DE10148105A1 - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Bauelementen einer Datenträgerkarte - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Bauelementen einer im Spritzgussverfahren hergestellten Datenträgerkarte vorgestellt. Die elektrischen Bauelemente verfügen hierbei über korrespondierende Kontaktflächen, welche zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit einer durch Wärme in ihrer Konsistenz veränderlichen Kontaktmasse mindestens einseitig beschichtet werden. Erfindungsgemäß wird die während des Spritzgussvorganges durch die erhitzte Spritzgussmasse in die Spritzgusswerkzeugform eingebrachte Wärmeenergie dazu genutzt, die Kontaktmasse aufzuschmelzen oder bei andersartiger Konsistenz die Kontaktmasse aushärten zu lassen. Durch diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt werden weitergehende Herstellungsvorgänge nach Abschluss des Spritzgussvorganges für eine Datenträgerkarte vermieden, die Herstellzeit und somit die Herstellkosten herabgesetzt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Bauelementen einer im Spritzgussverfahren hergestellten Datenträgerkarte, wobei die Bauelemente über korrespondierende Kontaktflächen verfügen, welche zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit einer durch Wärme in ihrer Konsistenz veränderlichen Kontaktmasse mindestens einseitig beschichtet werden.
• Datenträgerkarten mit elektronischen Bauelementen, wie Chipmodulen, Displays, galvanischen Kontaktelementen sowie innerhalb der Datenträgerkarte angeordneten Funktionselementen wie Spulen sind bereits seit längerem bekannt und werden in verschiedener Ausgestaltung als Ausweiskarten, Bankkarten, Scheckkarten oder dergleichen eingesetzt. Sowohl für die Herstellung derartiger Datenträgerkarten als auch insbesondere für die elektrische Verbindung der auf der Datenträgerkarte angeordneten Bauelemente sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Verfahren bekannt. So können die an den Bauelementen vorhandenen Kontaktflächen beispielsweise mit Hilfe von Bonddrähten miteinander verbunden werden. Eine weitere Möglichkeit der Kontaktierung besteht darin, beispielsweise ein in eine Datenträgerkarte einzusetzendes Chipmodul an seinen Kontaktflächen mit einer heißen Leitklebermasse in Form eines Tropfens zu versehen und das so vorbereitete Chipmodul dann in eine vorhandene Kavität der Datenträgerkarte einzusetzen, wobei sich in dieser Kavität gleichzeitig Kontaktflächen weiterer elektronischer Bauelemente befinden, die beispielsweise mit innerhalb der Datenträgerkarten angeordneten Spulenwindungen verbunden sind. Die Verbindung der Kontaktflächen miteinander erfolgt im Rahmen des Abkühlvorganges des Leitklebers, welcher auf Grund seiner chemischen Zusammensetzung während des Erkaltens aushärtet. Nachteilig an dem geschilderten Verfahren für die elektrische Kontaktierung der Bauelemente ist beispielsweise, dass die in einem vorgeschalteten Herstellvorgang im Spritzgruß hergestellten Datenträgerkarten so bearbeitet werden müssen, dass die innerhalb der für das Chipmodul vorgesehenen Kavität vorhandenen Kontaktflächen erst freigelegt oder die gesamte Kavität in die ansonsten fertig gestellte Datenträgerkarte eingefräst werden muss. Beide Verfahrensschritte sind auf Grund ihrer erforderlichen Herstellgenauigkeit relativ aufwendig und somit kostenintensiv.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der gattungsgemässen Art bereitzustellen, welches auf Grund seines Verfahrensablaufes die Kontaktierung zwischen den auf der Datenträgerkarte vorhandenen Bauelementen vereinfacht und somit dazu beiträgt, die Datenträgekarten kostengünstiger herzustellen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in Zusammenschau mit den gattungsbildenden Merkmalen des Verfahrens durch die im kennzeichnenden Teil offenbarte technische Lehre gelöst.
• Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, die Beschichtung der miteinander zu verbindenden Kontaktflächen der Bauelemente vor dem Spritzgießvorgang vorzunehmen, anschließend die Kontaktflächen innerhalb der Spritzgusswerkzeugform für die Datenträgerkarte miteinander berührend zu positionieren und eine dauerhafte elektrische Verbindung zwischen den Kontaktflächen durch die Wärmezufuhr der in die Spritzgussform eingepressten Gussmasse bereitzustellen.
