WO2019211377A1 - Sicherheitselement mit einer biologischen sicherheitsstruktur und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Abstract

Das Sicherheitselement hat eine Sicherheitsstruktur, die optisch als Bild und elektrisch als Netzwerk elektrischer Widerstände abgefragt wird. Auf einem Träger (20) ist eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) angeordnet. Die Sicherheitsstruktur befindet sich vorzugsweise im Bereich zwischen diesen Kontakten, weist eine elektrische Leitfähigkeit auf, und stellt eine elektrische Verbindung jeweils den n Kontakten her, deren Widerstandswert abgefragt wird. Die geometrische Form der Sicherheitsstruktur ist bestimmt i) entweder durch einen auf dem Träger (20) gewachsenen biologischen Organismus, der ausgehend von einem Startbereich (29) ein verästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch stimulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, die jeweils auf den Kontakten positioniert sind, ii) oder durch einen auf einem Hilfsträger (34) gewachsenen biologischen Organismus, der ausgehend von einem Startbereich (29) ein verästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch stimulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, die an den Orten (36) des Hilfsträgers (34) positioniert sind, an denen sich auf dem Träger (20) die Kontakte befinden, und Übertragen der so erhaltenen geometrischen Form des biologischen Organismus auf den Träger (20).

Description

Sicherheitselement mit einer biologischen Sicherheitsstruktur und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitselement mit einer biologischen Si- cherheitsstruktur und auf unterschiedliche Verfahren zu seiner Herstellung. Si- cherheitsstrukturen sollen möglichst hochgradig einzigartig, nachahmungs- und fälschungssicher sein. Sie müssen zudem weitere Bedingungen erfüllen, zum Bei- spiel dauerhaft, mit einfachen Mitteln lesbar und überprüfbar sein. Sie sollen da- zu dienen, Produkte authentifizieren zu können. Bei den Produkten kann es sich dabei um eine große Vielzahl von unterschiedlichsten Gegenständen handeln, wie beispielsweise Pharmazeutika, Ersatzteile (zum Beispiel für Flugzeuge), Bankno- ten, Ausweise, Dokumente usw. Das Sicherheitselement ist so ausreichend klein, dass es auf diesen Produkten bzw. Gegenständen angebracht werden kann, bei- spielsweise auch auf einer Scheckkarte.

Aus der WO 2017/11457 2 Al ist ein Sicherheitselement bekannt, das mit einem Laser zugeschnittene Teile biologischen Ursprungs aufweist. Diese Teile sind be- sonders zueinander arrangiert und angeordnet. Ausgelesen wird das optische Erscheinungsbild.

Aus WO 2015/124770 Al ist ein auf biometrischen Daten basierendes Sicherheit- selement bekannt, es soll eine Kommunikation sicher machen. Nicht autorisierten Personen soll kein Zugang zu Kommunikationsnetzen gegeben werden. Das Si- cherheitselement wird elektronisch ausgelesen.

Aus der EP 1 839 279 Bl sind ein Sicherheitselement, Autorisierungsverfahren, Systeme zur Autorisierung von Sicherheitsdokumenten und dergleichen bekannt. Dabei wird mindestens ein Enzym verwendet. Ausgelesen wird die genetische Information des Enzyms. Die Schrift zitiert eine Vielzahl von Patentveröffentli- chungen, in denen Sicherheitselemente beschrieben werden, deren Sicherheits- eigenschaften auf der Einzigartigkeit von organischem Material beruhen. Dabei wird zum Beispiel die Einzigartigkeit von DNA und RNA genutzt. Die vorliegende Erfindung verwendet keine Zellbestandteile, keine genetische Information und keine rein biochemischen Substanzen als Sicherheitsmerkmal. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Sicherheitselement anzugeben, insbesondere ausgehend von dem Sicherheitselement nach der WO 2017/11457 2 Al, das mit einfachen technischen Mitteln ausgelesen werden kann und so hochgradig kom- plex ist, dass ein identisches Doppel bei der Herstellung und ein erfolgreiches Kopieren unwahrscheinlich sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch Sicherheitselement mit einer Sicherheitsstruk- tur, die optisch als Bild und elektrisch als Netzwerk elektrischer Widerstände ab- gefragt wird, mit einem Träger, der eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte trägt, wobei die Sicherheitsstruktur sich im Bereich zwischen diesen Kontakten befindet, eine elektrische Leitfähigkeit aufweist und eine elektrische Verbindung jeweils zwischen vielen, möglichst allen n Kontakten bereitstellt, wobei die geo- metrische Form der Sicherheitsstruktur bestimmt ist

i) entweder durch einen auf dem Träger gewachsenen biologischen Organis- mus, der ausgehend von einem Startbereich ein verästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch stimulierbar ist, dass er auf Attraktoren hin- wächst, die jeweils auf den Kontakten positioniert sind,

ii) oder durch einen auf einem Hilfsträger gewachsenen biologischen Orga- nismus, der ausgehend von einem Startbereich ein verästeltes Wachstum auf- weist und dessen Wachstum dadurch stimulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, die an den Orten des Hilfsträgers positioniert sind, an denen sich auf dem Träger die Kontakte befinden, und Übertragen der so erhaltenen geometri- schen Form des biologischen Organismus auf den Träger.

