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Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektronisches Modul für einen tragbaren Datenträger und ein Verfahren zur Herstellung eines tragbaren Datenträgers.
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Kartenförmige Datenträger, insbesondere Chipkarten werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise als Ausweisdokumente, zum Nachweis einer Zugangsberechtigung zu einem Mobilfunknetz oder zur Durchführung von Transaktionen des bargeldlosen Zahlungsverkehrs. Eine Chipkarte weist einen Kartenkörper und einen in den Kartenkörper eingebetteten integrierten Schaltkreis auf. Um eine effiziente Herstellung der Chipkarte zu ermöglichen, wird der integrierte Schaltkreis bei einer Vielzahl von Herstellungsverfahren zunächst in ein Chipmodul verpackt und anschließend das Chipmodul in den Kartenkörper eingebaut. Insbesondere wird das Chipmodul in eine Aussparung des Kartenkörpers eingeklebt.
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Eine Kommunikation mit dem integrierten Schaltkreis kann über ein Kontaktfeld der Chipkarte abgewickelt werden, das hierzu von einer Kontaktiereinheit berührend kontaktiert wird. Das Kontaktfeld ist in der Regel Bestandteil des Chipmoduls. Alternativ oder zusätzlich zur Kommunikation über das Kontaktfeld kann eine kontaktlose Kommunikation vorgesehen sein. Hierzu kann der Kartenkörper eine Antenne aufweisen, die beim Einbau des Chipmoduls mit dem integrierten Schaltkreis elektrisch leitend verbunden wird. Abhängig vom Einsatzgebiet, für welches die Chipkarte vorgesehen ist, kann der Kartenkörper außer der Antenne auch andere oder weitere elektrische Komponenten aufweisen, die beim Einbau des Chipmoduls mit dem integrierten Schaltkreis elektrisch leitend verbunden werden.
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Bei der überwiegenden Zahl der für den Einbau eines Chipmoduls in einen Kartenkörper verwendeten Techniken sind die Bereiche, in denen die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen dem integrierten Schaltkreis des Chipmoduls und der elektrischen Komponente des Kartenkörpers ausgebildet werden, nicht direkt mittels eines Werkzeugs zugänglich. Es sind daher Kontaktierungsverfahren erforderlich, die trotz dieser fehlenden Zugangsmöglichkeit eine Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis und der elektrischen Komponente ermöglichen.
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Diesbezüglich offenbart die
WO 97/05569 A1 einen Datenträger, bei dem beispielsweise mittels eines elektrisch leitenden Klebstoffs eine elektrische Verbindung zwischen je einem Modulanschlusskontakt und einem Spulenanschlusskontakt ausgebildet wird. Der Klebstoff ist jeweils in einem Kanal enthalten, der sich zwischen je einem Modulanschlusskontakt und einem Spulenanschlusskontakt erstreckt.
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Weiterhin ist aus der
DE 197 49 650 C2 ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung eines Moduls mit einer Antennenschicht oder einer Antennenspule bekannt. Das Modul weist eine elektronische Komponente auf und wird in eine Kavität eines Kartenkörpers einer Chipkarte eingesetzt. In den Kartenkörper wird im Bereich der Kontaktflächen für die Antennenschicht oder Antennenspule mindestens eine Ausnehmung je Kontakt eingebracht. Die Ausnehmung fixiert ein elastisches Kontaktelement, insbesondere eine Schraubenfeder, so dass die Enden des Kontaktelements die Kontaktflächen für die Antennenschicht oder Antennenspule einerseits und die Gegenkontaktflächen des Moduls andererseits berühren. Anstelle des elastischen Kontaktelements kann ein leitfähiger metallischer Bolzen in die Ausnehmung eingebracht werden. Der Bolzen kann durch Leitkleber oder durch Löten mit den Kontaktflächen für die Antennenschicht oder Antennenspule und den Gegenkontaktflächen des Moduls verbunden werden.
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Weiterhin beschreibt die
DE 195 00 925 C2 ein Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen Chipkarte. Dabei wird ein Chipmodul in eine Kavität eines Kartenkörpers, der ein Übertragungsmodul umfasst, eingebracht. Anschlussflächen des Chipmoduls werden mit Anschlussflächen des Übertragungsmoduls mittels Löten, leitfähigen Klebers, Ultraschallschweißen oder leitfähigen Kunststoff verbunden.
