DE19708325A1

DE19708325A1 - Klebeverbindung von elektrisch leitenden Fügeteilen

Info

Publication number: DE19708325A1
Application number: DE19708325A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Michalk
Original assignee: Individual
Current assignee: HID Global GmbH
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-09-10
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: DE19708325B4

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrisch leitenden Verbinden von elektrisch leitenden Fügeteilen, bei dem die Verbindung als Folge weiterer Fügeprozesse modifiziert und endgültig hergestellt wird.

Verfahren dieser Art werden angewendet, um Spulendrähte mit Anschlüs sen von elektronischen Bauelementen insbesondere in kontaktlosen Chipkarten bzw. in plastikumhüllte Chipkarten mit mindestens einer zweiten Anschlußebene herzustellen.

Kontaktlose Chipkarten nutzen als Empfangsantennen geätzte, gedruckte drahtgewickelte oder drahtverlegte Antennen.

Im allgemeinen befinden sich Chipmodul und Antennen zwischen laminier fähigen Plastikfolien. Durch Laminieren wird zwischen den Plastikfolien ein unlösbarer Verbund erzielt, gleichzeitig drücken sich Chipmodul und Antenne in die beim Laminieren zähflüssigen thermoplastischen Folien ein.

Dabei und auch bei der nachfolgenden Benutzung der Karte werden mecha nische Drücke auf Antenne, Chipmodul und die Verbindungsstelle von Chipmodulkontaktfläche zu Antennenanschluß ausgeübt. An der Verbin dungsstelle wirken mechanische Kräfte, die sowohl die Antennen als auch auf das Chipmodul beim Laminieren in der Lage zueinander verschieben. Andererseits ist man bestrebt die Verbindungsstelle volumenmäßig so klein als möglich zu halten, um den Einfluß auf die optische Qualität der Karte nach dem Laminieren zu vermindern.

Nach US 5,237,130 können Halbleiterchips mit Epoxy- oder Polyimid-Kontakt bügeln versehen werden und direkt auf Leiterbahnen kontaktiert werden. Es ergeben sich aber relativ bruchanfällige, starre Verbindungen, die beim nachfolgenden Laminieren der Plastikkarte infolge mechanischer Belastung bei Nutzung der Karte der Gefahr der Zerstörung ausgesetzt wird.

Weiterhin bekannt ist das Verfahren des Anlötens des von Drahtkontakten an die Chipmodulanschlüsse, wie es z. B. von der Fa. Westinghouse, USA, praktiziert wird. Nachteilig sind die Aufwendungen bei der Vorbereitung und Realisierung der Lötstellen und die Größe der Lötstellen.

In DE 43 29 708 gibt die Fa. Armatech GmbH & Co KG ein Verfahren zum Thermokompressionsschweißen von lackisolierten Drähten auf Chipmodulkontaktflächen an. Nachteilig bei diesem Verfahren ist die hohe Temperaturbelastung des Substrates bzw. der Chipmodulflächen und der hohe apperative Aufwand.

Weiterhin ist in DE 43 37 920 eine Anordnung zur Erzielung eines perma nenten elektrischen Druckkontaktes beschreiben. Diese Anordnung ist jedoch nur für relativ große Kontaktflächen auf bei Laminiertemperatur nicht erweichenden Substratoberflächen anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Chipmodul und einem Anschluß stück anzugeben, welches mit einfachen Mitteln vollautomatisch durchzu führen ist, eine sehr hohe Produktivität aufweist, wobei die Verbindungsstelle ein minimiertes Volumen aufweist, keine unzulässigen thermischen Belastungen vom Substrat und Chipmodul o.ä, bewirkt und wobei die Verbindungsstelle und die Kontaktpartner beim nachfolgenden Plastumhüllen ihre endgültige Lage zueinander einnehmen und gleichzeitig die beabsichtigte Verbindungsqualität entsteht.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch folgende Verfah rensweise:
Zwischen die Flügelflächen von beiden elektrisch leitend zu fügenden Teilen wird ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer, mit einer erforderlichen Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur und -zeit, die dem Prozeßregime der nachfolgenden Laminier- oder Plastumhüllungs schritte entspricht, Kleber gebracht, die Fügeflächen der Fügeteile werden zueinander positioniert, die an sich im folgenden Laminierschritt zu laminierenden Flächen der Isolierteile bzw. die an sich im folgenden Plasthüllungsschritt den Formraum bildenden Formwände pressen als Spannflächen die Fügeteile gegeneinander, heizen den Kleber auf Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur auf, bringen die Fügeteile infolge des schmel zenden Klebers des Zusammenpressens in die endgültige Lage und fixieren die Fügeteile durch das ebenfalls unter dem Laminier-Preßdruck geringfü gig fließende und den Raum um die Fügeteile ausfüllende Material der Isolierteile bzw. durch den in den Formraum heim Plastumhüllungsschritte eingespritzten Kunststoff und schließen sie hermetisch ein.

