DE69531845T2 - Herstellungsverfahren einer Kombi-Karte - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren einer Hybridkarte mit einem Kartenkörper, einem Elektronikmodul und einer am Modul angeschlossenen Antenne.
- Derartige Karten sind für die Durchführung von Operationen bestimmt, wie beispielsweise Abbuchungen in öffentlichen Verkehrsmitteln und insbesondere in der U-Bahn, sowie Bank-, Telefon- oder Identifikationsoperationen. Diese Operationen erfolgen anhand einer elektromagnetischen Fernkoppelung.
- Der Kartenkörper besteht aus einer Verbindung von Thermoplastfolien und einem Elektronikmodul, das einen IC-Chip umfasst. Am Chip ist eine Antenne des Typs Induktionsspule angeschlossen.
- Die Herstellung von kontaktlosen Karten durch gemeinsames Laminieren besteht darin, zwischen den beiden Platten einer Presse einen Stapel von Thermoplastfolien einzufügen, in dessen Mitte das kontaktlose Elektronikmodul positioniert wird, das bereits an eine das Modul umgebende Antenne angeschlossen ist. Dann verschweißt man die einzelnen Thermoplastfolien durch Aufbringen von Druck und Temperatur.
- Aufgrund der Differenzen des Dehnungskoeffizienten zwischen den verwendeten Materialien erzeugt die kombinierte Aktion von Kraft und Temperatur eine Restverformung an der Oberfläche der Karte und hinsichtlich des Elektronikmoduls. Es entstehen verschiedene Stoß- und Torsionswiderstandszonen. Die erhaltene Karte ist unansehnlich, außer wenn man die Dicke der Karte vergrößert, was häufig nicht gestattet, die vorgenannte Dicke von 0,76 mm zu erreichen. Die Leistung derartiger Verfahren ist gering. Da die ausgesonderten Karten ferner bereits das Elektronikmodul und die Spule enthalten, sind diese Verfahren besonders teuer.
- Bei anderen Herstellungsverfahren von kontaktlosen Karten: setzt man einen rechteckigen Rahmen auf eine untere Thermoplastfolie, setzt man ein bereits an eine Antenne angeschlossenes Elektronikmodul in einen vom Rahmen und der unteren Folie gebildeten Hohlraum ein, dann vergießt man in diesen Hohlraum ein wärmehärtbares Harz, bevor man ihn mit einer oberen Thermoplastfolie abdeckt.
- Die so hergestellten Karten weisen an der Kante einen unansehnlichen sinusförmigen Streifen auf. Außerdem kann das Modul nur annähernd in der Karte positioniert werden. Demnach ist es besonders schwierig, den mit diesen Verfahren hergestellten Karten eine Kontaktschnittstelle hinzuzufügen.
- Die Unterlage DE-A-4105869 Schneider beschreibt eine Hybridkarte mit einem Körper, einem Modul mit Chip und mehreren Kontaktbereichen, sowie eine an den Kontaktflächen des Moduls über zwei Kontaktklemmen angeschlossene Antenne. Das Modul umfasst ferner Kontaktstifte für einen Betrieb mit Kontakt.
- Die Unterlage WO-A-8808592 SoundCraft beschreibt die Herstellung einer kontaktlosen Karte, bei der man im Körper einen Hohlraum vorsieht, in den ein an der Antenne befestigtes Modul in die Schicht des Körpers eingebracht wird. Diese Schicht, dieses Modul und diese Antenne werden dann gemeinsam laminiert.
- Die Unterlage WO-A-9320537 Pikopak beschreibt den Anschluss einer Antenne an ein Modul dank eines so genannten „Socket"-Anschlusses, dann ein Abformen nach Einbettung per gemeinsamer Laminierung zwischen zwei Plastikfolien.
