DE19601358C2 - Papier mit integrierter Schaltung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Papier mit integrierter Schaltung.

Im allgemeinen besteht ein erhebliches Interesse daran, rechtlich relevante Schriftstücke vor unrechtmäßiger Ver­ vielfältigung zu schützen. Im Stand der Technik werden zur Erreichung dieses Schutzes verschiedene Maßnahmen angewandt. Eine Maßnahme besteht beispielsweise darin, ein spezielles, herstellerspezifisches Papier zu verwenden, das durch seine fertigungstechnischen Maßnahmen vor einer Nachahmung ge­ schützt ist und nur kontrolliert vertrieben wird. Das am weitesten verbreitete Papier dieser Art sind Banknoten, die durch Wasserzeichen, UV-reflektierende Partikel, magnetische Druckfarben und einen Metallfaden vor Fälschungen geschützt werden sollen. Ähnlich geschützte Papiere dieser Art werden im Finanzbereich und im Vertragswesen eingesetzt und umfas­ sen beispielsweise Schecks oder Pfandbriefe.

Zweck der oben angeführten Schutzmaßnahmen ist es, die Her­ stellung von Falsifikaten technisch unmöglich oder zumindest unrentabel zu machen. Ferner soll eine leichte Überprüfbar­ keit bzw. Kontrollierbarkeit sichergestellt sein.

Die bisher realisierten Schutzmaßnahmen spiegeln historisch gesehen den jeweiligen technischen Entwicklungsstand wider und beruhen entweder auf lokalen Variationen in der Papier­ herstellung (Wasserzeichen, Textur, Beimengungen) oder der Drucktechnik (Farben, feine Muster unterhalb der Kopierfä­ higkeit).

Die EP 0564051 A1 betrifft eine Identifikationskarte mit einem wiederverwendbaren inneren Teil, bei dem eine Karte ein wiederverwendbares Teil und ein austauschbares Gehäuse aufweist. Der wiederverwendbare Teil besteht aus einer Plastikkarte, welche eine elektronische Schaltung und eine Antenne in der Form einer Spule enthält. Durch diese elek­ tronische Schaltung mit der Antenne wird ein kontaktloser Informationsaustausch ermöglicht. Die Karte kann vor oder nach dem Anordnen des inneren Teils innerhalb des Gehäuses programmiert werden, und das austauschbare Gehäuse umfaßt einen Plastikrahmen und ferner zwei dünne Plastikfolien.

Die DE 41 20 265 A1 betrifft eine Karte ohne Anschlußkon­ takte mit einer integrierten Schaltung. Die integrierte Schaltung umfassen eine CPU sowie eine Mehrzahl von Spei­ chern und eine Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltung. Die inte­ grierte Schaltung ist auf einem Substrat vorgesehen und die Karte wird dadurch gebildet, daß eine äußere Hülle aufge­ bracht wird, welche die integrierte Schaltung umschließt.

Die DE 42 24 390 A1 beschreibt einen kontaktfreien tragbaren Träger, der eine Spannungsversorgungs-Empfangseinrichtung zum kontaktfreien Empfangen einer Versorgungsspannung von einer Anschlußeinheit umfaßt.

Die DE 42 26 396 A1 betrifft ein Sicherheitssystem mit einer Karte, bei dem innerhalb der Karte ein integrierter Halblei­ terchip angeordnet ist, in dem die Identifikationszeichen bei der Herstellung unveränderbar festgelegt sind. Eine üb­ liche Kreditkarte umfaßt neben dem Magnetstreifen zusätzlich einen auslesbaren Chip 3 umfaßt.

Die DE 43 11 385 A1 betrifft eine Identifikationskarte mit in­ telligentem Speicherchip und Mitteln zum kontaktlosen Datenaus­ tausch. Diese Karte umfaßt einen optischen Sensor, der ohne op­ tische Einwirkung den Datenaustausch blockiert oder beschränkt.

