DE10128579A1 - Tragbarer Datenträger mit einer Mehrzahl an Funktionselementen unterschiedlicher Bauhöhe - Google Patents

Abstract

Die Erfindung schlägt einen tragbaren Datenträger vor, bei dem in einem Trägerkörper zumindest zwei elektrische Funktionselemente eingesetzt sind, welche jeweils mindestens ein Kontaktelement aufweisen und wobei die Funktionselemente über diese Kontaktelemente und über eine Leiterstruktur elektrisch miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist eine Zwischenschicht im Inneren des Trägerkörpers vorgesehen, deren Ober- und Unterseite Leiterstrukturen aufweisen und unterschiedliche Kartenkörperebenen definieren. Zumindest zwei der elektrischen Funktionselemente sind mit ihren dem Trägerkörperinneren zugewandten Unterseiten in unterschiedlichen Kartenkörperebenen gelegen. Der Nieveauausgleich unterschiedlich dicker Funktionselemente erfolgt somit durch den Aufbau des tragbaren Datenträgers, so daß eine ebene Oberfläche des Datenträgers möglich ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger, bei dem in einen Trägerkörper zumindest zwei elektrische Funktionselemente eingesetzt sind, welche jeweils mindestens ein Kontaktelement aufweisen. Die Funktionselemente sind dabei über diese Kontaktelemente sowie über eine Leiterstruktur elektrisch miteinander verbunden.
• Tragbare Datenträger, wie z. B. Chipkarten oder Geldkarten, werden in Zukunft eine immer größere Anzahl an Funktionen in sich vereinigen. Hierbei werden unterschiedliche elektrische Komponenten auf oder in einem Trägerkörper des Datenträgers angeordnet. Als elektrische Komponenten kommen insbesondere Controllerchips, elektrische Anzeigevorrichtungen (Display), Eingabevorrichtungen (z. B. Tastatur) oder ähnliches in Betracht. Vielfach liegen diese elektrischen Komponenten bereits als gehäuste Funktionselemente vor, die nur noch auf dem Datenträger angeordnet und elektrisch miteinander verbunden werden müssen. In der Regel weisen die Funktionselemente eine unterschiedliche Bauhöhe oder -dicke auf. Dies erschwert die Montage der Funktionselemente in dem Trägerkörper, wenn einige unterschiedlich dicke Funktionselemente von der Oberfläche aus zugänglich sein sollen. Die Folge wäre, daß die Funktionselemente teilweise bündig mit der Oberfläche des Trägerkörpers abschließen und teilweise unterhalb oder oberhalb der Oberfläche gelegen sind, wodurch sich eine unerwünschte, gestufte Oberfläche ergäbe.
• Die Funktionselemente, die in einen Trägerkörper integriert werden müssen, werden deshalb in ihrer Bauhöhe bzw. -dicke angepaßt. Maßstab für die zu erzielende Bauhöhe ist dabei das dickste Funktionselement. Die dünneren Funktionselemente werden deshalb gegenüber ihrer normalen Bauweise mit einem dickeren Trägerband versehen. Ein konventionelles Funktionselement, das beispielsweise einen auf einem Trägerband angeordneten Controllerchip beinhaltet, hat eine Bauhöhe von z. B. 300 µm. Ein Funktionselement, das eine Anzeigevorrichtung beinhaltet, besitzt hingegen eine Bauhöhe von z. B. 400 µm. Sollen diese beiden Funktionselemente zusammen auf einem Datenträger von der Oberseite her zugänglich sein, muß bei dem erstgenannten Funktionselement eine Höhendifferenz von ca. 100 µm ausgeglichen werden. Dies geschieht üblicherweise dadurch, daß das erstgenannte Funktionselement mit einem Träger versehen wird, der dieses um die zu erzielende Höhendifferenz dicker macht.
• Die Verarbeitung derart dicker Funktionselemente wirft jedoch Probleme auf. So reduziert sich beispielsweise die Taktzeit, mit der die Funktionselemente gefertigt werden können. Darüber hinaus kann die Qualität des Funktionselementes sinken, da das Biegeverhalten gegenüber einem konventionellen Funktionselement verschlechtert ist. Weitere Probleme können beispielsweise bei der Stanzung des Trägerbandes auftreten.