• Die während des Spritzgießvorganges durch das zugeführte flüssige Kunststoffmaterial bereitgestellte Wärme kann somit gleichzeitig zur Herstellung der elektrischen Verbindung zwischen zur Datenträgerkarte gehörenden Bauelementen genutzt werden und bietet somit den Vorteil einer zeitlichen Reduzierung des Herstellvorganges und eine Einsparung separater nachgeschalteter Verfahrensschritte.
• Spezielle Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich zusammen mit der technischen Lehre des Hauptanspruches aus den Merkmalen der Unteransprüche.
• Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders einfach bei untereinander zu verbindenden Bauelementen realisieren, bei denen diese einerseits als ein Chipmodul, welches mit Kontaktfahnen versehen wird, die an ihrem freien Ende die notwendige Kontaktfläche aufweisen und andererseits als ein Funktionselement wie vorzugsweise eine Spule ausgebildet sind, wobei die Spule mit ihren Kontaktflächen auf einem Traglabel angeordnet wird.
• Das Chipmodul wird hierbei durch einen Zuführstempel innerhalb der Spritzgusswerkzeugform positioniert und dort mittels Unterdruck während des Spritzgießvorganges gehalten.
• Als leitfähige Kontaktmassen eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere leitfähige Heißkleber, welche durch die Wärmezufuhr durch die Spritzgussmasse während des Spritzgießvorganges aufgeschmolzen werden und nach Beendigung des Spritzgießens in Folge ihres Aufschmelzens eine innige Verbindung zwischen den zu verbindenden Kontaktflächen herstellen.
• Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, einen Leitkleber zu verwenden, welcher auf Grund der zugeführten Wärme der Spritzgussmasse aushärtet und somit eine feste Verbindung zwischen den Kontaktflächen bildet.
• Alternativ hierzu ist denkbar, die zur Verfügung stehende Wärme zum Aufschmelzen einer Lötmasse zu nutzen, welche vor Beginn des Spritzgießvorganges auf eine der beiden korrespondierenden Kontaktflächen aufgebracht worden ist.
• Niedrigschmelzende Metalle zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere das so genannte Woodsche Metall mit einer üblichen Zusammensetzung von 50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn und 12,5 Cd oder das Rosemetall sein, wobei das Woodsche Metall einen Schmelzpunkt zwischen 60°C und 70°C und das Rosemetall einen Schmelzpunkt von ca. 94°C hat. Eine gewünschte Herauf- oder Herabsetzung des Schmelzpunktes kann durch Veränderung der Zusammensetzung einfach herbeigeführt werden
• Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der beigefügten Zeichnungen in seinem Verfahrensablauf im Einzelnen dargestellt. Es zeigt:
• Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch die Spritzgusswerkzeugform vor dem Zuführen eine Chipmoduls,
• Fig. 2 die Spritzgusswerkzeugform während des Zuführvorganges des Chipmoduls,
• Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Spritzgusswerkzeugform nach abschließender Positionierung des Chipmoduls,
• Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch die Spritzgusswerkzeugform während des Spritzgießvorganges und
• Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Kontaktbereiches zwischen einem innerhalb der Datenträgerkarte vorhandenen Funktionselement und dem eingesetzten Chipmodul.
• Die in der Fig. 1 dargestellte Spritzgusswerkzeugform besteht im Wesentlichen aus einer Spritzseite 1 sowie einer darüber angeordneten Schließseite 2, in beiden Teilformen 1, 2 des Spritzgusswerkzeuges ist eine Kavität ausgespart, so dass sich bei geschlossener Form ein Hohlraum 3 mit den Abmessungen der herzustellenden Datenträgerkarte ergibt. Die Schließseite 2 des Spritzgusswerkzeuges besitzt eine Öffnung 4, durch die ein Chipmodul 5 in die Spritzgusswerkzeugform einführbar ist. Das Chipmodul 5 wird in einem gesonderten Montageprozess hergestellt und besteht im Wesentlichen aus einem Tragelement 6, an welchem an einer Flachseite sowohl ein Chip 7 als auch mehrere Kontaktstifte 8 festgelegt sind. Das Tragelement 6 besitzt auf seiner dem Chip 7 und den Kontaktstiften 8 zugewandten Unterseite in der Zeichnung nicht näher dargestellte Leiterbahnen, durch die Kontaktstifte und Chipmodul unter Zwischenschaltung von Bonddrähten 9 miteinander verbunden sind. Zum Schutz des Chips 7 sowie der Bonddrähte 9 sind beide Bauelemente mit einer hügelartigen Erhebung aus Vergussmasse 10 abgedeckt. Die Kontaktstifte 8 bestehen vorzugsweise aus Metall, weisen einen runden Durchmesser auf und sind mit den auf dem Tragelement 6 vorhandenen Leiterbahnen verlötet oder mittels einer leitenden Klebemasse verklebt.
