DE19647846C1 - Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halb­ leiterchip in einer Ausnehmung eines Kartenträgers eingesetzt und mit einer induktiven Signalübertragungseinrichtung in Form einer Antennenspule kontaktiert wird.

Es ist bekannt, bei der Herstellung einer Chipkarte, insbe­ sondere solcher, bei der sowohl Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung als auch eine galvanische Kontaktebene vorhanden ist, in einen Kartenkörper ein Modul einzubringen, welcher einen Halbleiterchip umfaßt.

Der Modul mit Halbleiterchip wird vorzugsweise in eine Aus­ nehmung im Kartenkörper eingelegt und mittels Fügen oder der­ gleichen mit dem Kartenkörper unter Erhalt einer entspre­ chenden mechanischen und elektrischen Verbindung laminiert.

Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung zwischen Modul und Kartenkörper bzw. auf dem Kartenkörper befindlichen Kon­ takten, die mit einer Spule zur Herstellung einer kontaktlosen Verbindung zur Umgebung in Kontakt stehen, dadurch zustande kommen, daß ein anisotroper leitender Klebstoff im Bereich der Anschlußstellen und/oder der Verbindungsstellen des jeweiligen Mittels für eine kontaktlose Datenübertragung aufgetragen und der Klebstoff zumindest im Bereich der Anschlußstellen so weit verdichtet oder komprimiert wird, daß eine elektrisch leitende Brücke entsteht.

Aus der DE 195 00 925 A1 ist eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung der oben genannten Art bekannt, wobei dort se­ perat in einen Kartenkörper ein Übertragungsmodul eingebaut wird. Ebenso ist eine Antenne in Form einer Spule zur induktiven kontaktlosen Datenübertragung vorgesehen. Zur elektrischen Ankopplung zwischen einem Chipmodul und dem Übertragungsmodul sind Anschlußflächen ausgebildet. Die eigentliche Verbindung erfolgt beispielsweise durch einen Lötprozeß oder durch Ultraschallschweißen. Bei mechanischer Wechselbeanspruchung besteht jedoch die Gefahr, daß sich die elektrische Verbindung, insbesondere zwischen dem Chipmodul und dem Übertragungsmodul, welches die Antennenspule aufweist, löst, wodurch sich Funktionsstörungen oder ein Totalausfall für die Chipkarte ergeben können.

Die bei der Herstellung von Chipkarten verwendeten Module grei­ fen in der Regel auf einen Kunststoffträger zurück, auf dem der eingangs erwähnte Halbleiterchip, gegebenenfalls mit sogenannten Kontaktflächen versehen, angeordnet ist. Das so vorgefertigte ISO-Modul wird mit dem Kartenträger, der z. B. aus Polykarbonat bestehen kann, verbunden. Dieses Verbinden bzw. das Einsetzen des Moduls in den Kartenkörper in eine, z. B. gefräste Ausnehmung erfolgt üblicherweise unter Rückgriff auf die genannten Klebeverfahren bei Verwendung eines Heiß- oder Schmelzklebers.

In dem Falle, wenn Kombikarten, die sowohl zur kontaktlosen als auch zur kontaktbehafteten Verwendung geeignet sind, oder kon­ taktlose Karten hergestellt werden sollen, muß eine weitere Kontaktebene mit Anschlußstellen für die Induktionsschleife, d. h. für die Signalübertragungseinrichtung, vorgesehen sein. Diese Anschlußstellen befinden sich beim bekannten Stand der Technik bevorzugt erhaben auf der Oberfläche des Moduls und/ oder auf der Oberfläche oder an den Seitenflächen der Aus­ nehmung innerhalb des Kartenträgers. Bei derartigen Anordnungen ist es dann möglich, die Verklebung von Modul- und Kartenträ­ gern mittels der Herstellung der elektrisch leitenden Verbin­ dung in einem einzigen Arbeitsgang durchzuführen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das erforderliche Temperatur- und Zeitre­ gime zur Herstellung zuverlässiger sowohl elektrischer als auch mechanischer Verbindungen engen Toleranzen unterliegt, so daß bei nicht optimalen Verfahrensparametern die Langzeitstabilität derartig hergestellter Karten reduziert ist und daß es aufgrund der Abmessungen und der plastischen Eigenschaften des Moduls sowie des Kartenträgers zu Verwin­ dungen und Verspannungen in der Karte mit der Folge gestörter elektrischer Verbindungen kommt.

