DE102012211546A1

DE102012211546A1 - Chipkarte mit bei Raumtemperatur pastenförmiger oder flüssiger Kontaktierung

Info

Publication number: DE102012211546A1
Application number: DE102012211546.3A
Authority: DE
Inventors: Thoralf Krull; Carsten Senge
Original assignee: Morpho Cards GmbH
Current assignee: Idemia Germany GmbH
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: BR112014032514A2; DE102012211546B4; CA2875765A1; IN2014DN10401A; CN104412281A; US20150161501A1; WO2014006024A1; JP2015521777A; KR20150034695A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem ersten elektrischen Bauelement (102; 104) und einem zweiten elektrischen Bauelement (106), wobei das erste elektrische Bauelement und das zweite elektrische Bauelement miteinander über ein elektrisch Leitfähiges Material (112) kontaktiert sind, wobei das Material (112) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, wobei das Metall oder die Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte.
Typischerweise werden Chipkarten durch Einbringen von zum Beispiel Bauelementen, zum Beispiel Chipmodulen in einen Chipkartenkörper hergestellt. Eine typische Chipkarte weist neben einem Modul wie einem Chipmodul auch noch weitere elektrische Komponenten, wie zum Beispiel eine Antenne oder eine Batterie auf. Für die Funktionsfähigkeit einer derartigen Chipkarte ist in der Regel eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Kontakten des besagten Moduls und den Kontakten des weiteren elektrischen Bauelements erforderlich. Dabei besteht diese elektrisch leitfähige Verbindung aus jeweils mindestens zwei Anschlüssen, die, sofern sie in einer Ebene liegen, räumlich vollständig voneinander getrennt gestaltet sind, um einen Kurzschluss zwischen ihnen zu vermeiden.
Aus der WO 2011/082765 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte durch elektrisch leitendes Verbinden eines Chipmoduls mit einem Chipkartenkörper bekannt, wobei das Chipmodul mittels eines thermoplastischen, elektrisch leitfähigen Elastomermaterials mit dem Chipkartenkörper haftend verbunden wird, so dass das Chipmodul mit zumindest einer elektrischen Kontaktfläche des Chipkartenkörpers leitend verbunden wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Chipkarte und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Es wird eine Chipkarte mit einem ersten elektrischen Bauelement und einem zweiten elektrischen Bauelement geschaffen, wobei das erste elektrische Bauelement und das zweite elektrische Bauelement miteinander über ein elektrisch leitfähiges Material kontaktiert sind, wobei das Material aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, wobei das Metall oder die Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist.
Ausführungsformen der Erfindung könnten den Vorteil haben, dass die erzeugte elektrisch leitfähige Verbindung über das elektrisch leitfähige Material auch bei mechanischen Belastungen der Chipkarte eine hohe Lebensdauer der Chipkarte sicher stellt. Die technischen Anforderungen an die beschriebene elektrisch leitfähige Verbindung sind nämlich vor allem bei hochwertigen Chipkarten, bei denen eine lange Lebensdauer gefordert ist, gehoben. Bei Verwendung von Chipkarten treten zum Beispiel mechanische Belastungen auf, da aufgrund von Biegung, Torsion sowie unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien starke mechanische Spannungen initiiert werden können. Durch das beschriebene elektrisch leitfähige Material kann eine robuste und langlebige elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Kontakten des ersten elektrischen Bauelements und des zweiten elektrischen Bauelements gewährleistet werden, da aufgrund der Pastenform oder der flüssigen Form des elektrisch leitfähigen Materials mechanische Spannungen zwischen den besagten Kontakten und im eigentlichen Verbindungselement vermieden werden.
Da ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet wird, ist außerdem eine Langlebigkeit dieses elektrisch leitfähigen Materials gewährleistet. Es kann zu keinem Verdampfen innerhalb des besagten Zeitraums der Lebensdauer einer Chipkarte (üblicherweise im Bereich von 10 Jahren) kommen, so dass sich hierdurch auch die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des verwendeten elektrischen leitfähigen Materials aufgrund der Wahl eines Metalls oder einer Metalllegierung nicht wesentlich verändern. Damit kann über die gesamte Lebensdauer der Chipkarte gewährleistet werden, dass die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des elektrisch leitfähigen Materials und damit wichtige Eigenschaften der Chipkarte unverändert bleiben.