• Der Fig. 1 ist ergänzend zu entnehmen, dass sich innerhalb des Hohlraumes 3 der Spritzgusswerkzeugform im unteren Bereich gegenüber der Öffnung 4 bereits ein eingelegtes so genanntes Traglabel 13 befindet, auf oder in dem sich als Funktionselement eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Spule befindet. Diese Spule besitzt Kontaktflächen 11, welche zur Verbindung mit den Kontaktflächen 12 am freien Ende der Kontaktstifte 8 vorgesehen sind. Vor dem Einsetzen des Chipmoduls 5 in die Spritzgusswerkzeugform werden vorzugsweise die Kontaktflächen 12 mit einer Kontaktmasse wie beispielsweise einem Heißkleber beschichtet.
• Zusätzlich befindet sich innerhalb der Spritzgusswerkzeugform an seiner dem Traglabel 13 gegenüberliegenden Oberseite ein weiteres Label 14, welches analog der Öffnung 4 der Schließseite 2 einen Durchbruch 15 besitzt.
• Der Fig. 2 ist zu entnehmen, dass durch die aus der Öffnung 4 und dem Durchbruch 15 gebildete Ausnehmung das Chipmodul 5 mittels einer geeigneten Zuführvorrichtung eingefahren wird. Das Chipmodul 5 wird dabei an der Einführvorrichtung beispielsweise mittels Unterdruck gehalten. Der Einführvorgang in die Spritzgusswerkzeugform ist dann beendet, wenn die Kontaktstifte 8 mit ihren am freien Ende angeordneten Kontaktflächen 12 die Kontaktflächen 11 auf dem Traglabel 13 berühren. Dieses Verfahrensstadium ist der Darstellung der Fig. 3 zu entnehmen. Ist die Positionierung des Chipmoduls 5 abgeschlossen, wird das Chipmodul in der gezeichneten Position gehalten und es beginnt das Einpressen der Spritzgussmasse 16 in den Hohlraum 3 der Spritzgusswerkzeugform. Die Spritzgussmasse 16 umspült im Verlauf des Spritzgussvorganges die Kontaktflächen 12 mit der Kontaktmassenbeschichtung, die Kontaktstifte 8 sowie die Erhebung der Vergussmasse 10. Auf Grund der Materialeigenschaften der Spritzgussmasse ist zum Einspritzen derselben eine Aufheizung notwendig, damit auf Grund der dadurch herbeigeführten Verflüssigung der gesamte Hohlraum 3 der Spritzgusswerkzeugform innerhalb kurzer Zeit mit dem Material gefüllt werden kann. Die Wärmeenergie des eingespritzten Kunststoffes überträgt sich naturgemäß auf die vom Kunststoff umspülten Kontaktstifte 8 mit deren Kontaktflächen 12 sowie die damit in Verbindung stehenden Kontaktflächen 11. Da eine dieser beiden Kontaktflächen 11, 12 mit der durch Wärme in ihrer Konsistenz veränderlichen Kontaktmasse 17 beschichtet ist, führt die Wärmeenergiezufuhr auf Basis der eingeleiteten Spritzgussmasse zu einer Aufschmelzung der aufgebrachten Kontaktmassenschicht, so dass eine innige Verbindung zwischen den Kontaktflächen 11 und 12 entsteht. Da die Kontaktmasse 17 elektrisch leitende Komponenten beinhaltet und nach Abkühlen der Spritzgussmasse aushärtet, ist somit nach Entnahme der fertigen Datenträgerkarte aus der Spritzgusswerkzeugform eine elektrische leitende Verbindung zwischen Chipmodul und Funktionselement geschaffen, ohne dass gesonderte Verfahrensschritte im Anschluss an den Spritzgießvorgang für die Datenträgerkarte vorgenommen werden müssen.