- Die Unterlage EP-A-0570062 Nedap beschreibt einen Körper, der je nach seiner Dicke drei Schichten aufweist, die Vertiefungen umfassen, die nach dem Zusammensetzen dieser Schichten die Bildung eines Hohlraums für die Einfügung eines Moduls ermöglichen. Der Hohlraum ermöglicht ebenfalls das Aufwickeln eines Antennendrahts.
- Die Unterlage FR-A-2659767 Nsi beschreibt eine Karte mit zwei Anschlussklemmen, an denen ein Chip über Drähte angeschlossen ist.
- Die Unterlage WO-A-8702806 Artacho beschreibt einen in einer Öffnung eines Kartenkörpers eingesetzten Chip.
- Das Ziel der Erfindung ist ein Herstellungsverfahren von Hybridkarten, das die vorgenannten Nachteile aufhebt und insbesondere ermöglicht, in einfacher Weise ansehnliche Karten von geringer Dicke mit einer guten Leistung und wenig Aufwand zu erhalten, bei gleichzeitiger Minimierung der Ungenauigkeit beim Einsetzen des Elektronikmoduls in den Kartenkörper.
- Hierzu ist die Erfindung in den Ansprüchen beschrieben.
- Die nachfolgende, keinen begrenzenden Charakter aufweisende Beschreibung wird ermöglichen, die Art und Weise besser zu verstehen, wie die Erfindung umgesetzt werden kann.
- Sie ist mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu lesen, auf denen darstellen:
-
1 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen kontaktlosen Hybridkarte, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde; -
2 eine Draufsicht einer Etappe des Verfahrens der Erfindung, bei der man eine Antenne auf einer Thermoplastfolie des Kartenkörpers einer erfindungsgemäßen Karte anordnet; -
3 einen Querschnitt der vorgenannten Etappe sowie die auf einer Thermoplastfolie des Kartenkörpers der Erfindung angeordnete Antenne; -
4 eine Draufsicht einer Etappe des Verfahrens der Erfindung, bei der man eine Thermoplastschicht auf einer Anordnung Thermoplastfolie/Antenne anbringt, nach einer ersten Ausführungsform der Karte der Erfindung; -
5 die vorgenannte Etappe im Querschnitt, sowie eine Etappe zum Einsetzen des Moduls in einen Hohlraum einer kontaktlosen Hybridkarte der Erfindung; -
6 eine Draufsicht einer Etappe des Verfahrens der Erfindung, bei der man eine Thermoplastschicht auf einer Anordnung Thermoplastfolie/Antenne anbringt, nach einer zweiten Ausführungsform einer Hybridkarte der Erfindung; -
7 die vorgenannte Etappe im Querschnitt, sowie eine Etappe zum Einsetzen des Moduls in einen Hohlraum einer Hybridkarte nach der Erfindung; -
8 eine Draufsicht eines Mikromoduls einer Hybridkarte nach der Erfindung; und -
9 einen Querschnitt nach A-A des in8 dargestellten Mikromoduls einer Hybridkarte nach der Erfindung. -
1 zeigt im Querschnitt eine kontaktlose Hybridkarte, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde. Diese Karte wird insgesamt mit1 bezeichnet. Eine derartige Karte1 ist in der Lage, auf zweierlei Art zu funktionieren: ohne und mit Kontakt. - Diese Hybridkarten richten sich beispielsweise an Operationen des Typs bargeldloser Zahlungsverkehr, bei denen aus Entfernung eine bestimmte Anzahl von Einheiten abgebucht werden, wenn sie in der Nähe einer Säule vorbeigeführt werden (kontaktloser Betrieb), und bei denen sie in einem mit den Standard-Kontaktkarten kompatiblen Automaten aufgeladen werden (Betrieb mit Kontakt).
- Die kontaktlosen Hybridkarten umfassen also eine Kontaktschnittstelle mit beispielsweise Oberflächenstiften, die Metallisierungen bilden. Diese Stifte sind für Operationen mit und ohne Kontakt an den Chip angeschlossen.