Insgesamt ergibt sich durch die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Materials, welches in Form eines Metalls oder einer Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist, eine ermüdungsfreie, flexible Verbindungsmöglichkeit der Kontaktfläche eines ersten und zweiten elektrischen Bauelements, welche üblicherweise auftretenden mechanischen Belastungen ohne Weiteres gewachsen ist. Dies ist vor allem für die Produktion hochwertiger und langlebiger Chipkarten wie zum Beispiel von Ausweisdokumenten von wichtiger Bedeutung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einem „pastenförmigen” elektrisch leitfähigem Material ein Material verstanden, welches bei Raumtemperatur nicht mehr fließfähig sondern „streichfest” ist und noch eine solche Viskosität aufweist, dass es sich ermüdungsfrei bei einer mechanischen Beanspruchung der Kontakte des ersten und zweiten elektrischen Bauelements und der hieraus resultierenden veränderten relativen Lage der Kontakte der elektrischen Bauelemente anpassen kann. „Pastenförmig” könnte auch so definiert werden, dass die Viskosität des Materials kleiner als 10⁶ mPas ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Chipkarte einen Kartenkörper auf, wobei das elektrisch leitfähige Material durch den Kartenkörper und/oder das erste elektrische Bauelement und/oder das zweite elektrische Bauelement eingeschlossen ist. Durch den Einschluss wird sichergestellt, dass auch trotz eines sehr niedrigen Dampfdrucks des Materials ein Materialverlust aufgrund von Verdampfen über einen langen Zeitraum hinweg vermieden wird. Ferner hat dies den Vorteil, dass Einwirkungen durch externe Medien oder durch Feuchtigkeit zu keiner korrosiven Belastung des elektrisch leitfähigen Material führen und dadurch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des elektrisch leitfähigen Materials auch über einen längeren Zeitraum nahezu konstant beibehalten werden können. Insgesamt ergibt sich aufgrund des Einschlusses eine dauerhaft widerstandsfähige und alterungsresistente elektrische Kontaktierung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung resultiert der Einschluss zumindest teilweise aus einer Verklebung. Beispielsweise könnte das erste elektrische Bauelement oder des zweite elektrische Bauelement mit dem Kartenkörper verklebt werden, so dass nach der Verklebung das elektrisch leitfähige Material durch den Kartenkörper umgeben und das erste oder zweite elektrische Bauelement eingeschlossen ist. Dies ermöglicht somit ein einfaches Herstellungsverfahren, bei dem beispielsweise auf im Stand der Technik gewählte Laminations- und Verklebungsprozesse zwischen Kartenkörper und elektrischen Bauelementen zurückgegriffen werden kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist der Kartenkörper eine Aussparung auf, wobei das elektrisch leitfähige Material zumindest teilweise in der Aussparung aufgenommen ist und das erste Bauelement und das zweite Bauelement an einander gegenüberliegenden Seiten der Aussparung zueinander angeordnet sind. Es sei angemerkt, dass „an einander gegenüberliegenden Seiten der Aussparung” so verstanden werden soll, dass hierdurch nicht nur ein unmittelbares Sich-Gegenüber-Liegen der Bauelemente gemeint ist. Möglich ist auch, dass sich die Bauelemente seitlich zueinander versetzt gegenüber liegen.
Durch die Aussparung ergibt sich eine Art „Führung” für das elektrisch leitfähige Material, so dass es auch unter Wärmeausdehnung oder mechanischer Einwirkung in einem vordefinierten räumlichen Bereich relativ zum ersten und zweiten Bauelement verbleibt. Das elektrisch leitfähige Material kann also nicht an irgendwelche Stellen fließen, um dort nach Rückgang der mechanischen Belastung oder der thermischen Expansion dauerhaft zu verbleiben. Ferner könnte die Verwendung einer Aussparung am Kartenkörper eine Herstellung der beschriebenen Chipkarte vereinfachen. Hierzu müsste beispielsweise die Chipkarte mit ihrem Kartenkörper und dem ersten elektrischen Bauelement bereitgestellt werden und daraufhin das elektrisch leitfähige Material in die Aussparung dosiert werden. Alternativ könnte auch der Kartenkörper mitsamt dem elektrisch leitfähigen Material bereitgestellt werden, um daraufhin anschließend die Kontaktierung mit dem ersten und zweiten elektrischen Bauelement vorzunehmen. Dies vereinfacht insgesamt den Herstellungsprozess der Chipkarte. Insbesondere bei letzterem Verfahren könnte – um ein Wegfließen des elektrisch leitfähigen Materials zu verhindern – das Material in einem abgekühlten Zustand zusammen mit dem Kartenkörper bereitgestellt werden, wobei der abgekühlte Zustand so gewählt ist, dass der Aggregatszustand des Materials fest ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist im kontaktierten Zustand des ersten Bauelements und des zweiten Bauelements die Aussparung unvollständig mit dem elektrisch leitfähigen Material ausgefüllt. Dies könnte den Vorteil haben, dass bei einer thermischen Expansion oder bei einer Induzierung einer mechanischen Spannung von außen für das elektrisch leitfähige Material genügend Platz zum Ausweichen innerhalb der Aussparung besteht. Dadurch wird die mechanische Kraft, welche auf die Kontakte des ersten elektrischen Bauelements und des zweiten elektrischen Bauelements über das elektrisch leitfähige Material wirkt, minimiert.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist die Aussparung eine Langlochform auf. Die Langlochform könnte den Vorteil haben, dass sie in einer bestimmten Richtung bezüglich des Kartenkörpers der Chipkarte ausgerichtet bereitgestellt werden kann. Typischerweise weist eine Chipkarte eine Rechteckform auf, womit eine Seitenlänge (Längsrichtung) der Chipkarte größer ist als die andere hierzu senkrechte Seitenlänge. Da üblicherweise der Kontakt zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Bauelement in Längsrichtung der Karte seitlich versetzt zu einem der Bauelemente hergestellt wird, ist der Platz für die Aussparung in dieser Längsrichtung reduziert. Dies minimiert den Platz für eine um die Aussparung anzubringende Verklebung für die o. g. Abdichtung. Insofern besteht in Richtung parallel zu dieser längeren Kante weniger Platz, so dass es sich als eine vorteilhafte Ausgestaltung anbieten könnte, die Erstreckungsrichtung des Langlochs senkrecht zu dieser längeren Kante zu wählen. Anstatt also lediglich einen größeren Lochdurchmesser (Kreisform) zu wählen, welche in allen Richtungen einen hohen Platzbedarf aufweist, kann mit der Langlochform der relativen Anordnung der Bauelemente in optimaler Form Rechnung getragen werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das elektrisch leitfähige Material frei von organischen Verbindungen. Dadurch könnte gewährleistet sein, dass auch über einen langen Benutzungszeitraum hinweg die mechanischen und elektrischen Eigenschaften des elektrisch leitfähigen Materials nahezu unverändert gewährleistet werden können. Es tritt kein Alterungsverlust der Fließfähigkeit des Materials und auch keine alterungsbedingte Abnahme der Leitfähigkeit auf. Außerdem ist die Wärmeempfindlichkeit des elektrisch leitfähigen Materials durch die Abwesenheit von organischen Verbindungen minimiert.
