DE102018222332A1

DE102018222332A1 - Verpackung mit Transponder und Kryptomodul

Info

Publication number: DE102018222332A1
Application number: DE102018222332.7A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Holland
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020127205A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verpackung mit einem Träger, der mindestens einen Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands aufweist, einer Abdeckung, die so auf dem Träger angeordnet und/oder mit dem Träger verbunden ist, dass der mindestens eine Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands einen Hohlraum (101) bildet, und mindestens einem Transponder (102) mit einem Substrat, einem Mikrochip und einer Antenne (105), wobei der mindestens eine Transponder (102) auf einer Oberfläche des Trägers oder der Abdeckung angeordnet ist oder zumindest teilweise in dem Träger oder der Abdeckung integriert ist. Der Mikrochip und die Antenne (105) sind in einem CMOS-basierten Schaltkreis, der in dem Substrat und/oder zumindest teilweise auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, integriert und der Mikrochip weist ein Kryptomodul auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verpackung, vorzugsweise für pharmazeutische Produkte, mit einem Transponder, der ein Kryptomodul aufweist.
Verpackungen für pharmazeutische Produkte, wie z.B. Tabletten, können einen Transponder oder ein RFID-Tag aufweisen (radio-frequency identification). Der Transponder oder RFID-Tag ist üblicherweise mit ausgedehnten Leiterbahnen verbunden, die in einer Folie integriert sind. Wenn eine Tablette oder ein anderer Gegenstand aus der Verpackung entnommen wird, werden die Folie und damit auch die mit dem Transponder oder RFID-Tag verbundenen Leiterbahnen zumindest teilweise zerstört. Durch Auslesen des Transponders oder RFID-Tags kann man dann erkennen, ob die Verpackung geöffnet wurde bzw. wo sich noch Gegenstände in der Verpackung befinden.
Das Integrieren von ausgedehnten Leiterbahnen, z.B. durch Abscheiden auf einer Folie der Verpackung, und die Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu einem Transponder oder RFID-Tag erfordert einen zeit- und kostenintensiven Herstellungsprozess.
Darüber hinaus beanspruchen Transponder oder RFID-Tags, die in Verpackungen für pharmazeutische Produkte verwendet werden, aufgrund einer typischerweise modularen Bauweise viel Platz und Gewicht und sind einfach zu kopieren, sodass nur ein geringer Produktschutz besteht.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Verpackung mit einem Transponder in kompakter Bauweise vorzuschlagen, die einerseits einfach und kostengünstig hergestellt werden kann und gleichzeitig einen hohen Sicherheitsstandard bietet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Verpackung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Verpackung ist mit einem Träger, einer Abdeckung und mindestens einem Substrat ausgebildet. Der Träger weist mindestens einen Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands auf. Die Abdeckung ist so auf dem Träger angeordnet und bzw. oder mit dem Träger verbunden, dass der mindestens eine Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands einen, typischerweise geschlossenen, Hohlraum bildet. Der mindestens eine Transponder ist mit einem Substrat, einem Mikrochip und einer Antenne versehen, wobei der mindestens eine Transponder auf einer Oberfläche des Trägers oder der Abdeckung angeordnet ist oder zumindest teilweise in dem Träger oder in der Abdeckung integriert ist. Der Mikrochip und die Antenne sind in einem CMOS-basierten Schaltkreis (complementary metal-oxide semiconductor), der in dem Substrat und bzw. oder zumindest teilweise auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, integriert. Der Mikrochip weist ein Kryptomodul auf bzw. ist mit einem Kryptomodul gebildet bzw. versehen, wobei das Kryptomodul vorzugsweise einen privaten elektronischen Schlüssel aufweist.
Die Verpackung erlaubt somit einerseits die sichere Aufbewahrung von wenigstens einem Gegenstand in dem Hohlraum, ist gleichzeitig aber aufgrund des einfachen Aufbaus kostengünstig herstellbar. Zudem wird durch den elektronischen Mikrochip und das Kryptomodul eine Sicherheit erhöht, dass keine Fälschung vorliegt.