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Die japanische Offenlegungsschrift
JP 2000-227954 A beschreibt einen Aufbau eines Datenträgers bzw. dessen Zusammenbau. Der Datenträger ein Chipmodul mit einem Chip und äußere Anschlüsse. In ein Kunststoffbett des Kartenkörpers ist eine Antenne mit entsprechende Anschlüsse eingebettet. Der Chip ist über elektrische Verbindungen mit den äußeren Anschlüssen elektrisch verbunden. Bei der Montage des Chipmoduls in den Kartenkörper dringen Vorsprünge in die Antennenanschlüsse ein und stellen eine elektrische Kontaktierung her.
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Das
US-Patent 6,459,588 B1 offenbart eine kontaktlose Datenträgerkarte mit einem Kartenkörper, einer Antenne, die auf dem Kartenkörper ausgebildet ist, und einem Chipmodul. Zwischen Anschlüssen des Chipmoduls und Anschlüssen der Antenne befindet sich ein Klebefilm. Bei der Montage des Chipmoduls wird ein Druck vom Chipmodul auf die Anschlüsse der Antenne ausgeübt, so dass der Klebefilm in dieser Richtung leitfähig wird, wogegen der Klebefilm in einer Richtung, in der kein Druckausgeübt wird, nichtleitend wirkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem tragbaren Datenträger eine elektrisch leitende Verbindung zwischen einem elektronischen Modul und einer elektrischen Komponente eines Kartenkörpers in möglichst optimaler Weise auszubilden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1, 14 und 15.
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Der erfindungsgemäße tragbare Datenträger weist einen Datenträgerkörper mit wenigstens einer elektrischen Komponente und ein elektronisches Modul auf, das einen Träger aufweist, wenigstens teilweise in den Datenträgerkörper eingebettet ist und über wenigstens eine elektrisch leitende Verbindung mit der elektrischen Komponente des Datenträgerkörpers verbunden ist. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und der elektrischen Komponente des Datenträgerkörpers ist über einander benachbarte elektrische Kontakteinrichtungen des elektronischen Moduls und des Datenträgerkörpers ausgebildet. Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen tragbaren Datenträgers besteht darin, dass die elektrische Kontakteinrichtung des elektronischen Moduls als ein elektrisch leitfähiges Band ausgebildet ist, wobei das elektrisch leitfähige Band elektrisch leitfähige Erhebungen, welche in Richtung des Trägers als auch in Richtung der elektrischen Kontakteinrichtung gerichtet sind, aufweist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass mit geringem Aufwand eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und der elektrischen Komponente des Datenträgerkörpers ausgebildet ist, die dauerhaft einer hohen mechanischen Beanspruchung des tragbaren Datenträgers standhält.
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Das erfindungsgemäße elektronische Modul, das einen Träger aufweist, zum Einbau in einen Datenträgerkörper eines tragbaren Datenträgers, weist wenigstens eine elektrische Kontakteinrichtung zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zu einer elektrischen Komponente des Datenträgerkörpers auf, die an wenigstens eine elektrische Kontakteinrichtung des Datenträgerkörpers angeschlossen ist. Die elektrische Kontakteinrichtung des elektronischen Moduls ist als ein elektrisch leitfähiges Band ausgebildet, wobei das elektrisch leitfähige Band elektrisch leitfähige Erhebungen, welche in Richtung des Trägers als auch in Richtung der elektrischen Kontakteinrichtung gerichtet sind, aufweist.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines tragbaren Datenträgers aus einem Datenträgerkörper und einem elektronischen Modul, das einen Träger aufweist, wird ein elektronisches Modul in eine Aussparung eines Datenträgerkörpers eingesetzt und über einander benachbarte elektrische Kontakteinrichtungen des elektronischen Moduls und des Datenträgerkörpers eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und einer elektrischen Komponente des Datenträgerkörpers ausgebildet. Die elektrisch leitende Verbindung wird mittels eines elektrisch leitfähigen Bandes ausgebildet, das auf einem Träger des elektronischen Moduls angeordnet ist, wobei Erhebungen des elektrisch leitfähigen Bandes in Richtung des Trägers als auch in Richtung der elektrischen Kontakteinrichtung gerichtet sind.
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Der tragbare Datenträger kann ein kartenförmiger Datenträger, insbesondere in Form einer Chipkarte im Sinne der ISO 7816 bzw. einer SIM-Karte, ein Datenträger mit USB-Anschluss (USB-Token) oder ein ähnlich aufgebauter, auf eine Person bezogener Datenträger sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert, die sich auf einen tragbaren Datenträger in Form einer Chipkarte beziehen.