Vorteilhaft ist es die Fügeteile bereits bei niedriger Temperatur bzw. gerin ger Zeit als die der endgültigen Schmelz bzw. Reaktionstemperatur und -zeit vorzufixieren. Dadurch können im Verbindungsprozeß Vorteile bzgl. Fügeteillage zueinander erzielt werden.

Ferner ist es vorteilhaft als Kleber einen elektrisch leitfähigen Kleber zu verwenden. Damit wird eine hohe Kontaktschicht erzielt, sofern die Fügeflächen sich nicht oder nur an wenigen Punkten direkt berühren.

Auch ist es vorteilhaft den Kleber als Flüssigkleber auf ein Fügeteil aufzu bringen, da vorzuhärten bzw. anzutrocken und anschließend unter Erwär men dieses Fügeteiles die Vorfixierung auf dem anderen Fügeteil vorzunehmen.

So läßt sich der Vorfixiervorgang als reiner Bestückungsschritt durchfüh ren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angege ben.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus:
Die Vorbereitung der Fügeflächen (Beschichten und Vortrocknen des Klebers) kann vollautomatisch und mit relativ geringem apparativen Aufwand erfolgen, die Vorfixierung ist als reiner Bestückungsschritt durch führbar, die Verbindungsstelle stellt sich exakt nach den umgebenden Isolier- bzw. Formflächen her und sie wird, da sie erst endgültig im eigent lich nachfolgenden Schritt hergestellt wird, nicht durch Materialverschiebungen beim Laminieren oder beim Schließen des Formraumes belastet oder zerstört. Schließlich wird die Verbindungsstelle bereits in Zeitpunkt des Entstehens durch Kunststoffe herrnetisch einge schlossen und in ihrer Lage fixiert. Der Kleber verbindet die Fügeflächen und verhindert gleichzeitig ein Eindringen von Material der Isolierteile bzw. Kunststoff zwischen die Fügeflächen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch zwei Fügeteile mit dazwischen liegender Kleberschicht vor dem Plastumhüllen,

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellten Fügeteile beim Plastumhüllen,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine thermoplastische Isolierschicht mit einge legtem Fügeteil und darüber vorfixiertem weiterem Fügeteil und

Fig. 4 einen Schnitt durch zu laminierende thermoplastische Isolierschich ten mit dazwischenliegenden endgültig elektrisch leitend verbundenen Fügeteilen zum Schluß des Laminiervorganges.

In Fig. 1 stellt das Fügeteil 4 einen Teil eines silberbeschichteten lead frames dar. Auf der Fügefläche 1 des Fügeteiles 4 ist in einer nach dem Vortrocknen des Klebers 3 sich ergebenden Dicke von größter oder gleich 50 µm ein bei 180 . . . 200°C optimal schmelzender und die Fügeflächen benetzender thermoplastischer Kleber 3, z. B. der silbergefüllte Kleber . . . 81 der Fa. AIT/ durch Dispensen aufgebracht. Auf dem Kleber 3 ist das metallische, vergoldete Fügeteil 5, welches ein Kontaktstück darstellt, durch kurzes Andrücken bei ca. 170° . . . 180°C vorfixiert.

Der lead frame soll mit Duroplast umhüllt werden.

Fig. 2 stellt die Situation nach dem Umhüllen dar. Infolge des Schließdruc kes und der Temperatur von ca. 190° der oberen Formwand 8 und der unteren Formwand 9 werden die beiden Fügeteile 4 und 5 gegeneinander gedrückt und sie schließen bündig mit den jeweiligem Formwänden 8, 9 ab. Der zähflüssige Kleber 3 wird soweit herausgequetscht, bis die Form vollständig geschlossen ist. Durch Transfermolding wird flüssiger Kunst stoff 6, in den verbliebenen Formraum 7, der durch Werkzeugunterteile 15 gebildet wird, eingespritzt. Der Duroplast 6 geliert und härtet aus und schließt die Fügeteile 4, 5 und den Kleber 6 fest in sich ein. Während des Traunsfermoldingzyklus hat der thermoplastische Kleber 3 ausreichend Zeit und genügend hohe Reaktionstemperatur, um die Fügefläche A1 und Fügefläche B2 ausreichend zu benetzen. Da der einzuspritzende Kunststoff 6 eine geringere Viskosität aufweist als der aufgeschmolzene thermoplasti sche Kleber 3, tritt ein Wegspülen des Klebers 3 nicht auf.

Nach dem Entformen steht ein Formteil zur Verfügung, das in Verlänge rung des waagerechten Fügeteiles A4 ein Anschluß 12 und gleichzeitig auf der Oberseite des Formteiles eine Kontaktfläche 13 aufweist. Somit lassen sich Kontakte eines Halbleitchips in 2 Ebenen eines Formteiles realisieren.

