DE102004010715A1

DE102004010715A1 - Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung sowie Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung

Info

Publication number: DE102004010715A1
Application number: DE102004010715A
Authority: DE
Inventors: Andreas Karl; Frank PÜSCHNER; Wolfgang Schindler; Peter Stampka
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-05
Also published as: JP4141450B2; KR20060043392A; JP2005251199A; KR100724180B1; DE102004010715B4

Abstract

Eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung ist zusammengesetzt aus einem Chipmodul und einem Kartenkörper. Der Chipmodul umfasst einen Träger mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, einen Halbleiterchip auf der ersten Seite, einem Kontaktvermittler auf der ersten Seite sowie einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kontaktvermittler. Der Kartenkörper umfasst eine Antenne für eine induktive Datenübertragung und eine freigelegte Anschlussstelle der Antenne. Zwischen der ersten Seite und der freigelegten Anschlussstelle befindet sich ein elektrisch leitfähiges Mittel zum Verbinden der Antenne mit dem Halbleiterchip. In dieses elektrisch leitfähige Mittel ragt der Kontaktvermittler hinein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung.

Chipkarten werden üblicherweise aus zwei separaten Teilen, dem Chipmodul und dem Kartenkörper, hergestellt. In der Regel werden diese beiden Teile unter Verwendung eines Heiß- oder Schmelzklebestoffs miteinander zu einer Chipkarte verklebt. Ganz allgemein wird dieser Vorgang „Implantierprozess" bezeichnet. Soll die Verbindung zwischen Chipmodul und Kartenkörper elektrisch leitfähig sein, sind zusätzliche Materialien und/oder Prozessschritte notwendig. So ist aus der DE 195 00 925 die Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen Chipmodul und einer Antenne im Kartenkörper mit Hilfe von verschiedenen Lötprozessen, leitfähigen Klebern, Ultraschallschweißen und noch einigen weiteren alternativen Verbindungstechniken bekannt.

Ein Problem bei diesen bisher bekannten Verbindungstechniken zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Verbindungen zwischen einem Chipmodul und einer in einem Kartenkörper eingebauten Antenne ist darin zu sehen, dass thermomechanische sowie mechanische Belastungen, wie z. B. Scherkräfte zum Aufbrechen der Verbindung führen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung bereitzustellen, die eine höhere Langzeitzuverlässigkeit bezüglich thermomechanischer und mechanischer Belastungen aufweist sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung, die zusammengesetzt ist aus

a) einem Chipmodul, umfassend – einen Träger mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, – einen Halbleiterchip auf der ersten Seite, – einen Kontaktvermittler auf der ersten Seite sowie – eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kontaktvermittler und
b) einem Kartenkörper, umfassend – eine Antenne für eine induktive Datenübertragung und – eine freigelegte Anschlussstelle der Antenne wobei sich zwischen der ersten Seite und der freigelegten Anschlussstelle ein elektrisch leitfähiges Mittel zum Verbinden der Antenne mit dem Halbleiterchip befindet, in das der Kontaktvermittler hineinragt.

Als Kontaktvermittler wird eine dornartige Vorrichtung verstanden, die durch wenigstens teilweises Eindringen in eine Gegenseite zwei sich gegenüber liegende Teile elektrisch und/oder mechanisch verbindet.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Chipkarte liegt darin, dass durch den in das elektrisch leitfähige Mittel hineinragenden Kontaktvermittler eine zusätzliche Aufnahmevorrichtung für thermomechanische oder mechanische Belastungen, wie z. B. Scherkräfte, im Vergleich zu herkömmlichen Verbindungen geschaffen wird. Dadurch wird die Langzeitzuverlässigkeit der Verbindung Chipmodul – Kartenkörper und somit der gesamten Chipkarte deutlich erhöht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Chipkarte sieht vor, dass als Kontaktvermittler zumindest ein Stud-Bump vorgesehen ist. Als Stud-Bump wird ein nagelkopfförmiger, abgezwickter Bonddraht bezeichnet. Stud-Bumps sind aus der Verbindungstechnik hinlänglich bekannt. Sie sind einfach herzustellen und es werden keine zusätzlichen Materialien und/oder Prozessschritte für den Implantiervorgang des Chipmoduls in den Kartenkörper benötigt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Chipkarte sieht vor, dass zwei oder mehr Stud-Bumps übereinander angebracht sind. Dadurch greift der Kontaktvermittler tiefer in das elektrisch leitfähige Mittel ein. Dies erhöht die mechanische Festigkeit der Verbindung Chipmodul-Kartenkörper.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Chipkarte sieht vor, dass als Kontaktvermittler zumindest ein aufgeklebter Kontaktstift vorgesehen ist. Dadurch kann für das Chipmodul auch ein Träger verwendet werden, der nicht löt- oder schweißbar sein muss, um den Kontaktvermittler anzubringen.

