DE19942932C2 - Verfahren zum Herstellen von Chipkarten - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Chip­ karten.

Zur Produktion von mehrschichtigen Chipkarten sind aus der Praxis Lami­ nierverfahren bekannt, bei denen die einzelnen Schichten unter gleichzeiti­ ger Einwirkung von Druck und Wärme zusammengefügt werden. Diese be­ kannte Herstellungsmethode weist zum einen wegen des Verzugs des Kar­ tenmaterials bei der Wärmeeinwirkung hinsichtlich der einzuhaltenden To­ leranzen Probleme auf. Zum anderen werden durch die Hitze und den Druck beim Laminiervorgang in der Karte eingebettete elektronische Bautei­ le stark belastet. Es sind daher aufwendige Hilfsmethoden, beispielsweise ein vielschichtiger Fensteraufbau oder spezielle Hohlraumfüllungen, zur Minderung dieser Probleme nötig.

Derartige Herstellungsmethoden, insbesondere unter Verwendung von Hohlraumfüllungen, sind beispielsweise aus DE 196 45 069 C2 und DE 196 45 071 A1 bekannt.

Aus DE 197 14 542 A1 ist es darüber hinaus bekannt, einen Rohling mit Ab­ messungen einer Scheckkarte aus mindestens zwei zusammenhängenden Abschnitten gleicher Größe herzustellen, wobei die zusammenhängenden Abschnitte mittels Stegen verbunden sind, die dazu dienen, die beiden Ab­ schnitte so aufeinanderzulegen, daß eine Scheckkarte entsteht. Vor dem Zu­ sammenklappen der beiden Abschnitte können in die beiden Abschnitte Teile einer Elektronik montiert werden. Um die beiden Abschnitte miteinan­ der zu verbinden, ist es vorgesehen, daß in einem der Abschnitte noppenar­ tige Erhöhungen und im anderen Abschnitt entsprechende Vertiefungen vorgesehen sind, so daß die Noppen beim Zusammenklappen der Abschnit­ te in die Vertiefungen einrasten. Es ist jedoch nicht zu entnehmen, wie eine dauerhafte Verbindung der Abschnitte zu bewerkstelligen ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Herstellungsver­ fahren anzugeben, bei dem die bekannten Nachteile nicht auftreten.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst aus dem gewünschten Kartenmaterial ein Bogen erzeugt, welcher in etwa die halbe Dicke einer fer­ tigen Chipkarte aufweist. Ein solcher Bogen kann mit den üblichen Lami­ nierverfahren hergestellt werden und im Prinzip jeden beliebigen Schicht­ aufbau aufweisen. In den Bogen wird dann eine Falzlinie eingebracht, so daß auf jeder Seite symmetrisch zu der Falzlinie die Flächen der Chipkarten lie­ gen und beim Zusammenklappen des Bogens entlang der Falzlinie passend aufeinandergelegt werden. Die Fügeposition der beiden Hälften kann so sehr exakt gesteuert werden.

Vor dem Zusammenfalten bzw. vor dem Laminieren des Bogens können in diesen "Doppelbogen" beliebige Aussparungen, Kavitäten, Fenster oder dergleichen eingefräst oder eingestanzt werden. Desweiteren können Bau­ elemente wie Chips, NF- oder HF-Spulen in die Aussparungen eingelegt werden oder einfach auf die Innenseite des Bogens, das heißt auf die Seite, die nach dem Zusammenfalten innen liegt, aufgelegt oder aufgedruckt wer­ den. Anschließend wird ein aktivierbarer Kleber ganzflächig oder partiell auf die Innenseite des Bogens aufgebracht bzw. ist bereits auf der Innenseite aufgebracht und der Bogen wird entlang der Falzlinie gefaltet. Im folgenden Verfahrensschritt wird der zusammengefaltete Bogen gepreßt und gleich­ zeitig der Kleber mit einem Verfahren aktiviert, welches das Material des Bogens im wesentlichen unverändert läßt.

Da die Einbettung der Chip- und Spulenelemente erst nach dem Laminier­ prozeß erfolgt, werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren signifikante Verbesserungen in der Prozeßsicherheit und der Produktqualität erreicht. Dies gilt insbesondere bei der Herstellung kontaktloser Chipkarten, welche eine innenliegende Kavität aufweisen, die bei üblichen Heißlaminierverfah­ ren zu Oberflächenunregelmäßigkeiten führen. Die obengenannten auf­ wendigen Hilfsmethoden, die derzeit zur Minderung der Laminierprobleme bei der Herstellung durchgeführt werden müssen, können ganz entfallen. Ein durch die Probleme bei der Einbettung der Bauteile bedingter Ausschuß ist ausgeschlossen.