Dieses Sicherheitselement wird sowohl optisch als auch elektrisch ausgelesen. Nur wenn beide Ergebnisse positiv sind, gilt dies als Authentifizierung. Die opti- sche Erfassung erfolgt über eine Kamera, verglichen wird das erfasste Bild mit einem abgespeicherten Bild. Die elektrische Erfassung kann gleichzeitig erfolgen, das Widerstandsnetzwerk wird abgefragt, vorzugsweise werden jeweils die Wi- derstandswerte zwischen zwei Kontakten abgefragt. Es können auch die Wider- standswerte abgefragt und zueinander in Beziehung gesetzt werden, sodass es nicht auf die absoluten Werte, sondern die relativen Werte ankommt. Dadurch können beispielsweise eine Drift und/oder eine Temperaturabhängigkeit der Wi- derstandswerte kompensiert werden. Eine andere Kompensation, beispielsweise durch zusätzliches Erfassen der Temperatur während des Auslesevorgangs und Korrektur der Werte über eine Formel, ist möglich. Auch bei der elektrischen Er- fassung wird mit abgespeicherten Daten verglichen. Die Sicherheitsstruktur weist eine geometrische Form und eine Vielzahl einzelner Leiterbahnen auf. Optisch wird die geometrische Form abgefragt. Elektrisch wird das Widerstandsnetzwerk gebildet aus den Leiterbahnen abgefragt. Die geomet- rische Form ist durch einen gewachsenen biologischen Organismus bestimmt.

Der biologische Organismus wächst ausgehend von einem Startbereich verästelt, dies bedeutet, dass er sieh nicht vollflächig ausbreitet, sondern in schmalen Adern oder Ästen auf die Attraktoren hinwächst. Bei abgeschlossenem Wachstum bedeckt der biologische Organismus maximal 70 %, insbesondere maximal 50 % und bevorzugt maximal 30 % der Fläche zwischen den Kontakten bzw. Orten auf dem Hilfsträger. Die von dem in der Regel durch Wachstum größer gewordenen Startbereich ausgehenden Adern und Äste bilden Pfade, jeder einzelne Kontakt ist über mindestens einen Pfad mit einem anderen Kontakt verbunden. Eine Lei- terbahn zwischen zwei Kontakten kann mehrere Pfade aufweisen.

Der biologische Organismus ist vorzugsweise ein Einzeller, insbesondere

Schleimpilz. Infrage kommen unter anderem auch Myxogastria (Myxomyceten bzw. echte Schleimpilze), Dictyostelia und Protostelia, sowie Copromyxa, Copro- myxella und Fonticula, sowie Amoebozoa, Plasmodial-Amöben, Algen, Pilze. Der Startbereich nimmt maximal 10 %, vorzugsweise nur 5 % der Fläche zwischen den Kontakten ein, er ist zusammenhängend. Der biologische Organismus wächst typischerweise in Tagen, zum Beispiel 2 bis 3 Tagen, er wächst ausgehend von dem Startbereich zweidimensional in alle Richtungen. Dabei bleibt der Organis- mus topologisch zusammenhängend. In diesem Sprachverständnis wächst ein Baum, der auch ein verästeltes Wachstum zeigt, nur eindimensional in eine Rich- tung, nämlich nach oben.

Die Sicherheitsstruktur muss sich nicht zu allen Kontakten erstrecken. Einige we nige Kontakte bzw. Orte auf dem Hilfsträger können bewusst nicht mit Attrak- tormaterial belegt werden. Dies hat die Folge, dass von diesen Kontakten ge- messene Widerstandswerte ausgesprochen hoch sind. Der Träger ist vorzugswei- se ein Isolator, jedenfalls hat er eine um mindestens zwei Zehnerpotenzen gerin- gere Leitfähigkeit als die Leiterbahnen der Widerstandsschicht. Die Zahl der Kon- takte, die nicht mit dem Widerstandsnetzwerk verbunden sind, soll maximal 20 % der Anzahl n der Kontakte betragen. Es ist auch möglich, die Kontakte bzw. Orte auf dem Hilfsträger, auf die der Organismus nicht hinwachsen soll, mit ei- nem zurückweisenden Material (Repulsor) zu belegen, das abstoßend und damit entgegengesetzt zum Attraktormaterial auf den Organismus wirkt.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf verschiedene Verfahren zur Herstellung des Sicherheitselements. Hierzu wird auf die Ansprüche 4 bis 7 verwiesen. Diese Verfahren ermöglichen eine industrielle Herstellung des Sicherheitselements, verwendet werden dabei Verfahrensschritte, wie sie aus der Halbleitertechnik bekannt sind.

Vorzugsweise liegen die maximalen Abstände zwischen zwei beliebigen Kontak- ten im Bereich von ein bis 100 mm. Dies bedeutet eine gewisse Begrenzung für die Auswahl des Organismus. Der gewachsene Organismus soll so groß sein, dass er in den Bereich zwischen den Kontakten passt. Es ist allerdings möglich, einen größeren Organismus zu verwenden, diesen auf einem Hilfsträger wachsen zu lassen und für das Übertragen seine geometrische Form zu erfassen und maß- stabsgerecht so zu verkleinern, dass die Verkleinerung auf die Fläche zwischen den Kontakten passt. Es kann auch mit einer Vergrößerung gearbeitet werden. Das Wachstum des Organismus ist nur so lange erforderlich, bis möglichst alle mit Attraktormaterial belegten Kontakte bzw. Orte erreicht sind. Danach ist ein weiteres Wachstum nicht notwendig . In der Regel kann dann das Wachstum des Organismus gestoppt werden, insbesondere der Organismus abgetötet werden, wenn der Organismus ausreichend groß geworden ist oder wenn eine gewisse Zeit für das Wachstum verstrichen ist. Er kann auch entfernt werden.

