-
I. Anwendungsgebiet
-
Die Erfindung betrifft mit einem
Chip bzw. integriertem Schaltkreis (IC) ausgestattete Ausweise, Pässe, andere
Identifikationselemente, Karten wie etwa Telefonkarten, Bankkarten,
Kreditkarten, Guthabenkarten und dergleichen. Im folgenden wird
die Erfindung anhand von Karten dargestellt, ohne die Erfindung
hierauf zu beschränken.
-
II. Technischer Hintergrund
-
Bei derartigen Karten wird zunächst der Kunststoffkörper hergestellt,
in der Regel aus einem Kunststoffmaterial, und anschließend der
IC sowie die mit dem IC verbundenen, an der Außenseite der Karte notwendigen,
Kontaktflächen
am bzw. im Kartenkörper
fixiert.
-
Einerseits sind unterschiedliche
Kartenkörper
bekannt:
Die kostengünstigen,
in der Regel für
nur einmalige Verwendung vorgesehenen Karten weisen einen Monoblock-Kartenkörper, meist
aus ABS, auf.
-
Hochwertige Kartenkörper weisen
einen mehrschichtigen Aufbau auf, beispielsweise mit einer opaken,
undurchsichtigen Mittelschicht sowie beidseitigen, z. B. durchsichtigen,
Deckschichten.
-
Andererseits sind die Verfahren zum
Einbetten der ICs und Kontaktflächen
unterschiedlich, einerseits abhängig
von dem Aufbau des Kartenkörpen,
andererseits abhängig
vom Aufbau der IC-Einheit.
-
Bisher wird der IC bzw. die Kontaktflächen nicht
alleine gehandhabt, da die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des
ICs, der Kontaktflächen oder
der dazwischen bestehenden elektrisch leitfähigen Verbindungen zu groß wäre. Daher
sind sowohl der IC einerseits als auch die Kontaktflächen andererseits
an einem Trägermaterial,
dem sogenannten Substrat, auch Modul genannt, befestigt, welches ebenfalls
wieder aus nicht leitfähigem
Material, in der Regel Kunststoff, besteht und in Form einer dünnen Platte
oder Folie vorliegt.
-
Dabei befinden sich die Kontaktflächen auf der
einen Außenseite
des Substrats, während
der IC sich entweder auf der davon abgewandten Außenseite
oder in einer Durchgangsöffnung
des Substrats befindet, und über
elektrisch leitende Stege mit den Kontaktflächen verbunden ist.
-
Bei der Handhabung dieses mit IC
und Kontaktflächen
ausgestatteten Substrats wird darauf geachtet, auf den IC selbst
keine zu hohen Belastungen hinsichtlich Druck, Temperatur etc. auftreffen
zu lassen.
-
Bekannt ist es, das Substrat mittels
Heißkleber
oder Kaltkleber mit dem Kartenkörper
zu verkleben.
-
Um dabei eine ebene Oberfläche der
fertigen Karte zu erzielen, wird hierfür nach dem Aufbringen der Deckschichten – vor dem
Verkleben im Kartenkörper
eine entsprechende, meist abgestufte, Vertiefung hergestellt, in
der Kegel durch Ausfräsen.
Der mittlere, tiefere Teil dieser Vertiefung dient der Aufnahme
des vom Substrat nach unten in Richtung des Kartenkörpers vorstehenden
ICs, während
der umgebende flachere Teil der Vertiefung der Aufnahme des Substrats
dient.
-
Damit wird erzielt, daß nach dem
Verkleben entweder das Substrat selbst mit seiner Frontseite bündig mit
der Vorderseite des Kartenkörpers
ist, oder die auf dem Substrat angeordneten und über dieses leicht vorstehenden
elektrisch leitenden Kontaktflächen.
-
Unregelmäßigkeiten der Kartenoberfläche können vor
allem dadurch auftreten, daß aus
Gründen
der automatisierten Herstellbarkeit die das Substrat aufnehmende
Vertiefung mit größerer Grundfläche gewählt werden
muß als
das Substrat selbst, und an den umlaufend verbleibenden Fugen somit
entweder überschüssiger Kleber
austreten kann und damit Aufwölbungen
nach außen
ergeben, oder durch überschüssigen Kleber
eben nicht vollständig
ausgefüllt
werden, und dadurch Vertiefungen verbleiben. Zur Erzielung einer
glatten Oberfläche
kann nur mit Kleberüberschuß gearbeitet
werden, der dann jedoch immer über
die Oberfläche
vorquillt und in einem separaten Arbeitsschritt mechanisch entfernt werden
muß.
