DE10229972B4 - Tragbarer Datenträger mit einer polymerbasierten integrierten Schaltung - Google Patents

Abstract

Tragbarer Datenträger mit einem Substrat (2; 9) und einer polymerbasierten integrierten Schaltung (3; 11; 14) auf oder in dem Substrat, wobei die integrierte Schaltung zumindest eine Schaltungsebene aus einem elektrisch leitfähigen Polymer aufweist, die drucktechnisch aufgebracht ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger mit einem Substrat, insbesondere eine Chipkarte, Smart Card, Smart Label oder Smart Tag.
• Aus dem Stand der Technik sind verschieden tragbare Datenträger bekannt, die im All gemeinen als Chipkarten, Smart Cards, Smart Labels oder Smart Tags bezeichnet werden. Hierbei wird beispielsweise zwischen Speicherkarten, Mikroprozessorkarten und kontaktlosen Karten unterschieden. Die Speicherkarten weisen im Allgemeinen eine integrierte Sicherheitslogik auf, um die gespeicherten Daten vor Manipulation zu schützen. Sie werden zum Beispiel als Wertkarten verwendet.
• Mikroprozessorkarten zeichnen sich dagegen durch einen in die Karte integrierten Mikroprozessor aus, der frei programmiert werden kann. Die Möglichkeit, geheime Schlüssel speichern zu können, und kryptographische Algorithmen durch den Mikroprozessor auszuführen, hat die Realisierung von Offline-Zahlungssystemen mit relativ hohem Sicherheitsniveau ermöglicht. Ein weiteres wichtiges Anwendungsgebiet von Mikroprozessorkarten ist die Mobiltelephonie, wo sie als sogenannte Subscriber Identity Moduls (SIMs) eingesetzt werden.
• Sowohl Speicherkarten als auch Mikroprozessorkarten können kontaktlos ausgebildet sein. Solche kontaktlose Karten eigenen sich besonders für Anwendungen im Bereich der Zugangskontrolle und des Electronic Ticketing im öffentlichen Personennahverkehr.
• Darüber hinaus gibt es optische Speicherkarten mit einem optischen Speicher auf der Chipkarte für Anwendungen, für die der auf dem Chip der Karte vorhandene Speicherplatz nicht ausreicht.
• Eine Chipkarte ist im Allgemeinen so aufgebaut, dass in dem Chipkartenkörper eine Kavität vorgesehen ist, in die ein Modul eingesetzt wird, in dem sich ein integrierter Schaltkreis befindet. Einen Überblick über die Chipkartentechnologie gibt das „Handbuch der Chipkarten", Wolfgang Rankl, Wolfgang Effing, Hanser-Verlag 1999.
• Seit neuerem sind aus dem Stand der Technik auch Chipkartensysteme bekannt, die eine interaktive Benutzung erlauben. Zum Beispiel zeigt die DE 199 14 587 A1 eine Chipkarte mit in den Kartenkörper integrierten Tastenfeldern zur Eingabe von Daten durch einen Benutzer.
• Ein gemeinsamer Nachteil solcher vorbekannten Chipkarten ist, dass kein entsprechend sicherer Schutz gegen das Heraustrennen des Moduls aus dem Chipkartenkörper und ein Einsetzen des Moduls in einen anderen Chipkartenkörper gegeben ist. Dadurch besteht grundsätzlich die Möglichkeit von Manipulationen, indem beispielsweise das Modul aus einer Karte entfernt wird und in Verbindung mit einem gefälschten Kartenkörper missbraucht wird. Entsprechende Manipulationen sind z.B. bei Chipkartenanwendungen für die Zugangskontrolle denkbar.
• Die DE 101 22 324 A1 zeigt eine flexible integrierte monolithische Schaltung. Zur Herstellung der Schaltung wird ein Polymer durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht.
• Ferner sind aus den DE 197 41 889 C2 und DE 39 27 887 A1 verschiedene Schutzmaßnahmen zur Verhinderung von Ausspähungen bei integrierten Schaltungen bekannt geworden.
• Gegenüber der DE 101 22 324 A1 , von der als nächstkommenden Stand der Technik ausgegangen wird, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen tragbaren Datenträger zuschaffen, der gut gegen Manipulationen geschützt ist und kostengünstig herstellbar ist.
• Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
• Erfindungsgemäß ist von besonderem Vorteil, dass die integrierte Schaltung zumindest eine Schaltungsebene aus einem elektrisch leitfähigen Polymer aufweist, da eine solche Schaltungsebene fertigungstechnisch im Vergleich zum Stand der Technik insbesondere Kostenvorteile bietet. Durch die drucktechnische Aufbringung ist ferner ein besonders guter Schutz gegen Manipulationen der Schaltung gegeben.
