DE19708325B4

DE19708325B4 - Klebeverbindung von elektrisch leitenden Fügeteilen

Info

Publication number: DE19708325B4
Application number: DE19708325A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Michalk
Original assignee: Sokymat GmbH
Current assignee: HID Global GmbH
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: DE19708325A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Fügeteile (4, 5) an Fügeflächen (1, 2) mittels Kleben, wobei zwischen die Fügeflächen (1, 2) ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer Kleber (3) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass
– die erforderliche Schmelz- oder Reaktionstemperatur und -zeit des Klebers (3) dem Prozessregime des nachfolgenden Laminierschrittes entsprechen,
– die Fügeflächen (1, 2) zueinander positioniert werden,
– in einem folgenden Laminierschritt die zu laminierenden Flächen von Isolierteilen (10, 11) als Spannflächen die Fügeteile (4, 5) gegeneinander pressen und gleichzeitig den Kleber (3) auf die erforderliche Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur aufheizen, wobei die Fügeteile (4, 5) infolge des schmelzenden Klebers (3) und des Zusammenpressens in die endgültige Lage gebracht werden und
– die Fügeteile (4, 5) einen Direktkontakt bilden und durch das ebenfalls unter dem Laminierpressdruck geringfügig fließende und den Raum um die Fügeteile (4, 5) ausfüllende Material der Isolierteile (10, 11) fixiert und hermetisch umhüllt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Fügeteile an Fügeflächen mittels Kleben, wobei zwischen die Fügeflächen ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer Kleber gebracht wird.
Verfahren dieser Art werden angewendet, um Spulendrähte mit Anschlüssen 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 laminierfähigen 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 mechanische Drücke auf Antenne, Chipmodul und die Verbindungsstelle von Chipmodulkontaktfläche zu Antennenanschluß ausgeübt. An der Verbindungsstelle 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-Kontaktbügeln 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 permanenten elektrischen Druckkontaktes beschrieben. Diese Anordnung ist jedoch nur für relativ große Kontaktflächen auf bei Laminiertemperatur nicht erweichenden Substratoberflächen anwendbar.

Aus DE 195 00 925 A1 ist eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung bekannt, bei der ein in den Kartenkörper eingebautes Übertragungsmodul, welches eine Spule und Anschlussflächen zu elektrischen Ankopplung an das Chipmodul aufeist. Dabei sind die Anschlussflächen des Chipmoduls und die Anschlussflächen des Übertragungsmoduls über einen leitfähigen Kleber miteinander verbunden. Bei dieser Anordnung ist nachteilig, dass der elektrische Kontakt nicht durch Direktkontakt erzeugt wird, sonder mittels leitfähiger Partikel oder leitfähigem Kleber hergestellt wird, was einen größeren Kontaktwiderstand bedingt.

Ferner beschreibt DE 37 01 343 A1 ein Verfahren zur Montage eines LSI- bzw. IC-Bausteins auf einer Verdrahtungsunterlage, bei dem elektrisch leitende Fügeteile mit einer anisotropen leitfähigen Paste verbunden werden. Auch hierbei wird kein Direktkontakt erzeugt. Der Kontakt entsteht durch Aushärten einer leitfähigen Paste, was einen zusätzlichen Arbeitsgang erfordert.

Nach DE 43 43 272 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Klebschicht zur Verbindung von zwei elektrisch leitfähigen Oberflächen bekannt, bei dem zumindest eine der zu klebenden Oberflächen mit einem niedrig viskosen, elektrisch nicht leitfähigen Klebstoff benetzt wird und anschließend bei Kontaktdruck einer Temperatur, die zumindestens der Aushärtetemperatur des eingesetzten Klebstoffes entspricht, solange ausgesetzt wird, bis die Klebfuge einen vernachlässigbaren elektrischen Widerstand aufweist. Dieses Verfahren erfordert einen zusätzlichen Arbeitsgang zum Aushärten des Klebers. Ein Direktkontakt wird dabei regelmäßig nicht erreicht.