Die DE 36 87 330 T2 beschäftigt sich mit einem Codesystem für eine Schließeinrichtung, das eine M-Umwandlungslegierung ver­ wendet. Ein Kartenkörper, der die weiteren elektronischen Ele­ mente des Codesystems enthält, muß aus einem Werkstoff, z. B. Papier, gebildet sein, der eine ausreichende selbsttragende Eigenschaft innerhalb des Temperaturbereichs aufweist, in dem die verwendete M-Umwandlungslegierung arbeitet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Papier zu schaf­ fen.

Diese Aufgabe wird durch ein Papier gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht bezüglich der Fälschungssicherheit darin, daß die Möglichkeit eröffnet wird, eine sogenannte Krypto-Programmierung der integrierten Schaltung vorzunehmen.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht be­ züglich der Erhöhung der Fälschungssicherheit in der Kom­ plexität des Herstellungsprozesses. Trotz ihres niedrigen Preises erfordern die integrierten Schaltungen, die mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, bei deren Herstel­ lung eine Vielzahl (viele Hundert) Prozeßschritte und moder­ ne Techniken, was die Fälschungssicherheit deutlich erhöht.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß durch die Erfindung ein "elektronisches" Papier ge­ schaffen wird, das eine besonders einfache, eine druck­ technische Behandlung des Papiers tolerierende, berührungs­ los abfragbare integrierte Schaltung einschließt, die für zahlreiche Anwendungen, insbesondere Identifizierungs- und Berechtigungssysteme, vorteilhaft eingesetzt werden kann.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen be­ vorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Draufsichtdarstellung des erfin­ dungsgemäßen Grundmaterials; und

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittdarstellung des Grundma­ terials aus Fig. 1 entlang der Linie II-II.

Anhand der Fig. 1 wird nachfolgend die vorliegende Erfindung näher beschrieben. In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Grund­ material mit dem Bezugszeichen 100 versehen. Wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 angedeutet ist, ist in dem Grundmaterial 100 zumindest eine, in dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 zwei, integrierte Schaltungen 102, einge­ schlossen. Bei dem Grundmaterial 100 handelt es sich bei­ spielsweise um Papier, in dem die integrierten Schaltungen 102 eingeschlossen sind. Bei diesen integrierten Schaltungen 102 handelt es sich um sogenannte kontaktlos abfragbare Schaltungen, die auch unter den Namen Ident-gebende Schal­ tung oder Transponder bekannt sind. Die Schaltung 102 kann beispielsweise eine programmierbare Zahlenkombination ent­ halten, die in wenigen Millisekunden durch ein externes Le­ segerät (nicht dargestellt) mit Energie versorgt und ausge­ lesen werden kann.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Einbettung der integrierten Schaltung 102 in die Papiermasse.

Als integrierte Schaltungen werden bei der vorliegenden Er­ findung handelsübliche integrierte Schaltungen von extremer Dünnheit verwendet. Zum jetzigen Zeitpunkt sind integrierte Schaltungen mit Restdicken im Bereich von 60 µm bis etwa 10 µm realisierbar. Solche Schaltungen, die eine Dicke von etwa 10 µm aufweisen, sind in bestimmten Grenzen flexibel, aller­ dings aufgrund ihrer Kristallinität auch bruchgefährdet. Um die mechanische Stabilität der integrierten Schaltung 102 zu erhöhen, kann diese auf einen biegesteifen Träger 104, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, auflaminiert werden. Dieser biegesteife Träger kann beispielsweise ein organischer Film oder eine Metallfolie sein. Gängige Verfahren dieser Aufbau­ techik sind beispielsweise aus der Chipkarten-Fertigung be­ kannt.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mittels bekannter Verfahren der Siliziumtech­ nik eine integrierte Schaltung 102 hergestellt, in der durch eine entsprechende Programmierung eine vielstellige Kennzahl gespeichert ist. Ferner weist diese integrierte Schaltung 102 alle erforderlichen Elemente für eine kontaktlose Abfra­ ge auf. Bei bereits realisierten integrierten Schaltungen dieser Art sind spezielle Übertragungsverfahren für die Da­ ten und die Energieübertragung zur Stromversorgung für die kontaktlose bidirektionale Kommunikation zwischen einem Schreib/Lesegerät und der integrierten Schaltung vorgesehen. Bei solchen integrierten Schaltungen erfolgt die Datenüber­ tragung durch eine Modulation einer Wechselspannung auf in­ duktivem oder kapazitivem Weg. Mittels einer Schnittstelle wird aus einer induzierten Spannung die Betriebsspannung für eine Mikrosteuerung und einen Speicher der integrierten Schaltung wiedergewonnen. Die Schnittstelle dient ferner da­ zu, die in dem Speicher gespeicherten Daten, wie z. B. die Kennzahl und den Systemtakt bereitzustellen. Neben der Aus­ lesung der integrierten Schaltung auf induktivem oder kapa­ zitivem Wege, kann diese Auslesung auch durch Licht erfol­ gen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung ist der in der integrierten Schaltung vor­ gesehene Speicher ein sogenannter ROM-Speicher.

Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung ist die Bidirektionalität nicht erfor­ derlich. Für integrierte Schaltungen, die eine eingeprägte Kennzahl aufweisen, ist eine unidirektionale Verbindung aus­ reichend. Solche integrierte Schaltungen sind als Chips her­ gestellt, auf deren Oberfläche beispielsweise eine minia­ turisierte Spule für die induktive Übertragung enthalten ist. Solche Chips sind mit Kantenlängen von deutlich unter 1 mm realisierbar. Um diese Chips in das Grundmaterial einzubetten, werden diese auf wenige 10 µm gedünnt, und bereits während der Herstellung der Papierbahnen eingebettet oder durch Zusammenkleben von zwei Papierbögen in das Grundmaterial eingebracht. Das gerade erwähnte Dünnen erfolgt durch Schleifen, Ätzen oder andere in Fachkreisen bekannte Verfahren, und wird daher hier nicht gesondert beschrieben. Wie es bereits oben angesprochen wurde, führt die Dünnung dieser Chips zu einer Verschlechterung ihrer mechanischen Stabilität, so daß eine Stabilisierung erforderlich ist. Um die mechanische Stabilität dieser Chips zu erhöhen, werden diese beispielsweise mittels eines organischen Klebers auf einen Träger laminiert. Dieser Träger kann beispielsweise eine Metallfolie sein, die aus Gründen der mechanischen Handhabbarkeit bevorzugterweise eine ferromagnetische Folie, wie z. B. aus Stahl oder Nickel, ist. Insbesondere wenn es sich bei dem Grundmaterial um Pa­ pier handelt, ist es für die weitere Verarbeitung im Rahmen der Papierherstellung oder -konfektionierung erforderlich, die Chips zu schützen. Dies erfolgt mittels einer chemisch resistenten Passivierungsschicht 106 (siehe Fig. 2), die dem Einfluß von Flüssigkeiten, Bleichmitteln, Lichteinfall sowie dem Druckprozeß usw. widersteht, und somit die Chips und da­ mit die integrierte Schaltung schützt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die inte­ grierten Schaltungen, die auch als Mikro-Module bezeichnet werden, mit typischen Abmessungen von etwa 800 × 800 × 50 µm in dem Papier-Herstellungsprozeß integriert. Die Mikro-Modu­ le werden vollständig in die Papiermasse eingebettet, woraus sich bestimmte Anforderungen an deren chemische, thermische sowie mechanische Resistenz ableiten.

Durch die Verwendung des ferromagnetischen Trägers, auf dem die integrierten Schaltungen angeordnet sind, wird die Hand­ habung der Mikro-Module bei der Plazierung, horizontalen Ausrichtung parallel zur Papieroberfläche und gegebenenfalls bei der Entfernung aus dem Papierbrei beim Recyclen erheb­ lich vereinfacht. Ähnliches gilt für das Lokalisieren der eingebetteten Chips, die für die Positionierung des nur über wenige mm bis cm wirksamen Auslese-Verfahrens erforderlich ist.

