WO2011134712A1 - Dokument mit einem chip und verfahren zur herstellung eines dokuments - Google Patents

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WO2011134712A1
WO2011134712A1 PCT/EP2011/053765 EP2011053765W WO2011134712A1 WO 2011134712 A1 WO2011134712 A1 WO 2011134712A1 EP 2011053765 W EP2011053765 W EP 2011053765W WO 2011134712 A1 WO2011134712 A1 WO 2011134712A1
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chip
antenna
document
winding
contacting
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PCT/EP2011/053765
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English (en)
French (fr)
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Oliver Muth
Denis Holinski
Olaf Dressel
Alexander Ferber
Joachim Kloeser
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Bundesdruckerei Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a document with a chip and an antenna and to a method for producing such a document.
  • the antenna may, for example, be a wound antenna integrated in the card body of the smart card, an etched antenna or a printed antenna.
  • a chip card with a printed antenna is known, for example, from WO 2008/014993 A1.
  • the invention is the object of the invention to provide an improved document with a chip and an antenna and a method for producing such a document.
  • a document comprising a chip and an antenna for inductive coupling of energy, the antenna having an outer winding, at least one middle winding and an inner winding, the middle winding being disposed between the outer and inner windings wherein the middle turn bridges the chip in a bridging region, the inner and outer turns electrically contacting the chip.
  • the chip bridges the middle turns.
  • a "chip” is understood to mean, in particular, a semiconductor chip with an integrated electronic circuit, which may be a memory chip for storing data and / or a controller for communicating with an external reader
  • the chip can also be communicated with the external reading device by means of an RF1D or N FC method via the same antenna is, such as by means of conductive ink, in particular a polymer-electronic circuit.
  • the chip is a thinned integrated circuit.
  • a thinned integrated circuit is understood to mean an integrated circuit having a thickness of at most 200 ⁇ m, preferably of at most 100 ⁇ , more preferably of at most 80 pm, more preferably of at most 60 ⁇ , more preferably of at most 50 ⁇ , more preferably of at most 30 ⁇ and most preferably of at most 10 pm.
  • the integrated circuit is unhoused.
  • a particularly compact arrangement in the laminate of the document is achieved, so that the value or security document can have a particularly low overall height.
  • this allows a good integration of the integrated circuit into the document, so that it is an integral part of the document.
  • Another advantage is the flexibility of the integrated circuit.
  • a "document” is any document that includes a chip, ie, an integrated electronic circuit, which document may be, for example, plastic and / or paper-based
  • a security document such as a 1D document, ie an identity document, such as a passport, passport, driver's license, vehicle registration document, vehicle registration document or company card, or a means of payment, such as a banknote, a credit card or other credential, such as For example, an admission ticket, a bill of lading, a visa or the like can act, and in particular, the document can be a chip card, which is understood to mean a document which is book-like, as is the case, for example, with a passport
  • a document is also understood as a so-called radio tag which can also be used as an RFID tag or RFID label is called.
  • Embodiments of the invention are particularly advantageous because a particularly cost-effective way of contacting the chip with the antenna is created, which also minimizes the area required for the arrangement of the antenna and the chip on the substrate.
  • the document is designed such that the windings of the antenna lie side by side in the same circuit plane.
  • the windings of the antenna are arranged in a single circuit plane. This circuit level lies outside the circuit levels of the chip, for example in the plane indicated by the substrate.
  • the turns of the antenna are printed in a single circuit plane; With the windings of the antenna, an electronic component of this circuit level can be connected, which in turn can have multiple circuit levels, as is typically the case with a chip. This has the particular advantage that the turns can be imprinted on the substrate in a single printing operation.
  • the antenna is coil-shaped and arranged in an edge region of the document.
  • the turns of the antenna are arranged circumferentially along the edge of the document in the plane given by the substrate, ie the individual windings are arranged side by side in the same circuit plane.
  • the antenna consists of a printed paste containing conductive particles, in particular silver conductive paste, or another conductive material, such as a conductive polymer.
  • conductive particles in particular silver conductive paste
  • another conductive material such as a conductive polymer.
  • Other pertinent known materials are known to those skilled in the art.
  • the substrate is a plastic, for example polycarbonate (PC), in particular bisphenol A polycarbonate, polyethylene terephthalate (PET), derivatives thereof such as glycol-modified PET (PETG), polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl butyral (PVB), polymethyl methacrylate (PMMA), polyimide (PI), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), polyvinyl phenol (PVP), polypropylene (PP), polyethylene (PE), thermoplastic elastomers (TPE), in particular thermoplastic polyurethane (TPU), acrylonitrile Butadiene-styrene (ABS), and / or paper and derivatives thereof.
  • PC polycarbonate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • derivatives thereof such as glycol-modified PET (PETG), polyethylene naphthalate (PEN), polyvinyl chloride (PVC), polyvin
  • the value or security document preferably consists of PC or PC / TPU / PC.
  • the value or security document is preferably produced from 3 to 12, particularly preferably 4 to 10, films.
  • the document can be made of these materials by means of lamination.
  • lamination of PC in a hot press at 170 ° C to 200 ° C and a pressure of 50- 600 N / cm 2 and in a cooling press at a pressure of 50 - 800 N / cm 2 .
  • the antenna is produced by screen printing a Silberleitpaste on the substrate and subsequent drying of the silver conductive paste. For example, this is done by a hot air drying.
  • the printing of the antenna can be done for example by sheet-fed or by roll-roll printing.
  • the thickness of the printed paste between 10 ⁇ and 30 ⁇ , preferably about 20 [im.
  • the thinnest structures printed therewith have a dimension of 100 ⁇ m to 300 ⁇ m, in particular approximately 200 ⁇ m.
  • the inner and outer convolutions of the document each have a contacting element (24, 126) for electrically contacting the chip, the bridging region lying between the ends of the contacting elements on which the electrical contacts are formed.
  • the inner and the outer winding each have a contacting element, which serves for making electrical contact with the chip.
  • the contacting elements are in the same circuit level as the windings of the antenna, so that the contacting elements printed together with the windings in one operation on the substrate can be.
  • the contacting elements may be made of the same material as the windings of the antenna.
  • the contacting elements are formed as conductor tracks, which are arranged finger-shaped at the ends of the inner and outer windings. At the ends of the contacting the electrical contacting of the chip. The bridging region of the middle turns then lies between the ends of the contacting elements, ie the middle turns bridge the chip between the ends of the contacting elements.
  • the chip is a surface mount device (SMD) or a bare die, wherein the contacting elements each have a contact point for contacting the chip.
  • SMD surface mount device
  • bare die wherein the contacting elements each have a contact point for contacting the chip.
  • the chip is a packaged device, such as e.g. a Surface Mount Device (SMD), or a so-called flip-chip.
  • SMD Surface Mount Device
  • flip-chip Preference is given to using "unhoused” bare die components as flip chip components, but it is also possible to use wafer level CSP (WL-CSP, chip size packaging) or classic CSP as an alternative to the flip chips understood here in particular a chip, which is contacted with the contact points down;
  • a "bare die” is understood here to mean, in particular, a chipped chip, a “chip size package” (CSP) being understood to mean a hacked chip, the housing not being substantially larger than the chip itself;
  • Wafer level CSP is understood here in particular as techniques by which contacting and protective measures are applied to a chip while it is still on the wafer.
  • the chip is introduced in a preferred embodiment of the invention by flip-chip bonding technology in the value or security document and connected to the antenna.
  • the integrated circuit is electrically and mechanically connected to the antenna via an anisotropically conductive adhesive.
  • An anisotropically conductive adhesive is understood here to be an adhesive whose electrical conductivity has a preferred direction.
  • the Anisotropic Conductive Adhesive (ACA) can be applied as a paste (Anisotropic Conductive Paste - ACP) or as a film (Anisotropic Conductive Film - ACF). But it can also be a non-conductive glue
  • the anisotropically conductive adhesive may be formed so as to contain approximately uniformly distributed electrically conductive particles. The application of pressure to the adhesive surface causes the anisotropy of the electrical conductivity.
  • the chip is a flip-chip, which is electrically contacted with the contacting elements by means of a collapsed solder, in particular a collapsed solder.
  • the chip has a respective contact point for contacting the inner and the outer winding.