In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die negativen Eigenschaften von elektrisch leitfähigem Silikonmaterial verwiesen, welches vor allem im Zuge der Alterung sein zunächst ausgeprägt elastisches Verhalten nach und nach verliert. Solch ein Material wäre insbesondere nicht in der Lage, nach einem gewissen Alterungsprozess aufgrund zu geringer Rückstellkräfte eine etwaige Vergrößerung des Kontaktabstandes des ersten und zweiten Bauelements aufgrund mechanischer oder thermischer Belastung auszugleichen. Dies könnte bei Chipkarten zu einer Unterbrechung der Kontakte und damit einem Versagen der Funktion der Chipkarte führen. Elektrisch leitfähiges Silikonmaterial unterliegt auch einer Alterung hinsichtlich seiner intrinsischen Leitfähigkeit. Vor allem im Temperaturwechsel bzw. Temperaturschocktest tritt eine Degradation ein, die mit einer Abnahme der Leitfähigkeit der Verbindung einhergeht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung weist das erste elektrische Bauelement einen mäanderförmigen Kontaktbereich auf, wobei die Kontaktierung zwischen dem ersten elektrischen Bauelement und dem zweiten elektrischen Bauelement über den Kontaktbereich gegeben ist. Die Ausgestaltung des Kontaktbereichs in Mäanderform hat den Vorteil, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das elektrisch leitfähige Material in Kontakt mit dem ersten elektrischen Bauelement gerät, maximiert wird. Selbiges gilt auch bezüglich einer Ausgestaltung des Kontaktbereichs des zweiten elektrischen Bauelements in Mäanderform.
Es sei angemerkt, dass die Maximierung der Wahrscheinlichkeit einer guten Kontaktierung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Bauelement auch alternativ dadurch maximiert werden könnte, dass die entsprechenden Kontaktflächen großflächig durchgängig ausgebildet werden. Dies erfordert jedoch einen hohen Materialaufwand bezüglich der Kontaktflächen, so dass insbesondere bei einem Massenproduktionsverfahren durch die Verwendung eines mäanderförmigen Kontaktbereichs hier Kosteneinsparungen möglich sind. Außerdem ermöglicht es die Mäanderform, den zur Kontaktierung verwendeten „Draht” direkt auf den Kartenkörper aufzubringen. Insbesondere im Fall einer Antenne sind „elektrisches Bauelement” und Kontaktbereich „Draht” identisch. Dies vereinfacht die Herstellung der Chipkarte gegenüber z. B. Ätzverfahren, mittels welcher die Antenne im Kartenkörper erzeugt wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das erste elektrische Bauelement und/oder das zweite elektrische Bauelement ein Chipmodul oder eine Leiterbahn oder eine Antenne oder einen Schalter oder ein Display oder eine Batterie oder einen Sensor.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung resultiert im kontaktierten Zustand der Kontakt zwischen dem ersten elektrischen Bauelement und dem zweiten elektrischen Bauelement aus einer Adhäsion des elektrisch leitfähigen Materials an den Kontakten des ersten elektrischen Bauelementes und des zweiten elektrischen Bauelementes. Dies hat den Vorteil, dass keine Klebhaftende Verbindung notwendig ist, um den Kontakt zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Bauelement über das elektrisch leitfähige Material zu gewährleisten. Unabhängig von einer äußeren mechanischen Einwirkung ist außerdem durchgängig gewährleistet, dass das elektrisch leitfähige Material in Kontakt mit dem ersten und zweiten elektrischen Bauelement bleibt.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte mit den Schritten des Bereitstellens eines elektrischen Bauelements in einem Chipkartenkörper und der anschließenden Applikation eines elektrischen leitfähigen Materials auf das erste elektrische Bauelement. Das Material besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung, wobei das Metall oder die Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist. Schließlich erfolgt noch das In-Berührung-Bringen eines zweiten elektrischen Bauelements mit dem elektrisch leitfähigen Material und z. B. gleichzeitigem mechanischen Verankern (Verkleben) des Elementes in dem Kartenkörper.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner ein Einschließen des elektrisch leitfähigen Materials.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Applikation des elektrisch leitfähigen Materials durch volumetrisches Dosieren und/oder ein Druckverfahren und/oder durch Bereitstellen eines Trägers mit zumindest einer Aussparung, wobei die Aussparung das Material aufweist, wobei der Träger auf das erste elektrische Bauelement aufgebracht wird.