Als zusätzliche vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Chipkarte ist vorgesehen, dass als Kontaktvermittler zumindest ein chemisch oder galvanisch aufgebrachter Kontakthügel vorgesehen ist. Dadurch können zusätzliche alternative Materialien für den Kontaktvermittler verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Chipkarte ist es, wenn sich dass elektrisch leitfähige Mittel in einer Ausnehmung im Kartenkörper zwischen einer Oberfläche des Kartenkörpers und der Anschlussstelle befindet, wobei die Ausnehmung seitlich vollständig von Wänden begrenzt ist. Dadurch lassen sich flüssige oder leicht verformbare elektrisch leitfähige Mittel verwenden, in die einerseits der Kontaktvermittler ohne großen mechanischen widerstand eingebracht werden kann, andererseits das Mittel nicht einfach davon fließt, sondern durch die sie umgebenden Wände gehalten wird.

Vorteilhafterweise ist das elektrisch leitfähige Material aushärtbar. Dadurch kann in einfacher Art und Weise eine fes te Verbindung zwischen Kontaktvermittler und elektrisch leitfähigem Mittel nach dem Einbringen des Kontaktvermittlers in ein zunächst flüssiges oder leicht verformbares Mittel erreicht werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßer Chipkarte sieht vor, dass das elektrisch leitfähige Mittel elastisch ist. Durch die Elastizität können eventuell auftretende mechanische Kräfte zwischen Chipmodul und Kartenkörper aufgefangen werden, ohne dass es zur Zerstörung der Verbindung zwischen dem Kontaktvermittler und der Anschlussstelle der Antenne kommt.

Ist das elektrisch leitfähige Mittel ein Leitkleber, so bietet dies den Vorteil, eine elektrisch leitfähige, aushärtbare und elastische Verbindung zu erhalten.

Vorzugsweise ist der Kontaktvermittler formschlüssig mit dem elektrisch leitfähigen Mittel in Verbindung. Dadurch wird eine Verzahnung des Kontaktvermittlers mit dem elektrisch leitfähigen Mittel erreicht, die eine dauerhafte, stabile Verbindung herstellt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Chipkarte ist es, wenn der Chipmodul mit dem Kartenkörper durch ein Verbindungsmaterial verbunden ist. Dadurch wird vor allem im Hinblick auf Zugkräfte eine zuverlässigere und belastbarere Verbindung erreicht.

Ist das Verbindungsmaterial ein elektrisch nicht leitender Heißkleber, so wird damit die Herstellung der Chipkarte auf Standard-Implantern ermöglicht.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Chipkarte sieht vor, dass in dem Kartenkörper eine Kavität zur Aufnahme des Chipmoduls ausgebildet ist. Dadurch kann. das Chipmodul besonders Platz sparend mit dem Kartenkörper verbunden werden. Die Dicke der Chipkarte wird somit in Grenzen gehalten.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Chipkarte sieht vor, dass auf der zweiten Seite des Trägers Kontaktflächen sind, wobei diese Kontaktflächen mit dem Halbleiterchip elektrisch verbunden sind. Dadurch kann die Chipkarte auch zur kontaktbehafteten Datenübertragung verwendet werden und gibt dem Nutzer somit mehr Anwendungsmöglichkeiten.

Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung mit folgenden Schritten gelöst:

a) Bereitstellen eines Chipmoduls umfassend einen Träger mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, einen Halbleiterchip auf der ersten Seite, einen Kontaktvermittler auf der ersten Seite, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Halbleiterchip und dem Kontaktvermittler,
b) Bereitstellen eines Kartenkörpers mit einer Antenne für eine induktive Datenübertragung sowie einer freigelegten Anschlussstelle der Antenne
c) Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Mittels auf die freigelegte Anschlussstelle der Antenne und
d) Zusammenbringen des Chipmoduls mit dem Kartenkörper, wobei der Kontaktvermittler in das elektrisch leitfähige Mittel eingetaucht wird.

Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Verbindung zwischen Chipmodul und Kartenkörper sehr einfach zu realisieren ist und auf herkömmlichen Standard-Implantern hergestellt werden kann. Des Weiteren bietet die so entstehende Verbindung zwischen Kontaktvermittler und. elektrisch leitfähigem Mittel eine sehr gute Langzeitzuverlässigkeit bezüglich thermomechanischer sowie mechanischer Belastungen, welche auf das Chipmodul und den Kartenkörper einwirken.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Anschlussstelle durch das Einbringen einer Ausnehmung im Kartenkörper zwischen einer Oberfläche des Kartenkörpers und der Anschlussstelle freigelegt wird, wobei die Ausnehmung seitlich vollständig mit Wänden begrenzt ist. Dadurch kann auch ein flüssiges bzw. sehr leicht verformbares elektrisch leitfähiges Mittel wie z.B. ein Pulver oder eine Paste verwendet werden. Durch die seitlichen Wände der Ausnehmung wird ein Wegfliesen bzw. eine Deformierung des Mittels verhindert. Durch Verwendung eines solchen flüssigen bzw. leicht verformbaren Mittels wird das Eintauchen des Kontaktvermittlers wesentlich vereinfacht, weil keine großen mechanischen Kräfte für den Eintauchvorgang aufgewendet werden müssen. Außerdem wird durch die Verwendung eines solchen flüssigen bzw. leicht verformbaren Mittels erreicht, dass sich das Mittel an die Form des eingetauchten Kontaktvermittlers anpasst und somit eine optimale elektrische als auch mechanische Verbindung herstellt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn dass elektrisch leitfähige Mittel nach dem Eintauchen des Kontaktvermittlers ausgehärtet wird. Dadurch entsteht eine feste Verbindung des Kontaktvermittlers mit dem elektrisch leitfähigen Mittel.

Vorzugsweise wird der Chipmodul mit dem Kartenkörper durch ein Verbindungsmaterial verbunden. Dadurch wird eine zusätzliche mechanische Verbindung geschaffen, die zu mehr Stabilität zwischen den beiden Komponenten führt. Außerdem ist dieses zusätzliche Verbindungsmaterial notwendig um den Chipmodul an dem Kartenkörper in einer vorbestimmten Position zu fixieren. Dies ist vor allem wichtig solange der eingetauchte Kontaktvermittler nicht eine feste mechanische Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Mittel eingegangen ist.

In einer weitern bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Kontaktvermittler beim Zusammenbringen des Chipmoduls mit dem Kartenkörper durch das Verbin dungsmaterial hindurchgedrückt. Somit kann das Verbindungsmaterial als Folie großflächig und einfach aufgebracht werden, ohne dass irgendwelche Aussparungen oder Öffnungen für die Kontaktvermittler eingebracht werden müssen. Der Herstellungsaufwand wird dadurch gesenkt.

Wird in dem Kartenkörper eine Kavität zur Aufnahme des Chipmoduls bereitgestellt, kann durch den eingelassenen Chipmodul in den Kartenkörper eine ebene Oberfläche der Chipkarte erreicht werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutet. Dabei zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chipkarte.
2 eine schematische Querschnittsansicht eines Kontaktvermittlers bestehend aus zwei übereinander gestapelten Stud-Bumps
In 1 ist in einer schematischen Querschnittsansicht eine Chipkarte dargestellt, die aus einem Chipmodul und einem Kartenkörper 6 zusammengesetzt ist.
Der Chipmodul besteht aus einem Träger 1, der beispielsweise aus einer Kunststofffolie aus glasfaserverstärktem Epoxidharz bestehen kann. Auf der unteren Seite des Trägers 1 ist ein Halbleiterchip 2 und eine elektrisch leitende Verbindung 4 aufgebracht. Um den Halbleiterchip 2 zu schützen ist er mit einer Kunststoffmasse umhüllt.
Auf der elektrisch leitenden Verbindung 4 ist zum Zwecke der mechanischen und elektrischen Verbindung mit dem Kartenkörper 6 bzw. mit einer Anschlussstelle 5 einer Antenne ein Kontaktvermittler 3 aufgebracht. Der Kontaktvermittler 3 ist ein na gelkopfförmiger, abgezwickter Bonddraht, im Allgemeinen als Stud-Bump bekannt. Die Größe des Stud-Bumps ist variabel und kann je nach Anforderung eingestellt werden. In der Regel besitzt der Stud-Bump eine Höhe von 5 μm bis 100 μm.
Seitlich neben dem Kontaktvermittler 3 befindet sich ein vor dem Zusammenfügen des Chipmoduls und des Kartenkörpers 6 auf dem Chipmodul aufgebrachtes Verbindungsmaterial 8. Das Verbindungsmaterial 8 ist ein elektrisch nicht leitender thermisch aktivierbarer Klebstoff, im Allgemeinen als Heißkleber bekannt.
In dem Kartenkörper 6, üblicherweise eine Kunststofffolie aus Polykarbonat, ist auf bekannte Weise eine Kavität 10 gefräst. Diese Kavität 10 bestimmt den Verlauf der Oberfläche des Kartenkörpers. In 1 ist das treppenförmige Profil der Kavität 10 bzw. der Oberfläche des Kartenkörpers zu erkennen. An einer Treppenstufe ist eine Ausnehmung 9 erkennbar, die sich von der Oberfläche des Kartenkörpers bis zur Anschlussstelle 5 der Antenne erstreckt. Die Ausnehmung 9 ist seitlich von Wänden begrenzt, die durch den verbleibenden Kartenkörper 6 gebildet werden.
In der Ausnehmung 9 befindet sich ein elektrisch leitfähiges Mittel 7, das üblicherweise ein elastischer Leitklebstoff ist.
Der Kontaktvermittler 3 ist in das elektrisch leitfähige Mittel 7 eingetaucht. Das Verbindungsmaterial 8 stellt eine zusätzliche Verbindung zwischen Chipmodul und Kartenkörper 5 her.
In 2 ist in einer schematischen Querschnittsansicht ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kontaktvermittlers 3 bestehend aus zwei übereinander gestapelten Stud-Bumps dargestellt. Der Kontaktvermittler 3 ist auf der elektrisch leitenden Verbindung 4 angebracht.

