WO2012019694A1 - Tragbarer datenträger mit über spulenkopplung arbeitender datenkommunikationseinrichtung - Google Patents

Tragbarer datenträger mit über spulenkopplung arbeitender datenkommunikationseinrichtung Download PDF

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WO2012019694A1
WO2012019694A1 PCT/EP2011/003612 EP2011003612W WO2012019694A1 WO 2012019694 A1 WO2012019694 A1 WO 2012019694A1 EP 2011003612 W EP2011003612 W EP 2011003612W WO 2012019694 A1 WO2012019694 A1 WO 2012019694A1
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WO
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data carrier
damping layer
antenna coil
portable data
layer
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Application number
PCT/EP2011/003612
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English (en)
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Inventor
Michael Baldischweiler
Original Assignee
Giesecke & Devrient Gmbh
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Publication date
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    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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    • G06K19/06—Record carriers for use with machines and with at least a part designed to carry digital markings characterised by the kind of the digital marking, e.g. shape, nature, code
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    • G06K19/077—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier
    • G06K19/07749—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card
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    • G06K19/07771—Constructional details, e.g. mounting of circuits in the carrier the record carrier being capable of non-contact communication, e.g. constructional details of the antenna of a non-contact smart card the record carrier comprising means for minimising adverse effects on the data communication capability of the record carrier, e.g. minimising Eddy currents induced in a proximate metal or otherwise electromagnetically interfering object

Definitions

  • the invention relates to portable data carriers with a data processing device operating via a coil coupling.
  • the invention relates to the insertion into a user terminal certain resource-limited, emphasizedf örmige data carriers that can perform an operating via electromagnetic coupling data communication even if they are used in a user terminal.
  • Portable data carriers in the sense of the present invention are in particular card-shaped data carriers in the form of memory cards, such as micro Secure Digital (micro SD), Compact Flash, Micro Drive, Memory Stick, Secure Digital Card, Multi Media Card, xD-Picture Card , Smart Media Card.
  • micro Secure Digital micro SD
  • Compact Flash Compact Flash
  • Micro Drive Memory Stick
  • Secure Digital Card Multi Media Card
  • xD-Picture Card Smart Media Card.
  • Radio-based data-grain transmission device for example with an RFID (Radio Frequency Identification) transponder unit, which comprise an electromagnetically coupling coil for data transmission.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • WO 2006/000446 A1 and EP 1801 741 A2 propose the use of RFID transponder units which operate with active load modulation.
  • the use of such data carriers is problematic if the antenna coil of the radio-based data communication device is arranged on a metal surface.
  • Such a constellation arises, for example, when a card in MicroSD format is placed in a reading device of a mobile phone and the reading device is arranged directly under the battery of the mobile phone.
  • oscillating electromagnetic fields generated by the antenna coil and also incident oscillating electromagnetic fields are attenuated by eddy currents generated in the electrically conductive metal surface.
  • the proposal in order to be able to place an antenna designed as a flat coil while maintaining its performance on any, in particular conductive, substrate, the proposal is known under the antenna a layer of soft magnetic material, ie a material with a large relative permeability ⁇ ⁇ , to arrange.
  • the layer may be full-surface, rectangular-ring-shaped or in the form of independent rectangular-shaped partial surfaces.
  • the proposal reduces restrictions on the arrangement of contactless transmission antennas depending on the particular surface.
  • the solution is an implementation of the concept described in the aforementioned RFID manual. On antennas housed in housings, the proposal is not transferable.
  • field weakening as described above may therefore occur because the data carriers are arranged within the housings of the devices. This usually applies even if active methods are used by means of load modulation, because often metal-housing devices are used or the data carriers are placed within a device in close proximity to metallic components, such as a baseband unit or a battery compartment become.
  • the object of the present invention is to provide a resource-limited, portable data carrier with a radio-based kornmurükationsein- direction with antenna coil, which can communicate stably and over a sufficient range with a reader when the user terminal in which the disk has been placed, an electromagnetic Field impairing housing, or the disk is disposed near a degrading component in the device.
  • a portable data carrier having a radio-based korrununikationseinrich tion which comprises an antenna coil, a perpendicular or at least substantially perpendicular to the coil axis of the antenna coil damping layer provided, which follows the shape of the antenna coil and this completely covers, wherein it has a recess over the enclosed by the antenna coil inner region.
  • the damping layer is arranged above the antenna coil, which in turn is formed on a central carrier layer, and consists of a material having a relative permeability ⁇ ⁇ of at least 5 and a resistivity of at least 10 1 ⁇ .
  • the transmission power of an inserted into a user terminal data carrier by 4db / ⁇ increase, at the same time improved the quality of the antenna, which is reflected an improved course of the resonance curve.
  • a second damping layer spaced apart from said damping layer and on an opposite side of the antenna coil there is a second damping layer extending perpendicularly or at least substantially perpendicular to the coil axis of the antenna coil, of a material having a relative permeability ⁇ ⁇ of at least 5 and a resistivity of at least 10 . 1 ⁇ arranged.
  • the second damping layer further increases the effect of attenuation reduction and correspondingly improves the range.
  • the upper damping layer has an interruption, preferably the layer is divided into at least two segments.
  • the segmentation further increases the attenuation reducing effect, assuming that the effect occurs because in the damping layer induced secondary eddy currents can form by the interruption worse.
  • the damping layer can have openings which, in an expedient embodiment, can have the shape of cylindrical holes. Very advantageous also a segmentation can be combined by interruptions with the formation of openings in the segments.
  • the second damping layer is subdivided into at least two segments, which are each separated from one another by a dielectric gap.
  • the second damping layer can also have openings.
  • antenna coil and damping layers are formed on an inlay, which is embedded in an outer mold to form a finished data carrier.
  • the damping layers are within the data carrier, so that they are protected against damage, whereby the handling of the data carrier is facilitated.
  • the outer surfaces of the data carrier can be used elsewhere, for example, for the application of visual information.
  • the internal arrangement of the damping layers also allows an efficient production of the data carriers, in that components and electronic components can be arranged in the interior surrounded by the damping layers.
  • the antenna is shielded by metal surfaces lying behind the damping layer in such a way that an alternating electromagnetic field generated by the antenna coil and an electromagnetic field generated by the antenna coil are shielded. generated by the reader, incident at the location of the antenna coil alternating field are only slightly attenuated by eddy currents generated in the metal surface.
  • the high-permeability layer guides the magnetic field lines of the aforementioned alternating fields within the layer along the plane of the layer.
  • the magnetic field lines are therefore directed with greater strength within the layer to the side surfaces of the portable data carrier.
  • the material of the damping layers has only slightly weakened by induced eddy currents, it has in all aspects of the invention a high relative permeability ⁇ ⁇ and at the same time the lowest possible electrical conductivity, ie the highest possible specific electrical resistance. In this way, it contributes only slightly by induced eddy currents for damping the electromagnetic fields formed around the antenna coil.
  • the relative permeability ⁇ ⁇ (of the first layer or the second layer or the body) has a value of at least 100, more preferably at least 140, 160, 180 or 200.
  • the electrical resistivity has a value of at least 1.10 , 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 or even 10 6 ⁇ .
  • the imaginary part of the complex permeability ⁇ ⁇ " which characterizes the magnitude of the magnetization losses in the material, is as small as possible, that is to say the magnetization losses must be kept as small as possible on the frequency range of the electromagnetic alternating field used for data transmission. This is preferably at 13, 56 MHz.
  • the material of the first and the second layer and the material of the body may in particular be a ferrite material.
  • the radio-based data communication device is preferably an RFID transponder unit, more preferably an RFID transponder unit which operates with active load modulation, or also another radio-based data communication device which is an active method used to send data.
  • FIG. 1 a portable data carrier in oblique view
  • Figure 2A a multilayer Inlett a portable data carrier in one
  • FIG. 2B a multilayer insert according to FIG. 2A with a modified one
  • FIG. 3 a conductor carrier layer of an inset with antenna coil
  • Figure 4 a plan view of a portable data carrier to illustrate the relative positions of a damping layer and the antenna coil.
  • schematically portable data carrier 1 are shown, which have a contactless korrununikati sensible.
  • the basis for the portable data carrier 1 is always a flat shape in the form of a card.
  • the solutions described below are in principle transferable to portable data carriers 1 with other housing forms.
  • the korrm ⁇ unikatiom comfortable of the embodiments described above is particularly preferably an RFID transponder unit that operates with active load modulation, or to any other radio-based data communication device that uses an active method for sending data.
