folie aufgebracht, welche die Antenne 14 trägt. Hierdurch befindet sich zwischen der Antenne 14 und dem unteren Bereich der Abschirmung eine isolierende PC Schicht als Isolator 52. Auf die Antenne 14 wird der integrierte Schaltkreis 12 mittels flip-chip-Technik aufgebracht. Oberhalb des integrierten Schaltkreises wird eine weitere PC-Folie als Isolator 52 eingebracht. Auf diese weitere PC-Folie wird eine weitere mit Silber beschichtete PC-Folie aufgebracht, wobei die leitfähige Seite nach unten gerichtet ist. Dieser Aufbau wird, zusammen mit weiteren Folien und gegebenenfalls weiteren Bauteilen zu einem Dokument bei 190°C bis 200°C und 350 bis 600 N/cm² laminiert. Hierdurch ergibt sich der in 5 gezeigte faradaysche Käfig der Abschirmung um den integrierten Schaltkreis 12. Die beiden leitfähigen Silberschichten 50, 54 auf den PC-Folien verbinden sich außerhalb des Schaltkreis-Bereiches zur Bildung des elektrischen Kontaktes und Bildung des faradayschen Käfigs.
In 6 ist ein Abschirmelement in Form eines faradayschen Käfigs mit Stromsammelbalken 64, 66 in schematischer, perspektivischer Ansicht dargestellt. Der integrierte Schaltkreis 12 ist mit einer Antenne 14 verbunden. Oberhalb des integrierten Schaltkreises 12 befindet sich eine erste elektrisch leitfähige Schicht 60 in einem ersten Bereich und unterhalb des integrierten Schaltkreises 12 eine zweite elektrisch leitfähige Schicht 62 in einem zweiten Bereich. Die elektrisch leitfähigen Schichten weisen eine spezifische Leitfähigkeit von 10⁶ bis 10⁸ Ohm/Quadrat auf und können zum Beispiel aus einer Folie aus einem elektrisch leitfähigen Polymer, beispielsweise Polyanilin, bestehen. Vorteil dieser Ausführungsform ist die gute Integration des Polyanilins. Nachteilig ist jedoch, dass elektrisch leitfähige Polymere eine geringe Leitfähigkeit aufweisen und somit die Abschirmung des faradayschen Käfigs nicht sehr effizient wäre. Zur Verbesserung der Abschirmung weist der Käfig ferner einen oberen Stromsammelbalken 64 und einen unteren Stromsammelbalken 66 auf. Diese weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, insbesondere von 0,01 bis 10 Ohm. Bevorzugt bestehen die Stromsammelbalken aus Kupfer oder Silber. Die Stromsammelbalken können drucktechnisch erzeugt sein oder in Drahtform eingebracht sein. Ferner weist die Abschirmung Durchkontaktierungen 68 auf, welche den oberen Stromsammelbalken 64 und den unteren Stromsammelbalken 66 miteinander elektrisch leitfähig verbinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004056829 A1 [0004]
EP 0706152 A2 [0005]
DE 102006059454 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 14443A/B [0002]
ISO 7810 [0044]
ISO 14443 [0044]

Claims

Wert- oder Sicherheitsdokument (10), umfassend eine Vorder- und eine Rückseite, eine Antenne (14) und einen mit der Antenne verbundenen integrierten Schaltkreis (12), wobei das Wert- oder Sicherheitsdokument (10) eine Abschirmung (18) des integrierten Schaltkreises (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung durch jeweils eine weichmagnetische Ferrite enthaltende und den integrierten Schaltkreis beidseitig bedeckende Schicht und/oder durch einen faradayschen Käfig gebildet ist.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (14) wenigstens zwei Anschlusskontakte (16) aufweist und durch zwei oder mehr Windungen gebildet ist, wobei ein oder mehr Leiterbahnabschnitte (20) der Antenne (14) zwischen den Anschlusskontakten (16) verlaufen, dass der integrierte Schaltkreis (12) über die Anschlusskontakte (16) mit der Antenne (14) verbunden ist, dass die Windungen der Antenne (14) zwischen den Anschlusskontakten (16) verlaufen und dass der integrierte Schaltkreis (12) eine Brücke zwischen den Anschlusskontakten (16) bildet.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen der Antenne (14) durch erste Leiterbahnabschnitte (20) im Bereich der Anschlusskontakte (16) und durch zweite Leiterbahnabschnitte (22) außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte (16) gebildet sind, dass die ersten Leiterbahnabschnitte maximal die halbe Breite der zweiten Leiterbahnabschnitte (22) aufweisen und dass die ersten Leiterbahnabschnitte (20) im Bereich der Anschlusskontakte (16) eine gegenüber den zweiten Leiterbahnabschnitten (22) außerhalb des Bereiches der Anschlusskontakte (16) eine um mindestens den Faktor 2 verbesserte Leitfähigkeit aufweisen.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Anschlusskontakte (16) eine Vertiefung zur Aufnahme des integrierten Schaltkreises (12) erzeugt ist.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ferrite ausgewählt sind aus der Gruppe, umfassend Eisenoxide, die mit mindestens einem Metall dotiert sind, das ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend Mangan, Nickel und/oder Zink.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der faradaysche Käfig einen spezifischen Flächenwiderstand von 10² bis 10⁸ Ohm/Quadrat aufweist.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der faradaysche Käfig wenigstens ein Material enthält, ausgewählt aus der Gruppe, umfassend Ruß, Graphit, ein- und/oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, Fullerene, Nickel, Kupfer und Silber.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (12) ungehaust in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht ist.
Wert- oder Sicherheitsdokument (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Schaltkreis (12) durch Flip-Chip-Klebertechnik in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht und mit der Antenne verbunden ist.