1: Träger
2: Halbleiterchip
3: Kontaktvermittler
4: elektrisch leitende Verbindung
5: Anschlussstelle
6: Kartenkörper
7: elektrisch leitfähiges Mittel
8: Verbindungsmaterial
9: Ausnehmung
10: Kavität

Claims

Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung, zusammengesetzt aus a) einem Chipmodul, umfassend – einen Träger (1) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, – einen Halbleiterchip (2) auf der ersten Seite, – einen Kontaktvermittler (3) auf der ersten Seite sowie – eine elektrisch leitende Verbindung (4) zwischen dem Halbleiterchip (2) und dem Kontaktvermittler (3) und b) einem Kartenkörper (6), umfassend – eine Antenne für eine induktive Datenübertragung und – eine freigelegte Anschlussstelle (5) der Antenne, wobei sich zwischen der ersten Seite und der freigelegten Anschlussstelle (5) ein elektrisch leitfähiges Mittel (7) zum Verbinden der Antenne mit dem Halbleiterchip (2) befindet, in das der Kontaktvermittler (3) hineinragt.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktvermittler (3) zumindest ein Stud-Bump vorgesehen ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Stud-Bumps übereinander angebracht sind.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktvermittler (3) zumindest ein aufgeklebter Kontaktstift vorgesehen ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Kontaktvermittler (3) zumindest ein chemisch oder galvanisch aufgebrachter Kontakthügel vorgesehen ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das elektrisch leitfähige Mittel (7) in einer Ausnehmung (9) im Kartenkörper (6) zwischen einer Oberfläche des Kartenkörpers und der Anschlussstelle (5) befindet, wobei die Ausnehmung (9) seitlich vollständig von Wänden begrenzt ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Mittel (7) aushärtbar ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Mittel (7) elastisch ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Mittel (7) ein Leitkleber ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktvermittler (3) formschlüssig mit dem elektrisch leitfähigen Mittel (7) in Verbindung ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipmodul mit dem Kartenkörper (6) durch ein Verbindungsmaterial (8) verbunden ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmaterial (8) ein elektrisch nicht leitender Heißkleber ist
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kartenkörper (6) eine Kavität (10) zur Aufnahme des Chipmoduls ausgebildet ist.
Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der zweiten Seite des Trägers (1) Kontaktflächen sind, wobei diese Kontaktflächen mit dem Halbleiterchip (2) elektrisch leitend verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen eines Chipmoduls, umfassend – einen Träger (1) mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, – einer Halbleiterchip (2) auf der ersten Seite, – einen Kontaktvermittler (3) auf der ersten Seite, – eine elektrisch leitende Verbindung (4) zwischen dem Halbleiterchip (2) und dem Kontakthügel (3), b) Bereitstellen eines Kartenkörpers (6) mit – einer Antenne für eine induktive Datenübertragung, – einer freigelegten Anschlussstelle (5) der Antenne c) Ausbringen eines elektrisch leitfähiger Mittels (7) auf die freigelegte Anschlussstelle (5) und d) Zusammenbringen des Chipmoduls mit dem Kartenkörper (6), wobei der Kontaktvermittler (3) in das elektrisch leitfähige Mittel (7) eingetaucht wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussstelle (5) durch das Einbringen einer Ausnehmung (9) im Kartenkörper (6) zwischen einer Oberfläche des Kartenkörpers und der Anschlussstelle (5) freigelegt wird, wobei die Ausnehmung (9) seitlich vollständig mit Wänden begrenzt ist.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Mittel (7) nach dem Eintauchen des Kontaktvermittlers (3) ausgehärtet wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipmodul mit dem Kartenkörper (6) durch ein Verbindungsmaterial (8) verbunden wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktvermittler (3) beim Zusammenbringen des Chipmoduls mit dem Kartenkörper (6) durch das Verbindungsmaterial (8) hindurchgedrückt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte zur Kontaktlosen Datenübertragung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kartenkörper (6) eine Kavität (10) zur Aufnahme des Chipmoduls bereitgestellt wird.