  • Fig. 1 shows a simplified portable data carrier 1, in which the invention can be realized.
  • the portable data carrier 1 may be, for example, a micro SD card type micro SD card.
  • the invention is not limited to micro SD cards. Rather, the portable data carriers 1 can also be any other card-shaped data carriers, in particular data carriers of one of the types listed in the introduction to the description.
  • the portable data carrier 1 referred to simply as a data carrier hereinafter, is of the resource-limited type. That is, it has no or only an incomplete merisch-machine interface, which usually comprises output and input means, for example in the form of an optical display and / or a keyboard. As well as a complete own power supply, which would enable a self-sufficient operation of the data carrier 1 over a not only short time, and due to its limited geometry allows only the installation of comparatively power-limited microcontrollers.
  • the data carrier 1 has a multilayer structure comprising an inlet and an exterior mold. 2 is based on a multilayer printed circuit board 10 on which components and components of the data carrier 1, such as memory chips, microcontrollers, control devices, quartz, resistors, means of the data communication device, etc., are placed and electrically connected to one another.
  • the multilayer printed circuit board 10 with components and electronic components is embedded in an outer mold, e.g. is formed by a polymeric potting compound or by a housing provided.
  • the casting compound can enclose the circuit board 10 with components and electronic components on all sides; Similarly, potting compound may also be applied only on the main surfaces of a data carrier 1, so that the sides of the circuit board 10 at the same time form the sides of the data carrier 1, or it may be covered with potting compound only the component side. As an alternative to embedding in a potting compound, embedding of the printed circuit board 10 with components and electronic components in a prefabricated housing is also readily possible.
  • the konununikation means comprises two interfaces, a first contactless operating via electromagnetic coupling whose physical data exchange component is a coil 2 in the form of an antenna coil, and a second contact-working, whose physical data exchange component are contact terminals 3.
  • the following are the better clarity in terms of their communication function over the Air interface consistently referred to as the antenna coil coil 2 is formed within the data carrier 1, the contact terminals are, as indicated in Fig. 1, on an outer side.
  • the data carrier 1 can have further interfaces, for example an optical interface. Representing the data communication device, only one antenna coil 2 is shown in FIGS. 2 to 4; Contact terminals 3 are indicated for illustrative purposes only in Figure 1.
  • FIG. 2A illustrates, in a diagrammatic, perspective oblique view, the structure of an inset based on a multilayer printed circuit board 10, which forms the core of a data carrier 1.
  • a central carrier layer 11-under a layer is understood to mean, in a first approximation, a two-dimensional structure whose surface is substantially larger than its thickness-as in one not shown in cross-section and in cross section, the antenna coil 2 is formed.
  • An interconnect layout 13 for connecting components 4 or components of the data carrier 1 is formed on an overlying interconnect carrier layer 12; the conductor track carrier layer 12 also serves as a carrier for components 4, 5 and electronic components of the data carrier 1.
  • the conductor track carrier layer 12 is a, hereinafter referred to as shown in Fig. 2, referred to as the upper damping layer first damping layer 20 applied.
  • the central support layer 11 is a further interconnect layer 14, which carries a further interconnect layout 15, which is connected via via connections to the upper interconnect layout 13. Via the printed conductor layouts 13, 15 and the plated-through holes 15 in particular conductor crossings are generated.
  • the upper damping layer 20 can also be applied to an outer surface of the outer shape of a finished data carrier 1.
  • the central carrier layer 11 with the antenna coil 2 is shown separately in FIG.
  • the antenna coil 2 has in a data carrier 1 of the size of a SIM card typically 2 to 20 turns, which are arranged side by side and performed to achieve the largest possible circumference substantially along the outer edges of the central carrier layer 11, so that the laying track of Antenna coil 2 encloses an inner region 7 in the form of a slightly rounded rectangle and forms a rectangular ring.
  • the antenna coil 2 is guided in the inner region 7.
  • a region 9 of the carrier layer 11 remains uncovered by the antenna coil 2 in the example.
  • the antenna coil 2 may be implemented in wire laying technique, etched or printed. If the spatial conditions in the data carrier 1 permit this, the antenna coil 2 can also be designed in several layers, in which case a corresponding number of central carrier layers 11 are to be provided.
  • the upper damping layer 20 extends perpendicularly or approximately perpendicularly to the coil axis of the antenna coil 2 and, in its geometric configuration, follows the shape of the antenna coil.
  • the upper damping layer 20 has a recess 23. In the example of FIG. 3, it is designed in the form of a rectangular ring, corresponding to the geometry of the antenna coil 2. An au- Outside the antenna coil 2 lying region 9 of the circuit board 10 remains uncovered by the damping layer 20.
  • FIG. 4 illustrates, in a schematic plan view of a data carrier 1, the dimensioning of the upper damping layer 20.
  • This is preferably dimensioned such that it has a larger area than the area occupied by the turns of the antenna coil 2 and completely covers the antenna coil 2. Under complete coverage is here the coverage of the antenna coil 2 without leads 200 understood by the damping layer 20; 4, the supply lines 200 are not covered.
  • the radial width B of the rectangular ring formed by the upper damping layer 20 is slightly, e.g. by a few mm in the case of a micro SD card, is greater than the radial width b occupied by the windings of the antenna coil 2 laying track.
  • the rectangular ring of the upper damping layer 20 preferably terminates flush with the contour of the data carrier 1.
  • the recess 23 of the upper damping layer 20 has an inner edge 22, with which it encloses an interior, the bottom of which is formed by the underlying conductor carrier layer 12.
  • components and components of the data carrier 1 may be placed on the conductor carrier layer, as indicated by the device 4 by way of example.
  • components or components of the data carrier 1 can also be placed on the upper damping layer 20, as indicated by way of example in FIG. 2 by the component 5.
  • Components or components can also be arranged partially on top of the upper damping layer 20 and partially in the inner space 23 on the conductor carrier layer 12.
  • the upper damping layer 20 is expediently applied as a film to the conductor carrier layer 12, after it has been provided with a conductor track layout 13.
  • the film can be attached to the conductor carrier layer 12, for example, by gluing by means of a UV-activatable adhesive.
  • the upper damping layer 20 can be printed on the conductor layer 12 carrier layer. The printing can also be multi-layered.
  • the upper damping layer 20 is metered onto the conductor carrier layer 12, for example in the form of a paste which is drying under IR or UV or hardening.
  • the thickness of the upper damping layer 20 is expediently matched to the height of the components 4 placed in the inner space 23, so that it surrounds them like a dam, and may be 0.2 to 0.5 mm, for example in the case of a SIM-format card ,
  • an inlay is formed, which is completed in one or more subsequent steps, for example by embedding in potting compound or in a housing to form a finished data carrier 1.
  • the upper damping layer 20 is then no longer visible on the finished data carrier 1.
  • the bonding of the layers of the printed circuit board 10 and the embedding in the outer mold can be advantageously carried out as Kaltiamination eg using UV activatable adhesives, so that the damping layer 20 is not exposed to high temperatures.
  • the upper damping layer 20 in the same manner be applied to an outer surface of the finished data carrier 1.
  • the application takes place in this case expedient so that the upper damping layer 20 and the inner area enclosed by it form a plane surface as possible.
  • a small layer thickness is selected for the upper damping layer 20 or the inner area is filled, for example with potting compound or by printing material, or the contour of the outer surface of the data carrier 1 is provided with a peripheral step, which compensates the thickness of the upper damping layer 20.
  • the upper damping layer 20 is divided by interruptions 25 into a plurality of electrically separate segments 26.
  • the interruptions 25 expediently extend to radial lines emanating from the coil axis of the antenna coil 2 and can be generated, for example, by mechanical interruption of the upper damping layer 20, for instance by cutting or punching, or by means of a laser.
  • the number of interruptions 25 is basically not limited; expediently at least two interruptions 25 are provided so that two segments 26 arise.
  • a data carrier 1 designed in the format of a micro SD card or a SIM card, it is expedient to generate four segments 26 by means of four interruptions 25. As indicated in FIG.
  • the interruptions advantageously extend from the middle of the inner space 23 to the corners of the data carrier 1 in such a way that the resulting segments 26 abut one another in the manner of a miter.
  • apertures 27 in the form of cylindrical bores are also introduced into the upper damping layer 20.
