CHIP CARD - Patent Review CA2248788

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Zugriff auf einen in einem Chipmodul angeordneten Chip gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 3. Bei dieser Chipkarte ist das Chipmodul derart in einer Ausnehmung eines Kartenkörpers angeordnet, dass äussere Kontaktflächen des Chipmoduls an der Oberfläche des Kartenkörpers angeordnet sind und innere Kontaktflächen des Chipmoduls zur Ausbildung einer Transpondereinheit mit Leiterenden einer im Kartenkörper angeordneten Spule verbunden sind. Derartige Chipkarten werden als sogenannte "Combicards" oder auch "Hybridkarten" bezeichnet, da sie zum einen den unmittelbaren Kontaktzugriff auf das Chipmodul und zum anderen den kontaktlosen Zugriff auf das Chipmodul mittels der als Antenne wirkenden Spule ermöglichen.

Aus der EP 0 671 705 A2 ist eine Chipkarte bekannt, die sowohl einen kontaktbehafteten als auch einen kontaktlosen Zugriff auf einen in einem Chipmodul angeordneten Chip ermöglicht. Das Chipmodul ist in einer Ausnehmung eines Kartenkörpers angeordnet, wobei äussere Kontaktflächen des Chipmoduls an der Oberfläche des Kartenkörpers angeordnet sind und innere Kontaktflächen des Chipmoduls zur Ausbildung einer Transpondereinheit mit Leiterenden einer im Kartenkörper angeordneten Drahtspule verbunden sind. Bei der bekannten Chipkarte ist die Ausnehmung zur Aufnahme des Chipmoduls durch entsprechende Formgebung einer thermoplastischen Schicht gebildet.

Bei den vorgenannten Chipkarten erweist es sich für die Funktionssicherheit der Chipkarte als wesentlich, dass ein sicherer Kontaktzugriff auf den Chip bzw. das Chipmodul möglich ist. Bei Chipkarten, die mit einem Chipmodul versehen sind und einen kontaktbehafteten Zugriff auf nach aussen gerichtete Anschlussflächen des Chipmoduls ermöglichen, sind besondere Massnahmen erforderlich, um den definierten Sitz des Chipmoduls und damit auch die Positionierung der äusseren Anschlussflächen relativ zum Kartenkörper trotz der bei Chipkarten häufig auftretenden wechselnden Biegebeanspruchungen aufrecht zu erhalten. Zur Ermöglichung einer exakt definierten Aufnahme des Chipmoduls hat sich die Herstellung einer entsprechnenden Ausnehmung im Kartenkörper durch eine Fräsbearbeitung des Kartenkörpers als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Aus der DE 43 28 469 A1 ist eine Chipkarte bekannt, die einen kontaktbehafteten Zugriff auf einen in einem Chipmodul angeordneten Chip ermöglicht. Das Chipmodul ist in einer durch eine Fräsbearbeitung des Kartenkörpers hergestellten Ausnehmung untergebracht.

Bei Chipkarten der eingangs genannten Art, die im Kartenkörper integriert eine Spule enthalten, hat es sich jedoch als aufwendig herausgestellt, die Fräsbearbeitung so genau zu steuern bzw. zu überwachen, dass das Eindringen des Fräswerkzeuges einerseits mit einer die Kontaktenden der Spule für die Kontaktierung mit dem Chipmodul ausreichend freilegenden Eindringtiefe erfolgt und andererseits eine zu grosse Materialschwächung der Spulenkontaktenden unterbleibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau für Chipkarten der eingangs genannten Art vorzuschlagen, der eine problemlose Herstellung der Ausnehmung zur Aufnahme des Chipmoduls im Kartenkörper mit einer Fräsbearbeitung ohne die Gefahr einer zu grossen Materialschwächung der Spulenkontaktenden ermöglicht.

Darüber hinaus soll eine Kontaktierung des Chipmoduls mit den Spulenkontaktenden ermöglicht werden, die in Bezug auf die bei einer Chipkarte häufig auftretenden wechselnden dynamischen Biegebelastungen die Funktionssicherheit der Chipkarte gewährleistet.

Gemäss einer ersten Lösung weist die erfindungsgemässe Chipkarte die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Erfindungsgemäss ist dabei die Spule als Drahtspule ausgebildet und die Ausnehmung zur Aufnahme des Chipmoduls in ihrer Tiefe so bemessen, dass im Bereich der Ausnehmung angeordnete Drahtenden eine durch den Bearbeitungsvorgang zur Herstellung der Ausnehmung gebildete Kontaktabflachung aufweisen.

Dieser Lösung liegt der Gedanke zugrunde, die Funktionssicherheit einer derartigen Chipkarte dadurch zu erhöhen, dass die Kontaktierungsstellen zwischen den Leiterenden der Spule und den Anschlussflächen des Chipmoduls widerstandsfähiger gegen wechselnd dynamische Biegebelastung gestaltet werden. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass die Kontaktierungsbereiche zwischen den Leiterenden und den Anschlussflächen möglichst grossflächig gestaltet werden. Da die Kontaktierung zwischen den Anschlussflächen eines in einer Ausnehmung des Kartenkörpers eingesetzten Chipmoduls und den Leiterenden einer Spule im Regelfall mittels eines leitenden Klebers erfolgt, kommt es darauf an, die miteinander in Klebekontakt stehenden Kontaktflächen möglichst gross zu gestalten. Darüber hinaus erweist es sich zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Biegebelastungen der Klebeverbindung als vorteilhaft, wenn die Klebeverbindung möglichst in einer zur Kartenoberfläche parallelen Verbindungsebene erfolgt.