  • a solder ie, for example, a so-called solder bump, in particular a collapsed solder, such as a collapsed solder bump.
  • a “bump” is understood to mean in particular a contact point of an electronic component, in particular of a chip, which can be electrically contacted, for example, by means of an ACF and / or by heating the solder, so that a solder joint is formed this can be plastically deformed, melt on its surface or melt completely, depending on the bonding method and the temperature to which the contact point is heated, especially in the latter case one speaks of a "solder bump".
  • a “collapsed solder” is meant in particular a solder bump, which is plastically deformed during bonding, melted on its surface or completely melted.
  • the electrical contacting between the contacting elements of the antenna and the contact parts of the chip can each be produced by collapsed solder, in particular a controlled collapse chip connection (C4), ie by collapsed solder bumps.
  • C4 bumps the use of an NCA is advantageous, which then assumes the function of an underfiller, for example.
  • the contacting takes place both by an anisotropically conductive adhesive and by a collapsed solder, which is surrounded by the anisotropically conductive adhesive. The combination of these contacting techniques results in a particularly low contact resistance with very good mechanical properties.
  • Au, or Pd, Ni / Au bumps are used without solder. These are preferably not istscholzen, but the contact is made by an ACA. This has the advantage that it can work at a relatively low temperature, so that a plastic with a correspondingly low melting temperature can be used.
  • the mean turns in the bridging area have a smaller cross section than outside the bridging area. This makes it possible, on the one hand, to guide the middle turns over the relatively small chip area, on the other hand, the electrical resistance, which influences the quality of the antenna, does not increase too much.
  • the mean turns in the bridging area are closer together than outside the bridging area. This is also particularly advantageous in order to enable a bridging of a relatively small chip area through the middle windings.
  • the mean turns taper in a transition region delta-shaped or funnel-shaped toward the bridging region. In this way, the mechanical strength of the conductor is increased in the (critical) transition region between the tracks of the antenna of large line cross-section to the tracks of the antenna small cross-section and the bridging region. Because of the gradual
  • the document body has a substrate on which the antenna is printed.
  • the contacting of the chip with the antenna takes place by means of an anisotropically conductive adhesive.
  • the adhesive is applied to the antenna after printing the antenna, for example by a dispenser, a stamp or by screen printing.
  • the dispenser may be a robotic manufacturing machine that applies a defined amount of the adhesive.
  • the adhesive application can take place over the entire surface or only in the region of the contacting elements.
  • the adhesive is applied so that the adhesive fills at least the space between the top of the chip and the top of the substrate.
  • the chip has contact points on opposite sides of its edge where it is electrically contacted with the antenna.
  • the electrical contact between the chip and the antenna is made by means of an anisotropically conductive adhesive.
  • the anisotropic conductive adhesive fills at least the space between the top of the chip and the underlying turns of the antenna.
  • the document has at least one further electrical or electronic component which is connected to two of the windings of the antenna at contact points in order to pick up a voltage from the antenna.
  • the component is connected to the chip via a signal line.
  • the document has a display device, i. a so-called display.
  • the display device can be a bistable display device, an electrophoretic display, an electrochromic display, a liquid crystal display (LCD), LED display, in particular inorganic LED or organic LED display (OLED), bistable LCD displays, for For example, twisted nematic, super twisted nematic, cholesteric or nematic LCD displays, rotating element display, bar graph, photoluminescent erasure indicator or a display based on the electrowetting effect, or a hybrid display. act.
  • the display device may be a flexible, bistable display.
  • Such displays are e.g. known from US 2006/0250534 A1.
  • Further bistable electrophoretic displays are known, for example, from WO 99/53371 and EP 1 715 374 A1.
  • Bistable displays are also referred to as "electronic paper display” (EPD).
  • the chip is designed to control the display device.
  • the chip may have an electronic memory for storing image data, the due to the coupling of electrical energy can be displayed on the display device.
  • the chip may include a driver for the display device.
  • the driver and / or the memory can also be designed as a separate component or as part of the display device.
  • the power supply of the display device can be made via the same antenna, via which the chip is also supplied with energy or via a separate antenna.
  • the invention relates to a method of manufacturing a document, comprising the steps of: printing an antenna on a substrate, the antenna having an outer winding, an inner winding, and at least one central winding disposed between the inner and outer windings and wherein the turns lie in a plane, placing a chip on the antenna such that the chip is bridged in a bridging region of the middle turn of the antenna from the middle turn, contacting the chip with the inner turn and the outer turn.
  • the printing of the antenna can be done by various printing processes, in particular by screen printing.
  • the substrate may be card-shaped, for example according to a chip card format.
  • the substrate may be bonded to one or more further layers which are laminated, for example, to form a document body, in particular a chip card body.
  • the substrate with the printed antenna and the chip can therefore be a so-called inlay.
  • Embodiments of the invention are particularly advantageous since substantially only that material is applied to the substrate by the printing, the is required for the realization of the resulting antenna.
  • it is not necessary to apply material over a large area to the substrate and then to remove it for the most part again, as is the case in many structuring processes. This is particularly advantageous from the point of view of environmental protection and the economical use of raw materials.
  • the thickness of the antenna in the value or security document is preferably not more than 20 ⁇ m, particularly preferably not more than 17 ⁇ m.
  • the thickness of the antenna is preferably at least 7 pm, more preferably at least 10 pm.
  • the resistance of the antenna is preferably 3 to 10 ohms.
  • the antenna preferably has 3 to 10 turns, particularly preferably 3 to 6 turns, and is preferably formed from printed conductors.
  • the conductivity and stress cracking sensitivity can be optimized by the addition of carbon nanotubes (CNTs), in particular multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs).
  • a pick-and-place machine may be a robotic device for receiving and placing electrical or electronic components
  • a die bonder may be a robotic bonding device for bonding such components.
  • an anisotropically conductive adhesive is applied after the printing of the coil-shaped antenna, via which the contacting of the chip with the inner and outer winding takes place.
  • the chip has contact points that are collapsed to contact the inner and outer windings.
  • an anisotropically conductive adhesive is applied to the antenna in the region of the substrate in which the chip should be placed.
  • the chip on the Placed contacting elements so that it comes to the formation of the electrical contacts of the chip with the antenna.
  • the contact points of the chip are each formed by a solder bump. The electrical contacts between the chip and the antenna are then made so that after application of the non-conductive adhesive, the solder bumps are positioned on the ends of the contacting elements of the antenna.
  • solder bumps are then heated, for example, by ultrasound, temperature or microwaves, so that they collapse and thus establish an electrical connection with the ends of the contacting elements.
  • a pressure can be exerted on the back side of the chip, which results in a particularly low resistance contact resistance between the ends of the contacting elements and the chip.
  • one or more electrical or electronic components may be electrically connected in an analogous manner to the antenna for powering it and / or for signal transmission for communication purposes.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an embodiment of a document according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of an embodiment of an antenna according to the invention
  • FIG. 3 shows a top view of a further embodiment of an antenna according to the invention
  • 5 shows a detailed view of an embodiment of a document according to the invention
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the application of the antenna to the substrate.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the placement and contacting of the antenna
  • FIG. 8 shows a further embodiment of a document according to the invention.
  • corresponding elements of the following embodiments will be identified by the same reference numerals.
  • document 100 which is card-shaped here.
  • document 100 may be a smart card.
  • the document 00 has an antenna 102, the turns of which run along the edges of the document 100.
  • the antenna is coil-shaped and serves for inductive coupling with an external reader.
  • the inductive coupling energy is coupled into the document 100 for powering one or more consumers of the document 00 and / or for signal transmission for communication purposes with the reader.
  • the antenna 102 has an outer winding 104 and an inner winding 106. Between the outer winding 104 and the inner winding 106 at least one middle winding 108 is arranged, in the same circuit plane as the windings 104 and 106.
  • the antenna 102 may be printed and made of, for example, silver conductive paste or a conductive polymer.
  • the document 100 further includes at least one chip 110 electrically connected to the antenna 102 for powering the chip 110 and / or communicating with the external reader, such as an RFID or NFC method.
  • the chip 110 may be a so-called RFID chip.
  • the chip 1 10 has a contact point 1 2, which is arranged at an upper edge 1 14 of the chip 1 10 and a contact point 116, at a lower edge
  • the contact points 1 12 and / or 1 6 may also be arranged on the left and right edges 120 and 122 of the chip 110.
