DE102019128464A1

DE102019128464A1 - Sensoreinrichtung, Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, Chipkarte und Verfahren zum Bilden einer Chipkarte

Info

Publication number: DE102019128464A1
Application number: DE102019128464.3A
Authority: DE
Inventors: Walther Pachler; Jens Pohl; Josef Gruber; Frank Pueschner; Stephan RAMPETZREITER; Thomas Spoettl; Peter Stampka
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-04-22
Also published as: US11681888B2; US20210117743A1

Abstract

Eine Sensoreinrichtung (100) wird bereitgestellt, die einen Fingerabdruck-Sensor (109) und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor (109) gekoppelte Antenne (106) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors (109) mit einer Booster-Antenne (330) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung, ein Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, eine Chipkarte und ein Verfahren zum Bilden einer Chipkarte.
Heutzutage gibt es einen klaren Trend hin zu Chipkarten bzw. Smartcards, z.B. für Bankanwendungen oder Zugangserlaubnisse, die mit biometrischen Sensoren zur Authentifizierung versehen sind, z.B. mit Fingerabdruck-Sensoren.
Diese Karten haben allerdings einen komplexen Aufbau mit mehreren Komponenten, die galvanisch miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der Fingerabdruck-Sensor mit einem Chip (der sicherheitsrelevante Funktionen bereitstellen kann und dann auch als Secure Element bezeichnet wird) und mit einer Antenne elektrisch leitend verbunden sein.
Für eine breite Akzeptanz müssen Anwendungen für den Massenmarkt, wie z.B. Bezahl-/Bankanwendungen, einerseits kostengünstig sein und auf der anderen Seite vorgeschriebene Zuverlässigkeits- bzw. Sicherheitsanforderungen erfüllen, z.B. den Ansprüchen den CQM-Standards hinsichtlich mechanischer Zuverlässigkeit genügen.
Im Stand der Technik wurden verschiedene Fingerabdruck-Sensoren vorgeschlagen, welche sich hinsichtlich einer Art des Sensors, einem Sensormaterial und einem Verfahren, die Smartcard zusammenzubauen, unterscheiden.
In der US 9,396,379 B2 wird ein Fingerabdruck-Sensor beschrieben, der eine flexible Einheit mit eingebetteten elektrisch leitfähigen Bereichen aufweist, die ein Sensorarray bilden, d.h. eine flächige Anordnung von einzelnen Sensorpunkten. Das Signal, das vom Sensorarray bereitgestellt wird, wird von einer mit dem Sensorarray elektrisch leitfähig verbundenen Prozessoreinheit ausgewertet. Außerdem werden externe Kontakte bereitgestellt, mit welchen der Sensor mit anderen elektrischen Strukturen verbunden ist, z.B. mit einer RFID-Antenne und einem Chipkartenmodulschaltkreis, welche ebenfalls im Smartcard-Körper integriert sind.
Die mechanisch-elektrischen Verbindungen zwischen der Sensorvorrichtung, der RFID-Antenne und dem Chipkartenmodulschaltkreis können dabei einen Nachteil darstellen. Denn diese Verbindungen können spezielle Verbindungstechnologien benötigen, z.B. Löten oder Kleben mit einem anisotropen elektrisch leitfähigen Kleber, z.B. so genanntem „aisotropic conductive adhesive“ (ACA) bzw. „anisotropic conductive paste“ (ACP)), und/oder zusätzliche Verbindungselemente (z.B. zusätzliche gedruckte Leiterplatten (PCB, welche auch flexibel/biegbar sein können, so genannte Flex PCBs), und/oder leitfähige Drähte/Leitungen. All das kann dazu führen, dass die Smartkartenstruktur komplex, teuer und mechanisch wenig zuverlässig ist.
In der SE 175 836 A1 wird ein Fingerabdruck-Modul beschrieben, das einen Fingerabdruck-Sensor aufweist, der in eine Öffnung eines Substrats eingebracht und mit einer RFID-Antenne elektrisch leitend verbunden ist, welche sowohl der Kommunikation als auch der Energiegewinnung für den Sensor dient.
Allerdings ist die Antenne der SE 175 836 A1 relativ groß, weil sie Anforderungen der kontaktlosen Datenübertragung, welche in relevanten Standards (z.B. ISO 14443, CQM, EMVco) festgelegt sind, erfüllen muss. Mit steigender Antennengröße steigen auch die Herstellungskosten. Darüber hinaus schneiden größere Module bei mechanischen Zuverlässigkeitstests schlechter ab und sind auch tatsächlich in der Anwendung weniger (Langzeit-)zuverlässig.
Es besteht folglich ein Bedarf an einem kostengünstigen, zuverlässigen biometrischen Sensor (z.B. einem Fingerabdruck-Sensor), der auf einfache Weise in eine Chipkarte (z.B. eine Smartcard) integrierbar ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Sensoreinrichtung (auch als Sensormodul bezeichnet) bereitgestellt, welche einen Sensor, z.B. einen Fingerabdruck-Sensor, und eine integrierte (Koppel-)Antenne aufweist.
