DE19641406A1 - Smart card and communication method - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, die einen integrierten Schaltkreis und ein Antennenelement zum berührungslosen Über tragen von Daten aufweist sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte.The invention relates to a chip card that has an integrated Circuit and an antenna element for contactless over has data and a method for manufacturing a chip card.
Allgemein sind Chipkarten bekannt, bei denen Daten über auf der Chipkarte vorgesehene Kontakte eingeschrieben und/oder ausgelesen werden können. Eine Datenübertragung ist aber auch berührungslos über ein in der Karte vorgesehenes induktives Antennenelement möglich. Darüber hinaus sind Chipkarten be kannt, die sowohl Kontaktstellen zur kontaktbehafteten Daten übertragung als auch ein oder mehrere Antennenelemente zur kontaktfreien Datenübertragung aufweisen. Chip cards are generally known, in which data on contacts envisaged on the chip card and / or can be read out. A data transfer is also non-contact via an inductive provided in the card Antenna element possible. In addition, chip cards are knows both contact points for contact-related data transmission as well as one or more antenna elements for have contactless data transmission.
Bei der kontaktfreien Datenübertragung mittels eines indukti ven Elements muß eine ausreichende magnetische Flußdichte im Antennenelement gewährleistet sein, damit ausreichend auflös bare Signale ausgesandt, bzw. empfangen werden können.In the case of contactless data transmission using an indukti ven elements must have a sufficient magnetic flux density in the Antenna element must be guaranteed so that sufficient resolution bare signals can be sent or received.
Die magnetische Flußdichte kann durch Erhöhen des Erreger stroms oder durch Erhöhen der Windungszahl eines Antennenele ments verstärkt werden. Beidem sind in der Praxis jedoch Gren zen gesetzt.The magnetic flux density can be increased by increasing the exciter current or by increasing the number of turns of an antenna element strengthened. In practice, however, both are limited zen set.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Funktionsfähigkeit einer Chipkarte für kontaktlose Datenüber tragung zu verbessern, wobei gleichzeitig eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet sein soll.The object of the present invention is that Functionality of a chip card for contactless data transfer To improve wear, while maintaining a simple and cost-effective production should be guaranteed.
Diese Aufgabe wird in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und in verfahrenstechni scher Hinsicht durch die Merkmale des Patentanspruches 17 ge löst.This task is accomplished in terms of device technology the features of claim 1 and in procedural shear in terms of the features of claim 17 ge solves.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angege ben.Advantageous further developments are specified in the subclaims ben.
Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein induktionssteigerndes Element vorzusehen, dessen relative Per meabilität µr< 1 ist und das mit dem Antennenelement zusammen wirkt.A key concept of the present invention is to provide an induction-increasing element whose relative permeability µ r <1 and which interacts with the antenna element.
Allgemein gilt:In general:
B = µr · HB = µ r · H
wobei H die magnetische Feldstärke bezeichnet, µr die relative Permeabilität und B die magnetische Flußdichte ist. Im Fall einer Spule der Länge l mit n Windungen ergibt sichwhere H is the magnetic field strength, µ r is the relative permeability and B is the magnetic flux density. In the case of a coil of length l with n turns, the result is
Nach dem Faraday Induktionsgesetz wird in einer Spule eine Spannung induziert, wenn sich der magnetische Fluß Φ = B · As, der die Spule mit n Windungen mit einer Quer schnittsfläche As durchsetzt, in einer Zeitspanne Δt um Δø än dert. Es gilt:According to the Faraday law of induction, a voltage is induced in a coil when the magnetic flux Φ = B · A s , which passes through the coil with n turns with a cross-sectional area A s , changes in a time period Δt by Δø. The following applies:
Uind = n · Φ (2)U ind = n · Φ (2)
= n · (B · As) ·
= n · (B · As + B · As)
= n · B · As + n · B · As (3)= n · (B · A s ) ·
= n · (B · A s + B · A s )
= n · B · A s + n · B · A s (3)
Die induzierte Gesamtspannung ist demnach die Summe der indu zierten Spannungen, hervorgerufen durch die Änderung der durchsetzten Querschnittsfläche As bei konstanter magnetischer Flußdichte und durch die Änderung der magnetischen Flußdichte B bei konstanter Querschnittsfläche. Durch Einsetzen der For mel (1) in Formel (3) ergibt sichThe total induced voltage is therefore the sum of the induced voltages, caused by the change in the cross-sectional area A s at constant magnetic flux density and by the change in magnetic flux density B at constant cross-sectional area. Substituting formula (1) in formula (3) results in
Zur Erzielung hoher induzierter Spannungen bei hohen Frequen zen eignen sich weichmagnetische Materialen besonders gut. Weichmagnetische Materialen zeichnen sich durch eine hohe re lative Permeabilität, niedrige Koerzitivkraft und einfach Um magnetisierbarkeit aus. Die eingeschlossene Fläche in der Hy sterese-Kurve dieser Materialen ist klein und damit auch die in Form von Wärme auftretenden Energieverluste.To achieve high induced voltages at high frequencies zen, soft magnetic materials are particularly suitable. Soft magnetic materials are characterized by a high re relative permeability, low coercive force and simply um magnetisability. The enclosed area in the hy steresis curve of these materials is small and thus the in the form of heat loss of energy.