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Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Chipkarte in einer schematisierten Aufsicht,
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2 ein Ausführungsbeispiel des Kartenkörpers der erfindungsgemäßen Chipkarte vor dem Einsetzen des Chipmoduls ausschnittsweise in einer schematisierten Aufsicht,
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3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls vor dem Einbau in den Kartenkörper der Chipkarte in einer schematisierten Aufsicht und
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4 das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipkarte in einer schematisierten ausschnittsweisen Schnittdarstellung.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Chipkarte 1 in einer schematisierten Aufsicht. Die Chipkarte 1 weist einen Kartenkörper 2 auf, in den ein Chipmodul 3 eingesetzt ist. Das Chipmodul 3 verfügt über einen integrierten Schaltkreis 4 zum Speichern und/oder Verarbeiten von Daten. Weiterhin verfügt das Chipmodul 3 über ein Kontaktfeld 5, das an der Außenseite des Kartenkörpers 2 angeordnet ist und den im Inneren des Kartenkörpers 2 angeordneten integrierten Schaltkreis 4 überdeckt. Zwischen dem integrierten Schaltkreis 4 und dem Kontaktfeld 5 sind mehrere elektrisch leitende Verbindungen ausgebildet, so dass dem integrierten Schaltkreis 4 über das Kontaktfeld 5 diverse elektrische Signale zugeführt werden können und der integrierte Schaltkreis 4 über das Kontaktfeld 5 Signale ausgeben kann. Hierzu kann das Kontaktfeld 5 von einem nicht figürlich dargestellten Schreib-/Lesegerät berührend kontaktiert werden.
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Der Kartenkörper 2 weist in seinem Inneren weiterhin eine Antennenspule 6 auf, die beispielsweise als eine gedruckte oder geätzte Spule oder als eine Drahtspule ausgebildet ist und, ebenso wie der integrierte Schaltkreis 4, von außen nicht sichtbar und deshalb durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Die Antennenspule 6 ist elektrisch leitend mit dem integrierten Schaltkreis 4 verbunden und ermöglicht analog zum Kontaktfeld 5 eine Übertragung von Signalen, die vom integrierten Schaltkreis 4 gesendet oder empfangen werden. Im Gegensatz zum Kontaktfeld 5 wird die Signalübertragung über die Antennenspule 6 allerdings kontaktlos ausgeführt, so dass die Chipkarte 1 für diese Signalübertragung in einem Abstand zu einem dafür vorgesehenen Schreib-/Lesegerät angeordnet wird. Die in 1 dargestellte Chipkarte 1 ist somit in der Lage, sowohl über eine berührende Kontaktierung als auch kontaktlos Signale zu übertragen.
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Alternativ oder zusätzlich zur Antennenspule 6 kann der Kartenkörper 2 der Chipkarte 1 weitere nicht figürlich dargestellte elektrische Komponenten aufweisen, wie zum Beispiel eine Anzeige, einen Schalter, einen Sensor, eine Batterie usw. Diese elektrischen Komponenten können jeweils mit dem integrierten Schaltkreis 4 elektrisch leitend verbunden sein.
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2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kartenkörpers 2 der erfindungsgemäßen Chipkarte 1 vor dem Einsetzen des Chipmoduls 3 ausschnittsweise in einer schematisierten Aufsicht. Der Kartenkörper 2 ist im Bereich einer Aussparung 7 dargestellt, in die das Chipmodul 3 eingesetzt wird. Die Aussparung 7 ist zweistufig ausgebildet und weist einen Randbereich 8 und einen Zentralbereich 9 auf. Der Zentralbereich 9 ist innerhalb des Randbereichs 8 ausgebildet und reicht tiefer in den Kartenkörper 2 hinein als der Randbereich 8. Im Randbereich 8 ist an zwei gegenüberliegenden Seiten des Zentralbereichs 9 je eine Anschlussfläche 10 aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet. An die beiden Anschlussflächen 10 ist je ein Ende der Antennenspule 6 angeschlossen, so dass über die Anschlussflächen 10 eine elektrisch leitende Verbindung zur Antennenspule 6 ausgebildet werden kann. Die Anschlussflächen 10 können insbesondere einteilig mit der Antennenspule 6 ausgebildet sein.