Der Bogen kann mit oder ohne Deckfolie, hochglänzend oder matt, je nach Bedarf und den gewünschten Eigenschaften laminiert werden.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Bögen an­ wendbar, welche nicht im Laminierverfahren hergestellt sind.

Zur Aktivierung des Klebers bestehen verschiedene Möglichkeiten:
Zum einen kann der Kleber mit einem Verfahren thermisch aktiviert werden, welches im wesentlichen keine Wärmeenergie in den Bogen einbringt. Hier­ zu bietet sich beispielsweise die Einstrahlung von hochfrequenten elektro­ magnetischen Wellen, insbesondere Mikrowellenstrahlung, an. Besteht das Kartenmaterial selbst aus einem Kunststoff beispielsweise Polycarbonat, der über das Hochfrequenzfeld nicht erwärmbar ist, so erfolgt durch das Pressen und die Einstrahlung des HF-Felds eine Art "Kaltlaminierung". Eine weitere Möglichkeit zur selektiven Erwärmung der Kleberschicht bietet die Verwen­ dung von thermoaktivierbaren Reaktionsklebern, die beispielsweise durch UV-Licht oder durch ein Widerstandsschweißverfahren aktivierbar sind. Hierbei wird ein Kleber verwendet, der elektrisch leitende Eigenschaften besitzt. Diese können entweder materialspezifisch sein, wie beispielsweise bei einem Kleber auf Basis leitfähiger Kunststoffe, oder durch Einsatz von Hilfsmitteln erzeugt werden, wie beispielsweise durch Beimischung elek­ trisch leitfähiger Partikel oder Fasern, wie metallische Partikel oder Kohlen­ stoffasern. Durch einen Stromstoß erwärmt sich der Kleber und wird somit erweicht bzw. aktiviert, so daß hier ebenfalls eine Laminierung möglich ist, ohne daß sich das umliegende Kartenmaterial wesentlich erwärmt.

Weitere Möglichkeiten, den Klebstoff zu aktivieren, ohne das Material des Bogens wesentlich zu beeinflussen, bestehen darin, einen Kleber zu verwen­ den, der durch ein Magnetfeld aktivierbar ist oder durch den Preßdruck selbst aktiviert wird.

Der Kleber kann auf beliebige Weise aufgebracht, beispielsweise aufge­ spritzt, aufgetragen oder in Form einer Kleberfolie oder eines thermoplasti­ schen Films entsprechend gedopten auf den Bogen aufgezogen oder aufge­ legt werden.

Die Reihenfolge der einzelnen Verfahrensschritte des Einbringens der Falz­ linie, des Einbringens der Kavitäten bzw. des Einlegens der Bauteile und des Aufbringens der Kleberschicht ist beliebig vertauschbar und kann den je­ weiligen Erfordernissen angepaßt werden. Ebenso können gegebenenfalls weitere Verfahrensschritte, beispielsweise das Aufbringen von Positions­ merkmalen auf den Bogen als Positionierhilfe beim Zusammenfalten, zu­ sätzlich eingeschoben werden.

Die Bauteile können in die Kavitäten bzw. auf die Innenseite in den Bogen lose eingelegt werden und werden dann zum Beispiel durch den aktivierba­ ren Kleber erst fixiert. Dieses lose Einlegen der Elemente in die vorgefertig­ ten Kavitäten bietet einen höchstmöglichen Schutz bei Biegestreß- Belastungen.

Es ist auch möglich, zwischen die Bogenhälften einen separaten Mehrnut­ zenbogen mit einer entsprechenden Anzahl von Spuleninlets mit geätzten Spulen oder Inlets mit anderen Bauteilen einzulegen und mittels des akti­ vierbaren Klebers zu fixieren.

Spulen oder ähnliche Bauelemente wie beispielsweise Leiterbahnen, können auch vor dem Falten auf der Innenseite des Bogens drahtverlegt sein oder auf die Innenseite des Bogens aufgedruckt werden. Hierbei ist es auch mög­ lich, die beiden Flächen, die aufeinander zu liegen kommen, so zu bedruc­ ken, daß das Bauteil erst durch das Zusammenfalten der Karte komplettiert wird. Außer den Kavitäten können in den Bogen auch beliebige andere Aus­ sparungen, beispielsweise Fenster für außenliegende Kontaktelemente, her­ kömmliche Chipmodule, Displays oder Tastaturbausteine eingebracht wer­ den.