Darüber hinaus besteht bei eben verlegten Anschlußenden der Signalübertragungseinrichtungen das Problem, daß das Ausbilden der Kavität äußerst exakt erfolgen muß, um sicherzustellen, daß einerseits die Kontaktflächen freigelegt werden, anderer­ seits aber ein zu starker Materialabtrag vermieden wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Her­ stellen einer Chipkarte anzugeben, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in eine Ausnehmung eines Karten­ trägers eingesetzt wird und wobei dieser Modul mit einer induktiven Signalübertragungseinrichtung in Form einer Anten­ nenspule elektrisch so kontaktiert werden soll, daß beim Einbringen der Ausnehmung in den Kartenkörper mit großer Sicherheit die entsprechenden Kontaktflächen freigelegt werden, und wobei weiterhin gewährleistet ist, daß Torsions- und/oder Biegespannungen innerhalb des Kartenkörpers nicht zu einer unerwünschten Veränderung der elektrischen Verbindungen führen.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Ver­ fahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Gemäß einem ersten Grundgedanken der Erfindung werden die Antennenspulenanschlußenden der Signalübertragungseinrichtung, die in die Ausnehmung im Kartenkörper hineinragen, mäander- oder spiralförmig ausgebildet.

Durch die Mäander- oder Spiralform der Antennenspulenan­ schlußenden ist sichergestellt, daß Biege- und/oder Torsions­ kräfte, die im späteren Betrieb auf den Kartenkörper und damit auf die Kontaktfläche einwirken, aufgenommen werden können, so daß gewährleistet ist, daß keine unerwünschten Veränderungen der Kontakteigenschaften auftreten.

In einer Ausführungsform der Erfindung besitzen die Antennen­ spulenanschlußenden die Form einer gewundenen Biegefeder mit Windungsabstand.

Die Ausbildung der Antennenspulenanschlußenden erfolgt bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dergestalt, daß die Mäander- oder die Spiralwindungen mit einem zur Ausnehmungsmitte hin bezogen zum Kartenlängs- oder querschnitt ansteigenden Verlauf versehen werden. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß beim nachträglichen Einbringen der Aus­ nehmung in den Kartenkörper, vorzugsweise durch Fräsen, eine hinreichend große Kontaktstelle gegeben ist. Diese Kontakt­ stelle bildet dann mit den elektrischen Anschlußflächen des Moduls oder des Halbleiterchips eine Kontaktverbindung, so daß die induktive Signalübertragung zwischen Umgebung und Chip mittels Antenne erfolgen kann.

Durch das mit ansteigendem Verlauf der Mäander- oder Spiral­ windungen ausgebildete Ende der Antennenspule werden die beim Fräsen nie zu vermeidenden Toleranzen ausgeglichen, so daß der fertigungstechnologische Aufwand bei der Herstellung der Chipkarte insgesamt verringert werden kann.

Der eigentliche Kontaktierungsvorgang kann dann unter Rück­ griff auf einen leitfähigen Kleber oder mittels an sich bekannter Löt- und/oder Schweißverbindungen erfolgen, wobei erforderliche Wärmeenergie über die Modulrückseite hin zu den Kontaktverbindungsstellen zuführbar ist.

Alles in allem gelingt es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, Kontaktverbindungen ausreichender Langzeitstabilität aus zu­ bilden, wobei die Anordnung der Antennenspule innerhalb des Kartenkörpers, beispielsweise beim Gießen derselben, in an sich bekannter Weise vorgenommen kann. Durch die gewünschten Federeffekte der Antennenspulenanschlußenden wird die Prozeß­ sicherheit beim nachträglichen Einbau des Moduls mit Halb­ leiterchip erhöht. Durch den vorteilhaften ansteigenden Windungsverlauf ist ein sicheres Anfräsen der Antennenspule bzw. der Antennenspulenanschlußenden bei der Herstellung der Ausnehmung oder Kavität gewährleistet, so daß die wesentlichste Voraussetzung zur Herstellung der Kontaktverbindung zwischen Modul und Antenne gewährleistet ist.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles sowie unter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Chipkarte in Draufsicht mit erkennbarer Ausneh­ mung und Antennenmäander und

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A der Chipkarte nach Fig. 1.

Die in den Figuren gezeigte Chipkarte 1 weist eine Ausnehmung oder Kavität 2 auf. Die Ausnehmung 2 dient der Aufnahme eines nicht gezeigten Moduls bestehend aus einem Trägersubstrat und einem darauf befestigten Halbleiterchip.

