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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren eines Chipmoduls
mit einer auf oder in einem Kartengrundkörper verlegten Leiterbahn nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Chipkarten
mit in den Kartengrundkörper verlegten
Antennen-Leiterbahnen gehören
zum Stand der Technik. Diese Chipkarten werden beispielsweise zur
berührungslosen
Datenübertragung zwischen
einem Leseterminal und einer für
Identifikationszwecke verwendeten Karte verwendet. Im allgemeinen
enthalten derartige Karten ein in einer Kavität eines vorzugsweise aus einem
Kunststoff ausgeführten
Kartengrundkörpers
fixiertes Chipmodul, wobei die verlegte Leiterbahn als Antenneneinrichtung
genutzt wird. Chipmodul und Leiterbahn sind miteinander elektrisch
kontaktiert. Die Kontaktierung wird üblicherweise so ausgeführt, dass
das Chipmodul in die Kavität
des Kartengrundkörpers
eingesetzt und und hierbei oder anschließend mit der Leiterbahn verbunden
wird.
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Für diese
Kontaktierung werden unterschiedliche Kontaktierungsverfahren angewendet. So
kann beispielsweise die Verbindung mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs
verwirklicht werden. Bei diesem Verfahren besteht die Gefahr der
Oxidation freiliegender Abschnitte der vorzugsweise aus Kupfer bestehenden
Leiterbahn, die mit Kontaktierproblemen zwischen Chipmodul und Leiterbahn
einhergehen kann. Weiterhin erweisen sich derartige Leitkleberverbindungen
oft als nicht hinreichend widerstandsfähig gegenüber Biegebelastungen. So kommt
es relativ häufig
zu einem Bruch der Klebverbindung oder zu einem Ablösen der
Klebestelle von dem Chipmodul oder dem entsprechenden Abschnitt der
Leiterbahn.
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Bei
einer Kontaktierung zwischen Leiterbahn und Chipmodul mittels einer
Lötverbindung
stellt sich die Prozessüberwachung
während
des Lötvorgangs, insbesondere
die Gewährleistung
einer ausreichenden Erwärmung
der Lötstellen,
als problematisch heraus. So werden unter Umständen „kalte" Lötstellen
erzeugt, die einen nur ungenügenden
elektrischen Kontakt zwischen Chipmodul und Leiterbahn herstellen
und oft nach einer gewissen Zeit versagen. Bei einer Überhitzung
der Lötstelle
kann das umgebende Material des Kartengrundkörpers schmelzen und die Chipkarte
unbrauchbar werden.
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Aus
der
DE 198 48 009
C2 ist ein Verfahren zum Herstellung einer Leiterschleife
mit angeschlossenem Chipmodul zur Verwendung in kontaktlosen Chipkarten
vorbekannt. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Chipmodul aus einem
Chipmodulverband ausgestanzt. Anschließend erfolgt das Einsetzen
des isolierten Chips oder Chipmoduls in eine bewegliche zweiteilig
ausgeführte
Trägervorrichtung, bestehend
aus einem Sockelteil und einem daraus entnehmbaren Halteteil. Das
Halteteil weist eine Klemmvorrichtung auf, durch die der Chip oder
das Chipmodul auf einer Trägervorrichtung
fixiert wird. Im nächsten
Schritt erfolgt ein relatives Bewegen der Trägervorrichtung zu einer Leitschleifenwickeleinrichtung.
Dann wird das Halteteil aus dem Sockelteil entnommen und es wird
das Halteteil mit Klemmvorrichtung in die Wickelvorrichtung eingesetzt.
Im nächsten
Schritt wird ein Leiterschleifendraht zugeführt und der Draht an dem in
die Wickeleinrichtung eingesetzten Halteteil befestigt. Über ein
Rotieren des eingesetzten Halteteils erfolgt ein Erstellen einer aus
mehreren Wicklungen bestehenden Leiterschleife, wobei die Leiterschleife
in ihrer Form durch auf der Trägervorrichtung
vorhandene Wickelstützen
bestimmt wird und dabei die Form enthält, die zum Einbringen in den
Transponderkörper
geeignet ist.
