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Die Erfindung bezieht sich auf Chipkarten und Teilaspekte ihres Aufbaus und ihrer Herstellung.
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Einleitung
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Chipkarten (Smart-Cards oder auch Integrated-Circuit-Cards) werden in vielen unterschiedlichen Anwendungsbereichen eingesetzt. Beispielsweise in der Personen-Identifikation (Ausweise, Zugangskarten, Berechtigungskarten), bei Datenverschlüsselung (Code-Karten), für den persönlichen Gebrauch (Bank-Chipkarten, Bezahl-Karten) und ähnlichen Gebieten. Aspekte bei der Gestaltung von Chipkarten und ihrer Herstellung können neben den Kosten auch die Haltbarkeit bzw. Robustheit, die Fälschungs- und Manipulations-Sicherheit sowie die angestrebte Funktionalität sein.
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Chipkarten bestehen üblicherweise aus Trägerschichten, in welchen einer oder mehrere Halbleiter-Chips, das elektronische „Herz” der Chipkarte, angeordnet sind.
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Ein Aspekt von Chipkarten ist ihre Haltbarkeit im Praxis-Einsatz bezüglich Beanspruchungen aus der Umwelt und durch Personen also z. B. den Kartenbesitzer. Dazu gehören z. B. Temperatur-Schwankungen, chemische Einflüsse und mechanische Verformung, die sich bei Herstellung und beim Gebrauch bzw. Lagern der Karten ergeben. Thermische Beanspruchung kann auch in mechanischer Verformung resultieren, da Temperaturschwankungen Material-Ausdehnung bzw. -Schrumpfung verursacht, und diese wiederum kann Bereiche der Chipkarte z. B. verbiegen.
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Der herkömmliche Aufbau der Chipkarten- bzw. der Chipkartenmodul-Anordnung kann die mechanische Stabilität negativ beeinflussen und damit die Robustheit der Chipkarte gegenüber Beanspruchungen reduzieren. Die hier dargestellte Erfindung soll Aufbau, Herstellung und Robustheit verbessern.
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Beschreibung
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Die Erfindung beschreibt eine Chipkartenmodul-Anordnung, eine Chipkarten-Anordnung, und ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarten-Anordnung.
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Chipkartenmodul-Anordnung umfassend
- • eine erste und eine zweite Oberfläche die gegenüberliegend sind; und
- • eine Chip-Aufnahme für einen oder mehrere Halbleiterchips auf den Oberflächen; und
- • eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer der beiden Oberflächen, wobei die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche nur einen Abschnitt der Oberfläche einnimmt.
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Chipkarten-Anordnung umfassend
- • zumindest eine Trägerschicht; und
- • eine Chipkartenmodul-Anordnung welche umfasst eine erste und eine zweite Oberfläche die gegenüberliegend sind und eine Chip-Aufnahme für einen oder mehrere Halbleiterchips auf einer der beiden Oberflächen und eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer der beiden Oberflächen, wobei die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche nur einen Abschnitt der Oberfläche einnimmt; und
- • ein Verbindungsmaterial auf der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche.
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Neben der Chipkartenmodul-Anordnung bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarten-Anordnung
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Verfahren zum Verbinden einer Chipkartenmodul-Anordnung mit einer ersten Trägerschicht, wobei die Chipkartenmodul-Anordnung umfasst eine erste und eine zweite Oberfläche die gegenüberliegend sind und eine Chip-Aufnahme für einen oder mehrere Halbleiterchips auf einer der beiden Oberflächen und eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer der beiden Oberflächen, wobei die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche nur einen Abschnitt der Oberfläche einnimmt, umfassend die Schritte:
- • Aufbringen eines Verbindungsmaterials auf zumindest der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche oder auf der ersten Trägerschicht;
- • Befestigen der Chipkartenmodul-Anordnung auf der ersten Trägerschicht mittels des Verbindungsmaterials.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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1 zeigt ein Beispiel einer Chipkartenmodul-Anordnung mit einer Antennenanordnung in einer schematischen Explosionsdarstellung.