-
Dabei soll jedoch unbedingt vermieden
werden, daß der
aus Entlastungsgründen
im tieferen Teil der Kavität
frei hineinragende IC, die sogenannte "Pille", dort durch Kleberüberschuß aus dem flacheren Teil der
Kavität
verklebt wird.
-
Die
DE 197 31 737 A1 offenbart ein Verfahren
zur Bestückung
eines Kartengrundkörpers
mit einem Chipmodul. Zur Verbindung des Chipmoduls mit dem Kartenkörper wird
dieser mittels eines Ultraschall-Schweißverfahrens lokal erwärmt, so
daß das Chipmodul
in eine Vertiefung druckbar ist. Üblicherweise wird das Zusammenfügen von
Karte und Chipmodul mit einer Sonotrode durchgeführt, die ganzflächig auf
dem Chipmodul aufliegt und dadurch insbesondere die Kontaktflächen und
den integrierten Schaltkreis oftmals zu stark erwärmt.
-
III. Darstellung der Erfindung
-
a) Technische Aufgabe
-
Es ist daher die Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung, ein Verfahren zum Befestigen von ICs und Kontaktflächen an
bzw. in einen Kartenkörper
zu schaffen sowie eine auf diese Art und Weise teilweise oder ganz
fertiggestellte Karte.
-
b) Lösung der Aufgabe
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
der Ansprüche
1 und 12 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Durch das Verschweißen mittels
Ultraschall, also Aufbringen von Druck und Ultraschall-Schwingungen,
sind einerseits sehr kurze Taktzyklen möglich, da die Verschweißung unmittelbar
nach Beenden der Ultraschallschwingung verfestigt.
-
Im Gegensatz zur direkten Einbringung
von Wärmeenergie
mittels z. B. eines Heizstempels, wie es heute bei dem Verkleben
mittels Heißklebern
bzw. Schmelzklebern angewandt wird, bietet das Ultraschallschweißen den
Vorteil, daß die
zum Verkleben notwendige Energie in Form von mechanischen Schwingungen
in die zu erzeugende Verbindung eingebracht wird, die erst an der
Kontaktstelle zwischen den miteinander zu verbindenden Teilen umgesetzt und
zum Aufbrechen der molekularen Bindungen des festen Materials, in
diesem Falle des Substrats einerseits und des Kartengrundkörpers andererseits,
sowie zur Änderung
des Zustandes von fest zu teigig bzw. flüssig, in der Nähe der Kontaktstelle
eingesetzt wird. Sofern beim Ultraschallschweißen über diese Materialerweichung
hinaus Energie durch Aufbringen von Druck und/oder Schwingungen
zugeführt
wird, kommt es auch beim Ultraschallschweißen an der Kontaktstelle zu
einer Materialerwärmung,
was jedoch durch möglichst
genaue Steuerung der zugefführten
Energie, also Höhe
und Zeitdauer des aufgebrachten Druckes sowie Frequenz und Zeitdauer der
Schwingungen, so geregelt werden kann, daß keine oder eine nur möglichst
geringe Erwär mung
an der Schweißstelle
auftritt.
-
Zum einen sind beim Ultraschallschweißen somit
die Abkühlzeiten
sehr gering bzw. entfallen vollständig, was die Taktzeiten bei
der Massenproduktion derartiger Karten bzw. Ausweise reduziert,
zum anderen beschränkt
sich die Erwärmung,
sofern eine solche stattfindet, auf den unmittelbaren Verklebungsbereich,
also die miteinander in Kontakt gebrachten Klebeflächen, während davon
weiter entfernte Bereiche, insbesondere die nach außen weisende
Seite des Substrats und der IC selbst bereits keiner Erwärmung mehr
unterworfen werden. Auch optisch nachteilige Veränderungen auf der Außenseite
der Karte, wie sie beim Aufsetzen eines Heizstempels häufig die
Folge sind, und die beispielsweise die Auswahl der verwendbaren
Materialien einschränkt, werden
vollständig
vermieden.
