DE60208796T2 - Kontaktlose chipkarte mit einem antennenträger und einem chipträger aus fasermaterial - Google Patents

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Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich der Chipkarten und insbesondere eine kontaktlose Chipkarte mit einem Papieradapter.
  • Stand der Technik
  • Der Chipkartensektor ist in voller Expansion begriffen. Diese Werkzeuge, die in der Form von Scheckkarten und Telefonkarten populär sind, haben mit der Entwicklung von neuen Technologien und insbesondere mit dem Durchbruch der Kontaktlosigkeit einen zweiten Aufschwung erfahren. Es sind nämlich neue Anwendungsmöglichkeiten entstanden. So wurde im Transportsektor die kontaktlose Karte als Zahlungsmittel entwickelt, sei es im Bereich der öffentlichen Verkehrsmittel oder auf den Straßenverkehrsachsen. Die elektronische Geldbörse ist eine andere Anwendung der kontaktlosen Chipkarten als Zahlungsmittel. Zahlreiche Firmen haben auch Mittel zur Identifizierung ihres Personals durch kontaktlose Chipkarten entwickelt.
  • Der Informationsaustausch zwischen einer kontaktlosen Karte und der zugeordneten Lesevorrichtung findet durch elektromagnetische Fernkopplung zwischen einer in der kontaktlosen Karte untergebrachten Antenne und einer zweiten Antenne statt, die in dem Leser angeordnet ist. Zur Erarbeitung, Speicherung und Verarbeitung der Daten ist die Karte mit einem Chip oder einem kontaktlosen elektronischen Modul versehen, der bzw. das mit der Antenne verbunden ist. Die Antenne und der Chip oder das kontaktlose Modul befinden sich im Allgemeinen auf einem dielektrischen Träger aus Kunststoff (Polyvinylchlorid (PVC), Polyester (PET), Polycarbonat (PC), ...). Die Antenne wird durch chemische Gravur von Kupfer oder Aluminium auf dem Träger oder Wicklung eines Drahts aus leitendem Metall wie Kupfer, erhalten.
  • Die Karte ist häufig einstückig. Der Antennenträger ist nämlich zwischen zwei Schichten aus Kunststoff (PVC, PET, PC, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), ...) eingesetzt, die den oberen und den unteren Kartenkörper bilden und durch Heißlaminieren unter Druck warmverschweißt sind. Der Chip oder das kontaktlose Modul ist an die Antenne durch einen leitenden Kleber oder gleichwertiges angeschlossen, der die Herstellung des Ohmschen Kontakts gestattet.
  • Eine Karte dieses Typs besitzt jedoch mehrere große Nachteile. Der größte Nachteil ist, dass die beim Laminieren vorgenommene plastische Warmverschweißung zu einer einstückigen Karte führt, deren mechanische Eigenschaften hinsichtlich der Abgabe der aufgenommenen Spannungen mittelmäßig sind. Wenn übermäßige Verdrehungs- und/oder Biegespannungen angelegt werden, wird die Gesamtheit der ausgeübten Spannung auf den Chip oder das kontaktlose Modul übertragen, und zwar insbesondere auf die Kleberpunkte, die die Anschlüsse gewährleisten. Das mechanische Verhalten der Kleberverbindungen wird auf eine harte Probe gestellt, und dies kann sich in einem Bruch der Verbindung Chip – Antenne oder kontaktloses Modul – Antenne äußern. Die Antenne kann auch aufgrund dieser mechanischen Spannungen zerschnitten werden.
  • Ein anderer Nachteil der herkömmlichen kontaktlosen Chipkarten sind ihre Herstellungskosten. Die Verwendung einer durch chemische Gravur oder Wickeln eines Metalldrahts erhaltenen Antenne führt nämlich zu hohen Herstellungskosten, die mit dem Massenproduktcharakter dieser Art Werkzeug wenig kompatibel sind. Ebenso erhöht die Verwendung eines kontaktlosen elektronischen Moduls diese Herstellungskosten.
