<Desc/Clms Page number 1>
De superkaart.
1. Doelstelling: Voor vele toepassingen is de capaciteit van de huidige chips in de smartkaarten ontoereikend, het probleem voor grotere capaciteit kan momenteel alleen met grotere componentendichtheid die alleen door grotere integratie kan bereikt worden.
Deze oplossing is zeer duur daar altijd naar de nieuwste stand van de chiptechnologie moet uitgekeken worden.
De begrenzende factoren voor een groter oppervlak, is de beschikbare ruimte in de opening van de smartkaart. De maximale grootte voor " bounden" is 25 vierkante mm. Een tweede limiet is de mechanische belasting van een te grote chip, tijdens buigen van de kaart. Zie figuur 1.
Een eenvoudige oplossing voor het verdubbelen van de kaartcapaciteit, of zelfs indien alleen geheugenopslag wordt toegevoegd, een grotere vermenigvuldiging is de toepassing van de " flipchip". Figuur 2 geeft een voorbeeld van de indeling van de beschikbare ruimte in een smartkaart. Dit voorbeeld geeft een idee van de werkelijke beschikbare plaats voor opslag van gegevens. Hieruit blijkt dat de effectieve opslagruimte slecht een fractie van het benutbaar oppervlak is.
2. Principe: De siliciumflinter wordt tijdens het doteren, slechts een fractie van een micrometer doordrongen. De manipulatie en het zagen van de flinters uit de ent eisen echter een bepaalde dikte, deze is meestal een grootte orde van.01 inch. Deze hoogte past juist in de opening van een credit card rekening houdend met een deksel en de bodembescherming. (+- . 3mm). Zie figuur 3 Dit maakt dat, door middel van sproei-etsen, de niet actieve onderzijde sterk in dikte kan gereduceerd worden. Daar dit gebied elektronisch geen invloed heeft, heeft dit geen uitwerking op het functioneren van het geheel. Door nu twee van deze dunne flinters met de bodemzijde op elkaar te plakken, verdubbelen wij de functionaliteit. Zie figuur 4.
Tussen beide kunnen wij een aluminiumfolie aanbrengen voor een betere warmteverspreiding.
De standaard montage is als volgt: Zie figuur 5.
De flinter wordt met de onderzijde op de drager van de contacten gelijmd. Met gouddraden maakt men de elektrische verbinding met de contacten.
In de nieuwe situatie geschiedt hetzelfde alleen dat tussen de onderste chip en de contacten een bolletje soldeer de verbinding met het contact maakt. Figuur 6.
Deze toepassing opent een totaal nieuwe dimensie in smartcards.
3. Voordelen.
De grote flessenhals bij de smartcard is geheugen en beveiliging.
Een goed beveiligde kaart is een processorkaart daar deze processor nooit de gegevens rechtstreeks laat benaderen.
Ook eigen aan een processorkaart is het asynchrone karakter, daar deze processor de tijd moet krijgen intern de instructie te verwerken voor de volgende communicatie fase aanbreekt, het nadeel is dat elke communicatiefase 372 klokpulsen duurt. Dit maakt dat een standaard processorkaart die met een klok van 3. 72Mhz wordt aangestuurd, maximaal 10.000bits per seconde kan transfereren. Met controlebit en startbit maakt dit 1000 bytes per seconde.
<Desc/Clms Page number 2>
Daartegenover staat de geheugenkaart die synchroon loopt en dus voor elke puls een bit kan verzenden. Indien deze kaart met dezelfde kloksnelheid wordt aangestuurd maakt dit 3.72 miljoen bits per seconde dit vertaald zich in 372000 bytes per seconde, dus in dit geval 372 maal sneller. (Als optie kan ook de USB protocol worden gebruikt.) Het nadeel van de geheugenkaart is dat deze zeer moeilijk te beschermen is.
Door nu de flipchip uit te voeren als combinatie van de twee systemen, kunnen wij de beveiliging door de processor laten doorvoeren waarna deze de locatie en het aantal te versturen bytes doorgeeft, alsook de sleutel voor het ontcijferen van deze gegevens.