  • the inlay shown in FIG. 2B corresponds to the inlett of FIG. 2A, wherein the electronic components and structures have been omitted for the sake of clarity.
  • the openings 27 are expediently distributed uniformly over the upper damping layer 20, their diameter D is in a data carrier in micro SD format or in SIM format, for example, 0.5 to 5 mm, with a good effect especially for diameters of ⁇ 1 mm measured could be.
  • the diameter D is expediently formed as a function of the transmission frequency and the area of the damping layer 25 or of the segment 26.
  • the number of openings 27 is chosen so that the formation of parasitic electromagnetic fields is suppressed as best as possible. In the case of a data carrier in Micro SD format or in SIM format, it is expedient to provide between two and ten openings per segment 26.
  • the cross sections of the openings 27 are designed instead of cylindrical ellipsoid. Also conceivable are rectangular or rounded rectangular geometries.
  • the lower damping layer 30 can also be divided into segments by interruptions 25; Similarly, the lower damping layer 30 may also be provided with openings 27.
  • the material for the upper damping layer 10 a material is selected which weakens as little as possible by induced eddy currents from the antenna coil 2 emanating electromagnetic fields; It therefore has the highest possible relative permeability ⁇ ⁇ and at the same time the lowest possible electrical conductivity, ie the highest possible specific electrical conductivity. political resistance.
  • the material is also suitably adapted to the frequency ranges used for contactless data communication. This is according to ISO 14443 eg at 13.56 MHz.
  • the relative permeability ⁇ preferably has a value of at least 100, more preferably at least 140, 160, 180 or even 200.
  • the specific electrical resistance preferably has a value of at least 1, 10, 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 or even 10 6 ⁇ m.
  • the imaginary part of the complex permeability ⁇ ⁇ " which characterizes the size of the magnetization losses in the material, is as small as possible, that is, the magnetization losses must be kept as small as possible.
  • the upper damping layer 20 is a ferrite layer.
  • the ferrite material is chosen such that it is permeable to the transmission frequency of the antenna coil 2 and ideally blocks for other frequencies or at least greatly attenuates other frequencies.
  • a material is selected which is permeable at 13.56 MHz ⁇ 826 kHz, ie at the nominal frequency as well as on the first two sidebands and otherwise impermeable.
  • a material can be selected in the example given, which is permeable especially or only in the region of the upper or lower sideband. For data grain communication, for example, only the upper sideband, that is about 14, 386 MHz is used.
  • the application of the data carrier 1 is carried out by being inserted by a user in the reading device of a user terminal such as a cell phone, wherein the data carrier 1 occurs via the interface 3 in a contact-type connection to the user terminal. Often the data carrier 1 protrudes in the inserted state still with a small part or with one side out of the opening of the reading device. Via the contactless interface, ie via the antenna coil 2, the data carrier 1 communicates with a counterpart device in the inserted state.
  • the equipment of the data carrier 1 with the attenuation layer 20 reduces the influence of the attenuation on the transmission power of the data carrier 2 via the antenna coil 2 and increases the range-effective transmission power compared to an identical data carrier without attenuation layer 20. It is assumed that the effect arises because a magnetic ring closure can form along the winding course around the antenna coil 2 through the inner space 23 surrounded by the right-ring-shaped damping layer 20, which surrounds the antenna coil 2 in a tubular manner along the winding course. Within the field line tube thus formed, the formation of interfering secondary electromagnetic fields is effectively suppressed by the eddy currents induced in the metal parts of the user terminal by the damping layer 20. As a result of the lower losses, there is a greater Elongation of the electromagnetic field and thus to a larger data communication range.
  • the data carrier 1, as indicated in Figure 2 provided at the side remote from the upper damping layer 20 side of the carrier layer 11 with a second, hereinafter referred to as a lower damping layer second damping layer 30.
  • the lower damping layer 30 is expediently designed exactly like the upper damping layer 20 and has the same physical properties as these. That it is also perpendicular or at least substantially perpendicular to the coil axis of the antenna coil 2, consists of the same material as the upper damping layer 20 and has a shape adapted to the shape of the antenna coil shape, that is about a rectangular shape enclosing a free interior space.
  • the radial ring width of the lower damping layer 30 is expediently again dimensioned such that the antenna coil 2 is completely covered.
  • the lower damping layer 30 may also be differently sized or have a different shape; Among other things, it may be formed over its entire area or the area of the data carrier 1 may be at least a large proportion of, for example, 10%. cover over 70%. Like the upper one, the lower damping layer 30 is also advantageously divided by interruptions (not shown) into two or more electrically separated segments.
  • the two damping layers 20, 30 should preferably be of the same design, both may also be designed differently from each other in terms of material, dimensions and segmentation. However, in any case, at least one, preferably both damping layers 20, 30 should have a free inner space 23.
  • the second damping layer 30 field weakenings are reduced by induced in the metal parts of the user terminal eddy currents on the opposite side of the antenna coil 2. The effect of diminished field weakening is thereby further increased overall and the data communication range is further increased.
  • the use of two damping layers 20, 30 has proved to be advantageous.
  • the common smallest memory cards used in practice, in particular micro SD cards or memory sticks have only a very small thickness, so that, if necessary, only one-sided mounting is possible due to a lack of space.
  • the one damping layer in a micro SD card is preferably arranged on the component side of the printed circuit board 11. Maintaining the basic idea of achieving a reduction in the attenuation of the transmission and reception power of a data carrier 1 inserted into a user terminal with a communication interface operating via electromagnetic coupling by applying damping layers 20, 30 on one or both sides via the antenna coil, which are generally annular with their shape following the shape of the antenna coil, the invention allows further modifications.
  • the structure of the inlets applies to the structure of the inlets.
  • more or less or layers in other shapes can be used.
  • Individual steps for producing the finished data carrier 1 can also be carried out in a different order or in compressed form, e.g.
  • the lowermost layer of the inlay may be part of the outer mold, or the cushioning layers 20, 30 may be applied to the insides of a housing in which subsequently an inlay without cushioning layers is inserted.

Abstract

Vorgeschlagen wird ein ressourcenbeschränkter tragbarer Datenträger (1) mit einer funkbasierten Datenkommunikationseinrichtung, der geeignet ist eine funkbasierte Datenkommunikation auch dann auszuführen, wenn er in ein Nutzerendgerät eingesetzt ist. Der Datenträger (1) weist hierzu mindestens eine im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule (2) verlaufende Dämpfungsschicht (20) auf, die über der Antennenspule (2) ausgebildet ist. Die Dämpfungsschicht (20) überdeckt die Antennenspule (2), wobei sie über dem Innenbereich (7) der Antennenspule (2) eine Ausnehmung aufweist. Vorzugsweise ist die Dämpfungsschicht (20) durch Unterbrechungen (25) in mehrere Segmente (26) gegliedert. In den Segmenten (26) sind zudem vorteilhaft Durchbrechungen (27) vorgesehen. Vorzugsweise sind auf beiden Seiten der Antennenspule (2) Dämpfungsschichten (20, 30) ausgebildet. Die Dämpfungsschichten bestehen insbesondere aus einem Ferritmaterial.

Description

Tragbarer Datenträger mit über Spulenkopplung arbeitender
Datenkommunikationseinrichtung
Die Erfindung betrifft tragbare Datenträger mit einer über Spulenkopplung arbeitenden Datenkommunikationseinrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung zum Einsetzen in ein Nutzerendgerät bestimmte ressourcenbeschränkte, kartenf örmige Datenträger, die eine über elektromagnetische Kopplung arbeitender Datenkommunikation auch dann führen können, wenn sie in einem Nutzerendgerät eingesetzt sind.
Tragbare Datenträger im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere kartenf örmige Datenträger in Form von Speicherkarten, wie Speicherkarten vom Typ micro Secure Digital (micro SD), Compact Flash, Micro Drive, Memory Stick, Secure Digital Card, Multi Media Card, xD-Picture Card, Smart Media Card.
Es ist bekannt, tragbare Datenträger mit einer funkbasierten Datenkornrnu- rül ationseinrichtung, beispielsweise mit einer RFID (Radio Frequency Identification) -Transpondereinheit, auszustatten, die zur Datenübertragung eine elektromagnetisch koppelnde Spule umfassen.