Das Trägersubstrat bzw. der Modul kann über elektrische Kontaktflächen verfügen, die beim Einschieben der Karte in ein Terminal mit diesem zusammenwirken. Der Halbleiterchip ist auf dem Trägersubstrat in bekannter Weise chipkontaktiert und weist elektrische Kontaktflächen auf, die zur Verbindung mit einer induktiven Signalübertragungseinrichtung, nämlich einer Antenne 3, dienen. Die Antenne 3 (Fig. 2) ist im Material der Chipkarte 1 befindlich und wirkt in an sich bekannter Weise induktiv mit einer entsprechenden Spule, die in einem Lese­ terminal angeordnet ist, zusammen.

Bei einem Ausführungsbeispiel weist das Trägersubstrat des Moduls seitlich vom eigentlichen Chip Kontaktflächen auf, die mit den Antennenspulenanschlußenden elektrisch verbindbar sind.

Wie bei der Draufsicht gemäß Fig. 1 zu erkennen, sind bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Antennenspulenanschluß­ enden 4 als Mäander ausgebildet. Die Mäanderform erstreckt sich im wesentlichen über den Bereich der elektrischen Anschlußflächen des einzusetzenden Moduls.

Die Ausnehmung 2, die anhand der Querschnittsdarstellung nach Fig. 2 zu erkennen ist, verfügt über einen Chipaufnahmebereich 5 und eine darüber liegende, z. B. gefräste Fläche 6 für das Trägersubstrat. Beim Beispiel nach Fig. 2 wird der aus Chip und Trägersubstrat gebildete Modul mit dem Chip facedown in den Chipaufnahmebereich 5 verbracht, wobei das Trägersubstrat die entsprechende gefräste Fläche 6 nahezu vollständig verschließt.

An der Unterseite des nicht gezeigten Trägersubstrates sind elektrische Anschlußflächen vorhanden, welche beispielsweise mittels Leitkleber, Löten, Schweißen oder dergleichen mit den Kontaktstellen 7 der Antennenspulenanschlußenden 4 verbindbar sind.

Durch die gemäß Fig. 2 beispielsweise gezeigte Ausführungsform mit zur Mitte der Ausnehmung 2 hin einen ansteigenden Verlauf aufweisenden Antennenspulenanschlußenden 4 ist beim Einbringen der Ausnehmung in den Kartenkörper bzw. in die Chipkarte 1 gewährleistet, daß mit hinreichender Sicherheit Kontaktstellen 7 angefräst, d. h. freigelegt werden.

Durch die Mäanderform der Antennenspulenanschlußenden 4 min­ destens im Kontaktbereich oder aber auch durch die Ausbildung der Anschlußenden 4 als gewundene Biegefeder mit Windungs­ abstand wirken sich Biege- und Torsionskräfte sowohl im Fertigungsprozeß als auch beim späteren Gebrauch der Karte nicht nachteilig auf die Kontaktgüte der elektrischen Verbindungsstellen aus.

Nach dem Einbringen des Moduls und der Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen den Anschlußenden 4 und den Modul-Anschlußflächen kann die offene Seite der Ausnehmung mittels eines Abdeckplättchens oder durch eine Laminierfolie verschlossen werden. Eventuell verbleibende seitliche Zwischenräume werden mit einer plastischen Masse verfüllt.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird von einer räumlich gewundenen Biegefeder vorzugsweise in zylin­ drischer oder Kegelstumpfform für die Ausbildung der Anten­ nenspulenanschlußenden ausgegangen.

Bezugszeichenliste

1 Chipkarte bzw. Kartenträger
2 Ausnehmung
3 Antenne
4 Antennenspulenanschlußenden
5 Chipaufnahmebereich
6 gefräste Fläche für Trägersubstrat
7 Kontaktstellen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines Kartenträgers eingesetzt und mit einer induktiven Signalübertragungseinrichtung in Form einer Antennenspule kontaktiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspule (3) oder die Antennenspulenanschlußenden (4) mindestens im Bereich von elektrischen Anschlußflächen des Moduls oder des Halbleiterchips innerhalb der Ausnehmung (2) zur Aufnahme von Biege- und/oder Torsionskräften mäander- oder spiralförmig ausgebildet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenspulenanschlußenden (4) als gewundene Biege­ federn mit Windungsabstand ausgebildet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Antennenspulenanschlußenden mit einem zur Ausnehmungsmitte hin bezogen zum Kartenlängs- oder quer­ schnitt ansteigenden Verlauf der Mäander- oder Spiralwindungen erfolgt, so daß beim Einbringen der Ausnehmung (2) in den Kartenkörper (1) vorzugsweise durch Fräsen ein sicheres Frei­ legen von Kontaktstellen (7) gegeben ist.