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Die
Kontaktierung des Chipmoduls mit der Leiterbahn erfolgt außerhalb
des Kartengrundkörpers,
wobei die Leiterbahn zum Zeitpunkt der Kontaktierung jedoch an keiner
Stelle mit dem Kartengrundkörper
selbst verbunden ist.
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Aus
der
DE 196 47 846
C1 , die ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte offenbart,
wird mit Hilfe eines Frässchritts
innerhalb einer Ausnehmung in einem Kartenmodul ein Freilegen von
Leiterbahnanschlüssen
zum Zweck der Kontaktierung vorgenommen.
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Bezüglich des
Verfahrens zum Herstellen einer kontaktbehafteten als auch kontaktfreien
Signal- und Energieübertragung
bei einer Chipkarte wird gemäß der
DE 197 32 645 A1 vorgeschlagen,
leitfähige Höcker aus
Lotpaste oder Kleber durch Fräsen
freizulegen, wobei das dortige Chipmodul facedown mit Kontaktflächen in
die gefräste
Kavität
mit freigelegten Anschlüssen
eingebracht wird.
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Aus
der
DE 198 44 089
A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Transponderchips
vorbekannt, wobei zum elektrischen Kontaktieren der dortigen Antennenspule
auf ein Verbindungsverfahren mittels Ultraschallanwendung zurückgegriffen
wird.
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Aus
dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes
Verfahren zum Kontaktieren eines Chipmoduls mit einer oder in einem
Kartenkörper
verlegten Leiterbahn anzugeben, bei dem eine elektrische Verbindung
zum Funktionstest möglich
ist, bevor es zu einer endgültigen
Verbindung zwischen Chipmodul und Kartengrundkörper kommt.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Kontaktieren eines Chipmoduls
gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst,
wobei die Unteransprüche
zweckmäßige Ausführungsformen
des Verfahrens enthalten.
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Erfindungsgemäß wird das
Chipmodul außerhalb
des Kartengrundkörpers
mit aus dem Kartengrundkörper
freigelegten und abgehobenen Abschnitten der Leiterbahn kontaktiert.
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Im
Gegensatz zu den nach dem Stand der Technik gebräuchlichen Kontaktierungsverfahren, bei
denen zuerst das Chipmodul in den Kartengrundkörper eingesetzt und dann mit
der Leiterbahn kontaktiert wird, werden erfindungs gemäß Abschnitte oder
Enden der Leiterbahn freigelegt und aus dem Kartengrundkörper herausgezogen,
sodass sich diese Abschnitte außerhalb
der Kartengrundkörpers
befinden. Mit diesen außerhalb
liegenden Abschnitten wird das Chipmodul kontaktiert. Somit findet
das elektrische Kontaktieren vollständig außerhalb des Kartengrundkörpers statt
und lässt
somit den Kartengrundkörper
unverändert.
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Insbesondere
wird die Kontaktierung durch folgende Verfahrensschritte ausgeführt. Zunächst wird
die Leiterbahn im Bereich des zu befestigenden Chipmoduls in Form
eines herausziehbaren Kontaktierungsabschnittes, insbesondere einer
Drahtschlaufe, in dem Kartengrundkörper verlegt. Nachfolgend wird
der Kontaktierungsabschnitt freigelegt. Der Kontaktierungsabschnitt
wird hierfür
mit einer mechanischen Greifvorrichtung erfasst und herausgezogen.
Schließlich
wird das Chipmodul mit dem herausgezogenen Kontaktierungsabschnitt
verbunden.
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Vorteilhafterweise
kann in Verbindung oder im unmittelbaren Anschluss zum Kontaktierungsvorgang
ein Funktionstest erfolgen, wobei nach Abschluss des Funktionstests
das kontaktierte Chipmodul in die Kavität des Kartengrundkörpers eingesetzt und
fixiert wird. Durch diese Ausgestaltung des Kontaktierungsverfahrens
wird erreicht, dass die Funktionsfähigkeit der Kontaktierung überprüft wird,
bevor das Chipmodul unlösbar
mit dem Kartengrundkörper verbunden
ist und die gesamte Chipkarte im Ergebnis einer möglicherweise
fehlgeschlagenen Kontaktierung verworfen werden muss.