Für bestimmte Anwendungen ist die Reichweite gewöhnlicher RFID- Transpondereinheiten allerdings zu gering. Es ist jedoch bekannt, die Reichweite derartiger tragbarer Datenträger zur Kommunikation mit zugehörigen Lesegeräten durch Verwendung aktiver Verfahren zur Datenübertragung zu erhöhen. Hierfür schlagen die WO 2006/000446 AI und die EP 1801 741 A2 die Verwendung von RFID-Transpondereinheiten vor, die mit aktiver Lastmodulation arbeiten. Problematisch ist die Verwendung solcher Datenträger, wenn die Antennenspule der funkbasierten Daterikommunikationseinrichtung an einer Metallfläche angeordnet wird. Eine derartige Konstellation ergibt sich z.B., wenn eine Karte im MicroSD-Format in einer Lesevorrichtung eines Handys pla- ziert wird und die Lesevorrichtung unmittelbar unter der Batterie des Handys angeordnet ist. In einem solchen Fall werden durch die Antennenspule erzeugte oszillierende elektromagnetische Felder und ebenso einfallende oszillierende elektromagnetische Felder durch in der elektrisch leitenden Metallfläche entstehende Wirbelströme abgeschwächt.
Um dem entgegenzuwirken schlagen K. Finkenzeller, RFID-Handbuch, 5. Auflage, Kap. 4.1.12.3 und 4.1.12.4, die WO 03/067512 AI, die WO
2009/050662 AI und die US 6,371,380 Bl vor, zwischen einer auf einer Metallfläche aufzubringenden Antennenspule und der Metallfläche eine Ferritschicht anzubringen, die den zuvor geschilderten Effekt der Abschwächung des elektromagnetischen Felds durch die Metallfläche unterbindet. Gemäß K. Finkenzeller, RFID-Handbuch, 5. Auflage, Kap. 4.1.12.1 sind die wesentlichen Charakteristiken von Ferriten, dass sie einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisen, der je nach Werkstoff 1 bis 106 Qm beträgt, gegenüber 10"5 bis 10-4 Qm bei Metallen. Infolgedessen sind Wirbelstromverluste klein. Gleichzeitig besitzen Ferrite eine hohe relative Permeabilität, die gemäß der zuvor genannten Schrift bis in eine Größenordnung von μΓ=2000 reichen kann. Am Markt verfügbare Ferritfolien weisen im Frequenzbereich um 13,56 MHz typischerweise eine relative Permeabilität μΓ von 5 bis 200 auf.
Die relative Permeabilität μΓ ist eine Materialkonstante, die charakterisiert, wie sich die magnetische Flussdichte B im Raumbereich des Materials ändert, wenn man das Material in ein Magnetfeld der magnetischen Feldstärke H einbringt. Falls μΓ etwas größer als 1 ist (d.h. das Material verstärkt das Magnetfeld in seinem Inneren), spricht man von Paramagnetismus. Bei fer- romagnetischen Materialien ist μΓ sehr viel größer als 1 und hängt vom Verlauf der magnetischen Feldstärke H ab (Hysteresekurve). Im Einzelnen verknüpft die Permeabilität μ die magnetische Flussdichte B mit der magneti- sehen Feldstärke H, es gilt B = μ x H. Die Permeabilität μ ergibt sich wiederum aus der magnetischen Feldkonstante μο (Permeabilität des Vakuums) multipliziert mit der relativen Permeabilität μΓ: μ = μο χ μτ.
Aus der JP 09-284038 A ist, um eine als flache Spule ausgeführte Antenne bei Erhaltung ihrer Leistungsfähigkeit auf einen beliebigen, insbesondere leitfähigen Untergrund plazieren zu können, der Vorschlag bekannt, unter der Antenne eine Schicht aus weichmagnetischem Material, d.h. einem Material mit einer großen relativen Permeabilität μΓ, anzuordnen. Die Schicht kann vollflächig, rechteckringförmig oder in Gestalt von unabhängigen rechteck- förmigen Teilflächen ausgeführt sein. Der Vorschlag vermindert Einschränkungen für die Anordnung von Antennen für Kontaktlosübertragungen in Abhängigkeit von der jeweiligen Oberfläche. Die Lösung bildet eine Umsetzung des in dem zuvor erwähnten RFID-Handbuch beschriebenen Konzepts. Auf in Gehäusen liegende Antennen ist der Vorschlag nicht übertragbar.
Beim Einsatz von kartenf örmigen tragbaren Datenträgern in elektronischen Geräten, vor allem in Nutzerendgeräten zur Mobilkommunikation wie Handys, Smartbooks, Netbooks oder Notebooks kann es besonders deshalb zu Feldschwächungen wie vorstehend beschrieben kommen, weil die Datenträ- ger innerhalb der Gehäuse der Geräte angeordnet sind. Das gilt in der Regel auch dann, wenn aktive Verfahren mittels Lastmodulation verwendet werden, weil häufig Geräte mit Metallgehäuse eingesetzt oder die Datenträger innerhalb eines Gerätes in unmittelbarere Nachbarschaft zu metallischen Komponenten, etwa einer Baseband-Einheit oder einem Batteriefach, plaziert werden. Diese schwächen zum einen einfallende oszillierende elektromagnetische Felder von Lesegeräten. Vor allem aber schwächen sie das durch die Antennenspule des Datenträgers selbst erzeugte oszillierende elektromagnetische Sendefeld, das in der Regel um Größenordnungen kleiner ist als die von Lesegeräten empfangenen Felder.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen ressourcenbeschränkten, tragbaren Datenträger mit einer funkbasierten Datenkornmurükationsein- richtung mit Antennenspule bereitzustellen, der auch dann stabil und über eine hinreichende Reichweite mit einem Lesegerät kommunizieren kann, wenn das Nutzerendgerät, in dem der Datenträger plaziert wurde, ein elektromagnetische Felder beeinträchtigendes Gehäuse aufweist, oder der Datenträger nahe einer beeinträchtigenden Komponente in dem Gerät angeordnet ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Datenträger mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß eine Erhöhung der Übertragungsreichweite nicht nur vor allem durch Maßnahmen zur Formung und Bündelung des elektromagnetischen Feldes in Richtung auf den gegebenen Austrittsbereich an dem Nutzerendgerät erreicht werden kann, sondern auch durch Maßnahmen, die auf Richtungsformung verzich- ten und stattdessen ungerichtet lediglich eine geringere Dämpfung des elektromagnetischen Feldes bewirken.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einem tragbaren Datenträger mit einer funkbasierten Datenkorrununikationseinrich- tung, die eine Antennenspule umfasst, eine senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule liegende Dämpfungsschicht vorgesehen, die der Form der Antennenspule folgt und diese vollständig überdeckt, wobei sie über dem von der Antennenspule um- schlossenen Innenbereich eine Ausnehmung aufweist. Die Dämpfungsschicht ist dabei über der Antennenspule angeordnet, die ihrerseits auf einer zentralen Trägerschicht ausgebildet ist, und besteht aus einem Material mit einer relativen Permeabilität μΓ von mindestens 5 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 101 Ωπι.
Durch die an die Antennespule angepaßte Formgebung der Dämpfungsschicht ließ sich die Sendeleistung eines in ein Nutzerendgerät eingesteckten Datenträgers um 4db/ μν erhöhen, zugleich verbesserte sich die Güte der Antenne, was sich einem verbesserten Verlauf der Resonanzkurve ausdrückt.
Vorzugsweise ist beabstandet von der genannten Dämpfungsschicht und auf einer dieser gegenüberliegenden Seite der Antennenspule eine senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule verlaufende zweite Dämpfungsschicht aus einem Material mit einer relativen Permeabilität μΓ von mindestens 5 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10-1 Ωηι angeordnet. Durch die zweite Dämpfungsschicht wird der Effekt der Dämpfungsverringerung weiter erhöht und die Reichweite entsprechend verbessert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die obere Dämpfungsschicht eine Unterbrechung auf, vorzugsweise ist die Schicht dabei in mindestens zwei Segmente unterteilt. Durch die Segmentierung wird die dämpfungsvermin- dernde Wirkung weiter erhöht, wobei angenommen wird, daß die Wirkung eintritt, weil in die Dämpfungsschicht induzierte Sekundärwirbelströme sich durch die Unterbrechung schlechter ausbilden können.
