DE102011116259A1

DE102011116259A1 - Kontaktierung einer Antenne

Info

Publication number: DE102011116259A1
Application number: DE102011116259A
Authority: DE
Inventors: Michael Baldischweiler; Carsten Bohn
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Mobile Security GmbH
Priority date: 2011-10-18
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2013-04-18
Also published as: EP2769602A1; WO2013056818A1

Abstract

Zum Erzeugen einer stoffschlüssigen metallischen Verbindung zwischen einer Anschlussfläche (8) einer auf einem kartenförmigen Substrat (2) angeordneten Antenne (3) und einer Kontaktfläche (5) eines Elektronikbausteins (4) wird eine Mehrschichtkontaktfolie (10) angrenzend an die Anschlussfläche (8) der Antenne (3) angeordnet. Bei der Mehrschichtkontaktfolie (10) handelt es sich um eine Kontaktfolie, die zumindest aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellt ist, insbesondere um eine so genannte ”Nanofolie”. Nach dem Anordnen der Mehrschichtkontaktfolie (10) wird durch ”Zünden” der Mehrschichtkontaktfolie die exotherme Reaktion in der Mehrschichtkontaktfolie (10) ausgelöst und so die stoffschlüssige metallische Verbindung erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronikbauteilgruppe umfassend ein kartenförmiges Substrat mit einer darauf angeordneten Antenne und einen Elektronikbaustein, wobei zwischen einer Anschlussfläche der Antenne und einer Kontaktfläche des Elektronikbausteins eine stoffschlüssige metallische Verbindung ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zum Erzeugen einer solchen stoffschlüssigen metallischen Verbindung. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechend angepasstes kartenförmiges Substrat und einen entsprechend angepassten Elektronikbaustein.
Es ist bekannt, Anschlussflächen einer auf einem Chipkartensubstrat angeordneten Antenne, z. B. einer auf das Substrat aufgedruckten Antenne, mit Kontaktflächen eines entsprechenden Elektronikbausteins durch Löten oder mittels Silberleitpaste elektrisch leitend zu verbinden. Allerdings kann dabei nur schwer sichergestellt werden, dass die Anschlussfläche der Antenne nicht vor dem Kontaktieren oxidiert. Dies führt dazu, dass möglicherweise kein mit Sicherheit dauerhaft stabiler elektrischer Kontakt entsteht.
Außerdem können derartige Kontaktflächen über Durchkontaktierungen angeschlossen werden, die durch Aussparungen des Chipkartensubstrats hindurch verlaufen. Hierzu wird nach dem Aufdrucken der Antenne von der gegenüberliegenden Seite des Substrats aus eine bis zu der Antenne durch das Substrat hindurch verlaufende Aussparung erzeugt. Um die Antenne durch diese Aussparung hindurch zu kontaktieren, werden anschließend auf der der Antenne gegenüberliegenden Seite Leiterbahnen aus Silberleitpaste derart aufgedruckt, dass die Aussparung mit der Silberleitpaste aufgefüllt wird. Allerdings verbleiben häufig Reste des Substratmaterials oder auch anderer zum Erzeugen der Aussparung verwendeter Stoffe auf den durch die Aussparung freigelegten Anschlussflächen der Antenne. Dies kann ebenfalls dazu führen, dass kein zuverlässiger elektrischer Kontakt entsteht. Diese Nachteile werden auch beim Ausbilden einer Lötverbindung nicht vollständig beseitigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei dem Kontaktieren einer Antenne mit einfachen Mitteln einen zuverlässigen elektrischen Kontakt sicherzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Elektronikbauteilgruppe, ein Herstellungsverfahren für eine derartige Elektronikbauteilgruppe, ein kartenförmiges Substrat mit darauf angeordneter Antenne, einen geeignet ausgebildeten Elektronikbaustein sowie ein Verfahren zum Verbinden der elektrischen Anschlussfläche einer auf einem kartenförmigen Substrat angeordneten Antenne mit einer elektrischen Kontaktfläche eines Elektronikbausteins über eine stoffschlüssige metallische Verbindung gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. In davon abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Erzeugen der stoffschlüssigen metallischen Verbindung zwischen der elektrischen Anschlussfläche einer auf einem kartenförmigen Substrat angeordneten Antenne und einer elektrischen Kontaktfläche eines Elektronikbausteins, z. B. eines Mikrochips oder sonstigen Halbleiterbauelements, zumindest eine Mehrschichtkontaktfolie angrenzend an die Anschlussfläche der Antenne angeordnet. Diese Folie wird anschließend zum Ausbilden der stoffschlüssigen metallischen Verbindung gezündet. Bei dieser Mehrschichtkontaktfolie handelt es sich um eine aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellte Kontaktfolie. Besonders bevorzugt sind die Schichten weniger als 500 nm oder < 200 nm oder < 100 nm oder < 50 nm oder sogar < 30 nm dick. Derartige Kontaktfolien sind von der in Clinton, New York, USA ansässigen Firma ”Indium Corporation” unter der Bezeichnung ”Nanofoil^®” erhältlich.