-
Ein weiterer Vorteil der Ultraschallschweißung besteht
darin, daß die
Verklebung entweder mit Hilfe eines Ultraschall-fähigen Klebers
durchgeführt werden
kann, oder ohne zusätzlichen
Kleber, sofern das Material mindestens eines der an der Verklebung beteiligten
Bauteile Ultraschallschweißfähig ist,
also bei Energiezufuhr klebfähig
wird. Vorzugsweise sollten beide Materialien diese Eigenschaft aufweisen und
insbesondere die Materialien beider Bauteile identisch sein, da
dies eine optimale Ultraschallverschweißung ergibt.
-
Auf diese Art und Weise kann wie
bisher bekannt – ein
Substrat, in der Regel ebenfalls eine Kunststoffolie oder eine Kunststoffplatte,
die ihrerseits den eigentlichen integrierten Schaltkreis sowie die
Kontaktflächen
und die Verbindungsstege zwischen beiden aufweist, mit dem Kartenkörper verbunden
werden, oder es können
unter Wegfall des Substrats der integrierte Schaltkreis und/oder
die Kontaktflächen
direkt mit dem Kartenkörper
verbunden werden. Um dabei ein Ankleben von erwärmtem Material an der Sonotrode,
mittels welcher die Ultraschallschwingung und der Druck aufgebracht
werden, zu vermeiden, ist ein wechselbarer Überzug der Sonotrode vorstellbar,
beispielsweise ein über
die Sonotrode abschnittsweise darüber gelegtes endloses Band
aus einem Material mit niedriger Haftfähigkeit, wie beispielsweise
Teflon.
-
Ein weiterer Vorteil der Ultraschallverbindung
besteht darin, daß durch
die Ultraschallbeaufschlagung – auch
bei Verwendung eines Klebers – auch
das Material des Kartenkörpers
im Beaufschlagungsbereich teigig und damit fließfähig wird. Damit ist es möglich, eine
Materialverdrängung
im Kartengrundkörper
zu erreichen, und damit das Herstellen einer Vertiefung für den Chip
bzw. das Substrat im Kartenkörper
entweder vollständig
zu vermeiden oder zumindest zu vereinfachen, indem diese Vertiefung
nicht nachträglich
durch Fräsen,
sondern beispielsweise durch Umformung oder direkt beim Spritzgußvorgang,
also auf einfache Art und Weise, hergestellt werden kann.
-
So könnte beispielsweise die Aussparung
für den
Chip selbst ausreichen, während
das wesentlich dünnere
Substrat durch Materialverdrängung
in die Oberfläche
des Kartenkörpers
hinein gebracht wird bis zur Bündigkeit
der jeweiligen Außenflächen von Substrat
und Kartengrundkörper.
-
Dabei kann insbesondere eine oder
mehrere zusätzliche
Vertiefungen als Volumenpuffer für
bei der Verdrängung
anfallendes überschüssiges Kartenkörper-Material
bzw. Klebermaterial bei Verwendung eines Klebers, benutzt werden,
z. B. ein Ringkanal knapp innerhalb des äußeren Randes des Substrats.
-
Das seitliche Austreten von Kleber
bzw. Überschußmaterial
entlang des Umfangs des Substrats kann durch zusätzliche Maßnahmen vermieden werden:
Zum
einen kann die Sonotrode von ihrer Fläche her deutlich größer gewählt werden
als das Substrat, so daß die
seitlich überstehenden
Bereiche der Sonotrode ein Austreten des Materials bzw. Klebers
verhindern, und gleichzeitig in diesen angrenzenden Bereichen eine
Komprimierung des Materials stattfindet, mit deren Hilfe das verdrängte Volumen
kompensiert wird.
-
Eine andere Möglichkeit besteht darin, durch sehr
paßgenaue
und insbesondere konische Kanten entweder des Substrats oder auch
der Flanken der Vertiefung im Kartenkörper beim Eindrücken des Substrats
unter Ultraschallbeaufschlagung eine Keilwirkung zu erzielen, die
eine gute Abdichtung am Rand bietet und damit ein Austreten von Überschußmaterial
bzw. Kleber in diesem Bereich verhindert. Dabei kann die Handhabung
auch durch spezifische Gestaltung der Sonotrode in Abstimmung auf
die der Sonotrode zugewandte Oberseite des Substrats erleichtert
werden. In der Regel stehen auf dieser Seite über das Substrat die dort aufgebrachten
metallischen Kontaktflächen
etwas nach oben vor. Diese vorstehenden Kontaktflächen können einerseits
zum Positionieren der Sonotrode benutzt werden. In diesem Fall weist
die Sonotrode in ihrer Frontfläche
Vertiefungen auf, die den vorhandenen Kontaktflächen entsprechen.