Insbesondere das volumetrische Dosieren hat den Vorteil, dass durch Dispensen eine kostengünstige Auftragungsart verwendet werden kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird das erste elektrische Bauelement der Chipkarte auf einem Kartenkörper bereitgestellt, wobei das Verfahren ferner ein Erzeugen einer Aussparung des Kartenkörpers umfasst, wobei das volumetrische Dosieren ein Dosieren des Materials in die Aussparung umfasst. Somit kann entweder das elektrisch leitfähige Material bereits in einer Aussparung eines Trägers vorhanden sein und der Träger anschließend auf das erste elektrische Bauelement aufgebracht werden. Alternativ werden zunächst das elektrische Bauelement und der Träger zusammen bereitgestellt. Anschließend erst erfolgt (sofern noch keine Aussparung vorhanden ist) das Erzeugen einer Aussparung des Kartenkörpers und das volumetrische Dosieren des Materials in die bereits vorhandene oder zu erzeugende Aussparung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Applikation des elektrisch leitfähigen Materials in einem durch Abkühlung eingestellten festen Aggregatszustand des Materials. Dies könnte das Applizieren des elektrisch leitfähigen Material vereinfachen, da insbesondere im Falle von flüssigen Materialien ein Sich-Wegbewegen des elektrisch leitfähigen Materials von den Kontakten vermieden wird. Das elektrisch leitfähige Material kann dadurch sehr zielgerichtet in den Kontaktbereich gebracht werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt das In-Berührung-Bringen des zweiten elektrischen Bauelements mit dem elektrisch leitfähigen Material in dem durch Abkühlung eingestellten festen Aggregatszustand des Materials. Erst nachdem also die zu kontaktierenden Bauelemente an Ort und Stelle sind, wird überhaupt erst ermöglicht, dass das elektrisch leitfähige Material seinen flüssigen oder pastenförmigen Zustand einnimmt. Auch dadurch wird unterstützt, dass während des Herstellungsvorganges der Chipkarte ein Wegfließen oder sich Wegentfernen des elektrischen leitfähigen Materials vom eigentlichen Zielort vermieden wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Rüttelns des applizierten Materials. Eine entsprechende Rüttelvorrichtung kann hierzu zum Einsatz kommen. Durch das Rütteln wird gewährleistet, dass insbesondere vor dem In-Berührung-Bringen des zweiten elektrischen Bauelements der Chipkarte das elektrisch leitfähige Material zum Beispiel auf der dem zweiten elektrischen Bauelement zugewandten Seite eine Tropfenform annimmt oder aber zumindest die von dem ersten elektrischen Bauelement wegweisende Seite des elektrisch leitfähigen Materials eine homogene glatte Oberflächenstruktur annimmt. Wird nämlich zum Beispiel das Material in die obig beschriebene Aussparung volumetrisch dosiert, so könnte sich nach dem Entfernen der zum volumetrischen Dosieren verwendeten Nadel eine Art „Zipfel” an der Nadelentfernungsstelle des Materials bilden. Würde nun unmittelbar auf diesen Zipfel das zweite elektrische Bauelement aufgebracht (dessen Kontaktfläche), so könnte sich eine ungleichmäßige Kontaktierung ergeben.
Denkbar ist jedoch auch, dass insbesondere nach der Applikation des elektrisch leitfähigen Materials das elektrisch leitfähige Material optisch vermessen wird. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Material um einen bestimmten Betrag aus der besagten Aussparung in Richtung von dem ersten elektrischen Bauelement weg weisend herausragen. Die Höhe, wie weit das Material aus der Aussparung herausragt, ist ein Maß für die applizierte Menge an leitfähigem Material. Durch die optische Messung kann also kontrolliert werden, ob genügend Material eingebracht wurde. Ist hingegen der „Zipfel” vorhanden, so ist die besagte optische Messung ungenau. Durch den mechanischen Rüttelprozess wird jedoch aufgrund der Kohäsion des Materials das Ausbilden einer homogenen glatten Oberfläche, einer konvexen oder gar kugelförmigen Oberfläche initiiert. Dies ermöglicht in reproduzierbarer Weise, die besagte optische Messung durchzuführen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Vorbehandelns des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung. Dies könnte den Vorteil haben, dass gezielt die Adhäsion des leitfähigen Materials an dem ersten und/oder zweiten elektrischen Bauelement und/oder der Aussparung gefördert wird. Zum einen könnte dies die Kontaktierung zwischen Bauelement und leitfähigem Material fördern. Zum Andern könnte dies gewährleisten, dass bei einem schnellen Transportprozess des Kartenkörpers während des Herstellungsvorganges von einer Verarbeitungsstation der verwendeten Herstellungsmaschine zur nächsten Verarbeitungsstation kein Materialverlust des leitfähigem Materials aufgrund dessen Massenträgheit auftritt. Denn beim Transport wird die Karte sehr schnell beschleunigt, um zur nächsten Station transportiert zu werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Vorbehandeln

– ein gezieltes Erwärmen des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung und/oder dem leifähigen Material und/oder
– ein Behandeln des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung und/oder des leifähigen Materials mit einem Plasma und/oder
– ein Aufbringen eines Netzmittels auf das erste und/oder zweite elektrische Bauelement und/oder die Aussparung und/oder des leifähigen Materials.

Insbesondere durch die Erwärmung, z. B. eine gezielte Erwärmung des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung und/oder des leifähigen Materials könnte sich der Vorteil ergeben, dass hierdurch in einfacher Weise die Adhäsion von Material und/oder Kontakt verbessert wird.
Durch die Verwendung eines Plasmas, z. B. eines Atmosphärenplasmas könnte sich der selbe Effekt ergeben, wobei hier noch zusätzlich die Oberflächeneigenschaften der Materialen, insbesondere des Bodens der Aussparung, welcher das erste elektrische Bauelement trägt optimiert werden könnte. Die Verwendung von Netzmitteln könnte die Fließeigenschaften für eine möglichst großflächige Adhäsion des elektrisch leitfähigen Materials signifikant verbessern. Durch Plasmabehandlung und/oder die Verwendung von Netzmitteln findet eine schnellere Benetzung des Bodens der Aussparung und eine bessere Haftung des elektrisch leitfähigen Materials auf dem Boden statt. Beim beschriebenen Transportprozess wird die Wahr scheinlichkeit eines ungewollten Loslösens des elektrisch leitfähigen Materials von dem Boden minimiert.
