DE10212014B4 - Verfahren zur Herstellung eines Chipkartenkörpers - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines im Spritzguss- oder Spritzprägeverfahren hergestellten Chipkartenkörpers (2) mit einer Kavität und einem in diesen Kartenkörper integrierten Funtionselement (3), wobei dieses wenigstens einen elektrischen Anschluß aufweist, der bis in die Kavität hinein reicht, und wobei die Kavität mittels eines Formstempels hergestellt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
– Einsetzen eines zweiteiligen Formstempels (5) in eine Spritzgusswerkzeugkavität (8) zur Bildung der Kavität (1), wobei die Formteile des Formstempels (5) einen Spalt (11) zwischen einander aufweisen, in den zumindest ein Teil des elektrischen Funktionselementes (3) eingesetzt wird,
– Verschieben der Formhälften (6, 7) gegeneinander und
– Durchführung des Spritzgießverfahrens bzw. Spritzprägeverfahrens sowie
– Entfernung zunächst der ersten (6) und anschließend der zweiten Formhälfte (7) des Formstempels (5).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Chipkartenkörpes, der in einer Chipkarte, wie sie allgemein auch als Datenkarte oder häufig als Smart-Card bezeichnet wird, und für unterschiedlichste Anwendungsbereiche eingesetzt werden kann. So werden solche Chipkartenkörper beispielsweise bei Telefonkarten, bei Kredit- oder Bankkarten oder bei der Zugangskennung in sicherheitsrelevanten Bereichen genutzt.
• Die Informationsübertragung kann durch Berührungskontakt (kontaktbehaftete Datenübertragung) erfolgen, wobei entsprechende Kontaktoberflächen auf der Chipkarte mit ihnen zugeordneten Lesegeräten in Verbindung treten können. Darüber hinaus sind berührungslose Datenübertragungen mit Chipkarten möglich. Beide Übertragungsmechanismen können auch kombiniert innerhalb einer Chipkarte zum Einsatz kommen.
• Zur Realisierung der unterschiedlichsten Funktionen und Anwendungen moderner Chipkarten ist es bekannt, diese beispielsweise mit optischen und/oder elektrischen Schaltelementen, mit Displays, Batterien und anderen vorzugsweise elektronischen Funktionselementen zu versehen. Eine mögliche Verschaltung oder die Speicherung von Daten übernimmt zumeist ein Chip oder Chipmodul. Die elektrischen beziehungsweise elektronischen Funktionselemente werden, um ihre Beschädigung zu vermeiden, vollständig in den Chipkartenkörper integriert.
• So is z.B. aus der DE 42 43 654 C2 eine IC-Karte mit einer eingebauten Batterie bekannt. Die IC-Karte besteht im Wesentlichen aus einem Gießharzteil und einer Leiterplatte. Das Gießharzteil hat eine Kavität, in die die Batterie durch eine Durchgangsöffnung der Leiterplatte eingesetzt wird.
• Da Chipkartenkörper aus Kunststoff bestehen, bietet sich für ihre Herstellung ein Spritzgussverfahren oder auch ein Spritzprägeverfahren an. Hierbei wird die Chipkarte innerhalb eines Spritzgusswerkzeuges erzeugt. Da der erhitzte und verflüssigte Kunststoff, der nach seiner Erkaltung den Chipkartenkörper bildet, unter hohen Temperaturen und unter hohem Druck in die Spritzgusswerkzeugkavität eingebracht wird, ist er in der Lage, auch geometrisch komplizierte Formen der Chipkarte abzubilden.
• Jedoch können verschiedene Probleme beim Spritzgießen oder Spritzprägen bislang nicht in zufrieden stellender Weise gelöst werden. So wurde insbesondere bei einer Integration von elektrischen oder elektronischen Funktionselementen in den Chipkartenkörper das Problem erkannt, dass die Kontaktflächen dieser Funktionselemente zur Herstellung elektrisch leitender Verbindungen häufig mit dem flüssigen Kunststoff überzogen werden, sodass sie nachträglich bearbeitet werden müssen, um ihre elektrische Leitfähigkeit und damit die Kontaktierung der Bauelemente untereinander beziehungsweise der Chipkarte mit externen Geräten zu ermöglichen.