-
Sind diese Vertiefungen tiefer als
es der Dicke der Kontaktflächen
entspricht, liegt die Sonotrode nur an den Substratfreiflächen außerhalb
der Kontaktflächen
am Substrat an und bringt nur dort Druck und Ultraschallschwingung
auf. Sofern die Grundfläche
dieser Vertiefungen exakt der Fläche
der Kontaktflächen
entspricht, werden die Kontaktflächen zum
formschlüssigen
Positionieren und Zentrieren der Sonotrode verwendet, allerdings
mit der Folge, daß auf
die Karten der Kontaktflächen
ebenfalls Ultraschallschwingungen übertragen werden. Soll dies vermieden
werden, muß die
Grundfläche
der Vertiefungen größer sein
als die der Kontaktflächen.
Weiterhin ist eine Vertiefung in der Frontfläche der Sonotrode im Bereich
des eigentlichen integrierten Schaltkreises vorgesehen, um in diesem
Bereich weder Druck noch Ultraschallschwingungen in das Substrat einzuleiten.
-
Bei der Beaufschlagung mittels Ultraschall ist
dabei auch nach der Richtung der Ultraschallschwingung, also der
Amplitudenrichtung der Schwingung, zu unterscheiden. Diese Schwingungsrichtung
kann quer zur Kartenhauptebene, insbesondere lotrecht hierzu, gewählt werden,
oder in der Kartenhauptebene, insbesondere in den beiden Raumrichtungen
abwechselnd.
-
Der Vorteil einer lotrechten Schwingungsrichtung
liegt darin, daß hierbei
sehr geringe bzw. überhaupt
keine Relativbewegungen der miteinander zu verbindenden Teile in
der Kartenebene stattfinden, also beispielsweise die für das Substrat
oder den integrierten Schaltkreis vorgesehenen Vertiefungen im Kartenkörper hinsichtlich
ihrer Grundfläche nicht
größer, sondern
exakt der Größe dieser
Bauteile gewählt
werden können.
-
Der Vorteil von Schwingungen in der
Kartenebene liegt darin, daß hierdurch
der Fließprozeß des teigigen
Materials, sei es Material der beteiligten Bauteile und/oder Klebermaterial,
in Kartenhauptebene gefördert
wird. Dadurch kann insbesondere das Transportieren von Material
in definiert vorhandene Pufferzonen hinein gefördert werden.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform
besteht deshalb darin, zunächst
eine Beaufschlagung mit einer Schwingungsrichtung lotrecht zur Kartenebene vorzunehmen
und anschließend
Ultraschallschwingung mit Schwingungsrichtung in der Kartenebene, insbesondere
nacheinander in beiden Richtungen der Kartenebene oder kreisend
in der Kartenebene durchzuführen.
Durch den ersten Schritt wird die Energieeinbringung soweit vorangetrieben,
daß das Mate rial
teigig wird, und durch den zweiten Schritt, der insbesondere gegenüber dem
ersten Schritt bei reduziertem Druck oder ganz ohne Druck vonstatten gehen
kann, wird ausschließlich
die Materialförderung
in die gewünschten
Zonen hinein gefördert.
-
Diese Zonen können das bereits erwähnte Differenzvolumen
in separat hergestellten Pufferzonen sein, beispielsweise regelmäßig im Boden
der Vertiefung des Kartengrundkörpers
nochmals eingebrachte kleinere punktförmige Vertiefungen, oder eine
entlang des Randbereiches der Vertiefung des Kartengrundkörpers in
dessen Boden eingearbeitete, insbesondere geschlossen umlaufende
Rinne, die Überschußmaterial
aufnimmt, bevor dieses entlang der Außenränder des Substrats über die
Kartenoberfläche
hochsteigen kann.