Die Kontaktfolien werden durch lokales Erhitzen auf beispielsweise mehr als 250°C gezündet, wodurch die Materialien der aneinandergrenzenden Schichten beginnen, exotherm miteinander zu reagieren. Dadurch erhitzt sich die Kontaktfolie für kurze Zeit auf eine sehr hohe Temperatur (z. B. 1500°C), die genügt, die Anschlussfläche der Antenne mit der Mehrschichtkontaktfolie zu verschweißen und/oder – in Gegenwart eines Lots – zu verlöten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kommen folglich verzinnte Mehrschichtkontaktfolien zum Einsatz.
Die stoffschlüssige metallische Verbindung umfasst dementsprechend zumindest eine derartige an die Anschlussfläche der Antenne angrenzende gezündete Mehrschichtkantaktfolie.
Es hat sich herausgestellt, dass eine mittels einer solchen Mehrschichtkontaktfolie hergestellte stoffschlüssige metallische Verbindung zu der Anschlussfläche der Antenne einen sicheren elektrischen Kontakt gewährleistet, auch wenn die Anschlussfläche oxidiert ist.
Zudem hat sich herausgestellt, dass mittels der Mehrschichtkontaktfolie ein sicherer elektrischer Kontakt mit der Anschlussfläche der Antenne auch hergestellt werden kann, wenn die Anschlussfläche mit Resten des Substratmaterials oder sonstigen beim Erzeugen einer Aussparung über der Anschlussfläche verwendeten Stoffen verschmutzt ist und/oder ggf. oxidiert ist.
Dementsprechend ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Antenne auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet, und von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite aus wird eine bis zu der Antenne verlaufende Aussparung durch das Substrat hindurch erzeugt. Die Mehrschichtkontaktfolie wird anschließend innerhalb dieser Aussparung angeordnet und die stoffschlüssige metallische Verbindung in der Aussparung als Durchkontaktierung durch das Substrat hindurch ausgebildet.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es bedeutend für die Erfindung, dass die Mehrschichtkontaktfolie an die Anschlussfläche der Antenne angrenzt. Andernfalls wird kein zuverlässiger Kontakt zu dieser Anschlussfläche hergestellt. Die Mehrschichtkontaktfolie muss jedoch nicht an die Kontaktfläche des Elektronikbausteins angrenzen. Vielmehr kann zwischen der Mehrschichtkontaltfolie und der Kontaktfläche des Elektronikbausteins auch mit herkömmlichen Methoden eine zuverlässige elektrisch leitfähige Verbindung erzeugt werden. Dementsprechend umfasst die stoffschlüssige metallische Verbindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen der Mehrschichtkontaktfolie und der Kontaktfläche des Elektronikbausteins ein weiteres metallisches Material, vorzugsweise Silberleitpaste.
Insbesondere kann bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, bei der die Antenne auf einer ersten Seite des Substrats angeordnet ist und eine zur Durchkontaktierung dienende Aussparung in dem Substrat vorgesehen ist, nach Anordnen der Mehrschichtkontaktfolie in der Aussparung das weitere metallische Material auf die der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite des Substrats derart aufgebracht, insbesondere aufgedruckt, werden, dass es die Aussparung auffüllt.
Dennoch kann die Mehrschichtkontaktfolie entsprechend einer alternativen Ausführungsform natürlich auch an die Kontaktfläche des Elektronikbausteins angrenzen. In diesem Fall wird die gesamte stoffschlüssige metallische Verbindung zwischen der Anschlussfläche der Antenne und der Kontaktfläche des Elektronikbausteins durch die Mehrschichtkontaktfolie gebildet. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Elektronikbaustein und die Antenne auf derselben Seite des Substrats angeordnet sind. Grundsätzlich kann aber auch eine Durchkontaktierung nur mittels der Mehrschichtkontaktfolie geschaffen werden, beispielsweise bei einem entsprechend dünnen Substrat.