  • the outer winding 104 forms at its end a contacting element 124
  • the inner winding 106 forms at its end a contacting element 126 for contacting the contact points 112 and 16, respectively (see in particular FIGS.
  • the contact point 112 of the chip 1 10 forms an electrical contact with the contacting element 124 of the outer turn 104 of the antenna 102 as well as the contact point 1 6 of the chip 1 10 forms an electrical contact with the contacting element 126 of the inner turn 106. Due to the electrical contacts, the chip 110 may also be mechanically connected to the document body of the document 100.
  • the at least one central winding 108 bridges the chip 1 10 in a bridging region 128 which extends between the contact points 112 and 116 from the edge 120 to the edge 122 of the chip 110.
  • This is particularly advantageous because the chip 1 10 can be arranged on or below the antenna 102, which is particularly space-saving.
  • the production of the document is particularly efficient and cost-effective, since the windings 104, 106, 108 of the antenna 102 including the contacting elements 124, 126 lie in the same circuit plane, so that no contacts, for contacting the chip 110 with the antenna 102, ie so-called vias, in which document body are required.
  • the chip 110 has an electronic memory 130, a processor 132 and a driver 134.
  • the driver 134 serves to drive a display 136, which is connected to the chip 110 via lines 138.
  • the leads 138 may also be for transmitting a portion of the electrical energy coupled in via the antenna 102 from the chip 10 to the display 136 for electrical energy to supply.
  • image data may be stored.
  • the image data may include, for example, one or more digital facial images of the owner of the document 100, a two-dimensional barcode, a symbol, textual data, or other data that may be rendered as an image on the display device 102.
  • the processor 132 accesses the memory 130, so that the image data is read from there and reproduced via the driver 134 on the display 136.
  • the document 00 may be an identification document.
  • an external reading device inductively couples electrical energy into the antenna 102, so that the chip 110 and the display device 136 are supplied with energy.
  • the processor 132 then begins to operate so that the image data is read from the memory 130 and displayed on the display 136.
  • the driver 134 is an integral part of the display 136.
  • the processor 132 drives the driver 134 of the display 136 via the lines 138.
  • the document 100 has a further antenna (not shown in FIG. 1) via which the display 136 is inductively supplied with electrical energy.
  • the memory 130 also sensitive data may be stored, which can be read from the document 00 by the external reader, for example according to an RFID or NFC method. For this, it may be necessary to first perform a one-way or a mutual authentication of the document 100 and the external reader for checking the access authorization of the external reader to the data stored in the memory 130.
  • the mean turns 08 in the bridging area 128 have a smaller line cross-section. Furthermore, the central windings 108 within the bridging region 128 are spaced closer together than outside the bridging region 128 in order to provide the topology required for the placement and electrical contacting of the chip 110 (see Figure 1) , Here, the mean turns 108 taper in the direction of the transition region 128 delta-shaped.
  • FIG. 5 shows the bridging region 128 of the windings 108 over the chip 110 and the adjoining deita-shaped constrictions in the regions 140 and 142 of the windings 108.
  • the contacting elements 124 and 126 of the antenna 102 are here pin-shaped and are finger-shaped from the ends of the windings 104 and 106 in the direction of the bridging region 128 from. At the ends of the contacting elements 24 and 126, an electrical contact with the chip 110 is formed in each case
  • FIG. 6 schematically shows a substrate 144.
  • the substrate may be made of a plastic, such as polycarbonate.
  • the substrate may have a thickness of, for example, 100 ⁇ m.
  • the surface of the substrate 144 forms a plane whose dimensions may correspond to a smart card standard.
  • the antenna 102 is applied, preferably printed. It is particularly advantageous that all windings and also the contacting elements 124, 126 of the antenna 102 are arranged in the same circuit plane, so that the antenna 02 can be completely applied to the substrate 144 in a single printing process.
  • FIG. 7 shows the connection of the antenna 102 to the chip 1 10.
  • an adhesive 146 is applied to the antenna 102.
  • the adhesive 146 includes conductive particles 148 dispersed in the adhesive 146. Since the particles 148 have a spatial dimension which is substantially lower than that of the windings of the antenna 102, this does not lead to electrical contacts between the windings. fertilize, since the distances of the particles 148 in the adhesive for this in the middle! are too big.
  • the chip 110 is then picked up and placed, for example, by a pick-and-place machine.
  • the chip 110 is a so-called flip chip, which is contacted with its upper side 150 downwards with the antenna 102.
  • the contact points 1 2 and 1 16 are each formed here as bumps.
  • a pressure can be exerted on the underside of the chip 110 so that the adhesive 46 is compressed in the region of the contact point between the bumps and the contacting elements 124 and 126. Due to this compression, there is an increased contact of the particles 148 in the transition region between the bumps and the contacting elements 124, 126, so that these particles 148 are involved in the formation of the electrical contact between the chip 110 and the antenna 102. This creates a mechanically stable electrical contact with a low contact resistance.
  • the arrangement thus produced also has a very low height, which may be, for example, about 170 microns.
  • the substrate 4 with the antenna 02 and the chip 1 0 arranged thereon can enter into the production of a chip card body of the document 00 by, for example, applying further layers of plastic or paper, which together form a layered chip card body.
  • FIG. 8 shows an embodiment in which a further electronic component 52 is electrically connected to the antenna 102 in a manner analogous to the chip 10, specifically via its contact points 1 12 'and 16'.
  • the component 152 can be, for example, a sensor, in particular a fingerprint sensor or an optical sensor, or a signal generator, such as an acoustic or optical signal transmitter.
  • the component 152 may be connected to the chip 110 via a signal line 154 and, for example, to input a sensor signal into the chip 110.
  • the wiring between the chip 110 and the component 152 may be limited to the traces needed for signal transmission.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dokument mit einem Chip (110) und einer Antenne (102) zur induktiven Einkopplung von Energie, wobei die Antenne eine äußere Windung (104), zumindest eine mittlere Windung (108) und eine innere Windung (106) aufweist, wobei die mittlere Windung zwischen der äußeren und der inneren Windung angeordnet ist, wobei die mittlere Windung in einem Überbrückungsbereich (128) der Antenne den Chip überbrückt, wobei die innere und die äußere Windung den Chip elektrisch kontaktieren.

Description

Dokument mit einem Chip und Verfahren zur Herstellung eines Dokuments
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Dokument mit einem Chip und einer Antenne sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dokuments.
Aus dem Stand der Technik sind Chipkarten mit integrierter Antenne an sich be- kannt. Bei der Antenne kann es sich z.B. um eine gewickelte Antenne handeln, die in den Kartenkörper der Chipkarte integriert ist, eine geätzte Antenne oder eine gedruckte Antenne. Eine Chipkarte mit einer gedruckten Antenne ist beispielsweise aus WO 2008/014993 A1 bekannt. Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Dokument mit einem Chip und einer Antenne sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Dokuments zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Nach Ausführungsformen der Erfindung wird ein Dokument mit einem Chip und einer Antenne zur induktiven Einkopplung von Energie geschaffen, wobei die Antenne eine äußere Windung, zumindest eine mittlere Windung und eine innere Windung aufweist, wobei die mittlere Windung zwischen der äußeren und der inneren Windung angeordnet ist, wobei die mittlere Windung in einem Überbrückungsbereich den Chip überbrückt, wobei die innere und die äußere Windung den Chip elektrisch kontaktieren. Anders betrachtet überbrückt der Chip die mittleren Windungen.
Unter einem„Chip" wird hier insbesondere ein Halberleiterchip mit einer integrierten elektronischen Schaltung verstanden. Bei dem Chip kann es sich um einen Spei- cherchip zur Speicherung von Daten und/oder einem Controller zur Kommunikation mit einem externen Lesegerät handeln. Die Einkopplung der Energie zur Energie- Versorgung des Chips erfolgt über die Antenne. Die Kommunikation mit dem externen Lesegerät kann beispielsweise nach einem RF1D- oder N FC-Verfahren über dieselbe Antenne erfolgen. Unter einem Chip wird erfindungsgemäß auch eine integrierte elektronische Schaltung verstanden, die ganz oder teilweise drucktechnisch aufgebracht ist, wie z.B. mittels leitfähiger Tinte, insbesondere eine polymer- elektronische Schaltung.