-
Im Idealfall soll natürlich gar
kein Material fließen,
sondern ausschließlich
die Oberfläche
des kontaktierenden Materials nur bis zur Klebfähigkeit erweichen.
-
Auch ein – vor dem Einbringen des Substrats – stattfindender
separater Vorbearbeitungsschritt ist denkbar, der in der ebenen
Außenfläche des
rohen Kartengrundkörpers
durch Aufbringen von Druck und Ultraschall mittels einer Sonotrode
in einem definierten Bereich das Material des Kartengrundkörpers zunächst erweicht,
um erst danach – wiederum
mittels Aufbringen von Druck und/oder Ultraschall die gewünschten
Bauteile auf oder in den Kartengrundkörper zu implementieren.
-
Bei der Verbindung von zwei thermoplastischen
Kunststoffmaterialien kann ferner durch gezielte Wahl der Materialien
hinsichtlich ihrer Erweichungsenergie ein Vorteil erzielt werden.
Wenn beispielsweise das Material des Kartengrundkörpers früher erweicht
als das Material des Substrats, welches die elektrischen Bauteile
trägt,
so ist bei noch relativ stabilem Substrat bereits eine gute Fließfähigkeit
des Grundkörpermaterials
und dessen Fließen
in die gewünschten
Pufferzonen hinein erzielbar.
-
c) Ausführungsbeispiele
-
Eine Ausführungsform gemäß der Erfindung ist
im folgenden anhand der Figuren beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 die
Vorgehensweise bei einer Monoblockkarte,
-
2 die
Vorgehensweise bei einer Mehrschichtkarte,
-
3 eine ähnliche
Darstellung gegenüber 1, und
-
4 eine
Aufsicht auf das Trägerelement 4 beim
Einsetzen in den Kartenkörper 2.
-
In den 1-2 ist die Karte 1,
bzw. vor Zusammenbau deren Einzelteile jeweils im Querschnitt, also
geschnitten quer zur Hauptebene, der Kartenebene 10, dargestellt.
-
In 1a ist
der Kartenkörper 2 einer
plattenförmigen
Karte aus Kunststoff, mit vorzugsweise zueinander paralleler Vorderseite 14 und
Hinterseite 15 dargestellt, in welche ein Trägerelement 4 eingesetzt
werden soll, welches aus einem Substrat 5, ebenfalls ein
plattenförmiges
Kunststoffelement oder Folienstück,
umfaßt,
auf dessen dem Kartenkörper 2 zugewandten
Rückseite 12 ein
integrierter Schaltkreis IC aufgesetzt und mittels einer linsenförmigen Umhüllung 19 geschützt ist,
und auf dessen dem Kartenkörper 2 abgewandten
Frontseite 13 Kontaktflächen 6 aus
Metall aufgebracht sind, die dem späteren Kontaktieren des ICs
diesen. Die ebenfalls vorhandenen elektrisch leitenden Verbindungen
zwischen diesen Kontaktflächen 6 und
dem IC sind der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt, sind jedoch ebenfalls Bestandteil des
Trägerelementes 4.
-
Das Trägerelement 4 weist
somit bei dieser Bauform eine etwa plattenförmige Gestalt mit nach unten
vorstehendem IC bzw. Umhüllung 19 auf.
-
Zur Aufnahme im Kartenkörper 2 ist
daher in dessen dem Trägerelement 4 zugewandten
Vorderseite 14 eine Vertiefung in Form einer Aussparung 3 eingearbeitet,
die vom Umfang her etwas größer ist als
das Substrat 5 des Trägerelements 4, über dessen
Außenrand
die Kontaktflächen 6 nicht
vorstehen. Im Boden dieser Aussparung 3 ist eine weitere
Vertiefung in Form einer Aussparung 3' topfförmig eingearbeitet, an der
Position des ICs bzw. dessen Umhüllung 19,
und ebenfalls wieder vom Umfang her größer dimensioniert als die Umhüllung 19 und
auch etwas tiefer. Die Aussparung 3' ist bei einem einschichtigen Kartenaufbau,
wie er in 1a, 1b vorzugsweise dargestellt
ist, keine Durchgangsöffnung
bis zur Hinterseite 15 des Kartenkörpers 2.
