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Die
Erfindung betrifft ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges
Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein
Transponder mit einem Chip und einer Spule als Antenne ermöglicht
einen kontaktlosen Zugriff auf einen den Chip enthaltenden Speicher.
In Karten angeordnete Transponder werden beispielsweise im Zusammenhang
mit automatisierten Zutrittskontrollen, als Tickets, im Zusammenhang
mit sicherheitsrelevanten Informationen als Pässe und Banking
Cards, und im Zusammenhang mit der Herkunftskennzeichnung als Smart
Labels und Etiketten verwendet.
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Es
sind auch Chipkarten bekannt, bei denen ein kontaktbehafteter Zugriff
auf den Speicher ermöglicht ist. Bei dem kontaktbehafteten
Zugriff werden Kontaktflächen des Chips in einem Kartenlesegerät
elektrisch mittels physikalischem Kontakt abgetastet, so dass eine
Datenübertragung ermöglicht wird.
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Bei
so genannten „dual interface”-Karten sind die
Möglichkeiten des kontaktlosen Zugriffs und des kontaktbehafteten
Zugriffs kombiniert. Die „dual interface”-Karte
verfügt daher sowohl über ein Kontaktfeld für
die kontaktbehaftete Datenübertragung als auch über
eine Antenne für die kontaktlose Datenübertragung.
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Es
ist bekannt, dass Zwischenprodukte bei der Herstellung von Chipkarten
erzeugt bzw. verwendet werden, da einzelne Herstellungsschritte
auf unterschiedliche Hersteller verteilt sind. Beispielsweise wird
von einem Hersteller bzw. Zulieferer das kartenförmige
Raumgebilde mit einer darin angeordneten Antenne als Zwischenprodukt
hergestellt. Daran anschließend verwendet ein weiterer
Hersteller das Zwischenprodukt durch Einsetzen eines Chipmoduls in
das kartenförmige Raumgebilde mit der Antenne. Dazu wird
durch Fräsen eine Ausnehmung in das Raumgebilde unter Freilegen
von Kontaktflächen der Antenne ausgebildet, so dass ein
Chipmodul in das Raumgebilde eingebracht werden kann unter elektrischer
Verbindung des Chipmoduls mit den Kontaktflächen der Antenne.
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Aus
DE 197 09 985 A1 ist
eine Chipkarte für die kontaktlose und kontaktbehaftete
Datenübertragung bekannt, die eine Antennenschicht mit
einer Antenne aufweist. An den Enden der Antenne, die mit einem
Chip verbunden werden sollen, sind Verdickungen vorgesehen, die
durch einen Lötauftrag gebildet sind. Die mit den Verdickungen
ausgebildete Antennenschicht ist zwischen einer oberen und einer unteren
Deckschicht eingeschlossen. In das so ausgestaltete Halbzeug bzw.
Zwischenprodukt wird eine Ausnehmung so tief gefräst, dass
in dem Bereich, in welchem der Träger des Chips später
zu liegen kommt, die Verdickungen mit angefräst bzw. abgefräst
werden, so dass sie in einer Bodenfläche der Ausnehmung
freiliegende Zugangsflächen bilden. Nachdem der Chip mit
Träger in die Ausnehmung der Karte eingesetzt wurde, wird
ein Lötwerkzeug auf die Antennenkontakte aufgesetzt, so
dass das in ihnen enthaltene Lot schmilzt und auch die darunterliegenden
Verdickungen, welche aus Lötmaterial gebildet sind, mit
anschmelzen. Dadurch wird eine durchgehende Verlötung zwischen
den Chipkontakten und den Außenkontakten und über
die Anschlußdrähte zum IC geschaffen.
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Eine
derartige Verbindung ist aufwändig bei der Herstellung,
da genau auf den Enden der Antenne die Verdickungen aus Lot positioniert
sein müssen und zudem die Gefahr besteht, dass die gebildeten Lötpunkte
in einer flexiblen dünnen Karte ertastbar, d. h. haptisch
zu erkennen, sind.