Es ist vorteilhaft, mindestens 8, vorzugsweise mindestens 14 Kontakte vorzuse- hen. Je höher die Anzahl der Kontakte, umso höher ist die Sicherheit.

Die elektrische Leitfähigkeit der Sicherheitsstruktur wird vorzugsweise durch Wi- derstandsmaterial erreicht, das bereits industriell für elektrische Widerstände benutzt wird, beispielsweise für Metallfilmwiderstände, Metalloxid- Schichtwider- stände und Dickschichtwiderstände. Es können auch Kunststoffmaterial, wie zum Beispiel PDMS oder PANI, und dotierte Halbleiter, wie zum Beispiel SOI, verwen- det werden. In vorteilhafter Weiterbildung hat das Widerstandsmaterial, das ur- sprünglich als Widerstandsschicht vorliegt, eine ortsabhängige Leitfähigkeit. Der Träger kann Form steif oder auch flexibel sein, er muss sich eignen, die elektrischen Kontakte aufzunehmen und die die weiteren Behandlungsschritte ermöglichen. Der Träger kann Papier, ein Halbleitersubstrat, insbesondere SOI, Keramik, Kunststoffmaterial, Glas oder dergleichen sein. Die Kontakte können metallisch sein, beispielsweise durch Aufdampfen hergestellt sein, sie können durch leitfähige Tinte realisiert sein, beispielsweise Graphentinte.

Die Erfindung betrifft zudem die Verwendung eines Sicherheitselements zur Au- thentifizierung eines Gegenstandes, mit dem das Sicherheitselement verbunden ist, wobei

- das Sicherheitselement mit einer Abfrageeinrichtung erfasst wird, die einerseits optisch die geometrische Form der Sicherheitsstruktur erfasst und mit einem Originalbild, das an einem Speicherort gespeichert ist, vergleicht und anderer- seits elektrisch das Widerstandsnetzwerk abfragt und die dabei erfassten Wider- standswerte mit Originalwerten, die an dem Speicherort gespeichert sind, ver- gleicht, und

- nur dann, wenn beide Vergleiche positiv sind, ein Signal ausgibt, das die erfolg- reiche Authentifizierung des Sicherheitselements anzeigt.

Als Attraktormaterial eignet sich alles, insbesondere Nährpaste, was aus dem Stand der Technik dafür bekannt sind, dass der wachsende Organismus hin auf dieses Material wächst. Es kann sich um biologische, chemische und/oder physi- kalische (z.B. Licht) Stimuli handeln. Das Gegenteil von Attraktormaterial ist Re- pulsormaterial bzw. Repulsor, für das aus dem Stand der Technik bekannt ist, dass der Organismus es meidet. Vorzugsweise sind Attraktormaterial und/oder das Repulsormaterial geeignet, durch einen Druckvorgang oder einen Stempel- vorgang auf Träger bzw. Hilfsträger aufgebracht zu werden. Dieses Material ist insbesondere pastös. Auch das biologische Material des biologischen Organismus, das im Bereich zwischen den Kontakten bzw. Orten aufgebracht wird, wird vor- zugsweise durch einen einfachen Übertragungsvorgang wie beispielsweise Stem- peln oder Drucken (z.B. mit einem Tintenstrahldrucker) aufgebracht und liegt ebenfalls vorzugsweise als eine Paste oder Flüssigkeit vor.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den übrigen An- sprüchen sowie der nun folgenden Beschreibung von vier unterschiedlichen Aus- führungsbeispielen der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die

Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen

Figur 1 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Trägers, der mit einer

elektrisch leitfähigen Schicht (Widerstandsschicht) und mit elektri- schen Kontakten belegt ist,

Figur 2 eine Draufsicht wie Figur 1, jedoch nunmehr mit auf allen Kontakten deponiertem Attraktormaterial und im Bereich zwischen den Kontak- ten deponiertem, biologischen Material eines biologischen Organis- mus,

Figur 3 ein Schnittbild durch die Anordnung gemäß Figur 2 und entlang der

Schnittlinie III-III,

Figur 4 eine Draufsicht wie Figur 2, jedoch hat nunmehr das Wachstum des biologischen Materials eingesetzt,

Figur 5 eine Draufsicht wie Figur 4, jedoch nunmehr bei ausreichend abge- schlossenem Wachstum des biologischen Organismus, dieser hat alle Kontakte erreicht,

Figur 6 die Anordnung gemäß Figur 5, jedoch nunmehr nach Ätzen der Wi- derstandsschicht unter Verwenden des biologischen Organismus als Maske,

Figur 7 ein Schnittbild mit Schnittlinie wie für Figur 3 und für den Zustand wie in Figur 4, jedoch nunmehr mit einem SOI-Substrat als Träger,

Figur 8 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Trägers aus Papier, auf den

Träger sind Kontakte aufgebracht, auf denen Attraktormaterial de- poniert ist, im Startbereich befindet sich biologisches Material im Ausgangszustand, der Zustand ist somit ähnlich wie in Figur 2,

Figur 9 eine Draufsicht wie Figur 8, jedoch nunmehr bei abgeschlossenem

Wachstum des biologischen Organismus und damit ähnlich Figur 5, Figur 10 eine Draufsicht auf die Oberfläche eines Hilfsträgers, auf den den

Kontakten entsprechenden Orten des Hilfsträgers ist Attraktormate- rial deponiert, das Wachstum von deponiertem biologischen Material hat bereits begonnen,

Figur 11 eine Draufsicht auf die Struktur der Figur 10, jedoch nunmehr bei abgeschlossenem Wachstum,

Figur 12 eine Draufsicht auf die Struktur gemäß Figur 11, jedoch zusätzlich mit einer Silikonschicht auf der Oberseite,

Figur 13 einen Schnitt entlang der Schnittlinie XIII-XIII in Figur 12 und

Figur 14 eine Draufsicht auf ein einsatzfertiges Sicherheitsteil.