Nach Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei dem Chip um eine gedünnte integrierte Schaltung. Unter einer gedünnten integrierten Schaltung wird eine integrierte Schaltung verstanden, welche eine Dicke von höchstens 200 pm, bevorzugt von höchstens 100 μιη, weiter bevorzugt von höchstens 80 pm, weiter bevorzugt von höchstens 60 μηη, weiter bevorzugt von höchstens 50 μιη, weiter bevorzugt von höchstens 30 μπι und am meisten bevorzugt von höchstens 10 pm aufweist.
Nach Ausführungsformen der Erfindung ist die integrierte Schaltung ungehaust. Dadurch wird eine besonders kompakte Anordnung in dem Laminat des Dokuments erreicht, sodass das Wert- oder Sicherheitsdokument eine besonders geringe Bauhöhe aufweisen kann. Ferner ist dadurch eine gute Einbindung des integrierten Schaltkreises in das Dokument möglich, sodass dieser ein integraler Bestandteil des Dokuments ist. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität der integrierten Schaltung.
Unter einem„Dokument" wird hier jedes Dokument verstanden, welches einen Chip, d.h. eine integrierte elektronische Schaltung, beinhaltet, wobei das Dokument zum Beispiel Kunststoff- und/oder Papier-basiert sein kann. Bei dem Dokument kann es sich um ein Wert- oder Sicherheitsdokument, wie zum Beispiel um ein 1D- Dokument, d.h. ein Ausweisdokument, wie zum Beispiel einen Personalausweis, Reisepass, Führerschein, Fahrzeugbrief, Fahrzeugschein oder Firmenausweis, oder ein Zahlungsmittel, wie zum Beispiel eine Banknote, eine Kreditkarte oder einen sonstigen Berechtigungsnachweis, wie zum Beispiel eine Eintrittskarte, einen Frachtbrief, ein Visum oder dergleichen, handeln. Insbesondere kann es sich beim Dokument um eine Chipkarte handeln. Unter einem Dokument wird hier auch ein Dokument verstanden, welches buchartig ausgebildet ist, wie dies zum Beispiel bei einem Reisepass der Fall ist. Unter einem Dokument wird auch ein sogenanntes Funketikett verstanden, welches auch als RFID-Tag oder RFID-Label bezeichnet wird.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da eine besonders kostengünstige Möglichkeit zur Kontaktierung des Chips mit der Antenne geschaf- fen wird, welche außerdem die für die Anordnung der Antenne und des Chips auf dem Substrat erforderliche Fläche minimiert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dokument so ausgebildet, dass- die Windungen der Antenne nebeneinander in derselben Schaltungsebene liegen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Windungen der Antenne in einer einzigen Schaltungsebene angeordnet. Diese Schaltungsebene liegt außerhalb der Schaltungsebenen des Chips, beispielsweise in der durch das Substrat gege- benen Ebene. Beispielsweise sind die Windungen der Antenne in einer einzigen Schaltungsebene aufgedruckt; mit den Windungen der Antenne kann eine elektronische Komponente dieser Schaltungsebene verbunden werden, die ihrerseits mehrere Schaltungsebenen haben kann, wie das typischerweise bei einem Chip der Fall ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sich die Windungen in einem einzigen Druckvorgang auf das Substrat aufdrucken lassen. Das Aufdrucken kann durch verschiedene einschlägig bekannte Drucktechniken des Durch-, Tief-, Hoch- und Flachdrucks sowie des Digitaldrucks erfolgen, wie zum Beispiel durch Siebdruck, Inkjet-Printing- oder Transfer-Printing-Prozesse. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antenne spulenförmig ausgebildet und in einem Randbereich des Dokuments angeordnet. Die Windungen der Antenne sind dabei umlaufend entlang des Randes des Dokuments in der durch das Substrat gegebenen Ebene angeordnet, d.h. die einzelnen Windungen sind nebeneinander in derselben Schaltungsebene angeordnet.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Antenne aus einer aufgedruckten Paste, die leitfähige Partikel beinhaltet, insbesondere Silberleitpaste, oder einem anderen leitfähigen Material, wie zum Beispiel einem leitfähigen Polymer. Weitere einschlägig bekannte Materialien sind für den Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Substrat um einen Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat (PC), insbesondere Bisphenol-A-Polycarbonat, Polyethylente- rephthalat (PET), deren Derivaten wie Glykol-modifiziertem PET (PETG), Polyethy- lennaphthalat (PEN), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinyibutyral (PVB), Polymethyl- methacrylat (PMMA), Polyimid (PI), Polyvinylalkohol (PVA), Polystyrol (PS), Polyvi- nylphenol (PVP), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), thermoplatischen Elastomeren (TPE), insbesondere thermoplastischem Polyurethan (TPU), Acrylnitril- Butadien-Styrol (ABS), und/oder Papier sowie deren Derivate. Ferner kann das
Dokument auch aus einer Kombination von mehreren dieser Materialien bestehen. Bevorzugt besteht das Wert- oder Sicherheitsdokument aus PC oder PC/TPU/PC. Bevorzugt wird das Wert- oder Sicherheitsdokument aus 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 10 Folien, hergestellt.
Das Dokument kann beispielsweise aus diesen Materialen mittels Lamination her- gestellt werden. Typischerweise erfolgt die Lamination von PC in einer Heißpresse bei 170 °C bis 200 °C und einem Druck von 50- 600 N/cm2 sowie in einer Kühlpresse bei einem Druck von 50 - 800 N/cm2.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Antenne durch Siebdruck einer Silberleitpaste auf das Substrat und anschließende Trocknung der Silberleitpaste hergestellt. Beispielsweise erfolgt dies durch eine Heißlufttrocknung. Das Aufdrucken der Antenne kann beispielsweise durch Bogendruck oder durch Rolle-Rolle- Druck erfolgen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der aufgedruckten Paste zwischen 10 μιτι und 30 μιη, vorzugsweise ca. 20 [im. Die damit aufgedruckten dünnsten Strukturen haben eine Abmessung von 100 [im bis 300 μιη, insbesondere ca. 200 μιη. Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die innere und die äußere Windung des Dokuments je ein Kontaktierungselement ( 24, 126), um den Chip elektrisch zu kontaktieren, wobei der Überbrückungsbereich zwischen den Enden der Kontaktierungselemente, an denen die elektrischen Kontakte gebildet werden, liegt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die innere und die äußere Windung je ein Kontaktierungselement, welches zur elektrischen Kontaktierung mit dem Chip dient. Vorzugsweise liegen die Kontaktierungselemente in derselben Schaltungsebene wie die Windungen der Antenne, sodass die Kontaktierungselemente zusammen mit den Windungen in einem Arbeitsgang auf das Substrat aufgedruckt werden können. Die Kontaktierungselemente können aus dem selben Material wie die Windungen der Antenne bestehen. Beispielsweise sind die Kontaktierungselemente als Leiterbahnen ausgebildet, die fingerförmig an den Enden der inneren und äußeren Windungen angeordnet sind. An den Enden der Kontaktierungselemente erfolgt die elektrische Kontaktierung des Chips. Der Überbrückungsbereich der mittleren Windungen liegt dann zwischen den Enden der Kontaktierungselemente, d.h. die mittleren Windungen überbrücken den Chip zwischen den Enden der Kontaktierungselemente.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Chip um ein Surface Mount Device (SMD) oder ein Bare Die, wobei die Kontaktierungselemente je eine Kontaktstelle zur Kontaktierung des Chips aufweisen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Chip um ein gehäustes Bauelement, wie z.B. ein Surface Mount Device (SMD), oder um einen sogenannten Flip-Chip. Bevorzugt werden„ungehäuste" Bare Die als Flip Chip Bauteile verarbeiten. Man kann aber auch Wafer Level CSP (WL-CSP, Chip Size Pa- ckage) oder klassische CSP als Alternative zu den Flip Chips verwenden. Unter einem„Flip-Chip" wird hier insbesondere ein Chip verstanden, der mit den Kontaktstellen nach unten kontaktiert wird; unter einem„Bare Die" wird hier insbesondere ein ungehauster Chip verstanden; unter einem„Chip Size Package" (CSP) wird hier ein gehauster Chip verstanden, wobei das Gehäuse nicht wesentlich größer als der Chip selbst ist; unter„wafer level CSP" werden hier insbesondere Tech- niken verstanden, durch die Kontaktierungs- und Schutzmaßnahmen für einen Chip angewendet werden, solange sich dieser noch auf dem Wafer befindet.
