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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, insbesondere einer Laser-personalisierbaren Chipkarte, sowie eine entsprechende Chipkarte.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Chipkartenherstellung und zur Personalisierung der Chipkarten bekannt. Das Lasergravurverfahren stellt ein beliebtes, da kostengünstiges und effizientes Verfahren zur Personalisierung von Chipkarten dar. Ein Laserstrahl schreibt dabei Personalisierungsdaten, z.B. den Namen oder eine ID einer Person oder der Chipkarte, in die Oberfläche der Chipkarte.
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Die Patentanmeldung
US006023094 beschreibt die Herstellung eines Wafers, der mehrere Chipeinheiten umfasst. An der Unterseite des Wafers ist ein dicker Film angebracht, der dafür sorgen soll, dass das Siliziummaterial des Wafers beim Aufteilen des Wafers in die einzelnen Chipeinheiten weniger splittert. Der dicke Film ist von einem Laser beschreibbar, schützt dabei aber die Chipeinheiten vor Beschädigung. Derartige Spezialchips sind jedoch vergleichsweise teuer.
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Das Patent
US8540163B2 beschreibt verschiedene Personalisierungsverfahren von Chipkarten einschließlich der Lasergravur. Die Bereiche des Kartenkörpers, auf welchen die Personalisierungsdaten aufgebracht werden, und die Bereiche des Kartenkörpers, in welchen der eigentliche Chip eingebettet ist, überlappen sich nicht. Die Gefahr der Beschädigung des Chips durch das Aufgravieren bzw. „Schreiben“ der Personalisierungsdaten wird durch diese Anordnung reduziert.
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Der Wikipedia-Eintrag „Chipkarte“ betrifft eine Klassifikation, einen Aufbau, Formate, Hersteller und ein Testen von Chipkarten (Online-Enzyklopädie „Wikipedia“, Artikel zum Begriff „Chipkarte“ vom 7.4.2014, 6 Seiten).
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Die
DE 10 2010 011 127 A1 betrifft eine Klebstoffzusammensetzung enthaltend: ein Bindemittel enthaltend ein organisches Polymer oder mehrere verschiedene organische Polymere, elektrisch leitfähige Partikel, und/oder elektromagnetische Strahlung absorbierende oder reflektierende elektrisch leitfähige oder nicht-leitfähige Partikel, deren Verwendung sowie ein Sicherheits- und/oder Wertdokument enthaltend eine solche Klebstoffzusammensetzung.
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Die
DE 198 53 805 B4 betrifft eine elektrisch leitfähige, thermoplastische und hitzeaktivierbare Klebstoffolie, enthaltend: i) ein thermoplastisches Polymer mit einem Anteil von zumindest 30 Gew.-%, ii) ein oder mehrere klebrigmachende Harze mit einem Anteil von 5 bis 50 Gew.-% und/oder iii) Epoxidharze mit Härtern, gegebenenfalls auch Beschleunigern, mit einem Anteil von 5 bis 40 Gew.-%, iv) metallisierte Partikel mit einem Anteil von 0,1 bis 40 Gew.-%, v) nur schwer oder nicht verformbare Spacerpartikel mit einem Anteil von 1 bis 10 Gew-%, die bei der Verklebungstemperatur der Klebstoffolie nicht schmelzen.
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Die
EP 2 133 828 A2 betrifft ein Verfahren zum Einbauen eines Chipmoduls in einen Chipkartenkörper. Das Chipmodul wird aus einem Modulband herausgetrennt, insbesondere mittels eines Stanzwerkzeugs ausgestanzt, in die Kavität eines Chipkartenkörpers eingesetzt und dort dauerhaft fixiert. Hierbei erfolgt das dauerhafte Fixieren des Chipmoduls durch einen Zweikomponentenkleber. Eine Komponente des Klebers wird in die Kavität des Chipkartenkörpers aufgetragen und die andere Komponente auf das Modulband. Die beiden Komponenten kommen erst beim Einsetzen des herausgetrennten Chipmoduls in die Kavität in Kontakt und beginnen zu reagieren und auszuhärten. Es wird keine zusätzliche Hitze benötigt und somit erfolgt keine thermische Verformung des Chipkartenkörpers und dadurch keine Beeinträchtigung der optischen Qualität der Kartenrückseite.
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Die
DE 43 28 469 A1 betrifft Ausweiskarten mit einer opaken Kernschicht, mit wenigstens einer transparenten Deck- schicht und mit einer Aussparung zur Aufnahme eines elektronischen Moduls mit einem integrierten Schalt- kreis, wobei die Aussparung bis an die transparente rückseitige Schicht heran- oder in diese hineinragt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel- lung solcher Ausweiskarten.
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Die
DE 10 2010 010 448 A1 schlägt vor, das Aufbringen von Grafiken auf eine Außenfläche eines Gegenstandes dadurch zu realisieren, dass diese Außenfläche mit einer Schicht versehen wird, die auf elektrischem Wege optisch veränderbar ist und daß ein für die Erzeugung der Grafiken vorgesehenes Gerät auf elektrischem Wege die Schicht des Gegenstandes so beeinflusst, dass die Grafik erzeugt wird. Eine Möglichkeit der technischen Ausführung der optisch veränderbaren Schicht ist es, auf der Außenfläche des Gegenstandes eine Elektrode aufzubringen, über die eine Schicht mit Mikrokapseln, die Pigmentpartikel enthalten, angeordnet wird, die wiederum durch eine transparente Schutzschicht abgedeckt wird. Anders als bei flexiblen Displays nach dem Stand der Technik, wird keine zweite, äußere Elektrode in der optisch veränderbaren Schicht und auch keine Elektronik oder Stromversorgung an der mit Grafik zu versehenen Fläche angeordnet. Stattdessen umfasst die Einrichtung zum Aufbringen der Grafiken sowohl die elektronischen Komponenten als auch Elektroden, die die Aufgabe der Gegenelektrode übernehmen. Damit befindet sich die optisch veränderbare Schicht zwischen der Elektrode des in der Ansicht veränderbaren Materials und den Gegenelektroden im Schreibgerät.
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Die
US 2003 / 0 102 541 A1 betrifft ein Modul zur Verwendung mit einer Chipkarte. Das Modul beinhaltet ein Substrat mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite. Auf der ersten und der zweiten Seite ist jeweils eine metallische Schicht aufgebracht, wobei das Substrat eine Dicke von etwa 125 Mikrometern aufweist. An der ersten Seite des Substrats ist ein Chip angebracht, der über eine Mehrzahl von Drahtanschlüssen mit der ersten Seite des Substrats verbunden ist. Eine Schutzschicht bedeckt den Chip, wobei das Modul eine Gesamtdicke von etwa 525 Mikrometern aufweist.
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Die
DE 44 41 052 A1 bezieht sich auf ein Trägerelement für einen IC- Baustein (elektronisches Modul) zum Einsatz in den Kartenkörper einer Chipkarte. Ein solches Trägerelement weist Schreib- /Lesekontakte auf, die mit entsprechenden Anschlusspunkten des IC-Bausteines elektrisch leitend verbunden sind und die Kommunikation des IC-Bausteins mit entsprechenden Geräten ermöglichen.
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Die
DE 198 33 103 C1 bezieht sich auf Chipkarten, Verfahren zur Herstellung derselben, ein Zwischenerzeugnis sowie auf ein System zur Prüfung der Echtheit von Chipkarten.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer mittels eines Lasers personalisierbaren Chipkarte sowie eine entsprechende Chipkarte bereitzustellen.
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Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen sind frei miteinander kombinierbar, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
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Eine ‚Chipkarte‛, oft auch als Smartcard oder Integrated Circuit Card (ICC) bezeichnet, ist eine spezielle Plastikkarte mit eingebautem integriertem Schaltkreis (Chip), der eine Hardware-Logik, einen Speicher und einen Mikroprozessor enthält. Der Chip besteht in der Regel aus Silizium und ist mit flächigen Kontakten verbunden, die es einem Lesegerät ermöglichen, Daten mit dem Chip auszutauschen.