Bei hohen Frequenzen wird allerdings die magnetische Permeabi lität durch induzierte Wirbelströme reduziert. Der Durchtritt des Magnetfeldes durch das Material ist in diesem Fall behin dert. Abhilfe kann hier durch Verringerung der Materialdicke und Erhöhung des elektrischen Widerstandes geschaffen werden. Technisch sind elektrisch voneinander isolierte Mehrlagen schichten aus Metallen und Legierungen mit Folienstärken von 1 mm bis 0,025 mm bereits herstellbar. Eine weitere Verbesserung kann durch Metall-/Metalloxidpulver in einem Dielektrikum er reicht werden. Die Partikelgrößen liegen dabei im Bereich von 2 bis 10 µm. Als Metalle kommen insbesondere Fe, Cu, Mn, Zn und Ni in Betracht. Die Metalle werden auch als Oxide mit Ei senoxid eingesetzt. Die generelle Formel dieser Ferrite lautetAt high frequencies, however, the magnetic permeabi reduced by induced eddy currents. The passage the magnetic field through the material is obstructed in this case different. This can be remedied by reducing the material thickness and increase in electrical resistance. Technically, multilayers are electrically insulated from each other layers of metals and alloys with foil thickness of 1 mm to 0.025 mm can already be produced. Another improvement can he through metal / metal oxide powder in a dielectric be enough. The particle sizes are in the range of 2 to 10 µm. In particular Fe, Cu, Mn, Zn come as metals and Ni into consideration. The metals are also called oxides with egg senoxide used. The general formula for these ferrites is
MO · Fe₂O₃,MO · Fe₂O₃,
wobei M ein beliebiges Metall aus der Gruppe Fe, Cu, Mn, Zn und Ni bezeichnet. Nachteilig ist die hohe Bruchempfindlich keit dieser keramischen Materialien.where M is any metal from the group Fe, Cu, Mn, Zn and denotes Ni. The disadvantage is the high sensitivity to breakage of these ceramic materials.
Der Nachteil keramischer Materialien wird durch amorphes Me tall (metallische Gläser) überwunden, ohne andere Einschrän kungen hinnehmen zu müssen.The disadvantage of ceramic materials is due to amorphous Me tall (metallic glasses) overcome without other restrictions have to accept
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung besteht das vorge schlagene induktive Element daher zumindest teilweise aus amorphem Metall (metallischem Glas). Amorphe Metalle zeichnen sich dadurch aus, daß die Atome in einem weitgehend ungeordne ten Zustand erstarrt sind. Während normalerweise die Atome beim Abkühlen aus einer Schmelze genügend Zeit haben, Kristallkeime auszubilden und sich im Einklang mit diesen Kri stallkeimen auszurichten, werden amorphe Metalle durch blitz artige Abkühlung der Schmelze, beispielsweise mit einer Abküh lungsrate von einer Million Grad pro Sekunde, erhalten.In a further development according to the invention, the pre struck inductive element therefore at least partially amorphous metal (metallic glass). Draw amorphous metals is characterized in that the atoms in a largely disordered solidified state. While usually the atoms have enough time when cooling from a melt, Train crystal nuclei and keep yourself in tune with these kri To align stall germs, lightning turns amorphous metals like cooling of the melt, for example with a cooling rate of one million degrees per second.
Amorphe Metalle zeichnen sich durch mehrere günstige Eigen schaften aus. Sie sind hart, korrosionsbeständig, haben einen hohen elektrischen Widerstand und verhalten sich magnetisch weich, das heißt, sie weisen - wie bereits oben erläutert - nur eine sehr kleine Hysterese auf. Dadurch sind die Verlust leistungen gering. Es wird wenig Verlustwärme erzeugt und es treten praktisch keine Wirbelströme auf.Amorphous metals are characterized by several cheap properties from. They are hard, corrosion-resistant, have one high electrical resistance and behave magnetically soft, that is, they have - as already explained above - only a very small hysteresis. This is the loss performance low. Little heat loss is generated and it practically no eddy currents occur.
Durch diese kleine Hysterese und den hohen elektrischen Wider stand sind sie als induktionsverstärkende Materialien auch bei hohen Frequenzen bestens geeignet. This small hysteresis and the high electrical resistance as induction-enhancing materials high frequencies.
Die mechanischen Eigenschaften (Härte, Bruchunempfindlichkeit) sind für den Aufbau einer Chipkarte sehr vorteilhaft.The mechanical properties (hardness, resistance to breakage) are very advantageous for building a chip card.
Insbesondere schnell erstarrte Cobalt-Legierungen weisen sehr günstige magnetisch, elektrische und mechanische Eigenschaften auf und sind als Bänder mit Breiten bis 20 mm bei einer Dicke von 50 µm herstellbar.Rapidly solidified cobalt alloys show a lot favorable magnetic, electrical and mechanical properties on and are as tapes with widths up to 20 mm with a thickness of 50 µm can be produced.
