WO2003071475A2 - Chipkarte - Google Patents

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    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the invention relates to a chip card, as it is known as GSM or smart cards, to process cashless payment transactions, to operate mobile telephones or to provide security-relevant areas with an access identifier.
  • GSM Global System for Mobile Communications
  • Other conceivable applications are company ID cards or health insurance cards for storing personal data.
  • the increasing spread of chip cards results from their wide range of uses. In this way, data can be stored, processed, read in or read out and thus made available in a reproducible manner.
  • the chip cards are easy to transport and therefore allow a high degree of mobility.
  • the increasing spread brings with it increasing demands on the chip cards, so that an increasing integration of functions can be observed.
  • chip cards are becoming more complex in structure and have to accommodate a growing number of electronic components.
  • the data exchange via chip card can in principle be contact-related, for example by means of a contact surface unit provided on the chip card surface or contactless, that is, for example, inductively via an electromagnetic coupling.
  • a coil that is integrated in the chip card body of the chip card can emit its signals to an external reading device suitable for this purpose, or can receive its signals from an external device.
  • the chip card thickness must be limited to 0.76 mm. This places increased demands on the electronic components to be integrated into the chip card. These have to be extremely flat.
  • a chip card can be increased considerably if it is possible to integrate a battery or an accumulator cell into the chip card body, because this makes the chip card self-sufficient, ie it can work independently of external energy sources.
  • the electrodes have customary connection surfaces for connecting the battery to the conductor tracks of the chip card.
  • RHISS rechargeable hydrogen ion solid state electrolyte
  • the components integrated into a chip card are generally not rigid, but rather rigid.
  • the chip card body mostly consists of plastic or a plastic composite material with elastic properties, so that the chip card body is correspondingly flexible.
  • the partially rigid electronic components incorporated into the chip card result in discontinuities in the bending process of the chip card during daily use of the chip cards. Form at the transitions between the electronic components and the chip card body As a result of the elastic movements, voltage peaks develop that can permanently damage the chip card. These voltage peaks are the cause of cracks developing inside the chip card.
  • the high loads during injection molding have an effect on a battery to be integrated into the chip card in such a way that it can delaminate.
  • the delamination of the battery limits its usability.
  • the battery body undesirably changes its external geometry.
  • the invention is based on the technical problem of providing a chip card, in the chip card body of which, in addition to electronic components, a battery is also implemented which withstands the high thermal and mechanical loads during the production of the chip card body, so that delamination of the battery can be avoided.
  • the technical teaching of the invention accordingly consists in the fact that the battery implemented in the chip card body has a tapering geometry against the direction of injection of the liquid plastic into the injection mold cavity.
  • the plastic that is injected, liquefied and heated into the injection mold cavity first meets the tapered geometry of the battery and, starting from there, uniformly surrounds the battery distributed. As a result, high mechanical loads on the circumference of the battery or on the outer surfaces of the battery are avoided. Delamination can no longer occur.
  • a positive effect of the solution according to the invention is that the liquefied plastic is distributed very uniformly within the injection mold cavity. An improvement in the homogeneity of the chip card body can thus be achieved.
  • the battery can have the shape of a drop, a circular cone, a pyramid, an octahedron or a tetrahedron, at least on its side facing the injection direction.
  • a battery according to the invention has a geometry that tapers against the direction of injection. This can also only exist in certain areas.
  • other flow-optimized profiles for the battery design are of course conceivable, which can approximate the design of an aircraft wing. propose to provide the battery with electrical connections on its side facing away from the injection direction.
  • the solution according to the invention made it possible overall to provide a chip card which has a simple structure and, moreover, leads to decisive quality improvements. Another very important aspect is a longer service life due to the lower stress on the electronic components and in particular the batteries implemented in the chip card body.
  • an injection mold cavity which has been designated 2 overall, is shown in a highly simplified manner.
  • the outer dimension of the injection mold cavity corresponds to the outer dimensions of the finished chip card body 1.
  • a battery 3 is inserted into the injection mold cavity 2.
  • This battery 3 has an injection-side geometry 5 which tapers against the injection direction of the liquefied plastic.
  • this injection-side geometry of the battery 3 has a side 6 facing away from the injection direction, on which the electrical connections 7 and 8 of the battery 3 are also located.
  • Battery 3 has a teardrop shape in plan view. It is irrelevant that the battery was designed as a flat battery in the present case, that is, it has a very low overall height.