Das Sensormodul kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in eine Chipkarte (z.B. einer Smartcard) eingesetzt werden, welche eine Coil-on-Module- (CoM-)Technologie verwendet. Bei der CoM-Technologie befindet sich eine große Antenne (die so genannte Booster-Antenne) für eine Kommunikation mit einem Smartcard-Lesegerät in einem Kartenkörper der Smartkarte und koppelt induktiv an eine (wesentlich kleinere) Antenne, die Teil eines Chipkartenmoduls ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Verbindung zwischen dem Sensormodul und einer in einem Chipkartenkörper angeordneten Boosterantenne mittels induktiver Kopplung hergestellt werden bzw. sein. Die induktive Kopplung kann sowohl für eine Datenübertragung als auch für eine Energieversorgung zum Betrieb des Sensors genutzt werden.
Die Sensoreinrichtung kann auf ihrer Vorderseite ein Sensorarray von Sensorelementen aufweisen, z.B. ein Fingerabdruck-Sensorarray mit Anschlussleitungen in einer Schicht oder mehreren Schichten einer Leiterplatte (Printed Circuit Board (PCB)) oder einer vergleichbaren Struktur.
Die Sensoreinrichtung kann ferner einen Chip zum Verarbeiten und Auswerten der Sensorsignale, einen Sicherheitscontrollerchip (ein so genanntes Secure Element) mit einer Kontaktlos- (CL-)Schnittstelle zum Authentifizieren/Kommunizieren mit der Smartcard-Lesevorrichtung, und, auf ihrer Rückseite, eine Antenne zum Koppeln mit der Koppelspule der Booster-Antenne aufweisen. Das Sensormodul kann damit vollständig auf externe Kontakte zum galvanischen Verbinden mit anderen elektrischen oder elektronischen Strukturen verzichten.
Ein Vorteil dieser Gestaltung kann darin liegen, dass ein Montageprozess, bei welchem das Sensormodul in den Kartenkörper eingebracht wird, sehr einfach auszuführen ist, und zwar ähnlich wie bei einem kontaktbasierten Modul oder einem CoM für ein Duales Interface (DiF)-Modul, nämlich durch ein einfaches Einsetzen und Befestigen des Moduls in der Smartcard, was auch als Implantieren bezeichnet wird. Dafür kann beispielsweise ein Hotmelt-Prozess genutzt werden.
Eine so gestaltete Sensoreinrichtung bzw. Chipkarte kann mechanisch sehr zuverlässig sein, weil keine elektrisch leitenden Verbindungen (z.B. zur Booster-Antenne) vorhanden sind, welche beispielsweise während eines Zuverlässigkeitstests oder wegen einer groben Behandlung eines Nutzers versagen könnten.
Ein weiterer Vorteil einer so gestalteten Sensoreinrichtung bzw. Chipkarte kann eine Funktion, beispielsweise eine Antennenfunktion der Sensoreinrichtung/Chipkarte, betreffen, denn diese kann aufgrund der großen Antennenfläche gut sein hinsichtlich der relevanten Standards (ISO, CQM, EMVcO).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine kostengünstige, skalierbare, zuverlässige und leicht zusammenzubauende Sensoreinrichtung, z.B. mit einem Fingerabdruck-Sensor, bereitgestellt. Die Sensoreinrichtung kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in eine Chipkarte, z.B. eine Smartcard, integriert sein oder werden. Da auch die Integration in die Karte auf einfache und kostengünstige Weise erfolgt, ist die Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ebenfalls kostengünstig.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Coil-on-Fingerabdruck-Sensor-Modul bereitgestellt. Damit wird ermöglicht, ein komplexes Sensorsystem als ein einziges Package bereitzustellen. Eine Verbesserung der Funktionalität kann erreicht werden mittels Bereitstellens einer Standard-Boosterantenne in einem Träger, in welchen das Coil-on-Fingerabdruck-Sensor-Modul eingebettet werden kann.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können eine Größe und Herstellungskosten weiter optimiert werden, indem das ISO7816 interface weggelassen wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
1B, 1C und 1D jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Sensoreinrichtung aus 1A;
2A eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
2B und 2C jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Sensoreinrichtung aus 2A;
3 eine schematische Draufsicht eines Antenneninlays einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4A eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4B und 4C jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Chipkarte aus 4A;
5A und 5B jeweils eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; und
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Zur Unterscheidung von Ausführungsbeispielen können manche Vorrichtungen, Einrichtungen, Bauteile usw. zusätzlich zu einem generischen Bezugszeichen noch mit einem Bezugszeichen versehen sein, das das generische Bezugszeichen und einen nachgestellten Kleinbuchstaben aufweist.