Der Träger und die Abdeckung können mit verschiedenen Formen und mit unterschiedlichen Materialen realisiert sein. Beispielsweise können der Träger und bzw. oder die Abdeckung mit mindestens einer Folie ausgebildet sein. Der Träger kann dabei mehrere Bereiche zur Aufnahme eines Gegenstands aufweisen. Ebenso kann die Abdeckung mehrere Bereiche zur Aufnahme eines Gegenstands aufweisen. Vorzugsweise sind diese Bereiche durch Vertiefungen oder Blister gebildet, die in einer Folie des Trägers oder der Abdeckung an mehreren Stellen eingearbeitet sind. Die Abdeckung ist dann typischerweise mit dem Träger, beispielsweise durch Kleben oder Laminieren, so verbunden, dass die Bereiche zur Aufnahme eines Gegenstands Hohlräume bilden, in denen ein jeweiliger Gegenstand eingeschlossen werden kann. Bei einer solchen Blister- oder Streifenverpackung kann eine Folie des Trägers oder der Abdeckung auch aus mehreren verschiedenen Lagen bestehen. Eine Folie und bzw. oder Lage können beispielsweise mit Kunststoff oder mit mindestens einem Metall ausgebildet sein. Eine Folie und bzw. oder Lage kann auch eine Metallschicht aufweisen oder mit einer Metallschicht ausgebildet sein.
Alternativ kann der Träger auch aus einer Röhre bestehen oder mit einer Röhre ausgebildet sein. Die Abdeckung kann aus einem Deckel bestehen oder einen Deckel aufweisen. Der Deckel kann mit der Röhre beispielsweise durch eine Schraub- oder Klebeverbindung verbunden sein. Eine Röhre kann dann zusammen mit einem Deckel einen Hohlraum bilden. Die Röhre und bzw. oder der Deckel können mit Kunststoff oder mindestens einem Metall ausgebildet sein. Die Röhre und bzw. oder der Deckel können auch eine Metallschicht aufweisen oder durch eine Metallschicht gebildet sein.
Vorteilhaft wirkt es sich aus, wenn der Träger oder die Abdeckung eine Markierung aufweist, die die Stelle von außen sichtbar kennzeichnet, an der ein Transponder an der Verpackung angeordnet ist. Insbesondere wenn der Träger oder die Abdeckung nicht transparent ist, kann ein Lesegerät durch eine entsprechende Markierung zielgerichtet nah an den Transponder herangeführt und Informationen effizient ausgetauscht werden. Die Markierung kann durch ein oder mehrere Zeichen, wie z.B. einem Punkt, einem Kreis oder einer anderen geometrischen Figur, gebildet sein.
Der mindestens eine Transponder kann in einem Hohlraum angeordnet sein. Es können auch mehrere Transponder in jeweils verschiedenen Hohlräumen angeordnet sein. Dadurch kann die Verpackung geteilt werden und jedes Teil der Verpackung individuell authentifiziert werden. Bei einer Röhrenverpackung kann der Transponder auch in einem Deckel angeordnet sein.
Vorzugsweise weist der Transponder dabei eine Breite von weniger als 1 mm und bzw. oder eine Länge von weniger als 1 mm und bzw. oder eine Höhe von weniger als 0,15 mm auf. Somit lässt sich eine besonders kompakte Bauweise des Transponders mit geringem Gewicht realisieren.
In der vorliegenden Erfindung sind ein Mikrochip und eine Antenne in einem CMOS-basierten Schaltkreis integriert und miteinander elektrisch verbunden. Der CMOS-basierte Schaltkreis kann in einem Substrat, das beispielsweise Silizium aufweist, angeordnet sein. Der Schaltkreis kann zumindest teilweise auch auf einem Substrat oder auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet sein. Der Schaltkreis ist dabei typischerweise mit mehreren Metallschichten ausgebildet, die mittels Durchkontaktierungen elektrisch verbunden sind. Die einzelnen Komponenten des Schaltkreises können dann in mehreren Arbeitsschritten aufgebracht werden.
Eine Antenne kann mit einer Metallschicht des Schaltkreises ausgebildet sein, die auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Die Metallschicht zur Ausbildung der Antenne kann aus Aluminium bestehen oder Aluminium aufweisen. Die Antenne kann derart ausgebildet sein, dass sie eine Abstrahlcharakteristik aufweist, die es erlaubt, mit einem Lesegerät, das sich in einem Abstand von höchstens 2 cm vom Transponder befindet, zu kommunizieren und Informationen bzw. Energie auszutauschen.