• DE 196 47 846 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, wobei diese ein Chipmodul aufweist, das in eine Kavität der Chipkarte eingesetzt und mit einer Antenne kontaktiert wird, wobei die Antennenspulenanschlußenden mindestens im Bereich der Anschlußenden des Moduls zur Aufnahme von Biege- und/oder Torsinskräften mäander- oder spiralförmig ausgebildet sind. Bei diesem Verfahren wird zuerst der Kartenkörper mit integrierter Antenne z.B. durch Gießen hergestellt. Anschließend wird die Kavität des Kartenkörpers vorzugsweise durch Fräsen eingebracht. Hierbei werden die Anschlußenden der Antennenspule freigelegt.
• Aus der EP 0 371 855 A1 ist ein Herstellungsverfahren einer Chipkarte bekannt, das sich mit dem zuvor beschriebenen Problem befasst. Die in der Schrift offenbarte Lösung sieht eine Abdeckung der für die spätere Kontaktierung vorgesehenen Kontaktbereiche der elektrischen beziehungsweise elektronischen Funktionselemente durch einen Teil des Spritzgusswerkzeuges vor. Das Spritzgusswerkzeug muss hierfür in einer besonderen Weise gestaltet werden. Sein Aufbau verkompliziert sich erheblich. Die Abdeckung der Kontaktbereiche durch Teile des Spritzgusswerkzeuges hat zum Vorteil, dass eine Nachbearbeitung der Kontaktbereiche entfallen kann. Darüber hinaus werden die durch das aufliegende Spritzgusswerkzeugteil arretierten Funktionselemente der Chipkarte in ihrer Position fixiert, in der sie später auch in der Chipkarte angeordnet sein sollen.
• Dennoch zeigt auch die in der bekannten Druckschrift offenbarte Lösung keine Möglichkeit auf, sichtbare Spuren, die auf der äußeren Oberfläche des Chipkartenkörpers nach dessen Erkalten an den Stellen sichtbar sind, an denen sich elektrische oder elektronische Funktionselemente in dem Chipkartenkörper befinden, zu vermeiden. Dieses Problem wird durch den Chipkartenanwender als Qualitätsmangel empfunden, da die äußere Oberfläche der Chipkarte inhomogen wirkt. Es ist nämlich bei den heute bekannten Chipkarten und den hierzu im Einsatz befindlichen Verfahren zu ihrer Herstellung bislang ein erhebliches Problem, die elektrischen oder elektronischen Funktionselemente zuverlässig und sicher innerhalb des Chipkartenkörpers zu positionieren. Hierzu ist es erforderlich, sie in einer bestimmten Lage innerhalb des Spritzgusswerkzeuges zu fixieren und anschließend durch den verflüssigten Kunststoff zu umspritzen. Zumindest an den Fixierungspunkten des Funktionselementes ist der Kunststoff nicht in der Lage, das Funktionselement homogen und gleichmäßig zu umfließen. Dies ist auch bei der Lösung nach der EP 0 371 855 A1 der Fall. Durch die Fixierungspunkte der Funktionselemente kann es darüber hinaus während des Einspritzens des verflüssigten Kunststoffes in das Spritzgusswerkzeug zur Bildung von Lufteinschlüssen innerhalb des Chipkartenkörpers kommen. Derartige Chipkarten sind gänzlich unbrauchbar, da sie den an sie gestellten Belastungen im alltäglichen Gebrauch nicht gerecht werden können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines im Spritzguß- oder Spritzprägeverfahren hergestellten Chpkartenkörpers mit einer Kavität und mindestens einem in diesen Kartenkörper integrierten Funktionselement, wobei dieses wenigstens einen elektrischen Anschluß aufweist, der bis in die Kavität hinein reicht, und wobei die Kavität mittels eines Formstempels hergestellt wird, bereitzustellen, das kostengünstig ist und bei dem Lufteinschlüsse und äußerlich sichtbare Spuren des in den Kartenkörper integrierten Funktionselementes am fertigen Kartemnkörper verhindert werden.
• Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
• Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Chipkarte weist einen Chipkartenkörper auf, der vorzugsweise durch ein Spritzgussverfahren oder ein Spritzprägeverfahren hergestellt ist. Diese Verfahren sind sehr wirtschaftlich. In den Chipkartenkörper wird während des Spritzgießvorganges beziehungsweise während des Spritzprägens eine Kavität zur späteren Aufnahme eines Chips oder Chipmoduls eingebracht. Darüber hinaus ist entsprechend der vorgestellten Erfindung in den Chipkartenkörper wenigstens ein Funktionselement integriert, das heißt nahezu vollständig von dem Kunststoffmaterial umschlossen, das nach seinem Erkalten den Chipkartenkörper bildet. Das Funktionselement verfügt über zumindest einen elektrischen Anschluss. Der wenigstens eine elektrische Anschluss