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Verschiedene Aspekte der Offenbarung betreffen allgemein die Chipkartentechnologie und genauer Chipkartenmodule und Antennen hierfür.
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Chipkarten, die Chipkartenmodule mit integrierten Antennen für Chipkartenanwendungen enthalten, sind in der Weise konstruiert, dass die Antenne eine integrierte Komponente des Moduls ist. Ein Vorteil einer solchen Konstruktion kann sein, dass Chipkartenantennen für drahtlose Chipkarten keine mechanische Verbindung mit dem Gehäuse erfordern, sondern dass eine Verbindung zwischen einem Chip oder einem Gehäuse und der Kartenantenne vielmehr zwischen der Gehäuseantenne und einer Verstärkerantenne ohne direkte Verbindung dazwischen erzielt werden kann. In einem solchen Fall kann eine Schnittstelle zwischen der Gehäuseantenne und der Verstärkerantenne durch Einstellen einer Resonanzschnittstelle zwischen den Antennen erzielt werden. Das Bilden einer solchen Resonanz kann eine Frage der Abmessungen und der Größe der Gehäuseantenne sein.
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In einem solchen Fall muss der Chip vor mechanischen Beanspruchungen wie etwa jenen, die durch Streifenbildung [engl.: banding] oder Druck hervorgerufen werden, geschützt werden, um einen hohen Grad an Robustheit zu erzielen und um den Signalverlust minimal zu machen. Eine Lösung hierfür hat darin bestanden, ein System aus einem laminierten Material bereitzustellen, das Materialien verwendet, die Eigenschaften besitzen, die speziell für diesen Zweck gewählt sind. Da Chipgrößen zusammen mit Modul- und Gehäusegrößen abgenommen haben, ist auch versucht worden, die hohen Kosten der Materialsysteme zu verringern.
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Die Schnittstelle zwischen der Gehäuseantenne und der Verstärkerantenne hängt von der Fußfläche der Antennen ab, mit der Folge, dass eine weitere Verringerung der Größe der Chipkarte/des Antennengehäuses begrenzt sein könnte. Daher könnten weitere Verringerungen bei der Verwendung von Materialien zum Schutz des Chipgehäuses auf ähnliche Weise begrenzt sein.
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Es wird ein Chipkartenmodul offenbart, das beispielsweise eine in einer Schutzstruktur untergebrachte Antenne und eine Komponente in einer getrennten Schutzstruktur besitzt. Die Schutzstruktur der Komponente kann an der Schutzstruktur der Antenne befestigt sein. Dadurch wird ein Modul gebildet, wobei die Schutzstruktur der Komponente nicht von dem Flächeninhalt der Antenne abhängt. Insbesondere kann die Schutzstruktur der Komponente einen kleineren Flächeninhalt als die eine oder die mehreren Antennen haben.
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Die Antennenschutzstruktur kann aus einem dünnen, biegsamen Antennenträgermaterial hergestellt sein. In dem Fall, in dem die Komponente ein Halbleiterchip ist, kann die Chip-Schutzstruktur ein Gehäuse sein, das eine Chipabdeckung und eine Substratschicht aufweist, zwischen denen der Chip eingekapselt ist.
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Die Antenne kann zwei Spulen besitzen, wovon die Erste auf einer Seite des Antennenträgers angeordnet sein kann und die Zweite auf der anderen Seite angeordnet sein kann. Die Spulen können elektrisch miteinander verbunden sein. Die Spulen können ihrerseits Metallisierungen sein, die auf der Oberfläche des Antennenträgers gebildet sind. Der Antennenträger kann einen Elastizitätsmodul haben, der größer ist als jener der ersten und der zweiten Spule.
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Der Antennenträger kann mehrere weitere Chipkartenmodule, die darauf angeordnet sind, besitzen. In einem solchen Fall kann der Antennenträger ein Trägerstreifen sein, der zumindest mehrere weitere Antennenspulen oder Antennenspulenpaare hält.
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Außerdem wird eine Karteneinlage beschrieben, die ein Substrat mit einer oberen Oberfläche enthalten kann und eine Hauptantennenspule sowie eine mit der Hauptantennenspule verbundene Verstärkerantennenspule besitzen kann. In einer Oberfläche des Substrats, beispielsweise in der Nähe der Verstärkerantennenspule, kann ein Hohlraum ausgebildet sein. Der Hohlraum kann so bemessen sein, dass er ein Chipkartenmodul aufnimmt, das mit der Verstärkerantennenspule induktiv gekoppelt ist, wenn es in den Hohlraum eingesetzt ist.
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Die Schutzstruktur eines Chipkartenmoduls kann in dem Hohlraum ausgespart sein, wobei wenigstens eine Modulantennenspule und ein Antennenträger über der oberen Oberfläche positioniert sein können. Alternativ kann das Chipkartenmodul vollständig in dem Hohlraum ausgespart sein und kann über einer Oberfläche des Substrats eine Abdeckfolie vorgesehen sein.