Wie zuvor erläutert, muss die Mehrschichtkontaktfolie zum Ausbilden der stoffschlüssigen metallischen Verbindung gezündet werden, d. h. sie muss hinreichend schnell auf eine hinreichend hohe Zündtemperatur (z. B. 250°C) erhitzt werden. Dies kann durch Lichtstrahlung, z. B. mittels eines Lasers, erfolgen. Ebenso ist grundsätzlich ein Zünden mittels einer heißen Zündnadel möglich. Allerdings ist die Mehrschichtkontaktfolie bei vielen Ausführungsformen nicht derart von außen zugänglich, dass sie mittels eines Lasers oder einer Zündnadel gezündet werden könnte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt in solchen Fällen das Zünden beispielsweise durch Einbringen in ein elektromagnetisches Feld. Dabei wirken die den elektromagnetischen Wellen ausgesetzte Mehrschichtkontaktfolie sowie ggf. angrenzende elektrisch leitfähige Materialien wie eine Antenne (bzw. Antennen) und erhitzen sich durch induzierte elektrische Ströme. Vorzugsweise ist die Mehrschichtkontaktfolie spulenförmig ausgebildet, wobei die Resonanzfrequenz durch geeignete Massnahmen festgelegt werden kann. Die spulenförmige Mehrschichtkontaktfolie kann dabei derart ausgestaltet sein, dass ein oder mehrere Bereiche in Bezug auf den Leiterbahnquerschnitt der übrigen Spulenbereiche einen deutlich verringerten Leiterbahnquerschnitt aufweisen. Vorzugsweise beträgt der deutlich verringerte Leiterbahnquerschnitt weniger als 50% des Leiterbahnquerschnitts der übrigen Spulenbereiche, besonders bevorzugt weniger als 10%. Bei Überschreiten eines Stromstärkeschwellwertes ist die Wärmeentwicklung in den Bereichen mit deutlich verringertem Leiterbahnquerschnitt derart hoch, dass die Mehrschichtkontaktfolie in diesen Bereichen zündet. Die Anordnung des oder der Bereiche mit verringertem Leiterbahnquerschnitt kann dabei je nach Ausführungsform variieren. Die Anordnung führt nach Art einer Schmelzsicherung dazu, dass in den vorgenannten Bereichen die Mehrschichtkontaktfolie eine stoffschlüssige metallische Verbindung zu der Anschlussfläche der auf dem Substrat angeordneten Antenne bildet.
Vorzugsweise wird das elektromagnetische Feld hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der durch die Mehrschichtkontaktfolie erzeugten metallisch stoffschlüssigen Verbindung ausgewertet. Denn durch das Zünden der Mehrschichtkantaktfolie und das dadurch bewirkte Ausbilden der stoffschlüssigen metallischen Verbindung ändern sich der Widerstand der Mehrschichtkontaktfolie, der Übergangswiderstand zu der Anschlussfläche der auf dem Substrat angeordneten Antenne und der Übergangswiderstand zu dem weiteren metallischen Material bzw. der Kontaktfläche des Elektronikbausteins. Diese Widerstandsänderungen können eine detektierbare Änderung der Modulation des einwirkenden elektromagnetischen Feldes bewirken. Basierend auf dieser Modulation kann dementsprechend die Qualität der metallisch stoffschlüssigen Verbindung bewertet werden.
Das Zünden der Mehrschichtkontaktfolie kann jedoch nicht nur durch Erzeugen elektrischer Ströme in der Mehrschichtkontaktfolie mittels elektromagnetischer Strahlung sondern auch durch andersartig erzeugte elektrische Ströme erfolgen. Bei Ausführungsformen, bei denen die Mehrschichtkontaktfolie in einer zur Durchkontaktierung dienenden Aussparung in dem Substrat angeordnet ist, wird der elektrische Strom bevorzugt mittels eines ersten Schleifkontakts auf der ersten Seite des Substrats auf der sich auch die Antenne befindet und eines zweiten Schleifkontakts auf der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Substrats angelegt.
Auch in diesem Falle kann der durch die Mehrschichtkontaktfolie geleitete elektrische Strom hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der durch die Mehrschichtkontaktfolie erzeugten stoffschlüssigen metallischen Verbindung ausgewertet werden, nämlich gleichzeitig mit oder im Anschluss an den Schweiß- und/oder Lötvorgang. Wie zuvor dargelegt, bewirkt das Zünden der Mehrschichtkontaktfolie eine Änderung des Widerstands der Mehrschichtkontaktfolie sowie der Übergangswiderstände zu der Anschlussfläche der Antenne und zu dem weiteren metallischen Material bzw. der Kontaktfläche des Elektronikbausteins. Dementsprechend kann an Hand der elektrischen Leitfähigkeit der stoffschlüssigen metallischen Verbindung deren Qualität bewertet werden.