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Chipkarten gibt es in den verschiedensten Formen und Größen. Auch SIM-Karten gehören zu den Chipkarten. Chipkarten eignen sich für zahlreiche Anwendungen, u.a. als Telefonkarten, als Sicherheitsmodul in Mobilgeräten, als Datenträger in Steuerungen oder medizinischen Geräten.
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Eine Chipkarte kann insbesondere als Nano-SIM Karte ausgebildet sein. Die Nano-SIM Chipkarte (4FF, 12,3 x 8,8 x 0,67 mm) zeichnet sich durch ein besonders kleines Format aus. Spezielle Adapter erlauben jedoch den Einsatz einer NanoSIM auch als MicroSIM (3FF, 15 x 12 x 0,76 mm) oder KlassikSIM (2FF, 25 x 15 x 0,76 mm). Die NanoSIM Chipkarte ist nicht nur kürzer und schmaler, sondern mit 670 µm Kartendicke auch dünner als die MicroSIM und KlassikSIM mit einer Kartendicke von 760µm.
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Ein ,Chipmodul‛ ist eine als Einheit verbaubare Komponente, die zumindest ein Trägerelement und einen auf diesem Trägerelement befestigten Chip enthält.
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Die Befestigung des Chips auf dem Trägerelement kann auf vielerlei Weise erfolgen. Häufig wird eine zähflüssige Masse, z.B. eine Polymermasse, auf den auf dem Trägerelement aufliegenden Chip gegossen. Die Polymermasse umfließt den Chip und einen Teilbereich des Trägerelements sowie ggf. auch Kontaktdrähte des Chips. Nach Erhärtung bildet die Masse den sogenannten „Vergusshügel“ aus, welcher der Baueinheit mechanische Festigkeit verleiht und die Kontaktdrähte des Chips schützt.
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Unter ,Absorption‛ wird im Folgenden eine physikalische Wechselwirkung eines einfallenden (Laser)lichts mit dem Material, auf welches das Licht auftrifft und zumindest teilweise durchdringt, verstanden, bei welcher die Energie des Lichts an das Material abgegeben und (beispielsweise in Wärme) umgewandelt wird. Die Lichtabsorption ist im Allgemeinen material- und frequenzabhängig. Die Menge der auf dem Weg absorbierten oder gestreuten Photonen hängt neben dem frequenzabhängigen Extinktionskoeffizienten auch von Schichtdicke des Materials ab (vgl. Lambert-Beersches Gesetz).
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Unter ,Reflektion‛ wird im Folgenden eine physikalische Wechselwirkung eines einfallenden (Laser)lichts mit dem Material, auf welches das Licht auftrifft und zumindest teilweise durchdringt, verstanden, bei welcher das Licht zurückgeworfen wird. Der einfallende Lichtstrahl gibt bei der Reflektion seine Energie also nicht an das Material ab, sondern wird lediglich umgeleitet und zurückgeworfen.
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Herstellungsverfahren und Chipkarte mit schützender Klebeschicht
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In einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, welche durch einen Laser personalisierbar ist. Das Verfahren umfasst:
- - Bereitstellung eines Chipmoduls welches ein Trägerelement und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip umfasst;
- - Bereitstellung eines Kartenkörpers, welcher eine Ausnehmung umfasst;
- - Aufbringen einer Klebeschicht auf zumindest einen Teilbereich derjenigen Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, wobei der Teilbereich sich unterhalb des Chips befindet;
- - Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung, wobei zumindest Teile der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern, wobei die Klebeschicht Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich reflektiert und/oder absorbiert.
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Die Verwendung einer derartigen Klebeschicht kann vorteilhaft sein, da durch ihre lichtreflektierenden und/oder absorbierenden Eigenschaften der über ihr befindliche Chip wirksam vor Beschädigung durch den Laserstrahl während der Personalisierung geschützt wird, auch wenn das Hymen aus Kartenkörpermaterial sehr dünn sein sollte. Somit könnte auch die Oberfläche der Chipkarte unterhalb des Chips mittels Lasergravurverfahren personalisierbar gemacht werden.
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Dies kann insbesondere bei kleinformatigen Chipkarten, wie z.B. NanoSIM-Karten, vorteilhaft sein: die Anwendung der Lasergravur gestaltet sich bei sehr kleinen Chipkartenformaten, wie z.B. dem Micro-SIM- und insbesondere dem Nano-SIM-Kartenformat oftmals als schwierig: diese besitzen eine nur geringe Fläche, auf welcher die Personalisierungsdaten angebracht werden können. Dadurch, dass der Chip durch die Klebeschicht geschützt wird, ist es möglich, eine Personalisierung mittels Lasergravur auch an der Oberfläche der Chipkarte unterhalb des Chips anzubringen und somit die begrenzte Fläche dieser Karten besser zu nutzen.
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In einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann ein sehr effizientes und kostengünstiges Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, bei welchem für den Schutz des Chips vor der Laserstrahlung kein einziger zusätzlicher Verfahrensschritt notwendig ist. Bestehende Herstellungsverfahren basieren oftmals auf Maschinen, die ohnehin ein Aufbringen einer Klebeschicht zwischen dem Chipmodul und zumindest Teilen der Ausnehmung des Kartenkörpers vorsehen. Zumindest manche dieser Herstellungsverfahren bzw. Maschinen könnten nun ohne Modifikation verwendet werden, um die besagten, mit einem Laser auch unterhalb des Chips personalisierbare Chipkarten herzustellen, einfach dadurch, dass ein Kleber verwendet wird, der hinreichende lichtabsorbierende und/oder reflektierende Eigenschaften besitzt bzw. der zusätzlich mit Substanzen, die diese Eigenschaften aufweisen, versetzt wird.
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In einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann ein sehr flexibles Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, das Chipmodule verschiedenster Hersteller auf kostengünstige Weise mit einem einheitlichen und wirksamen Schutz vor Beschädigung ausstatten könnte. So sind, z.B. je nach Dicke, Art und Zusammensetzung des verwendeten Polymers, das den Chip einschließt und auf dem Trägerelement befestigt („Vergusshügel“), die Chips in den Chipmodulen unterschiedlich anfällig für laserinduzierte Beschädigung. Durch das Einbringen einer Klebeschicht, die wirksam eine Beschädigung auch der „sensibelsten“ Chipmodultypen verhindert, könnten Chipmodule unterschiedlicher Hersteller ohne zusätzlichen Verfahrensschritt vor Laserschäden im Zuge der Personalisierung geschützt werden. Chips mit zusätzlichen Beschichtungen, wie etwa in
US006023094 beschrieben, sind oftmals teurer. Zudem ist nicht bekannt, in wieweit diese Beschichtung ausreichenden Schutz gewährt. Zusätzliche Kosten können für Chipkartenhersteller, die Chips unterschiedlichen Typs (mit Zusatzbeschichtung und ohne eine solche) verarbeiten, dadurch entstehen, dass unterschiedliche Maschinen zur Verarbeitung benötigt werden oder eine Maschine je nach Typ des Chips umgestellt oder umkonfiguriert werden muss. Das vorliegende Verfahren könnte jedoch auf Chips mit oder ohne solche Zusatzbeschichtungen angewendet werden, so dass das Herstellungsverfahren flexibel und kostengünstig wäre.
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In einem weiteren vorteilhaften Effekt könnte es auch nicht mehr erforderlich sein, schwache Laser bei der Personalisierung einzusetzen, um die Gefahr einer Beschädigung des Chips zu reduzieren. Die Verwendung schwacher Laser reduziert jedoch oftmals die Qualität der Gravur bzw. des Schriftzugs oder erhöht die Dauer des Gravurvorgangs. Somit könnten dank der erfindungsgemäßen Klebeschicht stärkere Laser verwendet werden, was die Personalisierung verbessern und beschleunigen könnte. Dies könnte insbesondere bei dünnen Karten wie der NanoSIM vorteilhaft sein: dort ist der zwischen dem Chip und der Unterseite der Chipkarte verbliebene Rest an Kartenmaterial, das sogenannte ,Hymen‛, so dünn, dass auch bei vergleichsweise schwachen Lasern die Gefahr besteht, dass der Laserstrahl bei der Personalisierung den Chip beschädigt. Somit könnte der im Zuge der Personalisierung von Nano-SIM Karten produzierte Ausschuss (beschädigte Chipkarten) reduziert werden.