reicht erfindungsgemäß bis in die Kavität hinein, sodass ein während des Spritzgießens beziehungsweise Spritzprägens zur Erzeugung der Kavität eingesetzter zweiteiliger Formstempel zwischen seinen Formhälften den elektrischen Anschluss festsetzt. Durch diese Art der Festsetzung des elektrischen Anschlusses des Funktionselementes wird es möglich, das Funktionselement zuverlässig innerhalb einer Spritzgusswerkzeugkavität zu positionieren beziehungsweise zu fixieren, ohne dass hierfür zusätzliche Fixierungs- oder Halterungselemente erforderlich sind. Der ohnehin zur Erzeugung der Kavität im Chipkartenkörper erforderliche Formstempel übt hier folglich eine zusätzliche Funktion im Sinne der Erfindung aus. Die beiden Formhälften des Formstempels können als innerer und äußerer Stempel beziehungsweise als oberer und unterer Stempel ausgeführt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, einen Chipkartenkörper ohne Lufteinschlüsse zu erzeugen und gestattet die Integration eines elektrischen Funktionselementes in den Chipkartenköper, ohne dass Eigenspannungen innerhalb des Chipkartenkörpers auftreten. Dem Chipkartenkörper ist es nicht anzusehen, dass ein entsprechendes Bauteil vorhanden ist. Er ist sehr homogen aufgebaut und erfüllt damit höchste Qualitätsansprüche. Darüber hinaus wird es durch die erfindungsgemäße Lösung möglich, zusätzliche Arbeitsgänge einzusparen, die bislang einerseits darin bestanden, das Funktionselement in der Spritzgusswerkzeugkavität zu fixieren, und andererseits darin, die elektrischen Anschlüsse der Funktionselemente nach dem Spritzgießen beziehungsweise Spritzprägen von Kunststoffresten zu befreien, um die erforderliche Kontaktierung zu gewährleisten. Durch das Festsetzen mindestens eines elektrischen Anschlusses zwischen den Formhälften des Formstempels ist es dem Kunststoff nicht möglich, den elektrischen Anschluss zu benetzen.
• Der Chipkartenkörper kann aus thermoplastischem Kunststoff oder aus einem Mehrkomponentenwerkstoff hergestellt werden. Das Funktionselement kann beispielsweise eine Batterie sein. Eine Batterie weist normalerweise ohnehin zwei elektrische Anschlüsse auf. Diese können als Anschlussfahnen gestaltet werden.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich eine Chipkarte besonders einfach herstellen, wenn die elektrischen Anschlüsse der Batterie am Batterierand angeordnet sind und zungenförmige Anschlussfahnen darstellen.
• Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte ist durch die nachfolgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
• – Einsetzen des zweiteiligen Formstempels in eine Spritzgusswerkzeugkavität zur Bildung der Kavität, wobei die Formteile des Formstempels einen Spalt zwischen einander aufweisen, in dem zumindest ein Teil des Funktionselementes eingesetzt wird,
• – Verschieben der Formhälften gegeneinander und
• – Durchführung des Spritzgießverfahrens beziehungsweise des Spritzprägeverfahrens sowie
• – Entfernung zunächst der ersten und anschließend der zweiten Formhälfte des Formstempels.
• Wird als Funktionselement eine Batterie in den Chipkartenkörper integriert, so kann diese an ihren elektrischen Anschlüssen durch den mehrteiligen Formstempel fixiert werden. Nach dem Schließen des Spritzgusswerkzeuges beziehungsweise des Spritzprägewerkzeuges und dem sich anschließenden Spritzguss- beziehungsweise Spritzprägevorgang, bei dem die Batterie weiterhin an ihren Anschlüssen festgehalten ist, kühlt sich der Chipkartenkörper in einer Abkühlphase ab, sodass zunächst die erste Formhälfte und anschließend die zweite Formhälfte aus dem Spritzgusswerkzeug entfernt werden kann. Da bei den in Chipkarten im Einsatz befindlichen Batterien und auch bei anderen Funktionselementen die Anschlüsse sehr dünn ausgeführt sind, das heißt eine nur sehr geringe Materialstärke aufweisen, kann der Formstempel jedoch auch insgesamt aus dem Spritzgusswerkzeug entfernt werden. Die Anschlüsse ziehen sich bei diesem Entfernen aus dem Spalt, in dem sie während des Spritzgießens oder Spritzprägens gehalten waren, heraus. Auf Grund ihrer Eigenelastizität, die sie in Folge der geringen Materialstärke aufweisen, ist dies ohne Beschädigungen möglich. Die elektrischen Anschlüsse sind erfindungsgemäß frei von Kunststoffüberzügen und müssen dementsprechend nicht mehr nachbearbeitet werden.