Wie es bereits oben angesprochen wurde, werden im einfach­ sten Fall lediglich Chips verwendet, die ein maskenprogram­ miertes ROM enthalten und nur ausgelesen werden können. Be­ trifft das Grundmaterial ein Papier, so kann den Chips eine definierte Herstellungsnummer, die beispielsweise auch das Herstellungsdatum bzw. -serie und andere Spezifikationen enthalten kann, eingeprägt werden.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwen­ dung von unidirektionalen integrierten Schaltungen be­ schränkt, sondern es können ebenso bidirektionale Chips ver­ wendet werden, die es ermöglichen, daß ein Anwender den Chip mit einer persönlichen Codezahl programmiert. Gegen ein un­ befugtes Beschreiben existieren bereits absolut fälschungs­ sichere Krypto-Programmiertechniken, die aus der Chipkar­ ten-Technologie bekannt sind. Es wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung von programmierbaren Chips auf den Gebiet der erhöhten Fälschungssicherheit von Banknoten, Schecks, Pfandbriefen etc. keine Anwendung finden wird, da es auf diesem Gebiet nicht wünschenswert ist, daß einzelne Endver­ braucher die Möglichkeit besitzen, ihre persönlichen Codes oder Kennzahlen in solche Chips einzugeben. Die Verwendung von bidirektionalen Chips zur Programmierung persönlicher Code-Zahlen oder Kennzahlen ist insbesondere bei einem "elektronischen" Papier vorteilhaft, das seine Anwendungen beispielsweise zusammen mit Identifizierungs- und Berechti­ gungssystemen findet. Ganz allgemein kann gesagt werden, daß die technische Bedeutung des oben beschriebenen "elektroni­ schen" Papiers über die Aspekte einer reinen Fälschungssi­ cherheit weit hinausgeht. Im Prinzip stellt das erfindungs­ gemäße Grundmaterial eine besonders einfache, drucktechnisch behandelbare, berührungslos abfragbare integrierte Schaltung dar, die vielfältige Einsatzmöglichkeiten hat. Die Fäl­ schungssicherheit ergibt sich neben der Möglichkeit der so­ genannten Krypto-Programmierung vor allem aufgrund der Kom­ plexität des Herstellungsprozesses der mit dem Grundmaterial verwendeten integrierten Schaltungen. Die oben beschriebenen integrierten Schaltungen sind trotz der vergleichsweise ge­ ringen Integrationsdichte und aufgrund des damit niedrigen Preises von unter 0,50 DM für ein Mikromodul, das Produkt von vielen hundert Prozeßschritten, die modernste Techniken verlangen, die auf absehbare Zeit erhebliche Investitionen erfordern und somit nur in sehr begrenzter, überschaubarer Zahl bestehen. Damit sind die integrierten Schaltungen weit­ gehend fälschungssicher; die Sicherheit wird durch die Ein­ bettung der Mikromodule in das Grundmaterial oder das Papier und die dadurch begründete fehlende, zumindest nicht zer­ störungsfreie Zugriffsmöglichkeit noch erheblich erhöht.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß die eingeprägte Codezahl schnell und vollelektro­ nisch lesbar ist.

Ein Nachteil der im Stand der Technik bekannten Schutzver­ fahren, wie z. B. Wasserzeichen und Oberflächentextur, UV- bzw. Magnetfarben, chemische Beimengungen, Metallfäden usw. besteht darin, daß diese mit vergleichsweise einfachem Auf­ wand zu fälschen sind und zusätzlich eine geringe Möglich­ keit der Unterscheidung bzw. Differenzierung bieten.

Obwohl anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrie­ ben wurde, bei dem zwei integrierte Schaltungen in ein Grundmaterial eingebettet sind, kann auch nur ein einzelnes Modul verwendet werden, oder eine Mehrzahl von Modulen kann aus Gründen der Redundanz in ein einzelnes Papierstück im­ plementiert werden. Hierdurch wird sichergestellt, daß zu­ mindest ein Teil der Module die Prozessierung des Papiers bzw. des Grundmaterials und die Folgebehandlung funktionsfä­ hig übersteht.

Die oben beschriebene induktive Abfrage ist unter anderem eine Funktion der Abmessungen der auf dem Chip angeordneten Spule. Die Übertragungseigenschaften dieser Spule können einerseits durch die Verwendung des bereits beschriebenen Ferro-elektrischen Trägers verbessert werden, und anderer­ seits ist eine Verstärkung und Energiekonzentration durch Ferritbeläge möglich.