Die Kontaktierungen mittels des besagten Metalls oder der Metalllegierung weisen eine hohe Alterungsbeständigkeit auf und Kontaktflächen aus insbesondere wenig oxidationsbeständigem Material wie Kupfer werden außerdem durch die Metalllegierung vor Oxidation und Korrosion geschützt. Ferner ist eine solche Kontaktierung aufgrund der Beschaffenheit des verwendeten elektrisch leitfähigen Materials innerhalb eines sehr weiten Temperaturbereichs stabil. Dadurch sind die Chipkarten bei nahezu allen Umgebungstemperaturen unbegrenzt lager- und verwendungsfähig.
Es sei allgemein angemerkt, dass vorzugsweise eine Metalllegierung als elektrisch leitfähiges Material verwendet wird, welches insbesondere ungiftig ist. Damit kann auch insbesondere gegenüber lösungsmittelhaltigen Kontaktmitteln der Vorteil erzielt werden, dass in umweltfreundlicher Weise Chipkarten hergestellt werden können, ohne die Gefahr der Schädigung der Umwelt oder der am Produktionsverfahren beteiligten Personen. Auch Benutzer werden in ihrer Gesundheit nicht beeinträchtigt.
Das beschriebene Verfahren kann zum Beispiel auf Chipkarten mit mindestens einer elektronischen Komponente oder einem elektronischen Bauelement wie zum Beispiel einem Chipmodul, einem Sensor, einer Batterie, einem Schalter, einer Antenne, einem Display oder Ähnlichem angewandt werden, bei denen die Kontakte verschiedener elektrischer Komponenten oder Bauelemente oder verschiedener Kontakte der gleichen elektrischen Bauelemente oder des gleichen elektrischen Bauelements elektrisch leitend miteinander zu verbinden sind. In diesem Fall kann insbesondere das Verfahren bei sogenannten Dual-Interface-Chipkarten (DIC) zur Herstellung einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem Chipmodul und einer RFID-Antenne (oder vergleichbarer Antenne für kontaktlose Kommunikation) eingesetzt werden. Im Allgemeinen können jedoch mittels des beschriebenen Verfahrens sowohl Elemente gestaltet werden, deren Funktion sich ausschließlich auf die elektrische Leitfähigkeit beschränkt (zum Beispiel Kontaktieren der elektrischen Verbindungselemente, Leiterbahnen, Antennenbrücken oder ähnliches), als auch Elemente, die neben einer elektrisch leitfähigen Verbindung weitere Funktionen zur Verfügung stellen, zum Beispiel Schalter, Schaltungen, Antennen, Sicherungsmechanismen oder ähnliches.
So genannte Dual Interface Chipkarten (DIC) sind Chipkarten, welche mit einer kontaktbehafteten sowie einer kontaktlosen Datenübertragungsschnittstelle ausgestattet sind, die beide von dem gleichen Chipmodul gesteuert werden. Das Verfahren kann jedoch auch Anwendung finden für sogenannte Hybrid-Chipkarten, das heißt Chipkarten mit einer kontaktbehafteten sowie einer kontaktlosen Datenübertragungsschnittstelle, die jeweils von einem eigenen Chipmodul gesteuert werden. Auch kann das Verfahren zur Herstellung von Kontaktlos Chipkarten mit einer kontaktlosen Datenübertragungsschnittstelle verwendet werden, in allen Fällen ist es notwendig, durch entsprechende Verbindungstechniken eine elektrische Verbindung zwischen der verwendeten Antenne mit dem Chipmodul herzustellen. Hier kann das besagte elektrisch leitfähige Material verwendet werden.
Es sei angemerkt, dass die obig beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden können, solange sich die kombinierten Ausführungsformen nicht gegenseitig ausschließen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 Querschnittsansichten einer Chipkarte,
2 verschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung einer Chipkarte.
Im Folgenden werden einander ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die 1 zeigt eine schematische Übersicht von Fertigungsschritten zur Herstellung der obig beschriebenen Chipkarte. Ersichtlich ist zunächst der Kartenkörper 100, in welchem bereits das erste elektrische Bauelement 102 mit seinem elektrischen Kontakt 104, zum Beispiel aufgrund eines Laminationsprozesses, eingebettet ist. Der Kartenkörper 100 weist ferner die Aussparung 110 auf, in welcher sich ein elektrisch leitfähiges Material 112 befindet. Das elektrisch leitfähige Material ist bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig.
Ferner ist in 1a ein Kontakt eines zweiten elektrischen Bauelements ersichtlich, wobei der Kontakt mit dem Bezugszeichen 106 gekennzeichnet ist. Durch eine Bewegung in Richtung 108, das heißt einer Bewegung senkrecht zur Oberfläche des Kartenkörpers 100 wird in der 1a die Kontaktfläche 106 auf das elektrisch leitfähige Material 112 aufgebracht.
Insbesondere im Falle eines flüssigen Aggregatzustandes des elektrisch leitfähigen Materials 112 nimmt das elektrisch leitfähige Material 112 nach einem entsprechenden Rüttelvorgang des Kartenkörpers 100 auf der der Kontaktfläche 106 zugewandten Seite aufgrund von Kohäsionskräften eine annähernde Kugelform an. Auf der der Kontaktfläche 104 zugewandten Seite hat hingegen aufgrund von Adhäsionskräften zwischen der Kontaktfläche 104 und dem Material 112 eine Benetzung der Kontaktfläche 104 durch das Material 112 stattgefunden.