In DE 44 37 721 A1 ist ein elektrisches Modul für den Einbau in einen Datenträger mit einem auf einem Träger des Moduls angeordneten integrierten Schaltkreis beschrieben. Der Einbau der Module erfolgt in Laminiertechnik, wobei mehrere Kartenschichten durch Wärme- und Druckeinwirkung miteinander verbunden werden, nachdem die Spulenenden und die Anschlusspunkte des integrierten Schaltkreises miteinander verbunden wurden. Die Erzeugung eines permanenten Druckkontakts wird damit nicht erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Chipmodul und einem Anschlussstück anzugeben, welches mit einfachen Mitteln vollautomatisch durchzuführen ist und eine sehr hohe Produktivität aufweist. Dabei soll die Verbindungsstelle ein minimiertes Volumen aufweisen, keine unzulässigen thermischen Belastungen vom Substrat und Chipmodul o. ä, bewirken. Ferner sollen die Verbindungsstelle und die Kontaktpartner beim nachfolgenden Plastumhüllen ihre endgültige Lage zueinander einnehmen und gleichzeitig die beabsichtigte Verbindungsqualität entstehen.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe durch folgende Verfahrensweise:
Zwischen die Flügelflächen von beiden elektrisch leitend zu fügenden Teilen wird ein thermoplastischer oder themperaturstufenweise härtbarer, mit einer erforderlichen Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur u. -zeit, die dem Prozessregime der nachfolgenden Laminier- oder Plastumhüllungsschritte 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 schmelzenden Klebers des Zusammenpressens in die endgültige Lage und fixieren die Fügeteile durch das ebenfalls unter dem Laminier-Preßdruck geringfügig fließende und den Raum um die Fügeteile ausfüllende Material der Isolierteile bzw. durch den in den Formraum beim Plastumhüllungsschritte eingespritzten Kunststoff und schließen sie hermetisch ein.

Vorteilhaft ist es die Fügeteile bereits bei niedriger Temperatur bzw. geringer 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 aufzubringen, da vorzuhärten bzw. anzutrocknen und anschließend unter Erwär men dieses Fügeteiles die Vorfixierung auf dem anderen Fügeteil vorzunehmen.

So lässt sich der Vorfixiervorgang als reiner Bestückungsschritt durchführen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

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 durchführbar, die Verbindungsstelle stellt sich exakt nach den umgebenden Isolier- bzw. Formflächen her und sie wird, da sie erst endgültig im eigentlich 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 hermetisch eingeschlossen 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:
1 einen Schnitt durch zwei Fügeteile mit dazwischen liegender Kleberschicht vor dem Plastumhüllen,
2 einen Schnitt durch die in 1 dargestellten Fügeteile beim Plastumhüllen,
3 einen Schnitt durch eine thermoplastische Isolierschicht mit eingelegtem Fügeteil und darüber vorfixiertem weiterem Fügeteil und
4 einen Schnitt durch zu laminierende thermoplastische Isolierschichten mit dazwischenliegenden endgültig elektrisch leitend verbundenen Fügeteilen zum Schluss des Laminiervorganges.
In 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 50μm 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.
2 stellt die Situation nach dem Umhüllen dar. Infolge des Schließdruckes und der Temperatur von ca. 190° der oberen Formwand 8 und der unteren Formwand 9 werden die beiden Fügeteile 4 und 5 gegeneinandergedrückt 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 Kunststoff 6 in den verbliebenen Formraum der durch die Werkzeugteile 14, 15 gebil det wird, eingespritzt. Der Duroplast 6 geliert und härtet aus und schließt die Fügeteile 4, 5 und den Kleber 3 fest in sich ein. Während des Traunsfermoldingzyklus hat der thermoplastische Kleber 3 ausreichend Zeit und genügend hohe Reaktionstemperatur, um die Fügeflächen 1 und 2 ausreichend zu benetzen. Da der einzuspritzende Kunststoff 6 eine geringere Viskosität aufweist als der aufgeschmolzene thermoplastische Kleber 3, tritt ein Wegspülen des Klebers 3 nicht auf.
Nach dem Entformen steht ein Formteil zur Verfügung, das in Verlängerung des waagerechten Fügeteiles 4 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.
3 zeigt eingedrückt in eine thermoplastisches, flächiges Isolierteil 10 ein Fügeteil 4, welches im Beispiel ein metallisch blankes, versilbertes Stück einer Antennenspule darstellt. Fügeteil 5 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 aufgeschmolzenen Kleber 3 sowohl auf dem Isolierteil 10 als auch auf dem Fügeteil 4 vorfixiert werden.
Anschließend erfolgt nach Auflegen eines weiteren thermoplastischen flächigen Isolierteiles 11 und Zusammenpressen der Isolierteile 10, 11 durch parallele, flächige und auf ca. 150°C beheizte Formwände 8, 9 das Laminieren der Isolierteile 10, 11.
4 stellt die Situation beim Abschluss des Laminierens dar. Unter dem Druck der zähflüssigen Isolierteile 10, 12 sind die Fügeteile 4 und 5 zusammengepresst und in ihrer Lage zueinander verändert und etwas in Richtung Isolierteil 10 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.