Das erste Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 6, das zweite Ausfüh- rungsbeispiel nach Figur 7 und das dritte Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 betreffen jeweils ein Sicherheitselement gemäß der Alternative i) im An- spruch 1, das vierte Ausführungsbeispiel nach den Figuren 10 bis 12 betrifft ein Sicherheitselement nach der Alternative ii). Im Folgenden wird zunächst das ers- te Ausführungsbeispiel eingehend besprochen, die weiteren Ausführungsbeispiele werden anschließend insoweit besprochen, als sie sich vom ersten unterscheiden. Ein Merkmal, das für ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann auch für ein anderes Ausführungsbeispiel eingesetzt und verwendet werden.

Figur 1 zeigt einen Träger 20, auf diesem sind n = 16 elektrische Kontakte 22 an- geordnet. Der Träger 20 ist im Ausführungsbeispiel aus Kunststoff hergestellt, die Kontakte 22 sind metallisch, z.B. AI, sie sind auf eine Oberfläche des Trägers 20 aufgedampft. Diese Oberfläche ist mit einer elektrisch leitfähigen Schicht, im Folgenden Widerstandsschicht 24 genannt, flächig bedeckt, insbesondere er- streckt sich diese Widerstandsschicht 24 über die Kontakte 22. In einer Alternati- ve ist es möglich, zunächst die Widerstandsschicht 24 auf dem Träger 20 anzu- ordnen und erst danach, über die Widerstandsschicht 24, die Kontakte 22 aufzu- bringen. Die Widerstandsschicht 24 bedeckt den Bereich zwischen den Kontakten 22. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Widerstandsschicht 24 nach außen hin nur über die Kontakte 22 erstreckt, aber nicht weiter, also bis an die Grenze, wie sie in Figur 1 angegeben ist, also insbesondere die Grenze des Trägers 20. die Wi- derstandsschicht 24 ist kontinuierlich, sie ist mathematisch zusammenhängend.

Im Zustand gemäß Figur 2 ist Attraktormaterial 26 auf die Kontakte 22 aufge- bracht. Es handelt sich hier beispielsweise um Nährpaste. In einer Alternative können maximal drei, vorzugsweise maximal zwei der sechzehn Kontakte 22 nicht mit der Nährpaste belegt werden, gegebenenfalls können sie mit einem ge- genwirkenden Repulsormaterial belegt werden. Im Bereich zwischen den Kontak- ten 22 ist biologisches Material 28 deponiert, im konkreten Fall für einen

Schleimpilz. Vorzugsweise ist es etwa mittig zwischen den Kontakten 22 ange- ordnet, insbesondere aufgedruckt. Dieses biologische Material 28 nimmt in sei- nem Ausgangszustand einen Startbereich 29 ein, letzterer hat eine Fläche, die maximal 10 % der Fläche des Bereichs zwischen den Kontakten 22 beträgt. Figur 3 zeigt ein Schnittbild durch die Anordnung gemäß Figur 2 man erkennt den Startbereich 29 und das auf den Kontakten 22 befindliche Attraktormaterial 26.

Es werden nun die notwendigen Voraussetzungen geschaffen, dass das biologi- sche Material 28 des Schleimpilzes zu wachsen beginnt, es werden also die er- forderliche Temperatur, Feuchtigkeit, gegebenenfalls Beleuchtung usw. eingehal- ten. Ein anfängliches Stadium des Wachstums zeigt Figur 4. Das Zentrum oder der Fleck des biologischen Materials 28 ist bereits über den Startbereich 29 hin- ausgewachsen. Von diesem Fleck sind mit einer Wachstumsrichtung in zwei Di- mensionen und damit in der Fläche einzelne Äste und Zweige heraus gewachsen, sie verzweigen sich und verästeln sich im Abstand vom ursprünglichen Startbe- reich 29. Ausgehend vom Startbereich 29 wird das biologische Material flächen- mäßig größer. Der Fleck vergrößert sich beispielsweise maximal um das Zehnfa- che. Dies zeigt ein Vergleich der Figuren 2 und 4, wobei Figur 4 noch nicht das finale Wachstum zeigt. Der Fleck selbst erreicht nicht die Kontakte 22.

Ein ausreichendes Wachstum ist gemäß Figur 5 erreicht, nun haben unterschied- liche Äste jeweils die einzelnen Attraktormaterialien 26 und damit die Kontakte 22 erreicht. Ein weiteres Wachstum ist nicht notwendig. Die geometrische Form des gewachsenen Schleimpilzes ist topologisch zusammenhängend. Es führt min- destens ein Pfad, gebildet vom biologischen Organismus, von jedem Kontakt 22 zu jedem anderen Kontakt 22, gegebenenfalls über den Fleck. Häufig sind es mehrere Pfade, die sich in Länge und Querschnitt unterscheiden und in der Regel einen variierenden Querschnitt entlang ihrer Länge haben. Eventuell verbliebene Reste an Attraktormaterial 26 sind entfernt.