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Das „Schreiben“ des Lasers kann z.B. bewirken, dass sich die Farbe des Kartenkörpers, der von dem Laserstrahl bestrahlt wurde, ändert. Der Laserstrahl kann z.B. zur Verbrennung von Rußpartikeln, die im Kartenkörper eingelagert sind, führen, so dass sich an den von dem Laser beschriebenen Stellen der Kartenkörper schwarz verfärbt. Es ist auch möglich, dass das Material aufgrund des „Schreibens“ des Lasers erhitzt wird und expandiert, sodass ein Oberflächenrelief entsteht, das z.B. auch als Sicherheitselement Verwendung finden kann. Eine Lasergravur wird im Folgenden als Überbegriff für einen durch einen Laser generierten Schriftzug (ohne Veränderungen im Oberflächenrelief der Chipkarte) und ein durch den Laser generiertes Oberflächenrelief verstanden.
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Nach Ausführungsformen ist der Chip von einem Vergusshügel umfasst. Der Vergusshügel haftet auf der der Ausnehmung zugewandten Oberfläche des Trägerelements. Die Klebeschicht wird auf die gesamte Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im implantierten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, einschließlich der aus einer Ebene des Trägerelements herausragenden Oberfläche des Vergusshügels, aufgebracht. Die Klebeschicht auch auf der Oberfläche des Vergusshügels aufzubringen kann vorteilhaft sein, da z.B. Klebefolien direkt ohne einen vorhergehenden Konfektionierungsschritt auf die Unterseite des Chipmoduls aufgebracht werden könnten. Ein Austanzen von Löchern in die Klebefolie im Bereich des Vergusshügels könnte also entfallen.
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Nach Ausführungsformen beinhaltet die Klebeschicht eine lichtabsorbierende Substanz, insbesondere Rußpartikel, Metalloxidpartikel und/oder lichtabsorbierende Pigmente und/oder eine Mischung dieser oder weiterer lichtabsorbierender Substanzen.
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Nach weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Klebeschicht eine Metallfolie. Die Metallfolie kann eine im Wesentlichen flächig ausgestaltete, flexible Metallfolie sein. Die Metallfolie wird vorzugsweise so in der Klebeschicht eingebettet, dass ihre Unter- und Oberseite parallel zur Kontaktfläche von Klebeschicht und Chipmodul positioniert sind. Beispielsweise kann die Metallfolie aus Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold oder einer Legierung der besagten Metalle bestehen.
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Nach weiteren Ausführungsformen beinhaltet die Klebeschicht eine lichtreflektierende Substanz, insbesondere Metallpulver und/oder Pigmente. Das Metallpulver kann zum Beispiel aus Aluminium-, Kupfer-, Silber- und/oder Goldpartikeln bestehen. Das Pigment kann z.B. Rutingelb, Bariumsulfat, und/oder Titandioxid umfassen. Es ist auch möglich, dass in einer Klebeschicht eine oder mehrere lichtabsorbierende und lichtreflektierende Substanzen miteinander kombiniert sind und/oder mit der Metallfolie kombiniert sind.
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Vorzugsweise wird die Konzentration des lichtreflektierenden und absorbierenden Substanzen so hoch wie möglich gewählt, wobei die Konzentration jedoch maximal so hoch gewählt sein darf, dass ein vordefinierter Schwellenwert an Klebefähigkeit der Klebeschicht gewahrt bleibt. Tendenziell reduziert die Beigabe von Füllstoffen wie z.B. Pigmenten oder Metallpulver die Klebefähigkeit vieler Kleber, so dass hier darauf zu achten ist, dass die Konzentration der Füllstoffe hoch genug ist, um den Chip wirksam vor der Laserstrahlung zu schützen, aber niedrig genug ist, um die Klebefähigkeit des Klebers nicht zu sehr zu beeinträchtigen. Eine hohe Konzentration der besagten Substanzen kann vorteilhaft sein, da der benötigte Lichtschutzeffekt schon bei geringer Dicke der Klebeschicht erreicht wird, so dass ein größerer Raum für eine zusätzliche Schutzschicht am Boden der Ausnehmung (Lackschicht oder Metallfolie) oder für eine Luftschicht verbleibt.
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Nach Ausführungsformen besteht die Klebeschicht ganz oder zum überwiegenden Teil (z.B. zu über 80 Gewichtsprozent) aus einer lösungsmittelfreien Nitrilkautschuk-Phenolharz-Mischung mit Pigmenten. Die Pigmente bilden hier die lichtabsorbierende Substanz. Insbesondere kann es sich bei den Pigmenten um Schwarzpigmente handeln, also um Pigmente, die Licht weitgehend im gesamten Spektralraum des sichtbaren Lichts absorbieren. Als Pigment kann z.B. Ruß dienen. Die Klebeschicht kann z.B. auf silikonisiertem Trennpapier aufgebracht sein. Dies kann vorteilhaft sein, da die Klebeschicht zunächst nur an einer Oberfläche klebrig ist. Nach Aufbringen der Klebeschicht an der Unterseite des Chipmoduls kann die Trennschicht abgezogen werden, sodass auch die andere Oberfläche der Klebeschicht frei liegt um diese zumindest mit Teilbereichen der Ausnehmung zu verkleben. Nach Ausführungsformen wird als Klebeschicht das Klebeband „HAF 58434“ der Firma Tesa verwendet.
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Nach Ausführungsformen hat die Klebeschicht eine Dicke von 30µm-100µm, vorzugsweise von 30-60µm. Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Klebeschicht eine Dicke von 30-40 µm auf.
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Nach Ausführungsformen weist die Ausnehmung zumindest eine Stufe auf. Die Formgebung des Trägerelements, des Chips und die Formgebung der Stufe sind so aufeinander abgestimmt, dass das Chipmodul unter Berücksichtigung der herstellungsbedingten Toleranzen formschlüssig in die Ausnehmung einsetzbar ist. Die Formschlüssigkeit ist dergestalt, dass ein Verschieben des Chipmoduls in Richtung der unterhalb der Ausnehmung liegenden Oberfläche des Kartenkörpers verhindert wird. Zusätzlich kann Formschluss in der Art gegeben sein, dass ein Verschieben des Chipmoduls entlang jeder möglichen Richtung auf der durch den Kartenkörper aufgespannten Ebene verhindert wird, wobei auch hier herstellungsbedingten Toleranzen zu berücksichtigen sind. Nach Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung zwischen der Klebeschicht und dem Boden der Ausnehmung verbleibt ein Abstand von 20-100µm, vorzugsweise zwischen 50-60µm. Der durch den Abstand aufgespannte Raum innerhalb der Ausnehmung enthält dabei nur ein Gas oder Gasgemisch, z.B. Umgebungsluft beim Anwenden des Herstellungsverfahrens.
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Der Luftspalt zwischen Chipmodul mit Klebeschicht einerseits und dem Hymen andererseits kann vorteilhaft sein, da er für eine mechanische Entlastung des Hymens sorgen kann: insbesondere wenn die Klebeschicht lichtabsorbierende Partikel enthält, kann sich die Klebeschicht im Zuge der laserbasierten Personalisierung deutlich erwärmen. Dies kann zu einer Ausdehnung der Klebeschicht führen. Der durch die expandierte Klebeschicht auf den rigiden, siliziumbasierten Chip ausgeübte Druck kann so stark sein, dass der Chip beschädigt oder zerstört wird. Durch die Luftschicht könnte eine Kraftübertragung von der durch Erhitzung expandierten Klebeschicht auf das Chipmodul und damit den Chip verhindert und ein „Pufferbereich“ geschaffen werden, innerhalb welchem sich die Klebeschicht bei Erwärmung ausdehnen könnte, ohne den Chip zu beschädigen. Auch wenn die Klebeschicht vorwiegend reflektierende Substanzen enthält, könnte eine Erwärmung der Klebeschicht stattfinden, da zumindest ein kleiner Anteil des Lasers durch den Klebstoff oder die Trägersubstanz oder die vorwiegend, aber nicht ausschließlich reflektierend wirkende Substanz absorbiert und in Wärmeenergie umgewandelt werden könnte.