Die Mehrschichtkontaktfolie kann vor Erzeugung der stoffschlüssigen metallischen Verbindung zunächst auf einer Anschlussfläche der Antenne angeordnet werden oder auch – falls die gesamte zu erzeugende stoffschlüssige metallische Verbindung durch die Mehrschichtkontaktfolie bereitgestellt werden soll – auf der Kontaktfläche des Elektronikbausteins. Dementsprechend betrifft die vorliegende Erfindung auch entsprechende Halbzeuge. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung daher ein Substrat mit darauf angeordneter Antenne mit zumindest einer Anschlussfläche, auf der die Mehrschichtkontaktfolie angeordnet ist. Dabei ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Antenne auf einer Seite des Substrats angeordnet und die Mehrschichtkontaktfolie in einer Aussparung des Substrats als Teil einer durch das Substrat hindurch zu erzeugenden Durchkontaktierung. Ebenfalls betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektronikbaustein mit zumindest einer Kontaktfläche zum Kontaktieren einer Antenne, auf der zumindest eine Mehrschichtkontaktfolie angeordnet ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen sowie weiteren Ausführungsalternativen im Zusammenhang mit den Zeichnungen, die schematisch zeigen:
1: ein kartenförmiges Substrat mit darauf angeordneter Antenne und einen mit der Antenne verbundenen Mikrochip gemäß einer ersten Ausführungsform,
2: ein kartenförmiges Substrat mit darauf angeordneter Antenne und einen mit der Antenne verbundenen Mikrochip gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3: das kartenförmige Substrat mit darauf angeordneter Antenne aus 1 mit auf den Anschlussflächen der Antenne angeordneten Mehrschichtkontaktfolien und
4: den Mikrochip aus 2 mit auf den Kontaktflächen angeordneten Mehrschichtkontaktfolien.
In 1 ist eine Elektronikbauteilgruppe 1, umfassend ein kartenförmiges Substrat 2 mit einer auf der Unterseite des Substrats 2 aufgedruckten Antenne 3 und einem auf der Oberseite des Substrats 2 angeordneten Mikrochip 4 dargestellt. Bei dem kartenförmigen Substrat 2 kann es sich z. B. um ein Chipkartensubstrat, eine Folie oder eine Chipkartensubstratfolie, z. B. ein Karteninlay, handeln. Die Antenne 3 ist vorliegend schematisch mit nur einer einzelnen Windung dargestellt, normalerweise weisen derartige aufgedruckte Antennen 3 jedoch mehrere Windungen auf. Das Substrat 2 ist an der in der Perspektivdarstellung vorderen Kante geschnitten dargestellt, um die Durchkontaktierung der Antenne 3 durch das Substrat 2 zu zeigen.
Die Elektronikbauteilgruppe 1 umfasst weitere nicht dargestellte Komponenten. Bei der Elektronikbauteilgruppe 1 kann es sich insbesondere um ein RFID-System handeln, wie z. B. eine RFID-ID-Karte (Radio Frequency Identification – Identifikationskarte), eine RFID-SD-Karte (Speicherkarte vom Typ Secure Digital mit RFID-Modul), eine RFID-μSD-Karte (Speicherkarte vom Typ micro Secure Digital mit RFID-Modul), einen RFID-USB-Stick (USB-Stick mit RFID-Modul), einen RFID-Key-Fobs (Schlüsselanhänger mit RFID-Modul), einen RFID-Security-Token (Gerät zur Identifizierung und Authentifizierung von Benutzern mit RFID-Modul), ein sonstiges Gerät mit einem RFID-Modul oder auch um ein sonstiges Gerät mit einer Antenne oder eine Komponente eines der oben genannten Geräte.