-
Die Tiefe der ersten Aussparung 3 ist
größer als
die Dicke des Substrats 5, vorzugsweise auch größer als
die gemeinsame Dicke von Substrat 5 und darauf aufgesetzten
metallischen Kontaktflächen 6. Auf
dem Boden dieser Aussparung 3, insbesondere um die zweite
Aussparung 3' herum,
ist eine Schicht aus Kleber 8 aufgebracht. Dieser könnte statt
dessen auch an der Rückseite 12 des
Substrats 5 außerhalb der
Umhüllung 19 für den IC
angeordnet sein.
-
Wie in 1b dargestellt,
wird dieses Trägerelement 4 in
den Aussparungen 3 bzw. 3' positioniert und mittels einer
von der einen Seite der Kartenebene 10 aufgesetzten Sonotrode 11 bzw. 11' und einem von
der Gegenseite her abstützenden
Amboß 9 einerseits
mit Druck und andererseits mittels Ultraschallschwingungen beaufschlagt,
mit welcher die Sonotrode 11 bzw. 11' schwingt, während der
Amboß 9 vorzugsweise
stillsteht.
-
Bei dem Kleber 8 handelt
es sich dabei um einen Kleber, der durch die bei der Einwirkung
der Ultraschallschwingung an der Kontaktfläche zwischen Kartenkörper 2 und
Substrat 5, also im Bereich des Klebers 8, teigig
bzw. klebfähig
wird und das Trägerelement 4 mit
dem Kartenkörper 2 verklebt.
Die Schicht des Klebers 8 wird dadurch in ihrer Höhe zusammengedrückt und
so wenig wie möglich
Material des Klebers zur Seite hin verdrängt, wenn mittels der Sonotrode 11 bzw. 11' das Trägerelement 4 soweit
in die Aussparung 3 des Kartenkörpers 2 hineingedrückt wird,
daß dessen
Frontseite 13 mit der Vorderseite 14 des Kartenkörpers 2 fluchtet.
-
Der Kleber 8 wird daher
zur Seite hin verdrängt,
und dringt einerseits in den Freiraum in der tieferen Aussparung 3' vor, die aus
diesem Grunde größer gewählt ist,
als es für
den IC und dessen Umhülung 19 notwendig
ist. Insbesondere wird die Aussparung 3' als Aussparung mit senkrecht zum
Boden stehenden Flanken ausgeführt,
während
die Umhüllung 19 des
ICs linsenförmig
gewölbt
ist. Andererseits dringt der Kleber 8 dadurch in die außen umlaufende
Fuge zwischen den äußeren Flanken 24 der Aussparung 3 und
die Außenkante 23 des
Substrats 5 vor. Je nach Breite dieser Fuge dringt der
Kleber 8 dabei über
die Vorderseite 14 des Kartenkörpers 2 nach außen vor,
und bildet dabei eine unerwünschte Aufwölbung 21,
oder er bleibt hinter dieser Vorderseite 14 zurück, und
bildet. dabei eine nutförmige
unerwünschte
Vertiefung.
-
Wie 1b zeigt
ist die Sonotrode 11 bzw. 11' auf die Frontseite 13 bzw.
Vorderseite 17 des Substrats 5 bzw. des Kartenkörpers 2 aufgesetzt, während die
Hinterseite 15 des Kartenkörpers 2 vom Amboß 9 abgestützt wird.
-
In der rechten Bildhälfte der 1b befindet sich dabei die
Sonotrode 11' nur
auf dem Substrat 5, so daß also die Fuge zwischen der
Außenkante
des Substrats 5 und dem äußeren Rand der Aussparung 3 frei
bleibt und dort die Auf wölbung 21 austreten kann.
-
In der linken Bildhälfte erstreckt
sich die Sonotrode 1 dagegen über diese Fuge hinweg und würde ein
solches Austreten verhindern, statt dessen die Verdrängung des
Klebers 8 in den Freiraum der Aussparung 3' hinein erzwingen.
