DE102011106648A1

DE102011106648A1 - Tragbarer Datenträger mit Antenne

Info

Publication number: DE102011106648A1
Application number: DE201110106648
Authority: DE
Inventors: Josef Riedl
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-10
Also published as: EP2729902A1; WO2013004330A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen tragbaren Datenträger (2), der aus einer Vorrichtung (4) zur Speicherung und Verarbeitung von Daten, einer Antenne (6) zur Energie- und Datenübertragung, die mit der Vorrichtung (4) verbunden ist und einen die Vorrichtung (4) und die Antenne (6) umgebenden Körper aus Kunststoff besteht, wobei die Antenne (6) durch Verbindung von Längs und Querfäden eines elektrisch leitfähigen Gewebes (10) hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen tragbaren Datenträger und ein Verfahren zur Herstellung des Datenträgers, der für eine kontaktlose Kommunikation geeignet ist.
Spulen bzw. Antennen für tragbare Datenträger zur kontaktlosen Kommunikation mit einem Terminal werden auf verschiedene Art und Weise hergestellt. Als Beispiele für diese Herstellungsverfahren sind das Ätzen oder Drucken von Antennen zu nennen. Ein anderes bekanntes Herstellungsverfahren für Antennen ist die sogenannte Wickeltechnik für Antennen.
Nachteilig an den bisherigen Herstellungsverfahren ist, dass Antennen sehr empfindlich sind gegenüber mechanischen Belastungen und somit insbesondere während der Herstellung leicht beschädigt werden. Ferner ist eine Veränderung der Antennengeometrie vergleichsweise aufwändig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Antenne für tragbare Datenträger zur kontaktlosen Kommunikation anzugeben, welche einfach herzustellen ist und eine hohe mechanische Stabilität aufweist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch die Lehre des unabhängigen Anspruchs 1 und des nebengeordneten Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung offenbart einen tragbaren Datenträger bestehend aus einer Vorrichtung zur Speicherung und Verarbeitung von Daten, einer Antenne zur Energie- und Datenübertragung, die mit der Vorrichtung verbunden ist und einen die Vorrichtung und die Antenne umgebenden Körper aus Kunststoff, wobei die Antenne aus einer Verbindung von Längs- und Querfäden eines elektrisch leitfähigen Gewebes besteht.
Ein großer Vorteil der Erfindung ist, dass die Form der Antenne oder die Antennengeometrie individuell festgelegt werden kann. Dazu werden im elektrisch leitenden Gewebe die Längs- und Querfäden an den gewünschten Kreuzungspunkten miteinander durch ein geeignetes Verfahren, z. B. mittels Laser, elektrisch leitend verbunden. Allgemein ist darauf zu achten, dass bei der erfindungsgemäßen Herstellung einer Antennengeometrie nicht Antennenwindungen durch andere Fäden elektrisch kurz geschlossen werden. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses müssen solche Fäden, z. B. mittels Laser oder Stanze, unterbrochen werden, die einen Kurzschluss zwischen Windungen bewirken. Die Verwendung eines Gewebes für die Antenne hat den Vorteil, dass sowohl eine erhöhte mechanische Stabilität und Festigkeit der Antenne als auch des Kartenkörpers bei gleichzeitiger mechanischer Flexibilität der Antenne erreicht wird, da das Gewebe und damit auch die Antenne bei der Herstellung, z. B. beim Laminieren, ein fester Bestandteil des Kartenkörpers wird. Die Freiräume zwischen dem Gewebe werden von den Folien des Kartenkörpers beim Laminieren durchdrungen. Ein weiterer Vorteil für die Verwendung eines Gewebes für die Antenne ist, dass das Gewebe in einem standardisierten Verfahren in Rollen hergestellt werden kann. Dies ermöglicht eine Herstellung von tragbaren Datenträgern mit einem Gewebe als Antenne im sogenannten Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Dieses Rolle-zu-Rolle-Verfahren ermöglicht die rationelle Herstellung einer hohen Stückzahl von Datenträgern in einer kurzen Zeit.
Zur Verbesserung der Eigenschaften des Gewebes, insbesondere dessen Verarbeitbarkeit, wird dieses beschichtet. Als Beschichtungsverfahren sind als geeignete Verfahren beispielsweise eine Extrusionsbeschichtung oder ein Coatingverfahren zu nennen. Neben der Beschichtung mittels Extrusion lässt sich das Gewebe auch mittels einem Extrusionsverfahren selbst herstellen.
