DE19633923A1 - Chip card with an induction coil and process for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Kartengrundkör per und mit mindestens einem Halbleiterbauelement, einer Induk tionsspule zum Daten- und Energieaustausch und mindestens einem weiteren passiven Bauelement. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Chipkarte.The invention relates to a chip card with a basic card body by and with at least one semiconductor component, an inductor tion coil for data and energy exchange and at least one another passive component. The invention further relates to a Method for producing such a chip card.
Neben Chipkarten mit einem Kontaktfeld aus sechs bis acht elek trischen Kontaktflächen, über die ein Anschluß zur Daten- und Energieübertragung mittels einem Kartenleser hergestellt wird, sind auch sogenannte kontaktlose Chipkarten bekannt. Dabei ist in der Chipkarte eine Induktionsspule vorgesehen, mit welcher die Übertragung kontaktlos durchgeführt wird. Die Induktions spule ist Teil eines Schwingkreises, in welchem als weitere passive Bauelemente ein Kondensator und ein ohmscher Widerstand liegen. Als Kondensator werden für die genaue Frequenzabstim mung des Schwingkreises oberflächenmontierte Kondensatoren ein gesetzt. Sie weisen vielfach eine solche Bauhöhe auf, die dazu führt, daß diese kontaktlosen Chipkarten relativ dick ausgebil det sind. Es ist daher nicht möglich, die in einer entsprechen den ISO-Norm vorgegebenen Außenabmessungen der Chipkarte ein zu halten, welche die Kartenhöhe auf maximal 0,84 mm festlegt.In addition to chip cards with a contact field consisting of six to eight elec trical contact areas via which a connection to the data and Energy transmission is established by means of a card reader, so-called contactless chip cards are also known. It is an induction coil is provided in the chip card, with which the transfer is carried out contactlessly. The induction coil is part of a resonant circuit, in which as another passive components a capacitor and an ohmic resistor lie. As a capacitor for the exact frequency tuning surface mounted capacitors set. They often have such a height that this leads that these contactless chip cards are made relatively thick det. It is therefore not possible to match that in one the ISO standard given external dimensions of the chip card hold, which sets the card height to a maximum of 0.84 mm.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Chipkar te der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders flach ist und die mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden kann.The invention has for its object a Chipkar te of the type mentioned to create the particularly flat and which are manufactured using a simple process can.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle passiven Bauelemente des Schwingkreises, d. h. Induktionsspule sowie mindestens ein Kondensator und ein Widerstand, gemeinsam in einem Einzelprozeß in Form zweidimensionaler Leiterbahnstrukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkörper hergestellt werden. Das hat den Vorteil, daß keine Montage von diskreten passiven Bauelementen mehr durchgeführt werden muß, was darüber hinaus die Lagerhaltung überflüssig macht, den Fertigungsablauf beschleunigt und die Zuverlässigkeit erhöht.The object is achieved in that all passive components the resonant circuit, d. H. Induction coil as well as at least one Capacitor and a resistor, together in a single process in the form of two-dimensional conductor track structures the card body are manufactured. That has the advantage, that no more assembly of discrete passive components must be done, what is more, the warehousing makes redundant, accelerates the production process and the Reliability increased.
Die passiven Bauelemente sind somit alle als geometrische Strukturen nebeneinander in einer Ebene ausgebildet. Sie tragen praktisch nicht in der Höhe auf, so daß die Chipkarte insgesamt kaum dicker ist als der Kartengrundkörper. Die entsprechende ISO-Norm kann daher leicht eingehalten werden.The passive components are all geometrical Structures formed side by side on one level. they wear practically not in height, so that the chip card as a whole is hardly thicker than the basic map. The corresponding The ISO standard can therefore be easily complied with.