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3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Chipmoduls 3 vor dem Einbau in den Kartenkörper 2 der Chipkarte 1 in einer schematisierten Aufsicht. Dargestellt ist die Seite des Chipmoduls 3, die im eingebauten Zustand dem Inneren des Kartenkörpers 2 der Chipkarte 1 zugewandt ist. Diese Seite wird im Folgenden als Rückseite des Chipmoduls 3 bezeichnet. In entsprechender Weise wird die Seite des Chipmoduls 3, auf der das Kontaktfeld 5 angeordnet ist, im Folgenden als Vorderseite bezeichnet.
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Das Chipmodul 3 ist bezüglich seiner lateralen Abmessungen, die durch eine strichpunktierte Linie verdeutlicht sind, kleiner als die Außenabmessungen des Randbereichs 8 der Aussparung 7 des Kartenkörpers 2 und weist eine Trägerfolie 11 auf, auf der zur Vorderseite des Chipmoduls 3 hin das Kontaktfeld 5 angeordnet ist. Die Trägerfolie 11 besteht aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise aus Epoxid. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Trägerfolie 11 als ein Band ausgebildet und stellt einen gemeinsamen Bestandteil einer Vielzahl von Chipmodulen 3 dar. Um die Handhabung zu erleichtern, weist die Trägerfolie 11 im Bereich ihrer beiden Seitenränder je eine in Längsrichtung der Trägerfolie 11 verlaufende Perforation 12 auf. Die Chipmodule 3 sind in zumindest einer Reihe in Längsrichtung der Trägerfolie 11 angeordnet und werden erst unmittelbar vor dem Einbau in den Kartenkörper 2 aus der Trägerfolie 11 ausgestanzt. Vorzugsweise sind zwei Reihen von Chipmodulen 3 nebeneinander auf der Trägerfolie 11 angeordnet.
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Bei jedem Chipmodul 3 sind zu seiner Rückseite hin auf der Trägerfolie 11 zwei Kontaktflächen 13 angeordnet, die elektrisch leitend mit dem integrierten Schaltkreis 4 verbunden und seitlich neben einem Vergusskörper 14 angeordnet sind, in den der integrierte Schaltkreis 4 eingebettet ist. Die Aussparung 7 des Kartenkörpers 2 wird auf die Außenabmessungen des Vergusskörpers 14 so angepasst, dass der Vergusskörper 14 vom Zentralbereich 9 der Aussparung 7 aufgenommen werden kann. Die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Kontaktflächen 13 und dem integrierten Schaltkreis 4 sind nicht figürlich dargestellt und können beispielsweise auf direktem Weg mittels dafür vorgesehener Drähte realisiert sein. Ebenso können die elektrisch leitenden Verbindungen auch dadurch realisiert sein, dass die Kontaktflächen 13 mit dem Kontaktfeld 5 elektrisch leitend verbunden sind, das wiederum mit dem integrierten Schaltkreis 4 elektrisch leitend verbunden ist. Damit lassen sich allerdings nur solche elektrisch leitenden Verbindungen zum integrierten Schaltkreis 4 ausbilden, die auch beim Kontaktfeld 5 vorgesehen sind.
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Weiterhin ist auf der Rückseite der Chipmodule 3 ein Metallband 15 auf die Trägerfolie 11 auflaminiert, das die Kontaktflächen 13 partiell überdeckt. Bei dem Metallband 15 handelt es sich bevorzugt um ein Leadframe-Band. In der Nähe seiner beiden Seitenränder sind auf dem Metallband 15 Erhebungen 16 ausgebildet. Die Erhebungen 16 sind spitz zulaufend, beispielsweise tetraetrisch, geformt und sowohl auf der mit der Trägerfolie 11 laminierten Seite als auch auf der in 3 sichtbaren Seite des Metallbands 15 ausgebildet. Über die Erhebungen 16 ist das Metallband 15 elektrisch leitend mit den Kontaktflächen 13 verbunden.
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Im Bereich jedes Vergusskörpers 14 weist das Metallband 15 eine Ausstanzung 17 auf. Um ein Kurzschließen der Kontaktflächen 13 über das Metallband 15 zu vermeiden, ist die Ausstanzung 17 bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils so groß gewählt, dass sie sich in Längsrichtung der Trägerfolie 11 über das gesamte Chipmodul 3 erstreckt. Ebenso ist es auch möglich eine kleinere Ausstanzung 17 vorzusehen und das Metallband 15 wenigstens in den die Kontaktflächen 13 überdeckenden Bereichen so auszubilden, dass die elektrische Leitfähigkeit innerhalb der Ebene des Metallbandes 15 niedrig und senkrecht zu dieser Ebene hoch ist.
