Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Lebensdauersimulation von Chipkarten durch zyklische Ermüdungsanalyse

1. Forschungsthema

Lebensdauersimulation von Chipkarten durch zyklische Ermüdungsanalyse.

2. Forschungsziel

Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine Methode zur zyklischen Biegebeanspruchung von Chipkarten weiterentwickelt und die Belastungsfähigkeit der Karten über eine messtechnische Erfassung definierter Kenngrößen quantifiziert werden. Aufbauend auf bisherigen Bewertungskennzahlen, soll die Prüf- und Analysenmethode den derzeitigen Stand abbilden sowie einen deutlichen Informationsgewinn für die Belastungsbewertung darstellen, der sich unter anderem in einer katalogisierten Erfassung von Kartenfehlern und den korrespondierenden Kenngrößenänderungen widerspiegelt.

3. Wirtschaftliche Bedeutung für KMU

Die Projektergebnisse soll KMUs helfen, ihren Herstellungsprozess zu stärken sowie die Belastungsfähigkeit ihrer Chipkartenprodukte in der geforderten Einsatzdauer und den gegebenen Einsatzbedingungen sicherzustellen. Damit können sich nicht nur die KMUs aus dem Herstellungssektor besser auf dem Markt behaupten, sondern auch die Unternehmen und Dienstleister, welche die Technologie in ihrem Dienstleistungsportfolio integrieren. Darüber hinaus profitieren die KMUs auch durch das Einbringen der Forschungsergebnisse in die Normungsarbeit: die Prüfung mit einem quantifizierbaren Belastungsverlauf stärkt insbesondere die Aussagekraft des Prüfprotokolls, welche KMUs in Ausschreibungen für ihre Chipkarten vorlegen müssen.

4. Beabsichtigte Umsetzung der Forschungsergebnisse

Die Ergebnisse des Vorhabens werden in einem vollständigen Forschungsbericht und in Form eines Kurzberichts sowie in dem Mitteilungsblatt „Fogra-Aktuell“ veröffentlicht. Ferner soll eine Publikation der wichtigsten Ergebnisse in der Fachpresse vorbereitet werden. Weitere Transfermaßnahmen erfolgen über die Gremien der Fogra, die Aufnahme in das Schulungsprogramm sowie dem Einbringen in die nationale und internationale Normung.

Ergebniszusammenfassung:

Es wurde eine Prüfmethode entwickelt, mit der neue Kenngrößen erhalten werden, mit denen Aussagen über das Ausfallrisiko von Chipkarten und ihre Lebensdauer getroffen werden können. Es handelt sich dabei um eine dynamische Biegebelastung, bei der die Karten zyklisch bis zum Materialversagen gebogen werden. Während der Beanspruchung werden verschiedene physikalische Größen kontinuierlich gemessen. Dazu zählen die Rückstellkraft der Karte, die sie gegen die durch die Biegung hervorgerufene Verformung ausübt. Zudem werden die Resonanzfrequenz und die Güte des in den Kartenkörper integrierten Schwingkreises erfasst. Daneben wird noch der Körperschall der Chipkarte gemessen, den sie auf die Biegeprüfvorrichtung überträgt.

Für den gemessenen Verlauf der Rückstellkraft wurden Kenngrößen definiert, die mithilfe entwickelter Algorithmen berechnet wurden. Sie geben jeweils die Anzahl an Biegungen an, bei der die Karte eine bestimmte Phase des Materialversagens erreicht. Hierzu war es notwendig, den Zustand der Karte hinreichend zu charakterisieren, um die einzelnen Phasen des Materialversagens identifizieren zu können. Dafür wurden die gemessenen Werte für die Resonanzfrequenz, Güte und dem Körperschall sowie optische Aufnahmen der Chipkarte herangezogen.

Mithilfe dieser Vorgehensweise konnten Kenngrößen gefunden werden, mit denen die mechanische Belastbarkeit von Chipkarten objektiv bestimmt werden kann. Die einzelnen Werte dieser Parameter wurden einer sogenannten Weibull-Verteilung zugrunde gelegt. Es wird dadurch der Industrie ein zuverlässiges Prüfverfahren zur Verfügung gestellt, mit dem es möglich ist, auch verschiedene Chipkarten hinsichtlich ihrer Robustheit miteinander zu vergleichen. Zudem können bestehende Biegeprüfer weiterhin verwendet und ohne großen Aufwand umgerüstet werden, was den Transfer in die Industrie deutlich erleichtert.