Den äußeren Abmessungen einer Chipkarte entsprechend und unter Berücksichtigung der meist sehr flachen, relativ ausgedehnten Antennenelemente ist es von Vorteil, das induktionssteigernde Element folien- oder plattenförmig auszubilden.According to the external dimensions of a chip card and under Consideration of the mostly very flat, relatively extensive Antenna elements, it is advantageous to increase induction Form element foil or plate-shaped.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, das induktionssteigernde Element als Mehrschichtkörper auszubilden. Der Mehrschichtkör per ist dabei aus mehreren planparallelen Schichten aus glei chem oder unterschiedlichem Material aufgebaut. Durch den schichtweisen Aufbau läßt sich die Dicke des induktionsstei gernden Elementes vergrößern. Auch läßt sich der elektrische Widerstand senkrecht zu den Schichtebenen weiter erhöhen. Dar über hinaus wird die mechanische Steifigkeit noch weiter ver bessert. Durch die Variation unterschiedlicher Materialien läßt sich das magnetische, elektrische und/oder mechanische Verhalten durch Auswahl der Materialien und Schichtdicken ein stellen.It can also be advantageous to increase induction Form element as a multilayer body. The multi-layer body per consists of several plane-parallel layers of the same chem or different material built. By the The thickness of the induction stone can be built up in layers Enlarging element enlarge. The electrical can also Increase resistance perpendicular to the layer planes. Dar in addition, the mechanical rigidity is further reduced improves. By varying different materials can be the magnetic, electrical and / or mechanical Behavior through selection of materials and layer thicknesses put.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bestehen die Schichten jeweils aus Folien aus amorphem Metall.In an advantageous embodiment, the layers exist each made of amorphous metal foils.
In einer speziellen Ausführungsform weist die Chipkarte einen Modulträger auf, der zur unmittelbaren oder mittelbaren Befe stigung des integrierten Schaltkreises und vorzugsweise auch zur Befestigung des Antennenelements dient. Je nach Aufbau und Herstellungsverfahren lassen sich zwei Varianten unterschei den. In der ersten Variante umfaßt die Chipkarte einen Karten träger, in den eine Ausnehmung eingearbeitet, beispielsweise eingefräst wird. Der Modulträger wird in dieser Variante zu sammen mit den daran befestigten Komponenten (integrierten Schaltkreis, etc) in die Ausnehmung eingesetzt. In der zweiten Variante bildet der Modulträger praktisch den Kartenträger. Nach Befestigung der Komponenten (integrierter Schaltkreis, etc.) auf dem Modulträger werden diese eingegossen, einlami niert oder auf andere Weise unter Ausbildung einer Chipkarte eingekapselt. Die Erfindung und die nachstehende Beschreibung können bei beiden oben genannten Varianten Anwendung finden.In a special embodiment, the chip card has one Module carrier on the for direct or indirect Befe Stigung the integrated circuit and preferably also serves to attach the antenna element. Depending on the structure and Manufacturing processes can be divided into two variants the. In the first variant, the chip card comprises a card carrier into which a recess is incorporated, for example is milled. In this variant, the module carrier becomes too together with the attached components (integrated Circuit, etc.) inserted into the recess. In the second Variant, the module carrier practically forms the card carrier. After fastening the components (integrated circuit, etc.) are cast on the module carrier, one-lam niert or otherwise with the formation of a chip card encapsulated. The invention and the description below can be used in both of the above variants.
Bei einer ersten alternativen Einbauposition des induktions steigernden Elements ist der integrierte Schaltkreis auf einer ersten Flachseite des Modulträgers angeordnet, hingegen befin det sich das induktionssteigernde Element auf der gegenüberliegenden Flachseite des vorzugsweise plattenförmigen Modulträgers. Das induktionssteigernde Element kann mit dem Modulträger beispielsweise verklebt sein. Die Plattenstärke des Modulträgers kann reduziert werden, da das induktionsstei gernde Element einen beachtlichen Beitrag zur mechanischen Steifigkeit der Gesamtanordnung liefert.In a first alternative installation position of the induction element is the integrated circuit on one arranged first flat side of the module carrier, on the other hand the induction increasing element is on the opposite flat side of the preferably plate-shaped Module carrier. The induction increasing element can with the Module carrier can be glued, for example. The plate thickness of the module carrier can be reduced because the induction strength element makes a considerable contribution to mechanical Stiffness of the overall arrangement provides.
Bei einer alternativen Einbauposition befindet sich das induk tionssteigernde Element zwischen dem integrierten Schaltkreis einerseits und dem Modulträger andererseits. Auch hier kann eine Verbindung zwischen Modulträger und induktionssteigerndem Element beispielsweise durch Kleben geschaffen werden. Durch die Eigensteifigkeit des induktionssteigernden Elementes läßt sich auch hier die Dicke des Modulträgers reduzieren.The induk is in an alternative installation position tion-enhancing element between the integrated circuit on the one hand and the module carrier on the other. Here too a connection between module carrier and induction increasing Element can be created for example by gluing. By the inherent rigidity of the induction-increasing element the thickness of the module carrier is also reduced here.
Bei einer weiteren alternativen Einbauposition wird auf den Modulträger verzichtet und dieser durch das induktionsstei gernde Element ersetzt. Das induktionssteigernde Element ist nämlich, gerade wenn es als Mehrschichtplatte ausgebildet ist, selbst ausreichend mechanisch steif. Bei dieser alternativen Einbauposition läßt sich die Herstellung vereinfachen. Bei Verwendung von amorphen Metallen als induktionssteigerndes Element lassen sich auch die gewünschten mechanischen Eigen schaften ohne weiteres erreichen. In another alternative installation position, the The module carrier is dispensed with and this is due to the induction coil replacing element. The induction increasing element is namely, especially if it is designed as a multilayer board, even sufficiently mechanically stiff. With this alternative Installation position can simplify the manufacture. At Use of amorphous metals as induction increasing Element can also have the desired mechanical properties achievements easily.