• Der Fig. 5 ist abschließend noch einmal in vergrößertem Maßstab der Bereich der elektrischen Kontaktierung zwischen Kontaktfläche 12 eines Kontaktstiftes 8 und der korrespondierenden Kontaktfläche 11 des Labels 13 zu entnehmen. Entscheidend für eine erfolgreiche Kontaktierung zwischen den korrespondierenden Elementen ist die Abstimmung der Kontaktmasse 17 in ihren Eigenschaften auf die zur Verfügung stehende Wärmeenergie der Spritzgussmasse 16. Hierfür bestehen unterschiedliche Varianten. Zum einen können die Materialeigenschaften der Kontaktmasse so gewählt werden, dass auf Grund der Temperatur des eingespritzten Kunststoffes das leitfähige Kontaktmassenmaterial eine Verbindung mit den elektrischen Kontaktflächen 11, 12 eingeht. Darüber hinaus besteht die Variante, entsprechende Kontaktmassen auszuwählen, die bereits bei einer relativ niedrigen Temperatur des eingespritzten Kunststoffes eine elektrische Verbindung zwischen den korrespondierenden Kontaktflächen 11, 12 herstellen.
• Als Kontaktmassen eignen sich je nach Erfordernis der oben angeführten Varianten so genannte leitende Heißkleber oder leitende Klebematerialien, die unter Zuführung von Wärmeenergie aushärten und somit eine dauerhafte Verbindung zwischen den Kontaktflächen 11 und 12 herstellen.
• Darüber hinaus ist es denkbar, dass geeignete Lötwerkstoffe auf eine der beiden Kontaktflächen 11, 12 als flächenartige Beschichtung oder kugelförmige Lötpunkte aufgebracht werden. Selbstverständlich ist es auch denkbar, beide einander zugewandten Seiten der Kontaktflächen 11, 12 zu beschichten, um eine nochmals verbesserte elektrische Kontaktierung herbeizuführen. Bezugszeichenliste 1 Spritzseite
  2 Schließseite
  3 Hohlraum
  4 Öffnung
  5 Chipmodul
  6 Tragelement
  7 Chip
  8 Kontaktstift
  9 Bonddraht
  10 Vergussmasse
  12 Kontaktfläche
  13 Kontaktfläche
  14 Traglabel
  14 Label
  15 Durchbruch
  14 Spritzgussmasse
  17 Kontaktmasse
  

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Bauelementen einer im Spritzgussverfahren hergestellten Datenträgerkarte, wobei die Bauelemente über korrespondierende Kontaktflächen verfügen, welche zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit einer durch Wärme in ihrer Konsistenz veränderlichen Kontaktmasse mindestens einseitig beschichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (17) der Kontaktflächen (11, 12) der Bauelemente vor dem Spritzgießvorgang erfolgt, dass die Kontaktflächen (11, 12) der Bauelemente anschließend innerhalb der Spritzgusswerkzeugform (1, 2) für die Datenträgerkarte miteinander berührend positioniert werden, und dass danach die Wärmezufuhr zur Herstellung einer dauerhaften elektrischen Verbindung zwischen den Kontaktflächen (11, 12) durch die in die Spritzgusswerkzeugform (1, 2) eingepresste Spritzgusswerkzeugmasse (16) bereitgestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bauelemente einerseits ein Chipmodul (5), welches mit Kontaktstiften (8) versehen wird, die an ihrem freien Ende die notwendige Kontaktfläche (12) aufweisen und andererseits ein Funktionselement wie vorzugsweise eine Spule sind, wobei die Spule mit ihren Kontaktflächen (11) auf einem Label (13) angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Chipmodul (5) innerhalb der Spritzgusswerkzeugform (1, 2) mittels Unterdruck an seiner Position während des Spritzgießvorganges gehalten wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmasse ein leitfähiger Heißkleber ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmasse ein unter Wärmeeinfluss aushärtender Leitkleber ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmasse eine Lötmasse ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmasse das Woodsche Metall ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktmasse das Rosemetall ist.