Die Herstellung dieser Leiterbahnstrukturen erfolgt bevorzugt durch Aufdrucken eines elektrisch leitenden Materials oder eine Einlagen-Atz-Technik an einer Metallschicht. Somit können die Strukturen einerseits schnell und andererseits mit der erfor derlichen Präzision in einer einzigen Schicht oder Ebene er zeugt werden.These conductor track structures are preferably produced by printing an electrically conductive material or a Inlay etching technique on a metal layer. Thus, the Structures quickly, on the one hand, and with the required precision in a single layer or level be fathered.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der ohmsche Widerstand in Form eines Leiterbahnabschnitts mit reduzierter Querschnittsfläche, bevorzugt einer Ein schnürung der Breite, vorhanden ist. Auf diese Weise kann der Widerstandswert auf besonders einfache Weise durch die Geome trie der Leiterbahn festgelegt werden.An advantageous development of the invention consists in that the ohmic resistance in the form of a conductor track section with a reduced cross-sectional area, preferably an on lacing of the width, is present. In this way, the Resistance value in a particularly simple way by the geome trie of the conductor track can be determined.
Die Induktionsspule ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine spiralförmig verlaufende Leiterbahn gebildet. Diese Leiterbahn kann mit einem ausreichend großen Innendurchmesser entlang den Kartenrändern eingeordnet werden. Der Anfang und das Ende der Spirale sind mit Kontaktierungsflä chen versehen, um eine einfach herzustellende Verbindung mit dem Halbleiterbaustein zu ermöglichen. The induction coil is according to a preferred embodiment the invention by a spiral-shaped conductor track educated. This trace can be of a sufficiently large size Inside diameters can be arranged along the edges of the card. The beginning and end of the spiral are with contact surfaces Chen to provide an easy connection with to enable the semiconductor device.
Es ist besonders vorteilhaft, daß der Kondensator durch zwei beabstandet und elektrisch isoliert gegenüberliegende Leiter bahnen gebildet ist. Sie können als ein oder zwei Blindwindun gen der Induktionsspule ausgebildet sein. Die Kondensatorfläche kann dadurch vergrößert werden, daß die gegenüberliegenden Lei terbahnen zusätzlich Finger oder Zähne aufweisen, die miteinan der kämmen bzw. ineinandergreifen.It is particularly advantageous that the capacitor is divided by two spaced and electrically insulated opposite conductors is formed. You can use it as a blind wind or two be formed against the induction coil. The capacitor area can be increased in that the opposite Lei tracks additionally have fingers or teeth that are in contact with each other of combing or interlocking.
Der Halbleiterbaustein ist bevorzugt auf einem Chipträger, der auch als Modul bezeichnet wird, angeordnet, welcher elektrische Anschlüsse zur Kontaktierung der passiven Bauelemente aufweist. Diese Anschlüsse werden zweckmäßigerweise als Stege ausgebil det, die bis zu den Kontaktierungsflächen der passiven Bauele mente führen. Eine besonders einfache Montage wird dadurch er möglicht, daß die Stege als Brücken zur elektrisch isolierten Überbrückung von Leiterbahnabschnitten ausgebildet sind. Das hat ferner den Vorteil, daß die Geometrie und der Verlauf der Leiterbahnen für die passiven Bauelemente weitgehend ohne Rück sicht auf die Kontaktierungspunkte erfolgen kann.The semiconductor component is preferably on a chip carrier is also referred to as a module, which electrical Has connections for contacting the passive components. These connections are expediently designed as webs det, up to the contact surfaces of the passive components lead. This makes it a particularly simple assembly possible that the webs as bridges to the electrically insulated Bridging conductor track sections are formed. The also has the advantage that the geometry and the course of the Traces for the passive components largely without back view of the contact points.
Es ist zweckmäßig, daß die Brücken auf der Seite, welche den zu überbrückenden Leiterbahnabschnitten zugewandt ist, eine elek trisch isolierende Schicht aufweisen und auf der gegenüberlie genden Seite elektrisch leitend ausgebildet sind, und daß die zugehörigen Kontaktierungsbereiche als Durchkontaktierung aus gebildet sind. Es können somit gängige Materialien und Techni ken für die Herstellung und Montage eingesetzt werden.It is advisable that the bridges on the side that the bridging conductor track sections facing an elek trically insulating layer and on the opposite opposite side are electrically conductive, and that the associated contacting areas as plated-through holes are formed. Common materials and techni ken can be used for manufacturing and assembly.