- In der vorliegenden Beschreibung wird als kontaktlose Karte eine Karte bezeichnet, die ausschließlich kontaktlos funktioniert, oder aber eine Karte mit Hybridfunktion.
- Eine Karte
1 umfasst einen Kartenkörper2 , bestehend aus einer unteren Thermoplastfolie3 und einer oberen Thermoplastschicht4 . Sie umfasst ferner eine über der Folie3 angeordnete Antenne5 . Diese Antenne5 kann in einer Klebstoffschicht6 eingebettet sein, die in1 durch Bindestriche dargestellt ist. - Die Karte
1 umfasst ferner ein hybrides Elektronikmodul7 , das sich in der Schicht4 , über der Antenne5 befindet. - Dieses Elektronikmodul
7 wird insbesondere mit Bezugnahme auf8 und9 beschrieben. Es umfasst einen IC-Chip8 , der über leitende Anschlussdrähte9 direkt elektrisch an eine Reihe von Metallstiften10 und11 angeschlossen ist, die beispielsweise aus Kupfer bestehen und Metallisierungen bilden. Die Stifte10 und11 , beispielsweise acht, befinden sich über dem Chip8 und schließen bündig an der Oberfläche der Karte1 ab. - Sie sind unter Einhaltung der Norm ISO 7816, die die Positionierung der Kontakte einer Chipkarte definiert, auf der Karte
1 angeordnet. Sie sind an ihrer Unterseite mit einem Nichtleiter20 verklebt, der aus Glas/Epoxy, Polyester, Polyimid oder einer anderen geeigneten Polymerfolie bestehen kann. Der Chip8 wird in ein mittleres, im Nichtleiter20 vorgesehenes Fenster21 geklebt. Der Anschluss der Stifte10 ,11 an den Chip8 erfolgt mit den Drähten9 über im Nichtleiter20 vorgesehene Löcher22 . - Andererseits sind im unter den Stiften
11 angeordneten Nichtleiter20 zwei Öffnungen23 vorgesehen. Jede Öffnung23 ermöglicht, einen Anschluss eines Kontaktbereichs12 einer der besagten Stifte11 mit einer Kontaktklemme15 der Antenne5 herzustellen. Im Fall von7 und8 werden die Kontaktbereiche12 der Stifte11 durch die Unterseiten derselben gebildet. Ist dies nicht der Fall, sind die Stifte11 beispielsweise an zwei untere metallische Kontaktbereiche12 des Moduls7 über nicht dargestellte Leiterdrähte angeschlossen, oder über einen leitenden Streifen, der vertikal auf den Seitenflächen13 des Moduls7 angeordnet wäre, wobei seine Enden umgeknickt sind, um die Stifte11 und die Bereiche12 effektiv anzuschließen (5 und7 ). Die Kontaktbereiche12 des Moduls7 stehen in elektrischem Kontakt mit den beiden Kontaktklemmen15 der Antenne5 . Dieser Kontakt kann direkt sein und über ein leitendes Harz oder einem beliebigen anderen leitenden Mittel hergestellt werden, insbesondere über eine federnde Metalllasche24 . - Ferner umfasst das Modul
7 ein Schutzharz14 , in dem verschiedene vorgenannte Elemente, insbesondere der Chip8 und die Anschlussdrähte9 eingelassen sind. - Zur Herstellung einer derartigen Karte schlägt das Verfahren der Erfindung vor, zuerst die Antenne
5 auf der Thermoplastfolie3 anzuordnen, um eine Anordnung16 Thermoplastfolie/Antenne zu bilden. Diese erste Etappe ist in2 und3 dargestellt. - Die Antenne