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Es wird die Herstellung einer Karteneinlage offenbart, die beispielsweise das Ausschneiden eines Chipkartenmoduls aus einem Modulträger, das Einsetzen des Chipkartenmoduls in einen Karteneinlagezuschnitt und/oder das Kippen des Chipkartenmoduls und das Einsetzen der Halbleiterchip-Schutzstruktur zuerst in den Hohlraum sowie das Abdecken der Oberseite und/oder der Oberfläche mit einer Folie aufweist.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Chipkartenmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Antennenkomponente, die einen ersten Abmessungsbereich besitzt; eine zweite Komponente, eine erste Schutzstruktur, die der Antennenkomponente zugeordnet ist, und eine zweite Schutzstruktur, die an der ersten Schutzstruktur befestigt ist, wobei die zweite Schutzstruktur der zweiten Komponente zugeordnet ist, wobei die zweite Schutzstruktur von dem ersten Abmessungsbereich unabhängig ist.
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In einer Ausgestaltung kann die erste Schutzstruktur einen Antennenträger aufweisen, der aus einem dünnen, biegsamen Material gebildet ist. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Komponente ein Halbleiterchip sein. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Schutzstruktur ein Gehäuse sein, das eine Chipabdeckung und eine Substratschicht aufweist, wobei der Chip dazwischen eingekapselt ist. In noch einer Ausgestaltung kann die Antennenkomponente Folgendes aufweisen: eine erste Spule, die auf einer ersten Hauptoberfläche des Antennenträgers angeordnet ist, und eine zweite Spule, die auf einer zweiten Hauptoberfläche des Antennenträgers angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Spule miteinander elektrisch verbunden sind. In noch einer Ausgestaltung können die Spulen Metallisierungen sein, die auf der Oberfläche des Antennenträgers gebildet sind. In noch einer Ausgestaltung kann der Antennenträger einen Elastizitätsmodul besitzen, der größer als jener der ersten und der zweiten Spule ist. In noch einer Ausgestaltung kann der Antennenträger einen Trägerstreifen aufweisen, wobei der Trägerstreifen mehrere weitere Chipkartenmodule, die darauf angeordnet sind, besitzt. In noch einer Ausgestaltung kann der Antennenträger einen Trägerstreifen aufweisen, wobei der Trägerstreifen mehrere weitere darauf angeordnete Antennenspulen besitzt. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Schutzstruktur einen zweiten Abmessungsbereich besitzen, wobei der zweite Abmessungsbereich kleiner ist als der erste Abmessungsbereich. In noch einer Ausgestaltung kann
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Karteneinlage bereitgestellt, die Folgendes aufweist: ein Substrat mit einer oberen Oberfläche, einer Hauptantennenspule und einer Verstärkerantennenspule, die mit der Hauptantennenspule verbunden ist; einen Hohlraum, der in der oberen Oberfläche des Substrats in der Nähe der Verstärkerantennenspule gebildet ist; ein Chipkartenmodul, das Folgendes aufweist: einen Antennenträger, der aus einem dünnen, biegsamen Material gebildet ist; wenigstens eine Modulantennenspule, die auf dem Antennenträger gebildet ist; eine Schutzstruktur für einen Halbleiterchip, wobei die Schutzstruktur den Halbleiterchip einkapselt; wobei wenigstens ein Abschnitt des Chipkartenmoduls in dem Hohlraum ausgespart ist, wobei die wenigstens eine Modulantenne mit der Verstärkerantennenspule induktiv gekoppelt ist.
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In einer Ausgestaltung kann die Schutzstruktur des Chipkartenmoduls in dem Hohlraum ausgespart sein, wobei die wenigstens eine Modulantennenspule und der Antennenträger über der oberen Oberfläche angeordnet sind. In noch einer Ausgestaltung kann das Chipkartenmodul vollständig in dem Hohlraum ausgespart sein. In noch einer Ausgestaltung kann über der oberen Oberfläche und dem Chipkartemodul eine Abdeckfolie vorgesehen sein.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Verfahren zum Herstellen einer Karteneinlage bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Ausschneiden eines Chipkartenmoduls aus einem Modulträger, wobei der Modulträger Folgendes aufweist: einen Trägerstreifen; mehrere Antennenkomponenten, die auf dem Trägerstreifen positioniert sind; und mehrere Schutzstrukturen, die an dem Trägerstreifen befestigt sind und jeweils mit den mehreren Antennenkomponenten verbunden sind, wobei jede der Schutzstrukturen einen Halbleiterchip einkapselt; und Einsetzen des Chipkartenmoduls in einen Karteneinlagezuschnitt, wobei der Karteneinlagezuschnitt Folgendes aufweist: ein Substrat, das eine obere Oberfläche und eine Verstärkerantennenspule besitzt; und einen Hohlraum, der in der oberen Oberfläche des Substrats in der Nähe der Verstärkerantennenspule ausgebildet ist.
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In einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Abdecken der oberen Oberfläche mit einer Folie aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Kippen des Chipkartenmoduls und das Einsetzen der Halbleiterchip-Schutzstruktur zuerst in den Hohlraum aufweisen. In noch einer Ausgestaltung kann das Einsetzen des Chipkartenmoduls eine induktive Kopplung zwischen den Antennenkomponenten und der Verstärkerantennenspule herstellen. In noch einer Ausgestaltung kann das Verfahren ferner das Abdecken einer unteren Oberfläche des Karteneinlagezuschnitts mit einer Folie aufweisen.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird ein Chipkartenmodul bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Antennenträger, der eine Antennenschicht definiert; eine erste Antenne, die auf einer ersten Hauptoberfläche des Antennenträgers angeordnet ist; und ein Chipgehäuse, das eine Gehäuseschicht definiert, die von der Antennenschicht verschieden ist, wobei das Chipgehäuse einen integrierten Schaltungschip einkapselt; wobei das Chipgehäuse an dem Antennenträger befestigt ist und mit der ersten Antenne elektrisch verbunden ist und eine laminierte Struktur, die wenigstens zwei Schichten besitzt, bildet.