Grundsätzlich kann das Antennenelement relativ zum induktions steigernden Element und zur integrierten Schaltung nahezu be liebig angeordnet sein. Bevorzugt wird jedoch das Antennenele ment, insbesondere eine geätzte Spule, im wesentlichen konzen trisch um den integrierten Schaltkreis herum auf der dem inte griertem Schaltkreis zugewandten Flachseite des Modulträgers bzw. des induktionssteigernden Elementes durch einen Ätzvor gang ausgebildet. Alternativ dazu kann das Antennenelement, insbesondere Spule auch als diskrete Drahtspule oder als ge stanzte oder gedruckte Spule ausgebildet sein. Bei einer ge druckten Spule sind Polymerspule und gedruckte galvanisierte Spule zu unterscheiden. Eine Polymerspule läßt sich auch in Form einer "dispensed polymer coil" ausbilden.Basically, the antenna element can be relative to the induction increasing element and for the integrated circuit almost be be arranged lovingly. However, the antenna element is preferred ment, especially an etched coil, essentially concentrate around the integrated circuit on which the inte the flat side of the module carrier facing the circuit or the induction-increasing element by an etching process gear trained. Alternatively, the antenna element, especially coil also as a discrete wire coil or as ge punched or printed coil be formed. With a ge printed coil are polymer coil and printed galvanized Distinguish coil. A polymer coil can also be in Form a "dispensed polymer coil".
Zum Verbinden des integrierten Schaltkreises mit dem Antennen element, insbesondere der Spule bieten sich eine Vielzahl von Verbindungstechniken an. Zunächst kann der integrierte Schalt kreis als Ploymer-Flip-Chip, als Lot-Flip-Chip, als Chip-On- Board (Wire Bond) oder als Backbonded-Chip auf dem Modulträger bzw. dem induktionssteigernden Element angeordnet werden.For connecting the integrated circuit to the antenna element, especially the coil, offer a variety of Connection techniques. First, the integrated circuit circle as a plastic flip chip, as a solder flip chip, as a chip-on Board (wire bond) or as a backbonded chip on the module carrier or the induction-increasing element can be arranged.
Bei Vorliegen eines Polymer-Flip-Chips bietet sich grundsätz lich eine elektrisch leitfähige Klebeverbindung an. Gerade bei Anschluß an eine diskrete Drahtspule kann aber auch das di rekte Heranführen und Kontaktieren mittels Thermocompression Bonding oder Thermosonic Bonding sinnvoll sein.If a polymer flip chip is present, this is generally the case Lich an electrically conductive adhesive connection. Especially with Connection to a discrete wire coil can also be the di direct introduction and contact using thermocompression Bonding or thermosonic bonding may be useful.
Liegt der integrierte Schaltkreis in Form eines Löt-Flip-Chips vor, kann eine elektrisch leitfähige Verbindung durch Löten, zur Antenne oder zu einem Zwischenträger, erreicht werden. Dabei sollte sowohl auf den Löt-Flip-Chip als auch auf das Antennenelement zuvor ein gewisses Lötdepot aufgebracht werden. Alternativ dazu kann aber auch eine Schweißverbindung ausgebildet werden.The integrated circuit is in the form of a solder flip chip before, an electrically conductive connection by soldering, to the antenna or to an intermediate carrier. It should both on the solder flip chip and on that A certain soldering deposit was previously applied to the antenna element will. Alternatively, a welded connection can also be used be formed.
Bei der Chip-On-Board-Alternative kann eine elektrische Kon taktierung durch Draht, Bänder, metallisierte Folie oder ein metallisiertes Stanzteil erfolgen. With the chip-on-board alternative, an electrical con tacting by wire, tapes, metallized foil or a metallized stamped part.
Wird der integrierte Schaltkreis als Backbonded-Chip auf dem Modulträger bzw. dem induktionssteigernden Element angeordnet und weist er diskrete Drahtanschlüsse auf, so können diese mit dem Antennenelement durch elektrisch isotropes oder anisotro pes leitfähiges Kleben, durch elektrisch leitfähige Lötung oder durch Bonden verbunden werden.If the integrated circuit is used as a backbonded chip on the Module carrier or the induction-increasing element arranged and if it has discrete wire connections, these can be used with the antenna element by electrically isotropic or anisotropic pes conductive adhesive, by electrically conductive soldering or connected by bonding.
Aus dem oben genannten liegt der Kerngedanke des erfindungsge mäßen Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte darin, den Modulträger aus einem induktionssteigernden Element auszubil den oder den Modulträger zumindest durch ein induktionsstei gerndes Element zu versteifen.From the above is the core idea of the fiction Method according to the manufacture of a chip card therein, the To train module carriers from an induction-increasing element the module carrier or modules at least by an induction coil stiffening element.
Dadurch läßt sich die magnetische Flußdichte erhöhen und somit die Signalübertragung zwischen der Karte und einer externen Lese-/Schreibstation verbessern. Darüber hinaus kann der bis lang notwendige Modulträger dünner ausgebildet oder auf diesen ganz verzichtet werden. Das induktionssteigernde Element kann nämlich gleichzeitig die mechanische Funktion des Modulträgers ganz oder teilweise übernehmen. Als Modulträger besonders ge eignet erscheint auch hier amorphes Metall.This allows the magnetic flux density to be increased and thus the signal transmission between the card and an external one Improve reading / writing station. In addition, the up long necessary module carrier formed thinner or on this be completely dispensed with. The induction-increasing element can namely the mechanical function of the module carrier take over in whole or in part. Especially as a module carrier Amorphous metal also appears suitable here.
Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungs beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnun gen näher erläutert.The invention is also described below with respect to others Features and advantages based on the description of execution examples and with reference to the accompanying drawings gene explained in more detail.
Hier zeigen:Show here:
Fig. 1a schematisch eine erste, alternative Einbauposition für ein induktionssteigerndes Element; Figure 1a schematically shows a first alternative mounting position for an induction-enhancing element.