Fig. 3 zeigt eingedrückt in eine thermoplastisches, flächiges Isolierteil A10 ein Fügeteil A4, welches im Beispiel ein metallisch blankes, versilber tes Stück einer Antennenspule darstellt. Fügeteil B5 stellt ein Anschlußpin eines Chipgehäuses dar, die Anschlußpins wurden bereits im lead frame Verband vor dem Heraustrennen der Gehäuse aus dem lead frame mittels Disponsen mit z. B. silbergefülltem Kleber . . . der Fa. AIT beschichtet, der Kleber wurde vorgetrocknet.

Nach dem Heraustrennen der Gehäuse aus dem leadfram-Verband sind die Anschlußpins kurzzeitig auf 150°C aufgeheizt und durch den etwas aufge schmolzenen Kleber 3 sowohl auf dem Isolierteil A10 als auch auf dem Fügeteil A4 vorfixiert werden.

Anschließend erfolgt nach Auflegen eines weiteren thermoplastischen flächigen Isolierteiles B11 und Zusammenpressen der Isolierteile 10, 11 durch parallele, flächige und auf ca. 150°C beheizte Formwände 8, 9 das Laminieren der Isolierteile 10, 11.

Fig. 4 stellt die Situation beim Abschluß des Laminierens dar. Unter dem Druck der zähflüssigen Isolierteile 10, 12 sind die Fügeteile 4 und 5 zusam mengepreßt und in ihrer Lage zueinander verändert und etwas in Richtung Isolierteil A10 verschoben worden.

Dabei trat auch der erwünschte Direktkontakt 16 zwischen den beiden Fügeteilen 4; 5 auf. Zur Unterstützung dieses Direktkontaktes 16 ist es vorteilhaft eventuelle Schneidgrate an den Fügeteilen 4, 5 so anzulegen, daß sie in Richtung Fügepartner zeigen. Der Kleber 3 ist breitgequetscht und benetzt relativ große Flächen an Fügeteil 4 und 5.

Bezugszeichenliste

1

Fügefläche A

2

Fügefläche B

3

Kleber

4

Fügeteil A

5

Fügeteil B

6

elektrisch isolierender Kunststoff

7

Formraum

8

obere Formwand

9

untere Formwand

10

Isolierteil A

11

Isolierteil B

12

Anschluß

13

Kontaktfläche

14

Formwerkzeugoberteil

15

Formwerkzeugunterteil

16

Direktkontaktstelle

Claims

1. Klebeverbindung von elektrisch leitenden Fügeteilen, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen die Fügeflächen (1, 2) ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer, mit einer erforderlichen Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur und -zeit, die dem Prozeßregime der nachfolgenden Laminier- oder Plastumhüllungsschritte entspricht, Kleber (3) gebracht, daß die Fügeflächen (1; 2) der Fügeteile (4, 5) zueinander positioniert werden, daß die an sich im folgenden Laminierschritt zu laminierenden Flächen der Isolierteile (10, 11) bzw. die an sich im folgenden Plastumhüllungsschritt den Formraum (7) bildenden Formwände (8, 9) als Spannflächen die Fügeteile (4, 5) gegeneinander pressen und gleichzeitig den Kleber (3) auf die erforderliche Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur aufheizen, die die Fügeteile (4, 5) infolge des schmelzenden Klebers (3) und des Zusammen pressens in die endgültige Lage bringen und die Fügeteile (4, 5) durch das ebenfalls unter dem Laminierpreßdruck geringfügig fließende und den Raum um die Fügeteile (4, 5) ausfüllende Material der Isolierteile (10, 11) bzw. durch den in den Formraum (7) beim Plastumhüllungsprozeß einge spritztem Kunststoff (6) fixieren und hermetisch umhüllen.

2. Klebeverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrisch leitender Kleber (3) verwendet wird.

3. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügeteile (4, 5) mittels des Klebers (3) bei einer gegenüber der endgültigen Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur und -zeit wesentlich geringeren Zeit- bzw. Temperaturbelastungen zueinander vorfi xiert werden.

4. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Laminiertemperatur die Viskosität des Klebers (3) kleiner ist, als die der schichtförmigen thermoplastischen Isolierteile 10, 11.

5. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Plastumhüllungstemperatur die Viskosität des Klebers (3) größer ist, als die des einströmendem elektrisch isolierenden Kunststoffes (6).

6. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskoeffizienten des Klebers (3) und der Fügeteile (4, 5) jeweils kleiner sind als der Ausdehnungskoeffizient der Isolierteile (10, 11) und des elektrisch isolierenden Kunststoffes.

7. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügeteile (4, 5) so gestaltet sind, daß eventuelle Vorsprünge, Schneidgrate, Kanten aufeinander gepreßt werden, um zwischen den Fügeteilen (4, 5) Direktkontakt (16) zu erzielen.

8. Klebeverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Fügeteil (4, 5) metallisch blanke, oberflächenver edelte lead frames, Kontaktstücke oder Antennendrähte oder Leiterbahnen verwendet werden.