Wenn eine Übertragung auf größere Distanzen wünschenswert ist, können in der bekannten Weise Antennen, Spulen mit größerer Umschlingungsfläche oder Dipole am Chip angeordnet werden.

Ein insbesondere für Geldscheine anwendbares Ausführungsbei­ spiel kann auf der Integration des Chips in dem bereits jetzt vorhandenen Metallfaden beruhen, der zu diesem Zweck als Dipol ausgebildet werden kann und die Übertragung von Informationen im Meter-Bereich ermöglicht.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein "intelligentes", elektronisches Papier geschaffen, das einen eingebetteten bidirektionalen Chip einschließt. Der eingebettete bidirektionale Chip wird bei diesem Ausführungsbeispiel durch eine Schnittstelle bei­ spielsweise mit dem Inhalt des auf dem Papier aufgedruckten Text beschrieben werden, so daß dieser Text zusätzlich in elektronisch lesbarer Form vorliegt. Es ist offensichtlich, daß auf dem Chip anstelle oder zusätzlich zu dem auf dem Papier aufgedruckten Text weitere Informationen gespeichert werden können, die beispielsweise für Unberechtigte nicht ohne weiteres sichtbar sein sollen. Diese Informationen schließen beispielsweise Angaben über den Zeitpunkt des letzten Beschreibens oder das letzte Speicher ein.

Claims (17)

1. Papier mit einer integrierten Schaltung (102), die vor­ bestimmte Daten enthält, kontaktlos auslesbar ist und nicht-lösbar in die Papiermasse eingebettet ist, wobei die integrierte Schaltung (102) eine Dicke aufweist, die verglichen mit der Dicke des Papiers (100) gering ist und derart in die Papiermasse eingebettet ist, daß das Papier drucktechnisch behandelbar ist, mit einer Passivierungs­ schicht (106), die die integrierte Schaltung (102) zumindest teilweise umgibt.

2. Papier nach Anspruch 1, bei dem die integrierte Schaltung durch Einlaminieren zwischen zwei Papierbögen in die Papier­ masse eingebettet ist.

3. Papier nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die integrierte Schaltung zwischen 10 µm und 60 µm dick ist.

4. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die inte­ grierte Schaltung (102) kapazitiv, induktiv oder mittels Licht auslesbar ist.

5. Papier nach Anspruch 4, bei dem das induktive oder kapaziti­ ve Auslesen integrierter Schaltungen eine Modulation einer Wechselspannung einschließt.

6. Papier nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die integrierte Schaltung (102) eine Schnittstelle aufweist, die aus einer induzierten Spannung eine Betriebsspannung für eine Mikro­ steuerung und einen Speicher, die in der integrierten Schal­ tung (102) eingeschlossen sind, gewinnt.

7. Papier nach Anspruch 6, bei dem der Speicher ein ROM-Spei­ cher ist.

8. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem biege­ steifen Träger (104), auf dem die integrierte Schaltung (102) angeordnet ist, um die mechanische Stabilität dieser zu erhöhen.

9. Papier nach Anspruch 8, bei dem der biegesteife Träger (104) eine Metallfolie ist, die aus einem ferromagnetischen Mate­ rial besteht.

10. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die inte­ grierte Schaltung (102) derart entworfen ist, daß eine bidirektionale Kommunikation ermöglicht ist, so daß die integrierte Schaltung programmierbar ist, wodurch die vor­ bestimmten Daten veränderbar sind.

11. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die vor­ bestimmten Daten eine vielstellige Kennzahl einschließen.

12. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die integrierte Schaltung (102) eine Abmessung von etwa 800 × 800 × 50 µm hat.

13. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die integrierte Schaltung (102) in Form eines Chips vorliegt, der eine Kantenlänge von unter 1 mm aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die integrierte Schaltung (102) derart entworfen ist, daß eine unidirektionale Kommunikation ermöglicht ist.

15. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem das Pa­ pier eine Banknote ist.

16. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die inte­ grierte Schaltung (102) durch Schleifen auf die erwünschte Dicke gedünnt wird.

17. Papier nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen in dem Papier ange­ ordnet sind.