Das in 1b gezeigte Resultat lässt erkennen, dass nun eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontakt 106 und dem Kontakt 104 über das elektrisch leitfähige Material hergestellt ist. Das elektrisch leitfähige Material hat aufgrund des Aufsetzens der Kontaktfläche 106 in Richtung 108 eine Verformung erfahren, so dass aus der ursprünglichen Kugelform eine Ellipsenform geworden ist. Außerdem hat nun ebenfalls auf der der Kontaktfläche 106 zugewandten Seite aufgrund von Adhäsionskräften zwischen der Kontaktfläche 106 und dem Material 112 eine Benetzung der Kontaktfläche 106 durch das Material 112 stattgefunden.
Da das elektrisch leitfähige Material 112 die Aussparung 110 in der 1a nicht vollständig ausfüllt, ist das Material in der Lage, in Längsrichtung der Aussparung, das heißt in 1b nach links und nach rechts in Richtung der kurzen Kante des Kartenkörpers 100 auszuweichen. Dadurch ergibt sich eine längliche Form mit einer Längserstreckung in Richtung parallel zur kurzen Seite des Kartenkörpers 100.
Würde nun in der 1b auf die Kontaktfläche durch eine mechanische Einwirkung von außen eine Kraft in Richtung 108 wirken, würde dies eine leichte Deformation des Kontakts 106 und gegebenenfalls auch des Kartenkörpers 100 bewirken. Dies hat jedoch keinerlei Einfluss auf den elektrischen Kontakt zwischen Kontaktfläche 106 und Kontaktfläche 104, da aufgrund seiner flüssigen oder pastenförmigen Konsistenz das elektrisch leitfähige Material 112 sich einer entsprechenden Verformung der Kontaktfläche 106 bzw. des Kartenkörpers 100 ermüdungsfrei anpassen kann. Das Material 112 kann somit sozusagen der Krafteinwirkung und der mechanischen Deformation ausweichen und beispielsweise in der 1b nach links und nach rechts seine Ellipsenform vergrößern.
Von Vorteil ist ferner, dass falls sich die Kontaktflächen 104 und 106 voneinander wegbewegen, ebenfalls der elektrische Kontakt zwischen diesen beiden Kontaktflächen beibehalten wird. Hebt sich also z. B. die Kontaktfläche 106 ein wenig entgegen der Richtung 108 auf dem Kartenkörper 100 an, könnte sich z. B. bezüglich des Materials 112 eine Art „Sanduhr-Effekt” einstellen, bei welchem sich aufgrund des Anhebens der Kontaktfläche die Taille des Tropfens 112 verschlankt. Denkbar sind hier als Ursache des Anhebens der Fläche 106 z. B. mechanische Einflüsse im Bereich von z. B. 50–100 μm, um welchen sich die Kontaktfläche 106 aus dem Kartenkörper heben könnte.
Auch im Falle eines starken Erwärmens des Kartenkörpers 100, beispielsweise wenn die Chipkarte 100 über einen gewissen Zeitraum auf einer warmen Oberfläche wie einer Heizung belassen wird, kann das elektrisch leitfähige Material 112 ohne mechanische Beeinflussung der Kontakte 104 und 106 eine Wärmeexpansion erfahren. Hierzu bietet die Aussparung 110 genügend Platz.
In allen beschriebenen Fällen der Änderung der Form des elektrisch leitfähigen Materials 112 wird aufgrund von Adhäsion zwischen dem Material 112 und den Kontakten 106 bzw. 104 gewährleistet, dass der elektrische Kontakt unverändert gut aufrechterhalten bleibt.
Somit kann zusammengefasst werden, dass in der 1 ein bei Raumtemperatur flüssiges bzw. pastenförmiges Metall bzw. eine flüssige oder pastenförmige Metallegierung zum Einsatz kommt. Diese wird zunächst durch ein geeignetes Auftragungsverfahren, zum Beispiel durch volumetrisches Dispensen auf die vertieft im Kartenkörper 100 liegende Kontaktfläche 104 des in den Kartenkörper eingelassenen Bauelements 102, zum Beispiel eine Antenne aufgebracht. In einem weiteren Prozessschritt wird dann das weitere elektrische Bauelement, zum Beispiel ein Chipmodul mit seinem Kontakt 106 in oder auf den Chipkartenkörper eingebracht oder aufgebracht. Die Kontaktfläche 106 kommt dadurch mit der Metalllegierung oder dem Metall 112 in Kontakt, wodurch dieses Material adhäsiv an den Kontaktflächen haftet.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens können damit für jede elektrisch leitfähige Verbindung jeweils zwei adhäsiv haftende Verbindungen erzeugt werden, nämlich die zwischen dem elektrisch leitfähigen Material und der Kontaktfläche des in den Chipkartenkörper eingebetteten ersten elektrischen Bauelements und die zwischen dem elektrisch leitfähigen Material und der Kontaktfläche 106. Es sei angemerkt, dass im Rahmen der gesamten Beschreibung einschließlich der Patentansprüche über eine adhäsive Anhaftung hinaus allgemein die Möglichkeit besteht, insbesondere durch spezielle Wahl einer geeigneten Metalllegierung in Abhängigkeit von deren Zusammensetzung und der Zusammensetzung der Kontaktflächen ein „Einlegieren” (z. B. Bildung intermetallischer Phasen, bzw. Verbindungen) zu bewirken. Dieses Einlegieren der Legierung in die Kontaktflächen kann zu einer Phasenneubildung führen, wodurch zum Beispiel die elektrische Kontaktierung weiter verbessert wird. Auf diese Weise könnte eine elektrisch sehr gut leitende und höchst alterungsbeständige Verbindung zwischen den besagten elektrischen Bauelementen erzielt werden, die in ihrer Qualität gar einer Lötverbindung ähnlich ist.