Hierna wordt de controle overgelaten aan de geheugenchip, die voorheen totaal transparant was van buiten uit : nu voert de geheugenchip alleen de gegevens naar buiten die de processor heeft voorbereid. Hierna geeft hij de communicatie weer aan de processor.
Dit geeft een extra niveau van beveiliging daar nu alleen met de aangepaste software deze sleutel kan gebruikt worden voor het ontcijferen van de gegevens.
Dit verschuift tevens de barrière in geheugencapaciteit voor processorkaarten daar, door gebrek aan rekenkundige functies en programmageheugen op een zelfde oppervlakte, er nu veel meer opslag mogelijk is op een gelijkgrote geheugenchip, en deze is ook veel goedkoper te fabriceren.
4. Uitvoering.
Zie blokdiagram figuur 7.
De aansluitingen blijven volgens standaard ISO 7816-3. Dit maakt dat alle bestaande lezers kunnen behouden blijven, het verschil is dat de cpu voor een bepaald aantal klokpulsen niet meer met de reader communiceert zodat het geheugen, na versleuteling, een welbepaald aantal bits naar buiten schuift.
De deler in de klokaansluiting zorgt dat de bestaande lezers de snelheid van de geheugenkaart aankunnen.
De besturingssoftware voor de lezer moet van asynchroon naar synchroon schakelen.De manier waarop deze bits moeten geïnterpreteerd worden is vooraf, tijdens de vrijgave door de cpu, medegedeeld.
Bij het schrijven wordt de sleutel voor deze sessie in de tabel van de cpu bijgevoegd. Dit geeft de mogelijkheid voor elk gedeelte van data een aangepaste pincode te voorzien.
Een werkend model, van het serieel geheugen, op basis van discrete componenten is verder afgebeeld. De opslag is 64Kbyte en de versnelling met deze is minimaal 20 bij slechte reader. Bij een goede reader is de verbetering qua snelheid 50 maal, dit maakt dat de kaart zeer geschikt is voor opslag van foto's en bioparameters. Onze softwareafdeling werkt aan de ISO compatible instructieset die het mogelijk maakt de omschakeling tussen de twee stadia, asynchroon en synchroon, en dit volgens de gebruikelijke commandostructuur. De gebruikte CPU is van het 8052 type maar het principe geld voor alle uitvoeringen. Met de flipchip zal de geheugencapaciteit ook meer dan een of twee decade opschuiven.
*cpu = central processing unit.
Voorstel IMEC @mec heeft een nieuwe techniek ontwikkeld voor contact te maken met de flinters. Zij laten door een chemisch procédé metaaluitstulpingen groeien op de contactplaatsen. Zie figuur 8.
Dit geeft de mogelijkheid de flinters met de actieve zijde naar elkaar toe te verbinden.
Hierdoor wordt het geheel stabieler en lager. Een extra voordeel is het niet bereikbaar zijn van de actieve zone, zodat het stelen van informatie met behulp van microprobe onmogelijk wordt.
Zie figuur 9.
<Desc/Clms Page number 3>
Goedkoper alternatief.
Door gebruik te maken van een flexprint met dubbelzijdige metaalbedekking kunnen beide chips makkelijk op de juiste wijze met elkaar verbonden worden. Wanneer in voorgaande oplossing, bij het ontwerp van de chips, rekening moet worden gehouden dat, bij de montage, de juiste contacten met elkaar verbinding maken kan in deze de flexprint door bedrading de juiste verbinding maken.
Zie figuur 10.
<Desc / Clms Page number 1>
The super card.
1. Objective: For many applications the capacity of the current chips in the smart cards is insufficient, the problem for larger capacity can currently only be achieved with a larger component density that can only be achieved through greater integration.
This solution is very expensive as the latest state of chip technology must always be looked for.
The limiting factors for a larger surface area are the available space in the opening of the smart card. The maximum size for "bounden" is 25 square mm. A second limit is the mechanical load on a chip that is too large when the card is bent. See figure 1.
A simple solution for doubling the card capacity, or even if only memory storage is added, a larger multiplication is the application of the "flip chip". Figure 2 gives an example of the layout of the available space in a smart card. This example gives an idea of the actual space available for data storage. This shows that the effective storage space is only a fraction of the usable surface.