Weiter kann die Dämpfungsschicht in bevorzugter Ausgestaltung Durchre- chungen aufweisen, die in einer zweckmäßigen Ausführung die Form zylindrische Löcher besitzen können. Sehr vorteilhaft kann auch eine Segmentierung durch Unterbrechungen mit der Ausbildung von Durchbrechungen in den Segmenten kombiniert werden. Besonders bevorzugt ist auch die zweite Dämpfungsschicht in mindestens zwei Segmente unterteilt, die jeweils durch einen dielektrischen Spalt voneinander getrennt sind. Weiter kann auch die zweite Dämpfungsschicht Durchbrechungen aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Antennenspule und Dämpfungsschichten auf einem Inlett ausgebildet, das zur Ausbildung eines fertigen Datenträgers in eine Außenform eingebettet wird. Vorteilhaft liegen in dieser Ausführung die Dämpfungsschichten innerhalb des Datenträgers, so daß sie gegen Beschädigung geschützt sind, wodurch die Hand- habung der Datenträger erleichtert wird. Zudem können die Außenflächen des Datenträgers anderweitig genutzt werden, zum Beispiel zum Auftrag von Sichtinformation. Die innenliegende Anordnung der Dämpfungsschichten erlaubt auch eine effiziente Herstellung der Datenträger, indem Bauelemente und elektronische Komponenten in dem von den Dämpfungsschich- ten umgebenen Innenraum angeordnet werden können.
Durch die hochpermeable Schicht wird die Antenne von hinter der Dämpfungsschicht liegenden Metallflächen derart abgeschirmt, dass ein von der Antennenspule erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld und ein von ei- nem Lesegerät erzeugtes, am Ort der Antennenspule einfallendes Wechselfeld durch in der Metallfläche erzeugte Wirbelströme nur geringfügig abgeschwächt werden. Dabei werden durch die hochpermeable Schicht die magnetischen Feldlinien der zuvor genannten Wechselfelder innerhalb der Schicht entlang der Ebene der Schicht geführt.
Auf Grund der Segmentierung und durch die Ausbildung von Durchbrechungen der Dämpfungsschicht wird die Ausbildung sekundärer elektromagnetischer Wechselfelder unterdrückt. Die magnetischen Feldlinien wer- den deshalb mit größerer Stärke innerhalb der Schicht zu den Seitenflächen des tragbaren Datenträgers gelenkt.
Bevorzugt besitzt das Material der Dämpfungsschichten nur geringfügig durch induzierte Wirbelströme schwächt, besitzt es in allen erfindungsge- mäßen Aspekten eine möglichst hohe relative Permeabilität μΓ und gleichzeitig eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit, d.h. einen möglichst hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Auf diese Weise trägt es nur geringfügig durch induzierte Wirbelströme zur Dämpfung der um die Antennespule ausgebildeten elektromagnetischen Felder bei.
Bevorzugt hat die relative Permeabilität μΓ (der ersten Schicht oder der zweiten Schicht oder des Körpers) einen Wert von mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 140, 160, 180 oder 200. Ebenso bevorzugt hat der spezifische elektrische Widerstand einen Wert von mindestens 1, 10, 102, 103, 104, 105 oder gar 106 Ωιη. Außerdem ist der Imaginärteil der komplexen Permeabilität μΓ", der die Größe der Ummagnetisierungsverluste im Material kennzeichnet, möglichst klein, das heißt, die Ummagnetisierungsverluste sind möglichst klein zu halten. Die zuvor genannten Werte beziehen sich dabei auf den Frequenzbereich des zur Datenübertragung verwendeten elektromagnetischen Wechselfeldes. Dieser liegt vorzugsweise bei 13, 56 MHz.
Bei dem Material der ersten und der zweiten Schicht sowie dem Material des Körpers kann es sich insbesondere um ein Ferritmaterial handeln.
Bei dem tragbaren Datenträger gemäß allen Aspekten der Erfindung handelt es sich bei der funkbasierten Datenkommunikationseinrichtung vorzugsweise um eine RFID-Transpondereinheit, besonders bevorzugt um eine RFID- Transponder einheit, die mit aktiver Lastmodulation arbeitet, oder auch um eine sonstige funkbasierte Datenkommunikationseinrichtung, die ein aktives Verfahren zum Senden von Daten verwendet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der f olgen- den Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele sowie weiterer Ausführungsalternativen im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die schematisch zeigen:
Figur 1: einen tragbaren Datenträger in Schrägaufsicht,
Figur 2A: ein mehrschichtiges Inlett eines tragbaren Datenträgers in einer
Schrägaufsicht,
Figur 2B: ein mehrschichtiges Inlett nach Fig. 2A mit einer abgewandelten
Dämpfungsschicht in Schrägaufsicht,
Figur 3: eine Leiterbahnträgerschicht eines Inletts mit Antennespule, Figur 4: eine Aufsicht auf einen tragbaren Datenträger zur Veranschaulichung der relativen Lagen einer Dämpfungsschicht und der Antennenspule. In den Figuren sind schematisch tragbare Datenträger 1 dargestellt, die eine kontaktlos arbeitende Datenkorrununikatiomeinrichtung aufweisen. Im folgenden wird für den tragbaren Datenträger 1 stets eine flächige Gestalt in Kartenform zugrundegelegt. Die nachfolgend beschriebenen Lösungen sind aber prinzipiell auch auf tragbare Datenträger 1 mit anderen Gehäuseformen übertragbar.
Bei der Datenkorrm\unikatiomeinrichtung der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele handelt es sich besonders bevorzugt um eine RFID- Transpondereinheit, die mit aktiver Lastmodulation arbeitet, oder auch um eine sonstige funkbasierte Datenkommunikationseinrichtung, die ein aktives Verfahren zum Senden von Daten verwendet.
Fig. 1 zeigt vereinfacht einen tragbaren Datenträger 1, in dem die Erfindung verwirklicht sein kann. Bei dem tragbaren Datenträger 1 kann es sich zum Beispiel um eine Speicherkarte vom Typ micro SD (micro Secure Digital) handeln. Die Erfindung ist aber nicht auf micro SD Karten beschränkt. Vielmehr kann es sich bei den tragbaren Datenträgern 1 auch um beliebige sonstige kartenförmige Datenträger handeln, insbesondere um Datenträger von einem der in der Beschreibungseinleitung aufgelisteten Typen.
Der im folgenden einfach als Datenträger bezeichnete tragbare Datenträger 1 ist vom ressourcenbeschränkten Typ. D.h. er besitzt keine oder nur eine unvollständige Merisch-Maschine-Schnittstelle, die üblicherweise Aus- und Eingabemitteln, etwa in Form einer optischen Anzeige und/ oder einer Tasta- tur umfaßt sowie keine vollwertige eigene Energieversorgung, die über eine nicht nur kurze Zeit einen autarken Betrieb des Datenträgers 1 ermöglichen würde, und gestattet aufgrund seiner beschränkten Geometrie nur den Einbau von vergleichsweise leistungsbeschränkten Microcontrollern.
Typischerweise besitzt der Datenträger 1 einen mehrlagigen Aufbau, der ein Inlett und eine Außenform umfaßt. Das anhand Fig. 2 näher erläuterte Inlett basiert auf einer mehrschichtigen Leiterplatte 10, auf der Bauelemente und Komponenten des Datenträgers 1, wie Speicherchips, Microcontroller, Steu- ereinrichtungen, Quarze, Widerstände, Mittel der Datenkommunikationseinrichtung usw. plaziert und elektrisch miteinander verbunden sind. Die mehrschichtige Leiterplatte 10 mit Bauelementen und elektronischen Komponenten ist in eine Außenform eingebettet, die z.B. durch eine polymere Vergußmasse oder durch ein bereitgestelltes Gehäuse gebildet ist. Die Ver- gußmasse kann die Leiterplatte 10 mit Bauelementen und elektronischen Komponenten dabei allseitig umschließen; ebenso kann Vergußmasse auch nur auf den Hauptflächen eines Datenträgers 1 aufgebracht sein, so daß die Seiten der Leiterplatte 10 zugleich die Seiten des Datenträgers 1 bilden, oder es kann nur die Bauelementeseite mit Vergußmasse bedeckt sein. Alternativ zur Einbettung in eine Vergußmasse ist ferner ohne weiteres die Einbettung der Leiterplatte 10 mit Bauelementen und elektronischen Komponenten in ein vorgefertigtes Gehäuse möglich.