  • Zur Beseitigung dieser Nachteile besteht ein anderes Herstellungsverfahren, das in dem französischen Patent FR-A-2801708 beschrieben wird, darin, dass ein Träger aus Fasermaterial wie Papier verwendet wird, auf dem die Antenne durch Siebdruck mit leitender Farbe hergestellt ist. Der Antennenträger wird dann einer thermischen Behandlung unterzogen, um die Farbe zu brennen. Die darauf folgenden Schritte bestehen darin, dass der Chip und die Antenne verbunden werden und dass auf jeder Seite des Antennenträgers die Kartenkörper an dem Antennenträger durch Heißpressen angeschweißt werden, wobei dieser letzte Schritt der Laminierungsschritt ist.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Starrheit des Chips, dessen Kontaktplättchen an den Kontaktplättchen der Antenne angeklebt sind, um den Anschluss herzustellen, im Laminierungsschritt Risse der die Antenne bildenden leitenden Farbe verursacht. Infolgedessen bricht die Verbindung zwischen dem Chip und der Antenne manchmal, wird auf alle Fälle geschwächt und kann in jedem Moment und insbesondere bei äußeren Belastungen brechen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein erstes Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, diese Nachteile durch Schaffung einer kontaktlosen Chipkarte zu beseitigen, die für die mit ihrer Verwendung verbundenen mechanischen Belastungen wenig empfindlich ist und deren Herstellungskosten aufgrund der Verwendung von preisgünstigen Materialien niedrig sind.
  • Ein zweites Ziel der Erfindung besteht darin, eine kontaktlose Chipkarte zu schaffen, bei der die Verbindungen zwischen der Antenne und dem Chip bei dem Schritt des Laminierens der Karte nicht geschwächt werden.
  • Die Erfindung betrifft deshalb eine kontaktlose Chipkarte mit einer Antenne auf einem Antennenträger aus Fasermaterial, wobei die Antenne aus mindestens einer Windung einer leitenden Farbe und aus zwei Anschlussplättchen besteht, die auf den Antennenträger mittels Siebdruck aufgebracht sind, mit zwei Kartenkörpern auf jeder Seite des Antennenträgers, wobei jeder der Kartenkörper aus mindestens einer Schicht aus Kunststoffmaterial besteht, und mit einem Chip, der mit Anschlussplättchen versehen und an die Antenne angeschlossen ist. Diese Karte umfasst ferner einen Chipträger aus Fasermaterial, der zwei Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe besitzt, die mittels Siebdruck auf den Chipträger aufgebracht sind und an die die Anschlussplättchen des Chips angeschlossen sind, wobei der Chipträger derart auf dem Antennenträger positioniert ist, dass die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe mit den Anschlussplättchen der Antenne in Kontakt kommen und sich an diese anschließen, und derart, dass der Chip in einem Hohlraum positioniert wird, der zu diesem Zweck im Antennenträger ausgebildet ist, damit kein steifes Element des Chips mit den Anschlussplättchen der Antenne oder mit der Antenne in Kontakt ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, umfassend die folgenden Schritte:
    • – Herstellen einer Antenne, das darin besteht, Windungen einer polymerisierbaren leitenden Farbe und zwei Anschlussplättchen der Antenne mittels Siebdruck auf einen Antennenträger aus Fasermaterial aufzubringen und diesen Antennenträger einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die leitende Farbe einzubrennen und zu polymerisieren,
    • – Ausbilden eines Hohlraums im Antennenträger durch Ausschneiden des letzteren,
    • – Herstellen eines Chipträgers aus Fasermaterial durch Siebdruck von zwei Bändern einer polymerisierbaren leitenden Farbe auf einen Träger aus Fasermaterial,
    • – Anschluss eines mit Anschlussplättchen versehenen Chips an den Chipträger derart, dass die Anschlussplättchen mit den Bändern aus polymerisierbarer leitender Farbe in Kontakt sind,
    • – Positionieren des Chipträgers auf dem Antennenträger derart, dass die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe mit den Anschlussplättchen der Antenne in Kontakt sind, und dass der Chip sich im Hohlraum befindet, und