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In einer Ausgestaltung kann das Chipkartenmodul ferner eine zweite Antenne aufweisen, die auf einer zweiten Hauptoberfläche des Antennenträgers angeordnet ist. In noch einer Ausgestaltung können die erste Antenne und die zweite Antenne Metallisierungen sein, die auf den jeweiligen Hauptoberflächen des Antennenträgers ausgebildet sind. In noch einer Ausgestaltung kann der Antennenträger aus einem dünnen, biegsamen Material, das einen Elastizitätsmodul besitzt, der größer ist als jener der Metallisierungen, gebildet sein. In noch einer Ausgestaltung kann der Antennenträger einen Trägerstreifen aufweisen, wobei auf dem Trägerstreifen mehrere weitere Antennenspulen angeordnet sind.
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In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen in allen verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendig maßstabsgerecht, vielmehr wird die Betonung im Allgemeinen auf die Veranschaulichung der Prinzipien der offenbarten Ausführungsformen gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der Offenbarung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1A einen Trägerstreifen mit mehreren Chipkartenmodulen zeigt;
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1B eine Explosionsansicht eines Chipkartenmoduls, das ein CIS-Gehäuse enthält, zeigt;
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1C eine Explosionsansicht eines einen Chip enthaltenden CIS-Gehäuses zeigt;
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2 eine Chipkarteneinlage und ein Verfahren für deren Herstellung zeigt;
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3 einen Querschnitt einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
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4 einen Querschnitt einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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Die folgende genaue Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die zur Veranschaulichung spezifische Einzelheiten und Aspekte der Offenbarung, in denen die Aspekte der Offenbarung ausgeführt werden können, zeigen. Diese Aspekte der Offenbarung werden ausreichen detailliert beschrieben, um den Fachmann auf dem Gebiet in die Lage zu versetzen, sie in die Praxis umzusetzen. Andere Aspekte der Offenbarung können verwendet werden und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich der Offenbarung zu verlassen. Die verschiedenen Aspekte der Offenbarung schließen sich nicht notwendig gegenseitig aus, da einige Aspekte der Offenbarung mit einem oder mehreren anderen Aspekten der Offenbarung kombiniert werden können, um neue Aspekte der Offenbarung zu bilden. Die folgende genaue Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinn zu verstehen, wobei der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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Es werden verschiedene Aspekte der Offenbarung für Vorrichtungen und verschiedene Aspekte der Offenbarung für Verfahren angegeben. Selbstverständlich gelten die grundlegenden Eigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren und umgekehrt. Daher werden zur Abkürzung einer doppelten Beschreibung solche Eigenschaften weggelassen.
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Der Ausdruck ”wenigstens ein(e)”, wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er eine ganzzahlige Anzahl größer oder gleich eins enthält.
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Der Ausdruck ”mehrere”, wie er hier verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er irgendeine ganzzahlige Anzahl größer oder gleich zwei enthält.
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Die Ausdrücke ”Kopplung” oder ”Verbindung”, wie sie hier verwendet werden, sind so zu verstehen, dass sie eine direkte ”Kopplung” oder eine direkte ”Verbindung” sowie eine indirekte ”Kopplung” bzw. eine indirekte ”Verbindung” oder Befestigung enthalten. Ebenso soll ”befestigt” eine physikalische Befestigung angeben oder kann eine elektrische oder eine andere funktionale Kopplung enthalten.
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Der Ausdruck ”Hauptoberfläche”, der im Austausch mit ”Oberseite” und ”Unterseite” oder einfach ”Seite” oder ”erste” und ”zweite” Seite etwa eines bandartigen oder kartenartigen Substrats verwendet wird, hat die Bedeutung, die beiden Oberflächen einer solchen Struktur anzugeben, die einen wesentlich größeren Flächeninhalt haben als die seitlichen Oberflächen, die durch die Dicke des Substrats gegeben sind.
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Der Ausdruck ”Schutzgehäuse” oder ”Schutzstruktur”, wie er hier in Verbindung mit einer Komponente verwendet wird, soll irgendeine Struktur enthalten, die die Komponente in oder auf ihr hält. In diesem Sinn kann ein Gehäuse einen seitlichen oder darunterliegenden Träger für die Komponente bereitstellen oder kann die Komponente teilweise oder vollständig umgeben.
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Die 1A–1C veranschaulichen einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere zeigt 1A einen Modulträger 10 mit mehreren Chipkartenmodulen 20, die darauf angeordnet sind. Wie gezeigt, ist der Modulträger 10 aus einem Trägerstreifen, der als ein dünnes, filmartiges Material dargestellt ist, gebildet. Vorteilhaft kann der Trägerstreifen 12 mit Perforationen 14 für einen automatischen Vorschub versehen sein.