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Die Luftschicht könnte in machen Ausführungsformen auch eine chemische Reaktion von Klebeschicht und dem Kartenkörper im Bereich des Hymens verhindern, welche zu einer Beeinträchtigung der reflektierenden oder absorbierenden Eigenschaften der Klebeschicht führen könnte.
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Die Luftschicht könnte außerdem bei manchen Ausführungsformen, die sowohl eine Klebeschicht als auch eine Schutzschicht enthalten, ein Abreißen der Schutzschicht vom Boden der Ausnehmung verhindern, falls die Klebeschicht auf der Vergusshügel bei Erwärmung und Ausdehnung oder bei mechanischem Druck mit der Schutzschicht in Kontakt kommen sollte. Wie bereits ausgeführt, ist die Schutzschicht vorzugsweise auf Strahlenschutz hin optimiert, nicht auf Haftwirkung. Ein Kontakt der Klebeschicht mit der Schutzschicht kann also ein Ausreißen der Schutzschicht aus dem Boden der Ausnehmung und eine Zerstörung der Schutzschicht bewirken. Dies könnte durch eine hinreichend hohe Luftschicht jedoch verhindert werden.
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In einem weiteren Aspekt kann die Luftschicht vorteilhaft sein, da sie bewirken könnte, dass das Chipmodul und damit der empfindliche Chip von dem Boden der Ausnehmung mechanisch entkoppelt wird. Dies könnte den Chip vor Beschädigung schützen, wenn auf die Kontakte des Chipmoduls auf der Oberseite der Chipkarte bei gleichzeitigem Festhalten der Ränder des Chipkartenkörpers Druck ausgeübt wird, so dass der Chip in Richtung Hymen gedrückt wird. Die Luftschicht könnte diesen Druck bis zu einem gewissen Grade abfedern.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Chipkarte, welche durch einen Laser personalisierbar ist. Die Chipkarte umfasst:
- - ein Chipmodul welches ein Trägerelement und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip umfasst;
- - einen Kartenkörper, welcher eine Ausnehmung umfasst; und
- - eine Klebeschicht, die auf zumindest einen Teilbereich derjenigen Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, aufgebracht ist, wobei der Teilbereich sich unterhalb des Chips befindet, wobei zumindest Teile der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern, wobei die Klebeschicht ferner dazu ausgebildet ist, Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich zu reflektieren und/oder zu absorbieren.
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Herstellungsverfahren und Chipkarte mit Schutzschicht auf Bodenseite der Ausnehmung
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, welche durch einen Laser personalisierbar ist. Das Verfahren umfasst:
- - Bereitstellung eines Chipmoduls welches ein Trägerelement und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip umfasst;
- - Bereitstellung eines Kartenkörpers, welcher eine Ausnehmung umfasst;
- - Aufbringen einer Klebeschicht auf zumindest einen Teilbereich derjenigen Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet;
- - Aufbringen einer Schutzschicht auf den Boden der Ausnehmung, sodass die Schutzschicht zumindest denjenigen Bereich des Bodens, welcher sich unterhalb des Chips befindet, bedeckt, wobei die Schutzschicht aus einer Lackschicht oder einer Metallfolie besteht, wobei die Schutzschicht Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich reflektiert und/oder absorbiert;
- - nach Aufbringen der Schutzschicht, Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung, wobei zumindest Teile der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern.
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Die Verwendung einer derartigen Schutzschicht kann vorteilhaft sein, da sie auch Oberflächenbereiche der Chipkarte unterhalb des Chips personalisierbar macht.
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In einem weiteren vorteilhaften Aspekt könnte somit ein alternatives, ebenfalls kostengünstiges Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, das besonders dann vorteilhaft sein kann, wenn der innerhalb der Ausnehmung zur Verfügung stehende Raum nicht mehr für das Aufbringen einer Klebeschicht mit hinreichender Dicke zur Bewirkung des Lichtschutzeffektes ausreicht: Da weder die Lackschicht noch die Metallschicht die Funktion wahrnehmen müssen, das Chipmodul mit dem Kartenkörper zu verkleben, kann das Material der Schutzschicht so gewählt werden, dass auf sehr geringem Raum (hier: bei sehr geringer Schichtdicke) schon der notwendige absorbierende und/oder reflektierende Effekt erreicht wird. So ist z.B. bereits eine Metallfolie der Dicke von 5 µm ausreichend, um den Chip wirksam vor Bestrahlungsschäden zu schützen. Die Verwendung von etwas dickeren Folien, z.B. einer Aluminiumfolie von 12 µm Dicke, kann aber den Vorteil haben, dass das Handling der Folie erleichtert werden kann. Somit kann der Einsatz einer Metallschicht als Schutzschicht anstatt einer Klebeschicht beispielsweise vorteilhaft sein, da dadurch auch das Einsetzen vergleichsweise dicker Chips bzw. Chipmodule in relativ flache Ausnehmungen noch möglich sein kann. Falls die Metallschicht mit einer vor Licht schützenden Klebeschicht zusammen verwendet wird, kann die Metallschicht eine Reduktion des Anteils an lichtabsorbierenden und/oder lichtreflektierenden Substanzen in der Klebeschicht ermöglichen, was die Klebeeigenschaften der Klebeschicht verbessern kann.
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In einem weiteren vorteilhaften Aspekt könnte ein sehr flexibles Herstellungsverfahren bereitgestellt werden, welches es erlauben könnte, Chipmodule verschiedenster Hersteller auf kostengünstige Weise mit einem einheitlichen und wirksamen Schutz vor Beschädigung auszustatten (siehe Erläuterungen zur Klebeschicht-basierten Alternative).
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Nach Ausführungsformen besteht die Schutzschicht aus einer Lackschicht und hat eine Dicke von 5µm-50µm, vorzugsweise zwischen 15µm - 25µm. Insbesondere kann die Lackschicht eine Dicke von ca. 20 µm aufweisen. Alternativ dazu kann die Schutzschicht aus einer Metallfolie bestehen, die eine Dicke von 5µm-20µm, vorzugsweise zwischen 10µm - 15µm aufweist. Als geeignet und kostengünstig hat sich beispielsweise eine Aluminiumfolie der Dicke 12 µm erwiesen.
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Nach Ausführungsformen ist die Klebeschicht auch auf zumindest einen Teilbereich derjenigen Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, aufgebracht. Dieser Teilbereich befindet sich unterhalb des Chips. Auch die Klebeschicht ist bei diesen Ausführungsformen so beschaffen, dass sie Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich reflektiert und/oder absorbiert.
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Dass sowohl die Schutzschicht als auch die Klebeschicht lichtabsorbierende und/oder reflektierende Eigenschaften aufweisen könnte vorteilhaft sein, da dadurch der insgesamt erzielte Lichtschutz besonders hoch sein kann. Dies kann zum Beispiel dann vorteilhaft sein, wenn bei der Personalisierung sehr energiestarke Laser verwendet werden.
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Nach Ausführungsformen ist die Schutzschicht so ausgebildet, dass sie Laserstrahlen, die unter einem vordefinierten Winkel (im Allgemeinen 90°) eintreffen, reflektiert. Der vordefinierte Winkel entspricht dabei dem Einfallwinkeln des bei der Personalisierung verwendeten Laserstrahls. Für Licht, das aus einem anderen Winkel einstrahlt, könnte die Schutzschicht und auch das Hymen transparent sein. Dies kann vorteilhaft sein, insbesondere wenn der Laser im Bereich des sichtbaren Lichts arbeitet, da unter einem anderen Winkel die Schutzschicht weitgehend transparent erscheinen kann. Es könnte dadurch ermöglicht werden, technische Informationen, z.B. eine Chipmodultypbezeichnung etc. auf der Unterseite des Chipmoduls in einer für den Menschen oder eine Maschine mit optischem Sensor lesbaren Form anzubringen und dennoch den Chip vor den Strahlen des Lasers zu schützen, vorausgesetzt, diese treffen unter dem vordefinierten Winkeln auf die Oberfläche der Schutzschicht auf.