5 besteht aus einem metallisierten oder mit Metall verklebtem Nichtleiter, einer Metallfolie oder einer Drahtspule. Sie kann anhand verschiedener Methoden hergestellt werden, insbesondere und jeweils durch chemisches Ätzen, Prägedruck oder Drahtwicklung. Sie kann durch den Auftrag eines Haftpromotors auf eine Thermoplastfolie3 , per Siebdruck gefolgt von einer Metallisierung durch chemischen Auftrag hergestellt werden. In2 ist die Antenne5 auf einer Seite der Folie3 in Form einer Spirale5 mit drei Windungen angeordnet, deren beiden Enden, d. h. die Kontaktklemmen15 , sich gegenüberliegend und einander benachbart sind, das eine innerhalb und das andere außerhalb der besagten Spirale. Die Antenne5 kann eine beliebige geometrische Form aufweisen. Bei der Angabe der Anzahl der Windungen handelt es sich um einen Richtwert. Ferner kann die Folie beidseitig metallisiert sein, und in diesem Fall können auf der anderen Seite Windungen vorhanden sein. Für diese Ausführung stellt man gemäß der Technik der doppelseitigen gedruckten Schaltungen metallisierte Durchgangslöcher von einer Seite zur anderen her. Dann kann man darauf verzichten, alle Windungen zwischen den Kontaktklemmen15 durchführen zu müssen. Anstelle von doppelseitigen Schaltungen kann man durch mehrere aufeinander folgende Siebdruckoperationen mehrschichtige Windungen definieren. Wenn die Antenne5 eine Ultrahochfrequenzantenne ist, kann sie ferner eine zweiseitige Rechteckform aufweisen. In diesem Fall umfasst die Ultrafrequenzantenne auf ihrer Oberseite einen Kupferstreifen. Außerdem verbindet ein metallisiertes Loch elektrisch die Unterseite mit der Oberseite. Ein Ende des Kupferstreifens sowie das metallisierte Loch können bei diesem Beispiel einer Ultrafrequenzantenne die Kontaktklemmen15 bilden. Wie ihre geometrische Form auch beschaffen sein mag, muss die Antenne5 in der Dicke der Karte1 hergestellt werden können. Mit ihrer Außenkontur schmiegt sie sich in etwa und vorzugsweise an die Außenkonturen der Folie3 an. Ihre Reichweite und Empfangskapazitäten, die von der von ihr abgedeckten Magnetflussfläche abhängig sind, betragen somit das Maximum. Aus diesem Grund ist die Spirale5 , wie die Karte1 , rechteckig. - Die Thermoplastfolie
3 hat etwa die gleiche Länge und Breite wie die Karte, die man erhalten möchte. Sie ist eigentlich etwas kleiner, so dass man sie mit einem gewissen seitlichen Spiel in eine Form positionieren kann. Ihre Dicke ist gering: etwa 180 Mikrometer bei einer der Norm ISO 7810 entsprechenden Standardkarte. Diese Folie3 besteht beispielsweise aus PVC (Polyvinylchlorid), aus PC (Polycarbonat), aus ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol), aus PET (Polyethylen), aus PETG (Glykol-Polyethylen-Terephthalat), aus PVDF (Vinyliden-Polyflorid) oder aus einer beliebigen Thermoplastfolie mit gleichwertigen Eigenschaften. - Die auf dem Thermoplastfilm
3 angeordnete Antenne kann durch Kleben befestigt werden. - Die Antenne
5 kann vorteilhaft beschichtet und in dem thermoaktivierbaren Klebstoff mit dem Bezugszeichen6 in3 eingebettet werden. Die Befestigung der Antenne5 auf der Folie3 wird dadurch verbessert. In diesem Fall werden die Kontaktklemmen11 der Antenne5 nicht beschichtet, wodurch sie am Modul7 angeschlossen werden können. In bestimmten Fällen ist diese Beschichtung nicht erforderlich, wobei die Haftung beispielsweise durch Aufweichen des Thermoplaststoffs erreicht werden kann, das bei den betrachteten Umsetzungstemperaturen der Erfindung auftritt. - Gemäß einer anderen, in
4 bis7 dargestellten Etappe des Verfahrens der Erfindung bedeckt man die Anordnung Thermoplastfolie/Antenne 16, mit Ausnahme der Kontaktklemmen15 , mit der Thermoplastschicht4 . - Diese Etappe erfolgt vorteilhaft durch Abformen. Was das für die Herstellung der Schicht
