DE19945708C2 - Chipkarte und Vorstufe hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte sowie eine Vorstufe für diese gemäß dem Gattungsbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Chipkarten werden seit längerer Zeit als Informationsträger eingesetzt. Die in einem Halbleiterchip gespeicherte Informa­ tion kann auf verschiedenen Wegen an ein Lesegerät übermittelt werden.

Bei dar sogenannten kontaktbehafteten Datenübertragung werden nach ISO-Standard genormte Kontaktflächen der Chipkarte von dem Lesegerät abgegriffen. Bei der kontaktlosen Datenübertra­ gung dient eine auf der Chipkarte angebrachte Antenne zur Übertragung der Information an das Lesegerät.

Aus der DE 196 45 083 A1 ist eine gattungsgemäße Chipkarte be­ kannt, bei der Leiterbahnen durch Siebdruck hergestellt wer­ den, wobei eine Transponderspule an der Unterseite des Chipmo­ duls liegt und das Chipmodul ein Hybridmodul ist.

Weiterhin ist aus der DE 44 25 815 C1 bekannt, eine dielektri­ sche Paste und eine Elektrodenpaste im Siebdruckverfahren in mehreren Schichten bei der Herstellung von Kondensatoren über­ einander zu drucken.

In der US 5,541,399 ist darüber hinaus ein Aufkleber zur Identifizierung von Fluggepäck oder Ähnlichem beschrieben, welcher sich der kontaktlosen Datenübertragung bedient. Dieser Aufkleber besteht aus einem Papier- oder Kunststoff-Träger, welcher auf einer Seite mit einer Klebeschicht bedeckt ist. Auf der anderen Seite des Trägers sind ein Halbleiter­ chip, eine Antennenspule und ein Kondensator angebracht, der zur Einstellung der Antennen-Resonanzfrequenz dient. In einer ersten Variante ist der Kondensator so aufgebaut, dass einer dar Spulenanschlüsse verbreitert und quer über die Wicklungen der Spüle geführt ist. Von den Spulenwicklungen ist der quer verlaufende Spulenanschluss durch eine dielektrische Schicht getrennt. Für den Fall, dass dieser Kondensator zur Regelung der Antennen-Resonanzfrequenz nicht ausreicht, kann zusätzlich ein weiterer Kondensator vorhanden sein, der aus zwei Metall­ schichten besteht, welche durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Dieser zweite Kondensator ist innerhalb der Spulenwicklungen auf den Träger geklebt und mit der Spule kon­ taktiert.

In jüngster Zeit werden Chipkarten immer komplexer. Sie um­ fassen nicht mehr lediglich einen Halbleiterchip und Mittel zur Datenübertragung, sondern weisen weitere elektronische Bauteile auf. Als weitere Komponenten können beispielsweise Mittel zur Personenidentifikation wie Einrichtungen zur Er­ kennung eines spezifischen Fingerabdrucks, LCD-Displays oder Ähnliches vorhanden sein. Derartige komplexe Chipkarten-Sys­ teme werden häufig als "System On Card" (SOC) bezeichnet. We­ gen der gegenüber herkömmlichen Chipkarten erhöhten Bauteil­ dichte ist eine zusätzliche Stützkapazität erforderlich. Die­ se zusätzliche Stützkapazität sichert den erhöhten Strom­ bedarf, kompensiert Spannungsabfälle, sorgt für einen Über­ lastausgleich und passt die verschiedenen Pegelgrößen einan­ der an.

Bislang war es üblich, die höhere Stützkapazität dadurch be­ reit zu stellen, dass zusätzliche SMD-Bauteile (SMD = Surface Mounted Design) in der Chipkarte verwendet wurden. Diese Bau­ teile besitzen jedoch eine relativ große Dicke. Dies führt dazu, dass viele SMD-Bauteile von vornherein in einer Chip­ karte nicht verwendet werden können, da ihre Bauteilhöhe für die geforderte Kartendicke, welche durch eine Norm fest vor­ gegeben ist, zu groß ist. Selbst für ein elektronisches Bau­ teil, das grundsätzlich für die Verwendung in einer Chipkarte noch geeignet wäre, muss jedoch in den Kartenkörper eine tie­ fe Kavität eingefräst werden, damit das SMD-Bauteil in ihr Platz findet. Die Restschichtdicke nach Einfräsen der Kavität ist jedoch so gering, dass sich die Chipkartenoberfläche in diesem Bereich aufwölbt. Im Bereich dieser gewellten Kar­ tenoberfläche steigt jedoch die Gefahr von Beschädigungen, und außerdem wird die Karte unansehnlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Chipkarte mit ausreichender Stützkapazität sowie eine Kernfolie hierfür anzugeben, bei welcher die ge­ forderte Kartendicke einhaltbar ist, ohne dass die Kartenqualität darunter leidet. Diese Chipkarte sollte zudem auf ein­ fache Weise und kostengünstig herstellbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit der Chipkarte gemäß An­ spruch 1, welche aus der Vorstufe gemäß Anspruch 10 herstell­ bar ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteran­ sprüchen beschrieben.