Zur Durchkontaktierung der Antenne 3 sind in dem Substrat 1 Aussparungen 7 vorgesehen, die von der Oberseite des Substrats 1 bis zu der auf der Unterseite des Substrats 2 aufgedruckten Antenne 3 verlaufen. Die entsprechenden vom Substratmaterial befreiten Flächen 8 der Antenne 3 dienen als Anschlussflächen 8 der Antenne 3. Anstatt einer aufgedruckten Antenne 3 kann auch eine gewickelte Antenne verwendet werden, wobei der Wicklungsdraht z. B. an entsprechende auf der Unterseite des Substrats 2 angeordnete Anschlussflächen angeschlossen wird. Ebenso kann auch eine durch einen Ätzprozess auf der Unterseite des Substrats 2 erzeugte Antenne 3 verwendet werden. Ebenso kann die Antenne durch beliebige weitere, aus dem Stand der Technik dem Fachmann bekannte Verfahren hergestellt werden, beispielsweise durch Laserung.
In der Darstellung gemäß 1 sind die Aussparungen 7 im Bereich des Schnitts durch das Substrats 2 angeordnet, und es ist daher nicht ersichtlich, dass die Aussparungen 7 nicht an eine Außenkante des Substrats 2 angrenzen. Die Aussparungen 7 können z. B. mittels eines Lasers, durch Fräsen oder durch Ätzen erzeugt sein. Dabei kann es vorkommen, dass Reste des Substratmaterials oder auch Reste eines bei der Erzeugung der Aussparungen 7 verwendeten Stoffs, wie z. B. eines Ätzmittels, auf den Anschlussflächen 8 verbleiben. Zudem oxidieren die Anschlussflächen 8 bei Luftkontakt.
Um die möglicherweise verunreinigten oder oxidierten Anschlussflächen 8 der Antenne 3 dennoch sicher elektrisch zu kontaktieren, wird eine Mehrschichtkontaktfolie 10 angrenzend an die Anschlussflächen 8 angeordnet und in einem späteren Verfahrensschritt gezündet. Das Anordnen erfolgt mittels eines Bestückungsautomaten, wobei mehrere Mehrschichtkontaktfolien 10 auf Rollen bereitgestellt werden können.
Wie eingangs erwähnt, umfassen Mehrschichtkontaktfolien 10 mehrere weniger als einen Mikrometer dicke aneinandergrenzende Schichten aus exotherm miteinander reagierenden Materialien und sind unter dem Namen ”Nanofolie” bekannt. Sie können zum Erzeugen von Löt- oder Schweißverbindungen verwendet werden und zeichnen sich dadurch aus, dass in ihnen eine stark exotherme Reaktion ausgelöst werden kann. Dies wird auch als Zünden der Mehrschichtkontaktfolie 10 bezeichnet. Durch die stark exotherme Reaktion erhitzt sich die Mehrschichtkontaktfolie 10 schlagartig auf eine relativ hohe Temperatur (z. B. 1500°C), die genügt, Metallflächen miteinander zu verschweißen oder – in Gegenwart eines Lots – zu verlöten.
Dementsprechend kann die Mehrschichtkontaktfolie 10 zusätzlich zu den exotherm reagierenden Schichten auf einer oder auf beiden Seiten eine Lotschicht aufweisen. Das Zünden der Folie kann z. B. durch schnelles Erhitzen (an zumindest einer Stelle) über eine Mindesttemperatur von z. B. 200°C oder 250°C erfolgen. Bekannte Mehrschichtkontaktfolien 10 bestehen aus sich abwechselnden dünnen Schichten aus Metallen oder Halbmetallen, z. B. abwechselnde Schichten aus Aluminium und Nickel, aus Aluminium und Titan oder aus Titan und amorphem Silizium. Typische Schichtdicken liegen z. B. bei 50 nm pro Schichtpaar, und die Gesamtdicke einer solchen Mehrschichtkontaktfolie kann z. B. 60 bis 150 Mikrometer betragen. Die Nickel- und Aluminiumschichten bilden nach dem Zünden eine Nickel-Aluminium-Verbindung.
Durch die kurzzeitig erzielten hohen Temperaturen wird aufgrund der Verschweißung ein zuverlässiger elektrischer Kontakt zu den Anschlussflächen 8 geschaffen, auch wenn diese oxidiert oder zu einem gewissen Grad verunreinigt sind.
Die Mehrschichtkontaktfolien 10 grenzen im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht an entsprechende Kontaktflächen 5 des Mikrochips 4 an. Vielmehr sind zusätzlich auf der Oberseite des Substrats 2 aus Silberleitpaste bestehende Leiterbahnen 6 aufgebracht, insbesondere aufgedruckt. Diese Leiterbahnen 6 verlaufen bis zu den Aussparungen 7, so dass beim Aufbringen der Silberleitpaste auf die Substratoberseite die Aussparungen 7 oberhalb der Mehrschichtkontaktfolien 10 mit der Silberleitpaste aufgefüllt wurden.