2. Principle: The silicon wafer is permeated during doping, only a fraction of a micrometer. However, the manipulation and sawing of the flinters from the graft demands a certain thickness, this is usually an order of 1.1 inches. This height fits precisely into the opening of a credit card taking into account a cover and the soil protection. (+ - .3mm). See figure 3 This means that, by means of spray etching, the non-active underside can be greatly reduced in thickness. As this area has no electronic influence, it does not affect the functioning of the whole. By now two of these thin flinters with the bottom side on top of each other, we double the functionality. See figure 4.
Between the two we can apply an aluminum foil for better heat distribution.
The standard assembly is as follows: See figure 5.
The wafer is glued with the underside on the support of the contacts. The electrical connection to the contacts is made with gold wires.
In the new situation, the same thing happens only that a ball of solder makes the connection with the contact between the lower chip and the contacts. Figure 6.
This application opens a totally new dimension in smart cards.
3. Benefits.
The large bottle neck with the smart card is memory and security.
A well-protected card is a processor card as this processor never allows the data to be accessed directly.
The asynchronous nature of a processor card is also characteristic, since this processor must be given the time to process the instruction internally before the next communication phase arrives, the disadvantage is that each communication phase lasts 372 clock pulses. This means that a standard processor card that is controlled with a clock of 3. 72 MHz can transfer a maximum of 10,000 bits per second. With control bit and start bit this makes 1000 bytes per second.
<Desc / Clms Page number 2>
On the other hand is the memory card that runs synchronously and can therefore send a bit for each pulse. If this card is controlled with the same clock speed, this makes 3.72 million bits per second, which translates into 372000 bytes per second, so 372 times faster in this case. (The USB protocol can also be used as an option.) The disadvantage of the memory card is that it is very difficult to protect.
By executing the flip chip as a combination of the two systems, we can have the security implemented by the processor, after which it passes on the location and the number of bytes to be sent, as well as the key for decrypting this data.
After this, the control is left to the memory chip, which was previously completely transparent from the outside: now the memory chip only outputs the data that the processor has prepared. He then displays the communication to the processor.
This gives an extra level of security since now only with the adapted software can this key be used to decrypt the data.
This also shifts the barrier in memory capacity for processor cards as, due to lack of arithmetic functions and program memory on the same surface, much more storage is now possible on an equal-sized memory chip, and it is also much cheaper to manufacture.
4. Implementation.
See block diagram figure 7.
The connections remain according to standard ISO 7816-3. This means that all existing readers can be retained, the difference is that the CPU no longer communicates with the reader for a certain number of clock pulses, so that the memory, after encryption, shifts out a specific number of bits.
The divider in the clock connection ensures that the existing readers can handle the speed of the memory card.
The control software for the reader must switch from asynchronous to synchronous. The way in which these bits are to be interpreted has been communicated in advance during the release by the CPU.
When writing, the key for this session is added to the table of the CPU. This gives the possibility to provide an adjusted pin code for each part of data.
A working model, of the serial memory, based on discrete components is further depicted. The storage is 64Kbyte and the acceleration with this is at least 20 with a bad reader. With a good reader, the improvement in speed is 50 times, which makes the card very suitable for storing photos and bioparameters. Our software department is working on the ISO compatible instruction set that makes it possible to switch between the two stages, asynchronously and synchronously, and this according to the usual command structure. The CPU used is of the 8052 type but the principle applies to all versions. With the flip chip, the memory capacity will also shift more than one or two decade.
* cpu = central processing unit.
Proposal IMEC @mec has developed a new technique for making contact with the flinters. They cause metal bulges to grow at the contact points through a chemical process. See figure 8.
This gives the possibility to connect the flinters with the active side towards each other.
This makes the whole more stable and lower. An additional advantage is that the active zone cannot be reached, making it impossible to steal information with the aid of a microprobe.
See figure 9.
<Desc / Clms Page number 3>
Cheaper alternative.
By using a flex print with double-sided metal covering, both chips can be easily connected to each other in the right way. When in the previous solution, when designing the chips, it must be taken into account that, during assembly, the right contacts can connect to each other in this the flex print can make the right connection by wiring.
See figure 10.