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2 zeigt ein Beispiel einer konventionellen Chipkarten-Anordnung mit einer Chipkartenmodul-Anordnung innerhalb von Material- und Trägerschichten einer Chipkarte und einem Verbindungsmaterial.
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3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Chipkartenmodul-Anordnung vor (Darstellung 3A oben) und nach (Darstellung 3B unten) dem Durchlaufen eines Herstellprozess für eine Chipkarten-Anordnung.
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4 zeigt Beispiele für erfindungsgemäße Form und Lage der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer Chipkartenmodul-Anordnung.
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5 zeigt ein Beispiel für die Schritte eines Verfahrens zum Verbinden einer Chipkartenmodul-Anordnung mit Trägerschichten der Chipkarten-Anordnung.
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Detaillierte Beschreibung
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Chipkarten umfassen üblicherweise Trägerschichten, die aus einem Kunststoffmaterial sein können, in Verbindung mit einem sogenannten Chipgehäuse, in welchem sich ein oder mehrere Halbleiter-Chips befinden. Die Trägerschichten haben oft die Form von Platten oder Folien und können auch Bögen genannt werden. Meist werden zwei dickere Trägerschichten zu einer Chipkarte verbunden und bilden darin die Ober- und Unterseite. Das bereits erwähnte Chipgehäuse enthält einen oder mehrere Halbleiter-Chips, auch Integrated Circuits (ICs) genannt, das elektronische „Herz” der Chipkarte. Dieses kann man in seiner Funktion beispielsweise mit dem Prozessor eines Personal Computers vergleichen. Chipkarten gibt es in den unterschiedlichsten Dimensionen und Abmessungen, um sie den jeweiligen Anwendungsbereichen anzupassen. Die am häufigsten verwendete Größe ist die der Scheckkarte („EC-Karte”), welche als „ID1”-Format standardisiert wurde.
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Chipgehäuse, oder auch Chipkartenmodule, haben unterschiedliche Ausführungsformen und werden auch als Chipkartenmodul-Anordnung bezeichnet. Ihre Ausführungen variieren je nach Anforderungen an die Robustheit, Produktionskosten, Kommunikationsformen (z. B. kontaktbasierte oder dual-interface Chipkarte) oder Größe, um hier einige Kriterien beispielhaft zu nennen. Die Chipkartenmodul-Anordnung dient zur Aufnahme und Positionierung der Chips und kann Anschlüsse und/oder Berührungspunkte zur Kontaktierung der Chips mit der Umgebung, Antenne, Energieversorgung oder den externen Anschlüssen bereitstellen.
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Eine Chipkarte mit einer Chipkartenmodul-Anordnung wird üblicherweise so hergestellt, dass diese zuerst zwischen mindestens zwei Trägerschichten eingebettet wird. Oft wird dazu zuerst die Chipkartenmodul-Anordnung auf einer der beiden Trägerschichten fixiert. Danach wird die zweite Trägerschicht so positioniert, dass sich die Chipkartenmodul-Anordnung zwischen den Trägerschichten befindet. Die Chipkartenmodul-Anordnung kann derart in die Trägerschichten eingebettet (einlaminiert und/oder eingepresst) werden, dass die Trägerschichten die Chipkarte (die „Chipkartenhülle” für das Chipkartenmodul-Anordnung) formen oder zumindest teilweise eine Chipkarte, z. B. eine Chipkarten-Anordnung, bilden. Auf die Trägerschichten können noch weitere Schichten aufgebracht werden, die z. B. zur Bedruckung der Chipkarte und zum Schutz der Oberflächen dienen können. Ziel eines hochqualitativen Laminier- oder Verpressungsprozesses ist es, dass eine Chipkarte mit einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche entsteht.
