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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine verstärkte
Chipkarte, d.h. eine Karte, deren Körper besser dazu geeignet
ist, den äußeren mechanischen Belastungen zu widerstehen,
denen diese Karten unterworfen werden, wenn sie von ihren
Benutzern gehandhabt werden. Ihr Gegenstand besteht auch
vornehmlich darin, die Technik der Chipkarten mit der der Karten
mit Magnetstreifen mit dem Ziel vereinbar zu machen, die
kombinierten Leistungen dieser beiden Techniken zu erhöhen.
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Chipkarten zur Verwendung im Bankwesen sowie zum Zwecke von
Vorauszahlungen sind bekannt: z.B. die Vorauszahlung von
Fernsprechverbindungen, die Vorauszahlung von
Fahrzeugparkzeiten u.a. Solche Chipkarten weisen normalerweise einen
Kartenkörper aus einem Kunststoffmaterial auf, in dem eine
Ausnehmung vorgesehen ist, in deren Mitte ein elektronischer
Mikromodul aufgenommen ist, der mit Kontaktmetallisierungen
versehen ist, um die elektrischen Verbindungen des
Mikromoduls mit der Außenwelt sicherzustellen. Im übrigen werden
Chipkarten ins Auge gefaßt, bei denen der Mikromodul nicht
mehr mit Kontaktmetallisierungen versehen ist. Bei diesen
Anwendungen geschieht die Verbindung mit der Karte auf dem
Funkwege.
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Eines der Probleme, auf die man bei den Chipkarten stößt, ist
das ihrer mechanischen Festigkeit. Zu diesem Zweck müssen
sich die Karten erfolgreich Tests mit harten Belastungen
unterziehen, damit sie vom Publikum angenommen werden können.
Im Verlauf dieser Tests, die Verwendungssituationen
simulieren, werden die Karten bestimmte Male senkrecht zu ihrer
größeren oder ihrer kleineren Achse gebogen. Es wird angenommen,
daß ein Test erfolgreich abgelegt ist, wenn sich einerseits
der Mikromodul nach einer Reihe von Biegungen nicht abgelöst
hat und wenn andererseits die Belastungen nicht mit dem
Effekt zu dem Mikromodul übertragen worden sind, daß dieses
zerbrochen ist. Andere Tests betreffen die Biegefestigkeit
der Kartenkörper. Bei diesen Tests müssen die hergestellten
Karten der größtmöglichen Biegekraft widerstehen. Unter einer
gegebenenen Biegekraft werden die Kartenkörper ausgeschieden,
darüber werden sie akzeptiert.
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Demnach ist es aus den Obengenannten Gründen bekannt,
Kartenkörper entweder in ihrer Gesamtheit oder in der Nähe des
Bereichs dieser Kartenkörper zu verstärken, wo die Ausnehmung
zur Aufnahme des Mikromoduls sitzt. Aus der am 9. Februar
1983 veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 0 071 255
sind beispielsweise Chipkartenträger bekannt, bei denen das
Kunststoffträgermaterial (des Kartenkörpers)
glasfaserverstärkt ist. Bei einer solchen Lösung wird im Verlauf der
Kolaminierung der Schichten des Kartenkörpers ein
Kolaminierungskern aus mit Glasfasern verstärktem Epoxidharz
verwendet.
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Bei den Verwendungen von Karten mit Magnetstreifen ist es
bekannt, die Rückseite einer Karte mit einem Magnetstreifen zu
bedecken, in dem die Informationen geladen sind. Eine
Lesevorrichtung kann solche Karten aufnehmen und die
aufgezeichneten Informationen zur Feststellung der Identität des
Karteninhabers decodieren. Normalerweise ist die effektiv
gespeicherte Informationsdichte in diesen Spuren gering, um
starke Verwedungsvariationen zu tolerieren. Der zwischen den
Karten mit Magnetstreifen und den Chipkarten bestehende
Unterschied kommt daher, daß bei Magnetstreifen die
speicherbare Informationsmenge höher als bei den elektronischen
Mikromodulen ist, aber daß der Zugang zu diesen Informationen
dagegen im ersten Fall langsamer als im zweiten Fall geschieht.
Unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit bieten die Karten mit
Magnetstreifen andererseits überhaupt keine Garantie. Man ist
sich nämlich dessen bewußt geworden, daß eine sehr
rudimentäre Ausrüstung ausreicht, um die Informationen dieser Karten
auf andere Karten zu vervielfältigen, die von Hand gefertigt
worden sind, und damit eine Verwendung für diese zu
ermöglichen, die dem ihrer Ausgabe zugrundeliegenden Gedanken
widerläuft. Allerdings sind gemischte magnetisch-elektronische
Chipkarten bekannt: dabei liegt das Ziel bei einer gegebenen
Synergie darin, die Leistungen der beiden Informationsträger
aufs Beste zu nützen. Gegenwärtig wird diese gemischte
Beschaffenheit durch die Probleme mit den Unterschieden in den
Verwendungstoleranzen behindert.
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Im übrigen wurde man sich darüber klar, daß sich aufgrund der
Temperaturskala, der die Karten im Laufe ihrer Verwendung
unterzogen sind, Probleme mit der Dimensionsstabilität
zeigen. Nur eine hohe Dimensionsstabilität zusammen mit hoher
mechanischer Steifigkeit kann nämlich eine lange Lebensdauer
in Verbindung mit einer hohen Zuverlässigkeit der Karten und
insbesondere der gemischten Karten garantieren. Die
Herstellung des Kartenkörpers aus einem Kunststoffmaterial führt
ferner zur Erscheinung von starken elektrostatischen
Entladungen, die sowohl für den elektronischen Mikromodul als auch
für den Magnetstreifen gefährlich sind.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, den genannten Nachteilen
abzuhelfen, indem eine Technik zur Verstärkung der Karten
vorgeschlagen wird, die zu dieser temperaturunabhängigen
mechanischen Stabilität führt und sich an das mechanische
Verhalten und/oder die thermische Ausdehnung des Mikromoduls
oder des Magnetstreifens anpaßt. Die Ausdehnungen ziehen
nämlich Veränderungen des Magnetstreifens nach sich, so daß die
sich ergebende Formatierung in bestimmten Fällen die
Verwendungsnormen verlassen kann. Bei der Erfindung ist die
Verstärkung der Kartenkörper mit wenigstens zwei Lagen aus
Materialien mit unterschiedlichen Härten gewählt, um die
Verformungswirkungen so anzupassen, daß sie in einem
Toleranzbereich gehalten werden, der unabhängig von dem Temperaturwert
mit den beiden Techniken vereinbar ist. Jede dieser Lagen ist
nach einer Matrixanordnung organisiert, und die beiden
Matrixnetze sind ineinander verschachtelt, beispielsweise durch
den Versatz einer Lage bezüglich der anderen um einen
Halbschritt.
Dann ist zu beobachten, daß der Körper der Karte aus
Kunststoffmaterial die Differenzkräfte aufgrund der beiden
unterschiedlichen Materialien in sich selbst absorbiert,
wodurch sich die Karte nicht ablöst, sondern im Gegenteil die
Toleranzen perfekt eingehalten werden.
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Der Gegenstand der Erfindung ist also eine Chipkarte mit
einem Kartenkörper aus einem Kunststoffmaterial, dessen
Steifigkeit mit härtenden Fasern verstärkt ist, wobei der
Kartenkörper ferner mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines
integrierten Schaltungschips versehen ist, der mit Mitteln
versehen ist, um die Herstellung von Verbindungen zwischen den
Schaltungen des Chips und außerhalb zu ermöglichen, wobei die
härtenden Fasern wenigstens lokal aus wenigstens zwei
unterschiedlichen Materialien bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß die härtenden Fasern in dem Kartenkörper in wenigstens
zwei Lagen nach zwei Matrixanordnungen liegen, die ineinander
verschachtelt sind.
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Die EP-A-0 211 360 beschreibt eine Chipkarte, die aus zwei
unterschiedlichen Materialien hergestellt ist. Dieses
Dokument beschreibt auch Verstärkungsschichten in
Matrixanordnung.