Als nächster Schritt erfolgt nun ein Ätzvorgang, vorzugsweise trockenchemisch.

Es wird beispielsweise mit ionisiertem Sauerstoff gearbeitet, es werden Sauer- stoffkerne und/oder -ionen im Wesentlichen rechtwinklig zur Papierebene der Figur 5 auf die Anordnung gerichtet. Dabei wird nur auf die Widerstandsschicht 24 eingewirkt. Sie wird, soweit sie nicht von dem gewachsenen biologischen Or- ganismus bedeckt ist, abgetragen. Der Organismus wirkt als Maske, der die Wi- derstandsschicht 24 gegen den Ätzvorgang schützt. Auch die Kontakte 22 wer- den nicht angegriffen und sind nach dem Ätzschritt weiterhin vorhanden. Im Er- gebnis ist nur ein Teil der Widerstandsschicht 24 entfernt worden, der verbliebe- ne Rest der Widerstandsschicht 24 ist ein exaktes Abbild der geometrischen Form des biologischen Organismus. Andere Verfahren, um die Widerstandsschicht 24 auf die geometrische Form des biologischen Organismus zu reduzieren, sind möglich.

Figur 6 zeigt den Zustand nach dem Ätzen. Die Kontakte 22 sind nun (nur noch) durch ein Netzwerk des Widerstandsmaterials elektrisch miteinander verbunden. Zwischen zwei beliebigen Kontakten 22 besteht eine elektrische Verbindung über mindestens einen Pfad einer gewissen Länge und eines gewissen Querschnitts. Verglichen mit dem Stromverlauf zwischen zwei anderen Kontakten liegen eine unterschiedliche Länge, unterschiedliche Querschnitte und zumeist auch eine un- terschiedliche Anzahl von Pfaden vor. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Wi- derstandswerte. Zudem ist die geometrische Form des gewachsenen Schleimpil- zes einzigartig, sie wird für die optische Auswertung genutzt, die parallel zur Auswertung der Widerstände, siehe auch Figur 14, des Netzwerks erfolgt.

Es ist vorteilhaft, den Organismus, insbesondere Schleimpilz, nach dem Ätzvor- gang oder dann, wenn er nicht mehr benötigt wird, zu entfernen.

Das zweite Ausführungsbeispiel nach Figur 7 verwendet als Träger 20 ein SOI- Substrat, es hat eine dünne Si-Schicht 30. Ausgehend von einem handelsübli- chen SOI Wafer ist die Si-Schicht 30 dotiert, und damit auf eine gewisse Leitfä- higkeit eingestellt. Sie ist jedoch nicht gleichförmig dotiert, sondern bewusst stark inhomogen. Demzufolge ist auch die Leitfähigkeit zwischen zwei beliebigen Punkten der Si-Schicht 30 und damit zwischen zwei ausgewählten Kontakten 22 deutlich unterschiedlich zu der Leitfähigkeit zwischen zwei anderen beliebigen Punkten und damit zwischen zwei anderen Kontakten 22. Vorzugsweise unter- scheiden sich die Widerstandswerte zwischen unterschiedlichen Kontakten 22 um mindestens den Faktor 100, vorzugsweise um mindestens den Faktor 1000. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist die Widerstandsschicht 24 nicht homogen. Sie hat vielmehr eine ortsabhängige Leitfähigkeit. Eine derartige orts- abhängige Leitfähigkeit könnte man im ersten Ausführungsbeispiel dadurch errei- chen, dass die Widerstandsschicht 24 inhomogen ist, beispielsweise aus einzel- nen, einander randseitig überlappenden oder zumindest kontaktierenden Berei- chen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit zusammengesetzt ist.

Auf die Si-Schicht 30, die die Oberfläche des Trägers 20 bildet, sind Kontakte 22 aus Gold aufgebracht. Darüber befindet sich eine kontinuierliche Schicht aus Fo- tolack 32, wie er aus der Siliziumtechnologie (Foto-Lithographie) bekannt ist. Auf diesem befinden sich das Attraktormaterial 26 oberhalb der Kontakte 22 und das biologische Material 28 im Bereich zwischen den Kontakten 22. Figur 7 zeigt ei- nen Zustand des Wachstums ähnlich wie in Figur 4 gezeigt. Wenn der Zustand gemäß Figur 5 erreicht ist, also das biologische Material 28 ausreichend gewach- sen ist, erfolgt eine Belichtung des Fotolacks 32. Anschließend werden die belich- teten Teile des Fotolacks 32 entfernt, sodass sich nur noch unter dem biologi- schen Organismus Fotolack 32 befindet. Der biologische Organismus kann nun entfernt werden. Es wird geätzt, diesmal bevorzugt nasschemisch, beispielsweise mit HF. Es werden (nur) die Teile der Si-Schicht 30 entfernt, die außerhalb der biologischen Struktur liegen. Damit ist die geometrische Form des biologischen Organismus in die leitfähige Si-Schicht 30 übertragen. Diese kann einerseits op- tisch abgefragt werden, andererseits bildet sie das erfindungsgemäße Wider- standsnetzwerk. Sie kann gegebenenfalls eingefärbt werden, um die optische Erkennbarkeit zu verbessern, dies kann für eine andere Ausbildung der Wider- standsschicht 24 durchgeführt werden.