Die Antenne kann als ein elektrischer Dipol ausgebildet sein, wobei über das elektromagnetische Fernfeld des Dipols mit einem Lesegerät Informationen und bzw. oder Energie zwischen einem Transponder und einem Lesegerät ausgetauscht werden können. Alternativ kann die Antenne auch eine Spule mit einer oder mehreren Windungen ausbilden, wobei über das magnetische Nahfeld der Spule mit einem Lesegerät Informationen und bzw. oder Energie ausgetauscht werden können. Die Antenne kann als Schlitzantenne oder als Patch-Antenne ausgebildet sein.
Mit dem Kryptomodul kann mindestens ein Verschlüsselungs- und bzw. oder Entschlüsselungsverfahren und bzw. oder Authentifizierungsverfahren, das zumindest einer Authentifizierung der Verpackung und bzw. oder des Inhalts der Verpackung mit einem hohen Sicherheitsstandard dienen kann, ausgeführt werden. Das Kryptomodul ist dazu mit mindestens einem privaten elektronischen Schlüssel versehen bzw. gebildet. Der Transponder und bzw. oder das Kryptomodul sind so ausgebildet, dass mit dem mindestens einen privaten elektronischen Schlüssel verschlüsselte Informationen über die Antenne an ein Lesegerät zur Authentifizierung weitergegeben werden können. Beispielsweise kann eine Authentifizierung dazu dienen, ein Originalprodukt des Herstellers von einem Plagiat zu unterscheiden. Damit kann ein Produkt- oder Plagiatsschutz mit einem hohen Sicherheitsstandard realisiert werden.
Zusätzlich kann der Mikrochip mit einem elektronischen Speicher versehen sein. Das Kryptomodul kann so ausgebildet sein, dass ein direkter Zugriff auf den elektronischen Speicher möglich ist, und Daten, die im elektronischen Speicher hinterlegt sind, verschlüsselt oder entschlüsselt werden können. Solche Daten können beispielsweise durch eine Identifikationsnummer oder ein Passwort gebildet sein. Das Kryptomodul kann aber auch selbst mit einem elektronischen Speicher, auf dem Daten hinterlegt werden können, ausgebildet sein.
Außerdem kann der Mikrochip auch einen Prozessor, Mikroprozessor und bzw. oder elektronischen Speicher aufweisen. Der Prozessor oder Mikroprozessor kann so ausgebildet sein, dass er zumindest teilweise Funktionen, die durch das Kryptomodul vorgegeben sind, ausführt. Das Kryptomodul kann auch eine elektronische Bibliothek aufweisen, wobei der Prozessor oder Mikroprozessor alle Funktionen der elektronischen Bibliothek ausführt. Alternativ kann das Kryptomodul auch selbst Funktionen einer elektronischen Bibliothek ausführen.
Die Antenne und der Mikrochip können über ein elektrisches Anpassnetzwerk gekoppelt sein, welches die Impedanzen des Mikrochips und der Antenne zur Reduktion von Energie- und Signalverlusten aufeinander abstimmt.
Eine Authentifizierungsverfahren und bzw. oder Verschlüsselungsverfahren und bzw. oder Entschlüsselungsverfahren, das über das Kryptomodul ausgeführt wird, kann auf einem symmetrischen kryptografischen Verfahren beruhen, bei dem mindestens ein privater elektronischer Schlüssel vor der Öffentlichkeit und dem Zugriff Dritter geheim gehalten wird.
Ein symmetrisches kryptografisches Verfahren dient der beidseitigen Authentifizierung, sowohl vom Lesegerät zum Transponder als auch vom Transponder zum Lesegerät und kann einen hohen Sicherheitsstandard bieten. Im Vergleich zu asymmetrischen Verschlüsselungsverfahren stellen symmetrische Verschlüsselungsverfahren generell geringere Anforderungen an die erforderlichen Hardwareressourcen und erhöhen damit die Energieeffizienz des Transponders und des Lesegeräts.
Vorzugsweise ist der mindestens eine Transponder ausgebildet, sich durch ein symmetrisches kryptographisches Verfahren, das auf dem PRESENT Verschlüsselungsverfahren basiert, an einem Lesegerät, das typischerweise sich in einem Abstand von höchstens 2 cm von dem Transponder befindet, über das Kryptomodul zu authentifizieren, das typischerweise über den privaten elektronischen Schlüssel verfügt.
Das PRESENT Verschlüsselungsverfahren ist im Standard ISO/IEC 29167-11:2014 beschrieben und bietet einen besonders hohen Schutz bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch der ausführenden Hardware. Vorzugsweise beträgt die Länge des privaten elektronischen Schlüssels 80 Bits. Es können aber auch längere oder kürzere private elektronische Schlüssel verwendet werden. Ergänzt werden kann das PRESENT Verschlüsselungsverfahren durch das Authentifizierungsverfahren CIPURSE.