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Aus
DE 199 47 596 A1 ist
eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Betrieb
bekannt, bei der zur Verbindung von Spulenenden einer Antenne mit
einem Chipmodul eine Kontaktierungseinrichtung vorgesehen ist. Die
Kontaktierungseinrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kontaktierungsbrücke
mit einem Kontaktverbindungselement. Die Kontaktierungsbrücke
muss zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit den Spulenenden lagerichtig
positioniert werden, wobei ein Ende des Kontaktverbindungselementes
durch eine Trägerschicht, die die Antenne trägt,
geführt werden muss, um auf die Trägerschicht
aufgesetzt zu werden.
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Eine
solche Kontaktierung ist aufwändig und die im wesentlichen
sich durch die ganze Dicke der Chipkarte erstreckenden Abschnitte
des Kontaktverbindungselementes sind bei dünnen Karten
haptisch zu erkennen.
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Aus
DE 197 41 984 B4 ist
eine Chipkarte bekannt, die Verbindungsmaterialaufnahmebereiche aufweist,
die zur Aufnahme von Verbindungsmaterial für die Herstellung
einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Kontaktenden
einer Spulenanordnung und Kontaktflächen eines Chipmoduls
dienen. Zur Applikation und Kontaktierung des Verbindungsmaterials
ist eine Applikations- und Kontaktierungseinrichtung vorgesehen.
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Nachteilig
dabei ist, dass das Verbindungsmaterial genau in den ausgebildeten
Verbindungsmaterialbereichen appliziert werden muss. Die beschriebene
Applikations- und Kontaktierungseinrichtung ist für eine
dosierte Abgabe von Verbindungsmaterial ausgestaltet. Zudem ist
die Chipmodulaufnahme in Folge der daran angepassten Verbindungsmaterialaufnahmebereiche
schon im Halbzeug vorgefertigt, und es besteht keine Möglichkeit
der Anpassung an unterschiedlich große Chipmodule bzw. unterschiedlich
große Träger der Chipmodule. Ferner sind die Verbindungsmaterialaufnahmebereiche
und die Chipmodulaufnahme beim Transport des Halbzeugs bzw. Zwischenprodukts
zum nächsten Hersteller ungeschützt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Zwischenprodukt für ein
kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung eines Transponders
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, bei dem ein Zwischenprodukt
für ein kartenförmiges Raumgebilde zur Ausbildung
eines Transponders bei hoher Qualität kostengünstig
mit geringem Aufwand für eine sichere Verbindung der Antenne
mit einem nach Ausfräsen einzusetzenden Chipmodul und dünn
ausgebildet herzustellen ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Hierdurch
wird ein Zwischenprodukt für ein kartenförmiges
Raumgebilde zur Ausbildung als Transponder geschaffen. Das Zwischenprodukt
weist die Antenne für den Transponder auf. In das Zwischenprodukt
bzw. Halbzeug kann von einem Hersteller in einem Bearbeitungsschritt
eine Ausnehmung gefräst werden, in die ein Chip bzw. Chipmodul eingesetzt
wird, um den Transponder zu bilden. Die Antenne ist in dem Raumgebilde
angeordnet, so dass keine elektrischen Komponenten vor dem Bearbeitungsschritt
des Fräsens ungeschützt vorliegen, die bei einem
Transport des Zwischenprodukts Schaden nehmen könnten.
Im Zwischenprodukt ist für jedes der zwei Enden der Antenne
je ein flächiges elektrisch leitfähiges Auflageanschlusselement
mit einer Kontaktfläche vorgesehen. Mit den Kontaktflächen
ist die Ausbildung einer Anschlussfläche für jedes
Ende der Antenne möglich durch einfachen Kontakt eines der
Enden der Antenne mit jeweils einer Kontaktfläche. Die
Verbindung wird dadurch erreicht, dass ein Ende der Antenne auf
bzw. in die Nähe der Kontaktfläche gebracht wird.