Im dritten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 und 9 ist der Träger 20 aus Papier gefertigt. Auf seiner Oberfläche sind mit leitfähiger Tinte die elektrischen Kontakte 22 aufgedruckt. Figur 8 zeigt den Zustand, in dem auf die Kontakte 22 Attraktormaterial 26 aufgebracht ist und im Startbereich 29 biologisches Material 28 deponiert ist. Es wird ein spezielles biologisches Material 28 verwendet, das eine eigene elektrische Leitfähigkeit hat und/oder es wird ein Attraktormaterial 26 verwendet, das dem biologischen Material eine gewisse elektrische Leitfähig- keit verleiht. Wenn, wie in Figur 9 gezeigt, der Organismus ausreichend gewach- sen ist, wird sein Wachstum blockiert. Damit wird seine geometrische Form fi xiert, es ist nun auch das Widerstandsnetzwerk fertig gestellt, denn die einzelnen Kontakte 22 sind durch elektrisch leitende Pfade miteinander verbunden, die je- den einzelnen Kontakt 22 mit einem beliebigen anderen Kontakt 22 verbinden.

Im vierten Ausführungsbeispiel nach den Figuren 10 bis 13 wird zunächst, wie in Figur 1, ein Träger 20 bereitgestellt, der auf seiner Oberfläche eine Anzahl n elektrischer Kontakte 22 aufweist und vollflächig mit einer Widerstandsschicht 24 flächig belegt ist. Dann wird ein Hilfsträger 34, zum Beispiel aus Papier, verwen- det. Es wird einerseits biologisches Material 28 an einer dem Startbereich 29 ent- sprechenden Stelle und andererseits Attraktormaterial 26 an denjenigen Orten 36 des Hilfsträgers 34 deponiert, die in ihrer geometrischen Lage kongruent mit der Lage der Kontakte 22 des oben genannten Trägers 20 sind. Die Anzahl der Orte 36 entspricht damit der Anzahl n der Kontakte 22. Es muss aber nicht auf allen Orten 36 Attraktormaterial 26 deponiert werden, siehe oben.

Es wird nun auf dem Hilfsträger 34 das Wachstum des biologischen Materials 28 abgewartet. Figur 10 zeigt ein Zwischenstadium ähnlich Figur 4. Ein Abschluss ist erreicht, wenn der biologische Organismus die Orte 36 erreicht hat, die mit Attraktormaterial 26 belegt sind, siehe Figur 11. Nun kann das Wachstum des biologischen Organismus unterbrochen werden. Dieser kann beispielsweise ein- gefroren werden. Das so erreichte Zwischenprodukt wird nun mit einer Abform- masse 37, zum Beispiel Silikon, flächig überdeckt, Figur 12 zeigt diesen Zustand. Es wird entformt, siehe Figur 13 und dort insbesondere den Pfeil, und somit ein Stempel erhalten. Seine, vom biologischen Organismus stammenden Vertiefun- gen werden mit einem aushärtbaren Lack gefüllt, hier kann beispielsweise auch Fotoresist verwendet werden. Der so gefüllte Stempel wird passgenau auf den zuvor hergestellten Träger 20 aufgedrückt, damit wird die Lackfüllung auf den Träger 20 übertragen, wo sie aushärtet. Der ausgehärtete Lack bildet eine Mas- ke, die es, wie im ersten Ausführungsbeispiel, ermöglicht, dass nur die Wider- standsschicht 24 außerhalb der Maske entfernt wird, insbesondere in einem z.B. nasschemischen Ätzschritt. Die beschriebenen Schritte der Lithographie gehören zum Stand der Technik in der Herstellung von Halbleitern, es wird insoweit nach dem Stand der Technik gearbeitet.

Der so erhaltene Stempel kann mehrfach verwendet werden, es kann eine Anzahl von Trägern 20 vorbereitet werden, die mit dem Stempel jeweils mit Lack be- druckt werden. Auf diese Weise erhält man eine Anzahl baugleicher Sicherheit- selemente. Während mit der Alternative i) des Anspruchs 1 Unikate erstellt wer- den, ist es gemäß der Alternative ii) zusätzlich möglich, eine Vielzahl identischer Sicherheitselemente herzustellen.

In einer Alternative des vierten Ausführungsbeispiels wird ein Träger 20 wie in Figur 1 hergestellt, aber diesmal ohne Widerstandsschicht 24. Dann wird, wie oben beschrieben und anhand der Figuren 12 und 13 dargestellt, über einem Hilfsträger 34 ein Stempel mit der Hohlform des ausgewachsenen biologischen Organismus erstellt. In dessen Vertiefungen wird nun aber nicht Lack eingefüllt, vielmehr eine elektrisch leitfähige Paste, die nach der Übertragung auf den Trä- ger 20 aushärtet. Es kann sich hier beispielsweise um eine leitfähige Paste mit Metalloxid- oder Kunststoffpulver handeln. Der so vorbereitete Stempel wird passgenau auf den Träger 20 aufgedrückt, dabei wird die geometrische Form und damit auch das Widerstandsnetzwerk auf diesen übertragen.