Bei den Bögen kann es sich prinzipiell um Einzelbögen handeln, die vor­ zugsweise mehrere nebeneinanderliegende Nutzen aufweisen, wobei dann nach dem Falten und Verkleben der Bögen die einzelnen Chipkarten ausge­ stanzt bzw. ausgeschnitten werden.

Zur Bildung der Falzlinie wird vorteilhafterweise auf mindestens einer ggf. auch beiden Seiten des Bogens eine Nut in den Bogen eingebracht, bei­ spielsweise eingefräst oder beim Laminieren durch einen Draht oder eine Erhebung auf einer Laminierplatte bzw. auf einem Laminierband einge­ drückt.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Bogen als Endlosbogen auf einer Endloslaminiermaschine gefertigt. Die Falzlinie ver­ läuft dann vorzugsweise in Längsrichtung des Bogens, wobei dann der Bo­ gen im Endlosverfahren zusammengefaltet werden kann, und schließlich die fertigen Chipkarten aus dem Endloskartenband ausgestanzt oder ausge­ schnitten werden.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeich­ nungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensablaufs,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Endlosbogen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Einbringens einer Nut für eine Falzlinie auf einer Endloslaminiermaschine mittels eines Formdrahts, und

Fig. 4a-4c eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch den Bo­ gen quer zur Falzlängsrichtung, jeweils mit einer oberen, einer unteren und einer beidseitigen Nut.

In der Fig. 1 sind die einzelnen Verfahrensschritte durch die römischen Ziffern 1 bis VIII gekennzeichnet.

In einem ersten Verfahrensschritt I wird zunächst ein Bogen 1, 1' aus mehre­ ren Schichten in einem üblichen Laminierverfahren hergestellt. Dieser Bogen kann entweder als Einzelbogen 1 mit mehreren Nutzen hergestellt werden oder aber als Endlosbogen 1, 1' auf einer Endloslaminiermaschine. Im fol­ genden wird bei der Fig. 1 in den Verfahrensschritten II bis VI der Einfach­ heit halber von einem einfachen Bogen 1 mit der doppelten Kartenfläche ausgegangen, d. h. von einem Bogen 1 für genau eine Chipkarte 10. Die in den Figuren dargestellten Bögen sind als Doppelbögen ausgeführt, d. h. nachm dem Falten ergibt sich eine Chipkarte, es ist aber offensichlich, daß die Bögen auch so ausgeführt werden können, daß sich mehr als eine Chip­ karte nach dem Falten ergib.

Bei dem Verfahrensschritt II wird an einer gewünschten Stelle eine Kavität 4 in die Innenseite des Bogens 1 eingefräst. Es ist auch möglich, daß in Verfah­ rensschritt I Folien zu einem Bogen laminiert werden, von denen zumindest einige Aussparungen aufweisen, z. B. Ausstantzungen, welche die Kavität 4 bilden. Anschließend wird der Bogen entlang der Falzlinie 3 mit einer Nut versehen (Verfahrensschritt III). Danach wird in Verfahrensschritt IV in die Kavität 4 ein Bauelement 5, hier ein Chip 5, eingelegt und auf die Innenseite 8 eine Spule 6 in der üblichen Drahtverlegetechnik oder in Form einer Spu­ lenfolie flach aufgelegt oder direkt aufgedruckt. Diese Spule 6 bildet eine Antenne für den Chip 5.

Im Verfahrensschritt V wird schließlich die eine Hälfte der Karte mit einem Kleber 7 beschichtet und im Verfahrensschritt VI der gesamte Bogen 1 ent­ lang der Falzlinie 3 zusammengeklappt, gepreßt und der Kleber 7 durch Mikrowelleneinstrahlung aktiviert. Der Kleber 7 kann auch als Folie ausge­ bildet sein und auf den Bogen 1, 1' aufgelegt werden. Ebenso kann es vorge­ sehen sein, daß beim oben beschriebenen Laminieren des Bogens 1' die letzte der den Bogen 1' bildenden Folien den Kleber 7 darstellt bzw. enthält. We­ sentlich ist, daß die Erweichungstemperatur des Schmelzklebers wesentlich unter der Erweichungstemperatur der Kartenfolien liegt. Durch den aktivier­ ten, vernetzenden Kleber 7 werden zum einen die Kartenhälften untereinan­ der fest verbunden und gleichzeitig die lose eingelegten Bauteile 5, 6 fixiert, ohne daß eine Veränderung der Kartenfolien eintritt.