Besonders einfach ist es, daß die Brücken als Glas-Epoxi-Träger mit einseitiger Kupferstruktur ausgebildet sind. Nach einer be vorzugten Alternative sind die Brücken als Stege eines metalli schen Anschlußrahmens mit einseitiger Lackisolierung ausgebil det. Der Anschlußrahmen kann dabei auch weitere Stege und Fin ger aufweisen, mit welchen weitere Anschlüsse des Chips verbun den sind.It is particularly simple that the bridges as glass epoxy supports are formed with a copper structure on one side. After a be preferred alternatives are the bridges as webs of a metallic rule lead frame with one-sided paint insulation det. The lead frame can also further webs and fin ger with which other connections of the chip verbun they are.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die sche
matische Darstellung in der einzigen Figur zeigt
eine ausschnittweise Draufsicht auf einen Kartengrund
körper einer Chipkarte im Bereich eines montierten
Moduls.The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in the drawing. The schematic representation in the single figure shows
a partial plan view of a basic card body of a chip card in the area of an assembled module.
In der Darstellung der Figur entspricht die Zeichenebene einer Oberfläche eines Kartengrundkörpers (Inlett), welches mit einer weiteren Lage zu einer betriebsbereiten Chipkarte verklebt wird. Der dargestellte Bereich umfaßt ein Modul 1, welches ei nen Halbleiterchip (nicht dargestellt) trägt. Das Modul kann als metallischer Anschlußrahmen-Träger (Leadframe-Träger) oder als Glas-Epoxi-Träger ausgebildet sein. Es ist in eine Ausneh mung 40 der Chipkarte oberflächenbündig eingesetzt und ange klebt.In the representation of the figure, the plane of the drawing corresponds to a surface of a basic card body (ticking) which is glued to a further layer to form an operational chip card. The area shown comprises a module 1 , which carries a semiconductor chip (not shown). The module can be designed as a metal leadframe carrier (leadframe carrier) or as a glass epoxy carrier. It is inserted in a recess 40 of the chip card flush with the surface and is glued on.
Auf der Oberfläche des Kartengrundkörpers sind passive Bauele mente durch zweidimensionale geometrische Strukturen eines me tallisch leitenden Materials, beispielsweise Aluminium, aufge druckt oder durch eine Einlagen-Ätz-Technik aufgebracht. Es handelt sich bei den passiven Bauelementen um zwei Kondensato ren 2, 2′ und einen Widerstand 3 in der unmittelbaren Umgebung des Moduls 1 sowie eine Induktionsspule 4, die lediglich im Nachbarbereich des Moduls 1 dargestellt ist. Die Spule 4 ver läuft im übrigen entlang des Außenumfangs des Kartengrundkör pers. Die Induktionsspule 4 dient zum kontaktlosen Übertragen von Daten und Energie von einem externen Laser (nicht darge stellt) zum Halbleiterchip auf dem Modul 1. Die Kondensatoren 2, 2′, Widerstand 3 und Induktionsspule 4 bilden einen am Halb leitermodul 1 angeschlossenen Schwingkreis.Passive components are printed on the surface of the basic card body by two-dimensional geometric structures of a metallic conductive material, for example aluminum, or applied by a deposit-etching technique. The passive components are two condensers 2 , 2 'and a resistor 3 in the immediate vicinity of the module 1 and an induction coil 4 , which is only shown in the neighboring area of the module 1 . The coil 4 ver runs along the outer circumference of the basic card body. The induction coil 4 is used for the contactless transmission of data and energy from an external laser (not shown) to the semiconductor chip on the module 1 . The capacitors 2 , 2 ', resistor 3 and induction coil 4 form a resonant circuit connected to the semiconductor module 1 .