    • – Laminieren von Kartenkörpern auf beiden Seiten des Antennenträgers, das darin besteht, auf jeder Seite des Trägers mindestens eine Schicht aus Kunststoffmaterial durch Warmpressen anzuschweißen.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Ziele, Gegenstände und Merkmale ergeben sich besser aus der folgenden Beschreibung, in der auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. In dieser zeigen:
  • 1 eine Vorderansicht des Antennenträgers der erfindungsgemäßen Chipkarte,
  • 2a und 2b Seitenansichten des Chipträgers der erfindungsgemäßen Chipkarte,
  • 3 einen Schnitt nach der Achse A-A des in 2 dargestellten Chipträgers,
  • 4 einen Längsschnitt des den Chipträger tragenden Antennenträgers,
  • 5 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Chipkarte.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Chipkarte umfasst einen Antennenträger 10, wie er in 1 dargestellt ist. Dieser Träger 10 besteht aus einem Fasermaterial. Dieses Material ist vorzugsweise Papier. Auf diesem Träger ist mit Hilfe von Siebdruck eine Antenne 12 gebildet. Diese Antenne besteht aus vier konzentrischen Windungen. Jedes der Enden der Antenne 10 bildet ein Anschlussplättchen 14 oder 16 der Antenne. Die Windungen und die Anschlussplättchen der Antenne sind aus einer polymerisierbaren leitenden Farbe hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Farbe eine Epoxyfarbe, die mit leitenden Elementen wie Silber, Kupfer oder Kohlenstoff geladen ist. In dem Antennenträger ist durch Ausschneiden dieses Trägers ein Hohlraum 18 gebildet. Dieser Hohlraum hat die Aufgabe, den Chip aufzunehmen.
  • Der Chipträger 20 ist in den 2a und 2b von vorne dargestellt. Dieser Träger 20 besteht aus einem Fasermaterial. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dieses Fasermaterial Papier. Auf diesem Träger 20 sind durch Siebdruck zwei Bänder 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe hergestellt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Farbe eine Epoxyfarbe, die mit leitenden Elementen wie Silber, Kupfer oder Kohlenstoff geladen ist. Die Fläche 22 und 24 aus polymerisierbarer Farbe kann auch eine andere Form besitzen, ohne dass dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Beispielsweise können die Flächen 22 und 24 zwei Trapeze sein, deren große Seiten an die entgegengesetzten Außenränder des Trägers 20 angesetzt sind, wie in 2b dargestellt ist. Die große Oberfläche dieser Trapezform verringert den Genauigkeitsgrad des Arbeitsgangs, der darin besteht, dass der Chipträger auf den Antennenträger aufgesetzt wird, um die Verbindung herzustellen, was die Geschwindigkeit der Ausführung dieses Arbeitsgangs erhöht und dadurch zu höheren Ausbeuten und niedrigeren Maschinenkosten führt. Auf dem Träger 20 ist ein mit zwei Anschlussplättchen versehener Chip 26 positioniert.
  • 3 zeigt einen Längsschnitt des in 2 dargestellten Chipträgers 20 gemäß der Achse A-A. Man bemerkt, dass der Chip 26 an den Träger 20 so angeschlossen ist, dass die Anschlussplättchen 28 und 30 mit den Bändern 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe in Kontakt sind. Es können mehrere Methoden verwendet werden, um den Chip 26 an den Träger 20 anzuschließen.
  • Gemäß einer ersten Ausführungsform wird, wenn der Chip 26 so positioniert ist, dass die Anschlussplättchen 28 und 30 den Bändern 22 und 24 aus leitender Farbe gegenüberliegen, auf den Chip ein Druck so ausgeübt, dass seine Kontaktplättchen den Chipträger 20 und die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe unter der Wirkung des Drucks verformen. Der Chipträger 20 und die Bänder 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe behalten dabei ihre Ver formung bei, nachdem der Druck aufgehört hat, ausgeübt zu werden, so dass man eine große Kontaktfläche zwischen den Anschlussplättchen des Chips und den Bändern aus leitender Farbe erhält.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform werden die Bänder 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe mit einem leitenden Kleber beschichtet. Dann wird der Chip 26 auf dem Chipträger 20 so positioniert, dass die Anschlussplättchen 28 und 30 dieses Chips in dem leitenden Kleber baden, und zwar gegenüber den Bändern 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe.