Weiterhin ist der Chip in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch Flip-Chip-Klebetechnik in das Wert- oder Sicherheitsdokument eingebracht und mit der Antenne verbunden. Beispielsweise wird der integrierte Schaltkreis über einen anisotrop leitfähigen Kleber mit der Antenne elektrisch und mechanisch verbunden. Unter einem anisotrop leitfähigen Kleber wird hier ein Kleber verstanden, dessen elektrische Leitfähigkeit eine Vorzugsrichtung aufweist. Der anisotrop leitfähigen Kleber (Anisotropie Conductive Adhesive - ACA) kann als Paste (Anisotropie Conductive Paste - ACP) oder als Film (Anisotropie Conductive Film - ACF) aufgebracht werden. Es kann aber auch ein nicht leitender Kleber
(NCF) oder kein Kleber eingesetzt werden. Als besonders vorteilhaft hat sich die Beaufschlagung der bumps mit Druck bei erhöhter Temperatur kombiniert mit Klebebonden mit einem ACA oder ACF für das Bonding des Flip Chips herausgestellt. Beispielsweise kann der anisotrop leitfähigen Kleber so ausgebildet sein, dass er in etwa gleichmäßig räumlich verteilte elektrisch leitfähige Partikel enthält. Durch die Aufbringung von Druck auf die Klebefläche entsteht die Anisotropie der elektrischen Leitfähigkeit.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Chip um einen Flip-Chip, der mittels eines kollabierten Lots, insbesondere eines kollabierten Lots, mit den Kontaktierungselementen elektrisch kontaktiert ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Chip je eine Kontaktstelle zur Kontaktierung der inneren bzw. der äußeren Windung. Für diese Kontaktierung können an sich bekannte Bondingtechniken eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft erfolgt die Kontaktierung durch ein Lot, d.h. beispielsweise einen sogenannten solder bump, insbesondere ein kollabiertes Lot, wie z.B. einen kollabierten Solder Bump. Unter einem„Bump" wird hier insbesondere eine Kontaktstelle einer elektronischen Komponente, insbesondere eines Chip, verstanden. Diese kann zum Beispiels mittels eines ACF elektrisch kontaktiert werden und/oder durch Erwärmung des Lot, so dass eine Lötstelle entsteht. Bei der Erwärmung des Lots kann dies plastisch verformbar werden, an seiner Oberfläche schmelzen oder vollständig schmelzen, je nach Bonding Verfahren und der Temperatur, auf die die Kontakstelle aufgeheizt wird. Insbesondere im letzteren Fall spricht man auch von einem„Solder Bump". Unter einem„kollabiertem Lot" wird hier insbesondere ein Solder Bump verstanden, der beim Bonding plastisch verformt, an seiner Oberfläche angeschmolzen oder vollständig geschmolzen ist. Insbesondere kann die elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktierungsele- menten der Antenne und den Kontaktsteilen des Chips jeweils durch kollabiertes Lot, insbesondere eine Controlled Collapse Chip Connection (C4), hergestellt wer den, d.h. durch kollabierte Solder Bumps. Beim Einsatz von C4 Bumps ist die Verwendung eines NCA vorteilhaft, der dann z.B. die Funktion eines Underfillers übernimmt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kontaktierung sowohl durch einen anisotrop leitfähigen Kleber als auch durch ein kollabiertes Lot, welches von dem anisotrop leitfähigen Kleber umgeben ist. Durch die Kombination dieser Kon- taktierungstechniken resultiert ein besonders geringer Übergangswiderstand bei sehr guten mechanischen Eigenschaften.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung werden Au, oder Pd, Ni/Au Bumps ohne Lot eingesetzt. Diese werden vorzugsweise nicht aufgescholzen, sondern die Kontaktierung wird durch einen ACA hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass bei einer relativ geringen Temperatur gearbeitet kann, so dass ein Kunststoff mit einer entsprechend geringen Schmelztemperatur verwendet werden kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die mittleren Windungen in dem Überbrückungsbereich einen kleineren Querschnitt als außerhalb des Überbrü- ckungsbereichs. Hierdurch wird es einerseits ermöglicht, die mittleren Windungen über die relativ kleine Chipfläche zu führen, wobei andererseits der elektrische Widerstand, der die Güte der Antenne beeinflusst, nicht zu stark ansteigt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung haben die mittleren Windungen in dem Überbrückungsbereich einen geringeren Abstand zueinander als außerhalb des Überbrückungsbereichs. Auch dies ist besonders vorteilhaft, um eine Überbrückung einer relativ kleinen Chipfläche durch die mittleren Windungen zu ermöglichen. Nach einer Ausführungsform der Erfindung verjüngen sich die mittleren Windungen in einem Übergangsbereich delta-förmig oder trichter-förmig auf den Überbrückungsbereich hin. Auf diese Weise wird die mechanische Festigkeit der Leiterbahn in dem (kritischen) Übergangsbereich zwischen den Leiterbahnen der Antenne großen Leitungsquerschnitts zu den Leiterbahnen der Antenne kleinen Leitungsquerschnitts sowie dem Überbrückungsbereich erhöht. Aufgrund des allmählichen
Übergangs von dem großen zu dem kleinen Leitungsquerschnitt werden mechanische Spannungsspitzen vermieden. Somit kann eine Beschädigung der Antenne bei der Herstellung und dem Gebrauch des Dokuments weitgehend vermieden und somit die Ausbeute bzw. die Lebensdauer erhöht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Dokumentenkörper ein Substrat auf welches die Antenne aufgedruckt ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Kontaktierung des Chips mit der Antenne mittels eines anisotrop leitfähigen Klebers. Beispielsweise wird der Kleber nach dem Aufdrucken der Antenne auf die Antenne aufgebracht, und zwar beispielsweise durch einen Dispenser , einem Stempel oder mittels Siebdruck. Bei dem Dispenser kann es sich um einen robotischen Fertigungsautomaten handeln, der eine definierte Menge der Klebers aufbringt.
Der Kleberauftrag kann dabei vollflächig erfolgen oder lediglich in dem Bereich der Kontaktierungselemente. Vorzugsweise erfolgt der Kleberauftrag so, dass der Kleber zumindest den Raum zwischen der Oberseite des Chips und der Oberseite des Substrats ausfüllt. Hierdurch ist neben einer elektrischen Kontaktierung auch eine gute mechanische Befestigung des Chips an dem Substrat gegeben.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Chip an gegenüberliegenden Seiten seines Randes Kontaktstellen, an denen er mit der Antenne elektrisch kontaktiert ist. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der elektrische Kontakt zwischen dem Chip und der Antenne mit Hilfe eines anisotrop leitfähigen Klebers hergestellt. Nach einer Ausführungsform der Erfindung füllt der anisotrop leitfähige Kleber zumindest den Raum zwischen der Oberseite des Chips und den darunter liegenden Windungen der Antenne aus.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Dokument zumindest eine wei- tere elektrische oder elektronischen Komponente, die mit zwei der Windungen der Antenne an Kontaktstellen verbunden ist, um von der Antenne eine Spannung abzugreifen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Komponente mit dem Chip über eine Signalleitung verbunden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Dokument eine Anzeigevorrichtung, d.h. ein sogenanntes Display. Bei der Anzeigevorrichtung kann es sich um eine bistabile Anzeigevorrichtung, eine elektrophoretische Anzeige, eine elektro- chrome Anzeige, eine Flüssigkeitskristallanzeige (LCD), LED-Anzeige, insbesondere anorganische LED- oder organische LED-Anzeige (OLED), bistabile LCD- Anzeigen, zum Beispiel twisted nematic, super twisted nematic, cholesterische oder nematische LCD-Anzeigen, Drehelementanzeige, Balkenanzeige, Photolumineszenz-Löschungsanzeige oder eine Anzeige auf Basis des Elektrowetting-Effekts oder eine Hybridanzeige. handeln.