Die oben beschriebene Verpackung kann mit einem Lesegerät kombiniert werden. Vorzugsweise ist das Lesegerät so ausgebildet, dass über die Antenne des Transponders verschlüsselte und bzw. oder unverschlüsselte Informationen zwischen Transponder und Lesegerät ausgetauscht werden können.
Die Verpackung und bzw. oder der Transponder können auch mit einem Sensor oder mehreren Sensoren versehen sein, die mit dem Mikrochip elektronisch verbunden sind. Ein oder mehrere Sensoren können dabei verschiedene physikalische Messgrößen, wie z.B. Temperatur, Druck, Dehnung oder geographische Position, erfassen. Diese Messgrößen können auf dem elektronischen Speicher, der auf dem Mikrochip angeordnet ist, abgespeichert und bzw. oder von einem Lesegerät ausgelesen werden. Die physikalischen Messgrößen können über das Kryptomodul verschlüsselt werden. Werden die physikalischen Messgrößen verschlüsselt oder unverschlüsselt über ein Lesegerät ausgelesen, können sie Aufschluss über den Zustand der Verpackung beziehungsweise eine mögliche physikalische Beeinflussung der Verpackung zu einem Zeitpunkt, der vor der Authentifizierung liegt, geben. Dies kann den Sicherheitsstandard zusätzlich erhöhen.
Ein erfindungsgemäßes System umfasst eine Verpackung mit den beschriebenen Eigenschaften und ein Lesegerät.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 3 erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine Blisterverpackung mit mehreren Hohlräumen und dem Transponder;
2 eine Streifenverpackung mit mehreren Hohlräumen und einem Transponder und
3 einen Transponder mit einer Schlitzantenne.

1a zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Blisterverpackung 100, bei der ein Träger mit einer Folie aus Kunststoff und eine Abdeckung 103 mit einer Folie aus Aluminium vorliegen. Der Träger weist mehrere Vertiefungen auf. Die Abdeckung 103 ist durch Kleben mit dem Träger verbunden, kann in weiteren Ausführungen aber auch durch eine Lamination mit dem Träger verbunden sein. Die Blisterverpackung 100 weist mehrere Hohlräume 101 zur Aufnahme eines Gegenstands, z.B. einer Tablette, auf. Ein Transponder 102 ist in einem Hohlraum 101 oder auf einer von der Abdeckung 103 abgewandten Oberfläche des Trägers außerhalb eines Hohlraums 101 angeordnet. Die Stelle, an der der Transponder 102 angeordnet ist, ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein optisch sichtbares Kreuz markiert, um ein Lesegerät schnell zur richtigen Position führen zu können. Das Lesegerät kann dann aus einer Entfernung von weniger als 2 cm mit dem Transponder 102 interagieren und Informationen auslesen.
1b zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Blisterverpackung 100 in 1a. Wiederkehrende Merkmal sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Der Transponder 102 weist eine Höhe von 0,15 mm auf und kann somit in einem der Hohlräume 101 der Blisterverpackung 100 angeordnet werden.
2a zeigt in einer 1a entsprechenden Ansicht eine Draufsicht auf eine Streifenverpackung 104, bei der ein Träger mit einer Folie aus Kunststoff und eine Abdeckung mit einer Folie aus Aluminium ausgebildet ist. Träger und Abdeckung weisen beide Vertiefungen auf, die durch eine Klebeverbindung zwischen Träger und Abdeckung mehrere Hohlräume 101 zur Aufnahme eines Gegenstands, z.B. einer Tablette, bilden. Ein Transponder 102 ist auf einer äußeren Oberfläche der Streifenverpackung 104 außerhalb eines Hohlraums angeordnet.
2b zeigt eine Querschnittsansicht der in 2a gezeigten Streifenverpackung 104 analog zur Querschnittsfläche der in 1b gezeigten Blisterverpackung 100.
