DE69505481T2 - Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten oder tragbaren Gegenständen, die eine in einen Kartenkörper eingelassene Antenne enthalten, die über ihre Anschlußklemmen mit den Kontaktplättchen eines elektronischen oder elektrischen Moduls verbunden ist. Die Erfindung betrifft nicht nur Karten mit ausschließlicher kontaktloser Funktion. Sie betrifft Karten, die sowohl eine Funktion ohne Kontakt als auch eine Funktion mit Kontakten haben. Deshalb wird in der vorliegenden Beschreibung eine Karte oder ein tragbarer Gegenstand, deren Funktion gleichermaßen kontaktlos oder gemischt ist, kontaktlose Karte genannt.
  • Die kontaktlosen Karten sind für die Durchführung von verschiedenen Vorgängen bestimmt, wie zum Beispiel Abbuchungen, Bankvorgänge, Telefongespräche oder diverse Identifikationsvorgänge. Sie sind insbesondere für Fernzahlvorgänge bestimmt, bei denen beim Vorbeifahren an einer Servicestelle auf Entfernung eine bestimmte Anzahl von Einheiten abgezogen werden und diese auch auf Entfernung wieder aufgeladen werden können. Im Fall einer gemischten Karte erfolgt das Aufladen in einem herkömmlichen Automaten für Kontaktkarten.
  • Die obengenannten, auf Entfernung durchgeführten Vorgänge werden über eine elektromagnetische Kopplung zwischen der Kartenelektronik und einem Empfangs- oder Lesegerät durchgeführt. Diese Kopplung erfolgt im Lesemodus oder im Lese-/Schreibmodus und die Datenübertragung erfolgt über Radiofrequenzen oder Hyperfrequenzen.
  • In ihrer derzeitigen Ausführung sind die kontaktlosen Karten tragbare Gegenstände mit genormten Abmessungen. Die übliche Norm ISO 7610 entspricht einer Karte mit einem Standardformat von 85 mm Länge, 54 mm Breite und 0,76 mm Dicke. Man kennt Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten durch Kolamination. Bei solchen Verfahren werden ein Stapel thermoplastischer Blätter, in deren Mitte ein bereits an eine Antenne angeschlossenes, elektronisches kontaktloses Modul plaziert wird, zwischen zwei Platten einer Presse gelegt. Anschließend werden die verschiedenen Blätter unter Anwendung von Druck und Temperatur verschweißt.
  • Jedoch führt die kombinierte Anwendung von Druck und Temperatur aufgrund der verschiedenen Dilatationskoeffizienten der verwendeten Materialien zu einer unschönen Restverformung an der Oberfläche der Karte und um das Elektronikmodul.
  • Es sind andere Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten bekannt, bei denen einfach eine Kunststoffflüssigkeit in den offenen Hohlraum einer Form gegossen wird, in die ein thermoplastisches Blatt plaziert wurde, auf dem sich eine bereits an ein elektronisches Modul angeschlossene Antenne befindet. Der Kunststoff bildet dann eine gleichmäßige Schicht, mit der die Antenne und das Modul vollständig bedeckt werden.
  • Solche Verfahren sind nicht für eine serienmäßige Herstellung von Karten mit hoher Rentabilität geeignet. Es ist nämlich nicht möglich, das Anbringen des elektronischen Moduls auf einen Arbeitsschritt nach dem Eingießen der Flüssigkeit zu verschieben und die Ausschüsse, die das elektronische Modul enthalten, steigern den durchschnittlichen Selbstkostenpreis einer Karte erheblich. Außerdem ist es mit diesen Verfahren nicht möglich, sofort gemischte Karten zu erhalten.