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Die Erfindung ist leichter bei der Lektüre der folgenden
Beschreibung und beim Prüfen der beigefügten Figuren zu
verstehen. Diese sind nur als Hinweis gegeben und schränken
die Erfindung in keiner Weise ein. In den Figuren zeigen
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer verstärkten
Chipkarte nach der Erfindung;
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Fig. 2 einen elektronischen Mikromodul zum Einfügen in den
Kartenkörper von Fig. 1;
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Fig. 3 ein Herstellungsbeispiel für einen Kartenkörper nach
der Erfindung unter Verwendung eines
Kolaminierungsverfahrens;
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Fig. 4 einen Schnitt eines Ausführungsbeispiels einer
Anwendung der Erfindung auf ein Mikromodulband.
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Fig. 1 zeigt einen Chipkartenkörper nach der Erfindung. Der
Kartenkörper 1 besteht aus einem Kunststoffmaterial, z.B. aus
PVC oder ABS, und seine Steifigkeit ist mit härtenden Fasern
2 verstärkt. Der Kartenkörper weist ferner eine Ausnehmung 3
zur Aufnahme eines Chips 4 in integrierter Schaltung wie dem
von Fig. 2 auf. Der elektronische Chip 4 ist in einem
Mikromodul 30 enthalten, der an seiner Oberfläche mit
Metallbereichen wie 5 bis 10 versehen ist, die mit dem Chip verbunden
und dazu bestimmt sind, die Herstellung von elektrischen
Verbindungen zwischen der Schaltung 4 und außerhalb zu
ermöglichen. Die Besonderheit der Erfindung liegt darin, daß die
härtenden Fasern 2 wenigstens 2 Lagen aufweisen: eine in
durchgezogenen Linien dargestellte Lage 11 und eine
gestrichelt dargestellte Lage 12. Die beiden Lagen sind aus
Materialien unterschiedlicher Typen realisiert. Bei einem
Beispiel ist die Lage 11 eine Lage aus Graphitkohlenstoff,
während die Lage 12 eine Lage aus Borfaser ist. Die beiden Lagen
11 und 12 sind nach Matrixanordnungen realisiert. Bei dem
dargestellten Beispiel sind die Matrixanordnungen einfache
Anordnungen, senkrechte Zeilen-Spalten, deren Schritt
zwischen den Zeilen gleich dem Schritt zwischen den Spalten ist.
Die beiden Matrixanordnungen 11 und 12 sind bevorzugt durch
einen Versatz um einen Halbschritt ineinander verschachtelt.
Bei einem Ausführungsbeispiel liegt der Abstandsschritt der
Fasern dieser Lagen in der Größenordnung von einem
Millimeter. Die Größe des Durchmessers der Fasern liegt dann in der
Größenordnung von 0,05 Millimeter.
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Die Verschachtelung der Lagen ist nicht eine notwendige
Bedingung für die Anpassung der Dehnungen des Kartenkörpers an
die Belastungen der beiden Techniken. Allerdings ermöglicht
diese Verschachtelung auf bevorzugte Weise eine bessere
Übertragung der durch die Fasern am Körper der Karte erzeugten
Verstärkungskräfte.
Nach dem oben angegebenen ist die so hergestellte Karte
bevorzugt eine gemischte elektronische und magnetische Karte.
Sie weist also unter einer Seite 13 (die in Fig. 1 maskiert
ist) einen Magnetstreifen auf, der die ganze Rückseite dieser
Karte oder einen Teil davon einnimmt.
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Fig. 3 zeigt ein Herstellungsverfahren vom Typ der
Kolaminierung. Der untere Teil der Figur zeigt das herkömmliche
Herstellungsverfahren vor der erfindungsgemäßen Verstärkung, die
im oberen Teil der Figur und durch die Anwesenheit eines
dicken Pfeils schematisch dargestellt ist. Für die
Kolaminierung werden mittels der Rotationpressen 14 und 15 Schichten
aus Kunststoffmaterial übereinandergelegt, die nach dem
Abrollen von Spulen 16 und 17 flach liegen. Die Stapelung von
zwei Schichten ist gezeigt, aber in der Praxis kann ihre Zahl
höher sein. Im übrigen ist auf der oberen Schicht 11
schematisch eine Maschine 18 dargestellt, die dazu dient, in diese
obere Schicht Aussparungen einzustanzen, die die Ausnehmungen
3 der Karten bilden sollen. Bei der Erfindung werden in dem
Kartenkörper in Zwischenposition wenigstens zwei
Verstärkungslagen 11 bzw. 12 kolaminiert. Dies bedeutet
beispielsweise, daß die Lagen 11 und 12, die auf Spulen 19 bzw. 20
gewickelt sind, nach einer ersten Schicht 17 und vor einer
letzten Schicht 16 in den Kolaminierungsvorgang einsteigen.