Insbesondere kann es sich bei der Anzeigevorrichtung um eine flexible, bistabile Anzeige handein. Solche Anzeigen sind z.B. aus US 2006/0250534 A1 bekannt. Weitere bistabile elektrophoretische Anzeigen sind beispielsweise aus WO 99/53371 und EP 1 715 374 A1 bekannt. Bistabile Anzeigen werden auch als „Electronic Paper Display" (EPD) bezeichnet.
Der Chip ist zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung ausgebildet. Hierzu kann der Chip einen elektronischen Speicher zur Speicherung von Bilddaten aufweisen, die aufgrund der Einkopplung von elektrischer Energie auf der Anzeigevorrichtung angezeigt werden. Der Chip kann einen Treiber für die Anzeigevorrichtung beinhalten. Der Treiber und/oder der Speicher kann aber auch als separate Komponente oder als Teil der Anzeigevorrichtung ausgebildet sein.
Die Energieversorgung der Anzeigevorrichtung kann über dieselbe Antenne erfolgen, über die auch der Chip mit Energie versorgt wird oder über eine separate Antenne.
Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass aufgrund der platzsparenden Anordnung des Chips auf dem Substrat eine entsprechend große Fläche zur Anordnung einer Anzeigevorrichtung auf dem Substrat oder anderer elektronischer Komponenten verbleibt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Dokuments mit den folgenden Schritten: Aufdrucken einer Antenne auf ein Substrat, wobei die Antenne eine äußere Windung, eine innere Windung und zumindest eine zwischen den inneren und äußeren Windungen angeordnete mittlere Windung auf- weist, und wobei die Windungen in einer Ebene liegen, Platzierung eines Chips auf der Antenne, so dass der Chip in einem Überbrückungsbereich der mittleren Windung der Antenne von der mittleren Windung überbrückt wird, Kontaktierung des Chips mit der inneren Windung und der äußeren Windung. Das Aufdrucken der Antenne kann durch verschiedene Druckprozesse erfolgen, insbesondere durch Siebdruck. Das Substrat kann kartenförmig ausgebildet sein, beispielsweise entsprechend einem Chipkartenformat. Das Substrat kann mit ein oder mehreren weiteren Schichten verbunden werden, die zum Beispiel auflaminiert werden, um so einen Dokumentenkörper, insbesondere einen Chipkartenkörper, zu bilden. Bei dem Substrat mit der aufgedruckten Antenne und dem Chip kann es sich also um ein sog. Inlay handeln.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da durch das Aufdrucken im wesentlichen nur dasjenige Material auf das Substrat aufgebracht wird, das für die Realisierung der resultierenden Antenne erforderlich ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich Material großflächig auf das Substrat aufzubringen und es dann zum größten Teil wieder zu entfernen, wie dies bei vielen Strukturierungsprozessen der Fall ist. Dies ist besonders auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes und des sparsamen Umgangs mit Rohstoffen vorteilhaft.
Die Dicke der Antenne im Wert- oder Sicherheitsdokument (nach Trocknung und Lamination) beträgt bevorzugt höchstens 20 pm, besonders bevorzugt höchstens 17 pm. Die Dicke der Antenne beträgt bevorzugt wenigstens 7 pm, besonders bevorzugt wenigstens 10 pm. Der Widerstand der Antenne beträgt bevorzugt 3 bis 10 Ohm. Die Antenne weist bevorzugt 3 bis 10 Windungen, besonders bevorzugt 3 bis 6 Windungen, auf und ist vorzugsweise aus Leiterbahnen gebildet. Die Leitfähigkeit und Spannungsrissempfindlichkeit können durch den Zusatz von Kohlenstoffnano- röhren (carbon nanotubes, CNT), insbesondere von mehrwandigen Kohlenstoffna- noröhren (multi-walled carbon nanotubes, MWCNT) optimiert werden.
Die Platzierung des Chips auf den Kontaktierungselementen der inneren bzw. äußeren Windung der Antenne kann durch einen sogenannten Pick-and-Place- Automaten oder Diebonder erfolgen. Bei einem Pick-and-Place-Automaten kann es sich um ein robotisches Gerät zur Aufnahme und Platzierung von elektrischen oder elektronischen Komponenten und bei einem Diebonder um einen robotisches Bonding-Gerät zum Bonding solcher Komponenten handeln. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Aufdruck der spulenför- migen Antenne ein anisotrop leitfähiger Kleber aufgebracht, über den die Kontaktie- rung des Chips mit der inneren und äußeren Windung erfolgt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat der Chip Kontaktstellen, die zur Kon- taktierung mit der inneren und der äußeren Windung kollabiert werden.-Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Aufdrucken der Antenne ein anisotrop leitfähiger Kleber auf die Antenne in dem Bereich des Substrats aufgebracht, in dem der Chip platziert werden soll. Anschließend wird der Chip auf den Kontaktierungselementen platziert, sodass es zur Ausbildung der elektrischen Kontakte des Chips mit der Antenne kommt. Besonders vorteilhaft werden die Kontaktstellen des Chips jeweils durch einen Solder Bump gebildet. Die Herstellung der elektrischen Kontakte zwischen dem Chip und der Antenne erfolgt dann so, dass nach dem Aufbringen des nichtleitfähigen Klebers die Solder Bumps auf den Enden der Kontaktierungselemente der Antenne positioniert werden. Die Solder Bumps werden dann zum Beispiel durch Ultraschall, Temperatur oder Mikrowellen aufgeheizt, sodass sie Kollabieren und so eine elektrische Verbindung jeweils mit den Enden der Kontaktierungselemente herstellen. Zusätzlich kann hierbei ein Druck auf die Rückseite des Chips ausgeübt werden, was einen besonders niederohmigen Übergangswiderstand zwischen den Enden der Kontaktierungselemente und dem Chip zur Folge hat.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können außer dem Chip ein oder mehrere elektrische oder elektronische Komponenten auf analoge Art und Weise mit der Antenne elektrisch verbunden werden, um diese mit Energie zu versorgen und/oder zur Signalübertragung für Kommunikationszwecke.
!m Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dokuments,
Figur 2 eine Draufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne,
Figur 3 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne, eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antenne, Figur 5 eine Detailansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dokuments,
Figur 6 ein Diagramm zur Darstellung der Aufbringung der Antenne auf das Substrat, Figur 7 ein Diagramm zur Darstellung der Platzierung und Kontaktierung des
Chips mit der Antenne,
Figur 8 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dokuments. Im Weiteren werden einander entsprechende Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt ein Dokument 100, welches hier kartenförmig ausgebildet ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Dokument 100 um eine Chipkarte handeln. Das Dokument 00 hat eine Antenne 102, deren Windungen entlang der Ränder des Dokuments 100 verlaufen. Die Antenne ist spulenförmig ausgebildet und dient zur induktiven Kopplung mit einem externen Lesegerät. Durch die induktive Kopplung wird Energie in das Dokument 100 eingekoppelt, und zwar zur Energieversorgung von einem oder mehreren Verbrauchern des Dokuments 00 und/oder zur Signal- Übertragung für Kommunikationszwecke mit dem Lesegerät.
Die Antenne 102 hat eine äußere Windung 104 und eine innere Windung 106. Zwischen der äußeren Windung 104 und der inneren Windung 106 ist zumindest eine mittlere Windung 108 angeordnet, und zwar in derselben Schaltungsebene wie die Windungen 104 und 106.
Die Antenne 102 kann aufgedruckt sein und beispielsweise aus Silberleitpaste oder einem leitfähigen Polymer bestehen. Das Dokument 100 hat ferner zumindest einen Chip 1 10, der mit der Antenne 102 elektrisch verbunden ist, um den Chip 110 mit Energie zu versorgen und/oder zur Kommunikation mit dem externen Lesegerät, beispielsweise nach einem RFID- oder N FC-Verfahren. Insbesondere kann es sich bei dem Chip 110 um einen sogenannten RFID-Chip handeln.
