Mechanisch aktivierbare Transpondervorrichtung und Chipkarte

Die Erfindung betrifft eine mechanisch aktivierbare Transpondervorrichtung mit einer Transponderspule mit mindestens einer Kontaktfläche und mit einem Chipelement. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Chipkarte mit einer solchen Transpondervorrichtung.

Eine derartige als kontaktlose Chipkarte ausgebildete Transpondervorrichtung ist beispielsweise in der EP 0946926 B1 beschrieben. Dazu ist in der Chipkarte eine Ausnehmung vorgesehen, deren Oberseite durch ein Chipmodul geschlossen ist bzw. das Chipmodul in diese Ausnehmung eingesetzt wird. Innerhalb des Chipmoduls ist der eigentlich integrierte Schaltkreis angeordnet, der elektrisch mit den Anschlußflächen des Chipmoduls verbunden ist. Das Chipmodul bildet insgesamt eine größere, in der Regel vergossene Einheit, die eine manuelle Betätigung und Kontaktierung ertaubt. Erst bei Druck auf die Karte erfolgt ein elektrischer Kontakt und erst dann arbeitet die Chipkarte. Dies ist insbesondere bei RFID- Karten sinnvoll, da ansonsten für den Benutzer die Gefahr bestände, daß er kontinuierlich abgefragt wird und damit unbeabsichtigt erfassbar und überwachbar wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transpondervorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders zuverlässig bedienbar ist .

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Transpondervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Hinsichtlich der Chipkarte erfolgt die Lösung der Aufgabe mit den Merkmalen des Patentspruchs 15. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einer mechanischen aktivierbaren Transpondervorrichtung mit einer Transponderspule mit mindestens einer Kontaktfläche und einem Chipelement ist es erfindungswesentlich vorgesehen, daß die Transpondervorrichtung eine mechanisch bewegbare Schaltmembran aufweist, die mindestens zwei Zustände einnehmen kann, daß die Schaltmembran über der mindestens eine Kontaktfläche der Transponderspule positioniert und das das Chipelement mindestens eine Kontaktfläche aufweist, mit der Schaltmembran verbunden und der mindestens einen Kontaktfläche der Transponderspule zugewandt gegenüberliegend und zu dieser beabstandet und derart beweglich angeordnet ist, daß bei einer Bewegung der Schaltmembran die mindestens eine Kontaktfläche des Chipelements mit der mindestens ein Kontaktfläche der Transponderspule kontaktierbar ist. Bevorzugt weist die Transponderspule zwei Kontaktflächen und das Chipelement ebenfalls zwei dazu korrespondierende Kontaktflächen auf. Mit einer solchen Transpondervorrichtung können die auf dem Chipelement gespeicherten Daten ausgelesen und mit Hilfe der Transponderspule kontaktlos auf einen Empfänger übertragen werden. Das Chipelement und die Transponderspule sind mit sich gegenüberliegenden Kontaktflächen versehen, die voneinander beabstandet sind und nur durch willkürlichen, mechanischen Druck zeitweise miteinander elektrisch verbindbar sind. Nur dann erfolgt eine Auslösung einer Identifikation oder Transaktion. Dadurch bestimmt der Benutzer selbst, wann die auf dem Chipelement gespeicherten Daten abgefragt bzw. ausgelesen werden können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist als Chipelement unmittelbar der Chip selbst in der Transpondervorrichtung angeordnet. Es wird daher der „nackte", ungehauste Chip oder integrierte Schaltkreis verwendet, ohne diesen in einem Zwischenschritt zu einem Modul mit größeren Anschlußflächen auszubilden.

Bei der konkreten Verwendung, bei der bestimmungsgemäß ein Druck im Bereich des Chipelements ausgeübt wird, hat sich gezeigt, daß der „nackte" Chip aufgrund seiner geringen Abmessung hierfür geeignet ist und entgegen dem üblichen Ansatz nicht zu einem Chipmodul weiterverarbeitet ist. Entgegen der sonst üblichen Anordnung innerhalb eines Chipmoduls ist der Chip in der erfindungsgemäßen Chipkarte mit nach unten gerichteten Kontaktflächen in der Chipkarte angeordnet.

Bevorzugt ist der Chip in Flipchip-Technik angeordnet. Die Kontakte des Chips selbst werden also nach unten gedreht und gegenüber von den Kontaktflächen der Transponderspule und beabstandet zu diesen angeordnet. Die Kontaktflächen des Chips werden bevorzugt durch die Bumps des Chips gebildet. Die Kontaktflächen des Chips sind bevorzugt als erhaben über die Chipfläche ausgebildete Anschlußpodeste ausgebildet. Bevorzugt wird dies durch stromlose, vakuumtechnische oder galvanische Abscheidung überwiegend aus Palladium erzeugt.