Ferner sei angemerkt, dass allgemein im Rahmen der gesamten Beschreibung einschließlich der Patentansprüche die besagte Metalllegierung einem komplexen Legierungssystem entstammt in der Beteiligung von zum Beispiel Zinn, Wismut, Gallium, Indium, Rhodium, Silber und Zink. Diese Aufzählung sollte doch nicht abschließend verstanden werden.
Die 2 zeigt in einer schematischen Übersicht verschiedene Verfahrensschritte, um eine Chipkarte herzustellen.
Gezeigt ist in 2 jeweils für jeden Verfahrensschritt eine Querschnittsansicht durch den Kartenkörper 100 und eine Aufsicht auf den Kartenkörper 100. Das Verfahren beginnt in 2a mit der Bereitstellung eines Kartenkörpers 100, in welchem die Kontaktfläche 104 eingebettet ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Kontaktfläche 104 um einen Teil einer Antenne. Wie ersichtlich ist, ist die Kontaktfläche 104 mäanderförmig ausgestaltet. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit einer guten Kontaktierung mit dem elektrisch leitfähigen Material erhöht – der Sinn dessen wird später insbesondere hinsichtlich 2c und 2d besser verständlich.
In 2b erfolgt zunächst das Erzeugen zweier verschiedener Aussparungen. Zum einen ist dies die Aussparung 202, welche eine Vertiefung zur Aufnahme des aufzubringenden Chipmoduls darstellt. In der Ausführungsform der 2 wird also ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen, dass das zu kontaktierende zweite elektrische Bauelement ein sogenanntes Chipmodul ist. Die weitere Vertiefung 200 dient vorrangig dem Zweck, eine Klebefläche bereitzustellen, über welche am Schluss des Verfahrens (2f) das Chipmodul dauerhaft mit dem Kartenkörper 100 verbunden werden kann.
Nach dem Erzeugen der Aussparungen 200 und 202 erfolgt in 2c das Erzeugen, zum Beispiel das Fräsen, der Aussparung 110. Der Fräsvorgang findet dabei im Bereich der Klebefläche (Vertiefung 200) des aufzubringenden Chipmoduls und oberhalb des mäanderförmigen Kontaktbereiches 104 statt. In der Aufsicht auf den Kartenkörper in 2c ist durch die Aussparung 110 hindurch der darunter liegenden mäanderförmige Kontaktbereich sichtbar.
In der 2d ist ersichtlich, dass in einem weiteren Verfahrensschritt das elektrisch leitfähige Material in die Aussparung 110 eingebracht wird. Aufgrund der mäanderförmigen Kontaktschleife 104 wird nun gewährleistet, dass mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zumindest eine der Windungen des Mäanders in elektrische Verbindung mit dem elektrisch leitfähigen Material 112 tritt. Selbst bei ungenauer Ausfräsung der Aussparung 110 in dem Schritt der 2c wäre also gewährleistet, dass mit hoher Wahrscheinlichkeit eine gute Kontaktierung zwischen dem Kontakt 104 und dem elektrisch leitfähigen Material 112 erzielt werden kann.
Schließlich erfolgt in 2e das Einbringen des Chipmoduls, welches im Folgenden mit Bezugszeichen 204 gekennzeichnet ist. Das Chipmodul weist neben einer Oberseite 210 auch Kontaktflächen 106 auf. Diese können ebenfalls mäanderförmig sein. Zwischen diesen Kontaktflächen 106 und dem Kontakt 104 soll über das elektrisch leitfähige Material 110 eine elektrische Verbindung hergestellt werden. Dazu wird das Chipmodul 204 in Richtung 108 auf den Kartenkörper 100 aufgesetzt. Die die Kontaktflächen 106 seitlich umgebenden Klebeflächen 206 des Chipmoduls 204 dienen auch dazu, die Aussparung 110 gegenüber Feuchtigkeit abzudichten. Hierzu kommt die Klebefläche 206 mit der Klebefläche 200 in Berührung. Durch einen entsprechenden Klebeprozess wird, wie in 2f ersichtlich, dann das elektrisch leitfähige Material 112 vollständig in der Aussparung 110 eingeschlossen. Hierzu umgibt die Klebefläche 206 vollständig die Kontaktfläche 106. Z. B. umgibt die Klebefläche 206 vollständig die Aussparung 110.
Im Ergebnis ergibt sich die Chipkarte, wie sie in 2f ersichtlich ist. Die Chipkarte weist an ihrer Oberseite weitere Kontaktflächen 210 des Chipmoduls 204 auf.
Zusammenfassend sei angemerkt, dass das elektrisch leitfähige Material in kostengünstiger Weise beispielsweise durch Dispensen in die Aussparung 110 eingebracht werden kann. Es muss keine thermische Energie zugeführt werden, um das Material zu aktivieren und außerdem besitzt das elektrisch leitfähige Material eine Leitfähigkeit, die üblicherweise höher ist als die leitfähiger Klebstoffe. Ferner ist entsprechend dem allgemein beschriebenen Verfahren keine Wartezeit bis zum Vernetzen oder Aushärten des applizierten Materials notwendig, so dass zum Beispiel das Chipmodul innerhalb des Produktionsprozesses unmittelbar nach dem Auftragen des Metalls oder der Metalllegierung in den Kartenkörper eingebracht werden kann. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel der Durchsatz des Prozesses steigern.