• Die Probleme resultieren daraus, daß die Funktionselemente auf eine eben ausgebildete Zwischenschicht im Trägerkörper, welche bereits einseitig mit einer vorgefertigten Leiterstruktur versehen ist, aufgesetzt werden. Dieses Vorgehen ermöglicht eine einfache und problemlose Fertigung des Datenträgers. Soll andererseits das Erfordernis einer ebenen Oberseite des Datenträgers gewährleistet werden, besteht derzeit keine andere Möglichkeit, als die Funktionselemente in der geforderten Dicke herzustellen.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenträgeranordnung anzugeben, die die Verwendung konventionell aufgebauter Funktionselemente unterschiedlicher Bauhöhe ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Der erfindungsgemäße Datenträger weist zumindest zwei elektrische Funktionselemente auf, die in einen Trägerkörper eingesetzt sind. Jedes dieser elektrischen Funktionselemente verfügt über mindestens ein Kontaktelement. Über diese Kontaktelemente und über eine Leiterstruktur sind die Funktionselemente elektrisch miteinander verbunden. Der erfindungsgemäße Datenträger verfügt darüber hinaus über eine Zwischenschicht im Inneren des Trägerkörpers, deren Ober- und Unterseite unterschiedliche Kartenkörperebenen bilden. Zumindest zwei der elektrischen Funktionselemente sind mit ihrem dem Trägerkörperinneren zugewandeten Unterseiten in diesen unterschiedlichen Kartenkörperebenen gelegen. Die elektrische Verbindung der Funktionselemente wird über die Leiterstruktur sichergestellt, die auf oder in der Zwischenschicht aufgebildet ist.
• Der erfindungsgemäß ausgestaltete Datenträger ermöglicht somit die Verwendung konventionell aufgebauter Funktionseinheiten. Der notwendige Niveauausgleich zwischen Funktionselementen unterschiedlicher Bauhöhe wird durch die Zwischenschicht, die die Leiterstruktur trägt, ermöglicht.
• Die Oberseite der Zwischenschicht steht dabei in Kontakt mit dem dünneren der Funktionselemente. Die Unterseite des dickeren Funktionselementes liegt in einer Ebene mit der Unterseite der Zwischenschicht. Vorzugsweise weist der Zwischenträger zumindest eine Ausnehmung auf, in die ein Funktionselement oder mehrere Funktionselemente eingesetzt werden können.
• Schließen die Funktionselemente mit der Oberseite des Trägerkörpers in etwa bündig ab, wie dies in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, so entspricht die Dicke des Zwischenträgers in etwa der Differenz der Dicke der beiden Funktionselemente.
• Eine besonders einfache elektrische Kontaktierung der Funktionselemente mit der Leiterstruktur wird dadurch ermöglicht, daß auf der Oberseite und der Unterseite der Zwischenschicht jeweils eine Leiterstruktur aufgebracht ist, welche über eine Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind die Kontaktelemente eines jeden Funktionselementes auf der Unterseite desselben angebracht, da dann beim Einsetzen der Funktionselemente in den Trägerkörper bereits ein Kontakt herstellbar ist. Eine feste elektrische und mechanische Verbindung läßt sich z. B. durch eine Lotverbindung oder durch Kleben mit leitfähigen Klebstoffen (ACF, ACP, Silberleitkleber, . . .) realisieren. Das in die Ausnehmung des Zwischenträgers eingesetzte Funktionselement wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung mit auf der Unterseite der Zwischenschicht in die Ausnehmung hineinragenden Leiterstrukturen kontaktiert.
• Der erfindungsgemäße Datenträger zeichnet sich somit durch einen besonders einfachen Aufbau aus. In den Trägerkörper wird eine Zwischenschicht eingesetzt, welche bereits in einem vorangegangenen Verfahrensschritt mit Leiterstrukturen auf deren Ober- und Unterseite versehen wurde. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Leiterstrukturen wird durch eine oder mehrere Durchkontaktierungen sichergestellt. Die auf der Unterseite des Zwischenträgers befindlichen Leiterstrukturen werden zur Kontaktierung dadurch zugänglich gemacht, daß an entsprechenden Stellen Ausnehmungen in der Zwischenschicht vorgesehen sind, welche die Leiterstruktur zumindest teilweise freilegen. Durch bloßes Einsetzen eines Funktionselementes in die Zwischenschicht ist der elektrische Kontakt hergestellt.
• Die zusätzliche Kontaktierung eines dritten oder weiteren Funktionselementes mit einer unterschiedlichen Dicke ist durch das Vorsehen zumindest einer weiteren Zwischenschicht, deren Ober- und Unterseite weitere Kartenkörperebenen definieren, möglich. Die Dicke der weiteren Zwischenschicht ergibt sich aus der Differenz der Dicke der Bauelemente.