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Ein mögliches Verfahren zum Herstellen einer Chipkarten-Anordnung umfasst folgende Schritte:
- a) Verbindungsmaterial wird auf mindestens einer der beiden Oberflächen, die zu verbinden sind aufgebracht. Die beiden genannten Oberflächen sind die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer Seite einer Chipkartenmodul-Anordnung und jene Oberfläche, die ein Teilgebiet einer ersten Trägerschicht darstellt. Das Verbindungsmaterial kann ganzflächig auf der genannten Seite der Chipkartenmodul-Anordnung aufgebracht bzw. aufgetragen werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Verbindungsmaterial auf der genannten Seite der Chipkartenmodul-Anordnung nur in bestimmten Bereichen oder Gebieten aufgebracht bzw. aufgetragen wird. Dabei ist z. B. wichtig, ob das Verbindungsmaterial nach seiner Aufbringung die gesamte Seite der Chipkartenmodul-Anordnung bedeckt oder nur Teilgebiete.
- b) Befestigen einer Chipkartenmodul-Anordnung auf einer ersten Trägerschicht mittels des genannten Verbindungsmaterials, wobei die Chipkartenmodul-Anordnung zum Beispiel folgende Komponenten umfasst: ein Substrat; einen (oder mehrere) Chip(s) auf dem Substrat; und eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche.
- c) Eine zweite Trägerschicht wird gegenüber der ersten Trägerschicht so positioniert, dass die Chipkartenmodul-Anordnung sich zwischen diesen beiden Trägerschichten befindet.
- d) Laminieren und/oder Verpressen der ersten mit der zweiten Trägerschicht. Dadurch wird die Chipkartenmodul-Anordnung von den Trägerschichten umschlossen. Es lassen sich noch weitere Schichten gemeinsam mit den genannten Trägerschichten verarbeiten.
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In einer alternativen Ausführungsform kann der Körper der zu fertigenden Chipkarte bzw. Chipkarten-Anordnung aus mehr als zwei Schichten oder Trägerschichten zusammengesetzt sein. Das wäre der Fall, wenn z. B. weitere Folien auf der Außenseite der Chipkarten-Anordnung befestigt werden sollen, um beispielsweise bestimmte Effekte zu erzielen. Das können etwa dekorative Aufgaben, das Hinzufügen von Sicherheitsmerkmalen, oder die Verankerung von Fotos und Personenerkennungs-Merkmalen sein. Verschiedene Varianten der Fertigung gibt es hierzu. Eine mögliche ist alle zu verwendenden Schichten gemeinsam zu positionieren und dann auch gemeinsam zu verpressen bzw. zu laminieren. Bei anderen Varianten werden die Folien und Trägerschichten in einer bestimmten Reihenfolge zusammengefügt und das Verbinden dieser Schichten geschieht in mehreren Verarbeitungsschritten.
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In einer möglichen Ausführungsform kann der Körper der zu fertigenden Chipkarte bzw. Chipkarten-Anordnung zwischen den Trägerschichten noch weitere Materialschichten enthalten. Diese können dazu dienen zwischen den Trägerschichten einen Abstand zu bilden, damit z. B. die Chipkartenmodul-Anordnung beim Verpressen bzw. Laminieren weniger mechanisch durch Druck belastet wird.
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Eine Chipkartenmodul-Anordnung kann einen oder mehrere Chips, auch Integrated Circuits (ICs) oder Halbleiter genannt, enthalten. Der Chip oder die Chips werden auf der Chip-Aufnahme positioniert und sind mit der Chipkartenmodul-Anordnung elektrisch verbunden. Die Chips können miteinander elektrisch verbunden sein. Auch ist der Chip oder sind die Chips mechanisch innerhalb der Chipkartenmodul-Anordnung befestigt. Das kann z. B. über elektrisch leitende bzw. metallische Erhöhungen an den Kontaktstellen (sogenannte „Bumps”) gewährleistet werden. Wie schon erwähnt können sich mehrere Chips in einer Chipkartenmodul-Anordnung befinden. Es ist aber auch möglich, dass innerhalb einer Chipkarte mehrere Chipkartenmodul-Anordnungen integriert werden und sich damit ebenfalls mehrere Chips in einer Karte befinden. Diese Karten mit mehreren Chipkartenmodul-Anordnungen werden oft „Hybridkarten” genannt.