Die Erfindung betrifft also eine Chipkarte, welche eine Kern­ folie und zwei Deckfolien, Mittel zur kontaktlosen und/oder kontaktbehafteten Datenübertragung, einen Halbleiterchip und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres elektronisches Bau­ teil, einen Kondensator sowie Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der Komponenten umfasst. Der Kondensator, wel­ cher die erforderliche Stützkapazität in der erfindungsgemä­ ßen Chipkarte gewährleistet, wird durch zwei Leiterbahnen ge­ bildet, die sich teilweise überlappen und im Überlappungsbe­ reich durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Er­ findungsgemäß sind diese Leiterbahnen durch Siebdruck aus ei­ nem UV-härtbaren Material hergestellt und auf die Kernfolie aufgedruckt. Auch das Dielektrikum wird durch Siebdruck eines UV- oder anaerob härtbaren Materials hergestellt.

Der Siebdruck der Leiterbahnen und des Dielektrikums zur Her­ stellung des Kondensators erfolgt dabei auf im Stand der Technik übliche Art und Weise (vgl. z. B. R. K. Hoffmann, In­ tegrierte Mikrowellenschaltungen, Springer, Berlin 1983; Ka­ pitel Herstellungsverfahren (Technologien)). Auch die einge­ setzten Materialien können grundsätzlich den Materialien des Standes der Technik entsprechen.

Bevorzugt wird als UV-härtbares Material für die Leiterbahnen ein mit Metallteilchen dotierter, mit ultravioletten Strahlen härtbarer Kunststoff eingesetzt.

Das Dielektrikum wird vorzugsweise aus einem Material mit ei­ ner relativen Dielektrizitätskonstante von ≧ 5000 hergestellt. Auf diese Weise kann in der Regel ein Kondensator mit der erforderlichen Kapazität erhalten werden. Die Kapazität des Kondensators der erfindungsgemäßen Chipkarte errechnet sich dabei auf übliche Weise nach der Formel C = ε₀. ε_r. A/d. Dabei ist C die Kapazität des Kondensators, ε₀ die Dielektri­ zitätskonstante in Luft, ε_r die relative Dielektrizitätskon­ stante des dielektrischen Materials, A die Plattengröße des Kondensators und d der Abstand zwischen den Kondensatorplat­ ten (hier also der Abstand zwischen den Leiterbahnen). Gemäß dieser Formel kann die Kapazität des Kondensators durch Va­ riation einzelner oder mehrerer der Variablen auf einfache Art und Weise gezielt eingestellt werden.

Bevorzugt wird als Material für das Dielektrikum ein mit ke­ ramischem Material dotierter Kunststoff verwendet, der durch ultraviolette Strahlen oder anaerob härtbar ist. Als kerami­ sches Material wird dabei vorzugsweise BaTiO₂ oder Y-dotier­ tes BaTiO₂ verwendet.

Durch Verwendung des Siebdruckverfahrens kann der Kondensator in der erfindungsgemäßen Chipkarte mit sehr geringer Bauteil­ höhe hergestellt werden. Im Schichtaufbau Leiterbahn-Dielek­ trikum-Leiterbahn kann jede der Schichten problemlos mit ei­ ner Dicke von 2 µm oder weniger aufgetragen werden. Eine Ge­ samtdicke des Kondensators von ≦ 6 µm ist deshalb ohne weite­ res möglich. Diese geringe Bauteilhöhe verursacht bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Chipkarte keinerlei Schwie­ rigkeiten. Die eingangs erwähnten Probleme bei herkömmlichen Chipkarten können deshalb vermieden werden. Zudem kann der Kondensator in der erfindungsgemäßen Chipkarte mit herkömmli­ chen Verfahren und Materialien erzeugt werden, so dass die erfindungsgemäße Chipkarte auf einfache Art und Weise und ko­ stengünstig zu erhalten ist.