Abstract

Es wird eine Chipkarte mit einem durch Spritzgiessen erzeugten Chipkartenkörper (1) vorgestellt, zu dessen Herstellung verflüssigter Kunststoff in eine Spritzgusswerkzeugkavität (2) eingebracht wird, wobei nach Erstarrung des Kunststoffes eine Batterie (3) in den Chipkartenkörper (1) implementiert ist. Die Batterie (3) weist eine entgegen der Einspritzrichtung (4) des flüssigen Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität (2) sich verjüngende Geometrie auf.

Description

Chipkarte
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, wie sie als GSM- beziehungsweise Smart- Cards bekannt ist, um bargeldlosen Zahlungsverkehr abzuwickeln, Mobiltelefone zu betreiben oder um sicherheitsrelevante Bereiche mit einer Zugangskennung auszustatten. Weitere denkbare Anwendungen sind darüber hinaus Firmenausweise oder Krankenkassenkarten zur Speicherung personenbezogener Daten. Die zunehmende Verbreitung der Chipkartόn resultiert aus ihren breiten Einsatzmöglichkeiten. So können ganz allgemein Daten gespeichert, verarbeitet beziehungsweise ein- oder ausgelesen und damit reproduzierbar zur Verfügung gestellt werden. Die Chipkarten sind leicht transportabel und ermöglichen somit ein hohes Maß an Mobilität. Die zunehmende Verbreitung bringt jedoch auch wachsende Anforderungen an die Chipkarten mit sich, sodass eine zunehmende Funktionsintegration zu verzeichnen ist. Damit werden die Chipkarten im Aufbau komplexer und müssen eine wachsende Zahl elektronischer Bauelemente aufnehmen.
Der Datenaustausch per Chipkarte kann prinzipiell kontaktbehaftet, beispielsweise mittels einer auf der Chipkartenoberfläche vorgesehenen Kontaktflächeneinheit oder kontaktlos, also zum Beispiel induktiv über eine elektromagnetische Ankopplung erfolgen. So kann eine Spule, die in den Chipkartenkorper der Chipkarte integriert ist, ihre Signale an ein hierzu geeignetes externes Lesegerät abgeben beziehungsweise ihre Signale von einem externen Gerät empfangen. Obwohl es eine sehr große Anzahl unterschiedlicher Chipkarten gibt, haben sich dennoch einheitliche, standardisierte Chipkartenabmessungen durchgesetzt. So muss insbesondere die Chipkartendicke auf 0,76 mm beschränkt werden. Dies stellt erhöhte Anforderungen an die in die Chipkarte zu integrierenden elektronischen Bauelemente. Diese müssen extrem flach ausgeführt sein.
Die Einsatzmöglichkeiten einer Chipkarte lassen sich in erheblichem Maße steigern, wenn es gelingt, in den Chipkartenkorper eine Batterie oder eine Akkumulatorzelle zu integrieren, weil die Chipkarte dadurch autark wird, das heißt unabhängig von externen Energiequellen arbeiten kann. Um den zuvor genannten Einsatzgebieten zu entsprechen, ist es beispielsweise bekannt, Batterien aus hauchdünnen Folien herzustellen, deren Material Manganoxid und Lithium sein kann. Zwischen diesen Schichten befindet sich ein Elektrolyt in Form einer dünnen Spezialkunststoffschicht. Die Elektroden weisen dabei übliche Anschlussflächen zur Verbindung der Batterie mit den Leiterbahnen der Chipkarte auf. Darüber hinaus ist es aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, ultradünne, schichtweise aufgebaute Batterien für Chipkarten zu erzeugen, die als sogenannte RHISS-Batterien bekannt sind (RHISS = rechargeable hydrogen ion solid State elektrolyte). Diese Energiespeicher sind lediglich zwischen 0,35 und 0,70 mm dick. Sie werden in einem Batteriepack isoliert und in die Chipkarte eingesetzt, um dort mit den entsprechenden Leiterbahnen der Chipkarte mittels der Wire-Bond- Technik verbunden zu werden.
Eine andere, einfachere Batterieart für Chipkarten sind sogenannte Flachzellen.