Der eine Kondensator 2 wird durch zwei parallel verlaufende, beabstandete Leiterbahnabschnitte 20, 21 gebildet, die jeweils eine Vielzahl von senkrecht hierzu verlaufenden, voneinander beabstandeten Fingern aufweisen. Die Finger 14 bilden mit den Leiterbahnabschnitten 20, 21 zwei kammartige Strukturen, wobei die Finger 14 der einen Struktur in die Zwischenräume der ande ren Struktur eingreifen. Die Kapazität wird in der Art eines mehrschichtigen Plattenkondensators durch die sich gegenüber liegenden Finger 14 gebildet.One capacitor 2 is formed by two parallel, spaced-apart conductor track sections 20 , 21 , each of which has a plurality of fingers spaced apart from one another perpendicularly to it. The fingers 14 form two comb-like structures with the conductor track sections 20 , 21 , the fingers 14 of one structure engaging in the interstices of the other structure. The capacitance is formed in the manner of a multilayer plate capacitor by the fingers 14 lying opposite one another.
Der Widerstand 3 wird dadurch gebildet, daß ein Leiterbahnab schnitt über eine vorgegebene Länge mit einer Querschnittsver ringerung bzw. einer Einschnürung 30 versehen ist. Der Wider stand 3 wird durch den Leiterbahnquerschnitt definiert.The resistor 3 is formed in that a Leiterbahnab cut over a predetermined length with a cross-sectional reduction or a constriction 30 is provided. The counter stood 3 is defined by the conductor cross-section.
Die Spule 4 besteht aus einem spiralförmig mehrmals umlaufenden Leiterbahnabschnitt, wobei in der Figur die beiden Endabschnit te mit flächigen Kontaktierungsbereichen 10, 11 in der Nachbar schaft des Moduls 1 liegen. In der Figur sind ferner Ausschnit te 41 der Spulenleiterbahn dargestellt.The coil 4 consists of a spiral-shaped conductor track section several times, the two end sections in the figure having flat contacting areas 10 , 11 in the vicinity of the module 1 . In the figure, cutouts 41 of the coil conductor are also shown.
Der andere Kondensator 2′ dieses Schaltungsbeispiels wird durch zwei Blindwindungen 42 der Spule 4 gebildet. Die Blindwindungen 42 stellen Verlängerungen der Spulenenden an den Kontaktie rungsbereichen 10, 11 dar. Sie verlaufen parallel und in vorge gebenem Abstand zu einander über eine vorgegebene Länge entlang den Leiterbahnabschnitten der Spule 4.The other capacitor 2 'of this circuit example is formed by two blind turns 42 of the coil 4 . The blind windings 42 represent extensions of the coil ends at the contact regions 10 , 11. They run parallel and at a predetermined distance from one another over a predetermined length along the conductor track sections of the coil 4 .
Der Kondensator 2 und der Widerstand 3 sind mit einem Endab schnitt der Spule 4 benachbart zum Spulenkontaktierungsbereich 10 durch T-förmige Verzweigungen 22 bzw. 31 der betreffenden Leiterbahnabschnitte verbunden. Der andere Anschluß des Konden sators 2 wird durch einen flächigen Kontaktierungsbereich 12 gebildet. In gleicher Weise weist der andere Anschluß des Wi derstands 3 einen flächigen Kontaktierungsbereich 13 auf.The capacitor 2 and the resistor 3 are connected to an end section of the coil 4 adjacent to the coil contacting region 10 by T-shaped branches 22 and 31 of the relevant conductor track sections. The other connection of the capacitor 2 is formed by a flat contacting area 12 . In the same way, the other connection of the resistor 3 has a flat contact area 13 .