Im Verfahrensschritt VII wird schließlich die Chipkarte 10 aus dem Bogen 1 ausgestanzt oder ausgeschnitten. In der Fig. 1 ist hierbei unter Verfahrens­ schritt VII wieder der unter Schritt 1 gezeigte Mehrfachnutzen-Bogen 1 dar­ gestellt, welcher nebeneinander mehrfach die Fläche 2 einer Chipkarte 10 aufweist. Bei einem solchen Bogen 1 werden dann selbstverständlich ent­ sprechend mehrere Kavitäten 4 gleichzeitig erzeugt und eine entsprechende Anzahl von Bauteilen 5, 6 eingelegt.

Die Chipkarten 10 werden schließlich gestapelt zur Weiterverarbeitung oder zur Verpackung und Auslieferung weitergeleitet (Verfahrensschritt VIII).

Fig. 2 zeigt einen typischen Endlosbogen, wie er auf einer Endloslaminier­ maschine hergestellt wird. Hierbei verläuft die Falzlinie 3 in Längsrichtung in der Mitte des Endlosbogens 1', wobei jeweils symmetrisch auf beiden Sei­ ten der Falzlinie 3 die Chipkartenflächen 2, das heißt die halben Chipkarten, angeordnet sind.

In den Fig. 3 und 4a bis 4c ist dargestellt, wie auf einer Endloslaminier­ maschine als Falzlinie 3 eine Nut 11 in den Bogen 1' eingebracht wird. Hier­ zu wird über dem Laminierband 13 ein Draht 12 mitgeführt, welcher sich beim Laminieren in die Oberfläche des Endlosbogens 1' eindrückt und dort die Nut 11 erzeugt. Dabei kann wahlweise der Draht 12 auf der Oberseite (Fig. 4a), auf der Unterseite (Fig. 4b) oder auf beiden Seiten (Fig. 4c) des Bogens 1' mitgeführt werden, um die Falzlinie 3 gemäß den jeweiligen Er­ fordernissen auf der Innenseite 8, der Außenseite 9 oder beiden Seiten 8, 9 zu erzeugen.

Die gesamte Fertigungskonzeption kann in einem In-Line-Automaten mit Bogeneingang und Kartenausgang realisiert werden, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. In die Karten können beliebige Bauteile einge­ setzt werden. Da mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vor allem die Einbringung von Bauelementen im Inneren der Karten vereinfacht wird, bietet sich dieses Verfahren insbesondere zur Herstellung von kontakt­ losen Karten mit HF- oder NF-Transpondern an. Das Fertigungsverfahren bietet aber auch Vorteile bei der Herstellung von sogenannten Kombikarten oder Dual-Interface-Karten, welche einerseits eine im Kartenkörper liegende Spule und andererseits außen an der Oberfläche Kontaktelemente aufweisen, oder für kontaktbehaftete Karten. In diesen Fällen muß in einer der Bogen­ hälften eine Durchbrechung vorgesehen werden, um die Kontakte abgreifen zu können. Es ist vorteilhaft, die Kavität 4 entsprechend zu gestalten. Au­ ßerdem ist darauf zu achten, daß kein Kleber im Bereich der Kontakte auf­ gebracht wird, um eine Isolierung der Kontakte durch den Kleber zu ver­ meiden.

Geeignete Materialien für die verwendeten Folien, bzw. zur Herstellung der Kartenkörper sind Kunststoffe wie PVC, ABS, PETG, PC.

Geeignete Kleber sind beispielsweise kationisch härtende Kleber auf Epoxidharzbasis, nachvernetzende Polyurethan-Schmelzkleber oder Zwei­ komponentensysteme, z. B. Methylmethacrylate.

Kationisch härtende Kleber sind über einen bestimmten Spektralbereich des Lichts, z. B. UV- oder sichtbares Licht, aktivierbar. Das Vernetzungsverhal­ ten des Klebers kann verzögert werden, so daß die Aushärtung langsam er­ folgt. Somit kann eine nasse Kleberschicht zuerst belichtet werden, anschlie­ ßend ist ein Fügen der zu verklebenden Teile möglich, solange die Vernet­ zung des Klebers noch nicht zu weit fortgeschritten ist.