• Erfindungsgemäß bildet der integrierte Schaltkreis einer Chipkarte bzw. zumindest ein Teil davon einen integralen Bestandteil der Chipkarte, welcher nicht zerstörungsfrei von der Chipkarte getrennt werden kann. Hierzu wird der Kartenkörper als Substrat verwendet, auf das eine polymerbasierte integrierte Schaltung aufgebracht wird. Eine Abtrennung der integrierten Schaltung von der Chipkarte ist aufgrund dessen grundsätzlich ausgeschlossen.
• Die Herstellung von integrierten Schaltungen basierend auf leitfähigen Polymeren ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, vergleiche Hans Hofstraat, „Will Polymer Electronics Change the Electronics Industry?", Polytronic 2001, Conference Proceedings, und Alexander Knobloch et al. „Printed Polymer Transistors", Polytronic 2001, Conference Proceedings. Ferner offenbart die DE 692 31 312 T2 leitfähige Polymere.
• Erfindungsgemäß wird eine solche polymerbasierte integrierte Schaltung unmittelbar auf das durch den Kartenkörper gebildete Substrat aufgebracht, so dass die polymerbasierte integrierte Schaltung einen integralen Bestandteil des tragbaren Datenträgers bil det, der nicht abgetrennt werden kann. Als Kartenkörper kann dabei ein üblicher Kunststoff, wie zum Beispiel Akrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polyvenylchlorid (PVC) oder Polyethylenterephtalat (PET) verwendet werden. Die polymerbasierte integrierte Schaltung kann unmittelbar auf diese Kunststoffoberfläche des Kartenkörpers aufgebracht werden; alternativ wird auf die Kunststoffoberfläche zunächst eine weitere Schicht aufgebracht, um die Aufbringung der polymerbasierten integrierten Schaltung auf das Substrat zu erleichtern.
• Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die polymerbasierte integrierte Schaltung auf das Substrat mittels eines Druckverfahrens aufgebracht. Als Druckverfahren eignen sich hierfür insbesondere Tintenstrahldruckverfahren, Schablonen- oder Siebdruck, Hochdruck, Tiefdruck und Flachdruck. Zum Aufdrucken der polymerbasierten integrierten Schaltung werden dabei, die gewünschten elektrisch leitfähigen, isolierenden oder halbleitenden polymerbasierten Materialien verwendet. Durch die Verwendung eines Mehrschichtdruckverfahrens lassen sich mehrere Schaltungsebenen der polymerbasierten integrierten Schaltung übereinander aufdrucken.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet der tragbare Datenträger zusätzlich zu der polymerbasierten integrierten Schaltung einen herkömmlichen IC-Chip. Zum Beispiel wird ein herkömmlicher IC-Chip auf Silizium- oder Germaniumbasis in ein Modul integriert, welches in eine Kavität in dem Kartenkörper eingesetzt wird. Die verbleibende Substratoberfläche kann für das Aufbringen bzw. Aufdrucken der polymerbasierten integrierten Schaltung verwendet werden, die elektrisch mit dem IC-Chip gekoppelt wird. Auf diese Art und Weise können Kartenfunktionen von dem IC-Chip auf die polymerbasierte integrierte Schaltung verlagert werden. Beispielsweise kann durch die polymerbasierte integrierte Schaltung zusätzlicher Speicherplatz zur Verfügung gestellt werden und/oder zusätzliche logische Funktionen.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der IC-Chip so ausgebildet, dass er nur bei Kopplung mit der polymerbasierten integrierten Schaltung der Chipkarte funktionieren kann. Wird der IC-Chip aus der Chipkarte herausgetrennt und in eine andere Chipkarte eingesetzt, so ist ein Betrieb des IC-Chips nicht möglich.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die polymerbasierte integrierte Schaltung ein Sicherheitsmerkmal zur Abfrage von dem IC-Chip. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Sicherheitsmerkmal um ein in der polymerbasierten integrierten Schaltung gespeichertes Codewort, welches von dem IC-Chip abgefragt wird. Hierbei können kryptographische Techniken zum Einsatz kommen.