Das Gewebe selbst besteht vorteilhafterweise aus elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch nicht leitfähigen Fäden. Dies hat den Vorteil, dass in bestimmten Bereichen des Gewebes auch elektrisch nicht leitende Bereiche integriert werden können. Ferner können zusätzliche Fäden, sowohl elektrisch leitend als auch elektrisch nicht leitend, insbesondere zur Erhöhung der mechanischen Belastbarkeit und/oder der elektrischen Leitfähigkeit des Gewebes, integriert werden und somit das Gewebe zumindest teilweise hinsichtlich der Anordnung der Fäden verdichtet werden.
Ein elektrisch leitfähiger Faden kann darüber hinaus aus mindestens einem ersten elektrisch leitfähigen Teilfaden und mindestens einem zweiten elektrisch isolierenden Teilfaden bestehen. Dies hat den Vorteil, dass besonders Fäden mit besonderen mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften hergestellt werden können, wie z. B. besondere mechanisch elastische Eigenschaften.
Als Material für den elektrisch nicht leitfähigen Faden und/oder den elektrisch isolierenden Teilfaden kann jeder geeignete Kunststoff verwendet werden, wie z. B. ein Polymer bestehend aus Polyethylenterephtalat (PET) oder Polyamid (PA).
Der elektrisch leitfähige Faden kann eine isolierende Beschichtung haben, die beispielsweise aus den vorher genannten Materialien oder jedem anderen geeigneten Material besteht. Dies ermöglicht die Isolation zwischen einzelnen Fäden im Gewebe. Es ist vorteilhafterweise möglich, dass mindestens ein elektrisch leitfähiger Faden bei der Herstellung des Gewebes eine elektrisch isolierende Beschichtung erhält, um mindestens diesen einen Faden für besondere Funktionen zu reservieren, z. B. als Signalleitung, die mit anderen elektrisch leitenden Fäden keine elektrisch leitende Verbindung haben darf, außer an gewünschten Kontaktstellen. Zur Verbindung mindestens eines elektrisch leitfähigen Fadens mit Isolierung mit mindestens einem weiteren elektrisch leitfähigen Faden an einem Kreuzungspunkt zur Herstellung einer Antennengeometrie muss durch ein geeignetes Verfahren erst die Isolation entfernt werden, z. B. durch Lasern, um danach eine leitende Verbindung zwischen den Fäden herzustellen.
Um das Gewebe als Sicherheitsmerkmal zu verwenden, ist es möglich, dass mindestens ein elektrisch leitfähiger und/oder ein elektrisch nicht leitfähiger Faden und/oder Teilfaden ein Sicherheitsmerkmal aufweist. Dieses ist vorteilhafterweise auf der Oberfläche anzubringen. Als Sicherheitsmerkmal kann jedes geeignete Sicherheitsmerkmal verwendet werden, wie z. B. ein fluoreszierendes Element, das von außen durch einen zumindest teilweise durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Bereich der Kartenoberfläche wahrgenommen werden kann. Neben den Sicherheitsmerkmalen auf der Oberfläche eines Fadens besteht auch die Möglichkeit, dass als Sicherheitsmerkmal Fäden verwendet werden, die lichtleitende Fäden sind.
Das Gewebe selbst kann aus mindestens einer Schicht aus elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch nicht leitfähigen Fäden bestehen. Dies hat den Vorteil, dass jeder Schicht bestimmte mechanische und/oder elektrische Eigenschaften, wie z. B. elektrisch leitend oder elektrisch nicht leitend, zugeordnet werden können. Ferner sind auch verschiedene Antennengeometrien auf diese Art innerhalb einem Gewebe, aber in unterschiedlichen Schichten möglich. Dazu müssen die einzelnen Schichten mit den jeweiligen Antennengeometrien einzeln hergestellt werden und anschließend zu einem Gewebe zusammen gefügt werden.
Jede Schicht besteht aus mindestens zwei Ebenen, wobei jede Ebene mindestens einen Faden aufweist und die Fäden mindestens einer oberen Ebene über den Fäden mindestens einer unteren Ebene angeordnet sind, so dass die Fäden der oberen Ebene mit den Fäden der unteren Ebene einen Winkel zwischen 0 und 180 Grad einschließen. Innerhalb einer Ebene können die Fäden parallel oder in jeder anderen geeigneten Lage zueinander angeordnet sein. Mit dieser Anordnung können somit besondere mechanische und/oder elektrische Eigenschaften erreicht werden, wie z. B. besondere Elastizität in einer Biegungsrichtung und besondere Steifigkeit in einer anderen Richtung.