Fig. 1b und 1c unterschiedliche Verbindungstechniken für ein nach Fig. 1a positioniertes induktionssteigerndes Ele ment; FIG. 1b and 1c different connecting techniques for enhancing induction 1a positioned Ele ment according to Fig.
Fig. 2a schematisch eine zweite, alternative Einbauposition für ein induktionssteigendes Element; Figure 2a schematically shows a second, alternative mounting position for an induction increasing element.
Fig. 2b und 2c unterschiedliche Verbindungstechniken für ein nach Fig. 2a positioniertes induktionssteigerndes Ele ment; Fig. 2b and 2c different connection techniques for an induction-increasing element positioned according to Fig. 2a;
Fig. 3a schematisch eine dritte, alternative Einbauposition für ein induktionssteigerndes Element; 3a shows schematically a third, alternative mounting position for an induction-enhancing element.
Fig. 3b und 3c unterschiedliche Verbindungstechniken für ein nach Fig. 3a positioniertes induktionssteigerndes Ele ment; FIG. 3b and 3c different connecting techniques for enhancing induction 3a positioned Ele ment according to Fig.
Fig. 4a schematisch eine vierte, alternative Einbauposition für ein induktionssteigerndes Element und Fig. 4a schematically shows a fourth, alternative installation position for an induction-increasing element and
Fig. 4b und 4c unterschiedliche Verbindungstechniken für ein nach Fig. 4a positioniertes induktionssteigerndes Ele ment. FIG. 4b and 4c different connection techniques. 4a positioned induction-increasing ele ment for a according to Fig.
Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Bauteile dieselben Bezugsziffern verwendet. An dieser Stelle wird weiterhin darauf hingewiesen, daß die in den Zeichnungen dargestellten Größenverhältnisse nicht den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechen, sondern die Zeichnun gen als schematische Darstellungen anzusehen sind.In the following description, the same and equivalent components used the same reference numerals. On At this point it is further pointed out that the in the proportions shown in the drawings not the correspond to actual circumstances, but the drawing gene are to be regarded as schematic representations.
In Fig. 1a ist eine erste Alternative für die Einbauposition eines induktionssteigernden Elements 14 bei einer Chipkarte rein schematisch dargestellt. Die in den Fig. 1a, 2a, 3a und 4a gezeigten unterschiedlichen Einbaupositionen sind zunächst relativ zu einem Modulträger 16 gezeigt. A first alternative for the installation position of an induction-increasing element 14 in a chip card is shown purely schematically in FIG. 1a. The different installation positions shown in FIGS . 1a, 2a, 3a and 4a are initially shown relative to a module carrier 16 .
Dieser Modulträger 16 kann zusammen mit einem integrierten Schaltkreis 12, einem Antennenelement 13 und dem induktions steigernden Element 14 in eine vorzugsweise vorgefräste Aus nehmung eines nicht dargestellten Kartenträgers eingesetzt werden. Die Erfindung und insbesondere die verschiedenen Ein baupositionen für das induktionssteigernde Element lassen sich aber auch auf einem Kartentyp anwenden, bei dem der Modulträ ger 16 sich im wesentlichen über die Gesamtabmessung einer Chipkarte erstreckt. Der integrierte Schaltkreis 12 und gege benenfalls das Antennenelement 13 werden dann in an sich be kannter Weise eingekapselt. Es kann beispielsweise auf den sich im wesentlichen über die gesamte Karte erstreckenden Mo dulträger 16 ein weiterer Kartenträger auflaminiert werden, wobei der integrierte Schaltkreis 12 zwischen dem Modulträger 16 und dem weiterem Kartenträger eingebettet wird.This module carrier 16 can be used together with an integrated circuit 12 , an antenna element 13 and the induction-increasing element 14 in a preferably pre-milled recess from a card carrier, not shown. The invention and in particular the various positions for the induction-increasing element can also be applied to a card type in which the module carrier 16 extends essentially over the entire dimension of a chip card. The integrated circuit 12 and possibly the antenna element 13 are then encapsulated in a manner known per se. For example, a further card carrier can be laminated onto the module carrier 16 which extends essentially over the entire card, the integrated circuit 12 being embedded between the module carrier 16 and the further card carrier.
Die nachstehenden Betrachtungen und Erläuterungen sind deshalb sowohl auf den Kartentyp, bei dem eine Ausnehmung vorgesehen ist, als auch auf den Kartentyp anzuwenden, bei dem sich der Modulträger 16 im wesentlichen über die gesamte Chipkarte er streckt.The following considerations and explanations are therefore applicable both to the card type, in which a recess is provided, and to the card type, in which the module carrier 16 extends essentially over the entire chip card.
In der ersten Einbauvariante ist das induktionssteigernde Ele ment 14 auf einer ersten Flachseite 17 eines Modulträgers 16 angeordnet. Der Modulträger 16 kann dabei auf geeignete Weise mit dem induktionssteigernden Element verbunden, beispiels weise verklebt sein.In the first installation variant, the induction-increasing element 14 is arranged on a first flat side 17 of a module carrier 16 . The module carrier 16 can be connected in a suitable manner to the induction-increasing element, for example glued.
Auf der dem induktionssteigernden Element 14 abgewandten Flachseite 18 des Modulträgers ist ein integrierter Schalt kreis 12 angeordnet. Auf dieser Flachseite 18 ist weiterhin ein Antennenelement 13, insbesondere eine spiralförmige Spule ausgebildet.On the flat side 18 of the module carrier facing away from the induction-increasing element 14 , an integrated circuit 12 is arranged. An antenna element 13 , in particular a spiral coil, is also formed on this flat side 18 .