1A zeigt schematische Draufsichten auf die Vorderseite und die Rückseite einer Sensoreinrichtung 100, 100a gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 1B, 1C und 1D zeigen jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Sensoreinrichtung 100, 100a aus 1A. 2A zeigt eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Sensoreinrichtung 100, 100b gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 2B und 2C jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Sensoreinrichtung 100, 100b aus 2A. 3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Antenneninlays 300 zur Verwendung in einer Chipkarte 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. 4A zeigt eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte 400, 400a gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 4B und 4C zeigen jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Chipkarte 400, 400a aus 4A. 5A und 5B zeigen jeweils eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte 400, 400b gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Die Sensoreinrichtung 100 (siehe z.B. 1A bis 1D und 2A bis 2C) kann einen Fingerabdruck-Sensor 109 und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor 109 gekoppelte Antenne 106 zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors 109 mit einer Booster-Antenne 330 (welche Teil einer Chipkarte sein kann, in welche die Sensoreinrichtung 100 eingebettet werden kann, siehe z.B. 3 bis 5B) aufweisen. Die Antenne 106 kann vollständig oder im Wesentlichen vollständig als Kopplungsbereich zum Koppeln mit der Booster-Antenne 330 dienen, oder einen Kopplungsbereich aufweisen.
Der Fingerabdruck-Sensor 109 (im Folgenden teilweise auch kurz „Sensor“) kann an einer Vorderseite F100 der Sensoreinrichtung 100 angeordnet sein. Der Sensor 109 kann eine Vielzahl berührungsempfindlicher Sensorpads 108 aufweisen, die freiliegen oder höchstens so weit bedeckt sind, z.B. mit einer dünnen Schutzschicht 120, dass ihre Messempfindlichkeit für Fingerabdrücke erhalten bleibt.
Die Sensoreinrichtung 100 kann auch als Sensormodul 100 bezeichnet werden. Deshalb, und wegen der vom Sensormodul bereitgestellten Funktionalität in Verbindung mit der Antenne 106, kann die Sensoreinrichtung 100 als vom Coil-on-Module (CoM)-Typ betrachtet werden.
Der Fingerabdruck-Sensor 109 kann eine Sensorfläche mit der Vielzahl von Sensorpads 108 aufweisen, welche in Zeilen und Spalten angeordnet sein können. Die Sensorpads 108 können somit ein X*Y Sensorarray bilden zum Erfassen von Fingerabdrücken. Eine Fläche des Fingerabdruck-Sensors 109 kann eine Größe in einem Bereich von etwa 80 mm² bis etwa 150 mm² haben.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Größe einer Fläche der gesamten Sensoreinrichtung 100, 100a nur unwesentlich größer als die Sensorfläche sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung 100, 100b zusätzlich ein integriertes Kontaktmodul aufweisen, so dass eine Größe der Fläche der gesamten Sensoreinrichtung 100, 100b etwas größer als eine Summe der Sensorfläche und einer Kontaktfläche des Kontaktmoduls, z.B. eines ISO 7816-Kontaktmoduls, sein kann.
Auf oder in einer Rückseite B100 der Sensoreinrichtung kann die Antenne 106 angeordnet sein. In der rechten Ansicht in 1A ist die Antenne 106 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen zwar gestrichelt, und damit bedeckt bzw. eingebettet, dargestellt, sie kann jedoch gemäß anderen Ausführungsbeispielen auch an der Rückseite B100 freiliegen.
Der Fingerabdruck-Sensor 109 kann einen Sensorchip 110 aufweisen, der eingerichtet sein kann zum Verarbeiten von erfassten Sensorsignalen, beispielsweise zum Erzeugen eines Bilds des Fingerabdrucks aus den Sensorsignalen oder einer anderen standardisierten Aufbereitung der erfassten Sensorsignale, die geeignet sind, mit Referenz-Sensorsignalen verglichen zu werden.
Der Sensorchip 110 kann mit den Sensorpads 108 mittels eines Schaltkreises verbunden sein, der beispielsweise vertikale Kontakte 118, Signalschichten 116 und Chipanschlüsse 112 aufweisen kann.
Das aufbereitete Fingerabdrucksignal kann bereitgestellt werden zum Vergleichen mit in der Sensoreinrichtung 100 gespeicherten oder mittels einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, auch als externes Lesegerät bezeichnet, bereitgestellten Referenz-Sensor- (z.B. Fingerabdruck-)Signalen. Die in der Sensoreinrichtung 100 gespeicherten Referenz-Fingerabdrucksignale können beispielsweise in einem zweiten Chip 104, der als Secure Element bzw. als so genannter Security Controller eingerichtet sein kann, gespeichert sein.
Der zweite Chip 104 kann eingerichtet sein zur kontaktlosen Kommunikation mit der Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, wobei die Antenne 106 mit dem zweiten Chip 104 elektrisch leitend verbunden ist.
Ein Vergleichen des erfassten Fingerabdrucks mit den Referenz-Sensorsignalen kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen in dem zweiten Chip 104 erfolgen, oder, in verschiedenen Ausführungsbeispielen, in dem externen Lesegerät. Wird ermittelt, dass der erfasste Fingerabdruck zu einem Referenz-Sensorsignal passt, kann eine angeforderte Aktion ermöglicht werden, beispielsweise eine Geld-Transaktion ermöglicht oder ein Zutritt gewährt werden.