Die Datenkonununikationseinrichtung umfaßt zwei Schnittstellen, eine erste kontaktlos über elektromagnetische Kopplung arbeitende, deren physikalische Datenaustauschkomponente eine Spule 2 in Gestalt einer Antennenspule ist, und eine zweite kontaktbehaftet arbeitende, deren physikalische Datenaustauschkomponente Kontaktanschlüsse 3 sind. Die im folgenden der besseren Klarheit in Bezug auf ihre Funktion zur Kommunikation über die Luftschnittstelle durchweg als Antennespule bezeichnete Spule 2 ist innerhalb des Datenträgers 1 ausgebildet, die Kontaktanschlüsse liegen, wie in Fig. 1 angedeutet, an einer Außenseite. Der Datenträger 1 kann weitere Schnittstellen, z.B. eine optische Schnittstelle, aufweisen. Stellvertretend für die Datenkommunikationseinrichtung ist in den Fig. 2 bis 4 jeweils nur eine Antennenspule 2 dargestellt; Kontaktanschlüsse 3 sind zu Illustrationszwecken nur in Figur 1 angedeutet.
Fig. 2A veranschaulicht in einer schematisierten, perspektivischen Schräg- aufsieht den Aufbau eines auf einer mehrschichtigen Leiterplatte 10 basierenden Inletts, das den Kern eines Datenträgers 1 bildet. Auf einer zentralen Trägerschicht 11 - unter einer Schicht wird dabei, im Unterschied zu einem Körper mit in alle drei Raumrichtungen signifikanten räumlichen Ausdehnungen, ein in erster Näherung zweidimensionales Gebilde verstanden, des- sen Fläche wesentlich größer ist als seine Dicke - ist, wie in einem nicht maß- stabs- und lagerichtigen Querschnitt angedeutet, die Antennenspule 2 ausgebildet. Auf einer darüberliegenden Leiterbahnträgerschicht 12 ist ein Leiterbahn-Layout 13 zur Verbindung von Bauelementen 4 oder Komponenten des Datenträgers 1 ausgebildet; die Leiterbahnträgerschicht 12 dient zudem als Träger für Bauelemente 4, 5 und elektronische Komponenten des Datenträgers 1. Über die Leiterbahnträgerschicht 12 ist eine, im folgenden entsprechend der Darstellung in Fig. 2, als obere Dämpfungsschicht bezeichnete erste Dämpfungsschicht 20 aufgebracht. Unterhalb, bezogen auf die Darstellung in Fig. 2, der zentralen Tragschicht 11 ist eine weitere Leiterbahnschicht 14 angeordnet, die ein weiteres Leiterbahn-Layout 15 trägt, das über Durchkon- taktierungen mit dem oberen Leiterbahn-Layout 13 verbunden ist. Über die Leiterbahn-Layouts 13, 15 und die Durchkontaktierungen 15 werden insbesondere Leiterbahnkreuzungen erzeugt. Alternativ zu der in Fig. 2A angedeuteten innenliegenden Aufbringung auf die Leiterbannträgerschicht 12 kann die obere Dämpfungsschicht 20 auch auf eine Außenoberfläche der Außenform eines fertigen Datenträgers 1 aufgebracht sein.
Die zentrale Trägerschicht 11 mit der Antennenspule 2 ist in Fig. 3 separat gezeigt. Die Antennenspule 2 besitzt in einem Datenträger 1 von der Größe einer SIM-Karte typischerweise 2 bis 20 Windungen, die nebeneinander angeordnet und zur Erzielung eines möglichst großen Umfangs im wesentli- chen entlang den Außenkanten der zentralen Trägerschicht 11 geführt sind, so daß die Verlegebahn der Antennenspule 2 einen Innenbereich 7 in Form eines leicht abgerundetes Rechteck umschließt und einen Rechteckring bildet. Über angedeutete Zuleitungen 200 ist die Antennespule 2 in den Innenbereich 7 geführt. Ein Bereich 9 der Trägerschicht 11 bleibt im Beispiel von der Antennenspule 2 unbedeckt. Andere Verlegebahngeometrien, wie z.B. runde, ellipsoide, um eine Ringlinie mäandernde oder sternförmige sind aber ohne weiteres möglich; im folgenden wird zum Zwecke der Beschreibung aber stets eine Rechteckringgeometrie zugrundgelegt. Die Antennenspule 2 kann in Drahtverlegetechnik ausgeführt, geätzt oder gedruckt sein. Wenn die Raumverhältnisse in dem Datenträger 1 das zulassen, kann die Antennenspule 2 auch in mehren Lagen ausgeführt sein, wobei dann entsprechend mehrere zentrale Trägerschichten 11 vorzusehen sind.
Die obere Dämpfungsschicht 20 erstreckt sich senkrecht oder näherungswei- se senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule 2 und folgt in ihrer geometrischen Gestaltung der Form der Antennespule. Korrespondierend zu der Grundform der Antennespule 2 besitzt die obere Dämpfungsschicht 20 dabei eine Ausnehmung 23. Im Beispiel der Fig. 3 ist sie, entsprechend der Geometrie der Antennenspule 2, in Form eines Rechteckringes gestaltet. Ein au- ßerhalb der Antennespule 2 liegender Bereich 9 der Leiterplatte 10 bleibt von der Dämpfungsschicht 20 unbedeckt.
Fig. 4 veranschaulicht in einer schematisierten Aufsicht auf einen Datenträ- ger 1 die Dimensionierung der oberen Dämpfungsschicht 20. Diese ist vorzugsweise so bemessen, daß sie eine größere Fläche aufweist als die von den Windungen der Antennespule 2 belegte Fläche und die Antennenspule 2 vollständig überdeckt. Unter vollständiger Überdeckung wird hier die Überdeckung der Antennenspule 2 ohne Zuleitungen 200 durch die Dämpfungs- schicht 20 verstanden; die Zuleitungen 200 werden, wie aus Fig. 4 ersichtlich, nicht überdeckt Als vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn die radiale Breite B des von der oberen Dämpfungsschicht 20 gebildeten Rechteckringes geringfügig, z.B. um einige mm im Falle einer micro SD Karte, größer ist als die radiale Breite b der von den Wicklungen der Antennenspule 2 belegten Verlegbahn.