Bevorzugt ist innerhalb der Chipkarte zwischen zwei äußeren Deckfolien eine Ausnehmung gebildet. Der Chip ist günstigerweise in der Ausnehmung angeordnet. Der Chip ist also von außen nicht unmittelbar zugänglich, sondern ist mindestens durch eine Deckfolie und evtl. weitere Folien oder Lagen von einem unmittelbaren Kontakt mit der Außenwelt abgeschirmt und geschützt. Der Chip ist bevorzugt mit einer Seite, insbesondere der den Kontaktflächen gegenüberliegenden Seite, an der Deckfolie oder einer darunter liegenden, weiteren Folie oder Schicht befestigt. Auf diese Weise kann durch Druck auf

daran befestigte Chip in der Ausnehmung nach unten bewegt und zu den gegenüberliegenden Kontaktflächen der Transponderspule bewegt werden.

Der Bereich der Ausnehmung, also insbesondere der Innenraum der Schaltmembran mit dem Chipelement, insbesondere dem nackten Chip selbst, weist bevorzugt innerhalb der Transpondervorrichtung eine inerte Atmosphäre auf. Damit wird Korrosion verhindert und die langfristige Zuverlässigkeit der Transpondervorrichtung gewährleistet. Das Chipelement ist bevorzugt mit einer Seite, insbesondere der den Kontaktflächen gegenüberliegenden Seite an der Schaltmembran befestigt, insbesondere mit dieser verklebt. Bevorzugt wird dabei eine Gel oder gallertartige Klebmasse verwendet, die eine gewisse Flexibilität zuläßt, jedoch nach Beendigung eines z. B. seitlichen Druckes, den Chip oder das Chipelement wieder an die gewünschte definierte Position zieht.

Die Schaltmembran ist bevorzugt kalottenartig ausgebildet. Die Form der Schaltmembran ist bevorzugt als abgeflachte Kugelkappe ausgebildet, die eine Druckausübung bzw. eine Durchbiegung dieser Kugelkappe ermöglicht und die dadurch zwei Zustände annehmen kann. Dadurch wird sichergestellt, daß keine zufällige oder unbeabsichtigte Kontaktierung zwischen dem Chip und der Transponderspule bzw. zwischen deren Kontaktflächen entsteht, sondern daß das Aufbringen eines mechanischen Drucks entgegen der Federkraft nötig ist, um einen solchen Kontakt herzustellen. Grundsätzlich ist auch eine unmittelbar zwischen den Kontaktflächen und dem Chip angeordnete Feder oder Federelement denkbar. Insbesondere ist die Schaltmembran mit ihren Endbereichen auf zwei zu beiden Seiten des Chipelements angeordneten Spacern befestigt. Die Schaltmembran ist bevorzugt als Schnappscheibe oder „Knackfrosch" ausgebildet. Der obere Teil der Schnappscheibe ist für den Bediener frei zugänglich. Der Bediener kann die Schnappscheibe daher betätigen und über die Schnappscheibe den an der Unterseite der Schnappscheibe befestigten Chip in die untere Kontaktstellung bewegen.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die die Ausnehmung abdeckende Deckfolie vergleichsweise dick, insbesondere dicker oder stärker ausgebildet als die Deckfolie, die auf der der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite der Chipkarte angeordnet ist. Anders formuliert ist die die Ausnehmung abdeckende Deckfolie mehr als doppelt so dick wie die gegenüberliegenden Deckfolie. Bevorzugt beträgt die Dicke dieser Deckfolie etwa 10 % oder sogar etwas mehr der Dicke der gesamten Chipkarte.