  • Der Patentantrag EP-A-0 671, Teil der vorherigen Technik nach Artikel 54 (3) der CBE, beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Karten, bei dem die Antenne und das Elektronikmodul in eine einzige Schicht, die den Körper der Karte bildet, eingelassen werden. Das Verfahren besteht darin, die Antenne auf einem thermoplastischen Blatt zu plazieren und sie dann, mit Ausnahme der Kontaktklemmen, mit einer thermoplastischen Schicht zu bedecken. Dazu beinhaltet die für die Ausführung der thermoplastischen Schicht bestimmte Form einen Kern, mit dem ein genügend großer Druck auf die Anschlußklemmen der Antenne ausgeübt wird, um zu vermeiden, daß diese mit dem Kunststoff bedeckt werden. Mit diesem Verfahren ist es möglich, das Elektronikmodul später in der Vertiefung in der Schicht oberhalb der Anschlußklemmen der Antenne anzubringen. Der Druck jedoch, der auf die Anschlußklemmen der Antenne ausgeübt wird, führt häufig zu einer Beeinträchtigung deren Qualität, so daß es zu einem hohem Ausschuß kommt. Folglich ist dieses Verfahren auch nicht für eine serienmäßige Kartenherstellung mit hoher Rentabilität geeignet.
  • Andere Verfahren zielen auf die Herstellung von Kontaktkarten durch Einspritzen von flüssigem Kunststoff unter hohem Druck in einen geschlossenen Hohlraum einer Form ab. Diese Verfahren können auf die Fertigung von kontaktlosen Karten übertragen werden.
  • Aber die Antenne, die besonders empfindlich ist, kann dann den Spannungen des Einspritzdrucks ausgesetzt werden, durch den das Verfahren kritisch und die Menge der Karten schlechter Qualität erhöht wird. Außerdem ist bei der Einspritzung das Elektronikmodul bereits an die Antenne angeschlossen, wodurch der Selbstkostenpreis der erhaltenen Karten belastet wird.
  • Das Dokument DE-U-89 09 783 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Codeträgers, der die kontaktlose Identifizierung und/oder Kennzeichnung von Gegenständen erlaubt. Dieses Verfahren besteht darin, einen Ferritkern, in den eine Spule und ein an die Spule angeschlossener Chip eingeschlossen sind, in eine thermoplastische oder wärmehärtbare Hülle einzulassen. Der Kunststoff zur Bildung der Hülle wird in einen geschlossenen Hohlraum einer Form eingespritzt, in der der Ferritkern und der Chip befestigt sind. In diesem Fall kann der Einspritzdruck den Chip und seine Anschlüsse mit der Spule beschädigen. Folglich beinhalten die Ausschüsse bereits den Chip, ist das Verfahren kostspielig, hat eine niedrige Rentabilität und kann nicht an die Herstellung von Karten in großer Anzahl angepaßt werden.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen kontaktloser Karten mit niedrigem Selbstkostenpreis vorzuschlagen, das die obengenannten Nachtei le der Verfahren mit den derzeitigen Techniken behebt und das es insbesondere ermöglicht, das Elektronikmodul in einem späteren Arbeitsgang einzubauen, um kontaktlose Karten ohne Verformung am Elektronikmodul zu erhalten. Dieses Ziel, sowie andere Ziele, die in der Folge zum Vorschein treten werden, werden dank eines Verfahrens zum Herstellen kontaktloser Karten erhalten, bei dem ein flüssiger Kunststoff auf eine Antenne gegeben und anschließend so verteilt wird, daß er in seinem Verlauf von der Antenne selbst geführt wird.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zum Herstellen von kontaktlosen Ketten mit einer Antenne, die in den Körper der Karte eingebettet ist und die mit ihren Anschlußklemmen an die Kontaktplättchen eines Elektronikmoduls im Kartenkörper angeschlossen ist. Dieses Verfahren zeichnet sich durch cüe folgenden Arbeitsgänge aus:
  • - die Antenne wird in einen Hohlraum einer Form plaziert;
  • - ein flüssiger Kunststoff wird so in den Hohlraum der Form gegossen und verteilt, daß dieser Kunststoff von der Antenne geführt wird, um eine erste Kartenschicht zu bilden, von der die Antenne und insbesondere die Anschlußklemmen nicht bedeckt werden.