• Vorzugsweise sind die Zwischenschicht und die weitere Zwischenschicht übereinander angeordnet, so daß die Unterseite der Zwischenschicht und die Oberseite der weiteren Zwischenschicht eine gemeinsame Kartenkörperebene definieren. Gleichfalls weist die weitere Zwischenschicht auf der Oberseite und der Unterseite jeweils eine Leiterstruktur auf, welche über eine Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind. Die weitere oder die weiteren Zwischenschichten weisen somit einen identischen Aufbau wie die eingangs beschriebene Zwischenschicht auf. Die Dicke der Zwischenschichten richtet sich jeweils nach der Differenz der Dicke zwischen zwei Funktionselementen. Der elektrische Kontakt zwischen diesen beiden Funktionselementen wird durch auf der Ober- und Unterseite aufgebrachten Leiterstrukturen und eine Durchkontaktierung sichergestellt.
• Der elektrische Kontakt zwischen zwei Funktionselementen, deren Bauhöhe sich durch die Dicke mehrerer Zwischenschichten unterscheidet wird dadurch ermöglicht, daß die Leiterstruktur auf der Oberseite der weiteren Zwischenschicht und die Leiterstruktur auf der Unterseite der Zwischenschicht elektrisch leitend in Kontakt stehen. Dadurch, daß die Zwischenschicht und die weitere Zwischenschicht übereinander angeordnet sein sollen, kann ein Kontakt bereits dadurch realisiert werden, daß die Leiterstrukturen an entsprechenden Stellen aufeinander treffen.
• Bevorzugt ist eine jeweilige Leiterstruktur in die Ober- bzw. Unterseite der Zwischenschicht bzw. weiteren Zwischenschicht eingelassen, so daß eine jeweils ebene Fläche entsteht. Anhand der nachfolgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
• Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Datenträgers im Querschnitt,
• Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Datenträgers im Querschnitt,
• Fig. 3 einen Ausschnitt, in dem die elektrische Verbindung von Leiterstrukturen unterschiedlicher Zwischenschichten dargestellt ist.
• In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen tragbaren Datenträgers im Querschnitt dargestellt. Der Datenträger weist einen Trägerkörper 10 auf. An seiner Oberseite 12 sind beispielhaft zwei elektrische Funktionselemente 20a, 20b in den Trägerkörper eingesetzt. Die Funktionselemente 20a, 20b schließen dabei in etwa bündig mit der Oberseite 12 des Trägerkörpers 10 ab. Wie aus der Fig. 1 gut ersichtlich ist, sind die elektrischen Funktionselemente 20a, 20b in Ausnehmungen 11a, 11b des Trägerkörpers 10 eingesetzt, welche an die Abmaße der Funktionselemente 20a, 20b angepaßt sind. Das Funktionselement 20b weist eine größere Bauhöhe als das Funktionselement 20a auf.
• Mittels der Erfindung wird eine Möglichkeit vorgeschlagen, die Differenz der Bauhöhe zweier Funktionselemente auf einfache Weise auszugleichen. Hierzu ist im Inneren des Trägerkörpers 10 eine Zwischenschicht 30 vorgesehen, die eine Dicke D aufweist. Die Dicke D ergibt sich im vorliegenden Beispiel aus der Differenz der jeweiligen Bauhöhe des elektrischen Funktionselementes 20b und des Funktionselementes 20a.
• Es ist natürlich nicht unbedingt notwendig, daß beide Funktionselemente 20a, 20b bündig mit der Oberseite des Trägerkörpers abschließen. Eines der Funktionselemente oder sogar beide könnten mit ihren Oberseiten - ggfs. in unterschiedlichen Ebenen - im Inneren des Tragekörpers 10 gelegen sein. Der Ausgleich der unterschiedlichen Dicken an der Oberseite des Tragekörpers könnte dann entsprechend der obigen Beschreibung durch eine oder mehrere Zwischenschichten realisiert werden.
• Auf der Oberseite 34 des Zwischenträgers 30 ist eine Leiterstruktur 31 aufgebracht. In entsprechender Weise ist auf der Unterseite 35 eine Leiterstruktur 32 aufgebracht. Die Leiterstrukturen 31, 32 sind über eine Durchkontaktierung 33 elektrisch miteinander verbunden. Der Zwischenträger 30 weist darüber hinaus eine Ausnehmung 36 auf, welche an die Abmaße des Funktionselementes 20b mit der größeren Bauhöhe angepaßt ist. Die Ausnehmung 36 entspricht somit im Querschnitt der Ausnehmung 11b.
• Auf ihrer Unterseite weisen die elektrischen Funktionselemente 20a, 20b jeweils zumindest ein Kontaktelement 21 auf, welche mit der Leiterstruktur 31 bzw. 33 elektrisch kontaktiert werden. Die Kontaktierung des Funktionselementes 20a wird somit durch bloßes Einsetzen des Funktionselementes in die Ausnehmung 11a ermöglicht, da die Kontaktelemente 21 dort auf die Leiterstruktur 31 treffen. Die Kontaktierung des Funktionselementes 20b, welches die größere Bauhöhe aufweist, erfolgt auf gleiche Weise. Aus diesem Grunde ragen Enden der Leiterstrukturen 32 in die Ausnehmung 36 hinein. Auch hiermit ist ein Kontakt durch bloßes Einfügen des Funktionselementes in die Ausnehmungen sichergestellt.