Die Kopplung des Fingerabdruck-Sensors 109 an die Antenne 106 kann mittels eines Schaltkreises erfolgen, der mindestens den Chip 104 aufweist. Das ist in 1B bis 1D, 2B und 2C und 4B und 4C beispielhaft dargestellt. Der Schaltkreis kann Teile des Schaltkreises zum Verbinden der Sensorpads 108 mit dem Sensorchip 110 aufweisen, beispielsweise einen Teil der Signalschichten 116 und/oder einen Teil der vertikalen Kontakte 118, und kann darüber hinaus weitere Schaltkreiselemente aufweisen, beispielsweise weitere Chipanschlüsse 112 und Antennenanschlüsse 124.
Alternativ oder zusätzlich zur Sicherheitsfunktion kann der zweite Chip 104 eingerichtet sein, eine Funktion als Energiequelle für den Sensor 109 bereitzustellen, als sogenannte Power Source. Das bedeutet, dass der zweite Chip 104 eingerichtet sein kann, Leistung, die ihm über die an ihn angeschlossene Antenne 106 zugeführt wird, so aufzubereiten, dass damit der zweite Chip 104 selbst und der Fingerabdruck-Sensor 109 betrieben werden können.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Funktionalität des Sensorchips 110 von dem zweiten Chip 104 bereitgestellt sein bzw. werden, so dass die Sensoreinrichtung 100 lediglich über einen Chip 104 verfügt.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Verwendung von zwei getrennten Chips 104, 110 für die unterschiedlichen Funktionen des Betriebs des Sensors und der Kommunikation nach außen dahingehend vorteilhaft sein, dass Anforderungen an eine Leistungsfähigkeit (z.B. Geschwindigkeit) des Sensorchips 110 deutlich geringer sind als Anforderungen an den zweiten Chip 104, was es ermöglicht, nur den zweiten Chip 104 mit einer aktuellen, teuren Technologie, z.B. als 40 nm-Knoten-Chip bereitzustellen, und für den Sensorchip 110 auf eine kostengünstigere Technologie, z.B. einen 180 nm-Knoten-Chip zurückzugreifen.
Die Antenne 106 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Grundfläche aufweisen, die kleiner oder im Wesentlichen gleich ist wie die Grundfläche einer Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors 109. Damit kann die Antennen-Grundfläche bei minimaler Gesamtgröße der Sensoreinrichtung 100 maximiert sein. Das ist in 1A bis 1D und in 2B dargestellt.
Die Sensoreinrichtung 100 kann ferner eine kontaktbasierte Schnittstelle 440 zur kontaktbasierten Kommunikation aufweisen. Das ist beispielhaft in 2A bis 2C, 5A und 5B dargestellt.
Damit kann der Fingerabdruck-Sensor 109 auch für eine Authentifizierung von mittels der kontaktbasierten Schnittstelle 440 ausgetauschten Informationen herangezogen werden.
Die kontaktbasierte Schnittstelle 440 kann benachbart zum Fingerabdruck-Sensor 109 eingerichtet sein.
Bei der Sensoreinrichtung 100, 100b kann die integrierte kontaktbasierte Schnittstelle 440 mittels Signalleitungen 226 mit dem oben für die Sensoreinrichtung 100, 100a beschriebenen Schaltkreis verbunden sein. Die Sensoreinrichtung 100, 100b kann anschaulich eine lateral um die kontaktbasierte Schnittstelle 440 erweiterte Sensoreinrichtung 100, 100a beschrieben werden. Die Signalleitungen 226 können in verschiedenen Ausführungsbeispielen Teil der Signalschichten 116 sein. Ein Anschluss der kontaktbasierten Schnittstelle 440 an die Signalleitungen 226 und damit an den zweiten Chip 104 kann mittels vertikaler Kontakte 228 erfolgen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann eine Sensoreinrichtung mit kontaktloser und kontaktbasierter Funktionalität bereitgestellt werden, welche lediglich einen einzigen Sicherheitschip 104 benötigt und dennoch robust ist.
Alle Leitungen zwischen dem Fingerabdruck-Sensor und der kontaktbasierten Schnittstelle 440 verlaufen innerhalb der Sensoreinrichtung 100, 100b, so dass keine zusätzlichen, mechanisch anfälligen Verbindungsleitungen innerhalb eines Chipkartenkörpers erforderlich sind.
Die Sensoreinrichtung 100 kann gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen (sowohl mit der integrierten kontaktbasierten Schnittstelle 440 als auch ohne die kontaktbasierte Schnittstelle 440) als ein einzelnes integriertes Modul 100 gebildet sein.
Die Antenne 106 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eine Grundfläche aufweisen, die größer ist als die Grundfläche einer Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors 109. Beispielsweise kann die Antenne 106 unter der Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors 109 und unter der kontaktbasierten Schnittstelle 440 angeordnet sein. Das ist beispielhaft in 2C dargestellt.