4 benutzte Material anbetrifft, so benutzt man gern ABS, PC, ABS/PC, PET oder ein Polyamid. Die verwendete Form umfasst dann vorteilhaft eine Vorrichtung zum Festhalten der Anordnung16 , so dass die Folie3 während der Einspritzung des Thermoplastmaterials, das die Schicht4 bilden soll, an Ort und Stelle gegen eine der Seiten der Form angedrückt bleibt. Diese Vorrichtung besteht beispielsweise aus einer Ansaugpumpe, die an kleine, direkt in der o. g. Seite der Form gebohrte Öffnungen angeschlossen ist. - Ferner umfasst die verwendete Form einen oder mehrere Kerne, die die Kontaktklemmen
15 der Antenne5 abdecken und den Platz des Moduls7 aussparen. So wird ein Hohlraum17 gebildet (4 bis7 ), dessen Abmessungen etwa denjenigen des Moduls7 entsprechen. Da dieser Kern einen ausreichend großen Druck gegen die Kontaktklemmen15 ausübt, werden diese nicht von der Schicht4 bedeckt und erscheinen natürlich am Boden des Hohlraums17 . Je nach Ausbildung des verwendeten Kerns kann der Hohlraum ein beliebiges Relief aufweisen.4 und6 zeigen zwei Arten von Hohlräumen mit rechteckigem Querschnitt, die insbesondere für die Aufnahme von quaderförmigen Modulen geeignet sind. Diese in4 und6 dargestellten Hohlräume17 haben jedoch einen unterschiedlichen Zuschnitt. Denn der in5 dargestellte Hohlraum17 hat einen quaderförmigen Zuschnitt mit flachem Boden, während der in7 gezeigte Hohlraum17 Ansätze aufweist, die eine Ebene18 definieren, die von zwei vertikalen Öffnungen19 mit länglichem Querschnitt durchquert werden, die an den Kontaktklemmen15 münden. - Gemäß einer noch anderen Etappe des Verfahrens der Erfindung wird das Elektronikmodul
7 in den Hohlraum17 des Kartenkörpers2 eingesetzt. Diese Etappe ist in5 und7 dargestellt. Dazu ist jedoch zu bemerken, dass bei der Herstellung eine kontaktlosen Hybridkarte die Positionierung der am kontaktlosen Modul angeschlossenen Kontaktschnittstelle besonders delikat ist. Denn das kontaktlose Modul wird häufig nicht mit genügender Präzision in den Kartenkörper eingesetzt, um einen korrekten und automatisierten Anschluss der Kontaktschnittstelle zu ermöglichen. - Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf das Einsetzen eines bereits kompletten Elektronikmoduls in den Hohlraum
17 . Man kann beispielsweise anders verfahren, indem man den unbestückten Chip8 in den Hohlraum17 einsetzt. Dann werden die beiden Kontaktbereiche12 vor dem Einsetzen des Chips8 an die Kontaktklemmen15 der Antenne5 angeschlossen. Die Anschlüsse an die zuletzt eingesetzten Stifte10 und11 erfolgen nach dem Einsetzen des Chips8 , so dass die Enden der Leiterdrähte bereit sind, die Metallisierungen zu erhalten. - In
5 ist das Modul7 quaderförmig. Der zu diesem komplementären Hohlraum17 umfasst an seinem Boden, auf gegenüberliegenden Seiten, die Kontaktbereiche12 . Beim Einsetzen des Moduls7 in den Hohlraum17 gelangen die beiden Kontaktbereich12 des Moduls7 unmittelbar in Kontakt mit den Kontaktklemmen15 der Antenne5 . Das Modul7 wird am Boden des Hohlraums17 beispielsweise mit einem Cyanacrylat-Klebstoff oder einem wärmeaktivierbaren Klebstoff oder mit einem Kaltkleber, und an der Stelle der Anschlüsse beispielsweise mit einigen Tropfen leitendem Klebstoff auf Basis eines Epoxyharzes oder eines beispielsweise Silber enthaltenden Acrylats befestigt. - In