Die beiden Lagen 11 und 12 können jeweils durch natürliche
Klebung an einem sehr feinen Film gehalten werden. Mittel,
die hier schematisch mit einer Mikrometerschraube 21 zur
Beabstandung der Achsen der Spulen 19 und 20 voneinander
dargestellt sind, sind zur Einstellung der Halbschrittabstände
zwischen den Matrixanordnungen der beiden Lagen vorgesehen.
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Bei einer Perfektionierung ist eine der Lagen, beispielsweise
die Lage 11 breiter als die Lage 12 und sogar breiter als die
Schichten, die zur Kolaminierung des Körpers der Karten
dienen. Auf diese Weise weist die Lage 11 die in Fig. 1
sichtbaren Fransen 22 auf, die über die Schmalseite der Karten
hinausragen. Die Lage 11 besteht dann bevorzugt aus einem
elektrisch leitenden Material, vorzugsweise aus Graphit. Unter
diesen Bedingungen ermöglichen es diese Fransen, wenn sie in
der Folge über die Ränder des Einführschlitzes der
Lesevorrichtungen für die Chipkarten streichen, die sie aufnehmen,
in dem Kartenkörper selbst eine äquipotentiale elektrische
Oberfläche zu erzeugen und vor allem einfacher alle bei
möglicherweise auftretenden elektrostatischen Entladungen
angesammelten Ladungen zu evakuieren. Zu diesem Zweck könnte das
Graphit für die Lage 11 sogar durch eine Anordnung aus
Metalldrähten beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium ersetzt
sein.
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Mit Verstärkungsmaterialien unterschiedlichen Typs werden die
Ausdehnungs- und Härtekoeffizienten so angepaßt, daß diese
Koeffizienten einem den beiden Kartentechniken magnetisch-
elektronisch gemeinsamen Bereich angehören. Zur Verbesserung
dieser Anpassung kann auf folgende Arten vorgegangen werden:
entweder wird die Form einer der Matrixanordnungen geändert
oder die Kraft einer Lage wird durch eine Änderung des
Materials oder des Durchmessers der Fasern erhöht, oder eine
dritte Lage wird verwendet. Die Verstärkungswirkungen können
ferner in der Karte lokal begrenzt werden, indem auf dem sie
tragenden Film das Verstärkungsnetz von wenigstens einer der
beiden Lagen nur von einer Stelle zur anderen verteilt wird.
Diese lokalen Verstärkungen befinden sich zum Zeitpunkt der
Kolaminierung in der Nähe des Ortes der Ausnehmung.
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Statt der Behandlung des gesamten Kartenkörpers, kann auch
ins Auge gefaßt werden, die Verstärkungswirkung auf ein
mechanisches Band 31 zu beschränken, das um den Mikromodul 30
realisiert ist, vgl. Fig. 4. Dieses Band wird bevorzugt an
dem Mikromodul befestigt, bevor dieser zusammen mit dem Band
in die Karte eingesetzt wird. Mit einer
Verbund-Bor-Kohlenstoffverstärkung, wie sie oben angesprochen wurde, hat man
festgestellt, daß die im Moment der Biegungen zu dem
eigentlichen Mikromodul übertragenen mechanischen Belastungen
kontrolliert werden konnten. Der Mikromodul mit seinem Band ist
dann nicht zu starr, wie er es mit Faserverstärkungen aus
einem einzigen, zu harten Typ wäre. Folglich lösen sich der
Mikromodul und sein Band bei den Biegetests nicht heraus.
Allerdings ist die Verstärkung ausreichend fest, um den
Mikromodul selbst zu schützen. Diese Verstärkung ist
widerstandsfähiger als diejenige, die mit Fasern eines einzigen,
zu weichen Typs erhalten werden kann.
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Die Zahl der Karten, die den Biegetests erfolgreich
unterzogen werden, wird in der Erfindung dadurch erhöht, daß die
Steifigkeit mit der Wahl des Verbundmaterials kontrolliert
wird.