Die oben beschriebene Struktur der Sensoreinrichtung 100 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen unter Anwendung von Standard-PCB-Prozessen für starre und/oder flexible PCBs hergestellt werden. Die Prozesse können beispielsweise additive und/oder subtraktive Prozesse aufweisen.
Leiterbahnen bzw. leitfähige strukturierte Schichten können typischerweise aus Kupfer (Cu) gebildet sein. Andere geeignete elektrisch leitfähige Materialien können ggf. verwendet werden.
Ein Substratmaterial 114, welches einen Körper der Sensoreinrichtung 100 bilden kann, kann ein dielektrisches organisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Das Substratmaterial 114 kann ein verstärktes Material aufweisen, wobei die Verstärkung beispielsweise Glasfasern oder ein anderes dielektrisches (Füll-)Material aufweisen kann.
Die Sensorpads 108, die in einer Sensorelementschicht angeordnet sein können, die Signalschichten 116, 226 und die Antenne 106, die Teil einer Antennenschicht sein kann, können miteinander mittels der vertikalen Kontakte 118, 124, 228, beispielsweise plattierter Vias, miteinander verbunden sein.
Die Chips 104, 110 (oder im Fall von nur einem Chip nur der Chip 104) können in die PCB-Struktur eingebettet sein. Ein entsprechendes Verfahren wird auch im Deutschen meist als „chip embedding in PCB“ bezeichnet.
Die Chips 104, 110 werden bzw. sind mit den PCB-Strukturen mittels galvanischer Verbindungen verbunden, beispielsweise mittels plattierter Sacklöcher („blind Via“), Lötverbindungen oder mittels anisotroper leitfähiger Kleber (ACA, ACP).
Das Einbetten der/des Chips 104, 110 ermöglicht, die Sensoreinrichtung kompakt und robust mit einer glatten Außenkontur zu gestalten.
Dennoch können in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Chips 104, 110 mittels einer Oberflächenmontierung (Surface Mount Device, SMD) oder als so genannte FlipChip-Vorrichtung auf der Rückseite des Moduls 100 angebracht sein bzw. werden, beispielsweise an der Antennenschicht, z.B. in einem inneren Bereich des Sensormoduls 100, welcher von der Antenne 106 umgeben ist.
Die Antennenschicht kann in das Substratmaterial 114 des Sensormoduls 100 eingebettet sein bzw. werden, beispielsweise mittels bekannter Antennen-Einbettungsverfahren. Das ist beispielsweise in 1B, 1C, 1D, 2B, 4B und 4C dargestellt.
Alternativ kann die Antennenschicht die äußerste (unterste) Schicht des Sensormoduls 100 bilden, derart, dass ihr Metall freigelegt ist.
Weiterhin alternativ kann die Antennenschicht zwar zunächst als äußerste (unterste) Schicht gebildet sein bzw. werden, anschließend jedoch noch mit einer weiteren Schicht, z.B. einer Lötschicht oder einer Schutzschicht, versehen werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung 100 ferner eine zwischen dem Fingerabdruck-Sensor 109 und der Antenne 106 angeordnete Abschirmung 122 aufweisen. Das ist beispielhaft in 1C gezeigt.
Die Abschirmung 122 kann beispielsweise Ferrit aufweisen oder daraus gebildet sein. Damit kann erreicht werden, die Antenne 106 gegenüber dem Fingerabdruck-Sensor 109 abzuschirmen und damit einen Kontaktlos-Betrieb der Sensoreinrichtung 100 zu verbessern.
Die Abschirmung 122 kann alternativ oder zusätzlich beispielsweise eine elektrisch leitende Schicht, die auf Erdungspotenzial liegt, aufweisen oder daraus gebildet sein. Damit kann erreicht werden, dass ein Einfluss des Kontaktlos-Betriebs auf Signale, die von dem Fingerabdruck-Sensor 109 erfasst werden, zu minimieren (d.h., falsche Sensorwerte aufgrund einer Interferenz mit dem Kontaktlos-Signal zu verhindern), und damit Betrieb der Sensoreinrichtung 100 zu verbessern.
Je nach Anforderungen kann entweder die Ferrit-Abschirmung oder die geerdete Abschirmung oder eine Kombination von beiden eingesetzt werden.
Vertikale Leitungen 124 können durch die Abschirmung 122 hindurchgeführt sein bzw. werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung 100 ferner mindestens ein eingebettetes zusätzliches Bauteil 126 aufweisen. Das ist beispielhaft in 1D gezeigt.
Das zusätzliche Bauteil 126 kann beispielsweise mindestens eine LED aufweisen oder sein, welche eine Transaktion signalisieren kann (z.B. grün oder rot für eine erfolgreiche bzw. fehlgeschlagene Authentifizierung oder ähnliches).
Das zusätzliche Bauteil 126 kann beispielsweise passive Komponenten für ein Antennen-Matching aufweisen, z.B. einen (z.B. parallelen oder seriellen) Kondensator, oder weitere passive Komponenten wie Widerstände und/oder Induktoren.