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Während der Herstellung, Aufbewahrung und Verwendung des Modulträgers 10 kann der Trägerstreifen 12 auf unterschiedliche Weise dazu dienen, eine effiziente Aufbewahrung von Chipkartenmodulen 20 zu erleichtern, um Module 20 für die Verarbeitung zu positionieren, um die Komponenten von Modulen 20 vor einer Beschädigung zu schützen und um eine Traktion für einen genauen Vorschub während der Verwendung etwa in einer Aufnahme- und Anordnungsvorrichtung bereitzustellen. Vorteilhaft kann der Trägerstreifen 12, indem er eine oder mehrere der obigen Funktionen unterstützt, biegsam sein und eine ausreichende Zugfestigkeit und Steifigkeit haben, um die Strukturen darauf vor einer Beschädigung während der Herstellung, des Versands, der Aufbewahrung und der Verwendung des Modulträgers 10 zu schützen. Beispiele geeigneter Materialien können Polyimid, PET, PEN und verstärkte Epoxidglasfasern umfassen.
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Wie in 1A gezeigt ist, kann der Trägerstreifen 12 in einem Streifenformat vorgesehen sein, beispielsweise mit einer Standardabmessung von 35 Millimeter, außerdem kann er Perforationen 14 enthalten. Der Trägerstreifen 12 kann ausreichend biegsam sein, um zu ermöglichen, dass die Streifen sowohl nach der Bildung der Antennenstrukturen 22 und 24 darauf als auch nach der Montage von CIS-Gehäusen [Chip-in-Substrat-Gehäusen] 30 an dem Trägerstreifen und nach dem elektrischen Verbinden des CIS-Gehäuses 30 mit Antennen 22 und 24 in einem Rollformat aufbewahrt werden können. Die Perforationen 14 können den Vorschub des Trägerstreifens 12 etwa bei der Verwendung in der Produktion fertig gestellter Chipkarten unterstützen.
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1B zeigt eine Explosionsansicht einer beispielhaften Konstruktion des Moduls 20 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Insbesondere enthält das Modul 20 ein CIS-Gehäuse 30 und einen Antennenträger 26. Die obere Antenne 22 und die untere Antenne 24 sind auf entsprechenden Seiten des Antennenträgers 26 gebildet. Vorteilhaft kann der Antennenträger 26 aus dem gleichen Material wie der Trägerstreifen gebildet sein. Wie gezeigt ist, kann der Antennenträger 26 selbst aus einem Abschnitt des Trägerstreifens 12 gebildet sein und nach der Entfernung des Moduls 20 von dem Modulträger 10 getrennt werden.
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Im Gebrauch stellt der Antennenträger 26 ein Substrat dar, um die obere und die untere Antenne 22 bzw. 24 zu tragen und um das CIS-Gehäuse 30 zu bilden. Insbesondere können die Antennen 22 und 24 beispielsweise unter Verwendung einer geeigneten Ätztechnologie aus Kupfer oder Aluminium gebildet sein. Daher kann der Antennenträger 26 vorteilhaft aus einem elektrisch isolierenden Material, das einen oder mehrere Kunststoffe oder ähnliche synthetische Substanzen enthält, gewählt sein. In dem Maß, in dem der Trägerstreifen 12 aus dem gleichen Material wie der Antennenträger 26 gebildet ist, können Abschnitte des Trägerstreifens 12 als Antennenträger 26 dienen, wobei der Antennenträger aus dem Trägerstreifenmaterial, auf dem jeweilige Antennen 22 und 24 gebildet sind, ausgeschnitten wird.
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Die metallischen Strukturen der Antennen 22 und 24 sind als eine Metallisierung mit Spiral- oder Spulenstruktur, die direkt auf dem Antennenträger 26 gebildet ist, gezeigt. Wenn die Antennen 22 und 24 eine minimale effektive Dicke besitzen und wenn die Breite der die Spulenkonfiguration bildenden Metallisierung ebenfalls minimal ist, können die Antennenstrukturen für eine Verzerrung in der Ebene besonders empfindlich sein.
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Beispielsweise wären die auf dem Antennenträger 26 gebildeten Antennen besonders empfindlich für eine Beschädigung aufgrund einer Dehnung des Antennenträgers in Richtung seiner Länge oder seiner Breite. Daher kann der Antennenträger 26 in einem solchen Fall vorteilhaft aus Materialien gewählt werden, die eine geeignete hohe Zugfestigkeit und/oder einen hohen Elastizitätsmodul (Steifigkeit) haben. In wenigstens einer Ausführungsform ist der Antennenträger 26 so gewählt, dass er einen Elastizitätsmodul besitzt, der höher als jener der auf dem Antennenträger 26 gebildeten Spulen ist.
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In dem Maß, in dem die Biegsamkeit des Trägerstreifens 12 (etwa für eine effiziente Aufbewahrung des Modulträgers 10) oder des Antennenträgers 26 (aufgrund der Biegung, die erwartet wird, wenn er in einer Chipkarte verwendet wird) erwünscht ist, können der Trägerstreifen 12/der Antennenträger 26 ebenfalls vorteilhaft aus Materialien gewählt sein, die ihre Festigkeit und Steifigkeit selbst dann beibehalten, wenn sie in einem dünnen Format vorgesehen sind. Vorteilhaft bestünde bei einem Trägerstreifen 12/Antennenträger 26 in einem dünnen Format die Neigung, Oberflächenbeanspruchungen während einer Biegung, die die Antennenstrukturen 22 und 24 beschädigen könnte, zu verringern.
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Das CIS-Gehäuse 30 ist mit der oberen Antenne 22 an elektrischen Kontakten 28 hiervon elektrisch verbunden. Durchgangskontakte 29 sind vorgesehen, um einen Kontakt zwischen der oberen Antenne 22 und der unteren Antenne 24 durch den Antennenträger 26 hindurch herzustellen. Wie gezeigt, sind Antennenkontakte 23 in der oberen Antenne 22 auf Antennenkontakte 27 in der unteren Antenne 24 und auf Durchgangskontakte 29, die vorteilhaft zwischen ihnen angeordnet sind, ausgerichtet.