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Nach Ausführungsformen beinhaltet das Herstellungsverfahren sowohl die Aufbringung einer Schutzschicht, die Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich reflektiert, als auch das Aufbringen einer Klebeschicht, die Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich absorbiert. Dies könnte vorteilhaft sein, da die Reflektion des Laserlichts eine Erwärmung des Chipmoduls von vorneherein verhindern könnte. Die absorbierende Klebeschicht könnte dann als zusätzlicher Schutz dienen, der nur bei Verwendung sehr energiereicher Laser tatsächlich benötigt würde.
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Nach manchen Ausführungsformen reflektiert eine lichtreflektierende Substanz in der Klebeschicht oder in der Schutzschicht innerhalb eines anderen Wellenlängenbereiches als eine lichtabsorbierende Substanz, die in der jeweils anderen Schicht (also der Schutzschicht oder der Klebeschicht) angebracht ist. Dies kann vorteilhaft sein, da die resultierende Chipkarte mit zwei verschiedenen Lasern mit unterschiedlicher Wellenlänge personalisierbar sein könnte. So könnte etwa eine lichtabsorbierende Klebeschicht mit Rußpartikeln die Karte wirksam vor Licht der Wellenlänge von 1064nm schützen, das z.B. von einem Nd:YAG-Laser erzeugt wird, während eine lichtreflektierende Lackschicht mit anderen Pigmenten die Karte wirksam vor Licht einer anderen Wellenlänge schützt. Die Einsetzbarkeit der Chipkarte würde also erweitert.
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Nach Ausführungsformen wird der Chip von einem auf einer Oberfläche des Trägerelements haftenden Vergusshügel umfasst. Die Ausnehmung weist zumindest eine Stufe auf. Die Formgebung des Trägerelements, des Chips und die Formgebung der Stufe sind so aufeinander abgestimmt, dass das Chipmodul formschlüssig in die Ausnehmung einsetzbar ist. Der Formschluss erfolgt dergestalt, dass ein Verschieben des Chipmoduls entlang jeder möglichen Richtung auf der durch den Kartenkörper aufgespannten Ebene sowie ein Verschieben des Chipmoduls in Richtung der unterhalb der Ausnehmung liegenden Oberfläche des Kartenkörpers verhindert wird. Nach Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung verbleibt zwischen der Oberfläche des Vergusshügels und der Oberfläche der Schutzschicht ein Abstand von 20µm-100µm, vorzugsweise von 50-60µm. Der durch den Abstand aufgespannte Raum innerhalb der Ausnehmung enthält dabei nur ein Gas oder Gasgemisch, z.B. Umgebungsluft.
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Wie bereits zuvor beschrieben kann der Luftspalt zwischen Chipmodul und Hymen bzw. an der dem Hymen aufliegenden Schutzschicht vorteilhaft sein, da er einer mechanischen Beschädigung des Chips bei Erwärmung und Ausdehnung der Schutzschicht vorbeugen könnte. Insbesondere bei Verwendung absorbierender Substanzen in der Schutzschicht, z.B. Rußpartikeln, könnte so einer Beschädigung des Chips vorgebeugt werden. Die Luftschicht könnte außerdem bei manchen Ausführungsformen, die sowohl eine Klebeschicht als auch eine Schutzschicht enthalten, eine chemische Reaktion von Klebeschicht und Schutzschicht und/oder ein Abreißen der Schutzschicht vom Boden der Ausnehmung verhindern.
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Nach Ausführungsformen besteht die Klebeschicht, die zusätzlich zur Schutzschicht aufgebracht wird, aus einer Klebefolie. Das Verfahren umfasst:
- - Erzeugen einer Aussparung in der Klebefolie, wobei die Form und Größe dieser Aussparung so beschaffen ist, dass der Vergusshügel durch diese Aussparung hindurchführbar ist; und
- - Aufbringen der Klebefolie an die Oberfläche des Chipmoduls, sodass die Klebefolie die Oberfläche des Trägerelements kontaktiert, wobei der Vergusshügel sich in der Aussparung der Klebefolie befindet; und
- - Auflaminieren der Klebefolie auf die Oberfläche des Chipmoduls, wobei die dem Kartenkörper zugewandte Oberfläche des Vergusshügels frei von der Klebefolie bleibt.
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Die Erzeugung der Aussparung in der Folie zur Durchführung des Vergusshügels durch die Aussparung kann vorteilhaft sein, da so verhindert werden könnte, dass die Gesamthöhe aus Chipmodul mit Vergusshügel und Klebefolie die Tiefe der Ausnehmung überschreitet und/oder da verhindert werden könnte, dass eine schützende Luftschicht zwischen dem „Gipfel“ des Vergusshügels und der Oberseite der Schutzschicht eine zu geringe Dicke aufweist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Chipkarte, welche durch einen Laser personalisierbar ist. Die Chipkarte umfasst:
- - ein Chipmodul welches ein Trägerelement und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip umfasst;
- - einen Kartenkörper, welcher eine für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehene Ausnehmung umfasst;
- - eine Klebeschicht, die auf zumindest einem Teilbereich derjenigen Oberfläche des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, aufgebracht ist, wobei zumindest Teile der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern; und
- - eine Schutzschicht auf den Boden der Ausnehmung, wobei die Schutzschicht zumindest diejenigen Bereiche des Bodens, die sich unterhalb des Chips befinden, bedeckt, wobei die Schutzschicht aus einer Lackschicht oder einer Metallfolie besteht, wobei die Schutzschicht dazu ausgebildet ist, Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich zu reflektieren und/oder zu absorbieren.
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Ausführungsformen, die für beide Varianten des Herstellungsverfahrens bzw. der Chipkarte relevant sind
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Bei den in die Klebeschicht oder die Schutzschicht eingebetteten lichtabsorbierenden Substanzen kann es sich beispielsweise um Ruß, Metalloxidpartikel, lichtabsorbierende Pigmente oder eine Mischung dieser oder anderer lichtabsorbierender Substanzen handeln.
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Bei den in die Klebeschicht oder die Lackschicht eingebetteten lichtreflektierenden Substanzen kann es sich beispielsweise um Metallpulver (z.B. Aluminium-, Kupfer-, Silber- und/oder Goldpartikel) und/oder lichtreflektierende Pigmente (z.B. Rutingelb, Bariumsulfat und/oder Titandioxid) oder einer Mischung aus verschiedenen Metallpulvern und/oder lichtreflektierenden Pigmenten handeln.
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Es ist auch möglich, dass eine Metallfolie (z.B. aus Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold) als Schutzschicht auf dem Boden der Ausnehmung dient oder als integraler Bestandteil der Klebeschicht in diese eingebettet wird.
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Für manche Ausführungsformen wurde festgestellt, dass die genannten Substanzen einen über eine Dauer von einer Sekunde applizierten Laserstrahl eines Yb:YAG Lasers der Wellenlänge 1030 nm mit bis zu 12.7 Watt so vollständig absorbieren bzw. reflektieren, dass keine Schädigung des Chips auftritt.
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Nach Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung der Chipkarte ferner eine mechanische, thermische oder chemische Erzeugung der Ausnehmung. Die Ausnehmung wird derart erzeugt, dass die Dicke des Kartenkörpers unterhalb zumindest desjenigen Bereiches der Ausnehmung, der für die Aufnahme des Chips bestimmt ist, maximal 200µm beträgt. Dies kann vorteilhaft sein, da dadurch auch in sehr dünnen Kartenkörpern, wie z.B. den Kartenkörpern von NanoSIM Karten, hinreichend tiefe Ausnehmungen erzeugt werden können, um Chipmodule gängiger Tiefe sowie eine Klebeschicht und/oder Schutzschicht und vorzugsweise außerdem eine Luftschicht in der Ausnehmung unterzubringen.
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Nach Ausführungsformen umfasst das Verfahren zur Herstellung der Chipkarte nach dem Einsetzen des Chipmoduls ferner eine Durchführung der Personalisierung mittels des Lasers. Dabei schreibt ein von dem Laser generierter Laserstrahl Personalisierungsdaten in oder auf eine Oberfläche des Kartenkörpers unterhalb des eingesetzten Chips. Die Klebeschicht und/oder die Schutzschicht sind so absorbierend oder reflektierend für den Laserstrahl ausgebildet, dass eine Beschädigung des Chips durch den Laserstrahl verhindert wird.