Mehrere zusätzliche Bauteile 126 können miteinander kombiniert sein, z.B. eine oder mehrere LEDs und Kondensatoren für ein Antennen-Matching oder ähnliches.
Ein Anschluss des zusätzlichen Bauteils 126 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen zumindest teilweise mittels des bestehenden Schaltkreises erfolgen und weitere Leitungen (z.B. Leiterbahnen, Durchkontaktierungen/Vias) aufweisen, die wie oben beschrieben gebildet sein bzw. werden können.
3 zeigt eine schematische Draufsicht eines Antenneninlays 300 einer Chipkarte 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 4A eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 4B und 4C jeweils eine schematische Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels der Chipkarte aus 4A, und 5A und 5B jeweils eine schematische Draufsicht auf die Vorderseite einer Chipkarte 400 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Antenneninlay 300 kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen einen Antennenträger 332 und die Booster-Antenne 330 aufweisen.
Die Booster-Antenne 330 kann, wie es aus CoM-Anwendungen bekannt ist, verschiedene miteinander leitend verbundene Bereiche aufweisen, beispielsweise einen Kopplungsbereich 330K zum induktiven Koppeln mit dem Sensormodul 100, d.h. mit der Antenne 106 des Sensormoduls 100, einen induktiven Bereich 330I zum induktiven Koppeln mit der Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung und einen (optionalen) kapazitiven Bereich 330C für eine Abstimmung der Booster-Antenne 330. Der kapazitive Bereich 330C kann in äußere Windungen integriert oder als separater Block irgendwo im Kartenbereich gebildet sein bzw. werden.
Alle gegenwärtig üblichen Antennenformate können verwirklicht werden, z.B. (entsprechend den üblichen Bezeichnungen) ID1, Full Size, 2/3 oder Half Size.
Für die Herstellung können übliche Prozesse verwendet werden, z.B. Drahteinbettung (Wire embedding), Ätzen von Aluminium, Kupferbeschichtung, usw.
Das Antenneninlay 300 kann auf bekannte Weise mit weiteren Schichten 442 zu einem Chipkartenkörper 332, 442 zusammengefügt, beispielsweise laminiert werden.
Ein Einfügen, z.B. Implantieren der Sensoreinrichtung 100 in den Chipkartenkörper 332, 442 kann mittels im Wesentlichen bekannter Prozesse, z.B. mittels eines Hotmelt-Prozesses ausgeführt werden.
Dementsprechend kann die durch das Implantieren gebildete Chipkarte 400 den Chipkartenkörper 332, 442 mit der Booster-Antenne 330 und die in den Chipkartenkörper 400 eingebettete Sensoreinrichtung 100 gemäß einer der obigen Ausführungsbeispiele aufweisen.
Die Sensoreinrichtung 100 kann so im Chipkartenkörper 332, 442 angeordnet sein, dass ihre Antenne 106 mit dem Kopplungsbereich 330K des Booster-Antenne 330 induktiv koppeln kann.
Der Kopplungsbereich 330K kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen so eingerichtet sein, dass er, wie in 4A und 4B für die Chipkarte 400, 400a dargestellt, in lateraler Richtung um die Sensoreinrichtung 100 herum angeordnet ist. Damit kann ermöglicht sein, die Antenne 330 vertikal ungefähr zentral in der Chipkarte 400 anzuordnen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Kopplungsbereich 330K unterhalb der Sensoreinrichtung 100 angeordnet sein, wie es in 4C dargestellt ist. Damit kann ermöglicht sein, den Kopplungsbereich 330K der Booster-Antenne 330 möglichst nah an der Antenne 106 anzuordnen und damit eine Stärke der induktiven Kopplung zu erhöhen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen, beispielsweise bei Verwendung der Sensoreinrichtung 100, 100b, kann die Chipkarte 400 als Dual-Interface-Chipkarte 400b bereitgestellt sein, welche sowohl eine kontaktbasierte als auch eine kontaktlose Kommunikation ermöglicht.
In dem Fall kann der Fingerabdruck-Sensor 109 auch für eine Authentifizierung von mittels der kontaktbasierten Schnittstelle 440 ausgetauschten Informationen herangezogen werden.
Die kontaktbasierte Schnittstelle 440 kann zwischen dem Fingerabdruck-Sensor 109 und einem Rand der Chipkarte 400 angeordnet sein, so dass auch dann, wenn die kontaktbasierte Schnittstelle in ein kontaktbasiertes Lesegerät eingebracht ist, der Fingerabdruck-Sensor 109 für eine Nutzung freiliegen kann.