  • Der auf diese Weise erhaltene Chipträger 20 wird auf dem Antennenträger 10 so positioniert, dass der Chip 26 in dem Hohlraum 18 enthalten ist, wie in 4 dargestellt ist. Die Bänder 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe treten mit den Kontaktplättchen 14 und 16 der Antenne in Kontakt. Der Chip 26 ist nun an die Antenne 12 angeschlossen. Wenn die Herstellung der Karte beendet ist, ist diese ohne leitenden Kleber hergestellte Verbindung endgültig. Die große Länge der Bänder 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe lässt eine eventuelle Längsbewegung des Chipträgers 20 auf dem Antennenträger 10 zu, ohne dass die Verbindung zwischen dem Chip und der Antenne beeinträchtigt wird. Dabei ist eine Querbewegung nicht möglich, wenn die Karte einmal hergestellt ist. Dennoch kann zur Perfektionierung und zur Verbesserung des Kontakts und zum Verhindern einer Bewegung des Chipträgers 20 eine leitende Kleberschicht zwischen den Bändern 22 und 24 aus polymerisierbarer leitender Farbe und den Kontaktplättchen 14 und 16 der Antenne aufgetragen werden.
  • Die Chipkarte in ihrer endgültigen Konfiguration ist im Längsschnitt in 5 dargestellt. Eine Schicht aus Kunststoff wurde auf jeder Seite des Antennenträgers 10, der den Chipträger 20 trägt, auflaminiert, die auf diese Weise die Kartenkörper 32 und 34 bildet. Diese Laminierung wird vorzugsweise durch Warmpressen vorgenommen. Der Kunststoff der Kartenkörper ist Polyvinylchlorid (PVC), Polyester (PET, PETG), Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen diese Kartenkörper aus PVC. Gemäß einer Ausführungsform besteht jeder Kartenkörper aus einer einzigen Schicht. Jeder Kartenkörper kann jedoch auch aus mehreren Schichten aus gleichem oder verschiedenem Kunststoff bestehen.
  • Die auf diese Weise erhaltene Chipkarte verfügt über ein hervorragendes mechanisches Verhalten, da der Antennenträger und der Chipträger aus dem gleichen sehr biegsamen Fasermaterial bestehen. Auf diese Weise wird im Gegensatz zu den kontaktlosen Karten, die ein Metallmodul benutzen, keine mechanische Belastung auf den Antennenträger übertragen, die die Gefahr des Auftretens von Antennenbrüchen mit sich bringt. Der einzige bei dieser Karte bestehende Belastungspunkt ist der Chip selbst aufgrund seiner starren Struktur. Da die Oberfläche des Chips jedoch sehr begrenzt ist, sind diese Spannungen ebenfalls begrenzt.
  • Da der Chip außerdem auf einem spezifischen Chipträger positioniert ist und in einem in dem Antennenträger vorgesehenen Hohlraum untergebracht ist, ist er mit diesem nicht in direktem Kontakt und ist damit nicht in Kontakt mit dem Kontaktplättchen oder den Windungen der Antenne, was die mechanischen Belastungen und insbesondere die Scherbelastungen entsprechend reduziert, die zum Zeitpunkt des Laminierungsschritts auf die Kontaktplättchen der Antenne oder auf die Antenne selbst ausgeübt werden könnten. Diese Chipkarte besitzt also trotz der Verwendung von preisgünstigen Materialien, und zwar Materialien, die die Herstellung einer Karte unter sehr niedrigen Herstellungskosten gestatten, eine hohe Zuverlässigkeit.