• Umgekehrt kann auch in dem IC-Chip ein solches Sicherheitsmerkmal gespeichert sein, welches von der polymerbasierten integrierten Schaltung abgefragt wird. Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass ein wirksamer Schutz gegen Manipulationen gegeben ist, d.h. eine Trennung der polymerbasierten integrierten Schaltung und des IC-Chips führt dazu, dass die Chipkarte insgesamt unbrauchbar gemacht wird. Eine Funktion der Chipkarte ist nur dann möglich, wenn die polymerbasierte integrierte Schaltung zusammen mit dem Original IC-Chip betrieben wird, da nur in diesem Fall das oder die Sicherheitsmerkmale erfüllt werden.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Chipkarte ein Funktionsmodul auf, wie zum Beispiel einen Sensor, Aktor oder eine Eingabe- oder Anzeigevorrichtung. Vorzugsweise ist auch ein solches Funktionsmodul als polymerbasierte integrierte Schaltung auf das Substrat aufgebracht bzw. aufgedruckt. Zur Realisierung einer Anzeige können dabei beispielsweise sogenannte Organic Light Emitting Diodes (OLEDs) verwendet werden.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die polymerbasierte integrierte Schaltung zur Ansteuerung eines solchen Funktionsmoduls ausgebildet. Hierzu ist die polymerbasierte integrierte Schaltung mit dem Funktionsmodul beispielsweise durch eine auf dem Substrat aufgedruckte Leiterbahn elektrisch verbunden. Auf diese Art und Weise lässt sich ein tragbarer Datenträger mit unterschiedlichen funk tionellen Komponenten herstellen, der auch als Chipkartensystem oder auch als „Super Smart Card" bezeichnet wird.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die polymerbasierte integrierte Schaltung eine weitere Schicht aufgebracht, um die polymerbasierte integrierte Schaltung mechanisch zu schützen. Auf oder in diese Schicht können Motive oder Kennzeichnungen eingebracht sein, um die Chipkarte zum Beispiel als Werbeträger zu nutzen. Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Chipkarte,
• 2 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Chipkarte,
• 3 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Chipkarte mit einer Anzeige.
• Die 1 zeigt einen Schnitt durch eine Chipkarte 1. Die Chipkarte 1 hat einen Kartenkörper 2, der beispielsweise aus einem üblichen Kunststoff besteht. Der Kartenkörper 2 dient als Substrat zur Aufbringung einer polymerbasierten integrierten Schaltung 3. Die polymerbasierte Schaltung hat mehrere Schaltungsebenen 4, 5 und 6, die zum Beispiel in einem Mehrschichtdruckverfahren nacheinander auf den Kartenkörper 2 aufgedruckt werden. Die Schaltungen der Schaltungsebenen 4, 5 und 6 können in vertikaler Richtung durch sogenannte vias miteinander kontaktiert sein, um eine zusammenhängende polymerbasierte integrierte Schaltung zu schaffen.
• Vorzugsweise wird auf die Oberfläche 7 der polymerbasierten integrierten Schaltung 3 eine weitere Schicht aufgebracht. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine weitere Kunststoffschicht handeln, die aus demselben oder einem anderen Kunststoff besteht wie der Kartenkörper 2. Diese Schicht kann zugleich als Träger für Aufdrucke oder Kennzeichnungen dienen.
• Von besonderem Vorteil ist bei der Chipkarte 1, dass die polymerbasierte integrierte Schaltung 3 einen von dem Kartenkörper 2 nicht zerstörungsfrei trennbaren integralen Bestandteil der Chipkarte bildet. Aufgrund dessen sind Manipulationen praktisch ausgeschlossen.
• Von weiterem besonderen Vorteil ist, dass sich die polymerbasierte integrierte Schaltung 3 kostengünstig auf den Kartenkörper 2 aufdrucken lässt, was fertigungstechnisch im Vergleich zum Stand der Technik insbesondere Kostenvorteile bietet.
• Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Chipkarte 8 mit einem Kartenkörper 9. Der Kartenkörper 9 hat eine Kavität, in der sich ein Modul 10 befindet. Vorzugsweise hat die Chipkarte 8 ein normgerechtes Format, zum Beispiels entsprechend der Norm ISO 7810, mit einer normgerechten Anordnung des Moduls 10. Das Modul 10 beinhaltet einen üblichen IC-Chip, der über das Modul 10 von einem Chipkartenlesegerät kontaktiert werden kann.