Auf den Leiterbahnen 6 ist der Mikrochip 4 derart aufgebracht, z. B. aufgelötet, dass zwischen den Kontaktflächen 5 des Chips 4 und den Leiterbahnen 6 eine metallisch stoffschlüssige Verbindung entsteht.
Nach Aufbringen des Chips 4 wurden die beiden Mehrschichtkontaktfolien 10 in den Aussparungen 7 gezündet. Dabei bilden die Mehrschichtkontaktfolien 10 einen zuverlässigen elektrischen Kontakt sowohl zu der jeweiligen Anschlussfläche 8 als auch zu der jeweiligen Leiterbahn 6 aus. Das Zünden erfolgte vorliegend, indem mit Hilfe von Zündkontakten 20 und einer Stromquelle 21 ein elektrischer Gleich- oder Wechselstrom durch die Mehrschichtkontaktfolie 10 geleitet wird. Bei den Zündkontakten 20 kann es sich insbesondere auch um Schleifkontakte handeln, und als Stromquelle 21 kann z. B. eine Batterie dienen.
Zum Zünden einer Mehrschichtkontaktfolie 10 reichen dabei normalerweise bereits kleine Spannungen von weniger als einem Volt aus. Da entsprechende, vorzugsweise mit Lötzinn beschichtete, Mehrschichtkontaktfolien 10 bei der erforderlichen Größe typischerweise nur einen sehr geringen Durchgangswiderstand von z. B. 0,2 Ohm aufweisen, fließen bereits bei derart geringen Spannungen große Ströme und die erzeugte Wärme löst bereits nach sehr kurzer Zeit (z. B. nach weniger als einer Millisekunde) das Zünden der Mehrschichtkontaktfolie 10 aus.
An Hand des Stromflusses über die Zündkontakte 20 durch die Mehrschichtkontaktfolie 10 kann zudem kontrolliert werden, ob die Mehrschichtkontaktfolie 10 gezündet wurde. Dabei kann z. B. bereits während des Zünden der Stromfluss ausgewertet werden. Das Zünden der Mehrschichtkontaktfolie 10 und insbesondere das nachfolgende Verschweißen und/oder Verlöten der Mehrschichtkontaktfolie 10 mit der Anschlussfläche 8 bewirken normalerweise eine gut detektierbare Veränderung dieses Stromflusses. Ebenso kann ggf. auch nach dem Zünden noch an Hand eines Stromflusses über die Zündkontakte 20 durch die Mehrschichtkontaktfolie 10 hindurch festgestellt werden, ob die Mehrschichtkontaktfolie 10 gezündet wurde und die Anschlussflächen 8 mit der Mehrschichtkontaktfolie 10 verlötet bzw. verschweißt wurden. Das Zünden und Verschweißen bzw. Verlöten der Mehrschichtkontaktfolie 10 mit den Anschlussflächen 8 bewirkt in der Regel eine dauerhafte an Hand des Stromflusses messbare Widerstandsveränderung.
Alternativ dazu kann die Mehrschichtkontaktfolie 10 auch durch Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes gezündet werden. Durch gezieltes Bestrahlen mit elektromagnetischer Strahlung werden in der Mehrschichtkontaktfolie 10 sowie ggf. in daran angrenzenden metallischen Komponenten elektrische Ströme induziert, die die Mehrschichtkontaktfolie 10 erhitzen und zünden. Dabei kann gleichzeitig eine Modulation des einwirkenden elektromagnetischen Feldes hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der durch die Mehrschichtkontaktfolie 10 erzeugten metallisch stoffschlüssigen Verbindung ausgewertet werden, um auf diese Weise wiederum den Erfolg der Verschweißung bzw. Verlötung zu verifizieren.
Eine weitere Alternative besteht in der Bestrahlung der Mehrschichtkontaktfolie mithilfe elektromagnetischer Wellen, wie z. B. einen Laser, Mikrowellen UV-Strahlung etc. Die eingebrachte Strahlung führt zum Zünden und zur anschließenden Verschweißung bzw. Verlötung.
Grundsätzlich könnte das Zünden auch mittels einer heißen Zündnadel oder durch eine Krafteinwirkung erfolgen, z. B. durch einen Schlag auf den Bereich des Substrats 2, in dem die Mehrschichtkontaktfolie 10 angeordnet ist.