Von besonderem Vorteil ist der beschriebene Dünnschicht-Kon­ densator bei Chipkarten, welche neben Halbleiterchip und Mit­ teln für die Datenübertragung weitere elektronische Bauteile aufweisen. Dies können grundsätzlich alle in "System On Card" verwendeten Bauteile sein. Beispielhaft seien nochmals die bereits eingangs erwähnten Mittel zur Personenidentifikation wie Mittel zum Erkennen eines Fingerabdrucks oder LCD-Dis­ plays genannt.

Als Mittel für die kontaktbehaftete Datenübertragung können in der erfindungsgemäßen Chipkarte die üblichen ISO-Kontakt­ flächen vorhanden sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die erfindungsgemäße Chipkarte Mittel zur kontaktlosen Daten­ übertragung aufweisen, z. B. eine Antennenspule, welche zweck­ mäßig auf die Kernfolie der erfindungsgemäßen Chipkarte auf­ gedruckt ist.

Besonders vorteilhaft wird bei der Herstellung der erfin­ dungsgemäßen Chipkarte so vorgegangen, daß zunächst eine Kernfolie gefertigt wird, auf welcher der Halbleiterchip, die Mittel zur kontaktlosen und/oder kontaktbehafteten Datenüber­ tragung, weitere elektronische Bauteile, sofern vorhanden, sowie der erfindungsgemäß hergestellte Kondensator angeordnet sind. Eine derartige Kernfolie, welche als Vorstufe zur Her­ stellung der erfindungsgemäßen Chipkarte dient, ist ebenfalls Gegenstand dieser Erfindung.

Zur Fertigstellung der Chipkarte kann die Kernfolie auf an sich bekannte Weise zwischen zwei Deckfolien einlaminiert werden. Die erfindungsgemäße Kernfolie ersetzt also die In­ lays, die üblicherweise bei der Herstellung laminierter Chip­ karten verwendet werden. Der letzte Fertigungsschritt einer Chipkarte, das Laminieren der einzelnen Schichten, das übli­ cherweise bei einem Kartenhersteller durchgeführt wird, der mit dem Hersteller des Inlays nicht identisch ist, kann also auf die für den Kartenhersteller gewohnte Art und Weise er­ folgen.

Als Trägermaterial der erfindungsgemäßen Kernfolie dient zweckmäßig ein thermoplastischer Kunststoff, beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polycarbonat (PC). Diese gut zu verarbeitenden und preisgünstigen Materialien sind re­ lativ temperaturempfindlich und dürfen in der Regel Tempera­ turen über 80°C nicht ausgesetzt werden. Durch die Verwen­ dung UV-härtbarer Materialien bei der Herstellung des Konden­ sators treten jedoch keine Probleme in dieser Hinsicht auf. Zweckmäßig besitzt das Trägermaterial der erfindungsgemäßen Kernfolie eine Schichtdicke, welche maximal 200 µm beträgt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigt

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine erfindungs­ gemäße Kernfolie im Bereich eines Kondensators.

Die in Fig. 1 in Teildraufsicht dargestellte Kernfolie 1 be­ steht aus einem thermoplastischen Kunststoff, hier Polycarbo­ nat. Das Polycarbonat besitzt eine Schichtdicke von 150 µm. Die Folie ist flexibel. Auf der Kernfolie 1 sind ein Halblei­ terchip, eine Antennenspule, ISO-Kontaktflächen sowie eine Einrichtung zum Erkennen eines Fingerabdrucks angeordnet (au­ ßerhalb des dargestellten Bereichs). Die einzelnen Kompo­ nenten sind durch Leiterbahnen elektrisch miteinander kontak­ tiert. Leiterbahnen und Antennenspule sind im Siebdruckver­ fahren auf die Kernfolie 1 aufgedruckt. Zweckmäßig werden An­ tennenspule und Leiterbahnen im selben Arbeitsgang aufge­ druckt. Im gezeigten Bereich des Kondensators 2 wird zunächst in einem ersten Siebdruckschritt die untere Leiterbahn 4 auf­ gedruckt. Hierzu wird ein mit Metallteilchen dotierter Kunst­ stoff verwendet, welcher durch UV-Strahlen härtbar ist. Nach dem Aufdrucken der Leiterbahn 4 wird die Kernfolie 1 zum Aus­ härten mit ultravioletten Strahlen bestrahlt. Anschließend wird das Dielektrikum 3 ebenfalls mittels Siebdruck aufgetra­ gen. Das Dielektrikum 3 besteht aus einer Kunststoffmatrix, in die Teilchen aus BaTiO₂ eingemengt sind. Die Kunststoffmatrix ist ebenfalls UV-härtbar und durch Bestrahlung mit ul­ traviolettem Licht nach dem Aufdrucken ausgehärtet worden. Im dritten Siebdruckschritt wird nun der Bereich der Leiterbahn 4' per Siebdruckverfahren aufgedruckt, welcher mit der Lei­ terbahn 4 und dem Dielektrikum 3 überlappt. Der in Fig. 1 rechts an dem Überlappungsbereich anschließende Bereich der Leiterbahn 4' kann grundsätzlich entweder im Siebdruckschritt für die untere Leiterbahn 4 oder im Herstellungsschritt der oberen Leiterbahn 4' gedruckt werden. Die Leiterbahnen 4 und 4' bestehen aus demselben Material. Auch die obere Leiterbahn wird nach dem Aufdrucken durch UV-Strahlen gehärtet.