3 zeigt den auf CMOS-Technologien basierenden Transponder 102 mit einer Länge von 1 mm, einer Breite von 1 mm und einer Höhe von 0,15 mm. Eine Schlitzantenne 105 ist zumindest teilweise auf einer Oberfläche des Substrats beziehungsweise des Transponders 102 ausgeführt. Die Schlitzantenne 105, die durch eine Metallschicht aus Aluminium gebildet ist, ist zusammen mit einem Mikrochip in einem Substrat aus Silizium integriert. Die Schlitzantenne 105 und der Mikrochip sind über ein elektrisches bzw. elektronisches Anpassnetzwerk miteinander verbunden, so dass Impedanzen aufeinander abgestimmt sind. Die den Mikrochip bildenden Metallschichten sind in dem Substrat angeordnet (und daher in 3 nicht sichtbar) und mittels Durchkontaktierungen mit der Schlitzantenne 105 verbunden. Der Mikrochip ist mit einem Kryptomodul versehen, wobei das Kryptomodul mit einem privaten elektronischen Schlüssel versehen ist. Der private elektronische Schlüssel weist eine Länge von 80 Bits auf.
Hierbei kann es auch sinnvoll sein, den Mikrochip mit einem elektronischen Speicher auszustatten, wobei ein direkter Zugriff des Kryptomoduls auf den elektronischen Speicher ermöglicht wird. Daten, die im elektronischen Speicher hinterlegt sind, können durch eine Identifikationsnummer oder ein Passwort verschlüsselt und entschlüsselt werden. Als symmetrisches kryptografisches Verfahren dient hierbei üblicherweise ein Verfahren, das auf PRESENT und CIPURSE beruht.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch ein Sensor an der Verpackung vorgesehen sein, der eine Messgröße wie Umgebungsfeuchtigkeit oder ähnliches misst und gegebenenfalls in der Speichereinheit abspeichert. Der Sensor kann auch dazu benutzt werden, Manipulationen an der Verpackung zu registrieren.
Anstelle der beschriebenen Blisterverpackung 100 oder der beschriebenen Streifenverpackung 104 kann der Transponder 102 in weiteren Ausführungsbeispielen auch in einer röhrenförmigen Verpackung Verwendung finden. Die Abdeckung besteht hierbei aus einem Deckel und der Träger aus einer Röhre, die zusammen den Hohlraum bilden. Der Transponder 102 ist hierbei in der Regel im Deckel angeordnet.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO/IEC 29167-11:2014 [0024]

Claims

Verpackung mit einem Träger, der mindestens einen Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands aufweist, einer Abdeckung, die so auf dem Träger angeordnet und/oder mit dem Träger verbunden ist, dass der mindestens eine Bereich zur Aufnahme eines Gegenstands einen Hohlraum (101) bildet, und mindestens einem Transponder (102) mit einem Substrat, einem Mikrochip und einer Antenne (105), wobei der mindestens eine Transponder (102) auf einer Oberfläche des Trägers oder der Abdeckung angeordnet ist oder zumindest teilweise in dem Träger oder der Abdeckung integriert ist, wobei der Mikrochip und die Antenne (105) in einem CMOS-basierten Schaltkreis, der in dem Substrat und/oder zumindest teilweise auf einer Oberfläche des Substrats angeordnet ist, integriert sind und der Mikrochip ein Kryptomodul aufweist.
Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger und die Abdeckung mit mindestens einer Folie zur Ausbildung einer Blister- oder Streifenverpackung oder der Träger mit einer Röhre und die Abdeckung mit einem Deckel zur Ausbildung einer Röhrenverpackung gebildet sind.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger oder die Abdeckung eine Markierung aufweist, die die Stelle an der der mindestens eine Transponder (102) angeordnet ist, von außen sichtbar kennzeichnet.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Transponder (102) in einem Hohlraum (101) angeordnet ist.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Transponder (102) eine Breite von höchstens 1 mm und/oder eine Länge von höchstens 1 mm und/oder eine Höhe von höchstens 0,15 mm aufweist.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (105) derart ausgebildet ist, dass sie eine Abstrahlcharakteristik aufweist, die es erlaubt, mit einem Lesegerät, das sich in einem Abstand von höchstens 2 cm von dem mindestens einen Transponder (102) befindet, Informationen auszutauschen.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Transponder (102) ausgebildet ist, sich durch ein symmetrisches, kryptographisches Verfahren, das auf dem PRESENT Verschlüsselungsverfahren basiert, an einem Lesegerät über das Kryptomodul zu authentifizieren.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrochip einen Prozessor und/oder einen elektronischen Speicher aufweist.
Verpackung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder mit einem Sensor zum Erfassen mindestens einer physikalischen Messgrösse gebildet ist.
System mit einer Verpackung nach einem der vorigen Ansprüche und einem Lesegerät.