-
Die Sonotrode 11 weist an
ihrer Frontfläche 17 flächenförmige Vorsprünge 16 auf
die nur außerhalb
der elektrischen Kontaktflächen 6 und
auch außerhalb
des Bereiches des ICs auf dem Substrat 5 anliegen. Die
dazwischen befindlichen Vertiefungen 22 in der Frontfläche 17 der
Sonotrode 11 bzw. 11' sind entweder sowohl hinsichtlich
ihrer Tiefe als auch ihres Umfanges – größer als die entsprechende Kontaktfläche 6,
wie an der Vertiefung 22 in der linken Bildhälfte dargestellt,
oder sie weisen zwar eine größere Tiefe,
jedoch passende Außenkontur
bezüglich der
Kontaktfläche 6 auf,
wie bei der Vertiefung 22' in der
rechten Bildhälfte
der 1b dargestellt
-
Dann liegen die äußeren Ränder der Vertiefung 22' in der Regel
an den Seitenkanten der über das
Substrat 5 vorspringende Kontaktfläche 6 an, und werden – bei einer
Schwingung der Sonotrode 11' in
der Kartenebene 10 – mit
diesem mitbewegt. Die Tiefe der Aussparung 22' ist jedoch
größer als
die Dicke der Kontaktfläche 6,
so daß eine
Druckeinleitung in die Kontaktfläche 6 vertikal
zur Kartenebene 10 nicht stattfindet.
-
Der in 2 dargestellte
Ablauf untetscheidet sich primär
dadurch, daß der
Kartenkörper 2c,
in welchen das Trägerelement 4 eingearbeitet
wird, nur die Mittelschicht eines mehrschichtigen Kartenaufbaus
darstellt, und vorher eine untere Schicht 2b auf die Hinterseite 15,
also auch eine obere Schicht 2a, auf die Vorderseite 14 der
Mittelschicht 2c aufgebracht wurde.
-
Dies stellt zwar zusätzlichen
Arbeitsaufwand dar, bietet jedoch auch Vorteile, beispielsweise,
daß die
zentrale Aussparung 3'' für den IC
als die Mittelschicht 2c durchdringende Aussparung ausgebildet, also
z. B. ausgestanzt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht dann,
daß die
in den Randberechen zwischen Außenumfang
des Substrats 5 und äußerem Rand
der Aussparung 3 bestehende Rufwölbung 21 nach außen oder
die nutförmige
Vertiefung 21' nach innen
durch die darüber
angebrachte obere Deckschicht 2a egalisiert werden kann.
-
Weiterhin ist anhand der 2c dargestellt, daß sich der
integrierte Schaltkreis IC nicht – wie in den 1a–2b dargestellt – auf der
Rückseite 12 des Substrats 5 befinden
muß, sondern
sich in einer hierfür
vorgesehenen Aussparung innerhalb des Substrats 5 befindet,
welches in der Regel zu diesem Zweck auch dicker ausgebildet ist.
-
Die zentrale Aussparung 3'', in der ansonsten der nach unten
vorstehende IC bzw. dessen Umhüllung 19 aufzunehmen
ist, dient dann nur noch der Aufnahme von überschüssigem Material des Klebers 8,
und kann ggf. auch vollständig
weggelassen werden, wie in der Linken Bildhälfte der 2c dargestellt. Eine Verklebung des IC
erfolgt nicht.
-
Anhand der Darstellung der verwendeten Sonotroden 11'' bzw. 11''' in 2b sind weitere Möglichkeiten
der Gestaltung der Vertiefungen 22' in deren Frontfläche 17 dargestellt:
Während
in der linken Hälfte,
also an der Sonotrode 11'', der Vorsprung 16 in
der Frontfläche
der Sonotrode 11'' nur entlang des äußeren Randbereiches
verläuft,
und somit nur in diesem Bereich Druck und Ultraschallschwingungen
auf das Substrat 5 ausgeübt werden, ist in der rechten
Bildhälfte
der 2b, die nicht als
zur Erfindung gehörend
betrachtet wird, bei der Sonotrode 11''' dargestellt,
daß dessen
Vertiefungen 22''' eine Tiefe aufweist, die der Dicke
der Kontaktfläche 6 entspricht,
so daß sowohl
die Freiflächen 7 außerhalb der
Kontaktflächen 6 als
auch die Kontaktflächen 6 selbst
mit Druck/Utraschallschwingung beaufschlagt werden.
-
3 zeigt
eine Abwandlung gegenüber
den Darstellungen der 1,
in dem einerseits eine Zentrierung des Substrats 5 in der
Aussparung 3 bewirkt wird, und andererseits eine Sperrwirkung
für den
Kleber 8' bzw. 8'', der beim Verbindungsvorgang in
der Aussparung 3 vorhanden ist, erzielt wird.