Zur Erzielung bestimmter mechanischer und/oder elektrischer Eigenschaften ist es möglich, dass die Faden der oberen Ebene mit den Fäden der unteren Ebene verwoben sind. So können die Eigenschaften von verschiedenen Antennengeometrien miteinander kombiniert werden oder die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen Schichten verändert werden, z. B. zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Scherkräften.
Für Spezialfälle ist es sogar möglich, dass die Fäden der oberen Ebene parallel zu den Fäden der unteren Ebene angeordnet sind.
Bei der Herstellung des Gewebes ist es möglich, dass in einer Schicht mindestens ein Faden der oberen Ebene mindestens einen Faden der unteren Ebene an mindestens einem Kreuzungspunkt so berührt, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Faden der oberen Ebene und dem Faden der unteren Ebene besteht. Alternativ ist es möglich, dass zwischen mindestens einem Faden der oberen Ebene und mindestens einem Faden der unteren Ebene an mindestens einem Kreuzungspunkt keine elektrisch leitfähige Verbindung besteht, z. B. mittels Abstand zwischen den Fäden oder durch eine Isolationsschicht an den Fäden. Somit kann bereits bei der Herstellung des Gewebes gezielt eine elektrisch leitende Verbindung oder keine elektrisch leitende Verbindung an bestimmten Kreuzungspunkten erzielt werden.
Bei einem Gewebe mit mehreren Schichten ist es ferner möglich, dass zwischen mindestens einer Schicht und mindestens einer anderen Schicht mindestens ein Faden der einen Schicht mit mindestens einem Faden der anderen Schicht verwoben ist. Dabei kann eine mechanisch besonders belastbare Verbindung zwischen den Schichten hergestellt werden.
Ferner ist es möglich, dass zwischen mindestens einer Schicht und mindestens einer anderen Schicht mindestens ein Faden der einen Schicht mit mindestens einem Faden der anderen Schicht eine elektrisch leitfähige Verbindung hat. Dies ermöglicht beispielsweise die elektrische Verbindung zwischen Antennen aus unterschiedlichen Schichten.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Die Erfindung wird durch die beschriebenen Ausgestaltungen jedoch nicht begrenzt. Die Beschreibung dient nur dem besseren Verständnis, wie die Erfindung in der Praxis umgesetzt werden kann.
1 zeigt einen tragbaren Datenträger mit einem elektrisch leitfähigen Gewebe, aus dem die Antenne gebildet ist.
2 zeigt einen tragbaren Datenträger mit einem elektrisch leitfähigen Gewebe, das durch zusätzliche Fäden in ausgewählten Bereichen verstärkt ist.
3 und 4 zeigen mögliche Aufbauten von tragbaren Datenträgern mit einem elektrisch leitfähigen Gewebe.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen tragbaren Datenträger 2 für eine kontaktlose Kommunikation mit einem Terminal. Der Datenträger 2 weist ein elektrisch leitendes Gewebe 10 in Form eines Gitters mit Längs- und Querfäden auf. Neben der Gitterform kann das Gewebe jede andere geeignete Form haben. Zur Ausbildung einer Antenne 6 wurden Längs- und Querfäden des Gewebes 10 an Punkten 8 elektrisch leitend verbunden. Die Längs- und Querfäden können mittels eines Lötpunktes oder mit Hilfe jeden anderen geeigneten Verfahrens miteinander elektrisch leitend verbunden werden. Die Punkte 8 sind Kreuzungspunkte von Längs- und Querfäden des Gewebes 10. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde nur ein Kreuzungspunkt mit dem Bezugszeichen 8 versehen. Für alle anderen Kreuzungspunkte, die zur Ausformung der Antenne 6 dienen und mit einem schwarzen Punkt markiert sind, gilt das Bezugszeichen entsprechend. Die Längs- und Querfäden wurden hier so verbunden, dass drei Windungen entstanden sind. Gleichwohl ist auch jede andere geeignete Antennengeometrie möglich. Sei einem Gewebe mit elektrisch nicht isolierten Längs- und Querfäden ist es zur Vermeidung von elektrischen Kurzschlüssen zwischen den Windungen notwendig, dass alle Längs- und Querfäden unterbrochen werden, die mindestens zwei Windungen miteinander elektrisch leitend verbinden. Die Längs- und Querfäden können beispielsweise mittels einem Laser, einer Stanze oder jedem anderen geeigneten Verfahren oder Werkzeug unterbrochen werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden die Unterbrechungen in 1 nicht eingezeichnet. Die beiden Endpunkte der Antenne 6 sind mittels Kontakten 12 an einem Chip 4 zur Verarbeitung und Speicherung von Daten elektrisch leitend angeschlossen. Zum Anschluss der Antenne 6 an den Chip 4 mittels der Kontakte 12 wird üblicherweise eine Lötverbindung verwendet. Es können jedoch auch alle anderen geeigneten Verfahren zur Herstellung der Kontakte 12 eingesetzt werden.