• Der Aufbau des erfindungsgemäßen Datenträgers weist eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem herkömmlichen Vorgehen auf. Dadurch, daß der Niveauausgleich zwischen unterschiedlich dicken Funktionskomponenten in den Kartenaufbau verlagert wird, ist die Fertigung wesentlich leichter zu realisieren. Weder beim Hersteller des Datenträgers noch beim Hersteller der Funktionselemente müssen Umstellungen an den Fertigungsmaschinen vorgenommen werden, im Gegensatz zum Stand der Technik. Die Funktionselemente können auf einen Träger herkömmlicher Dicke aufgebaut werden. Hierdurch bedingt werden Probleme beim Stanzen des Trägers vermieden. Die geforderte Mindestdurchbiegung des Trägers eines Funktionselementes bleibt erhalten. Weiterhin ist das standardisierte Trägerband wesentlich kostengünstiger als ein dickes Trägerband, welches zum Ausgleich eines Bauhöhenniveaus verwendet werden würde. Darüber hinaus erhält man ein gutes Splicingverhalten.
• Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Datenträgers, in welchen drei unterschiedlich dicke Funktionselemente 20a, 20b, 20c eingesetzt sind. Der Niveauausgleich zwischen den Funktionselementen 20a, 20b ist, wie in Fig. 1 beschrieben, realisiert. Der Niveauausgleich zu dem Funktionselement 20c, welches im vorliegenden Beispiel die größte Bauhöhe aufweist, ist über eine weitere Zwischenschicht 40 realisiert. Die Dicke D2 der weiteren Zwischenschicht 40 entspricht dabei der Differenz der Dicke zwischen dem Funktionselement 20c, welches die größte Bauhöhe hat, und dem Funktionselement 20b, welches das Funktionselement mit der nächstgeringeren Bauhöhe ist.
• Entsprechend der vorhergehenden Beschreibung sind auf der Ober- und Unterseite 44, 45 des weiteren Zwischenträgers 40 Leiterstrukturen 41, 42 aufgebracht, die über eine Durchkontaktierung 43 miteinander verbunden sind. Die elektrische Kontaktierung zwischen den Leiterstrukturen des weiteren Zwischenträgers 40 und den Leiterstrukturen des Zwischenträgers 30 kann, wie in Fig. 3 gezeigt, erfolgen. Vorzugsweise sind die Leiterstrukturen in die jeweilige Zwischenschicht eingelassen, so daß eine ebene Oberfläche erfolgt. Teile der Leiterstruktur 41 und der Leiterstruktur 32 überlappen, so daß beim Anordnen übereinander auf einfache Weise ein Kontakt hergestellt werden kann. Eine feste elektrische und mechanische Verbindung kann beispielsweise durch eine Lotverbindung oder durch Kleber mit leitfähigem Klebstoffen analog zu S. 4, Z. 13 erfolgen. Die Leiterstruktur 42, die sich auf der Unterseite des weiteren Zwischenträgers 40 befindet, ragt in den Bereich einer Ausnehmung 46 hinein. Die Ausnehmung 46 entspricht in ihren Abmaßen der Ausnehmung 36 in der Zwischenschicht 30. Diese Abmaße sind wiederum an die Abmaße der Ausnehmung 11c im Trägerkörper 10 angepaßt. Somit kann durch einfaches Einstecken des Funktionselementes 20c ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 21c und der Leiterstruktur 42 erfolgen.
• Der Ausgleich verschiedener Bauhöhen der Funktionselemente erfolgt folglich durch eine entsprechende Anzahl an Zwischenschichten. Die Dicke der Zwischenschichten ergibt sich jeweils aus der Dickendifferenz zwischen zwei Funktionselementen. Jede der Zwischenschichten trägt auf ihrer Ober- und Unterseite eine Leiterstruktur, welche durch eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Durch eine geeignete Ausführung des Layouts der Leiterstrukturen lassen sich dann im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 drei in unterschiedlichen Tiefen kontaktierende Funktionselemente zusammen oder auch unabhängig voneinander elektrisch miteinander verbinden.
• Das erfindungsgemäße Vorgehen ist selbstverständlich auch auf beliebig viele Ebenen, d. h. auf eine größere Anzahl von Zwischenschichten erweiterbar. Der Trägerkörper selbst kann ebenfalls aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Alternativ ist auch ein vorgeformtes Gehäuse denkbar. Bezugszeichenliste 10 Trägerkörper
  11 Ausnehmung
  12 Oberseite
  D Dicke der Zwischenschicht
  D1 Dicke der Zwischenschicht
  D2 Dicke der Zwischenschicht
  20 Elektrisches Funktionselement
  21 Kontaktelement
  22 Unterseite
  30 Zwischenschicht
  31 Leiterstruktur
  32 Leiterstruktur
  33 Durchkontaktierung
  34 Oberseite
  35 Unterseite
  36 Ausnehmung
  40 Zwischenschicht
  41 Leiterstruktur
  42 Leiterstruktur
  43 Durchkontaktierung
  44 Oberseite
  45 Unterseite
  46 Ausnehmung
  

