DE10207000C2 - Chipkarte - Google Patents

Chipkarte

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Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, wie sie als GSM- beziehungsweise Smart- Cards bekannt ist, um bargeldlosen Zahlungsverkehr abzuwickeln, Mobiltelefone zu betreiben oder um sicherheitsrelevante Bereiche mit einer Zugangskennung auszustatten. Weitere denkbare Anwendungen sind darüber hinaus Firmenaus­ weise oder Krankenkassenkarten zur Speicherung personenbezogener Daten.
Die zunehmende Verbreitung der Chipkarten resultiert aus ihren breiten Einsatz­ möglichkeiten. So können ganz allgemein Daten gespeichert, verarbeitet beziehungsweise ein- oder ausgelesen und damit reproduzierbar zur Verfügung gestellt werden. Die Chipkarten sind leicht transportabel und ermöglichen somit ein hohes Maß an Mobilität.
Die zunehmende Verbreitung bringt jedoch auch wachsende Anforderungen an die Chipkarten mit sich, sodass eine zunehmende Funktionsintegration zu ver­ zeichnen ist. Damit werden die Chipkarten im Aufbau komplexer und müssen eine wachsende Zahl elektronischer Bauelemente aufnehmen.
Der Datenaustausch per Chipkarte kann prinzipiell kontaktbehaftet, beispielsweise mittels einer auf der Chipkartenoberfläche vorgesehenen Kontaktflächeneinheit oder kontaktlos, also zum Beispiel induktiv über eine elektromagnetische Ankopplung erfolgen. So kann eine Spule, die in den Chipkartenkörper der Chip­ karte integriert ist, ihre Signale an ein hierzu geeignetes externes Lesegerät abgeben beziehungsweise ihre Signale von einem externen Gerät empfangen.
Obwohl es eine sehr große Anzahl unterschiedlicher Chipkarten gibt, haben sich dennoch einheitliche, standardisierte Chipkartenabmessungen durchgesetzt. So muss insbesondere die Chipkartendicke auf 0,76 mm beschränkt werden. Dies stellt erhöhte Anforderungen an die in die Chipkarte zu integrierenden elektronischen Bauelemente. Diese müssen extrem flach ausgeführt sein.
Die Einsatzmöglichkeiten einer Chipkarte lassen sich in erheblichem Maße steigern, wenn es gelingt, in den Chipkartenkörper eine Batterie oder eine Akku­ mulatorzelle zu integrieren, weil die Chipkarte dadurch autark wird, das heißt unabhängig von externen Energiequellen arbeiten kann.
In der EP 0 646 895 A2 wird eine dünne IC-Karte beschrieben. Diese dünne IC- Karte enthält ein flaches IC-Modul mit einem Halbleiterelement, dass mindestens Speicher- und CPU-Funktion hat. Auf seiner einen Seite ist das IC-Modul mit einem Harz versiegelt. Auf seiner gegenüberliegenden Seite ist das IC-Modul mit Kontakten versehen. Das Halbleiterelement ist mit den Kontakten elektrisch verbunden. Eine solche IC-Karte enthält ein Einbaugebiet, das so gestaltet ist, dass nach dem Einbau des flachen IC-Moduls dessen kontaktbestückte Seite bündig mit der Kartenoberfläche abschließt. Ferner enthält eine solche IC-Karte eine Stromkreisverdrahtung, eine Antenne zum Empfangen und Senden von Signalen im kontaktlosen Modus, falls erforderlich einen Oszillator zum bestimmen einer Frequenz und eine Stromversorgungsbatterie.
Um den zuvor genannten Einsatzgebieten zu entsprechen, ist es beispielsweise bekannt, Batterien aus hauchdünnen Folien herzustellen, deren Material Manganoxid und Lithium sein kann. Zwischen diesen Schichten befindet sich ein Elektrolyt in Form einer dünnen Spezialkunststoffschicht. Die Elektroden weisen dabei übliche Anschlussflächen zur Verbindung der Batterie mit den Leiterbahnen der Chipkarte auf.
Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, ultradünne, schichtweise aufgebaute Batterien für Chipkarten zu erzeugen, die als sogenannte RHISS-Batterien bekannt sind (RHISS = rechargeable hydrogen ion solid state elektrolyte). Diese Energiespeicher sind lediglich zwischen 0,35 und 0,70 mm dick. Sie werden in einem Batteriepack isoliert und in die Chipkarte eingesetzt, um dort mit den entsprechenden Leiterbahnen der Chipkarte mittels der Wire-Bond- Technik verbunden zu werden.
Eine andere, einfachere Batterieart für Chipkarten sind sogenannte Flachzellen.