Die Schichtdicke für alle drei durch Siebdruck erzeugten Schichten beträgt in diesem Beispiel jeweils etwa 2 µm. Die Gesamthöhe des Overlay-Kondensators 2 beträgt damit etwa 6 µm, die Gesamtdicke der Kernfolie 1 mit Kondensator 2 ist demnach ca. 156 µm. Aufgrund dieser sehr geringen Dicke eig­ net sich die beschriebene Kernfolie ausgezeichnet als Inlay für eine Chipkarte.

Claims (12)

1. Chipkarte, welche eine Kernfolie (1) und zwei Deckfolien, Mittel zur kontaktlosen und/oder kontaktbehafteten Datenüber­ tragung, einen Halbleiterchip und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres elektronisches Bauteil, einen Kondensator (2) sowie Leiterbahnen zur elektrischen Kontaktierung der Kompo­ nenten umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (2) durch zwei sich teilweise überlap­ pende und im Überlappungsbereich durch ein Dielektrikum (3) voneinander getrennte Leiterbahnen (4, 4') gebildet wird,
daß diese Leiterbahnen durch Siebdruck eines UV-härtbaren Ma­ terials auf die Kernfolie hergestellt sind und
daß das Dielektrikum durch Siebdruck eines UV- oder anaerob härtbaren Materials hergestellt ist.

2. Chipkarte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material für die Leiterbahnen (4, 4') ein mit Metall­ teilchen dotierter UV-härtbarer Kunststoff ist.

3. Chipkarte gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum eine relative Dielektrizitätskonstante von ≧ 5000 besitzt.

4. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das UV- oder anaerob härtbare Material des Dielektrikums ein mit einem keramischen Material dotierter Kunststoff ist.

5. Chipkarte gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Material BaTiO₂ oder Y-dotiertes BaTiO₂ ist.

6. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterbahnen (4, 4') und/oder das Dielektrikum (3) eine Schichtdicke von ≦ 2 µm aufweisen.

7. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das wenigstens eine weitere elektronische Bauteil ausge­ wählt ist aus einem LCD-Display oder einem Mittel zur Perso­ nenidentifikation, insbesondere einem Mittel zum Erkennen eines Fingerabdrucks.

8. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur kontaktbehafteten Datenübertragung ISO- Kontaktflächen Vorhanden sind.

9. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung eine Anten­ nenspule, insbesondere eine auf die Kernfolie (1) aufge­ druckte Antennenspule, vorhanden ist.

10. Kernfolie (1) für eine Chipkarte, welche Mittel zur kon­ taktlosen und/oder kontaktbehafteten Datenübertragung, einen Halbleiterchip und gegebenenfalls wenigstens ein weiteres elektronisches Bauteil, einen Kondensator (2) sowie Leiter­ bahnen zur elektrischen Kontaktierung der Komponenten umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator (2) durch zwei sich teilweise überlap­ pende und im Überlappungsbereich durch ein Dielektrikum (3) voneinander getrennte Leiterbahnen (4, 4') gebildet wird,
daß diese Leiterbahnen durch Siebdruck eines UV-härtbaren Materials auf die Kernfolie hergestellt sind und
daß das Dielektrikum durch Siebdruck eines UV- oder anaerob härtbaren Materials hergestellt ist.

11. Kernfolie gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere PVC, ABS, PET oder PC, besteht.

12. Kernfolie gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Schichtdicke von ≦ 200 µm aufweist.