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4 zeigt das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chipkarte 1 in einer schematisierten ausschnittsweisen Schnittdarstellung. Der dargestellte Ausschnitt zeigt den Kartenkörper 2 im Bereich eines der beiden Anschlussflächen 10. Das Chipmodul 3 ist im Bereich einer der beiden Kontaktflächen 13 dargestellt. Dabei ist insbesondere auch einer von mehreren Bonddrähten 18 skizziert, die innerhalb des Vergusskörpers 14 verlaufen und das Kontaktfeld 5 elektrisch leitend mit Kontakten 19 des integrierten Schaltkreises 4 verbinden. Um das Kontaktfeld 5 für die auf der Rückseite des Chipmoduls 3 angeordneten Bonddrähte 18 zugänglich zu machen, weist die Trägerfolie 11 mehrere Durchbrechungen 20 auf.
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Bei der Herstellung der Chipkarte 1 wird folgendermaßen vorgegangen:
Das Chipmodul 3 wird aus der Trägerfolie 11 ausgestanzt und in die Aussparung 7 des Kartenkörpers 2 eingesetzt. Vor dem Ausstanzen wird auf die Rückseite des Chipmoduls 3 ein thermisch aktivierbarer Kleber 21 in Form einer dünnen Folie aufgebracht, wobei der Vergusskörper 14 zum Teil ausgespart bleibt, das Metallband 15 jedoch durch den Kleber 21 abgedeckt wird. Auch wenn der Kleber 21 aus einem elektrisch isolierenden Material besteht, wird beim Einsetzen des Chipmoduls 3 in die Aussparung 7 des Kartenkörpers 2 eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Metallband 15 und den Anschlussflächen 10 des Kartenkörpers 2 hergestellt, da die Erhebungen 16 des Metallbandes 15 den Kleber 21 durchstoßen und in die Anschlussflächen 10 eindringen. Auf analoge Weise ist das Metallband 15 elektrisch leitend mit den Kontaktflächen 13 verbunden. In diesem Fall durchstoßen die Erhebungen 16 einen Laminierkleber 22, mit dessen Hilfe das Metallband 15 an der Trägerfolie 11 fixiert ist und dringen in die Kontaktflächen 13 ein. Der Laminierkleber 22 kann auf dem Metallband 15 angeordnet sein und mit diesem auf die Trägerfolie 11 aufgebracht werden. Zudem kann alternativ zuerst der Kleber 21 und danach das Metallband 15 auf die Trägerfolie aufgebracht werden.
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Durch Zufuhr von Wärmeenergie wird der Kleber 21 aktiviert, so dass er das Chipmodul 3 fest und dauerhaft mit dem Kartenkörper 2 verklebt. Die Wärmeenergie wird beispielsweise mittels eines Heißstempels, mittels eines induzierten Wirbelstroms, mittels Ultraschall oder mittels eines Lasers lokal zugeführt. Durch die Verklebung und das Eindringen der Erhebungen 16 des Metallbandes 15 wird eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Anschlussfläche 10 des Kartenkörpers 2 und der jeweiligen Kontaktfläche 13 des Chipmoduls 3 ausgebildet, die auch bei starker mechanischer Beanspruchung der Chipkarte 1 auf Dauer zuverlässig erhalten bleibt.
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Bei einer Abwandlung der Erfindung wird für die Verklebung des Chipmoduls 3 mit dem Kartenkörper 2 anstelle einer thermoaktivierbaren Klebefolie ein sonstiger Kleber 21, beispielsweise ein Flüssigkleber, eingesetzt.
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Bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung ist das Chipmodul 3 auf andere Weise ausgebildet, als beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel. Auch in diesem Fall werden für die Ausbildung des Chipmoduls 3 jeweils bevorzugt gebräuchliche Standardverfahren der Chipmodulherstellung eingesetzt. Insbesondere können die Kontaktflächen 13 des Chipmoduls 3 entfallen und eine direkte elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Metallband 15 und dem Kontaktfeld 5 hergestellt werden. Hierzu werden die Erhebungen 16 des Metallbandes 15 so ausgebildet, dass sie in der Lage sind, die Trägerfolie 11 vollständig zu durchstoßen und bis in das Kontaktfeld 5 vorzudringen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist somit nur eine einseitige Metallisierung der Trägerfolie 11 erforderlich.