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Die
außerhalb
des Kartengrundkörpers
erfolgende Kontaktierung ermöglicht
es insbesondere, das Chipmodul und den Kontaktierungsabschnitt unter
Verwendung einer Schweißverbindung
zu kontaktieren. In Verbindung damit wird auch eine Abisolierung
des Kontaktierungsabschnittes ausgeführt. Das Schweißverfahren
eignet sich besonders gut für
eine sehr feste und dauerhafte Kontaktierung der üblicherweise
aus Kupfer bestehenden Kontaktierungsabschnitte mit den im wesentlichen
aus Kupfer, Nickel oder Gold bestehenden Kontakten der Chipmodule.
Die beim Schweißvorgang
entstehende Wärmeentwicklung
schädigt
den Kartengrundkörper nicht
und ist demzufolge unproblematisch.
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Eine
Vorrichtung zum Ausführen
des Kontaktierungsverfahrens ist durch eine einen freiliegend auf
einem Kartengrundkörper
angeordneten Kontaktie rungsabschnitt erfassende mechanische Greifvorrichtung
in Verbindung mit einer ein Chipmodul haltenden Positioniervorrichtung
und eine Kontaktierungseinrichtung für ein Kontaktieren von Kontaktierungsabschnitt
und Chipmodul gekennzeichnet.
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Die
Kontaktierung zwischen Leiterbahn und Chipmodul wird somit vollständig mechanisch
und selbsttätig
ausgeführt,
wobei das Chipmodul durch die Positioniervorrichtung präzise lageeinstellbar
ist.
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Der
Kontaktierungsabschnitt wird vorzugsweise in Form einer Drahtschlaufe
ausgeführt.
Diese Drahtschlaufe läßt sich
besonders einfach mechanisch ergreifen und handhaben.
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Die
mechanische Greifvorrichtung ist zweckmäßigerweise in Form einer Hakeneinrichtung
ausgebildet. Diese weist eine Reihe von Haken zum Herausziehen und
zur zweckmäßigen Positionierung der
Drahtschlaufe für
die Kontaktierung auf. Die Hakenvorrichtung ergreift somit die Drahtschlaufe
und hält
sie bis zum Abschluss der Kontaktierung in der erforderlichen Position.
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Die
Kontaktierungseinrichtung kann vorzugsweise als eine Punktschweißeinrichtung
ausgebildet sein. Mit einer derartigen Einrichtung ist eine genaue
und saubere Kontaktierung einzelner Stellen der Drahtschlaufe mit
dem Chipmodul oder den Kontaktbereichen des Chipmoduls möglich.
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Ebenso
ist die Verwendung einer Löteinrichtung
als Kontaktierungseinrichtung möglich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
Zur Verdeutlichung dienen die 1 bis 7.
Es werden für
gleiche oder gleichwirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
Hierbei zeigen:
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1 eine
beispielhafte Darstellung eines Chipkartenrohlings mit einem Kartengrundkörper, einer
Drahtschlaufe, einer Leiterbahn und einer Kavität in einer Draufsicht,
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2 beispielhafte
Schnittdarstellungen eines Chipkartenrohlings mit einer geschlossenen
bzw. geöffneten
Kavität,
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3 eine
beispielhafte Darstellung des Chipkartenrohlings aus 2 in
Verbindung mit einer Hakeneinrichtung und einer Kontaktierungseinrichtung
in einer Ausgangsstellung,
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4 eine
beispielhafte Darstellung der Haken- und Kontaktierungseinrichtung
nach 3 während
des Erfassens der Drahtschlaufe,
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5 eine
beispielhafte Darstellung einer von der Hakeneinrichtung erfassten
und aus der Kavität
herausgezogenen Drahtschlaufe,
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6 eine
beispielhafte Darstellung eines durch eine Positioniervorrich tung
gehaltenen und zugeführten
Chipmoduls während
eines Kontaktiervorgangs und
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7 eine
beispielhafte Darstellung eines Einsetzens des kontaktierten Chipmoduls
in den Kartengrundkörper
des Chipkartenrohlings.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
eines Chipkartenrohlings ist in 1 in einer
Draufsicht dargestellt. Der Chipkartenrohling weist einen in der Regel
aus einem Kunststoffmaterial bestehenden Kartengrundkörper 10 auf.