  • Die nachfolgende Beschreibung, die keinerlei erschöpfenden Charakter hat, ermöglicht ein besseres Verständnis der Art und Weise, wie diese Erfindung umgesetzt werden kann.
  • Sie ist anhand der beiliegenden Zeichnungen zu lesen, die folgendes darstellen:
  • - die Abb. 1 zeigt die perspektivische Darstellung des Aufgebens und der geführten Verteilung des flüssigen Kunststoffs gemäß dem Verfahren der Erfindung;
  • - die Abb. 2 zeigt einen Querschnitt der eingesetzten Druckvorrichtungen für die Verteilung des flüssigen Kunststoffs gemäß dem Verfahren der Erfindung;
  • - die Abb. 3 zeigt im Querschnitt einen Arbeitsgang der Übertragung des Elektronikmoduls gemäß einer Durchführungsweise des Verfahrens der Erfindung. Diese Übertragung kann vor oder nach dem Arbeitsgang der Abb. 1 durchgeführt werden;
  • - die Abb. 4 und 5 zeigen im Querschnitt den Arbeitsgang der Übertragung des Elektronikmoduls gemäß einer anderen Durchführungsweise des Verfahrens der Erfindung; und
  • - die Abb. 6 zeigt im Querschnitt eine kontaktlose Karte, wie sie gemäß einer der Durchführungsweisen des Verfahrens der Erfindung erhalten wird.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen kontaktloser Karten. Solche Karten beinhalten eine Antenne 1, die in einen Kartenkörper 2 eingelassen und mit ihren Anschlußklemmen 3 an die Kontaktplättchen 4 eines Elektronikmoduls 5 angeschlossen ist.
  • Der Kartenkörper 2 bildet ein Quader geringer Stärke, das aus verschiedenen Kunststoffschichten 6, 7 und 8 besteht. Die Antenne 1 ist in einer Schicht 7 des Kartenkörpers 2 plaziert, die sich zwischen einem unteren thermoplastischen Blatt 6 und einer oberen Schicht 8 befindet. Sie besteht zum Beispiel aus einem metallisierten oder mit Metall beklebten Dielektrikum, das eine Spirale mit n Windungen bildet. Der elektromagnetische Fluß, der durch die Antenne 1 führt, ist proportional zur Anzahl n der Windungen, die diese enthält und zur von diesen Windungen gebildeten Fläche. Deshalb ist es von Vorteil, daß n möglichst groß ist und daß die Windungen an den Rändern des Kartenkörpers 2 entlang führen. Jedoch zeigen die Abbildungen der vorliegenden Beschreibung eine Antenne 1 in Form einer Spirale, die der Klarheit halber zwei Windungen enthält und den mittleren Teil des Blatts 6 vollkommen frei läßt. Die Enden der Spirale, aus denen die Antenne 1 besteht, bilden die nebeneinander liegenden Anschlußklemmen 3. Außerdem kann die Antenne 1 nach verschiedenen Methoden gebildet werden, insbesondere durch Prägung, durch chemische Gravur oder durch die Ablage ei nes Haftungspromoters auf einem thermoplastischen Blatt mit Siebdruck und anschließende Metallisierung durch chemische Ablage.
  • Das Elektronikmodul 5 ist in der Schicht 8 plaziert. Es beinhaltet beispielsweise einen Chip mit integrierter Schaltung 9, der mit den Leiterdrähten 10 an Metallplättchen an seinem Randbereich angeschlossen ist. Zwei dieser Plättchen bilden Metallisierungen 11, die für ein Funktionieren mit Kontakt der kontaktlosen Karte bestimmt sind. Die Metallisierungen 11 liegen demnach an der Oberfläche des Kartenkörpers 2. Der Chip 9, die Drähte 10 und die Blättchen 4, 11 liegen erstarrt in einem Schutzharz 12.