Das Antennenelement 13, insbesondere die spiralförmige Spule kann als gedruckte Spule, nämlich als gedruckte Polymerspule oder als gedruckte und galvanisierte Spule, als diskrete Drahtspule, als geätzte Spule, als beschriebene Pasten-Spule oder als gestanzte Spule ("punched coil") ausgebildet sein.The antenna element 13 , in particular the spiral coil, can be designed as a printed coil, namely as a printed polymer coil or as a printed and galvanized coil, as a discrete wire coil, as an etched coil, as a paste coil described or as a punched coil.
In Fig. 1b ist eine Anschlußvariante des integrierten Schalt kreises 12 an das Antennenelement 13 dargestellt. Der inte grierte Schaltkreis 12 ist hier durch elektrisch leitfähige Klebeverbindungen 19 an das Antennenelement 13 angeschlossen. Hierbei kann es sich um eine anisotrope, isotrope oder engspaltige elektrisch leitfähige Klebeverbindungen 19 han deln. Anstelle der Klebeverbindungen kann auch eine interme tallische Lot- oder Schweißverbindung in Betracht kommen.In Fig. 1b, a connection variant of the integrated circuit 12 to the antenna element 13 is shown. The inte grated circuit 12 is connected here by electrically conductive adhesive connections 19 to the antenna element 13 . This can be an anisotropic, isotropic or narrow-gap electrically conductive adhesive connections 19 . Instead of the adhesive connections, an intermetallic solder or weld connection can also be considered.
Die Klebe-, Lot- oder Schweißverbindung, stellt in erster Li nie eine elektrische Verbindung zum Antennenelement 13 dar. Gleichzeitig wird aber auch eine mechanische Verbindung ausge bildet. Da die spiralförmige Spule 13 in der Regel fest auf dem Modulträger 16 angeordnet ist, wird durch diese Klebe-, Lot- und Schweißverbindung gleichzeitig eine mechani sche Verbindung zum Modulträger 16 geschaffen. Modulträger 16, induktionssteigerndes Element 14, spiralförmige Spule bzw. An tennenelement 13 und integrierter Schaltkreis 12 stellen somit eine Einheit dar. Diese Einheit kann je nach Kartentyp nun in eine Ausnehmung im Kartenträger eingesetzt werden oder bereits eine Flachseite der späteren Chipkarte bilden. Selbstverständ lich kann auf das folien- oder plattenförmig ausgebildete in duktionssteigernde Element 14 noch eine nicht gezeigte Schutz und/oder Lackschicht aufgebracht werden.The adhesive, solder or weld connection, in the first Li never constitutes an electrical connection to the antenna element 13. At the same time, however, a mechanical connection is also formed. Since the spiral coil 13 is generally fixed on the module carrier 16 , this adhesive, solder and weld connection creates a mechanical connection to the module carrier 16 at the same time. Module carrier 16 , induction-increasing element 14 , spiral coil or antenna element 13 and integrated circuit 12 thus constitute a unit. Depending on the type of card, this unit can now be inserted into a recess in the card carrier or already form a flat side of the later chip card. Of course, a protective and / or lacquer layer (not shown) can also be applied to the film-shaped or plate-shaped element 14 which increases production.
In Fig. 1c sind weitere alternative Anschlußvarianten für den integrierten Schaltkreis 12 an das Antennenelement 13 schema tisch dargestellt. Der integrierte Schaltkreis 12 kann hier, wie in Fig. 1a dargestellt, auf dem Modulträger 16 angeordnet sein. Er kann aber auch in den Modulträger 16 integriert sein.In Fig. 1c further alternative connection variants for the integrated circuit 12 to the antenna element 13 are shown schematically. The integrated circuit 12 can be arranged on the module carrier 16 here, as shown in FIG. 1a. However, it can also be integrated in the module carrier 16 .
Allgemein lassen sich "Chip-On-Board"-Lösungen und "Chip-im planted-In-Board"-Lösungen unterscheiden. Der integrierte Schaltkreis 12 weist Anschlüsse 24 auf, die mit dem Antennen element bzw. der spiralförmigen Spule 13 durch geeignete Lei ter, insbesondere Bond-Verbindungen 20 elektrisch verbunden werden. Die Bondverbindungen können in bekannter Weise durch Thermosonic-Bonding oder Thermocompression Bonding ausgebildet werden.In general, a distinction can be made between "chip-on-board" solutions and "chip-in-planted-in-board" solutions. The integrated circuit 12 has connections 24 which are electrically connected to the antenna element or the spiral coil 13 by suitable conductors, in particular bond connections 20 . The bond connections can be formed in a known manner by thermosonic bonding or thermocompression bonding.
Zweckmäßigerweise wird der integrierte Schaltkreis 12 (vgl. Fig. 1c) so angeordnet, daß sich die Anschlüsse 24 auf seiner dem Modulträger 16 abgewandten Seite befinden. In dieser An ordnung können die Bond-Verbindungen 20 auf einfache und ko stengünstige Weise hergestellt werden.The integrated circuit 12 (cf. FIG. 1c) is expediently arranged such that the connections 24 are located on its side facing away from the module carrier 16 . In this order, the bond connections 20 can be produced in a simple and cost-effective manner.