Figur 14 zeigt ein einsatzfertiges Sicherheitsteil. Es ist für die praktische Verwen- dung besser geeignet als das Sicherheitselement allein. Auf einem Hauptträger 38 sind n = 16 Hauptkontakte 40 aufgebracht. Zwischen ihnen befindet sich ein Sicherheitselement, wie es oben z.B. für das erste Ausführungsbeispiel beschrie- ben wurde. Jeder der Kontakte 22 des Sicherheitselements ist über eine Verbin- dungsleitung 42 mit einem der Hauptkontakte 40 verbunden. Die elektrischen Messungen werden an den Hauptkontakten 40 durchgeführt. Dadurch wird die Verbindung des Widerstandsnetzwerkes mit den einzelnen Kontakten 22 durch die Widerstandsmessung, siehe das Ohm-Zeichen, nicht beeinträchtigt. Der Hauptträger 38 kann aus anderem Material als der Träger 20 gefertigt sein, vor- zugsweise ist der Träger 20 Teil des Hauptträgers 38, insbesondere einstückiger Teil.

Das Sicherheitselement hat eine Sicherheitsstruktur, die optisch als Bild und elektrisch als Netzwerk elektrischer Widerstände abgefragt wird. Auf einem Trä- ger 20 ist eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte 22 angeordnet. Die Si- cherheitsstruktur befindet sich vorzugsweise im Bereich zwischen diesen Kontak- ten, weist eine elektrische Leitfähigkeit auf, und stellt eine elektrische Verbin- dung jeweils den n Kontakten her, deren Widerstandswert abgefragt wird . Die geometrische Form der Sicherheitsstruktur ist bestimmt durch einen gewachse- nen biologischen Organismus, der ausgehend von einem Startbereich 29 ein ver- ästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch stimulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, dieser Organismus wächst

i entweder auf dem Träger 20, die Attraktoren sind jeweils auf den Kontak- ten positioniert,

ii oder auf einem Hilfsträger 34, die Attraktoren sind an den Orten 36 des Hilfsträgers 34 positioniert, an denen sich auf dem Träger 20 die Kontakte befin- den, und die so erhaltene geometrische Form des biologischen Organismus ist auf den Träger 20 übertragen. Vorzugsweise ist das Widerstandsnetzwerk, insbe- sondere die Widerstandsschicht 24 bzw. der elektrisch leitfähige Organismus, angefertigt, damit die geometrische Form besser optisch erkannt werden kann.

Begriffe wie im Wesentlichen, vorzugsweise und dergleichen sowie möglicher- weise als ungenau zu verstehende Angaben sind so zu verstehen, dass eine Ab- weichung um plusminus 5 %, vorzugsweise plusminus 2 % und insbesondere plus minus ein Prozent vom Normalwert möglich ist. Die Anmelderin behält sich vor, beliebige Merkmale und auch Untermerkmale aus den Ansprüchen und/oder beliebige Merkmale und auch Teilmerkmale aus einem Satz der Beschreibung in beliebiger Art mit anderen Merkmalen, Untermerkmalen oder Teilmerkmalen zu kombinieren, dies auch außerhalb der Merkmale unabhängiger Ansprüche.

In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, sodass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Bezugszeichen 20 Träger

22 elektrischer Kontakt 24 Widerstandsschicht 26 Attraktormaterial 28 biologisches Material 29 Startbereich

30 Si-Schicht

32 Fotolack

34 Hilfsträger

36 Ort

37 Abformmasse

38 Hauptträger

40 Hauptkontakt 42 Verbindungsleitung

Claims

Patentansprüche

1. Sicherheitselement mit einer Sicherheitsstruktur, die optisch als Bild und elektrisch als Netzwerk elektrischer Widerstände abgefragt wird, mit einem Träger (20), der eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) trägt, wobei die Sicherheitsstruktur sich im Bereich zwischen diesen Kontakten befindet, eine elektrische Leitfähigkeit aufweist und eine elektrische Ver- bindung jeweils zwischen vielen, möglichst allen n Kontakten bereitstellt, wobei die geometrische Form der Sicherheitsstruktur bestimmt ist i) entweder durch einen auf dem Träger (20) gewachsenen biologi- schen Organismus, der ausgehend von einem Startbereich (29) ein verästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch sti- mulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, die jeweils auf den Kontakten positioniert sind,

ii) oder durch einen auf einem Hilfsträger (34) gewachsenen biologi- schen Organismus, der ausgehend von einem Startbereich (29) ein verästeltes Wachstum aufweist und dessen Wachstum dadurch sti- mulierbar ist, dass er auf Attraktoren hinwächst, die an den Orten (36) des Hilfsträgers (34) positioniert sind, an denen sich auf dem Träger (20) die Kontakte befinden, und Übertragen der so erhalte- nen geometrischen Form des biologischen Organismus auf den Trä- ger (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektri- sche Leitfähigkeit der Sicherheitsstruktur durch eine Widerstandsschicht (24) realisiert ist, und dass diese Widerstandsschicht vorzugsweise eine ortsabhängige elektrische Leitfähigkeit aufweist.