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Das CIS-Gehäuse 30 ist in 1C in einer Explosionsansicht gezeigt. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Chip 32, der im Allgemeinen als ein Halbleiterchip, auf dem mehrere Schaltungskomponenten gebildet sind, zu verstehen ist, als zwischen einer Chipabdeckung 34 und einer Substratschicht 36 eingebettet gezeigt. Wie gezeigt, haben die Chipabdeckung 34 und die Substratschicht 36 Abmessungen, die ausreichen, um den Chip 32 einzukapseln. Die Chipabdeckung 34 und die Substratschicht 36 können beispielsweise aus Epoxidharz mit integriertem Füllstoff wie etwa SiO2 für die Chipabdeckung 34 bzw. aus Epoxid mit Glasfaserverstärkung, wie es bei PCB (Produktion gedruckter Leiterplatten für die Substratschicht 36 und die Chipabdeckung 34) verwendet wird, gebildet sein. Sie sind aufgrund des Füllstoffs/der Glasfaserverstärkung erheblich starrer als der Antennenträger. Einige der oben erwähnten Materialien sind erheblich teurer, sie ermöglichen aber, dass das CIS-Gehäuse robuster ist als die für den Antennenträger verwendeten Materialien. Beispielsweise wurde in der früheren einteiligen Konstruktion, in der die Antenne und der Chip gemeinsam eingekapselt waren, ein einziges teures Material verwendet. Darüber hinaus kann aufgrund der geringeren Größe des CIS-Gehäuses 30 vorteilhaft ein sehr starres Material verwendet werden, um eine Robustheit zu schaffen und um die Größe des CIS-Gehäuses minimal zu machen. Die obere Metallisierung 38 und die untere Metallisierung 39 sind auf entsprechenden Seiten der Substratschicht 36 vorgesehen und vorteilhaft durch die Substratschicht 36 miteinander elektrisch verbunden. Die obere Metallisierung 38 stellt wahlweise einen elektrischen Kontakt mit dem Chip 32 her, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem Chip 32 und der unteren Metallisierung 39 zu schaffen.
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Die Metallisierung 39 kann vorteilhaft so konfiguriert sein, dass sie auf die Kontakte 28 der Position der oberen Antenne 22 auf dem Antennenträger 26 ausgerichtet ist. Wenn das Modul 20 montiert ist, stellt es durch Durchgangskontakte 29 einen elektrischen Kontakt von der unteren Antenne 24 zu der oberen Antenne 22 bereit. Die Verbindung zwischen Kontakten 28 der oberen Antenne 22 und der unteren Metallisierung 39 des CIS-Gehäuses 30 kann einen Kontakt zwischen dem Chip 32 und sowohl der oberen Antenne 22 als auch der unteren Antenne 24 herstellen. Alternativ kann ein Kontakt zwischen der unteren Antenne 24 und/oder der oberen Antenne 22 und/oder dem CIS-Gehäuse 30 durch eine direkte elektrische Verbindung, wie früher beschrieben, oder alternativ durch andere Mittel einschließlich einer induktiven Kopplung, ohne jedoch darauf eingeschränkt zu sein, hergestellt werden.
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Da der Antennenträger 26 zum Teil dazu dient, einen physikalischen Schutz für die darauf gebildeten Antennenstrukturen zu schaffen, dient das CIS-Gehäuse 30 wie hier beschrieben neben anderen Funktionen dazu, einen physikalischen Schutz für den Chip 32 bereitzustellen. Insbesondere erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass der Chip 32 aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen und in anderem Grad als die Antennen 22 und 24 zu einer Beschädigung neigt. Beispielsweise kann die Mikroelektronik auf dem Chip 32 verhältnismäßig sehr empfindlich gegenüber Abrieb und statischer elektrischer Entladung sein, außerdem kann sie verhältnismäßig weniger biegsam als die Antennen 22 und 24 sein. Daher können die Chipabdeckung 34 und die Substratschicht 36 insbesondere entworfen sein, um das CIS-Gehäuse 30 gegenüber Einflüssen, die andernfalls den Chip 32 beschädigen würden, zu härten.
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Wie oben erwähnt, können sich Faktoren, die die künftige Verringerung der Größe des Chips 32 beschränken, von Faktoren, die die Verringerung der Fußfläche der Antennen 22 und 24 beschränken, unterscheiden. Daher könnten technische Fortschritte im Chip-Design, die zu einer Verringerung der Chipgröße führen, nicht gleichzeitig mit technischen Fortschritten, die eine kleinere Antennenfläche und daher eine Gesamtverringerung der Größe des Moduls 20 ermöglichen, auftreten. Insbesondere haben Verringerungen der Chipgröße typische CIS-Gehäuse ergeben, die erheblich kleinere minimale Abmessungen haben als der minimale Flächeninhalt, der für eine Antenne in einer typischen Chipkartenanwendung erforderlich ist. Wenn dies der Fall ist, geben die Antennenabmessungen die Größe des Antennenträgers 26 vor, mit der Folge, dass der wesentliche Anteil des Flächeninhalts, der von dem Modul 20 belegt wird und von dem Antennenträger 26 getragen wird, eine Funktion der Antennengröße ist. Durch fehlende Fortschritte in der Antennentechnologie (oder der Chipkartenleser-Empfindlichkeit) würde die gesamte Verringerung der Modulgröße in dem in der vorliegenden Offenbarung gezeigten Beispiels durch die Antennenphysik und die Hochfrequenzspezifikationen der verwendeten drahtlosen Technologie beschränkt.