Claims (8)

  1. Kontaktlose Chipkarte mit einer Antenne (12) auf einem Antennenträger (10) aus Fasermaterial, wobei die Antenne aus mindestens einer Windung einer polymerisierbaren leitenden Farbe und aus zwei Anschlussplättchen (14 und 16) besteht, die auf den Antennenträger mittels Siebdruck aufgebracht sind, mit einem Kartenkörper (32, 34) auf jeder Seite des Antennenträgers, wobei die Kartenkörper aus mindestens einer Schicht aus Kunststoffmaterial bestehen, und mit einem Chip (26), der mit Anschlussplättchen (28 und 30) versehen und an die Antenne angeschlossen ist, wobei die Karte dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ebenfalls einen Chipträger (20) aus Fasermaterial aufweist, der zwei Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe (22 und 24) besitzt, die mittels Siebdruck auf den Chipträger (20) aufgebracht sind und an die die Anschlussplättchen (28 und 30) des Chips (26) angeschlossen sind, wobei der Chipträger (20) derart auf dem Antennenträger (10) positioniert ist, dass die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe (22 und 24) mit den Anschlussplättchen (14 und 16) der Antenne in Kontakt kommen und sich an diese anschließen, und derart, dass der Chip (26) in einem Hohlraum (18) positioniert wird, der zu diesem Zweck im Antennenträger (10) ausgebildet ist, damit kein steifes Element des Chips mit den Anschlussplättchen (14 und 16) der Antenne oder der Antenne (12) in Kontakt ist.
  2. Chipkarte nach Anspruch 1, bei der der Anschluss des Chips an die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe durch Eindrücken der Anschlussplättchen des Chips in die Bänder aus leitender Farbe und in den Chipträger erhalten wird.
  3. Chipkarte nach Anspruch 1, bei der der Anschluss des Chips an die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe mittels einer leitenden Klebstoffschicht erhalten wird, die zwischen den Plättchen des Chips und den Bändern aus polymerisierbarer leitender Farbe angeordnet ist.
  4. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Fasermaterial Papier ist.
  5. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe mittels einer leitenden Klebstoffschicht an die Anschlussplättchen der Antenne angeschlossen werden.
  6. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das die Kartenkörper bildende Kunststoffmaterial Polyvinylchlorid (PVC), Polyester (PET, PETG), Polycarbonat (PC) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) ist.
  7. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die polymerisierbare leitende Farbe eine Epoxy-Farbe ist, die mit leitenden Elementen wie Silber-, Kupfer- oder Kohlenstoffpartikeln angereichert ist.
  8. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen einer Antenne (12), das darin besteht, Windungen einer polymerisierbaren leitenden Farbe und zwei Anschlussplättchen (14 und 16) der Antenne mittels Siebdruck auf einen Antennenträger (10) aus Fasermaterial aufzubringen und diesen Antennenträger einer Wärmebehandlung zu unterziehen, um die leitende Farbe einzubrennen und zu polymerisieren, – Ausbilden eines Hohlraums (18) im Antennenträger (10) durch Ausschneiden des letzteren, – Herstellen eines Chipträgers aus Fasermaterial durch Siebdruck von zwei Bändern einer polymerisierbaren leitenden Farbe (22 und 24) auf einen Träger aus Fasermaterial (20), – Anschluss eines mit Anschlussplättchen (28 und 30) versehenen Chips (26) an den Chipträger (20) derart, dass die Anschlussplättchen (28 und 30) mit den Bändern aus polymerisierbarer leitender Farbe (22 und 24) in Kontakt sind, – Positionieren des Chipträgers (20) auf dem Antennenträger (10) derart, dass die Bänder aus polymerisierbarer leitender Farbe mit den Anschlussplättchen (14 und 16) der Antenne (12) in Kontakt sind, und dass der Chip (26) sich im Hohlraum (18) befindet, damit kein steifes Element des Chips mit den Anschlussplättchen (14 und 16) der Antenne oder der Antenne (12) in Kontakt ist, und – Laminieren von Kartenkörpern (32 und 34) auf beiden Seiten des Antennenträgers (10), das darin besteht, auf jeder Seite des Trägers mindestens eine Schicht aus Kunststoffmaterial durch Warmpressen anzuschweißen und den Chip (26) perfekt an die Antenne (12) anzuschließen.
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