Die in eine Chipkarte integrierten Bauelemente wie Chipmodule oder Batterien sind in der Regel nicht biegeweich, sondern eher starr ausgebildet. Dem gegen­ über besteht der Chipkartenkörper zumeist aus Kunststoff beziehungsweise einem Kunststoffverbundwerkstoff mit elastischen Eigenschaften, sodass der Chipkarten­ körper dementsprechend biegsam ist. Durch die in die Chipkarte eingebrachten, teilweise starren elektronischen Bauelemente, kommt es beim täglichen Gebrauch der Chipkarten zu Diskontinuitäten im Biegeverlauf der Chipkarte. An den Über­ gängen zwischen den elektronischen Bauelementen zum Chipkartenkörper bilden sich in Folge der elastischen Bewegungen Spannungsspitzen aus, die die Chip­ karte auf Dauer beschädigen können. Diese Spannungsspitzen sind Ursache für sich ausbildende Risse innerhalb der Chipkarte.
Ein weiteres Problem ergibt sich bereits bei der Herstellung der Chipkarten. Diese werden häufig durch ein Kunststoffspritzgussverfahren erzeugt. Dabei wird in eine Spritzgusswerkzeugkavität, deren Abmessungen dem Chipkartenkörper nach seiner Fertigstellung entsprechen, verflüssigter Kunststoff unter hohem Druck ein­ gespritzt. Die in den Chipkartenkörper zu integrierenden elektronischen Bauele­ mente müssen zuvor in die Spritzgusswerkzeugkavität eingelegt werden. Während des Einspritzens des verflüssigten Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität werden die elektronischen Bauelemente in hohem Maße thermisch und mecha­ nisch belastet. Um Beschädigungen der Bauelemente während des Herstellungs­ prozesses zu vermeiden, müssen sie dementsprechend stabil ausgelegt sein. Dies wirkt jedoch wiederum dem Ziel entgegen, die elektronischen Bauelemente möglichst klein beziehungsweise flach auszuführen, um sie ohne Beeinträchtigungen der Biegeelastizität in der Chipkarte verwenden zu können.
Die hohen Belastungen während des Spritzgießens wirken sich bei einer in die Chipkarte zu integrierenden Batterie dahingehend aus, dass diese delaminieren kann. Durch die Delamination der Batterie wird diese in ihrer Gebrauchsfähigkeit eingeschränkt. Der Batteriekörper verändert seine äußere Geometrie in uner­ wünschter Weise.
In der DE 42 43 654 C2 wird eine IC-Karte und ein Verfahren zu deren Herstellung beschrieben. Die IC-Karte besteht im Wesentlichen aus einem Gießharzteil in Form einer Karte, einer in ihm eingebetteten Leiterplatte mit einem elektronischen Bauteil, einer Batterie sowie einem abschließenden Schmuckblatt. Nach Erstellen der Leiterplatte mit dem elektronischen Bauteil wird die Leiterplatte in ein Spritzgußwerkzeug eingelegt und teilweise mit Gießharz umspritzt. Die Batterie wird durch ein Durchgangsloch der Leiterplatte in eine Einbauaussparung des Gießharzteils eingesetzt. Auf der dem Gießharz abgewandten Seite wird zur Abdeckung noch das Schmuckblatt an der Rückseite der Leiterplatte angebracht. Dieses Verfahren ist recht aufwendig und eine mit ihm produzierte IC-Karte relativ teuer.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabenstellung zu Grunde, eine Chipkarte bereitzustellen, in deren Chipkartenkörper neben elektronischen Bauelementen auch eine Batterie implementiert ist, die den hohen thermischen und mechani­ schen Belastungen während der Herstellung des Chipkartenkörpers standhält, sodass eine Delamination der Batterie vermieden werden kann.
Gelöst wird diese technische Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentan­ spruches 1.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der sich anschließenden Unteransprüche.
Die technische Lehre der Erfindung besteht dementsprechend darin, dass die in den Chipkartenkörper implementierte Batterie entgegen der Einspritzrichtung des flüssigen Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität eine sich verjüngende Geometrie aufweist.
Durch eine derartige Gestaltung der Batterie wird unabhängig von ihrer Bauweise, das heißt unabhängig von ihrem Aufbau, erreicht, dass der in die Spritzgusswerk­ zeugkavität eingespritzte, verflüssigte und erhitzte Kunststoff zunächst auf die verjüngte Geometrie der Batterie trifft und sich von dort ausgehend gleichmäßig um die Batterie herum verteilt. Dadurch werden hohe mechanische Belastungen am Umfang der Batterie beziehungsweise an Außenoberflächen der Batterie ver­ mieden. Eine Delamination kann sich damit nicht mehr einstellen.
Weiterhin besteht eine positive Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung darin, dass sich der verflüssigte Kunststoff innerhalb der Spritzgusswerkzeugkavität sehr gleichmäßig verteilt. Somit kann eine Verbesserung der Homogenität des Chip­ kartenkörpers erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie zumindest auf ihrer der Einspritzrichtung zugewandten Seite die Form eines Tropfens, eines Kreiskegels, einer Pyramide, eines Oktaeders oder eines Tetraeders aufweisen.