In den Kartengrundkörper ist
eine Leiterbahn 30 verlegt, die eine Drahtschlaufe 20 innerhalb
einer Kavität 40 des
Materials des Kartengrundkörpers
aufweist. Die Leiterbahn 30 kann beispielsweise ein Teil
einer für
eine berührungslose Signalübertragung
vorgesehenen Antenne sein. Sie besteht in diesem Ausführungsbeispiel
aus einem isolierten Kupferdraht, der unter Anwendung eines für die Herstellung
derartiger Chipkarten gebräuchlichen
Verlegeverfahrens in den Kartengrundkörper eingebracht worden ist.
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So
kann beispielsweise der Kartengrundkörper 10 aus einer
oberen und unteren Schicht bestehen, zwischen denen der Kupferdraht
der Leiterbahn verlegt und sandwichartig angeordnet wird, wobei der
Kupferdraht der Leiterbahn fest zwischen den Sandwichhälften des
Kartengrundkörpers
unverrückbar
fixiert ist.
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Im
Unterschied zur übrigen
Leiterbahn 30 wird die Drahtschlaufe 20 lose zwischen
den Sandwichhälften
des Kartengrundkörpers 10 angeordnet, sodass
diese prinzipiell verschiebbar ist. Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, indem in dem Bereich der Drahtschlaufe keinerlei
Klebe-, Haft- oder dergleichen Befestigungsmittel aufgetragen wird.
Weiterhin ist möglich,
dass die Sandwichhälften
des Kartengrundkörpers
eine Kavität 40 ausbilden,
in welcher die Drahtschlaufe 20 lose aufgenommen ist.
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2 zeigt
zwei beispielhafte Schnittdarstellungen einer weiteren Ausführungsform
eines Kartengrundkörpers
mit verlegter Leiterbahn 30. Die obere Darstellung aus 2 zeigt
die Drahtschlaufe 20 in der noch durch die Sandwichhälften des
Kartengrundkörpers
verschlossenen Kavität 40.
Wie bereits in Verbindung mit 1 erläutert, ist
die Leiterbahn 30 innerhalb des Kartengrundkörpers 10 immobilisiert,
während
die Drahtschleife 20 innerhalb der Kavität 40 frei
und beweglich ist.
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In
der unteren Darstellung aus 2 ist die Kavität 40 auf
der Oberseite des Kartengrundkörpers 10 in
einem vorbereitenden Verfahrensschritt geöffnet. Die Drahtschleife 20 liegt
somit frei, kann erfasst und aus der Kavität 40 herausgezogen
werden.
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Die 3 bis 6 zeigen
fortlaufend eine bespielhafte Hakeneinrichtung 50 und Kontaktierungsvorrichtung 80 in
Verbindung mit einem beispielhaften Verfahrensablauf eines Kontaktierungsvorgangs.
Der in 2 gezeigte, mit Drahtschlaufe 20, Leiterbahn 30 und
Kavität 40 versehene
Kartengrundkörper 10 wird
unter die Hakeneinrichtung 50 eingeschoben. Diese weist
eine Anordnung von zwei oder mehreren Haken 51 auf, die
an ihren in Richtung der Drahtschlaufe 20 weisenden Enden
mit Ösen 52 versehen
sein können.
Je nach Gestalt, Größe und Form
der Drahtschlaufe 20 bzw. der Kavität 40 können im
Rahmen fachmännischen
Handelns sowohl Anzahl, als auch Anordnung und Größe der Haken 51 bzw.
der Ösen 52 von
der Darstellung in 3 abweichend ausgeführt sein.
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Wie
aus 4 zu entnehmen ist, wird die Hakeneinrichtung 50 in
Richtung der Drahtschlaufe 20 soweit abgesenkt, dass sich
die Ösen 52 an
den unteren Enden der Haken 51 in der Kavität 40 befinden.