  • Beim ersten Arbeitsgang des Verfahrens der Erfindung wird das Kunststoffblatt 5 auf den Grund eines Hohlraums 13 einer Form 14 gelegt.
  • Dieser Hohlraum 13 ist beispielsweise geöffnet. Er umfaßt einen ebenen Boden und senkrechte Seitenwände. Seine Abmessungen in Höhe und Breite sind deutlich identisch mit den Abmessungen in Länge und Breite der Karte, die man erhalten will. Die Tiefe ist jedoch höher oder gleich groß mit der Dicke der Karte, die man erhalten will.
  • Das Blatt 6 kommt in Berührung mit den senkrechten Wänden des Hohlraums 13. Die Stärke dieses Blattes 6 beträgt für eine Standardkarte entsprechend der Norm ISO 7810 180 Mikrometer. Es besteht aus PVC (Polyvinylchlorid), PC (Polycarbonat), ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), PET (Polyethylen), PETG (Ethylenglykol-Polyterephthalat), PVDF (Vinylidenpolyfluor) oder aus jeder anderen thermoplastischen Folie mit gleichwertigen Eigenschaften.
  • Im zweiten Arbeitsgang des Verfahrens wird die Antenne 2 auf das Blatt 6 plaziert und eventuell geklebt.
  • Dieser zweite Arbeitsgang kann vor dem ersten Arbeitsgang durchgeführt werden. Der Begriff "plazieren" ist weitläufig zu verstehen und beinhaltet insbesondere die weiter oben genannte Methode einer siebdrucktechnischen Herstellung der Antenne 1.
  • Außerdem kann die Antenne auch in einer Form, in der sie vollständig aufgenommen wird, hohlgeformt werden und nach dem Hohlformen auf das thermoplastische Blatt geklebt werden. Die Hohlform kann eine exakt auf die Stärke der Antenne begrenzte Höhe haben.
  • Im dritten Arbeitsgang wird eine Kunststoffflüssigkeit 15 auf die Oberfläche des Blattes 6, auf der sich die Antenne 1 befindet, gegeben.
  • Der Kunststoff 15 wird oberhalb des Hohlraums 13 aufgegeben, und zwar mittels den aus der vorherigen Technik bekannten Verfahren zur Aufgabe von Flüssigkeiten in vorgegebenen Mengen. Der Begriff flüssig wird hier im Gegensatz zum Begriff dickflüssig verwendet. In Abb. 1 wird diese Aufgabe mittels einer Spritze oder einer Mikropipette mit einem Endstück 16 dargestellt. Die Aufgabe erfolgt unter schwachem Druck, der weit unter dem Druck von 700 kg/cm² liegt, der bei den Verfahren zum Herstellen von Karten mit Materialeinspritzung in geschlossene Hohlräume geringer Tiefe häufig angewendet wird. Ein solcher Druck liegt unter 100 kg/cm².
  • Das Mikromodul kann bei der Aufgabe oder der Einspritzung des Kunststoffs 15 vorhanden und an die Anschlußklemmen der Antenne 1 angeschlossen sein.
  • Der Kunststoff 15 soll die Schicht 7 des Kartenkörpers 2 bilden. Er besteht zum Beispiel aus ABS, PC, ABS/PC, PET, Polyamid oder aus jedem anderen Flüssigharz in einer bestimmten Temperatur oder unter bestimmten Druckbedingungen, vorzugsweise mit einem hohen Fluiditätsindex, um das Abfließen zu erleichtern und das bei einer anderen Temperatur, unter anderen Bedingungen erhärtet, oder in Anwesenheit eines Katalysators, insbesondere Polyurethan, modifiziertes oder nicht modifiziertes Epoxyphenol. Die Stärke der Schicht 7 entspricht der Stärke der Antenne 1, d. h. sie beträgt im Beispiel der vorliegenden Beschreibung 80 Mikrometer. Der Kunststoff 15 wird somit direkt auf das Blatt 6 gegeben, ohne daß er die Antenne 1 bedeckt und insbesondere deren Anschlußklemmen. Außerdem wird das Volumen des Kunststoffs 15 mit Genauigkeit so berechnet, daß die Schicht 7 trotz der Anwesenheit der Antenne 1 eine ebene Oberfläche aufweist.