Nachvernetzende Polyurethan-Schmelzkleber werden bei niedrigen Kleber- Temperaturen von ca. 60°C ein- oder beidseitig auf die zu fügenden, nicht erwärmten Teile aufgebracht und bei noch weicher Kleberschicht gefügt. Verformungen der zu fügenden Teile (Kartenfolien) würden nicht beobach­ tet. Die endgültige Vernetzung des Klebers erfolgt selbständig durch Reakti­ on mit der Luftfeuchtigkeit innerhalb eines Zeitraums von zwei bis drei Ta­ gen.

Bei Zweikomponentensystemen wird eine Komponente, z. B. ein trockener Katalysator, auf einem der zu fügenden Teile vorbeschichtet, die zweite Komponente, z. B. ein Monomer, wird naß auf das andere zu fügende Teil aufgebracht. Die Härtung erfolgt durch Polymerisation des Monomers, so­ bald beim Fügen der Teile Kontakt mit der ersten Komponente (Katalysator) hergestellt wird.

Claims (18)

1. Verfahren zum Herstellen von Chipkarten (10) umfassend die folgenden Verfahrensschritte:

• - Herstellung eines Bogens (1, 1') mit mindestens der doppelten Fläche (2) einer Chipkarte (10),
• - Einbringen mindestens einer Falzlinie (3) in den Bogen (1, 1'), so daß auf jeder Seite symmetrisch zur Falzlinie (3) mindestens die Fläche (2) einer Chipkarte (10) verbleibt,
• - Einbringen und/oder Aufbringen mindestens eines Bauelements (5, 6) und/oder einer Aussparung (4) für ein Bauelement (5, 6) in und/oder auf den Bogen (1, 1'),
• - Einbringen und/oder Aufbringen eines aktivierbaren Klebers (7) auf einer Seite (8) des Bogens (1, 1'),
• - Zusammenfalten des Bogens (1, 1') entlang der Falzlinie (3) mit der Kle­ berfläche nach innen,
• - Pressen des zusammengefalteten Bogens (1, 1') und
• - Aktivieren des Klebers (7) mit einem Verfahren, welches das Material des Bogens (1, 1') im wesentlichen unverändert läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (7) mit einem Verfahren thermisch aktiviert wird, welches im wesentlichen keine Wärmeenergie in den Bogen (1, 1') einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (7) durch Hochfrequenzeinstrahlung aktiviert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (7) ein elektrisch leitfähiger Kleber (7) ist, der durch Anlegen einer elektri­ schen Spannung erwärmt und aktiviert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (7) durch Anlegen eines Magnetfelds aktiviert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleber (7) durch den Pressdruck aktiviert wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kleber (7) aufgespritzt, aufgetragen oder in Form einer Kleberfolie auf den Bogen (1, 1') aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der Innenseite (8) des Bogens (1, 1') mindestens eine Kavi­ tät (4) in dem Bogen (1, 1') erzeugt wird und vor dem Falten mindestens ein Bauteil (5) in die Kavität (4) einbracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Bauelement (5, 6) in die Kavität (4) und/oder auf die Innenseite (8) in den Bogen (1, 1') lose eingelegt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf den Bogen (1, 1') vor dem Falten mindestens eine Spule und/oder mindestens eine Leiterbahn aufgedruckt wird.

11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bogen (1, 1') aus mehreren Schichten im Laminierverfah­ ren gefertigt wird.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bildung einer Falzlinie (3) auf mindestens einer Seite (8, 9) des Bogens (1, 1') eine Nut (11) in den Bogen (1, 1') eingebracht wird.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nut (11) beim Laminieren mit einem Draht (12) oder mit einer Erhebung auf einer Laminierplatte oder einem Laminierband (13) in den Bogen (1, 1') eingedrückt wird.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Bogen (1, 1') mehrere Nutzen aufweist und nach dem Falten und Verkleben des Bogens (1, 1') die einzelnen Chipkarten (10) ausgestanzt und/oder ausgeschnitten werden.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bögen (1') als Endlosbogen (1') gefertigt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Falzlinie (3) in Längsrichtung des Endlosbogens (1') verläuft.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bogen (1, 1') vor dem Falten auf der Außenseite (9) be­ druckt wird.

18. Chipkarte, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem der Verfahren 1 bis 17 hergestellt ist.