Die Haken 51 werden dann nach aussen bewegt, wobei Drahtabschnitte
der Drahtschlaufe 20 in die Ösen 52 hinein gleiten
und die Drahtschlaufe 20 somit von der Hakeneinrichtung 50 erfasst
und gespannt wird.
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Wie
in 5 dargestellt, wird die Hakeneinrichtung 50 im
Anschluss daran angehoben, wobei die von den Haken 51 erfasste
Drahtschlaufe 20 aus der Kavität 40 herausgezogen
wird und sich anschließend über dem
Niveau des Kartengrundkörpers 10 befindet.
Die Art und Weise des Herausziehens der Drahtschlaufe 20,
insbesondere die dabei erforderliche Höhe, hängt von der Größe der Drahtschlaufe 20,
der Größe der Kavität 40 und
den Abmessungen der Kontaktierungseinrichtung 80 ab und
kann ohne weiteres im Rahmen fachmännischen Handelns an konkrete
Einsatzbedingungen angepasst werden.
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Wie
aus 6 zu entnehmen ist, wird die Drahtschlaufe 20 anschließend für eine ordnungsgemäße Kontaktierung
in Bezug auf die Kontaktierungseinrichtung 80 positioniert.
In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies
durch eine vertikale Drehung der gesamten Hakeneinrichtung 50,
wobei die in den Ösen 52 gehaltene
Drahtschlaufe 20 mitbewegt wird. Gegebenenfalls kann diese
Drehung auch entfallen. Die Kontaktierungseinrichtung 80 kann
bei einer anderen, nicht in der Figur dargestellten Ausführungsform
horizontal unter die von der Hakeneinrichtung 50 gehaltenen
Drahtschlaufe eingeschoben werden, sofern die jeweils vorliegende
Form der Drahtschlaufe 20 und deren Verbindung mit der
im Kartengrundkörper 10 verlegten
Leiterbahn 30 dies zulässt.
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Eine
das Chipmodul 60 tragende Positioniervorrichtung 70 bewegt
anschließend
das zu kontaktierende Chipmodul in eine für die Kontaktierung zweckmäßige Position.
Das Chipmodul kann beispielsweise ein für mit Antenneneinrichtungen
versehene Chipkarten gebräuchliches
Dual-Interface-Modul
sein. In der Darstellung gemäß 6 erfolgt
die Positionierung dadurch, indem das auf einem Halteteller 72 mechanisch
auf einer Rückseite
gehaltene und abgestützte
Chipmodul 60 durch einen Schiebebolzen 71 durch
einen Zuführkanal
der Hakeneinrichtung 50 hindurch in Richtung der Drahtschlaufe 20 bewegt
und in unmittelbarer Nähe
zur Drahtschlaufe positioniert wird.
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Anschließend bewegt
sich die Kontaktierungsvorrichtung 80 in Richtung der Gesamtheit
aus Drahtschlaufe 20 und Chipmodul 60, wobei eine
Reihe von Punktschweißkontakten 81 die
zur Kontaktierung vorgesehenen Abschnitte der Drahtschlaufe 20 auf
Kontaktflächen
des Chipmoduls 60 pressen. Unter Anlegen einer Spannung
und unter einem dadurch bewirkten Stromfluss, der in dem in 6 dargestellten
Ausführungsbeispiel
durch den Schiebebolzen 71 und den Halteteller 60 über das
Chipmodul 60 und die Drahtschlaufe 20 zu den Punktschweißkontakten 81 erfolgen
kann, wird die Drahtschlaufe mit dem Chipmodul durch ein aktives
Schweißen punktverschweißt. In Verbindung
damit erfolgt gegebenenfalls eine lokale Entisolierung des Kupferdrahtes
der Drahtschlaufe im Kontaktgebiet.
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Alternativ
kann die Kontaktierungseinrichtung 80 auch in Form einer
Löteinrichtung
ausgeführt sein.