7 sind die Kontaktbereiche12 des Moduls7 im oberen Teil dieses Moduls, in der Nähe der Metallisierungen angeordnet. Die vertikalen Seitenflächen13 sind kleiner als die Höhe des Moduls7 . In einem Beispiel bestehen die Kontaktbereiche aus der Rückseite eines Metallisierungsgitters, das zur Herstellung der Metallanschlüsse führt. Beim Einsetzen des Moduls7 in den Hohlraum17 legen sich die Kontaktbereiche12 des Moduls7 auf die Ebene18 . Um eine elektrische Verbindung oder einen Anschluss zwischen diesen Bereichen12 und den Klemmen15 zu gewährleisten, führt man die leitenden Mittel24 in die Öffnungen19 ein. Die Öffnungen19 sind mit einem leitenden Polymer, beispielsweise mit einer Lötpaste oder einem Leitkleber gefüllt. In den Öffnungen19 kann man ebenfalls Metalllaschen oder -federn anordnen. Das Modul7 wird mit einem Klebstoff beispielsweise auf Basis von Cyanacrylat, oder mit einem kalten oder wärmeaktivierbaren Kleber, im Hohlraum17 befestigt.
Claims (8)
- Herstellungsverfahren einer Hybridkarte (
1 ) mit einem Kartenkörper (2 ), einem Elektronikmodul (7 ) mit einem IC-Chip (8 ) und zwei Kontaktbereichen (12 ), und einer über zwei Kontaktklemmen (15 ) an den Kontaktbereichen (12 ) des besagten Moduls (7 ) angeschlossenen Antenne (5 ), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Etappe umfasst, in der man eine Schicht (4 ) des Kartenkörpers (2 ) auf die Antenne (5 ) abformt, und man in der besagten Schicht (4 ) einen Hohlraum (17 ) vorsieht, der die besagten Kontaktklemmen (15 ) erscheinen lässt, gefolgt von einer Etappe, in der man das Elektronikmodul (7 ) in den Hohlraum (17 ) des Kartenkörpers (2 ) einsetzt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zuerst die Antenne (
5 ) auf einer Thermoplastfolie (3 ) des Kartenkörpers (2 ) anordnet, um so eine Anordnung (16 ) Thermoplastfolie/Antenne zu bilden. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne auf der Thermoplastfolie (
3 ) in Form einer Spirale angeordnet ist, deren Enden, d. h. die Kontaktklemmen (15 ), einander gegenüberliegen, eine innerhalb und eine außerhalb der besagten Spirale. - Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Thermoplastfolie (
3 ) angeordnete Antenne (5 ) per Verkleben auf der besagten Folie (3 ) befestigt ist. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (
5 ) durch das Auftragen eines Haftpromotors auf die besagte Thermoplastfolie (3 ) durch Siebdruck und Metallisierung per chemischem Auftrag auf der Thermoplastfolie (3 ) angeordnet ist. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (
5 ), mit Ausnahme ihrer Kontaktklemmen (15 ), mit einem wärmeaktivierbaren Klebstoff (6 ) beschichtet wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (
4 ) auf die Anordnung (16 ) Thermoplastfolie/Antenne abgeformt wird, in dem man eine Form mit einem Kern verwendet, der die Kontaktklemmen (15 ) der Antenne (5 ) abdeckt. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass man den Hohlraum (
17 ) mit einer von Löchern (19 ) durchsetzten Ebene (18 ) bildet, an deren Boden die Kontaktklemmen (15 ) der Antenne (5 ) erscheinen.
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