Der Chip 1 10 hat eine Kontaktstelle 1 2, die an einem oberen Rand 1 14 des Chips 1 10 angeordnet ist sowie eine Kontaktstelle 116, die an einem unteren Rand
1 18 des Chips 1 10 angeordnet ist. Die Kontaktstellen 1 12 und/oder 1 6 können auch an den linken und rechten Rändern 120 bzw. 122 des Chips 110 angeordnet sein. Die äußere Windung 104 bildet an ihrem Ende ein Kontaktierungselement 124, und die innere Windung 106 bildet an ihrem Ende ein Kontaktierungselement 126 zur Kontaktierung der Kontaktstellen 112 bzw. 1 16 (vgl. insbesondere Figuren 6 und 7). Die Kontaktstelle 112 des Chips 1 10 bildet mit dem Kontaktierungselement 124 der äußeren Windung 104 der Antenne 102 einen elektrischen Kontakt sowie auch die Kontaktstelle 1 6 des Chips 1 10 einen elektrischen Kontakt mit dem Kontaktierungselement 126 der inneren Windung 106 bildet. Durch die elektrischen Kontakte kann der Chip 1 10 auch mechanisch mit dem Dokumentenkörper des Dokuments 100 verbunden sein. Die zumindest eine mittlere Windung 108 überbrückt den Chip 1 10 in einem Über- brückungsbereich 128, der sich zwischen den Kontaktstellen 112 und 116 von dem Rand 120 zu dem Rand 122 des Chips 110 erstreckt. Dies ist besonders vorteilhaft, da der Chip 1 10 so auf oder unter der Antenne 102 angeordnet werden kann, was besonders platzsparend ist. Außerdem ist die Herstellung des Dokuments beson- ders effizient und kostengünstig möglich, da die Windungen 104, 106, 108 der Antenne 102 einschließlich der Kontaktierungselemente 124, 126 in derselben Schaltungsebene liegen, sodass für die Kontaktierung des Chips 110 mit der Antenne 102 keine Durchkontaktierungen, d.h. sog. vias, in dem Dokumentenkörper erforderlich sind. Der Chip 110 hat bei der hier betrachteten Ausführungsform einen elektronischen Speicher 130, einen Prozessor 132 und einen Treiber 134. Der Treiber 134 dient zur Ansteuerung einer Anzeige 136, die über Leitungen 138 mit dem Chip 110 ver- bunden ist. Neben der Übertragung von Steuerungssignalen von dem Chip 110 zu der Anzeige 136 können die Leitungen 138 auch zur Übertragung eines Teils der elektrischen Energie, die über die Antenne 102 eingekoppelt worden ist, von dem Chip 10 zu der Anzeige 136 dienen, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen.
In dem Speicher 130 können Bilddaten gespeichert sein. Die Bilddaten können beispielsweise ein oder mehrere digitale Gesichtsbilder des Inhabers des Dokuments 100, einen zweidimensionalen Barcode, ein Symbol, textuelle Daten oder andere Daten beinhalten, die als Bild auf der Anzeigevorrichtung 102 wiedergegeben wer- den können.
Zur Wiedergabe der Bilddaten greift der Prozessor 132 auf den Speicher 130 zu, sodass die Bilddaten von dort ausgelesen und über den Treiber 134 auf der Anzeige 136 wiedergegeben werden.
Beispielsweise kann es sich bei dem Dokument 00 um ein Ausweisdokument handeln. Zur Durchführung einer Sichtprüfung wird von einem externen Lesegerät induktiv elektrische Energie in die Antenne 102 eingekoppelt, sodass der Chip 110 und die Anzeigevorrichtung 136 mit Energie versorgt werden. Der Prozessor 132 beginnt daraufhin zu arbeiten, sodass die Bilddaten aus dem Speicher 130 ausgelesen und auf der Anzeige 136 wiedergegeben werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Treiber 134 integraler Bestandteil der Anzeige 136. In diesem Fall steuert der Prozessor 132 den Treiber 134 der An- zeige 136 über die Leitungen 138 an.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das Dokument 100 eine weitere Antenne (in der Figur 1 nicht gezeigt), über die die Anzeige 136 induktiv mit elektrischer Energie versorgt wird. In dem Speicher 130 können auch schutzbedürftige Daten gespeichert sein, die von dem externen Lesegerät zum Beispiel nach einem RFID- oder NFC-Verfahren aus dem Dokument 00 ausgelesen werden können. Hierzu kann es erforderlich sein, dass zunächst eine einseitige oder eine gegenseitige Authentifizierung des Dokuments 100 und des externen Lesegeräts zur Prüfung der Zugriffsberechtigung des externen Lesegeräts auf die in dem Speicher 130 gespeicherten Daten durchgeführt wird. Die Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des Dokuments 100, bei der die Antenne 102 eine Anzahl von N = 4 Windungen hat, d.h. von zwei mittleren Windungen 108.
Die nebeneinander in einer Schaltungsebene angeordneten Windungen der Anten- ne 102 haben außerhalb des Überbrückungsbereichs 128 einen Abstand von 0,5 mm. Jede einzelne Windung hat eine Breite von 1 mm und eine Höhe von 12 μιτι. Wenn die Antenne 102 aus Silberleitpaste besteht, ergibt sich daraus etwa eine Induktivität von L = 2,2 μΗ bei einem ohmschen Widerstand R = 35 Ω. Dies ergibt eine Güte der Antenne 102 von Q = 5,0.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 beträgt die Anzahl der Windungen N hingegen N = 5 bei gleichem Windungsquerschnitt und gleichem Abstand zwischen den Windungen wie gemäß der Ausführungsform der Figur 2. Daraus resultiert etwa eine Induktivität von L = 3,1 pH, ein ohmscher Widerstand R = 50 Ω und eine Güte Q = 5,9.
Gemäß der Ausführungsform der Figur 4 ist die Windungszahl N = 4, wie dies auch bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 der Fall ist. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß Figuren 2 und 3 beträgt hier die Breite einer Windung außer- halb des Überbrückungsbereichs 2 mm, was etwa eine Induktivität L = 3, 1 μΗ, einen ohmschen Widerstand R = 22 Ω und eine Güte Q = 6,3 zur Folge hat.
Bei den Ausführungen der Erfindung gemäß Figuren 2, 3 und 4 haben die mittleren Windungen 08 in dem Überbrückungsbereich 128 einen geringeren Leitungsquer- schnitt als außerhalb des Überbrückungsbereichs 128. Ferner haben die mittleren Windungen 108 innerhalb des Überbrückungsbereichs 128 einen geringeren Abstand zueinander als außerhalb des Überbrückungsbereichs 128, um die für die Platzierung und die elektrische Kontaktierung des Chips 1 10 (vgl. Figur 1 ) erforderliche Topologie zu schaffen. Dabei verjüngen sich die mittleren Windungen 108 in Richtung auf den Übergangsbereich 128 delta -förmig.
Die Figur 5 zeigt den Überbrückungsbereich 128 der Windungen 108 über dem Chip 1 10 und die daran anschließenden deita-förmigen Verjüngungen in den Bereichen 140 und 142 der Windungen 108.
Die Kontaktierungselemente 124 und 126 der Antenne 102 sind hier stiftartig ausgebildet und stehen fingerförmig von den Enden der Windungen 104 bzw. 106 in Richtung auf den Überbrückungsbereich 128 ab. An den Enden der Kontaktierungselemente 24 bzw. 126 wird jeweils ein elektrischer Kontakt mit dem Chip 110 gebildet
Die Figur 6 zeigt schematisch ein Substrat 144. Das Substrat kann aus einem Kunststoff bestehen, wie zum Beispiel aus Polycarbonat. Das Substrat kann eine Dicke von zum Beispiel 100 μιη haben. Die Oberfläche des Substrats 144 bildet eine Ebene, deren Abmessungen einem Chipkartenstandard entsprechen können. Auf das Substrat 144 wird die Antenne 102 aufgebracht, vorzugsweise aufgedruckt. Hierbei ist besonders vorteilhaft, dass sämtliche Windungen und auch die Kontaktie- rungselemente 124, 126 der Antenne 102 in derselben Schaltungsebene angeordnet sind, sodass sich die Antenne 02 vollständig in einem einzigen Druckvorgang auf das Substrat 144 aufbringen lässt.