Der Kopplungsbereich 330K der Booster-Antenne 330 kann bei der Dual-Mode-Sensoreinrichtung 100, 100b so angeordnet sein, dass er sich nur unterhalb des Fingerabdruck-Sensors 109 befindet (siehe 5A, oder so, dass er sich ebenfalls unter den kontaktbasierten Bereich der Sensoreinrichtung 100, 100b erstreckt (siehe 5B), oder um die gesamte Sensoreinrichtung 100 herum (nicht dargestellt), jeweils korrespondierend zur Antenne 106 in der Sensoreinrichtung 100. Ein größerer Kopplungsbereich bietet eine bessere Leistung bei der Kontaktlos-Kommunikation.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Sensoreinrichtung als reine Kontaktlos-Sensoreinrichtung 100, 100a gebildet sein. In dem Fall kann bei Bedarf eine kontaktbasierte Kommunikation der Chipkarte 400, 400a ermöglicht werden mittels Anordnens eines (z.B. herkömmlichen) Chipkartenmoduls 444, z.B. mit der kontaktbasierten Schnittstelle 440 gemäß ISO 7816, in dem Chipkartenkörper 332, 442. Das kontaktbasierte Chipkartenmodul 444 kann einen elektrisch leitend gekoppelten weiteren Chip aufweisen. Das ist in 4A dargestellt (wobei der weitere Chip nicht gezeigt ist).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine „Plug and Play“-Version einer Sensoreinrichtung 100 bzw. einer entsprechenden Chipkarte 400 bereitgestellt, bei welcher die Sensoreinrichtung 100 leicht in den Chipkartenkörper 332, 442 integrierbar ist, um die Fingerabdruck-Sensorkarte 400 zu bilden. Dabei kann auf elektrisch leitende Verbindungen zwischen dem Sensormodul 100 und der Booster-Antenne 330 verzichtet werden.
6 ist ein Flussdiagramm 600 eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann ein Bereitstellen eines Fingerabdruck-Sensors aufweisen (bei 610). Außerdem kann das Verfahren ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf Bereitstellen eines Fingerabdruck-Sensors aufweisen (bei 620).
7 ist ein Flussdiagramm 700 eines Verfahrens zum Bilden einer Sensoreinrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann ein Anordnen einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in einen Chipkartenkörper aufweisen (710) und ein Einbetten einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in den Chipkartenkörper aufweisen (720).
Im Folgenden werden zusammenfassend einige Ausführungsbeispiele angegeben.
Ausführungsbeispiel 1 ist eine Sensoreinrichtung. Die Sensoreinrichtung weist einen Fingerabdruck-Sensor und eine mit dem Fingerabdruck-Sensor gekoppelte Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf.
Ausführungsbeispiel 2 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei der Fingerabdruck-Sensor eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads aufweist.
Ausführungsbeispiel 3 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2, wobei die Sensorpads in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel 4 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3,
wobei der Fingerabdruck-Sensor einen Sensorchip aufweist, eingerichtet zum Verarbeiten von erfassten Sensorsignalen.
Ausführungsbeispiel 5 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 4, welche ferner einen zweiten Chip aufweist, wobei der zweite Chip eingerichtet ist zur Kommunikation mit einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, wobei die Antenne mit dem zweiten Chip elektrisch leitend verbunden ist.
Ausführungsbeispiel 6 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 5, wobei der zweite Chip als ein Secure Element eingerichtet ist.
Ausführungsbeispiel 7 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6, eingerichtet als Coil on Module-Einrichtung.
Ausführungsbeispiel 8 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, wobei die Antenne eine Grundfläche aufweist, die kleiner oder im Wesentlichen gleich ist wie die Grundfläche einer Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors.
Ausführungsbeispiel 9 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, welche ferner eine kontaktbasierte Schnittstelle zur kontaktbasierten Kommunikation aufweist.
Ausführungsbeispiel 10 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, wobei die Sensoreinrichtung als ein einzelnes integriertes Modul gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 11 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 9 oder 10, wobei die Antenne unter der Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors und unter der kontaktbasierten Schnittstelle angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 12 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11, welche ferner eine zwischen dem Fingerabdruck-Sensor und der Antenne angeordnete Abschirmung aufweist.
Ausführungsbeispiel 13 ist eine Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 12, wobei die Abschirmung Ferrit aufweist und/oder auf Erdungspotenzial liegt.
Ausführungsbeispiel 14 ist eine Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 13, welche ferner mindestens ein eingebettetes zusätzliches Bauteil aufweist, wobei das zusätzliche Bauteil eines aufweist aus einer Liste von Bauteilen, die aufweist: eine LED, einen Kondensator, einen Widerstand und eine Induktivität.
Ausführungsbeispiel 15 ist eine Chipkarte. Die Chipkarte weist einen Chipkartenkörper, eine in den Chipkartenkörper eingebettete Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 13 und eine in den Chipkartenkörper eingebettete Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit der Antenne der Sensoreinrichtung auf.
Ausführungsbeispiel 16 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 15, wobei der Koppelbereich um die Sensoreinrichtung herum angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 17 ist eine Chipkarte gemäß Ausführungsbeispiel 15, wobei der Koppelbereich unter der Antenne der Sensoreinrichtung angeordnet ist.