Am Außenrand schließt der Rechteckring der oberen Dämpfungsschicht 20 vorzugsweise bündig mit der Kontur des Datenträgers 1 ab. Die Ausnehmung 23 der oberen Dämpfungsschicht 20 weist einen Innenrand 22 auf, mit dem sie einen Innenraum umschließt, dessen Grund von der darunterliegenden Leiterbahnträgerschicht 12 gebildet wird. In dem - der Ausnehmung entsprechenden - freien Innenraum 23 können auf der Leiterbahnträgerschicht 12 Bauelemente und Komponenten des Datenträgers 1 plaziert sein, wie durch das Bauelement 4 exemplarisch angedeutet. Ebenso können Bau- demente oder Komponenten des Datenträgers 1 auch auf der oberen Dämpfungsschicht 20 plaziert sein, wie in Fig. 2 durch das Bauelement 5 exemplarisch angedeutet. Bauelemente bzw. Komponenten können auch übergreifend teilweise auf der der oberen Dämpfungsschicht 20 und teilweise im Innenraum 23 auf der Leiterbahnträgerschicht 12 angeordnet sein. Die Obersei- te der Dämpfungsschicht 20 und die im Innenraum 23 sowie in dem Bereich 9 freiliegenden Teile der Leiterbahnträgerschicht 12 bilden zusammen die Bauelementeseite des Inletts. Die obere Dämpfungsschicht 20 wird zweckmäßig als Folie auf die Leiterbahnträgerschicht 12 aufgebracht, nachdem diese mit einem Leiterbahnlayout 13 versehen wurde. Die Folie kann z.B. durch Kleben mittels eines UV- aktivierbaren Klebers auf der Leiterbahnträgerschicht 12 befestigt werden. Alternativ kann die obere Dämpfungsschicht 20 auf die Leiterbahnträger- schicht 12 aufgedruckt werden. Das Drucken kann dabei auch mehrschichtig erfolgen. In einer weiteren Alternative wird die obere Dämpfungsschicht 20 auf die Leiterbahnträgerschicht 12 aufdosiert, z.B. in Form einer unter IR oder UV trocknenden oder aushärtenden Paste. Die Dicke der oberen Dämpfungsschicht 20 ist zweckmäßig auf die Höhe der im Innenraum 23 plazier- ten Bauteile 4 abgestimmt, so daß sie diese wie ein Damm umgibt, und kann z.B. bei einer Karte im SIM-Format 0,2 bis 0,5 mm betragen. Durch Verbinden der mit der oberen Dämpfungsschicht 20 versehenen Leiterbahnträgerschicht 12 mit den weiteren Schichten der Leiterplatte 10 entsteht ein Inlett, das in einem oder mehreren nachfolgenden Schritten z.B. durch Einbetten in Vergußmasse oder in ein Gehäuse zu einem fertigen Datenträger 1 vervollständigt wird. Die obere Dämpfungsschicht 20 ist dann am fertigen Datenträger 1 nicht mehr sichtbar. Das Verbinden der Schichten der Leiterplatte 10 und die Einbettung in die Außenform können vorteilhaft als Kaltiamination z.B. unter Verwendung von UV aktivierbaren Klebern durchgeführt werden, so daß die Dämpfungsschicht 20 keinen hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
Alternativ zur innenliegenden Aufbringung direkt auf die Leiterbahnträgerschicht 12 kann die obere Dämpfungsschicht 20 auf dieselbe Art und Weise auch auf eine Außenoberfläche des fertigen Datenträgers 1 aufgebracht werden. Die Aufbringung erfolgt in diesem Fall zweckmäßig so, daß die obere Dämpfungsschicht 20 und der von ihr umschlossene Innenbereich eine möglichst plane Fläche bilden. Hierzu wird für die obere Dämpfungsschicht 20 entweder eine geringe Schichtdicke gewählt oder der Innenbereich wird aufgefüllt, z.B. mit Vergußmasse oder durch Druckmaterial, oder die Kontur der Außenoberfläche des Datenträgers 1 wird mit einer umlaufenden Stufe versehen, die die Stärke der oberen Dämpfungsschicht 20 ausgleicht. Möglich ist ferner auch eine Kombination der innenliegenden Aufbringung einer ersten Dämpfungsschicht 20, 30 und der Außenaufbringung einer zweiten Dämpfungsschicht 20, 30 auf die Außenform des Datenträgers 1,
Vorzugsweise ist die obere Dämpfungsschicht 20 durch Unterbrechungen 25 in mehrere elektrisch separate Segmente 26 gegliedert. Die Unterbrechungen 25 verlaufen zweckmäßig auf von der Spulenachse der Antennenspule 2 ausgehenden radialen Linien und können z.B. durch mechanisches Unterbrechen der oberen Dämpfungsschicht 20, etwa durch Schneiden oder Stanzen, oder mittels eines Lasers erzeugt sein. Die Anzahl der Unterbrechungen 25 ist grundsätzlich nicht begrenzt; zweckmäßig sind wenigstens zwei Unterbrechungen 25 vorgesehen, so daß zwei Segmente 26 entstehen. Im Falle eines im Format einer Micro SD-Karte oder einer SIM-Karte ausgeführten Datenträgers 1 ist es zweckmäßig durch vier Unterbrechungen 25 vier Segmente 26 zu erzeugen. Wie in Fig. 2B angedeutet verlaufen die Unterbre- chungen dabei zweckmäßig so von der Mitte des Innenraums 23 zu den Ecken des Datenträgers 1, daß die entstehenden Segmente 26 nach Art einer Gehrung aneinanderliegen. In einer in Fig. 2B veranschaulichten bevorzugten Weiterbildung sind in die obere Dämpfungsschicht 20 ferner Durchbrechungen 27 in Form von zylindrischen Bohrungen eingebracht. Das in Fig. 2B dargestellte Inlett entspricht dabei dem Inlett nach Fig. 2A, wobei die elektronischen Komponenten und Strukturen der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. Die Durchbrechungen 27 sind zweckmäßig gleichmäßig über die obere Dämpfungsschicht 20 verteilt, ihr Durchmesser D beträgt bei einem Datenträger im Micro SD- Format oder im SIM-Format z.B. 0,5 bis 5 mm, wobei ein guter Effekt besonders für Durchmesser von < 1 mm gemessen werden konnte. Der Durchmes- ser D wird zweckmäßig als Funktion der der Sendefrequenz und der Fläche der Dämpfungsschicht 25 bzw. des Segments 26 gebildet. Die Anzahl von Durchbrechungen 27 wird so gewählt, daß die Ausbildung parasitärer elektromagnetischer Felder bestmöglich unterdrückt wird. Bei einem Datenträger im Micro SD-Format oder im SIM-Format werden zweckmäßig zwischen zwei und zehn Durchbrechungen je Segment 26 vorgesehen. In bevorzugten alternativen Ausgestaltung sind die Querschnitte der Durchbrechungen 27 anstatt zylindrisch ellipsoid gestaltet. Denkbar sind ferner auch rechteck- förmig oder gerundet rechteckförmige Geometrien. Analog zur oberen Dämpfungsschicht 20 kann auch die untere Dämpfungsschicht 30 durch Unterbrechungen 25 in Segmente gegliedert sein; ebenso kann die untere Dämpfungsschicht 30 auch mit Durchbrechungen 27 versehen sein. Als Material für die obere Dämpfungsschicht 10 wird ein Material gewählt, das von der Antennespule 2 ausgehende elektromagnetische Felder möglichst wenig durch induzierte Wirbelströme schwächt; es besitzt deshalb eine möglichst hohe relative Permeabilität μΓ und gleichzeitig eine möglichst geringe elektrische Leitfähigkeit, d.h. einen möglichst hohen spezifischen elekt- rischen Widerstand. Das Material ist zweckmäßig zudem auf die für die kontaktlose Daterlkommunikation eingesetzten Frequenzbereiche abgestimmt. Dieser liegt nach ISO 14443 z.B. bei 13,56 MHz. Bevorzugt hat die relative Permeabilität μΓ einen Wert von mindestens 100, besonders bevorzugt mindestens 140, 160, 180 oder sogar 200. Ebenso bevorzugt hat der spezifische elektrische Widerstand einen Wert von mindestens 1, 10, 102, 103, 104, 105 oder gar 106 ßm. Außerdem ist der Imaginärteil der komplexen Permeabilität μΓ" , der die Größe der Ummagnetisierungsverluste im Material kennzeichnet, möglichst klein, das heißt, die Ummagnetisierungsverluste sind möglichst klein zu halten.
Vorzugsweise handelt es sich bei der oberen Dämpfungsschicht 20 um eine Ferritschicht. Das Ferritmaterial wird dabei nach Möglichkeit so gewählt, daß es für die Sendefrequenz der Antennenspule 2 durchlässig ist und für andere Frequenzen idealerweise sperrt oder andere Frequenzen zumindest stark dämpft. Soll die Datenkornmunikation etwa nach ISO 14443 erfolgen, wird also idealerweise ein Material gewählt, das bei 13,56 MHz ± 826 KHz, d.h. auf der Nennfrequenz sowie auf den beiden ersten Seitenbändern durch- lässig und im übrigen undurchlässig ist. In einer zweckmäßigen Variante kann in dem angesetzten Beispiel auch ein Material gewählt werden, das vor allem oder nur im Bereich des oberen oder des unteren Seitenbandes durchlässig ist. Für die Datenkornmunikation wird dann z.B. nur das obere Seitenband, also etwa 14, 386 MHz genutzt. Anstelle eines Ferritmaterials können alternativ auch andere Materialien mit einer relativen Permeabilität μΓ von mindestens 5 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10_1 ßm vorgesehen werden. Die Anwendung des Datenträgers 1 erfolgt, indem er von einem Nutzer in die Lesevorrichtung eines Nutzerendgerätes wie z.B. ein Handy eingebracht wird, wobei der Datenträger 1 über die Schnittstelle 3 in eine kontaktbehaftete Verbindung zu dem Nutzerendgerät tritt. Häufig ragt der Datenträger 1 im eingesetzten Zustand noch mit einem kleinen Teil oder mit einer Seite aus der Öffnung der Lesevorrichtung heraus. Über die kontaktlose Schnittstelle, d.h. über die Antennenspule 2 kommuniziert der Datenträger 1 im eingesetzten Zustand mit einem Gegengerät. Weil Nutzerendgeräte wie Handys in ihrem Innenraum typischerweise große metallische Elemente aufweisen, etwa ein Batteriefach oder metallische Gehäuseteile, wird durch das Einbringen des Datenträgers 1 in ein Nutzerendgerät die Ausbildung elektromagnetischer Wechselfelder um die Antennenspule 2 in der Regel stark bedämpft. Insbesondere von der Antennespule 2 erzeugte Sendefelder treten dann nur stark bedämpft nach außen.