Die Figur 7 zeigt die Verbindung der Antenne 102 mit dem Chip 1 10. Hierzu wird ein Kleber 146 auf die Antenne 102 aufgebracht. Der Kleber 146 beinhaltet leitfähige Partikel 148, die in dem Kleber 146 verteilt sind. Da die Partikel 148 eine räumliche Dimension aufweisen, die wesentlich unter der der Windungen der Antenne 102 liegt, kommt es hierdurch nicht zu elektrischen Kontaktierungen zwischen den Win- düngen, da die Abstände der Partikel 148 in dem Kleber hierfür im Mitte! zu groß sind. Der Chip 1 10 wird dann zum Beispiel von einer Pick-and-Place-Maschine aufgegriffen und platziert. Bei dem Chip 110 handelt es sich hier um einen sogenannten Flip- Chip, der mit seiner Oberseite 150 nach unten mit der Antenne 102 kontaktiert wird. Die Kontaktstellen 1 2 und 1 16 sind hier jeweils als bumps ausgebildet. Hierbei kann gleichzeitig ein Druck auf die Unterseite des Chips 110 ausgeübt werden, sodass der Kleber 46 in dem Bereich der Kontaktstelle zwischen den bumps und den Kontaktierungselementen 124 bzw. 126 verdichtet wird. Aufgrund dieser Verdichtung kommt es zu einer vermehrten Kontaktierung der Partikel 148 in dem Übergangsbereich zwischen den Bumps und den Kontaktierungselementen 124, 126, sodass diese Partikel 148 an der Bildung des elektrischen Kontakts zwischen dem Chip 110 und der Antenne 102 beteiligt werden. Hierdurch wird ein mechanisch stabiler elektrischer Kontakt mit einem geringen Übergangswiderstand geschaffen. Die so hergestellte Anordnung hat zudem eine sehr geringe Bauhöhe, die zum Beispiel ca. 170 um betragen kann.
Das Substrat 4 mit der darauf angeordneten Antenne 02 und dem Chip 1 0 kann in die Herstellung eines Chipkartenkörpers des Dokuments 00 eingehen, indem beispielsweise weitere Schichten aus Kunststoff oder Papier aufgebracht werden, die zusammen einen schichtförmigen Chipkartenkörper bilden.
Die Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der eine weitere elektronische Komponente 52 in zu dem Chip 10 analoger Art und Weise mit der Antenne 102 elektrisch verbunden ist, und zwar über deren Kontaktstellen 1 12' und 1 16'. Bei der Komponente 152 kann es sich zum Beispiel um einen Sensor, insbesondere einen Fingerabdrucksensor oder einen optischen Sensor handeln, oder um einen Signalgeber, wie zum Beispiel einen akustischen oder optischen Signalgeber.
Die Komponente 152 kann über eine Signalleitung 154 mit dem Chip 110 verbunden sein, und um zum Beispiel ein Sensorsignal in den Chip 110 einzugeben. Hier durch werden separate Leitungen zur Energieversorgung der Komponente 52 eingespart und die Verdrahtung zwischen dem Chip 1 10 und der Komponente 152 kann sich auf die für die Signalübertragung notwendigen Leiterbahnen beschrän- ken.
Bezugszeichenliste
Dokument
Antenne
Windung
Windung
Windung
Chip
Kontaktstelle
" Kontaktstelle
Rand
Kontaktstelle
' Kontaktstelle
Rand
Rand
Rand
Kontaktierungselement
Kontaktierungselement
Überbrückungsbereich
Speicher
Prozessor
Treiber
Anzeige
Leitungen
Bereich
Bereich
Substrat
Kleber
Partikel
Oberseite
Komponente
Signalleitung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Dokument mit einem Chip (110) und einer Antenne (102) zur induktiven Ein- kopplung von Energie, wobei die Antenne eine äußere Windung (104), zumindest eine mittlere Windung (108) und eine innere Windung (106) aufweist, wobei die mittlere Windung zwischen der äußeren und der inneren Windung angeordnet ist, wobei die mittlere Windung in einem Überbrückungsbereich (128) der Antenne den Chip überbrückt, wobei die innere und die äußere Windung den Chip elektrisch kontaktieren.
Dokument nach Anspruch 1, wobei die Windungen der Antenne nebeneinander in derselben Schaltungsebene liegen.
Dokument nach Anspruch 1 oder 2, wobei die innere und die äußere Windung je ein Kontaktierungseiement ( 24, 126) aufweisen, um den Chip elektrisch zu kontaktieren, wobei der Überbrückungsbereich zwischen den Enden der Kontaktierungselemente, an denen die elektrischen Kontakte gebildet werden, liegt.
Dokument nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem Chip um ein Surface Mount Device (SMD) oder eines Bare Die handelt, wobei die Kontaktierungselemente je eine Kontaktstelle zur Kontaktierung des Chips aufweisen.
Dokument nach Anspruch 3 oder 4, wobei es sich bei dem Chip um einen Flip-Chip handelt, der mittels eines kollabierten Lots (112, 116) mit den Kon- taktierungselementen elektrisch kontaktiert ist.
Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittleren Windungen in dem Überbrückungsbereich einen kleineren Leitungsquerschnitt als außerhalb des Überbrückungsbereichs haben.
Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittleren Windungen in den Überbrückungsbereich einen geringeren Abstand zueinander haben als außerhalb des Überbrückungsbereichs.
8. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die mittleren Windungen deita-förmig auf den Überbrückungsbereich hin verjüngen. 9. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dokumentenkörper ein Substrat (144) aufweist, auf welches die Antenne aufgedruckt ist.
10. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antenne durch eine Silberleitpaste oder ein leitfähiges Polymer gebildet wird.
1 1. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Chip an gegenüberliegenden Seiten seines Randes Kontaktstellen (1 12, 1 16) aufweist, an denen er mit der Antenne elektrisch kontaktiert ist.
12. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrische Kontakt zwischen dem Chip und der Antenne mit Hilfe eines anisotrop leitfähigen Klebers hergestellt wird. 13. Dokument nach Anspruch 12, wobei der anisotrop leitfähige Kleber zumindest den Raum zwischen der Oberseite (150) des Chips und den darunter liegenden Windungen der Antenne ausfüllt.
14. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Anzeigevor- richtung (136), wobei der Chip zur Ansteuerung der Anzeigevorrichtung ausgebildet ist.
Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer weiteren elektrischen oder elektronischen Komponente (152), die mit zwei der Windungen der Antenne an Kontaktstellen (1 12' , 1 16') verbunden ist, um von der Antenne eine Spannung abzugreifen.
Dokument nach Anspruch 15, wobei es sich bei der weiteren Komponente (152) um einen Sensor, insbesondere einen Fingerabdrucksensor oder einen optischen Sensor, oder um einen Signalgeber, wie zum Beispiel einen akustischen oder optischen Signalgeber, handelt.
17. Dokument nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Komponente mit dem Chip über eine Signalleitung (154) verbunden ist.
18. Dokument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich um ein Wert- oder Sicherheitsdokument, wie zum Beispiel um ein Ausweisdokument, wie zum Beispiel einen Personalausweis, Reisepass, Führerschein, Fahrzeugbrief, Fahrzeugschein oder Firmenausweis, oder ein Zahlungsmittel, wie zum Beispiel eine Banknote, eine Kreditkarte oder einen sonstigen Berechtigungsnachweis, wie zum Beispiel eine Eintrittskarte, einen Frachtbrief, oder um ein Visum handelt.
19. Verfahren zur Herstellung eines Dokuments mit folgenden Schritten:
Aufdrucken einer Antenne (102) auf ein Substrat (144), wobei die Antenne eine äußere Windung (104), eine innere Windung (106) und zumindest eine zwischen den inneren und äußeren Windungen angeordnete mittlere Windung (108) aufweist, und wobei die Windungen in einer Ebene liegen,
Platzierung eines Chips (110) auf der Antenne, so dass der Chip in einem Überbrückungsbereich (128) der Antenne von der mittleren Windung überbrückt wird,
Kontaktierung des Chips mit der inneren Windung und der äußeren Windung.
19. Verfahren nach Anspruch 19, wobei nach dem Aufdruck der spulenförmigen Antenne ein anisotrop leitfähiger Kleber aufgebracht wird, über den die Kontaktierung des Chips mit der inneren und äußeren Windung erfolgt.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei der Chip Kontaktstellen (112, 116) aufweist, die zur Kontaktierung mit der inneren und der äußeren Windung kollabiert werden.
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