Die Verbindung erfolgt durch mechanischen Kontakt zwischen je einer
Kontaktfläche und je einem Ende der Antenne, und es wird
eine dauerhafte elektrische Verbindung erzielt, die eine geringe
Dicke aufweist und nicht punktförmig als solche von außen
durch Tasten erkennbar ist. Die Auflageanschlusselemente sind in
einer Lage mit der Antenne zwischen zwei miteinander laminierten
Materiallagen angeordnet. Die einzelnen Verfahrensschritte sind
einfach. Es werden keine teuren Werkzeuge benötigt. Die
großflächigen Auflageanschlusselemente sind nicht
nur bei der Positionierung der Enden der Antenne hilfreich, sondern
auch beim späteren Einsetzen eines Chips in eine ausgefräste
Ausnehmung in das Raumgebilde. Die Auflageanschlusselemente bieten
nämlich neben den großflächigen Kontaktflächen
auch große Kontaktbereiche für den Chip bzw. das
Chipmodul. Dies ist deswegen interessant, da die Verwender des Zwischenprodukts
die Karte, d. h. das Raumgebilde an sich bearbeiten. Aufgrund von Fertigungstoleranzen – im
vorliegenden Fall werden die Karten aus einem „Bogen” ausgestanzt – kann sich
die relative Lage der Antenne mit den entsprechenden Anschlüssen
um etwa 1 bis 2 mm verschieben, was sehr große Probleme
beim Auffinden der Kontaktpunkte für den Chip bedeuten
kann. Ferner sind die großflächigen Auflageanschlusselemente nicht
punktförmig erfühlbar, vielmehr ergibt sich eine flache
Struktur, bei der keine Elemente aufgrund der dünnen Ausbildung
der Verbindung haptisch erkennbar sind. Durch die vorgenannte Ausbildung
des Zwischenprodukts ist es möglich, dieses durch eine
einmalige Laminierung, d. h. die einmalige Beaufschlagung mit Wärme
und Druck, zu erzeugen.
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Vorzugsweise
ist zwischen den beiden Auflageanschlusselementen ein diese verbindender
flächiger Kondensator angeordnet. Der Kondensator ist damit
quasi elektrisch parallel zum einzusetzenden Chip geschaltet. Bevorzugt
weist der Kondensator eine Kapazität von 17, 30 oder 34
pF auf. Die Spulenanzahl der Antenne kann durch den Kondensator
wesentlich verringert werden, da weniger Induktivität benötigt
wird. Ferner hat der Anmelder durch Versuche erkannt, dass ein flächiger
Kondensator in dem Raumgebilde wünschenswert ist, da das
Zwischenprodukt für eine „dual interface”-Karte
eine kleinere Antenne (so genannte ½-size oder ½-ID-1-förmig) verwenden
kann, um auf der Karte durch einen Hersteller noch etwas aufprägen
zu können. Bevorzugt weist der Kondensator eine Dicke von
ungefähr 40 bis 70 μm auf. Es wurd durch den Erfinder
erkannt, dass dies nur durch einen Micafilm bzw. einen Micafilmkondensator
geschafft werden kann, der die bevorzugte Ausführungsform
darstellt.
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Vorzugsweise
ist ein elektrisch leitfähiger Film, insbesondere Silberleitpaste,
zur Vergrößerung der Fläche jeder Kontaktfläche
vorgesehen. Durch die Vergrößerung der Fläche
wird eine verbesserte elektrische Verbindung erreicht, indem es
auf die Lage eines Endes der Antenne zur eigentlichen Kontaktfläche
nicht genau ankommt. Der Kontakt zwischen einem Ende der Antenne
und einer Kontaktfläche wird vergrößert,
da der Film einen elektrischen Kontakt mit dem Auflageanschlusselement
hat und das Ende der Antenne überdeckt. Der Film überdeckt die
Kontaktfläche und erstreckt sich über die Kontaktfläche
hinaus zumindest in eine Richtung des Endes der Antenne. Durch die
großflächigen Kontaktflächen mit dem
aufgebrachten Film werden für die Verbindung mit den Enden
der Antenne große Bereiche bereitgestellt, die keine exakte
Positionierung zwischen einer Anschlusstelle am Chip und einem Ende
der Antenne erfordern. Es wird ein lötfreier Verbindungsprozess
geschaffen, bei dem während der Ausbildung der Verbindung
weder Wärme noch Druck aufgewendet werden müssen.