In diesem Fall sind die Punktschweißkontakte 81 durch
Lotzuführeinrichtungen
ersetzt, die eine in der Kontaktierungseinrichtung vorbereitete
Menge Lot an den Kontaktstellen zwischen Drahtschlaufe und Chipmodul
absetzen und durch lokale Erwärmung
Lötstellen
ausbilden.
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Die
Einheit aus Hakeneinrichtung 50, Positioniereinrichtung 70 und
Kontaktierungseinrichtung 80 kann zweckmäßigerweise
auch zum Prüfen
der gefertigten Kontaktverbindung zwischen Drahtschlaufe 20 und
Chipmodul 60 genutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, ein
dem Punktschweißimpuls
nachfolgendes Testsignal bzw. eine Testspannung zwischen einzelnen
Punktschweißkontakten 81 anzulegen
und somit den Stromfluss innerhalb der kontaktierten Drahtschlaufe 20 zwischen
den einzelnen Kontaktierungspunkten zu messen und dabei festzustellen,
ob die Kontaktierung zwischen Chipmodul 60 und Drahtschlaufe 20 bzw.
ordnungsgemäß ausgeführt ist
und insbesondere die Drahtschlaufe 20 an keiner Stelle
durch den Kontaktierungsvorgang gebrochen ist.
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Ebenso
können
Testspannungen zwischen dem Halteteller 72 und jeweils
einzelnen Punktschweißkontakten 81 angelegt
und der Stromfluss zwischen dem Halteteller und den Punktschweißkontakten
durch die erzeugte Kontaktierung gemessen werden. Es ist im Rahmen
fachmännischen
Handelns auch ohne weiteres möglich,
beide Prüfverfahren
zu kombinieren oder auch andere in der Figur nicht dargestellte
Prüfvorrichtungen
in geeigneter Weise anzuwenden.
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Im
Anschluss daran wird das kontaktierte Chipmodul 60 in die
Kavität 40 des
Kartengrundkörpers 10 eingesetzt.
Wie aus 7 beispielhaft zu entnehmen
ist, wird dies unter Verwendung der Hakeneinrichtung 50 und
der Positioniereinrichtung 70 ausgeführt. Dazu wird die Hakeneinrichtung 50 vertikal
in die Ausgangsstellung nach 3 zurückgedreht,
so dass sich die Oberfläche
des kontaktierten Chipmoduls im wesentlichen parallel zur Oberfläche des
Kartengrundkörpers 10 bzw.
des Bodens der Kavität 40 befindet.
Als nächstes
wird die Positioniereinrichtung 70 in Richtung der Kavität 40 abwärts verschoben.
Infolge einer elastischen Verbiegung der Ösen 52 an den Haken 51 rutscht
die Drahtschlaufe 20 durch die Abwärtsbewegung der Positioniereinrichtung 70 heraus
und wird mitsamt dem Chipmodul 60 auf dem Boden der Kavität 40 aufgesetzt.
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Die
Positioniereinrichtung 70, insbesondere der Halteteller 72,
gibt schließlich
das Chipmodul 60 frei und wird schießlich wieder nach oben verfahren. In
Verbindung damit nehmen auch die Haken 51 der Hakeneinrichtung 50 ihre
Ausgangsposition nach 3 ein und fahren in ihre Ausgangsstellung.
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Der
Kartengrundkörper 10 wird
mitsamt dem eingesetzten kontaktierten Chipmodul 60 durch
eine nicht in der Figur dargestellte Fördereinrichtung weiterbewegt.
Als nächstes
kann ein weiterer Kartengrundkörper
in die Vorrichtung zugeführt
und der Ablauf des in den 3 bis 7 beschriebenen
Kontaktierungsverfahrens an einem weiteren Chipkartenrohling neu
gestartet werden.
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- 10
- Kartengrundkörper
- 20
- Drahtschlaufe
- 30
- Leiterbahn
- 40
- Kavität
- 50
- Hakeneinrichtung
- 51
- Haken
- 52
- Hakenöse
- 60
- Chipmodul
- 70
- Positioniereinrichtung
- 71
- Schiebebolzen
- 72
- Halteteller
- 80
- Kontaktiereinrichtung
- 81
- Punktschweißkontakt