  • Bei einer vorteilhaften Durchführungsweise der Erfindung wird der Kunststoff 15 im Mittelpunkt der Oberseite des Blattes 6 aufgegeben, d. h. an dem von der Antenne 1 am weitesten entfernten Punkt. So ist die Möglichkeit, daß die Ablagerung des Kunststoffs 15 die Antenne 1 auch nur teilweise bedeckt, minimal.
  • Im vierten Arbeitsgang der Erfindung wird der flüssige Kunststoff 15 an der Oberfläche des Blattes 6 so verteilt, daß dieser Kunststoff 15 in seinem Verlauf von der Antenne 1 geführt wird, um die Schicht 7 des Kartenkörpers 2 zu bilden.
  • Im Beispiel der vorliegenden Beschreibung hat die Antenne 1 eine spiralförmige Konfiguration. Die Verteilung erfolgt somit in einer Spirale gemäß dem durch die Pfeile 17 angegebenen Verlauf.
  • Diese Verteilung erfolgt z. B. dank eines progressiven Pressens des Kunststoffs 15 mit Hilfe einer Preßvorrichtung, die, wie in Abb. 2 gezeigt, aus einem Teil 18 bestehen kann, dessen Abmessungen in Länge und Breite weit unter den Abmessungen in Länge und Breite des Hohlraums 13 liegen. Das Teil 18 fügt sich in den besagten Hohlraum 13 ein und treibt den Kunststoff 15 nach dem obengenannten Verteilungsverlauf 17. Vorzugsweise erhitzt man, um den niedergelegten Kunststoff zu schmelzen und preßt nach und nach.
  • Die Verteilung des Kunststoffs 15 erfolgt so, daß die Anschlußklemmen 3 der Antenne 1 nicht von dem besagten Kunststoff 15 bedeckt werden.
  • Wenn der Kunststoff 15 nach Abkühlung (im Fall eines thermoplastischen Kunststoffes) oder nach Polymerisation (bei wärmehärtbarem Kunststoff) fest geworden ist, erhält man eine Zwischenstruktur der Karte, die vom thermoplastischen Blatt 6 (eventuell) gebildet wird, auf der die Schicht 7 ruht, in deren Dicke sich die Antenne 1 befindet.
  • Die weiteren Arbeitsgänge haben die Übertragung des Elektronikmoduls 5 auf die oben genannte Struktur zum Ziel, den Anschluß dieses Moduls 5 an die Klemmen 3 der Antenne 1, die Bildung der Schicht 8 zur Bedeckung der Schicht 7. In einem Beispiel beträgt die Dicke der Sicht 8 500 Mikrometer. Gemäß einer ersten, in Abb. 3 dargestellten Durchführungsweise wird das Modul 5 mittels einem Teil 19 übertragen. Dieses Teil 19 hält die Schicht 8 fest, die sich auf die Oberfläche der Schicht 7 legen soll.
  • Die Schicht 8, die vorzugsweise mittels ein zuvor durchgeführtes Formen erhalten wird, beinhaltet einen Sitz 20, in den das Modul 5 ebenfalls zuvor eingeführt wurde. Dieser Sitz 20 ist so gelegen, daß die Kontaktplättchen des Moduls 5 an der unteren Oberfläche der Schicht 8 liegen und bei der Auflage dieser Schicht 8 auf die Schicht 7 mit den Anschlußklemmen 3 der Antenne 1 in Kontakt kommen. Die Schicht 8 beinhaltet außerdem an ihrer inneren Seite einen Klebstoff, der die Haftung auf der Schicht 7 verbessert.