Die in eine Chipkarte integrierten Bauelemente wie Chipmodule oder Batterien sind in der Regel nicht biegeweich, sondern eher starr ausgebildet. Dem gegen- über besteht der Chipkartenkorper zumeist aus Kunststoff beziehungsweise einem Kunststoffverbundwerkstoff mit elastischen Eigenschaften, sodass der Chipkartenkorper dementsprechend biegsam ist. Durch die in die Chipkarte eingebrachten, teilweise starren elektronischen Bauelemente, kommt es beim täglichen Gebrauch der Chipkarten zu Diskontinuitäten im Biegeverlauf der Chipkarte. An den Über- gangen zwischen den elektronischen Bauelementen zum Chipkartenkorper bilden sich in Folge der elastischen Bewegungen Spannungsspitzen aus, die die Chipkarte auf Dauer beschädigen können. Diese Spannungsspitzen sind Ursache für sich ausbildende Risse innerhalb der Chipkarte.
Ein weiteres Problem ergibt sich bereits bei der Herstellung der Chipkarten. Diese werden häufig durch ein Kunststoffspritzgussverfahren erzeugt. Dabei wird in eine Spritzgusswerkzeugkavität, deren Abmessungen dem Chipkartenkorper nach seiner Fertigstellung entsprechen, verflüssigter Kunststoff unter hohem Druck eingespritzt. Die in den Chipkartenkorper zu integrierenden elektronischen Bauelemente müssen zuvor in die Spritzgusswerkzeugkavität eingelegt werden. Während des Einspritzens des verflüssigten Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität werden die elektronischen Bauelemente in hohem Maße thermisch und mechanisch belastet. Um Beschädigungen der Bauelemente während des Herstellungsprozesses zu vermeiden, müssen sie dementsprechend stabil ausgelegt sein. Dies wirkt jedoch wiederum dem Ziel entgegen, die elektronischen Bauelemente möglichst klein beziehungsweise flach auszuführen, um sie ohne Beeinträchtigungen der Biegeelastizität in der Chipkarte verwenden zu können.
Die hohen Belastungen während des Spritzgießens wirken sich bei einer in die Chipkarte zu integrierenden Batterie dahingehend aus, dass diese delaminieren kann. Durch die Delamination der Batterie wird diese in ihrer Gebrauchsfähigkeit eingeschränkt. Der Batteriekörper verändert seine äußere Geometrie in unerwünschter Weise.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabenstellung zu Grunde, eine Chipkarte bereitzustellen, in deren Chipkartenkorper neben elektronischen Bauelementen auch eine Batterie implementiert ist, die den hohen thermischen und mechani- sehen Belastungen während der Herstellung des Chipkartenkörpers standhält, sodass eine Delamination der Batterie vermieden werden kann.
Gelöst wird diese technische Aufgabenstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der sich anschließenden Unteransprüche.
Die technische Lehre der Erfindung besteht dementsprechend darin, dass die in den Chipkartenkorper implementierte Batterie entgegen der Einspritzrichtung des flüssigen Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität eine sich verjüngende Geometrie aufweist.
Durch eine derartige Gestaltung der Batterie wird unabhängig von ihrer Bauweise, das heißt unabhängig von ihrem Aufbau, erreicht, dass der in die Spritzgusswerkzeugkavität eingespritzte, verflüssigte und erhitzte Kunststoff zunächst auf die verjüngte Geometrie der Batterie trifft und sich von dort ausgehend gleichmäßig um die Batterie herum verteilt. Dadurch werden hohe mechanische Belastungen am Umfang der Batterie beziehungsweise an Außenoberflächen der Batterie vermieden. Eine Delamination kann sich damit nicht mehr einstellen.
Weiterhin besteht eine positive Wirkung der erfindungsgemäßen Lösung darin, dass sich der verflüssigte Kunststoff innerhalb der Spritzgusswerkzeugkavität sehr gleichmäßig verteilt. Somit kann eine Verbesserung der Homogenität des Chipkartenkörpers erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Batterie zumindest auf ihrer der Einspritzrichtung zugewandten Seite die Form eines Tropfens, eines Kreiskegels, einer Pyramide, eines Oktaeders oder eines Tetraeders aufweisen.