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Wie der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, sind jedoch in Abhängigkeit von der verwendeten Technologie auch entgegengesetzte Szenarien denkbar. Beispielsweise kann es der Fall sein, dass Betrachtungen, die von der minimalen Antennengröße verschieden sind, die Konfiguration des Moduls 20 vorgeben. Für die Zwecke dieser Offenbarung kann es der Fall sein, dass der Formfaktor des Moduls 20 durch Industrienormen definiert ist oder dass ein begrenzender Faktor die geeignete Positionierung des CIS-Gehäuses 30 auf dem Antennenträger 26 ist, statt der relativen Fußfläche der Antenne in Bezug auf den Chip. Tatsächlich würde jegliche Beschränkung an einer Komponente des Gehäuses 20, die sich nicht notwendig gleichermaßen auf andere Komponenten auswirkt, in den Schutzbereich dieser Offenbarung fallen.
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In dem Ausmaß, in dem die in den 1A bis 1C gezeigten Ausführungsform beispielhaft veranschaulicht ist, können Verringerungen der Fertigungsgemeinkosten, die durch Verringerungen der Größe des Moduls 20 erzielt worden sein könnten und beispielsweise die Anordnung einer größeren Anzahl von Modulen auf dem Trägerstreifen gleicher Größe ermöglichen, stattdessen durch die Verringerung der Kosten des für den Trägerstreifen 12 verwendeten Materials erzielt werden. In dem Ausmaß, in dem diese Auswahl nur durch die Entwurfsanforderungen der Antennen 22 und 24 begründet ist, wäre jegliches Material, das geeignet ist, die Antennenstrukturen zu tragen und die geforderte Robustheit bereitzustellen, geeignet.
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Im Gegensatz dazu und wiederum im Rahmen des in den 1A–1C gezeigten Beispiels sind Halbleiterchips wie etwa der Chip 32, obwohl die Halbleiterfertigungstechnologie zunehmend kleinere Chipgrößen ergeben hat, besonders empfindlich für Umgebungseinflüsse. Daher sind Chips mit einer Rate kleiner geworden, die nicht notwendig mit der Zunahme ihrer Robustheit konsistent ist. Aus diesem Grund enthält das CIS-Gehäuse 30 eine Chipabdeckung 34 und eine Substratschicht 36, die insbesondere so gewählt sind, dass die relativ empfindliche Schaltungsanordnung des Chips 32 im Vergleich zu jener der Antenne 22 und 24 geschützt ist.
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Aus diesem Grund könnte die Flexibilität bei der Wahl kostengünstiger Materialien für die Chipabdeckung 34 oder die Substratschicht 36 erheblich geringer sein. In jedem Fall würde von einem kleineren Chip erwartet, dass er weniger irgendeines verhältnismäßig teuren Materials benötigt, um ihn zu schützen. Daher entkoppelt der Aspekt der Offenbarung, der in den 1A–1C gezeigt ist, Entwurfsbetrachtungen, die die Antennenrobustheit beeinflussen, von jenen Betrachtungen, die ausschließlich auf den Chip 32 anwendbar sind. Gemäß einem Beispiel dieser Entkopplung können in der gezeigten Ausführungsform verhältnismäßig teure Materialien, die für die Chipabdeckung 34 und die Substratschicht 36 verwendet werden, auf den Chip selbst eingeschränkt werden, während der Antennenträger 26 aus einem weiteren Bereich von Materialien gewählt werden kann, die nicht geeignet oder passend wären, allein den Chip 32 zu schützen.
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Selbstverständlich sind die Kosten nicht der einzige Faktor bei der Auswahl der Materialien des Antennenträgers und des CIS-Gehäuses. Biegsamkeit, Festigkeit, chemische und thermische Beständigkeit können sämtlich in die Betrachtung eingehen. Unabhängig von Entwurfsbetrachtungen ermöglicht jedoch die vorliegende Offenbarung, dass für den Chip spezifische Entwurfsanforderungen getrennt von jenen, die die Antennenkonstruktion betreffen, behandelt werden können, mit der Folge, dass eine Gesamtverbesserung der Robustheit des Moduls 20, eine Verringerung der Kosten oder eine Verbesserung der Abmessungen etwa in Dickenrichtung erzielt werden können. Ebenso kann das CIS-Gehäuse 30 getrennt von der Antenne etwa in verschiedenen Prozessen, die mit unterschiedlichen Herstellungsanforderungen in Beziehung stehen, hergestellt werden. Dieses Ergebnis kann zu Kosten- oder Zeiteinsparungen beitragen.
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In einer mit der oben beschriebenen Offenbarung des Chipkartenmoduls konsistenten Weise nimmt das Chipkartenmodul 20 die Form einer laminierten Struktur an, wobei der Antennenträger eine Antennenschicht definiert und das CIS-Gehäuse eine Gehäuseschicht, die von der Antennenschicht verschieden ist, definiert. Jede Schicht in der Laminatstruktur kann unabhängig entworfen und implementiert sein. Änderungen an einer Schicht wie etwa in Reaktion auf Fortschritte in der Technologie oder Änderungen in Fertigungs- oder Leistungsspezifikationen haben auf die andere Schicht eine minimale Auswirkung.