Alle Kontaktierungsbereiche 10 bis 13 der passiven Bauelemente 1, 2, 3 sind in gleicher Weise wie die Leiterbahnabschnitte als zweidimensionale Strukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkör per gemeinsam mit den Leiterbahnabschnitten hergestellt. Sie sind mit dem Modul 1 über Anschlußstege 5, 6, 7 elektrisch lei tend verbunden. Die Anschlußstege 5, 6, 7 sind einstückig mit dem Trägermaterial des Moduls 1 ausgeformt. Sie haben demnach entsprechend dem Trägermaterial des Moduls 1 einen elektrisch isolierenden metallischen Anschlußrahmen-Träger oder einen Glas-Epoxi-Träger. Ferner weisen sie eine elektrisch leitende Schicht auf, die auf der den Leiterbahnabschnitten abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Trägers verläuft. Die elek trisch leitenden Schichten der Anschlußstege 5 bis 7 sind über die kartengrundkörperseitigen Kontaktierungsbereiche 10 bis 13 mit Durchkontaktierungen versehen, so daß bei der Montage des Moduls 1 auf einfache Weise durch Löten oder mit elektrisch leitendem Kleber eine elektrisch leitende Verbindung herge stellt werden kann.All contacting areas 10 to 13 of the passive components 1 , 2 , 3 are produced in the same way as the conductor track sections as two-dimensional structures directly on the card base body together with the conductor track sections. You are connected to the module 1 via connecting webs 5 , 6 , 7 electrically lei tend. The connecting webs 5 , 6 , 7 are formed in one piece with the carrier material of the module 1 . Accordingly, they have an electrically insulating metallic lead frame carrier or a glass epoxy carrier, depending on the carrier material of module 1 . Furthermore, they have an electrically conductive layer which runs on the side of the electrically insulating carrier facing away from the conductor track sections. The electrically conductive layers of the connecting webs 5 to 7 are provided on the card base body-side contacting areas 10 to 13 with plated-through holes, so that when assembling the module 1, an electrically conductive connection can be made in a simple manner by soldering or with electrically conductive adhesive.
Die Anschlußstege 5 und 7 sind als Brücken 8, 9 zur elektrisch isolierenden Überbrückung von Leiterbahnabschnitten des Konden sators 2 bzw. der Spule 4 ausgebildet. Über den Steg 5 sind so wohl der Kontaktierungsbereich 12 des Kondensators 2 als auch der Kontaktierungsbereich 11 der Spule 4 mit dem Modul 1 ver bunden, wobei durch die elektrisch leitende Schicht des Steges 5 die betreffenden Anschlüsse des Kondensators 2 und der Spule 4 auf einen gemeinsamen Anschlußpunkt gelegt werden.The connecting webs 5 and 7 are designed as bridges 8 , 9 for electrically insulating bridging of conductor track sections of the capacitor 2 or the coil 4 . Via the web 5 , the contacting area 12 of the capacitor 2 and the contacting area 11 of the coil 4 are connected to the module 1 , the relevant connections of the capacitor 2 and the coil 4 being connected to a common one by the electrically conductive layer of the web 5 Connection point.
Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Anschlußsteg oder eine Brücke mit mehreren elektrisch voneinan der isolierten Metallagen versehen sein, so daß mit einem Steg oder einer Brücke auch chipkartenseitige Kontaktierungsbereiche an das Modul 1 angeschlossen werden können, die nicht zu einem gemeinsamen Anschlußpunkt zusammengeführt werden sollen. Bei spielsweise bilden hierbei die beiden Anschlußstege 5 und 6 ei ne gemeinsame elektrisch isolierende Trägerschicht, auf welcher beabstandet voneinander jeweils eine elektrisch leitende Schicht einerseits zum Kontaktierungsbereich 10 und anderer seits zu den Kontaktierungsbereichen 12 und 11 führt.As an alternative to the exemplary embodiment shown, a connecting web or a bridge can be provided with a plurality of electrically insulated metal layers, so that contact areas on the chip card side can also be connected to the module 1 with a web or a bridge, which should not be brought together to form a common connection point. For example, the two connecting webs 5 and 6 form a common electrically insulating carrier layer on which, at a distance from one another, an electrically conductive layer leads on the one hand to the contacting area 10 and on the other hand to the contacting areas 12 and 11 .
Claims (15)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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