• Auf oder in dem Kartenkörper 9 befindet sich eine polymerbasierte integrierte Schaltung 11, die auf einen Bereich des Kartenkörpers 9 aufgebracht ist. Die polymerbasierte integrierte Schaltung 11, ist mit dem IC-Chip in dem Modul 10 elektrisch über Leitungen 12 verbunden, die zur Spannungsversorgung und Signalübertragung dienen. Die Leitungen 12 sind mit einer leitfähigen Druckfarbe auf den Kartenkörper 9 aufgedruckt.
• Die polymerbasierte integrierte Schaltung 11 kann beispielsweise als Speichererweiterung für den IC-Chip des Moduls 10 dienen oder zusätzlich logische Funktionen zur Verfügung stellen.
• Zum Betrieb der Chipkarte 8 wird diese in einen Chipkartenleser eingeführt, der in an sich bekannter Art und Weise mit dem Modul 10 kontaktiert und dieses mit Spannung versorgt. Über. die Leitungen 12 wird dann auch die polymerbasierte integrierte Schaltung 11 mit Spannung versorgt.
• Bei der Initialisierung der Chipkarte 8 nach der Kontaktierung mit dem Chipkartenlesegerät liest der IC-Chip des Moduls 10 den Inhalt des Speichers 13 der polymerbasierten integrierten Schaltung 11, der einen kryptographischen Schlüssel beinhaltet. Dieser kryptographische Schlüssel wird von dem IC-Chip ausgewertet, um zu prüfen, ob der IC-Chip des Moduls 10 zu der polymerbasierten integrierten Schaltung 11 gehört. Nur wenn dies der Fall ist, kann die Chipkarte 8 benutzt werden; im gegenteiligen Fall blockiert der IC-Chip in dem Modul 10 die Funktion der Chipkarte 8. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass das Modul 10 aus der Chipkarte 8 entfernt wird, um es gegen ein anderes zu ersetzen.
• Alternativ oder zusätzlich kann in dem IC-Chip des Moduls 10 ein Sicherheitsmerkmal gespeichert werden, welches von der polymerbasierten integrierten Schaltung 11 ausgewertet wird.
• Die 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Chipkarte, wobei Elemente der 3, die Elementen der 2 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind. In der Ausführungsform der 3 hat die Chipkarte 8 ein Funktionsmodul 14, welches zum Beispiel als OLED-Anzeige ausgebildet ist. Das Funktionsmodul 14 ist mit der polymerbasierten integrierten Schaltung 11 über Leitungen 15 verbunden. Sowohl das Funktionsmodul 14 als auch die Leitungen 15 können wiederum drucktechnisch auf den Kartenkörper 9 aufgebracht sein.
• Statt einer Anzeige kann das Funktionsmodul 14 auch einen Sensor, Aktor oder eine andere funktionelle Einheit beinhalten. Dabei können mehrere Funktionsmodule 14 auf dem Kartenkörper 9 vorhanden sein, um zum Beispiel eine sogenannte „Super Smart Card" zu realisieren.
• Vorzugsweise dient die polymerbasierte integrierte Schaltung 11 zur Ansteuerung des oder der Funktionsmodule 14. Damit wird der IC-Chip in dem Modul 10 von solchen peripheren Ansteuerfunktionen entlastet.
• Die 4 zeigt den Schichtaufbau einer Ausführungsform einer polymerbasierten integrierten Schaltung 16 auf einem Kartenkörper 17. Die Oberfläche 18 des Kartenkörpers besteht zum Beispiel aus Polyester. Auf die Oberfläche 18 wird eine dünne Schicht 19 aus einem Spezialpolymer aufgebracht, in die Source-Drain-Elektroden von Feldeffekttransistoren eingearbeitet werden. Eine hierfür geeignete Methode ist die strukturierte Ablation mittels Excimerlaser.
• Zum Aufbau der Polymertransistoren wird auf die strukturierte Elektrodenschicht 19 ein polymerer Halbleiter 20 aufgebracht. Auf den Halbleiter 20 wird eine Isolatorschicht 21 aufgebracht. Auf die Isolatorschicht 21 wird schließlich eine leitfähige Polymerschicht aufprozessiert, in die die Gate Elektroden 22 eingearbeitet werden.
• Für das Verbinden der zu realisierten Polymertransistoren zu logischen Schaltungen und das Generieren der Gate Elektroden 22 können sowohl das erwähnte Laser-Direktschreibverfahren als auch die Tintenstrahldrucktechnik oder ein anderes Druckverfahren eingesetzt werden.