Bei dieser Lösung macht man sich den Vorteil des bei einer Hochfrequenz-Spule im Durchmesser relativ starken Spulendrahts zunutze, dessen Stärke in der Regel zwischen 100 und 200 mu m liegt. Für die Ausbildung einer Abflachung steht also eine ausreichende Materialstärke zur Verfügung (etwa im Bereich der halben Drahtdicke). Auf einen Toleranzbereich dieser Grössenordnung lässt sich beispielsweise in einem Fräsbearbeitungsvorgang die Eindringtiefe des Fräswerkzeugs in den Kartenkörper mit geringem Genauigkeitsaufwand leicht einstellen. Auf diese Art und Weise werden die zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Biegung vergrösserten Kontaktflächen an den Leiterenden der Spule während des ohnehin zur Ausbildung der Ausnehmung stattfindenden Fräsbearbeitungsvorgangs ausgebildet.

Obwohl die Fräsbearbeitung sicherlich eine besonders leicht zu realisierende, da konventionelle, Art der Bearbeitung darstellt, ist das Bearbeitungsverfahren, um eine Ausnehmung mit gleichzeitiger Ausbildung der Abflachung an den Leiterenden der Spule herzustellen, nicht auf eine Fräsbearbeitung beschränkt.

Gemäss einer weiteren Lösung weist die erfindungsgemässe Chipkarte die Merkmale des Anspruchs 3 auf.

Erfindungsgemäss ist hierbei im Kartenkörper eine Anlaufeinrichtung vorgesehen, deren Spulenkontaktflächen mit Leiterenden der Spule kontaktiert sind und deren dem Chipmodul zugewandte Anlauffläche einen Anschlag für die Vorschubbewegung bei einem Fräsbearbeitungsvorgang bildet, derart, dass die Anlauffläche bündig mit dem Boden der durch die Fräsbearbeitung hergestellten Ausnehmung ist.

Der vorstehenden Lösung liegt der Gedanke zugrunde, eine besonders sichere Kontaktierung mit einem für die bei dynamisch wechselner Biegung auftretenden Spannungen ausreichenden Materialquerschnitt zu schaffen.

Dabei ist davon auszugehen, dass es bei der Herstellung einer konventionellen Chipkarte, die sowohl den kontaktbehafteten als auch den kontaktlosen Zugriff ermöglicht - also einer sogenannten "Hybridkarte" -, die Regel ist, dass zur Herstellung der zur Aufnahme des Chipmoduls dienenden Ausnehmung im Kartenkörper bis gegen die Leiterenden der Spulenleiterbahnen gefräst wird. Da bei den konventionellen Hybridkarten in der Regel Spulen durch Ausbildung von Leiterbahnen auf geätzten Polyimid-Folien verwendet werden, deren Leiterbahnen ohnehin nur eine Dicke im Bereich von 15 bis 20 mu m aufweisen, tritt bei dem vorstehend erläuterten Fräsbearbeitungsvorgang nochmals eine Schwächung des ohnehin geringen Materialquerschnitts der Leiterbahnen ein.

Durch Verwendung der erfindungsgemässen Anlaufeinrichtung wird eine Schwächung der Spulenleiterenden unabhängig von der Art der Spule in jedem Fall ausgeschlossen.

Wenn die Anlaufeinrichtung sich seitlich über die Ausnehmung hinausgehend erstreckt, dient sie darüber hinaus als Versteifungseinrichtung.

Nachfolgend werden die verschiedenen erfindungsgemässen Lösungen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Zugriff mit einer an Leiterenden einer Drahtspule ausgebildeten Kontaktabflachung in einer Draufsicht;

Fig. 2 eine bereichsweise vergrösserte Darstellung der Chipkarte gemäss Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittdarstellung der Abbildung gemäss Fig. 2 längs dem Schnittlinienverlauf III-III;

Fig. 4 eine Chipkarte für kontaktbehafteten und kontaktlosen Zugriff mit einer Anlaufeinrichtung in Draufsicht;

Fig. 5 die in Fig. 4 dargestellte Karte in einer Längsschnittdarstellung gemäss Schnittlinienverlauf V-V.

Fig. 1 zeigt eine Chipkarte 47, die sowohl einen kontaktbehafteten als auch einen kontaktlosen Zugriff auf ein Chipmodul 48 ermöglicht. Für den kontaktbehafteten Zugriff auf das Chipmodul 48 weist dieses auf seiner mit der Oberfläche eines Kartenkörpers 49 bündigen Aussenkontaktfläche 50 angeordnete Aussenkontaktflächen 51 auf, deren genaue Anzahl und Lage hier im einzelnen nicht näher dargestellt sind (Fig. 3).