Maßgeblich für die erfindungsgemäße Ausführung einer Batterie ist jedoch, dass diese eine sich entgegen der Einspritzrichtung verjüngende Geometrie aufweist. Diese kann auch nur bereichsweise vorhanden sein. Darüber hinaus ist es jedoch im Sinne der Erfindung möglich, die Batterie auch auf der der Einspritzrichtung abgewandten Seite mit einer sich entsprechend verjüngenden Geometrie auszu­ statten, sodass die Batterie in der Draufsicht quasi eine schiffskörperähnliche Form aufweist. Darüber hinaus sind natürlich weitere, strömungstechnisch optimierte Profile für die Batterieausführung denkbar, die sich an die Gestaltung eines Flugzeugflügels annähern können.
Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird darüber hinaus vorge­ schlagen, die Batterie auf ihrer der Einspritzrichtung abgewandten Seite mit elekt­ rischen Anschlüssen zu versehen.
Durch die Anbringung der elektrischen Anschlüsse auf der der Einspritzrichtung abgewandten Seite werden zugleich die elektrischen Anschlüsse vor überhöhter mechanischer beziehungsweise thermischer Belastung durch den Einspritzdruck geschützt. Das Ergebnis einer derartigen Anbringung der elektrischen Anschlüsse an der Batterie ist, dass die Qualität der elektrischen Anschlüsse und ihre Lebens­ dauer verbessert werden können. Die Ausschussrate derartig hergestellter Chip­ karten verringert sich in entscheidendem Maße.
Durch die erfindungsgemäße Lösung konnte insgesamt eine Chipkarte bereitge­ stellt werden, die einen einfachen Aufbau aufweist und darüber hinaus zu ent­ scheidenden Qualitätsverbesserungen führt. Ein weiterer, sehr wesentlicher Aspekt ist eine längere Lebensdauer durch die geringere Beanspruchung der elektronischen Bauelemente und insbesondere der in den Chipkartenkörper implementierten Batterien.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Chipkarte wird nachfolgend anhand der Figur näher beschrieben.
In der Figur ist stark vereinfacht eine Spritzgusswerkzeugkavität, die insgesamt mit 2 bezeichnet wurde, gezeigt. Die äußere Abmessung der Spritzgusswerkzeug­ kavität entspricht den Außenabmessungen des fertiggestellten Chipkartenkörpers 1. In die Spritzgusswerkzeugkavität 2 ist eine Batterie 3 eingelegt. Diese Batterie weist eine einspritzseitige Geometrie 5 auf, die sich entgegen der Einspritzrichtung des verflüssigten Kunststoffes verjüngt. Gegenüberliegend dieser einspritzseitigen Geometrie der Batterie 3 verfügt diese über eine der Einspritzrichtung abgewandte Seite 6, an der sich auch die elektrischen Anschlüsse 7 und 8 der Batterie 3 befinden.
Mit 4 ist in der Fig. 1 die Einspritzrichtung des thermisch erhitzten und ver­ flüssigten Kunststoffes bezeichnet, der mittels eines Spritzgussverfahrens in die Spritzgusswerkzeugkavität 2 eingebracht wird. Die in der Fig. 1 gezeigte Batterie 3 weist in der Draufsicht eine Tropfenform auf. Dabei ist es unerheblich, dass die Batterie im vorliegenden Fall als Flachbatterie ausgeführt wurde, sie also eine sehr geringe Bauhöhe aufweist.
Bezugszeichenliste
1
Chipkartenkörper
2
Spritzgusswerkzeugkavität
3
Batterie
4
Einspritzrichtung
5
Einspritzseite
6
Der Einspritzrichtung abgewandte Seite
7
Elektrischer Anschluss
8
Elektrischer Anschluss

Claims (3)

1. Chipkarte mit einem durch Spritzgießen erzeugten Chipkartenkörper (1), zu dessen Herstellung verflüssigter Kunststoff in eine Spritzgusswerkzeugkavität (2) eingebracht wird und nach Erstarrung des Kunststoffes eine Batterie (3) in den Chipkartenkörper (1) implementiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) entgegen der Einspritzrichtung (4) des flüssigen Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität (2) eine sich verjüngende Geometrie aufweist.
2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) zumindest auf ihrer der Einspritzrichtung zugewandten Seite (5) die Form eines Tropfens, eines Kreiskegels, einer Pyramide, eines Oktaeders oder eines Tetraeders aufweist.
3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) auf ihrer der Einspritzrichtung abgewandten Seite (6) elektrische Anschlüsse (7, 8) aufweist.
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