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In
einer weiteren Ausführungsform können die Verbindungen
zwischen den Enden der Antenne und den Kontaktflächen auch über
Lötpunkte erfolgen. Die Lötpunkte fallen aufgrund
der großflächigen Auflageanschlusselemente beim
Ertasten nicht so stark ins Gewicht.
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Bevorzugt
weisen die Materiallagen für eine gute Handhabbarkeit PET
(Polyethylenterephtalat), PI (Polyimid), PV (PVDF, Polyvinylidenfluorid)
oder eine Kombination hiervon auf.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
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1 bis 5 zeigen
schematisch einzelne Schritte eines Ausführungsbeispiels
zur Erzeugung eines erfindungsgemäßen Zwischenprodukts.
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1 zeigt
eine Materiallage 1 aus einem laminierbaren Material, wie
beispielsweise PET, PI, PVDF oder eine Kombination hiervon, auf
dem zwei Auflageanschlusselemente 2, 3 angeordnet
bzw. aufgelegt werden. Die Auflageanschlusselemente 2, 3 sind
aus einem elektrisch leitfähigen Material mit hoher Leitfähigkeit,
vorzugsweise Kupfer oder eine CuNiCo-Legierung, und etwa 100 μm
dick. Die beiden dargestellten Auflageanschlusselemente 2, 3 überstreichen
aufgelegt auf die Materiallage 1 mit ihren Außenseiten
insgesamt eine rechteckige Fläche von etwa 20 mm × 28
mm. Die CuNiCo-Legierung bietet gegenüber Kupfer den Vorteil,
dass die Auflageanschlusselemente keine oder nahezu keine Oberflächenoxidation
zeigen, wenn sie aus diesem Material bestehen. Die CuNiCo-Legierung
bietet eine bessere elektrische Kontaktierungsmöglichkeit.
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Die
Auflageanschlusselemente 2, 3 weisen an jeweils
einem Ende großflächige Kontaktflächen 4, 5 zum
Kontakt mit den Enden 7, 8 einer als Spule ausgestalteten
Antenne 6 (siehe 3) auf.
Die beiden Kontaktflächen 4, 5 der Auflageanschlusselemente 2, 3 für
eine Verbindung mit den Enden 7, 8 der Antenne 6 liegen
einander gegenüber.
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Die
Auflageanschlusselemente 2, 3 weisen ferner einander
gegenüber liegende Kontaktbereiche 9, 10 zur
Kontaktierung mit einem Chip bzw. Chipmodul auf.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist in 2 gezeigt,
dass ein flächiger Kondensator 11 auf die Auflageanschlusselemente 2, 3 derart
aufgelegt wird, dass die Kontaktflächen 4, 5 elektrisch
verbunden werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Kondensator
mit den Auflageanschlusselementen verlötet wird. Wichtig
ist ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem Kondensator
und den Auflageanschlusselementen. Die Verbindung mit den Auflageanschlusselementen
geschieht derart, dass das ein mit den Auflageanschlusselementen
zu verbindender Chip parallel zu dem Kondensator geschaltet ist.
In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann der
Kondensator auch mit den Auflageanschlusselementen derart verbunden
werden, dass die Kontaktbereiche elektrisch parallel zu dem Kondensator
geschaltet werden und der Kondensator nicht direkt an bzw. auf den
Kontaktflächen aufliegt.