1

Chipkarte

2

Kartenkörper

3

polymerbasierte integrierte Schaltung

4

Schaltungsebene

5

Schaltungsebene

6

Schaltungsebene

7

Oberfläche

8

Chipkarte

9

Kartenkörper

10

Modul

11

polymerbasierte integrierte Schaltung

12

Leitung

13

Speicher

14

Funktionsmodul

15

Leitungen

Claims (13)

1. Tragbarer Datenträger mit einem Substrat (2; 9) und einer polymerbasierten integrierten Schaltung (3; 11; 14) auf oder in dem Substrat, wobei die integrierte Schaltung zumindest eine Schaltungsebene aus einem elektrisch leitfähigen Polymer aufweist, die drucktechnisch aufgebracht ist.
2. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Substrat um einen Kunststoff handelt, insbesondere Akrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polycarbonat (PC), Polyvenylchlorid (PVC) oder Polyethylenterephtalat (PET).
3. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1 oder 2, wobei die polymerbasierte integrierte Schaltung zumindest ein Halbleiter-Bauelement beinhaltet.
4. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die polymerbasierte integrierte Schaltung einen elektronischen Speicher und/oder einen logischen Schaltkreis, insbesondere einen Mikroprozessor oder Signalverarbeitungsprozessor, beinhaltet.
5. Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die polymerbasierte integrierte Schaltung mehrere Schichten (4, 5, 6) aufweist.
6. Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5 mit einem IC-Chip, wobei der IC-Chip mit der polymerbasierten integrierten Schaltung gekoppelt ist.
7. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 6, mit einer Kavität in dem Substrat zur Aufnahme eines Moduls (10) mit dem IC-Chip.
8. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 6 oder 7, wobei der IC-Chip so ausgebildet ist, dass eine Funktion des IC-Chips die Kopplung mit der polymerbasierten integrierten Schaltung voraussetzt.
9. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei die polymerbasierte integrierte Schaltung ein Sicherheitsmerkmal (13) zur Abfrage von dem IC-Chip aufweist.
10. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 6, 8 oder 9, wobei der IC-Chip ein Sicherheitsmerkmal zur Abfrage von der polymerbasierten integrierten Schaltung aufweist.
11. Tragbarer Datenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, mit einem Funktionsmodul (14), welches mit der polymerbasierten integrierten Schaltung gekoppelt ist, und wobei die polymerbasierte integrierte Schaltung zur Ansteuerung des Funktionsmoduls ausgebildet ist.
12. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem Funktionsmodul um einen Sensor, Aktor oder um eine Anzeigevorrichtung handelt.
13. Tragbarer Datenträger nach Anspruch 12, wobei das Funktionsmodul eine polymerbasierte Schaltung aufweist.