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2 veranschaulicht ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte 200 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 besitzt der in 2 gezeigte Trägerstreifen 12 mehrere auf ihm angeordnete Chipkartenmodule 20. Jedes Chipkartenmodul 20 enthält in gleicher Weise eine obere Antenne 22 und eine untere Antenne 24, die auf dem Trägerstreifen 12 gebildet sind, und ein CIS-Gehäuse 30, das mit den Antennen verbunden ist und auf dem Trägerstreifen montiert ist.
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Jedes der Module 20 ist von benachbarten Modulen auf dem Trägerstreifen 12 in der Weise beabstandet, dass sie auf dem Trägerstreifen 12 ausgeschnitten werden können und ein Modul 20 bilden, das ein Paar einer oberen und einer unteren Antenne 22 und 24 enthält, die auf dem Antennenträger 26 montiert oder gebildet sind. Der Antennenträger 26 kann aus einem Abschnitt des Trägerstreifens 12 gebildet sein und ein CIS-Gehäuse 30 kann beispielsweise mit der oberen Antenne 22 wie gezeigt verbunden sein. Das Modul 20 wird dann um 180° gekippt, mit der Folge, dass die untere Antenne 24 nach oben weist und das CIS-Gehäuse 30 nach unten weist.
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Ein Karteneinlagezuschnitt 210 kann vorgesehen sein, der einen Kartenhohlraum 212 besitzt. Der Karteneinlagezuschnitt 210 ist typischerweise ähnlich wie eine Standard-Kreditkarte bemessen und kann aus ähnlichen Materialien hergestellt sein. Der Kartenhohlraum 212 kann ein ausgesparter Abschnitt des Karteneinlagezuschnitts 210 sein, wobei die Aussparung eine ähnliche Länge und/oder Breite und/oder Tiefe wie das Modul 20 hat. Genauer kann der Kartenhohlraum 212 eine Tiefe haben, die der Topologie des Moduls 20 entspricht, z. B. mit einem äußeren Aussparungsbereich 214, der eine Tiefe besitzt, die ausreicht, um den Antennenträger 26 (sowie die Antennen 22 und 24) aufzunehmen, und mit einem tiefer ausgesparten Abschnitt 216, der einen ausreichenden Raum sowohl für den Antennenträger 26 als auch für das darauf montierte CIS-Gehäuse 30 bereitstellt.
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Der Karteneinlagezuschnitt 210 kann mit einer Verstärkerantenne 220 versehen sein, wobei eine typische Verstärkerantenne aus einer äußeren Schleife 218 und einer inneren Schleife 222 gebildet ist. Alternativ kann eine äußere Schleife 218 Hauptantenne genannt werden, um ihre Funktion von jener der inneren Schleife 222 zu unterscheiden, die dazu dient, die Hauptantennenschleife 218 mit Antennen 22 und 24 des Chipkartenmoduls 20 zu koppeln. Wenn die innere Schleife 222 konfiguriert ist, mit den Antennen eines Chipkartenmoduls induktiv gekoppelt zu werden, kann die innere Schleife 222 vorteilhaft um den Umfang des Kartenhohlraums 212 angeordnet sein. Hingegen kann sich die äußere Schleife 218 längs dieses Umfangs des Karteneinlagezuschnitts 210 befinden, wobei die äußere Schleife 218 typischerweise eine kontaktlose Kopplung beispielsweise mit einem Kartenleser bereitstellt.
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Bei der Montage der vollständigen Chipkarte 200 wird das umgedrehte Chipkartenmodul 20 in den Kartenhohlraum 212 eingesetzt. In Abhängigkeit von der Tiefe der Aussparungen 214 und 216 können die Oberfläche der unteren Antenne 24 und des freiliegenden Abschnitts des Antennenträgers 26 mit der Oberfläche 224 des Karteneinlagezuschnitts 210 bündig sein.
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Die 3 und 4 offenbaren weitere Ausführungsformen der Chipkarte der vorliegenden Offenbarung. Insbesondere zeigt 3 einen Querschnitt eines Abschnitts des Karteneinlagezuschnitts 210, der die vollständige Chipkarteneinlage 200 bildet. 3 zeigt einen Kartenhohlraum 212, der ausreicht, um das CIS-Gehäuse 30 aufzunehmen. Die obere Antenne 22, der Antennenträger 26 und die untere Antenne 24 sind so gezeigt, dass sie direkt von der oberen Oberfläche 224 des Karteneinlagezuschnitts 210 getragen werden. Im Gegensatz dazu zeigt 4 einen zweifach gestaffelten Kartenhohlraum wie etwa jenen, der in 2 offenbart ist, wobei das CIS-Gehäuse 30 in dem Abschnitt 216 des Hohlraums 212 ausgespart ist, während die obere Antenne 22, der Antennenträger 26 und die untere Antenne 24 gleichermaßen in dem Karteneinlagezuschnitt 210 ausgespart sind, mit der Folge, dass die untere Antenne 24 mit der oberen Oberfläche 224 des Karteneinlagezuschnitts 210 bündig ist.