Natürlich lassen sich der integrierte Schaltkreis 12 und die spiralförmige Spule 13 auch in anderer Weise durch Leiter ver binden, beispielsweise durch Löten oder Schweißen.Of course, the integrated circuit 12 and the spiral coil 13 can also be connected in another way by conductors, for example by soldering or welding.
In Fig. 2a ist eine zweite alternative Einbauposition für das induktionssteigernde Element 14 schematisch dargestellt. Auch hier ist das induktionssteigernde Element 14 im wesentlichen folien- oder plattenförmig ausgebildet. Anders als in Fig. 1a ist es hier aber zwischen dem Modulträger 16 und dem inte grierten Schaltkreis 12 angeordnet. Die spiralförmige Spule 13 befindet sich daher unmittelbar auf dem induktionssteigernden Element 14 und zwar auf seiner dem Modulträger 16 abgewandten Flachseite 23. Auch hier kann die spiralförmige Spule 13 in den bereits anhand von Fig. 1a erläuterten alternativen Aus führungsformen ausgebildet und auf den induktionssteigernden Element 14 befestigt werden.A second alternative installation position for the induction-increasing element 14 is shown schematically in FIG. 2a. Here, too, the induction-increasing element 14 is essentially film-like or plate-like. Unlike in Fig. 1a, it is here arranged between the module carrier 16 and the inte grated circuit 12 . The spiral coil 13 is therefore located directly on the induction-increasing element 14 , specifically on its flat side 23 facing away from the module carrier 16 . Here, too, the spiral coil 13 can be embodied in the alternative embodiments already explained with reference to FIG. 1 a and attached to the induction-increasing element 14 .
In Fig. 2b ist der elektrische Anschluß des integrierten Schaltkreises 12 an die spiralförmige Spule 13 durch Klebever bindungen 19 dargestellt. Auch hier können anstelle von Klebe verbindungen Löt- oder Schweißverbindugen zum Anschluß des in tegrierten Schaltkreises 12 an die spiralförmige Spule 13 aus gebildet werden.In Fig. 2b, the electrical connection of the integrated circuit 12 to the spiral coil 13 by adhesive bonds 19 is shown. Again, instead of glue connections, solder or weld connections for connecting the integrated circuit 12 to the spiral coil 13 can be formed.
Gemäß Fig. 2c ist der integrierte Schaltkreis mit der spiralförmigen Spule 13 - wie bereits anhand von Fig. 1c be schrieben - mittels Leiter, insbesondere Bond-Verbindungen 20 verbunden.Referring to FIG. 2c, the integrated circuit with the spiral coil 13 - as already with reference to Figure 1c be written -. By means of conductors, in particular bond connections 20 are connected.
Fig. 3a zeigt eine besonders vorteilhafte Variante für die Anordnung des induktionssteigernden Elements 14. In dieser Va riante wird ganz auf den Modulträger 16 verzichtet. Bereits bei den anhand von Fig. 1a und 2a beschriebenen Varianten wurde der Modulträger 16 durch das platten- oder folienförmig ausgebildete induktionssteigernde Element verstärkt. Bei der hier gezeigten Variante ist das induktionssteigernde Element 14 derart mechanisch steif ausgebildet, daß es den Modulträger 16 komplett ersetzt. Das induktionssteigernde Element kann hier einschichtig (Fig. 3a) oder auch (vgl. Fig. 3b) mehrschichtig ausgebildet sein. In Fig. 3b weist das induktionssteigernde Element 14 Schichten 21, 22 auf, die miteinander zu einem Mehrschichtkörper 15 verklebt oder laminiert sind. Fig. 3a shows a particularly advantageous variant for the arrangement of the induction increasing element 14. In this variant, the module carrier 16 is completely dispensed with. In the variants described with reference to FIGS . 1a and 2a, the module carrier 16 was already reinforced by the plate-shaped or foil-shaped induction-increasing element. In the variant shown here, the induction-increasing element 14 is designed to be mechanically rigid in such a way that it completely replaces the module carrier 16 . The induction-increasing element can be of single-layer design here ( FIG. 3a) or also multi-layer construction (see FIG. 3b). In Fig. 3b, 22, the induction increasing element 14 layers 21, which are bonded together into a multilayer body 15 or laminated.
Die Anschlußvarianten (Fig. 3b und Fig. 3c) entsprechen den bereits anhand der Fig. 1b, 1c, 2b und 2c diskutierten An schlußvarianten.The connection variants ( Fig. 3b and Fig. 3c) correspond to the connection variants already discussed with reference to Fig. 1b, 1c, 2b and 2c.
Das induktionssteigernde Element 14 kann auch als gebundenes Pulver vorliegen und gemäß Fig. 1a auf einer ersten Flach seite 17 oder gemäß Fig. 2a auf einer zweiten Flachseite 18 auf dem Modulträger 16 aufgebracht sein. Alternativ kann das induktionssteigernde Element, wenn es als gebundenes Pulver vorliegt, die spiralförmige Spule 13 auch teilweise oder ganz umgeben. In der in Fig. 4a dargestellten Variante ist die spiralförmige Spule 13 auf der dem integrierten Schaltkreis 12 zugewandten Flachseite 18 des Modulträgers 16 angeordnet. Auf dieser Flachseite 18 ist außerdem das induktionssteigernde Element 14 in Form von gebundenem Pulver aufgebracht, so daß es die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen der spi ralförmigen Spule durchsetzt und die spiralförmige Spule 13 als Ganzes einkapselt. The induction-increasing element 14 can also be present as a bound powder and can be applied to the module carrier 16 according to FIG. 1a on a first flat side 17 or according to FIG. 2a on a second flat side 18 . Alternatively, the induction-increasing element, if it is present as a bound powder, can also partially or completely surround the spiral coil 13 . In the variant shown in FIG. 4 a , the spiral coil 13 is arranged on the flat side 18 of the module carrier 16 facing the integrated circuit 12 . On this flat side 18 , the induction-increasing element 14 is also applied in the form of bound powder, so that it penetrates the spaces between the individual turns of the spiral coil and encapsulates the spiral coil 13 as a whole.