Maßgeblich für die erfindungsgemäße Ausführung einer Batterie ist jedoch, dass diese eine sich entgegen der Einspritzrichtung verjüngende Geometrie aufweist. Diese kann auch nur bereichsweise vorhanden sein. Darüber hinaus ist es jedoch im Sinne der Erfindung möglich, die Batterie auch auf der der Einspritzrichtung abgewandten Seite mit einer sich entsprechend verjüngenden Geometrie auszustatten, sodass die Batterie in der Draufsicht quasi eine schiffskörperähnliche Form aufweist. Darüber hinaus sind natürlich weitere, strömungstechnisch optimierte Profile für die Batterieausführung denkbar, die sich an die Gestaltung eines Flugzeugflügels annähern können. schlagen, die Batterie auf ihrer der Einspritzrichtung abgewandten Seite mit elektrischen Anschlüssen zu versehen.
Durch die Anbringung der elektrischen Anschlüsse auf der der Einspritzrichtung abgewandten Seite werden zugleich die elektrischen Anschlüsse vor überhöhter mechanischer beziehungsweise thermischer Belastung durch den Einspritzdruck geschützt. Das Ergebnis einer derartigen Anbringung der elektrischen Anschlüsse an der Batterie ist, dass die Qualität der elektrischen Anschlüsse und ihre Lebensdauer verbessert werden können. Die Ausschussrate derartig hergestellter Chip- karten verringert sich in entscheidendem Maße.
Durch die erfindungsgemäße Lösung konnte insgesamt eine Chipkarte bereitgestellt werden, die einen einfachen Aufbau aufweist und darüber hinaus zu entscheidenden Qualitätsverbesserungen führt. Ein weiterer, sehr wesentlicher Aspekt ist eine längere Lebensdauer durch die geringere Beanspruchung der elektronischen Bauelemente und insbesondere der in den Chipkartenkorper implementierten Batterien.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Chipkarte wird nachfolgend anhand der Figur näher beschrieben.
In der Figur ist stark vereinfacht eine Spritzgusswerkzeugkavität, die insgesamt mit 2 bezeichnet wurde, gezeigt. Die äußere Abmessung der Spritzgusswerkzeugkavität entspricht den Außenabmessungen des fertiggestellten Chipkartenkörpers 1. In die Spritzgusswerkzeugkavität 2 ist eine Batterie 3 eingelegt. Diese Batterie 3 weist eine einspritzseitige Geometrie 5 auf, die sich entgegen der Einspritzrichtung des verflüssigten Kunststoffes verjüngt. Gegenüberliegend dieser einspritzseitigen Geometrie der Batterie 3 verfügt diese über eine der Einspritzrichtung abgewandte Seite 6, an der sich auch die elektrischen Anschlüsse 7 und 8 der Batterie 3 befinden.
Mit 4 ist in der Figur 1 die Einspritzrichtung des thermisch erhitzten und verflüssigten Kunststoffes bezeichnet, der mittels eines Spritzgussverfahrens in die Spritzgusswerkzeugkavität 2 eingebracht wird. Die in der Figur 1 gezeigte Batterie 3 weist in der Draufsicht eine Tropfenform auf. Dabei ist es unerheblich, dass die Batterie im vorliegenden Fall als Flachbatterie ausgeführt wurde, sie also eine sehr geringe Bauhöhe aufweist.
Bezugszeichenliste
1. Chipkartenkorper
2. Spritzgusswerkzeugkavität
3. Batterie
4. Einspritzrichtung
5. Einspritzseite
6. Der Einspritzrichtung abgewandte Seite
7. Elektrischer Anschluss
8. Elektrischer Anschluss

Claims

Patentansprüche
1. Chipkarte mit einem durch Spritzgießen erzeugten Chipkartenkorper (1), zu dessen Herstellung verflüssigter Kunststoff in eine Spritzgusswerkzeugkavität (2) eingebracht wird und nach Erstarrung des Kunststoffes eine Batterie (3) in den Chipkartenkorper (1) implementiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) entgegen der Einspritzrichtung (4) des flüssigen Kunststoffes in die Spritzgusswerkzeugkavität (2) eine sich verjüngende Geometrie aufweist.
2. Chipkarte nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) zumindest auf ihrer der Einspritzrichtung zugewandten Seite (5) die Form eines Tropfens, eines Kreiskegels, einer Pyramide, eines Oktaeders oder eines Tetraeders aufweist.
3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) auf ihrer der Einspritzrichtung abgewandten Seite (6) elektrische Anschlüsse (7, 8) aufweist.
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