Ausführungsbeispiel 18 ist eine Chipkarte gemäß einem der Ausführungsbeispiele 15 bis 17, wobei die Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 9 bis 14 gebildet ist, und wobei die Chipkarte ferner einen in dem Chipkartenkörper angeordneten und mit der kontaktbasierten Schnittstelle elektrisch leitend gekoppelten weiteren Chip aufweist.
Ausführungsbeispiel 19 ist ein Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung. Das Verfahren weist ein Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne auf.
Ausführungsbeispiel 20 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 19, welches ferner vor dem Koppeln ein Einbetten der Antenne in einen Sensoreinrichtungskörper aufweist.
Ausführungsbeispiel 21 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 19 oder 20, wobei das Koppeln der Antenne an den Fingerabdruck-Sensor ein elektrisch leitfähiges Verbinden aufweist.
Ausführungsbeispiel 22 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 20 oder 21, wobei während des Koppelns ein Befestigen des Fingerabdruck-Sensors am Sensoreinrichtungskörper erfolgt.
Ausführungsbeispiel 23 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 19 bis 22, wobei das Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit der Antenne mittels eines Schaltkreises erfolgt, der mindestens einen Chip aufweist.
Ausführungsbeispiel 24 ist ein Verfahren zum Bilden einer Chipkarte. Das Verfahren weist ein Einbetten einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in einen Chipkartenkörper und ein Einfügen einer Sensoreinrichtung gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 13 in den Chipkartenkörper auf.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung des Verfahrens und umgekehrt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9396379 B2 [0006]
SE 175836 A1 [0008, 0009]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 14443 [0009]

Claims

Sensoreinrichtung (100), aufweisend: • einen Fingerabdruck-Sensor (109); und • eine mit dem Fingerabdruck-Sensor (109) gekoppelte Antenne (106) zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors (109) mit einer Booster-Antenne (330).
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei der Fingerabdruck-Sensor (109) eine Sensorfläche mit einer Vielzahl von Sensorpads (108) aufweist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Fingerabdruck-Sensor (109) einen Sensorchip (110) aufweist, eingerichtet zum Verarbeiten von erfassten Sensorsignalen.
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 3, ferner aufweisend: • einen zweiten Chip (104); wobei der zweite Chip (104) eingerichtet ist zur Kommunikation mit einer Sensoreinrichtung-externen Vorrichtung, wobei die Antenne (106) mit dem zweiten Chip (104) elektrisch leitend verbunden ist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 4, wobei der zweite Chip (104) als ein Secure Element eingerichtet ist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, eingerichtet als Coil on Module-Einrichtung.
Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Antenne (106) eine Grundfläche aufweist, die kleiner oder im Wesentlichen gleich ist wie die Grundfläche einer Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors (109).
Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: • eine kontaktbasierte Schnittstelle (220) zur kontaktbasierten Kommunikation.
Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Sensoreinrichtung (100) als ein einzelnes integriertes Modul gebildet ist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Antenne (106) unter der Sensorfläche des Fingerabdruck-Sensors (109) und unter der kontaktbasierten Schnittstelle (220) angeordnet ist.
Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend: • eine zwischen dem Fingerabdruck-Sensor (109) und der Antenne (106) angeordnete Abschirmung (122).
Sensoreinrichtung (100) gemäß Anspruch 11, wobei die Abschirmung (122) Ferrit aufweist und/oder auf Erdungspotenzial liegt.
Chipkarte (400), aufweisend: • einen Chipkartenkörper (332, 442), • eine in den Chipkartenkörper (332, 442) eingebettete Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12; und • eine in den Chipkartenkörper (332, 442) eingebettete Booster-Antenne (330) mit einem Koppelbereich (330K) zum induktiven Koppeln mit der Antenne (106) der Sensoreinrichtung (100).
Chipkarte (400) gemäß Anspruch 13, wobei der Koppelbereich um die Sensoreinrichtung (100) herum angeordnet ist.
Chipkarte (400) gemäß Anspruch 13, wobei der Koppelbereich (330K) unter der Antenne (106) der Sensoreinrichtung (100) angeordnet ist.
Chipkarte (400) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Sensoreinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 gebildet ist, ferner aufweisend: • einen in dem Chipkartenkörper (332, 442) angeordneten und mit der kontaktbasierten Schnittstelle (220) elektrisch leitend gekoppelten weiteren Chip (104).
Verfahren zum Bilden einer Sensoreinrichtung, aufweisend: • Koppeln eines Fingerabdruck-Sensors mit einer Antenne zum induktiven Koppeln des Fingerabdruck-Sensors mit einer Booster-Antenne (620).
Verfahren gemäß Anspruch 17, ferner aufweisend: • vor dem Koppeln Einbetten der Antenne in einen Sensoreinrichtungskörper.
Verfahren zum Bilden einer Chipkarte, aufweisend: • Anordnen einer Booster-Antenne mit einem Koppelbereich zum induktiven Koppeln mit einer Antenne einer Sensoreinrichtung in einen Chipkartenkörper (710); • Einfügen einer Sensoreinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 in den Chipkartenkörper (720).