• Das Spritzprägeverfahren wird dem Spritzgussverfahren immer dann vorgezogen, wenn der Spritzgusswerkzeuginnendruck durch verschiebbare Spritzgusswerkzeugkavitäten aufgebaut wird und die Scherbelastung durch die Kunststoffschmelze gering sein soll, die auf die in den Chipkartenkörper integrierten Funktionselemente einwirkt.
• Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Chipkarte wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
• Es zeigt:
• 1 einen Chipkartenkörperrohling,
• 2: einen Schnitt durch ein zweiteiliges Spritzgusswerkzeug und
• 3: ein Funktionselement mit zwei elektrischen Anschlüssen.
• In der 1 ist ein Chipkartenkörper 2 dargestellt. Dieser weist eine Kavität 1 auf. Die Kavität dient der späteren Aufnahme eines Chipmoduls, welches aus Vereinfachungsgründen in der Darstellung der 1 nicht gezeigt wurde. In die Kavität 1 ragen zwei elektrische Anschlüsse 4 eines Funktionselementes 3 hinein. Als Funktionselement ist hierbei in den Chipkartenkörper die in der 3 gezeigte Batterie integriert worden.
• Betrachtet man die Darstellung in der 2, so wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte anschaulich. Hier ist ein zweiteiliges Spritzgusswerkzeug im Schnitt dargestellt. Das Spritzgusswerkzeug besteht aus einer Schließseite 9 und einer Spritzseite 10, wobei die Schließseite 9 bewegbar ist. Die Einspritzrichtung des verflüssigten, hocherhitzten Kunststoffes wurde mit dem Pfeil A kenntlich gemacht. Die Schließseite 9 des Spritzgusswerkzeuges weist eine Spritzgusswerkzeugkavität 8 auf, deren innere Abmessungen der fertig gestellten Chipkarte entsprechen. In die Spritzgusswerkzeugkavität 8 ist ein Formstempel, der insgesamt mit 5 bezeichnet wurde, eingeführt. Der zweiteilige Formstempel 5 besteht aus einer ersten Formhälfte 6 und einer zweiten Formhälfte 7. Der Formstempel 5 bildet nach Erkalten des Kunststoffes die Kavität 1 des Chipkartenkörpers 2. Zwischen der ersten Formhälfte 6 und der zweiten Formhälfte 7 ist ein Spalt 11 vorhanden, der zur Festlegung der elektrischen Anschlüsse 4 eines Funktionselementes 3 durch Klemmung dient. Als Funktionselement 3 wurde die in der Darstellung der 3 gezeigte Batterie 3 mit zwei elektrischen Anschlüssen 4 gewählt. Wie aus der Darstellung der 2 erkennbar wird, ist die Batterie 3 nur an ihren elektrischen Anschlüssen 4 in dem Formstempel 5 gehalten. Ansonsten benötigt sie zu ihrer Integration in den Chipkartenkörper 2 keine weiteren Halterungen oder Fixierungspunkte. Der in Pfeilrichtung A eingebrachte verflüssigte, hocherhitzte Kunststoff umfließt das Funktionselement (die Batterie) 3 sehr homogen und gleichmäßig, was sich letztlich auch auf die Qualität des Chipkartenkörpers 2 insgesamt auswirkt.

1

Kavität

2

Chipkartenkörper

3

Funktionselement

4

Anschluss

5

Formstempel

6

Erste Formhälfte

7

Zweite Formhälfte

8

Spritzgusswerkzeugkavität

9

Schließseite

10

Spritzseite

11

Spalt

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung eines im Spritzguss- oder Spritzprägeverfahren hergestellten Chipkartenkörpers (2) mit einer Kavität und einem in diesen Kartenkörper integrierten Funtionselement (3), wobei dieses wenigstens einen elektrischen Anschluß aufweist, der bis in die Kavität hinein reicht, und wobei die Kavität mittels eines Formstempels hergestellt wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte: – Einsetzen eines zweiteiligen Formstempels (5) in eine Spritzgusswerkzeugkavität (8) zur Bildung der Kavität (1), wobei die Formteile des Formstempels (5) einen Spalt (11) zwischen einander aufweisen, in den zumindest ein Teil des elektrischen Funktionselementes (3) eingesetzt wird, – Verschieben der Formhälften (6, 7) gegeneinander und – Durchführung des Spritzgießverfahrens bzw. Spritzprägeverfahrens sowie – Entfernung zunächst der ersten (6) und anschließend der zweiten Formhälfte (7) des Formstempels (5).