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Sowohl die Ausführungsform von 3 als auch die Ausführungsform von 4 sehen vor, dass die Einlage eingebettet sein oder freiliegen kann und dass eine Abdeckfolie über verhältnismäßig empfindlichen Komponenten wie etwa den Modulantennen 22 und 24 vorgesehen sein kann. Darüber hinaus ist die Verstärkerantenne 222 auf derselben Seite und auf der gegenüberliegenden Seite der Modulantennen 22 und 24 gezeigt. Vollständige Einlagen 200 umfassen die Arbeitskomponenten beispielsweise eines Systems mit kontaktloser Chipkarte, wobei während des Betriebs die Kommunikation mit dem Chip 32 durch Anordnen der Verstärkerantenne 220 in einem elektromagnetischen Feld erzielt wird. Insbesondere kann das elektromagnetische Feld wahlweise durch eine Kartenlesevorrichtung erzeugt werden, wobei das elektromagnetische Feld in der Verstärkerantenne 220 einen elektrischen Strom induziert, wobei der elektrische Strom beispielsweise ein Signal enthält, das an das Modul 20 über eine induktive Schnittstelle zwischen einer Verstärkerantenne 220 und der oberen Antenne 22 und/oder der unteren Antenne 24 des Chipkartenmoduls 20 übertragen wird. Das von den Modulantennen 22 und 24 empfangene Signal versorgt über Metallkontakte 38 und 39 den Chip 32 mit Leistung und führt ihm im CIS-Gehäuse 30 über diese Metallkontakte 38 und 39 Datensignale zu. Der so mit Leistung versorgte Chip 32 kann auf das empfangene Datensignal antworten und kann eine Übertragung durch die Modulantennen 22 und 24 zu der Verstärkerantenne 220 zurückleiten. Diese Signale, die von dem Chip 32 gesendet werden, können dann von einem Chipkartenleser empfangen werden.
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Da die Einlage 200 selbst die vollständige Chipkarte bilden kann oder stattdessen in weiteren Schichten untergebracht sein kann, bevor es die Form beispielsweise einer ID1-Format-Chipkarte annimmt. Die Doppelgehäusestruktur der oben beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Offenbarung ermöglicht, dass der Antennenträger 26 spezifisch entworfen sein kann, um die Modulantennen 22 und 24 zu schützen. Falls beispielsweise die Einlage 200 in der ID1-Format-Chipkarte untergebracht ist, können die Modulantennen 22 und 24 geeignet geschützt und in robuster Weise biegsam sein, indem ein Antennenträger 26 verwendet wird, der aus Materialien gebildet ist, die nicht notwendig den besonderen Bedarf einer spezifischen Robustheit des Chips 32 erfüllen. Ebenso kann dann, wenn der Chip 32 zwischen der Chipabdeckung 34 und der Substratschicht 36 geschützt untergebracht ist, das CIS-Gehäuse 30 ohne Betrachtung der Fläche, die von den Modulantennen 22 und 24 eingenommen wird, bemessen werden. Die Entkopplung der Schutzstrukturen in dieser Weise ermöglicht eine wirtschaftliche und effiziente Auswahl von Materialien für jede Gruppe von Entwurfsanforderungen, wobei der Chip 32 in dem CIS-Gehäuse 30 nahezu vollständig von dem Antennenträger 26 getragen wird und nicht notwendig von diesem geschützt ist.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das CIS-Gehäuse 30 optional unterhalb der unteren Antenne 24 positioniert sein, wodurch der Bedarf an einem Kippen des Moduls 20 vor dem Einsetzen in den Kartenhohlraum 212 des Karteneinlagezuschnitts 210 beseitigt wird.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das CIS-Gehäuse 30 in der Mitte zwischen dem Modulantennen 22 und 24 positioniert sein, mit der Folge, dass das CIS-Gehäuse 30 nicht direkt auf dem Antennenträger 26 liegt, sondern teilweise in ihm ausgeschnitten ist. In einer solchen Konfiguration wäre das Kippen des Moduls 20 vor dem Einsetzen in den Kartenhohlraum 212 der Karteneinlage 210 optional, ferner könnte das Modul 20 selbst eine verringerte Gesamtdicke haben.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform können die Modulantennen 22 und 24 des Moduls 20 so entworfen sein, dass sie auf den Trägerstreifen 12 eine größere Fläche einnehmen, wobei denkbar ist, dass sie eine ausreichende Fläche einnehmen, damit eine direkte Kommunikation zwischen einem auf dem Modul 20 montierten Chip und einem Kartenleser ohne Verstärkerantenne erzielt wird. Wie oben erwähnt worden ist, ermöglicht die Entkopplung der Materialbetrachtungen zwischen der Antenne und dem Chip die Verwendung eines Materials, das spezifisch entworfen ist, um die Biegsamkeit und die Robustheit der Antennenstruktur ohne Berücksichtigung beispielsweise der spezifischen Robustheitsanforderungen des Chips 32 zu schaffen. In einer solchen Ausführungsform wäre es denkbar, dass der Trägerstreifen 12 von sich aus als Karteneinlage dient.
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Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Kombinationen der obigen beispielhaften Ausführungsformen gebildet werden können. Obwohl die Erfindung insbesondere mit Bezug auf spezifische Aspekte der Offenbarung gezeigt und beschrieben worden ist, versteht der Fachmann auf dem Gebiet selbstverständlich, dass verschiedene Änderungen an Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Schutzbereich der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung ist daher durch die beigefügten Ansprüche angegeben und umfasst alle Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Äquivalenzbereichs der Ansprüche liegen und daher hier enthalten sein sollen.