Bezugszeichenliste

100: Kartenkörper
102: erstes elektrisches Bauelement
104: Kontakt
106: Kontakt
108: Richtung
110: Aussparung
112: elektrisch leitfähiges Material
200: Aussparung
202: Aussparung
204: Chipmodul
206: Klebefläche
210: Kontaktfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2011/082765 A1 [0003]

Claims

Chipkarte mit einem ersten elektrischen Bauelement (102; 104) und einem zweiten elektrischen Bauelement (106), wobei das erste elektrische Bauelement und das zweite elektrische Bauelement miteinander über ein elektrisch leitfähiges Material (112) kontaktiert sind, wobei das Material (112) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, wobei das Metall oder die Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist.
Chipkarte nach Anspruch 1, wobei die Chipkarte einen Kartenkörper (100) aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) durch den Kartenkörper (100) und/oder das erste elektrische Bauelement und/oder das zweite elektrische Bauelement eingeschlossen ist.
Chipkarte nach Anspruch 2, wobei der Einschluss zumindest teilweise aus einer Verklebung resultiert.
Chipkarte nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Kartenkörper (100) eine Aussparung (110) aufweist, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) zumindest teilweise in der Aussparung (110) aufgenommen ist und das erste Bauelement (102; 104) und das zweite Bauelement (106) an einander gegenüberliegenden Seiten der Aussparung (110) zueinander angeordnet sind.
Chipkarte nach Anspruch 4, wobei im kontaktierten Zustand des ersten Bauelements (102; 104) und des zweiten Bauelements (106) die Aussparung (110) unvollständig mit dem elektrisch leitfähigen Material (112) ausgefüllt ist.
Chipkarte nach Anspruch 5, wobei die Aussparung (110) eine Langlochform aufweist.
Chipkarte nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das elektrisch leitfähige Material (112) frei von organischen Verbindungen ist.
Chipkarte nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste (102; 104) und/oder zweite elektrische Bauelement (106) einen mäanderförmigen Kontaktbereich aufweist, wobei die Kontaktierung zwischen dem ersten elektrischen Bauelement (102; 104) und dem zweiten elektrischen Bauelement (106) über den Kontaktbereich gegeben ist.
Chipkarte nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das erste elektrische Bauelement (102; 104) und/oder das zweite elektrische Bauelement (106) ein Chipmodul (202) oder eine Leiterbahn oder eine Antenne oder einen Schalter oder ein Display oder eine Batterie oder einen Sensor umfasst.
Chipkarte nach einem der vorigen Ansprüche, wobei im kontaktierten Zustand der Kontakt zwischen dem ersten elektrischen Bauelement (102; 104) und dem zweiten elektrischen Bauelement (106) aus einer Adhäsion des elektrisch leitfähigen Materials (112) an dem ersten elektrischen Bauelement (102; 104) und dem zweiten elektrischen Bauelement (106) resultiert.
Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen eines ersten elektrischen Bauelements (102; 104) in einem Chipkartenkörper (100), – Applikation eines elektrisch leitfähigen Materials (112) auf das erste elektrische Bauelement, wobei das Material (112) aus einem Metall oder einer Metalllegierung besteht, wobei das Metall oder die Metalllegierung bei Raumtemperatur pastenförmig oder flüssig ist, – In-Berührung-Bringen eines zweiten elektrischen Bauelements (106) mit dem elektrisch leitfähigen Material (112).
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend Einschlusses des elektrisch leitfähigen Materials (112).
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Applikation des elektrisch leitfähigen Materials (112) erfolgt durch – Volumetrisches Dosieren und/oder – Ein Druckverfahren und/oder – Bereitstellen eines Trägers (100) mit zumindest einer Aussparung (110), wobei die Aussparung (110) das Material (112) aufweist, wobei der Träger (100) auf das erste elektrische Bauelement (102; 104) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das erste elektrische Bauelement der Chipkarte mit dem/durch den Kartenkörper (100) bereitgestellt wird, wobei das Verfahren ferner ein Erzeugen einer Aussparung (110) des Kartenkörpers (100) umfasst, wobei das volumetrische Dosieren ein Dosieren des Materials (112) in die Aussparung (110) umfasst.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 11 bis 14, wobei die Applikation des elektrisch leitfähigen Materials (112) in einem durch Abkühlung eingestellten festen Aggregatszustand des Materials (112) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das In-Berührung-Bringen des zweiten elektrischen Bauelements (106) mit dem elektrisch leitfähigen Material (112) in dem durch Abkühlung eingestellten festen Aggregatszustand des Materials (112) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 11 bis 16, ferner milder Schritt des Rüttelns des applizierten Materials (112).
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche 11 bis 17, ferner mit dem Schritt des Vorbehandelns des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung und/oder des Materials
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Vorbehandeln – ein Erwärmen des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung und/oder dem leifähigen Material und/oder – ein Behandeln des ersten und/oder des zweiten elektrischen Bauelements und/oder der Aussparung mit einem Plasma und/oder dem leifähigen Material und/oder – ein Aufbringen eines Netzmittels auf das erste und/oder zweite elektrische Bauelement und/oder die Aussparung und/oder dem leifähigen Material umfasst.