-
Während
in der linken Bildhälfte
die Flanke 24 der Aussparung 3 schräg gestellt
nach außen
verläuft,
während
die sich dort annähernde
Außenkante 23 des
Substrats 5 lotrecht zur Hauptebene des Substrats 5 verläuft, ist
in der rechten Bildhälfte
umgekehrt die Außenkante 23 des
Substrats 5 schräg
gestellt nach außen
verlaufend, während
die Flanke 24 der Aussparung 3, in welcher der
Kleber 8'' angeordnet
ist rechtwinklig zur Bodenfläche
der Aussparung 3 verläuft.
-
Zusätzlich ist in der linken Bildhälfte die
Kleberschicht 8' dünner als
die Höhe
der Aussparung 3, während
in der rechten Bildhälfte
die Kleberschicht 8'' sogar dicker
als die Höhe
der Aussparung ist. Die Dimensionierung und Erstreckung der Sonotrode 11'' 11' entspricht denjenigen in 1b.
-
4 zeigt
in der Aufsicht die Vorderseite 14 des Trägerelements 4,
mit dem Substrat 5, auf dessen Oberseite und damit sichtbar
sich die Kontaktflächen 6 befinden,
und unter dem und somit zwar eingezeichnet, aber unsichtbar sich
der integrierte Schaltkreis IC befindet.
-
Die Außenkanten des Substrats 5 liegen
damit vollständig
innerhalb der Flanken 24 der Aussparung 3. Getrennt
für rechte
und linke Bildhälfte
sind mit unterbrochenen Linien der Umfang und die Vertiefungen 22 der
Sonotrode 11 bzw. 11' aus den 1b und 3b dargestellt.
Dabei erstreckt sich in der linken Bildhälfte der Außenumfang der Sonotrode 11 über die
Fuge zwischen dem Substrat 5 und dem Rand der Aussparung 3 in
beiden Richtungen der Zeichenebene hinaus, und die Aussparung 22,
in der die auf der linken Seite insgesamt drei Kontaktflächen 6 angeordnet
sind, ist also als eine einzige, alle Kontaktflächen dieser Seite übergreifende
Aussparung gestaltet.
-
Die Sonotrode 11 drückt somit
nur mit ihren verbleibenden randseitigen Erhebungen 16 sowie der
zur Mitte hin verbleibenden Erhebung auf das Trägerelement 4.
-
Im Gegensatz dazu erstreckt sich
die in der rechten Bildhälfte
der 4 dargestellte Sonotrode 11' nicht über den äußeren Rand
des Substrats 5' des
Trägerelementes 4 hinaus,
und die für
die elektrischen Elemente in der Sonotrode vorgesehenen Vertiefungen 22 umfassen
einzeln jeweils eine der Kontaktflächen 6, also auch
die Fläche
des integrierten Schaltkreises IC mittels einer einzelnen Aussparung 22.
-
Bei der rechten unteren Kontaktfläche 6 ist dargestellt,
daß diese
Aussparung 22' exakt
der Größe der Kontaktfläche entspricht,
während
in allen anderen Fällen
die Aussparungen größer sind
und einen umlaufenden Rand zwischen der Außenkante der Kontaktfläche 6 bzw.
des integrierten Schaltkreises und dem Rand der Aussparung 22 lassen.
-
- 1
- Karte
- 2
- Kartenkörper
- 2a
- obere
Deckschicht
- 2b
- untere
Deckschicht
- 2c
- Mittelschicht
- 3
- Aussparung
- 3'
- Aussparung
- 4
- Trägerelement
- 5
- Substrat
- 6
- Kontaktfläche
- 7
- Substratfreifläche
- 8
- Kleber
- 9
- Amboß
- 10
- Kartenebene
- 11
- Sonotrode
- 12
- Rückseite
- 13
- Frontseite
- 14
- Vordersite
- 15
- Hinterseite
- 16
- Vorsprünge
- 17
- Frontfläche
- 19
- IC-Umhüllung
- 21
- Aufwölbung
- 22
- Vertiefungen
- 23
- Außenkante
- 24
- Flanke
- IC
- integrierter
Schaltkreis