Durch die Ausrüstung des Datenträgers 1 mit der Dämpfungsschicht 20 wird der Einfluß der Dämpfung auf die Sendeleistung des Datenträgers 2 über die Antennenspule 2 reduziert und die reichweitenwirksame Sendeleis- tung gegenüber einem identischen Datenträger ohne Dämpfungsschicht 20 erhöht. Es wird davon ausgegangen, daß der Effekt entsteht, weil sich entlang dem Wicklungsverlauf um die Antennenspule 2 herum durch den von der rechtringförmigen Dämpfungsschicht 20 umschlossene Innenraum 23 hindurch ein magnetischer Ringschluß ausbilden kann, der die Antennen- spule 2 entlang dem Wicklungsverlauf röhrenartig umgibt. Innerhalb der so gebildeten Feldlinienröhre wird die Ausbildung von störenden, sekundären elektromagnetischen Feldern durch in die Metallteilen des Nutzerendgerätes induzierte Wirbelströme durch die Dämpfungsschicht 20 wirkungsvoll unterdrückt. Infolge der geringeren Verluste kommt es zu einer größeren Aus- dehnung des elektromagnetischen Feldes und damit zu einer größeren Da- tenkommunikationsreichweite.
Zweckmäßig wird der Datenträger 1, wie in Figur 2 angedeutet, an der von der oberen Dämpfungsschicht 20 abgewandten Seite der Trägerschicht 11 mit einer zweiten, im folgenden als untere Dämpfungsschicht bezeichneten zweiten Dämpfungsschicht 30 versehen. Die untere Dämpfungsschicht 30 ist zweckmäßig genauso ausgeführt wie die obere Dämpfungsschicht 20 und besitzt die gleichen physikalischen Eigenschaften wie diese. D.h. sie liegt ebenfalls senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule 2, besteht aus demselben Material wie die obere Dämpfungsschicht 20 und besitzt eine an die Gestalt der Antennenspule angepaßte Form, also etwa eine rechteckringförmige Gestalt, die einen freien Innenraum umschließt. Die radiale Ringbreite der unteren Dämpfungs- schicht 30 ist zweckmäßig wieder so bemessen, daß die Antennenspule 2 vollständig überdeckt wird. Die untere Dämpfungsschicht 30 kann aber auch anders bemessen sein oder eine andere Formgebung besitzen; unter anderem kann sie vollflächig ausgebildet sein oder die Fläche des Datenträgers 1 zu- mindest zu einem großen Anteil von z.B. über 70% bedecken. Wie die obere ist die auch die untere Dämpfungsschicht 30 zweckmäßig durch - nicht gezeigte - Unterbrechungen in zwei oder mehrer elektrisch getrennte Segmente unterteilt.
Obwohl bisher festgestellt wurde, daß die beiden Dämpfungsschichten 20, 30 vorzugsweise gleich ausgebildet sein sollten, können beide hinsichtlich Material, Dimensionen und Segmentierung auch voneinander abweichend ausgeführt sein. Allerdings sollte in jedem Fall mindestens eine, vorzugsweise beide Dämpfungsschichten 20, 30 einen freien Innenraum 23 aufweisen. Durch die zweite Dämpfungsschicht 30 werden Feldschwächungen durch in die Metallteile des Nutzerendgerätes induzierte Wirbelströme auch auf der gegenüberliegenden Seite der Antennespule 2 vermindert. Der Effekt der verminderten Feldschwächung wird damit insgesamt weiter vergrößert und die Datenkommunikationsreichweite weiter erhöht.
Praktisch hat sich die Verwendung zweier Dämpfungsschichten 20, 30 als vorteilhaft erwiesen. Die gängigen in der Praxis verwendeten kleinstflächi- gen Speicherkarten, insbesondere micro SD Karten oder Memory Sticks wei- sen allerdings nur eine sehr geringe Dicke auf, so dass ggf. aus Raummangel nur eine einseitige Anbringung möglich ist. Ist das der Fall, wird die eine Dämpfungsschicht bei einer micro SD Karte bevorzugt auf der Baulelemen- teseite der Leiterplatte 11 angeordnet. Unter Beibehaltung des Grundgedankens, eine Verringerung der Dämpfung der Sende- und Empfangsleistung eines in ein Nutzerendgerät eingesteckten Datenträgers 1 mit über elektromagnetische Kopplung arbeitender Kommunikationsschnittstelle zu erreichen, indem über die Antennenspule einseitig oder beidseitig Dämpfungsschichten 20, 30 aufgebracht werden, die grund- sätzlich ringförmig ausgeführt sind, wobei ihre Form der Form der Antennenspule folgt, gestattet die Erfindung weitere Abwandlungen. Insbesondere gilt dies für den Aufbau des Inletts. Hier können auch mehr oder weniger oder Schichten in anderen Formgebungen eingesetzt werden. Einzelne Schritte zur Herstellung des fertigen Datenträgers 1 können ferner iri anderer Reihenfolge oder in komprimierter Form ausgeführt werden, z.B. kann die unterste Schicht des Inletts Teil der Außenform sein oder können die Dämpfungsschichten 20, 30 auf die Innenseiten eines Gehäuses angebracht werden, in das anschließend ein ohne Dämpfungsschichten ausgeführtes Inlett eingesetzt wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Tragbarer Datenträger (1) mit einer kontaktlos arbeitenden Daten- kommunikationseinrichtung, die auf einer zentralen Trägerschicht (11) eine um einen Innenbereich (7) angeordnete Antennenspule (2) umf asst, wobei eine senkrecht oder zumindest im wesentlichen senkrecht zur Spulenachse der Antennenspule (2) verlaufende erste Dämpfungsschicht (20) aus einem Material mit einer relativen Permeabilität μΓ von mindestens 5 und einem spezifischen elektrischen Widerstand von mindestens 10"1 Qm über der Antennenspule (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (20) die Antennenspule (2) vollständig überdeckt und über dem von der Antennenspule (2) umschlossenen Innenbereich (7) eine Ausnehmung (23) aufweist.
2. Tragbarer Datenträger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsschicht (20, 30) an mindestens einer Stelle eine Unterbrechung (25) aufweist.
3. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsschicht (20, 30) durch Unterbrechungen (25) in mindestens zwei Segmente (26) gegliedert ist.
4. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die die Dämpfungsschicht (20, 30) wenigstens eine Durchbrechung (27) aufweist.
5. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchbrechung (27) die Form einer zylindrischen Bohrung besitzt, derer Durchmesser (D) eine Funktion der Frequenz und der Fläche der Dämpfungsschicht (20, 30) bzw. des Segmentes (26) ist.
6. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ausnehmung (23) und Innenbereich (7) zumindest näherungsweise deckungsgleich ausgebildet sind, indem die Ausnehmung (23) näherungsweise genauso groß ist wie der Innenbereich (7) und näherungsweise dieselben Abmessungen besitzt.
7. Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zweite Dämpfungsschicht (30) aufweist, die an der von der ersten Dämpfungsschicht (20) abgewandten Seite der Antennenspule (2) angeordnet ist, so daß die Antennenspule (2) beidseitig von Dämpfungsschichten (20, 30) abgedeckt ist.
8. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Dämpfungsschichten (20, 30) aus einem Ferritmaterial, insbesondere FeZn bestehen.
9. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einer Dämpfungsschicht (20, 30) ein Bauelement (5) angeordnet und in dem von der Ausnehmung (23) gebildeten Innenraum elektrisch angeschlossen ist.
10. Tragbarer Datenträger (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er keine oder nur eine reduzierte Nut- zerschnittstelle und keine vollwertige eigene Energieversorgung aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines tragbaren Datenträgers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leiterplatte (10) mit einer Antennenspule (2) hergestellt wird,
auf und/ oder unter die Leiterplatte (10) mindestens eine Dämpfungsschicht (20, 30) so aufgebracht wird, daß die Dämpfungsschicht (20, 30) die Antenne- spule (2) vollständig überdeckt, der von der Antennenspule (2) umschlossene Innenraum (7) aber zumindest teilweise frei bleibt, und
das danach vorliegende Inlett in eine Außenform eingebettet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das In- lett ohne Dämpfungsschicht (20, 30) hergestellt wird und die mindestens eine
Dämpfungsschicht (20, 30) auf die Außenform aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer Dämpfungsschicht (20, 30) durch mechanisches Durch- trennen oder mittels eines Lasers mindestens eine Unterbrechung (25) erzeugt wird.
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