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In 3 ist
dargestellt, dass die als Spule ausgestaltete Antenne 6 auf
die Materiallage 1 aufgelegt wird. Die Enden 7, 8 der
Antenne 6 werden auf die Kontaktflächen 4, 5 bzw.
in die Nähe derselben gebracht. Die Kontaktflächen 4, 5 sind
zumindest in direkter Nähe zu den Enden 7, 8 der
Antenne 6. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
kann es sich bei der Antenne auch beispielsweise um eine geätzte
Antenne handeln, die ebenfalls auf die Materiallage gelegt wird.
Das Verfahren für die Herstellung des Zwischenprodukts
ist von der Art der Antenne unabhängig.
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Es
ist in einem weiteren Bearbeitungsschritt, der auch vorzugsweise
weggelassen werden kann, vorgesehen, eine (Heiß-)Laminierung
durchzuführen, d. h. ein Aufbringen von Druck und Wärme,
um die aufgelegte Antenne 6, die aufgelegten Auflageanschlusselemente 2, 3 und
den Kondensator 11 zumindest teilweise in die Materiallage 1 einsinken
zu lassen, bzw. die Elemente auf der Materiallage 1 in einem
ersten Schritt zu fixieren.
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Zur
Sicherstellung einer guten elektrischen Verbindung zwischen den
Enden 7, 8 der Antenne 6 und den Kontaktflächen 4, 5 können
für jede Verbindung ein elektrisch leitfähiger
Film 12, 13, vorzugsweise Silberpaste, auf den
Bereich der Kontaktflächen 4, 5 und der
Enden 7, 8 der Antenne 6 aufgebracht
(siehe 4) werden. Der Film 12, 13 ist
ungefähr 30 μm dick. Es kann auch vorgesehen sein, dass
der Film schon bevor die Antenne auf die Materiallage 1 abgelegt
wird, auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Der Film
wird dann so aufgebracht, dass die Kontaktflächen überdeckt
werden. Die Fläche die der Film jeweils überdeckt,
ist jeweils deutlich größer als die Kontaktfläche.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel überdeckt der
Film 12 sowohl die Kontaktfläche 4 als
auch das Ende 7 der Antenne 6. Der Film 13 überdeckt
die Kontaktfläche 5 und auch das Ende 8 der
Antenne. Durch die Ausbildung der Filme 12, 13 wird
für eine zuverlässige, dauerhafte und sichere
Verbindung der Enden 7, 8 der Antenne 6 mit
den Kontaktflächen 4, 5 gesorgt.
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In 5 ist
gezeigt, dass auf die Struktur bzw. Anordnung der 4 eine
Materiallage 15 gelegt wird. Die sich aus der 5 ergebende
Struktur bzw. Anordnung wird (heiß-)laminiert zur Erzeugung eines
kartenförmigen Raumgebildes mit glatten Oberflächen,
in der die Antenne 6 angeordnet ist und geschützt
vorliegt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird noch
eine Decklage 16 verwendet, die auf die Materiallage 1 laminiert
wird. Sofern diese Laminierung die einzige Laminierung bei der Erzeugung des
Zwischenprodukt darstellt (es wird auf die optionale Laminierung
zuvor verzichtet) sinkt die Antenne 6 nun ebenso wie die
Auflagenanschlusselemente 2, 3 zumindest teilweise
in die Materiallage 1.
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Das
Zwischenprodukt kann in einem „Bogen” vorliegen,
so dass mehrere kartenförmige Raumgebilde einstückig
in Reihen und Spalten angeordnet sind. Die Bögen weisen
die Materiallagen 1 und 15 (eventuell noch die
Decklage 16) sowie die dazwischen liegende Antennenschicht
mit Antenne 6, Auflageanschlusselementen 2 und 3,
sowie die elektrischen Filmen 12 und 13 auf. Der
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls verwendete
Kondensator 11 ist ebenfalls zwischen den Materiallagen 1 und 15 in
jedem Raumgebilde des Bogens vorhanden. Die Raumgebilde können
dann vom nächsten Hersteller bzw. Empfänger des
Zwischenprodukts vereinzelt werden für die nachfolgende
Bearbeitung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19709985
A1 [0006]
- - DE 19947596 A1 [0008]
- - DE 19741984 B4 [0010]