In 2 ist eine Abwandlung der Elektronikbauteilgruppe 1 dargestellt. Bei dieser sind die Antenne 3 sowie der an die Antenne 3 angeschlossene Mikrochip 4 auf derselben Seite des Substrats 2 angeordnet. Durchkontaktierungen sind nicht vorgesehen. Die Kontaktflächen 5 des Mikrochips 4 sind über gezündete Mehrschichtkontaktfolien 10 direkt mit den Anschlussflächen 8 der Antenne 3 verbunden. Die stoffschlüssigen metallischen Verbindungen werden dementsprechend nur durch die Mehrschichtkontaktfolien 10 gebildet. Das Zünden kann in Analogie zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel durch Leiten eines elektrischen Stroms durch die jeweilige Mehrschichtkontaktfolie 10 mittels zwei Zündkontakten erfolgen. Die beiden Zündkontakte können bei dem Ausführungsbeispiel von 2 z. B. einen nicht von der Kontaktfolie 10 bedeckten Bereich der Anschlussfläche 8 der Antenne 3 und einen mit der Kontaktfläche 5 des Chips 4 elektrisch leitend verbundenen Fuß 9 des Chips 4 kontaktieren. Ebenso ist in Analogie zu dem Ausführungsbeispiel von 1 ein Zünden durch Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes möglich. Des Weiteren kann die bei dem Ausführungsbeispiel von 2 besser zugängliche Mehrschichtkontaktfolie 10 insbesondere auch durch Hitzereinwirkung, z. B. mittels einer heißen Zündnadel, mittels eines Lasers oder durch Krafteinwirkung gezündet werden.
Bei einem Verfahren zum Erzeugen der stoffschlüssigen metallischen Verbindung werden also zunächst das Substrat 2 mitsamt der Antenne 3 sowie der Mikrochip 4 bereitgestellt. Anschließend wird, falls erforderlich, eine Aussparung 7 für eine Durchkontaktierung geschaffen. Zudem kann noch ein entsprechendes Lötmittel oder Lötmetall aufgebracht werden, insbesondere auf die oder im Bereich der Anschlussfläche 8 der Antenne 3, auf die Mehrschichtkontaktfolie 10 oder auch auf die oder im Bereich der Kontaktfläche 5 des Chips 4. Anschließend wird die Mehrschichtkontaktfolie 10 angrenzend an die Anschlussfläche 8 der Antenne 3 angeordnet. Danach werden ggf. noch Leiterbahnen 6 aufgebracht. Dann werden der Chip 4 auf dem Substrat 2 angeordnet und daraufhin die Mehrschichtkontaktfolie 10 gezündet. Nach oder bereits während des Zündvorgangs kann die Qualität der stoffschlüssigen metallischen Verbindung geprüft werden.
Alternativ dazu kann beispielsweise bei der Ausführungsform, bei der auf der Oberseite des Substrats 2 Leiterbahnen 6 aufgebracht werden, der Chip 4 auch erst nach dem Zünden der Mehrschichtkontaktfolie 10 mit den Leiterbahnen verbunden werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch entsprechende Halbzeuge, d. h. insbesondere das in 3 dargestellte, zu der Ausführungsform in 1 gehörige Substrat 2 mit darauf angeordneter Antenne 3 und Aussparungen 7 über den Anschlussflächen 8, wobei in den Aussparungen 7 bereits jeweils eine Mehrschichtkontaktfolie 10 angeordnet ist. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch den in 4 dargestellten, zur Ausführungsform in 2 gehörigen Mikrochip 4 mit Kontaktflächen 5 zum Kontaktieren einer Antenne, auf denen jeweils eine Mehrschichtkontaktfolie 10 angeordnet ist.

Claims

Elektronikbauteilgruppe (1), umfassend: ein kartenförmiges Substrat (2) mit einer darauf angeordneten Antenne (3) mit mindestens einer elektrischen Anschlussfläche (8) sowie einen Elektronikbaustein (4) mit mindestens einer elektrischen Kontaktfläche (5), wobei zwischen der Anschlussfläche (8) der Antenne (3) und der Kontaktfläche (5) des Elektronikbausteins (4) eine stoffschlüssige metallische Verbindung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige metallische Verbindung zumindest eine an die Anschlussfläche (8) der Antenne (3) angrenzende gezündete Mehrschichtkontaktfolie (10) umfasst, die zumindest aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellt ist.
Elektronikbauteilgruppe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) auf einer ersten Seite des Substrats (2) und der Elektronikbaustein (4) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Substrats (2) angeordnet sind, wobei die stoffschlüssige metallische Verbindung in einer Aussparung (7) des Substrats (2) als Durchkontaktierung durch das Substrat (2) ausgebildet und die Mehrschichtkontaktfolie (10) innerhalb der Aussparung (7) angeordnet ist.
Elektronikbauteilgruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige metallische Verbindung zwischen der Mehrschichtkontaktfolie (10) und der Kontaktfläche (5) des Elektronikbausteins (4) ein metallisches Material (6), vorzugsweise Silberleitpaste, umfasst.
Elektronikbauteilgruppe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtkontaktfolie (10) auch an die Kontaktfläche (5) des Elektronikbausteins (4) angrenzt.
Kartenförmiges Substrat (2) mit einer darauf angeordneten Antenne (3) mit zumindest einer elektrischen Anschlussfläche (8), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Anschlussfläche (8) eine Mehrschichtkontaktfolie (10) angeordnet ist, die zumindest aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellt ist.
Kartenförmiges Substrat (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtkontaktfolie (10) spulenförmig ausgebildet ist und ein oder mehrere Bereiche mit deutlich verringertem Leiterbahnquerschnitt aufweist, wobei die Bereiche mit deutlich verringertem Leiterbahnquerschnitt bei Überschreiten eines Stromstärkeschwellwerts eine exotherme Reaktion zeigen.
Kartenförmiges Substrat (2) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (3) auf einer Seite des Substrats (2) angeordnet ist, wobei die Mehrschichtkontaktfolie (10) in einer Aussparung (7) des Substrats (2) als zumindest ein Teil einer zu erzeugenden Durchkontaktierung durch das Substrat (2) angeordnet ist.
Elektronikbaustein (4) mit zumindest einer elektrischen Kontaktfläche (5) zum Kontaktieren einer elektrischen Anschlussfläche (8) einer Antenne (3), dadurch gekennzeichnet, dass auf der Kontaktfläche (5) zumindest eine Mehrschichtkontaktfolie (10) angeordnet ist, die zumindest aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellt ist.
Verfahren zum Verbinden einer elektrischen Anschlussfläche (8) einer auf einem kartenförmigen Substrat (2) angeordneten Antenne (3) mit einer elektrischen Kontaktfläche (5) eines Elektronikbausteins (4) über eine stoffschlüssige metallische Verbindung, umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Substrats (2) mit der darauf angeordneten Antenne (3) sowie des Elektronikbausteins (4), – Anordnen zumindest einer Mehrschichtkontaktfolie (10), die zumindest aus mehreren weniger als einen Mikrometer dicken aneinander angrenzenden Schichten aus miteinander exotherm reagierenden Materialien hergestellt ist, angrenzend an die Anschlussfläche (8) der Antenne (3) und – Zünden der Mehrschichtkontaktfolie (10) zum Ausbilden der stoffschlüssigen metallischen Verbindung.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Antenne auf einer ersten Seite des Substrats (2) angeordnet ist, umfassend die Schritte: – Erzeugen zumindest einer Aussparung (7) in dem Substrat (2) von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite aus bis zur Antenne (3), – Anordnen der Mehrschichtkontaktfolie (10) innerhalb der Aussparung (7) und – Ausbilden der stoffschlüssigen metallischen Verbindung in der Aussparung (7) als Durchkontaktierung durch das Substrat (2).
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Anordnen der Mehrschichtkontaktfolie (10) ein weiteres metallisches Material, vorzugsweise Silberleitpaste, auf der zweiten Seite des Substrats (2) derart aufgebracht wird, dass es die Aussparung (7) auffüllt.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtkontaktfolie (10) derart angeordnet wird, dass sie auch an die Kontaktfläche (5) des Elektronikbausteins (4) angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 oder Anspruch 12 mit 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zünden durch Leiten eines elektrischen Stroms durch die Mehrschichtkontaktfolie (10) erfolgt, der mittels eines ersten Schleifkontakts (20b) auf der ersten Seite des Substrats (2) und eines zweiten Schleifkontakts (20a) auf der zweiten Seite des Substrats (2), angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem ersten Schleifkontakt (20b) zu dem zweiten Schleifkontakt (20a) verlaufender elektrischer Strom hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der durch die Mehrschichtkontaktfolie (10) erzeugten stoffschlüssigen metallischen Verbindung ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Zünden durch Einwirkung eines elektromagnetischen Feldes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modulation des einwirkenden elektromagnetischen Feldes hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der durch die Mehrschichtkontaktfolie (10) erzeugten stoffschlüssigen metallischen Verbindung ausgewertet wird.