2 zeigt den Datenträger 2 gemäß 1. In 2 ist der Datenträger 2 jedoch ergänzt durch zusätzliche Fäden 14. Die zusätzlichen Fäden 14 können sowohl elektrisch leitend und/oder elektrisch nicht leitend sein. Die zusätzlichen Fäden 14 dienen dazu die mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften des Datenträgers 2 zumindest in Teilbereichen des Datenträgers 2 zu verstärken bzw. zu verbessern, z. B. verbesserte mechanische Belastbarkeit und/oder erhöhte elektrische Leitfähigkeit.
3 und 4 zeigen mögliche Aufbauten des tragbaren Datenträgers 2.
3 zeigt den Aufbau eines Datenträgers 2, welcher in der Mitte ein Gewebe 10 aus beispielsweise elektrisch leitenden Fäden aufweist. Beidseits des Gewebes 10 sind opake Folien 16 aufgebracht. Auf den dem Gewebe 10 abgewandten Seiten der Folien 16 befinden sich beispielsweise transparente Folien 18.
4 zeigt den entsprechenden Aufbau von 3. In 4 ist jedoch das Gewebe 10 beidseitig mit Folien 20 laminiert. Anstatt der Folien 20 kann sich auf beiden Seiten der Folie 10 auch eine Extrusionsbeschichtung oder eine Coatingbeschichtung oder eine andere geeignete Beschichtung befinden.

Claims

Tragbarer Datenträger (2) bestehend aus – einer Vorrichtung (4) zur Speicherung und Verarbeitung von Daten – einer Antenne (6) zur Energie- und Datenübertragung, die mit der Vorrichtung (4) verbunden ist, – einen die Vorrichtung (4) und die Antenne (6) umgebenden Körper aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (6) aus einer Verbindung von Längs- und Querfäden eines elektrisch leitfähigen Gewebes (10) besteht.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (10) aus elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch nicht leitfähigen Fäden besteht.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden aus mindestens einem ersten elektrisch leitfähigen Teilfaden und mindestens einem zweiten elektrisch nicht leitfähigen Teilfaden besteht.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch nicht leitfähige Faden und/oder der elektrisch isolierende Teilfaden aus einem Polymer besteht.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Faden eine isolierende Beschichtung hat.
Datenträger (2) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen und/oder elektrisch nicht leitfähigen Fäden und/oder Teilfäden mindestens ein Sicherheitsmerkmal aufweisen.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsmerkmal ein fluoreszierendes Element ist.
Datenträger (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (10) aus mindestens einer Schicht besteht.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus mindestens zwei Ebenen besteht, wobei jede Ebene mindestens einen Faden aufweist und die Fäden mindestens einer oberen Ebene über den Fäden mindestens einer unteren Ebene angeordnet sind, so dass die Fäden der oberen Ebene mit den Fäden der unteren Ebene einen Winkel zwischen 0 und 180 Grad einschließen.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden der oberen Ebene mit den Fäden der unteren Ebene verwoben sind.
Datenträger (2) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fäden der oberen Ebene parallel zu den Fäden der unteren Ebene angeordnet sind.
Datenträger (2) gemäß den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Faden der oberen Ebene mindestens einen Faden der unteren Ebene an mindestens einem Kreuzungspunkt (8) so berührt, dass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Faden der oberen Ebene und dem Faden der unteren Ebene besteht.
Datenträger (2) gemäß den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens einem Faden der oberen Ebene und mindestens einem Faden der unteren Ebene an mindestens einem Kreuzungspunkt (8) keine elektrisch leitfähige Verbindung besteht.
Verfahren zur Herstellung eines tragbaren Datenträgers (2) gemäß den Ansprüchen 1 bis 13 bestehend aus – einer Vorrichtung (4) zur Speicherung und Verarbeitung von Daten – einer Antenne (6) zur Energie- und Datenübertragung, die mit der Vorrichtung verbunden ist, – einen die Vorrichtung (4) und die Antenne (6) umgebenden Körper aus Kunststoff dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Antenne (6) Längs- und Querfäden eines elektrisch leitfähigen Gewebes (10) elektrisch leitend verbunden werden.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe (10) beschichtet wird.