Die hier dargestellte Einkapselung der spiralförmigen Spule 13 durch das induktionssteigernde Element 14 in Form von gebun denem Pulver kann zur weiteren Steigerung der Induktion auch mit den zuvor beschriebenen Varianten gemäß Fig. 1a, 2a oder 3a kombiniert werden.The encapsulation of the spiral coil 13 shown here by the induction-increasing element 14 in the form of bundled powder can also be combined with the previously described variants according to FIGS . 1a, 2a or 3a to further increase the induction.
In Fig. 4b und 4c sind die bereits anhand der Fig. 1b, 2b, 3b und 1c, 2c, 3c diskutierten Anschlußvarianten schematisch dargestellt. Wenn das induktionssteigernde Element 14 in Form von gebundenem Pulver vorliegt, können auch die An schlüsse, insbesondere die Klebeverbindungen 19 oder die Lei ter 20 sowie Teile des integrierten Schaltkreises 12 durch das induktionssteigernde Element bildende gebundene Pulver einge bettet sein.The connection variants already discussed with reference to FIGS . 1b, 2b, 3b and 1c, 2c, 3c are shown schematically in FIGS . 4b and 4c. If the induction-increasing element 14 is in the form of bound powder, the connections, in particular the adhesive connections 19 or the conductor 20 and parts of the integrated circuit 12 by the induction-increasing element forming bound powder, can also be embedded.
Die beschriebenen Anordnungen für das induktionssteigernde Element 14 können - wie bereits erwähnt - untereinander kombi niert werden. Es sind aber auch andere Anordnungen denkbar, wobei eine Positionierung des induktionssteigernden Elements über, unter oder innerhalb der spiralförmigen Spule zu bevor zugen ist.The arrangements described for the induction-increasing element 14 can - as already mentioned - be combined with each other. However, other arrangements are also conceivable, with positioning of the induction-increasing element above, below or within the spiral coil being preferred.
Das induktionssteigernde Element 14 ist vorzugsweise aus amor phen Metall gebildet. Die amorphen Metalle sind magnetisch weich und zeichnen sich durch eine sehr geringe Hysterese aus, was einen Einsatz auch bei hohen Frequenzen ermöglicht. Dar über hinaus weisen sie einen sehr hohen spezifischen Wider stand auf, so daß sich keine nennenswerten Wirbelströme aus bilden können. Besonders bevorzugt werden amorphe Metalle auf der Basis von Co-Legierungen verwendet. Sie sind als Bänder mit Breiten bis 20 mm bei eine Dicke von 15 µm ohne weiteres herstell- und in eine Chipkarte einsetzbar. Das induktionssteigernde Element 14 läßt sich in diesem Fall auch aus mehreren nebeneinander und übereinander angeordneten Bändern herstellen.The induction-increasing element 14 is preferably formed from amor phen metal. The amorphous metals are magnetically soft and are characterized by a very low hysteresis, which enables use even at high frequencies. In addition, they have a very high specific resistance, so that no significant eddy currents can form. Amorphous metals based on Co alloys are particularly preferably used. They can be easily manufactured as tapes with widths up to 20 mm and a thickness of 15 µm and can be inserted into a chip card. In this case, the induction-increasing element 14 can also be produced from a plurality of belts arranged side by side and one above the other.
Wenn eine Chipkarte mit einem induktionssteigernden Element versehen wird, werden zur Signalübertragung weniger starke Er regerströme benötigt. Durch die erhöhte magnetische Flußdichte lassen sich die Signale im Sende- und Empfangsbetrieb der Chipkarte verstärken.If a chip card with an induction-increasing element is provided, are less strong Er for signal transmission excitation currents required. Due to the increased magnetic flux density can the signals in the transmit and receive mode of the Reinforce chip card.
Die zuvor beschriebenen Einbaumöglichkeiten für ein induk tionssteigerndes Element, das insbesondere aus amorphem Metall gebildet ist, sind rein beispielhaft. Es lassen sich auch an dere Einbaupositionen und Geometrien für das induktionsstei gernde Element ausbilden ohne den Rahmen der Erfindung zu ver lassen.The installation options for an induk described above tion-enhancing element, especially made of amorphous metal are purely exemplary. It can also be turned on different installation positions and geometries for the induction coil training element form without ver ver the scope of the invention to let.
BezugszeichenlisteReference list
12 integrierter Schaltkreis
13 Antennenelement, spiralförmige Spule
14 induktionssteigerndes Element
15 Mehrschichtkörper
16 Modulträger
17 eine Flachseite (Modulträger)
18 andere Flachseite (Modulträger)
19 Klebeverbindung
20 Leiter, Bondverbindungen
21, 22 Schichten
23 Flachseite (induktionssteigerndes Element)
24 Anschlüssen 12 integrated circuit
13 antenna element, spiral coil
14 induction-increasing element
15 multi-layer body
16 module carriers
17 a flat side (module carrier)
18 other flat sides (module carrier)
19 adhesive connection
20 conductors, bond connections
21 , 22 layers
23 flat side (induction-increasing element)
24 connections
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