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Zur Personalisierung kann z.B. ein Nd:YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1064nm, oder andere Laser verwendet werden.
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Nach Ausführungsformen wird die Klebeschicht mit Hilfe eines Laminationsverfahrens auf die Oberfläche des Chipmoduls aufgebracht. Unter einem Laminationsverfahren wird hier verstanden, dass die Klebeschicht zunächst in Form einer Klebefolie vorbereitet wird. Die Klebefolie wird auf das erste Substrat, das verklebt werden soll, hier z.B. die Unterseite des Chipmoduls, aufgelegt, und erhitzt. Unter Erhitzten wird eine Erhöhung der Temperatur der Klebefolie auf deutlich über Raumtemperatur, z.B. auf 150-200°C, verstanden. Ggf. kann Druck auf die auf dem ersten Substrat aufliegende Folie angewandt werden, so dass die Klebefolie auf das erste Substrat gepresst wird. Vorzugsweise besitzt die Klebefolie auf ihrer Unterseite eine entfernbare Schutzfolie, die ein Verkleben mit der Pressvorrichtung verhindert. Anschließend ist die Klebefolie auf dem ersten Substrat (Unterseite Chipmodul) „auflaminiert“. Nach Abziehen der Schutzfolie kann die Unterseite des Chipmoduls nun mit Teilbereichen der Ausnehmung verklebt werden, z.B. dadurch, dass die Klebeschicht unter Anwendung von Druck und Temperatur in der Ausnehmung verankert wird.
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Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Chipmodul in verschiedenen Ansichten,
- 2 einen Chipkartenkörper mit einer Ausnehmung,
- 3 das Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung,
- 4 die Herstellung einer Chipkarte mit einer den Chip vor Laserlicht schützenden Klebeschicht,
- 5 die Herstellung einer Chipkarte mit einer den Chip vor Laserlicht schützenden Lackschicht oder Metallfolie,
- 6 die Personalisierung der Chipkarte mittels eines Lasers,
- 7 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Chipkarte mit der vor Laserlicht schützenden Klebeschicht, und
- 8 ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Chipkarte mit der vor Laserlicht schützenden Lackschicht.
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Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen, werden vorzugsweise mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die 1 zeigt ein Chipmodul 102 einer Ausführungsform in verschiedenen Ansichten.
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1a zeigt eine Draufsicht auf eine erste Oberfläche 112 des Chipmoduls. An dieser Oberfläche befinden sich flächige Kontakte 104 aus Metall, die einen Datenaustausch zwischen dem eigentlichen Chip 110 und einem passenden Lesegerät ermöglichen.
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1b zeigt eine Aufsicht auf eine zweite Oberfläche 114 des Chipmoduls. Das Chipmodul umfasst ein flächiges Trägerelement 106, auf dem der Chip 110 befestigt ist. Im dargestellten Beispiel besteht die Befestigung aus einem Vergusshügel 108, der z.B. aus einem erhärteten Polymer bestehen kann, welcher den Chip an dem Trägerelement befestigt und diesen mechanisch stabilisiert und schützt.
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1c zeigt einen Querschnitt des Chipmoduls, wobei sich die erste Oberfläche 112 des Chipmoduls oben und die zweite Oberfläche 114 unten in der Zeichnung befindet. In dieser Ausrichtung wird das Chipmodul auch an einem späteren Zeitpunkt in den Kartenkörper eingesetzt.
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2 zeigt einen Chipkartenkörper 202 mit einer Ausnehmung 204 nach einer Ausführungsform.
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Der Kartenkörper 202 kann beispielsweise aus thermoplastischem Kunststoffmaterial bestehen. Nach manchen Ausführungsformen besteht der Kartenkörper 202 aus Polyvinylchlorid (PVC) (insb. bei laminierten Chipkarten) und einer Mischung aus ca. 50% Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und 50%PVC (insb. bei Spritzgusskarten). Nach wieder anderen Ausführungsformen besteht der Kartenkörper hauptsächlich aus Polykarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polymilchsäure (PLA) und Kombinationen dieser Materialien, z.B. mit PVC.
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Das Trägerelement 106 kann ebenfalls aus einem thermoplastischem Kunststoffmaterial bestehen oder aus einem Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe, z.B. „Glasepoxy (FR4)“.
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Die Ausnehmung 204 ist zur Aufnahme des Chipmoduls 102 ausgebildet. Die Ausnehmung kann ein oder mehrere Stufen enthalten, so dass die Ausnehmung in mehrere Teilbereiche gegliedert ist.
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Ein erster Teilbereich 206 der Ausnehmung 204 kann so dimensioniert sein, dass er das Trägerelement 106 vollständig aufnehmen kann. Vorzugsweise nimmt der erste Teilbereich das Trägerelement und eine Klebeschicht, die an dem Trägerelement anhaftet, so auf, dass die erste Oberfläche 112 des Chipkartenmoduls mit der in 3 gezeigten ersten Oberfläche 314 des Kartenkörpers eine Ebene bildet.
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Ein zweiter Teilbereich 208 der Ausnehmung 204 kann so dimensioniert sein, dass er den Chip, den diesen umschließenden Vergusshügel und noch weitere Schichten, z.B. eine Klebeschicht und/oder eine Lackschicht vollständig aufnehmen kann, so dass vorzugsweise innerhalb des zweiten Teilbereichs 208 noch eine Luftschicht verbleibt. Vorzugsweise hat diese Luftschicht eine Höhe h6, h8, von 20-100µm, vorzugsweise zwischen 50-60µm.
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Die besagte Stufe, die in 3 genauer dargestellt ist, kann z.B. eine umlaufende Schulter bilden, auf der die Außenkante des Tragelementes 106 aufliegt. Durch die Auflageschulter kann das Chipmodul 102 also formschlüssig in den Kartenkörper eingesetzt und mit diesem dauerhaft verklebt werden.
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3 zeigt einen Querschnitt des Chipmoduls 102 und des Kartenkörpers 202 während des Vorgangs der Einsetzung des Chipmoduls in die Ausnehmung 204 nach einer weiteren Ausführungsform.
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Der Kartenkörper hat eine erste Oberfläche 314, die vorzugsweise mit der ersten Oberfläche des Chipmoduls nach dessen Einsetzung eine annähernd versatzfreie Ebene bildet. Der Kartenkörper hat eine zweite Oberfläche 316, auf welche ein Laser die Personalisierungsdaten schreibt, nachdem das Chipmodul in die Ausnehmung eingesetzt und dort festgeklebt wurde. Die Auflagefläche 302, der in der Aufsicht der ersten Stufe entspricht, die den ersten und zweiten Teilbereich der Ausnehmung definiert, dient der Verklebung des eingesetzten Chipelements mit dem Kartenkörper 202. In manchen Ausführungsformen (hier nicht dargestellt) können auch noch weitere Stufen oder Bereiche der Ausnehmung mit dem eingesetzten Chipmodul verklebt sein.
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4 zeigt die Herstellung einer Chipkarte 700 mit einer den Chip 110 vor Laserlicht schützenden Klebeschicht 502.
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Zunächst wird die der Ausnehmung 204 zugewandte Oberfläche 114 des Chipmoduls 102 mit einer Klebeschicht 502 so überzogen, dass zumindest derjenige Bereich 503 dieser Oberfläche 114, welcher in der hergestellten Chipkarte (siehe 4b) unterhalb des Chips 110 liegt, mit dieser Klebeschicht überzogen ist. Vorzugsweise wird, wie in 4a dargestellt, die gesamte Oberfläche 114 des Chipmoduls mit der Klebeschicht überzogen.
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Die Klebeschicht enthält eine Substanz, z.B. eine Flüssigkomponente oder Feststoffpartikel, die das zur Personalisierung zu verwendende Laserlicht so stark reflektiert oder absorbiert, dass eine Beschädigung des Chips 110 bei der Personalisierung wirksam verhindert wird. Vorzugsweise wird dem Kleber der Klebeschicht so viel von dieser Substanz beigegeben, wie maximal möglich ist, ohne die Klebewirkung des Klebers unter einen Schwellenwert zu senken, um sicherzustellen, dass die Klebeschicht noch ihre Funktion des Befestigen des Chipmoduls im Kartenkörper 202 wahrnehmen kann.