3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Attraktormaterial (26) und/oder das im Startbe- reich (29) deponierte Material des biologischen Organismus in einem Druckverfahren aufgebracht sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselementes nach einem der vo rangegangenen Ansprüche mit folgenden Schritten : a) Bereitstellen eines Trägers (20), der auf einer Oberfläche eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) aufweist,

b) flächiges Aufträgen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf den Bereich zwischen diesen Kontakten und über viele, möglichst alle n Kontakte, c) Deponieren von Attraktormaterial (26), insbesondere Nährpaste, auf vielen, möglichst allen n Kontakten, und von biologischem Material, insbe- sondere Schleimpilz, im Bereich zwischen den Kontakten,

d) Warten, bis ein verästeltes Wachstum des biologischen Materials hin zu den Kontakten, die mit Attraktormaterial (26) belegt sind, erfolgt ist, und e) Entfernen desjenigen Teils der elektrisch leitfähigen Schicht, die nicht von dem biologischen Material, wie es nach Schritt d) vorliegt, bedeckt ist, der verbleibende Teil bildet die Sicherheitsstruktur.

5. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselementes nach einem der An- sprüche 1 bis 3 mit folgenden Schritten :

a) Bereitstellen eines Trägers (20), der auf einer Oberfläche eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) aufweist,

b) Deponieren von Attraktormaterial (26), insbesondere Nährpaste, auf vielen, möglichst allen n Kontakten, und von biologischem Material, insbe- sondere Schleimpilz, im Bereich zwischen den Kontakten, wobei das At- traktormaterial (26) dem biologischen Material eine elektrische Leitfähig- keit vermittelt und/oder das biologische Material von Hause aus elektrisch leitfähig ist,

c) Warten, bis ein verästeltes Wachstum des biologischen Materials hin zu den Kontakten, die mit Attraktormaterial (26) belegt sind, erfolgt ist, d) gegebenenfalls Beenden des Wachstums des biologischen Materials, zum Beispiel durch Abtöten und

e) Verwendung des gewachsenen, elektrisch leitfähigen biologischen Mate- rials als Sicherheitsstruktur.

6. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselementes nach einem der An- sprüche 1 bis 3 mit folgenden Schritten :

a) Bereitstellen eines Trägers (20), der auf einer Oberfläche eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) aufweist,

b) Bereitstellen eines Hilfsträgers (34) und Deponieren von Attraktormate- rial (26), insbesondere Nährpaste, auf vielen, möglichst allen Orten (36), an denen sich die Kontakte auf den Träger (20) befinden, und von biologi- schem Material, insbesondere Schleimpilz, im Bereich zwischen den Orten (36),

c) Warten, bis ein verästeltes Wachstum des biologischen Materials hin zu den Orten (36), die mit Attraktormaterial (26) belegt sind, erfolgt ist, d) gegebenenfalls Beenden des Wachstums des biologischen Materials, zum Beispiel durch Abtöten,

e) Abformen der geometrischen Struktur des gewachsenen biologischen Materials mittels Stempelmaterial und Entfernen des erhaltenen Stempels vom Hilfsträger (34) und vom biologischen Material,

f) Füllen des Stempels mit elektrisch leitfähiger Druckpaste und passge- naues Bedrucken des Trägers (20) mit dieser Druckpaste, und

g) Verwenden der auf dem Träger (20) befindlichen, aufgedruckten geo- metrischen Struktur als Sicherheitsstruktur.

7. Verfahren zur Herstellung eines Sicherheitselementes nach einem der An- sprüche 1 bis 3 mit folgenden Schritten :

a) Bereitstellen eines Trägers (20), der auf einer Oberfläche eine Anzahl n einzelner elektrischer Kontakte (22) aufweist,

b) flächiges Aufträgen einer elektrisch leitfähigen Schicht auf den Bereich zwischen diesen Kontakten und über viele, möglichst alle n Kontakte, c) Bereitstellen eines Hilfsträgers (34) und Deponieren von Attraktormate- rial (26), insbesondere Nährpaste, auf vielen, möglichst allen Orten (36), an denen sich die Kontakte auf den Träger (20) befinden, und von biologi- schem Material, insbesondere Schleimpilz, im Bereich zwischen den Orten (36),

d) Warten, bis ein verästeltes Wachstum des biologischen Materials hin zu den Orten (36), die mit Attraktormaterial (26) belegt sind, erfolgt ist, e) gegebenenfalls Beenden des Wachstums des biologischen Materials, zum Beispiel durch Abtöten,

f) Abformen der geometrischen Struktur des gewachsenen biologischen Materials mittels Stempelmaterial und Entfernen des erhaltenen Stempels vom Hilfsträger (34) und vom biologischen Material,

f) Füllen des Stempels mit einem aushärtbaren Lack, beispielsweise Pho- toresist, und passgenaues Bedrucken des Trägers (20) mit diesem Lack, g) Entfernen desjenigen Teils der elektrisch leitfähigen Schicht, die nicht von dem Lack bedeckt ist, und

h) Verwenden des auf dem Träger (20) befindlichen, verbliebenen Teils der elektrisch leitfähigen Schicht als Sicherheitsstruktur.

8. Verwendung eines Sicherheitselements nach einem der vorangegangenen Ansprüche zur Authentifizierung eines Gegenstandes, mit dem das Sicher- heitselement verbunden ist, wobei

- das Sicherheitselement mit einer Abfrageeinrichtung erfasst wird, die ei- nerseits optisch die geometrische Form der Sicherheitsstruktur erfasst und mit einem Originalbild, das an einem Speicherort gespeichert ist, ver- gleicht und andererseits elektrisch das Widerstandsnetzwerk abfragt und die dabei erfassten Widerstandswerte mit Originalwerten, die an dem Speicherort gespeichert sind, vergleicht, und

- nur dann, wenn beide Vergleiche positiv sind, ein Signal ausgibt, das die erfolgreiche Authentifizierung des Sicherheitselements anzeigt.