Zum kontaktlosen Zugriff auf das Chipmodul 48 ist dieses auf seiner Innenkontaktseite 52 mit Innenkontaktflächen 53, 54 versehen, die eine Kontaktierung mit Drahtenden 55, 56 einer Drahtspule 57 ermöglichen, die zusammen mit dem Chipmodul 48 eine Transpondereinheit 58 bildet.

Aus den Fig. 2 und 3 wird deutlich, dass zur Aufnahme des Chipmoduls 48 im Bereich der Drahtenden 55, 56 eine Ausnehmung 59 vorgesehen ist, die im vorliegenden Fall durch eine entsprechende Fräsbearbeitung des Kartenkörpers 49 in diesen eingebracht wird. Dabei fällt in Fig. 3 auf, dass die Tiefe t der Ausnehmung 59 grösser ist als der Abstand a zwischen einer chipmodulseitigen Oberfläche 60 der Chipkarte 47 bzw. des Kartenkörpers 49 und der Oberfläche der Drahtenden SS bzw. 56. Da es sich bei der Drahtspule 57 um eine auf eine Laminatlage 61 in einem Verlegeverfahren aufgebrachte Verlegespule aus einem Spulendraht 62 mit relativ grosser Drahtdicke handelt, die beispielsweise im Bereich von 100 bis 200 mu m liegt, und der Draht einen runden bis ovalen Querschnitt aufweist, ergibt sich bei einer bis in das Material des Spulendrahts 62 hereinreichenden Fräsbearbeitung des Kartenkörpers 49 (wie in Fig. 3 dargestellt) eine relativ grossflächige Abflachung 63 bei jedem Drahtende 55 und 56. Auf diese Art und Weise steht für eine Kontaktierung der Innenkontaktflächen 53, 54 des Chipmoduls 48 mit den Drahtenden 55 bzw 56 mittels hier nicht näher dargestellten leitfähigen Klebers jeweils eine relativ grossflächige ebene Klebkontaktfläche zur Verfügung, so dass eine mechanisch hoch belastbare Klebeverbindung geschaffen wird.

Fig. 4 zeigt eine Chipkarte 64, die, wie die in der Fig. 1 dargestellte Chipkarte 47, sowohl einen kontaktbehafteten als auch einen kontaktlosen Zugriff auf ein Chipmodul 65 ermöglicht. Zur Kontaktierung von inneren Anschlussflächen 66, 67 des Chipmoduls 65 mit Leiterenden 68, 69 einer Spule 70 weist die Chipkarte 64 eine hier aus zwei Anlaufstreifen 71, 72 (Fig. 4) gebildete Anlaufeinrichtung 73 auf. Die Anlaufstreifen 71, 72 befinden sich auf einer Trägerfolie 74 und weisen jeweils einen Kontaktzapfen 75, 76 auf. Die Kontaktzapfen 75, 76 durchdringen die Trägerfolie 74 und sind auf der Anlaufflächen 77, 78 der Anlaufstreifen 71, 72 gegenüberliegenden Seite der Trägerfolie 74 mit den Leiterenden 68 bzw. 69 der Spule 70 kontaktiert. Die Spule 70 kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise auch als eine im Ätzverfahren auf eine Polyamidfolie aufgebrachte Spule.

Wie aus der Längsschnittdarstellung in Fig. 5 hervorgeht, ist das Chipmodul 65 in einer Ausnehmung 79 aufgenommen, deren Tiefe t grösser ist als der Abstand a zwischen der Oberfläche der Anlaufstreifen 71, 72 und einer chipmodulseitigen Oberfläche 80 eines das Chipmodul 65 aufnehmenden Kartenkörpers 81. Die Anlaufstreifen 71, 72 sind im Bereich der Ausnehmung 79 mit der Anlauffläche BMW. 78 Versehen, die gegenüber der Oberfläche der Anlaufstreifen 71, 72 zurückversetzt ist und sich beim Fräsvorgang infolge des Eindringens des Fräswerkzeugs in das Material der Anlaufstreifen 71, 72 ausbildet. Da die Anlaufstreifen 71, 72 im Gegensatz zu den Leiterenden 68, 69 der beispielsweise im Ätzverfahren hergestellten Spule 70 eine relativ grosse Materialstärke aufweisen, ist ein Eindringen des Fräswerkzeugs in das Material der Anlaufstreifen 71, 72 ohne die Gefahr einer zu grossen Materialschwächung möglich. Da die Anlaufstreifen 71, 72 eine ausreichende Materialstärke zur Verfügung stellen, ist es sogar möglich, den Vorschub des Fräswerkzeuges kraftabhängig zu steuern, derart, dass der Vorschub bei Messung eines Kraftanstiegs infolge des Eindringens des Fräswerkzeugs in das Material der Anlaufstreifen 71, 72, beispielsweise Stahlblech, gestoppt wird. Auf eine wesentlich komplexere unmittelbare Überwachung der Eindringtiefe beim Fräsvorgang kann also verzichtet werden.