Günstigerweise ist die Ausnehmung innerhalb der Chipkarte aus zwei Bereichen, nämlich einem oberen und einem unteren Bereich ausgebildet. Der untere Bereich ist dabei kleiner als der obere Bereich. Der untere Bereich ist seinen Abmessungen so ausgebildet, daß er etwas größer ist als der Chip, der in diesen unteren Bereich der Ausnehmung hineingedrückt werden kann. Der obere Bereich ist in seiner Breite bevorzugt mindestens doppelt so breit wie der Chip, so daß ausreichend Bewegungsmöglichkeiten im Bereich der darüber liegenden Deckfolie gegeben sind. Sowohl der obere als auch der untere Bereich der Ausnehmung sind in ihrer Höhe jeweils höher als der Chip. Der verbleibende Freiraum innerhalb der Ausnehmung ist insgesamt daher mindestens doppelt so hoch wie die Höhe des Chips.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktflächen der Transponderspule aus einem unterbrochenen, leitenden Kontaktbereich hergestellt. Das heißt, daß insbesondere bevorzugt mindestens zwei Kontaktflächen der Transponderspule vorgesehen sind und diese durch eine Unterbrechung oder einen zwischen diesen angeordneten nichtleitenden Bereich voneinander getrennt sind. Durch das Aufbringen von mindestens zwei Kontaktflächen des Chips wird diese Lücke überbrückt und es erfolgt ein Kontakt innerhalb des Chips der dadurch mit Energie über die Transponderspule versorgt wird. Alternativ kann auch eine Verbindung bereits bestehen und bei Druckausübung nur ein neuer Kontakt gebildet werden.

weist die Transpondervorrichtung daher eine mechanisch bewegbare Schaltmembran auf, die mindestens zwei Zustände einnehmen kann, wobei die Schaltmembran über der mindestens einen Kontaktfläche der Transponderspule positioniert ist und das Chipelement mindestens eine Kontaktfläche aufweist und mit der Schaltmembran verbunden und der mindestens einen Kontaktfläche der Transponderspule zugewandt gegenüberliegend und zu dieser beabstandet derart beweglich angeordnet ist, daß bei einer Bewegung der Schaltmembran die mindestens eine Kontaktfläche des Chipelements mit der Kontaktfläche der Transponderspule kontaktierbar ist. Diese Chipkarte weist bevorzugt die Ausgestaltungen auf, die auch oben im Zusammenhang mit der Transpondervorrichtung beschrieben wurden. Bei der Chipkarte und der Transpondervorrichtung handelt es sich bevorzugt um eine RFID-Karte bzw. RFID-Transpondervorrichtung.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen der Zeichnung in:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße kontaktlose Chipkarte;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Fig. 1 mit betätigtem Federelement;

Fig. 3 eine teilgeschnittene Draufsicht auf eine Chipkarte;

Fig. 4 eine Draufsicht auf eine Chipkarte mit einer Ausnehmung; und

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Chipkarte mit einer Ausnehmung mit vorbereiteten Anschlüssen.

In Fig. 1 ist zunächst eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Chipkarte dargestellt, wobei das Federelement nicht betätigt ist.

Die Chipkarte ist aus einer Mehrzahl von Schichten oder Lagen aufgebaut. Die äußersten Schichten werden jeweils von einer Deckfolie 1 bzw. 8 gebildet. Unterhalb dieser Deckfolien 1 ,8 sind bedruckte Folien 2 und 7 angeordnet, die der Chipkarte 20 ihr eigentliches Aussehen verleihen. Unter diesen Folien bzw. weiter zum Inneren dieser Folien 2 und 7 sind weitere Folien 3 und 6 angeordnet. Zentral im inneren Bereich sind Kernfolien 4 und 5 angeordnet. In manchen Chipkarten ist auch nur eine einzige zentrale Kernfolie angeordnet. Zwischen den Folien 5 und 6 ist eine Transponderspule 17 eingelegt. Die Transponderspule 17 ist mit Kontaktflächen 15 der Transponderspule 17 verbunden. Diese Kontaktflächen 15 sind durch eine Unterbrechung 16 elektrisch voneinander getrennt bzw. isoliert. In der Chipkarte 20 ist eine sich durch die Schichten Druckfolie 2, Folie 3 und Kernfolien 4 und 5 erstreckende Ausnehmung 11 eingebracht worden. In der Darstellung sind die hinter der Ausnehmung 11 wieder durchgängig verlaufen den Schichten 1 bis 5 zur besseren übersichtlichkeit nicht dargestellt worden. In der Ausnehmung 11 sind Spacer 9 eingesetzt, deren Höhe sich etwa über die Höhe der beiden Kernfolien 4 und 5 erstreckt und die die Ausnehmung 11 auf Abmessungen in diesem Bereich reduzieren bzw. die Größe der Ausnehmung 11 in diesem Bereich etwa derartig definieren, daß diese etwas größer ist als der in der Chipkarte 20 verwendete eingesetzte Chip 12, der hier als „nackter" Chip und nicht als Chipmodul zur Anwendung kommt. Die Kontaktflächen 15 bilden den unteren Abschluß dieses unteren Teils der Ausnehmung 11. Ein oberer Teil der Ausnehmung 11 , der sich in seiner Höhe etwa über die Dicke der Folie 3 und der Druckfolie 2 erstreckt und im wesentlichen in etwa genauso hoch ist wie der untere Teil der Ausnehmung ist insgesamt etwa in seinen seitlichen Abmessungen doppelt so breit wie der untere Teil der Ausnehmung. Auf den unteren Spacern 9 sind hierzu Spacer 10 angeordnet, die in ihren Abmessungen deutlich kleiner sind als die Spacer 9. Die Spacer 10 erstrecken sich in der Höhe über die Höhe der Folie 3 und der Druckfolie 2. Die Höhe dieses oberen Bereiches der Ausnehmung 11 ist etwas größer als die Höhe des Chips 12. Der Chip 12 ist derart in der Ausnehmung angeordnet, daß seine Kontaktflächen 14 nach unten ausgerichtet sind und ohne mechanischen Druck beabstandet und gegenüberliegend zu den Kontaktflächen 15 der