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Die Klebeschicht kann auf Basis üblicher zur Verklebung von Chipmodulen verwendeter Kleber, sogenannter „Modulkleber“, gefertigt werden. Diese Modulkleber werden vorzugsweise mit der größten Menge an absorbierenden und/oder reflektierenden Substanzen versetzt, die der Kleber aufnehmen kann ohne dass seine Klebewirkung zu stark reduziert wird. Beispielsweise können folgende Modulkleber verwendet und ggf. mit lichtabsorbierenden oder reflektierenden Substanzen versetzt werden: Tesa HAF8410 und HAF8440, Cardel Hi-Bond 70-1 und Nitto FB-ML80A.. Diese Modulkleber haften sehr gut auf PVC, PVC/ABS und PC-Karten. Für besondere Anwendungsfälle und Kartenmaterialien können jedoch auch spezielle Kleber (z.B. für PET Kartenkörper) verwendet werden, z.B. Scapa G175.
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Der so modifizierte Modulkleber kann zu einem Klebstofffilm verarbeitet werden, der z.B. eine Dicke von 30µm-100µm, vorzugsweise 30-60µm, weiter vorzugsweise 30-40 µm aufweist. Der Klebstoffilm wird z.B. auf einer Trägerfolie („Wachspapier“) bereitgestellt. Der Klebefilm wird sodann mit Druck und Wärme auf die Unterseite 114 des Chipmoduls auflaminiert. Anschließend wird die Trägerfolie abgezogen, so dass eine reine Klebeschicht auf der Unterseite 114 des Chipmoduls 102 verbleibt. Diese reine Klebeschicht wird sodann beim eigentlichen Verkleben mit der durch die Stufe in der Ausnehmung gebildeten Schulter 302 des Kartenkörpers 202 wiederum durch Wärme und Druck aktiviert (Thermosetter-Verfahren) oder aufgeschmolzen (Schmelzklebeverfahren).
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Die Prozesstemperaturen zur Aktivierung oder zum Aufschmelzen des Modulklebers betragen ca. 170-220°C, je nach verwendetem System. Nach ca. 0,5-2 Sekunden ist der Kleber so weit abgekühlt und gehärtet, dass das Chipmodul 102 im Kartenkörper 202 sicher fixiert ist. Die Endhärte des Klebers, die beim Thermosetter mit der Beendigung einer chemischen Reaktion und beim Schmelzklebeverfahren mit dem Abschluss eines Kristallisationsprozesses einhergeht, wird meist nach einigen Tagen erreicht.
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Wie in 4b ersichtlich, überzieht die Klebeschicht 502, die z.B. lichtabsorbierende Rußpartikel enthalten kann, die gesamte Unterseite 114 des Chipmoduls einschließlich des Vergusshügels 108. Die Dicke h0 des Chipmoduls einschließlich des Vergusshügels 106 kann beispielsweise 400-470µm betragen.
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Das mit der Klebeschicht überzogene Chipmodul nach 4b wird nun in den in 4c dargestellten Kartenkörper 202 mit der Ausnehmung 204 eingesetzt und mit dem Kartenkörper verklebt.
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Die In den 4 und 5 dargestellten Größenverhältnisse und Dickenangaben h0-h8 dienen der Veranschaulichung der Schichten und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Sofern nicht explizit anderes angegeben ist, gelten die Angaben für die Dicken bzw. Tiefen h0-h5' für beide in 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen. Die Dicke h1 des Kartenkörpers kann vorzugsweise zwischen 660 und 700µm betragen. Die Dicke h1 kann z.B. gemäß den Formatvorgaben einer NanoSIM 670µm betragen. Die Gesamtdicke h0 des Chipmoduls einschließlich der Vergusshülle (und ohne Klebeschicht) kann z.B. zwischen 400 und 470µm betragen.
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4d zeigt einen Querschnitt eines Bereichs der resultierenden Chipkarte 700. Die eigentliche Klebefunktion wird vorzugsweise nur an manchen Teilbereichen 505 der Klebeschicht wahrgenommen. Insbesondere kann die Klebeschicht 502 in diesen Bereichen 505 das Trägerelement 106 mit der durch die Stufe der Ausnehmung 204 gebildeten Auflageschulter fest verbinden, während die Bereiche der Klebefolie, die die Oberfläche des Vergusshügels bedecken, nicht der Verklebung sondern nur dem Schutz des Chips vor Lichteinstrahlung dienen. Diese Bereiche der Klebefolie befinden sich vorzugsweise nur in Kontakt mit der Oberfläche des Vergusshügels und haben ansonsten keinen Kontakt zu dem Kartenkörper oder einer mit dem Kartenkörper verbundenen Schicht oder Baugruppe. Vielmehr „hängt“ dieser Bereich der Klebeschicht in einer Kammer 509 innerhalb der Ausnehmung, die nur mit Gas, z.B. der Umgebungsluft, gefüllt ist.
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Die Tiefe h2 des ersten Teilbereichs 206 der Ausnehmung kann z.B. im Bereich von 180 µm - 240µm liegen. Sie sollte groß genug sein, um das Trägerelement 110 und die Klebeschicht im Klebebereich 505 aufnehmen zu können. Die Klebeschicht im Bereich 505 kann etwas dünner sein als im Schutzbereich 503, da das Chipmodul nach Ausführungsformen beim Klebeprozess an den Kartenkörper angepresst wird, wodurch die Klebeschicht dort gequetscht wird. Z.B. kann die Klebeschicht im Bereich 505 z.B. um 6-8µm dünner sein als im Bereich 503. Alle Angaben im Hinblick auf die bevorzugte Dicke h5 der Klebeschicht beziehen sich daher zumindest auf die Bereiche 503 unterhalb des Chips. Je nach Klebertyp und Klebeverfahren kann die Dicke h5' der Klebeschicht im Klebebereich 505 gleichdick oder dünner sein als h5.
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Die Tiefe h3 des zweiten Teilbereichs 208 der Ausnehmung kann z.B. im Bereich von 300-400µm liegen. Sie sollte groß genug sein, um den Vergusshügel mit dem Chip und die auf dem Vergusshügel angebrachte Klebefläche (4) und/oder die Lackschicht 610 (siehe 5) aufnehmen zu können. Die Dicke h4 des Hymens, also des verbliebenen Kartenkörpers unterhalb der Ausnehmung, kann sehr dünn sein, beispielsweise nur 200µm oder weniger.
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Die Dicke h6 der Luftschicht 509 beträgt vorzugsweise zischen 20-100µm, vorzugsweise zwischen 50-60 µm. Wie bereits oben erläutert dient die Luftschicht 509 als Pufferzone, die den rigiden Chip vor Beschädigung durch thermische Expansion der mit Laserlicht bestrahlten Klebeschicht schützt. Die Dicke h3 des unteren Teilbereichs der Ausnehmung ist so bemessen, dass der Vergusshügel 106 einschließlich der diesen überziehenden Klebeschicht 502 darin Platz finden und vorzugsweise nach dem Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung noch eine Luftschicht 509 hinreichender Dicke h6 zwischen der Klebeschicht und dem Boden 508 der Ausnehmung verbleibt.
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Beispielsweise können folgende Maße für den Kartenaufbau verwendet werden:
- - die Dicke h0 des Chipmoduls einschließlich des Vergusshügels: 470 µm
- - die Dicke h1 des Kartenkörpers: 680 µm
- - die Tiefe h2 des ersten Teilbereichs 206 der Ausnehmung: 210 µm
- - die Tiefe h3 des zweiten Teilbereichs 208 der Ausnehmung: 340 µm
- - die Dicke h4 des Hymens: 130 µm
- - die Dicke h5 der Klebeschicht unterhalb des Chips: 50 µm
- - die Dicke h5' der Klebeschicht in den Klebebereichen h5' im eingeschmolzenen Zustand: 30 µm
- - die Dicke h6 der Luftschicht: 20 µm.