1: Fügefläche A
2: Fügefläche B
3: Kleber
4: Fügeteil A
5: Fügeteil B
6: elektrisch isolierender Kunststoff
8: obere Formwand
9: untere Formwand
10: Isolierteil A
11: Isolierteil B
12: Anschluss
13: Kontaktfläche
14: Formwerkzeugoberteil
15: Formwerkzeugunterteil
16: Direktkontaktstelle

Claims

Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Fügeteile (4, 5) an Fügeflächen (1, 2) mittels Kleben, wobei zwischen die Fügeflächen (1, 2) ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer Kleber (3) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die erforderliche Schmelz- oder Reaktionstemperatur und -zeit des Klebers (3) dem Prozessregime des nachfolgenden Laminierschrittes entsprechen, – die Fügeflächen (1, 2) zueinander positioniert werden, – in einem folgenden Laminierschritt die zu laminierenden Flächen von Isolierteilen (10, 11) als Spannflächen die Fügeteile (4, 5) gegeneinander pressen und gleichzeitig den Kleber (3) auf die erforderliche Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur aufheizen, wobei die Fügeteile (4, 5) infolge des schmelzenden Klebers (3) und des Zusammenpressens in die endgültige Lage gebracht werden und – die Fügeteile (4, 5) einen Direktkontakt bilden und durch das ebenfalls unter dem Laminierpressdruck geringfügig fließende und den Raum um die Fügeteile (4, 5) ausfüllende Material der Isolierteile (10, 11) fixiert und hermetisch umhüllt werden.
Verfahren zum Verbinden elektrisch leitender Fügeteile (4, 5) an Fügeflächen (1, 2) mittels Kleben, wobei zwischen die Fügeflächen (1, 2) ein thermoplastischer oder temperaturstufenweise härtbarer Kleber (3) gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass – die erforderliche Schmelz- oder Reaktionstemperatur und -zeit des Klebers (3) dem Prozessregime nachfolgender Plastumhüllungsschritte entsprechen, – die Fügeflächen (1, 2) zueinander positioniert werden, – in einem folgenden Plastumhüllungsschritt die einen Formraum bildenden Formwände (8, 9) als Spannflächen die Fügeteile (4, 5) gegeneinander pressen und gleichzeitig den Kleber (3) auf die erforderliche Schmelz- bzw. Reaktionstemperatur aufheizen, wobei die Fügeteile (4, 5) infolge des schmelzenden Klebers (3) und des Zusammenpressens in die endgültige Lage gebracht werden und – die Fügeteile (4, 5) einen Direktkontakt bilden und durch den in den Formraum (7) beim Plastumhüllungsprozess eingespritzten Kunststoff (6) fixiert und mindestens teilweise umhüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber (3) elektrisch leitend ist.
Verfahren 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/oder -zeit wesentlich geringeren Zeit- bzw. Temperaturbelastungen zueinander vorfixiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Klebers (3) bei Laminiertemperatur geringer ist, als die der schichtförmigen thermoplastischen Isolierteile (10, 11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Plastumhüllungstemperatur die Viskosität des Klebers (3) größer ist, als die des einströmendem elektrisch isolierenden Kunststoffes (6).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnungskoeffizienten des Klebers (3) und der Fügeteile (4, 5) jeweils kleiner sind als der Ausdehnungskoeffiezient der Isolierteile (10, 11) und des elektrisch isolierenden Kunststoffes.
Verfahren 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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Fügeteile (4, 5) metallisch blanke, oberflächenveredelte Leadframes, Kontaktstücke oder Antennendrähte oder Leiterbahnen verwendet werden.