vorbereitete Struktur der Spacer 10 ein Federelement 13 einlegbar bzw. ist dort eingelegt. Dieses Federelement 13 ist bevorzugt als Schnappscheibe oder „Knackfrosch" ausgebildet. An der Unterseite der Schnappscheibe ist der Chip befestigt, insbesondere mit einer gelartigen Klebemasse eingeklebt und insofern elastisch aufgehängt. Oben auf den Spacer wird eine ringförmige Abdeckung 18 aufgelegt und befestigt. Bei Druck auf das Federelement bzw. auf die Schnappscheibe 13 wird diese nach unten gedrückt mit ihr der daran befestigte Chip. Die Schnappscheibe ist kalottenartig ausgebildet. Die Ausnehmung 11 ist günstigerweise im oberen Bereich mindestens doppelt so breit wie der Chip 12, so daß ein ausreichender Bereich vorgesehen ist, in dem die Deckfolie 1 nachgeben kann, um insgesamt den Abstand zwischen den Kontaktflächen 14 des Chips 12 und den Kontaktflächen 15 der Transponderspule 17 zu überbrücken. Die Deckfolie 1 ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Sicherheit besonders dick ausgebildet und insbesondere etwa doppelt so dick oder noch dicker als übliche und auch die gegenüberliegende Deckfolie 8.

Fig. 2 zeigt in gleicher Weise einen Querschnitt durch die erfindungsgemäße Chipkarte wie Fig. 1. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Im Unterschied zur Fig. 1 ist hier dargestellt, wie ein Druck auf das Federelement 13 ausgeübt ist und die Schnappscheibe nach unten durchbiegt. Der an der Schnappscheibe befestigte Chip 12 wird dadurch in den unteren Teil der Ausnehmung 11 eingeführt und die Kontaktflächen 14 des Chips 12 kontaktieren die Kontaktflächen 15 am Boden der Ausnehmung.

In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Chipkarte 20 dargestellt. Da hier die oberen Schichten nicht dargestellt sind, ist die Leiterbahn 17 der Antenne zu erkennen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es um eine Hochfrequenzantenne für eine Frequenz von 13,5 MHz. Es können alternativ auch UHF-Antennen für Frequenzen von 800 bis 900 MHz vorgesehen sein. Die Antennenstruktur kann grundsätzlich als geschlossene Antennenstruktur, als Dipolantennenstruktur, als Schlitzantennenstruktur oder

elektrisch leitenden Kunststoffen, Farben oder Partikeln ausgebildet sein. Neben der Antenne 17 ist hier die öffnung 19 in der Chipkarte zu erkennen, in die die Spacer, das Federelement und der Chip eingesetzt werden. Im unteren Bereich sind die Anschlußstrukturen zu erkennen.

In Fig. 4 ist noch einmal eine Draufsicht auf die Chipkarte 20 dargestellt. Im Bereich der öffnung 19 ist am Boden dieser öffnung eine Leiterbahn 21 dargestellt, auf der die Kontaktflächen 15 ausgebildet werden müssen. Um eine genaue Zentrierung zu erreichen ist es bevorzugt, zunächst die Deckschicht 1 mit der vorgesehenen kreisförmigen Ausnehmung 19 aufzubringen und dann zentriert auf die Ausnehmung 19 frästechnisch die Kontakte bzw. die Strukturen 21 einzubringen. Alternativ kann die Leiterplatte 21 auch geätzt werden. Dann ist die Positionierung des Chips daran auszurichten.