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Der Pfeil 504 symbolisiert einen einfallenden Laserstrahl, der Personalisierungsdaten auf bzw. in die Oberfläche 316 der Chipkarte unterhalb des Chips 110 schreibt, typischerweise liegt der Einfallswinkel bei 90°. Dieser einfallende Strahl kann entweder, wie hier dargestellt, durch Substanzen innerhalb der Klebeschicht 502 weitgehend oder vollständig reflektiert werden, oder er wird weitgehend oder vollständig absorbiert (z.B. wenn Rußpartikel in die Klebeschicht eingelagert sind). Dies führt dazu, dass nur ein sehr kleiner, unschädlicher Teil des Laserlichts oder auch gar kein Laserlicht bis zum Chip 110 gelangt. Der Chip ist also vor Beschädigung durch den Laserstrahl geschützt.
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5 zeigt die Herstellung einer Chipkarte mit einer den Chip vor Laserlicht schützenden Schutzschicht 610, z.B. einer Lackschicht oder einer Metallfolie. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Schutzschicht rein dem Schutz des Chips vor den Laserstrahlen dient und keine Klebefunktion ausüben muss. Es sollte lediglich sichergestellt werden, dass die Schutzschicht am Boden 508 der Ausnehmung anhaftet, wofür jedoch deutlich geringere Hafteigenschaften ausreichen. Da die Klebefunktion also zurücktritt, können stark absorbierende oder reflektierende Materialien in die Schutzschicht integriert werden und zwar typischerweise in höherer Konzentration als in der Klebeschicht. Die Dicke h7 der Schutzschicht kann also geringer sein als die Dicke h5 der Klebeschicht. Die Dicke h7 kann deutlich vom verwendeten Lacktyp abhängen bzw. von der Frage, ob ein Lack oder eine Metallfolie verwendet wir. Beispielsweise kann h7 10-50 µm dick sein, die Luftschicht h8 kann etwa 20µm oder mehr betragen.
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Da die Schutzschicht dem Boden der Ausnehmung anhaftet, befindet sich vorzugsweise eine Luftschicht einer bevorzugten Dicke h8 von ca. 20-1 00µm, vorzugsweise zwischen 50-60µm zwischen der Unterseite des eingesetzten Chipmoduls 102 und der dem Chipmodul zugewandten Oberfläche der Schutzschicht.
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Der Pfeil 604 symbolisiert einen einfallenden Laserstrahl, der Personalisierungsdaten auf die Oberfläche 316 der Chipkarte unterhalb des Chips 110 schreibt. Dieser einfallende Strahl kann entweder, wie hier dargestellt, durch Substanzen innerhalb der Schutzschicht 610 weitgehend oder vollständig reflektiert werden, oder er wird weitgehend oder vollständig absorbiert. Dies schützt den Chip 110 gelangt vor Beschädigung durch den Laserstrahl 604.
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Auch die in 5 dargestellte Ausführungsform sieht das Aufbringen einer Klebeschicht 602 vor. Die Schicht kann jedoch auf einige ausgewählte Oberflächenbereiche 605 des Chipmoduls beschränkt sein, so dass noch genügend Platz für die Luftschicht verbleibt bzw. dafür, das Chipmodul überhaupt in die Ausnehmung einsetzen zu können. Nach anderen Ausführungsformen (hier nicht dargestellt) ist es jedoch möglich, dass die Schutzschicht mit einer vollflächig auf der Unterseite 114 des Chipmoduls aufgebrachten Klebeschicht kombiniert wird. In diesem Fall enthält die Klebeschicht ebenfalls, wie auch die Schutzschicht, lichtabsorbierende und/oder lichtreflektierende Eigenschaften.
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6 zeigt die Personalisierung der Chipkarte 700 mittels eines Lasers 704. 6a zeigt die Oberseite 314 des Kartenkörpers bzw. der Chipkarte 700, auf der die Kontaktflächen der Oberseite 112 des Chipmoduls 102 erkennbar sind. 6b zeigt die Unterseite 316 des Kartenkörpers bzw. der Chipkarte 700. Die Unterseite 316 soll personalisiert werden, auch in dem Oberflächenbereich unterhalb des Chips 110. Die Personalisierung besteht darin, dass der Laser 704 Personalisierungsdaten 702, z.B. einen Namen oder eine Karten-ID, auf die Unterseite 316 des Kartenkörpers 202 schreibt.
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7 zeigt ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Chipkarte 700 mit der vor Laserlicht schützenden Klebeschicht. In Schritt 802 wird ein Chipmodul 102 mit einem Trägerelement 106 und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip 110 bereitgestellt. In Schritt 804 wird ein Kartenkörper 202 mit einer Ausnehmung 204 bereitgestellt. In Schritt 806 wird eine Klebeschicht 502 auf zumindest einen Teilbereich 503 derjenigen Oberfläche 114 des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet, aufgebracht. Dieser Teilbereich 503 befindet sich unterhalb des Chips 110. In Schritt 808 erfolgt das Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung 204, wobei zumindest Teile 505 der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern. Die Klebeschicht absorbiert und/oder reflektiert Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich.
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8 zeigt ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens für eine Chipkarte 700 mit der vor Laserlicht schützenden Schutzschicht 610. Die Schutzschicht kann aus einer Lackschicht oder einer Metallfolie bestehen. In Schritt 902 wird ein Chipmodul 102 mit einem Trägerelement 106 und einen auf diesem Trägerelement angeordneten Chip 110 bereitgestellt. In Schritt 904 wird ein Kartenkörper 202 mit einer Ausnehmung 204 bereitgestellt. In Schritt 906 erfolgt das Aufbringen einer Klebeschicht 602 auf zumindest einen Teilbereich 605 derjenigen Oberfläche 114 des Chipmoduls, welche sich im eingesetzten Zustand innerhalb des Kartenkörpers befindet. In Schritt 908 erfolgt das Aufbringen der Schutzschicht 610 auf den Boden 508 der Ausnehmung, sodass die Schutzschicht zumindest denjenigen Bereich des Bodens, welcher sich unterhalb des Chips befindet, bedeckt. Die Schutzschicht absorbiert und/oder reflektiert Licht zumindest in dem von dem Laser verwendeten Wellenlängenbereich. Nach dem Aufbringen der Schutzschicht erfolgt in Schritt 910 das Einsetzen des Chipmoduls in die Ausnehmung 204, wobei zumindest Teile der Klebeschicht das Chipmodul in der Ausnehmung verankern.
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Bezugszeichenliste
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- 102
- Chipmodul
- 104
- Kontakte
- 106
- Trägerelement
- 108
- Vergusshügel
- 110
- Chip
- 112
- erste Oberfläche des Chipmoduls 102 („Oberseite“)
- 114
- zweite Oberfläche des Chipmoduls 102 („Unterseite“)
- 200
- Chipkarte
- 202
- Kartenkörper
- 204
- Ausnehmung für Chipmodul
- 206
- Ausnehmung für Trägerelement
- 208
- Ausnehmung für Vergusshügel mit Chip
- 302
- Kontaktfläche für Klebeschicht
- 314
- erste Oberfläche Chipkarte („Oberseite“)
- 316
- zweite Oberfläche Chipkarte („Unterseite“)
- 402
- Klebeschicht ohne Lichtschutzwirkung
- 502
- Klebeschicht mit Lichtschutzwirkung
- 503
- Bereich unterhalb des Chips 110
- 504
- einfallender Laserstrahl
- 505
- Bereich
- 506
- reflektierte Komponente des Laserstrahls
- 508
- Boden der Ausnehmung
- 509
- Luftkammer
- h0
- Höhe Chipmodul
- h1
- Höhe Kartenkörper
- h2
- Höhe Ausnehmung für Trägerelement
- h3
- Höhe Ausnehmung für Vergusshügel
- h4
- Höhe Hymen
- h5
- Höhe Klebeschicht
- h6
- Abstand Klebeschicht-Boden der Ausnehmung
- h7
- Höhe Lackschicht
- h8
- Abstand Chipmodul-Lackschicht
- 602
- Klebeschicht ohne Lichtschutzwirkung
- 604
- einfallender Laserstrahl
- 605
- Bereich
- 606
- reflektierte Komponente des Laserstrahls
- 610
- Schutzschicht
- 702
- Personalisierung
- 704
- Laser
- 802-808
- Schritte
- 902-910
- Schritte