  • Gemäß einem weiteren, in den Abb. 4 und 5 gezeigten Durchführungsmodus, enthält das Teil 19 einen Kern 21, der nach dem Anbringen der Schicht 8 auf der Schicht 7 eine Vertiefung 22 bilden soll, deren Tiefe der Dicke der Schicht 8 für die Übertragung des Moduls 5 entspricht.
  • Für die Umsetzung der Erfindung für eine serienmäßigen Kartenherstellung kann es von Vorteil sein, Lochstreifen von dem Typ zu verwenden, wie sie im französischen, im Namen der Antragstellerin angemeldeten und unter der Nummer 2 673 041 veröffentlichten Patent beschrieben sind. Unabhängig vom angewendeten Durchführungsmodus erhält man nach dem Zusammenfügen durch Verkleben (thermoplastisch oder Klebstoff) der Schicht 8 und der Schicht 7 oder nach Entformen der beiden, in einer gleichen Form hergestellten Schichten 7 und 8 eine kontaktlose Karte. Eine solche Karte, wie sie in der Abb. 6 dargestellt wird, weist ein unteres Blatt 6 auf, auf der eine Schicht 7 angebracht ist, deren Dicke der Dicke der Antenne 1 entspricht. Diese Schicht 7 ist von der Schicht 8 bedeckt, die das Modul 5 enthält.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen von Karten ohne Kontakt mit einer Antenne (1), eingegossen in einem Kartenkörper (2) und verbunden über Verbindungsanschlüsse (3) mit Kontaktflächen (4) eines Elektronikmoduls (5) des Kartenkörpers (2), dadurch gekennzeichnet, daß
es die folgenden Schritte aufweist, nach denen: man die Antenne (1) in einem Hohlraum (13) einer Gußform positioniert;
man ein flüssiges Plastikmaterial (15) in dem Hohlraum (13) der Gußform (14) ausbreitet und verteilt, derart, daß das Material durch die Antenne (1) geführt wird, um eine erste Schicht (7) des Kartenkörpers (2) zu bilden, ohne die Antenne (1) und insbesondere ihre Verbindungsanschlüsse zu bedecken.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man oberhalb der ersten Schicht (7) eine zweite Schicht (8) bildet, die dazu dient, das Elektronikmodul (S) aufzunehmen.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des flüssigen Plastikmaterials unter einem Druck von weniger als 100 kg/cm² erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (7) und die zweite Schicht (8) des Kartenkörpers (2) auf perforierten Banden erzeugt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Verteilen eine Plastikfolie (6) in dem Hohlraum (13) der Gußform (14) angeordnet wird, und daß die Antenne (1) danach auf der Folie (6) angeordnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Plastikmaterial (15) in der Mitte der oberen Fläche der Plastikfolie (6) verteilt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (13) der Gußform (14), in welcher man die Folie (6) angeordnet hat, Dimensionen in Länge und Breite hat, die im wesentlichen gleich den Dimensionen in Länge und Breite der Karte ohne Kontakt sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung durch Druckausübung auf das Material (15) mit Hilfe einer Druckvorrichtung (18) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung spiralförmig erfolgt, wobei die Antenne (1) selbst die Form einer Spirale hat.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (8) eine Aufnahme (20) aufweist, in welcher man vorher das Elektronikmodul (5) angeordnet hat.
11. Karte, die mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt werden kann, welche eine Antenne (1) umfaßt, die in einem Kartenkörper (2) eingegossen ist und verbunden ist über ihre Verbindungsanschlüsse (3) mit Kontaktflächen (4) eines Elektronikmoduls (5) des Kartenkörpers (2), und die eine erste thermoplastische Folie (6) aufweist, auf welcher die Antenne (1) liegt, wobei die Karte dadurch gekennzeichnet ist, daß sie umfaßt: eine erste Schicht (7), deren Dicke identisch mit der der Antenne (1) ist, und eine zweite Schicht (8), die auf der ersten Schicht (7) liegt und das Elektronikmodul (5) umfaßt.
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