Claims (10)

1. Tragbarer Datenträger, bei dem in einen Trägerkörper (10) zumindest zwei elektrische Funktionselemente (20a, 20b, 20c) eingesetzt sind, welche jeweils mindestens ein Kontaktelement (21a, 21b, 21c) aufweisen und wobei die Funktionselemente (20a, 20b, 20c) über diese Kontaktelemente und über eine Leiterstruktur (31, 32, 41, 42) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest zwei der elektrischen Funktionselemente (20a, 20b, 20c) mit ihren dem Trägerkörperinneren zugewandten Unterseiten (22a, 22b, 22c) in unterschiedlichen Kartenkörperebenen gelegen sind,
eine Zwischenschicht (30) im Inneren des Trägerkörpers (10) vorgesehen ist, deren Ober- und Unterseite (34, 35) die unterschiedlichen Kartenkörperebenen bilden, und
die Zwischenschicht (30) die Leiterstruktur (31, 32, 41, 42) zur Verbindung der elektrischen Funktionselemente aufweist.

2. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (30) zumindest eine Ausnehmung (36) aufweist, in die ein Funktionselement oder mehrere Funktionselemente (20a, 20b, 20c) eingesetzt ist oder sind.

3. Datenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberseite (34) und der Unterseite (35) der Zwischenschicht jeweils eine Leiterstruktur (31, 32) aufgebracht ist, die über eine Durchkontaktierung (33) elektrisch miteinander verbunden sind.

4. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstruktur (32) auf der Unterseite (35) der Zwischenschicht (30) in die Ausnehmung (36) hineinragt.

5. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trägerkörper (10) zumindest eine weitere Zwischenschicht (40) vorgesehen ist, deren Ober- und Unterseite (44, 45) Kartenkörperebenen definieren.

6. Datenträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (30) und die weitere Zwischenschicht (40) übereinander angeordnet sind, so daß die Unterseite (35) der Zwischenschicht (30) und die Oberseite (44) der weiteren Zwischenschicht (40) eine der Kartenkörperebenen definieren, wobei die weitere Zwischenschicht (40) auf der Oberseite (44) und der Unterseite (45) jeweils eine Leiterstruktur (41, 42) aufweist, die über eine Durchkontaktierung (43) elektrisch miteinander verbunden sind.

7. Datenträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstruktur (41) auf der Oberseite (44) der weiteren Zwischenschicht (40) und die Leiterstruktur (32) auf der Unterseite (35) der Zwischenschicht (30) elektrisch leitend in Kontakt stehen.

8. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterstruktur (31, 32; 41, 42) in die Ober- bzw. Unterseite (34, 35; 44, 45) der Zwischenschicht bzw. weiteren Zwischenschicht (40) eingelassen ist, so daß eine jeweils ebene Fläche entsteht.

9. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionselemente (20a, 20b, 20c) mit der Oberseite des Trägerkörpers in etwa bündig abschliessen.

10. Datenträger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenträger (30) bzw. der weitere Zwischenträger (40) eine Dicke (D, D1; D2) aufweist, die der Differenz der Dicke zweier Funktionselemente (20a, 20b, 20c) entspricht.