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Wie schon angeführt ist ein Bestandteil der Chipkartenmodul-Anordnung ein Substrat. Dieses kann einen Kunststoff (oder ein Polymer) aufweisen oder aus Kunststoff (oder einem Polymer) zusammengesetzt sein. Das Substrat bildet den Träger der Chipkartenmodul-Anordnung. Das Substrat ist oft mit einer oder mehreren Metallschichten ummantelt. Diese werden zur Ausbildung von elektrisch leitfähigen Bahnen zur Verbindung von elektrischen Komponenten (z. B. Integrated Circuits – ICs, oder passiven elektrischen Komponenten wie Widerstände und Kondensatoren) der Chipkartenmodul-Anordnung eingesetzt oder können auch zur Ausbildung einer Antennenanordnung verwendet werden (siehe Beschreibung unten).
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Wie im beispielhaften Herstellprozess oben beschrieben wird die Chipkartenmodul-Anordnung in einem der Fertigungsschritte mittels Verbindungsmaterial mit mindestens einer Trägerschicht bzw. einem Trägermaterial des Kartenkörpers verbunden. Dazu kann die Chipkartenmodul-Anordnung mit einer Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche ausgestattet sein. Diese ist dafür vorgesehen, dass dort z. B. ein Klebstoff positioniert wird. Das Verbindungsmaterial wird üblicherweise mittels eines Werkzeugs in der automatisierten Fertigung auf diese Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche aufgebracht. Dieses Werkzeug kann so gesteuert werden, dass das Verbindungsmaterial nur an bestimmten vorgegebenen Flächen und Flächenabschnitten angelagert wird. Damit lässt sich üblicherweise eine genaue Positionierung des Klebstoffs erreichen, was für die Ausführung der Erfindung wesentlich ist. Diese genauen Positionierungen erlauben eine komplexe Form der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche, die z. B. auch aus mehreren unabhängigen Teilflächen bestehen und verschiedenste geometrische Formen aufweisen kann. Die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche kann sich auf derselben Seite der Chipkartenmodul-Anordnung befinden, wie die Chips oder der Chip der Chipkarte. Es ist auch möglich, dass die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf der Seite ist, die gegenüber jener ist auf dem der Chip oder die Chips sich befinden.
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Die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche kann sichtbar abgegrenzt auf der genannten Seite der Chipkartenmodul-Anordnung sein. Die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche muss aber nicht sichtbar sein, es kommt lediglich darauf an, auf welchen Teilen der Oberfläche der Seite der Chipkartenmodul-Anordnungen sich das Verbindungsmaterial nach seiner Aufbringung befindet. Das Werkzeug, welches in dem Fertigungsschritt der Aufbringung des Verbindungsmaterials benutzt wird, kann dieses so verteilen, dass es je nach dem Design der Chipkartenmodul-Anordnungen, entweder partiell oder ganzflächig, die genannte Seite der Chipkartenmodul-Anordnungen bedeckt.
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Eine Vielzahl von Stoffen eignet sich als Verbindungsmaterial. Die am häufigsten verwendeten sind handelsübliche Klebstoffe mit unterschiedlichsten Qualitäten und Eigenschaften. Die Aufbringung und die Haftung des Verbindungsmaterials kann durch die Beschaffenheit der Oberfläche der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche beeinflusst werden. Daher kann es vorteilhaft sein bei der Konzeption der Chipkarte die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche und ihre Eigenschaften an jene des zu verwendenden Klebstoffes anzupassen.
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Verschiedene Ausführungsformen der Chipkartenmodul-Anordnung können eine Antennenanordnung enthalten. Diese Antennenanordnung kann als Windungen, aus einem elektrisch leitenden Material, auf einer oder beiden Seiten der Chipkartenmodul-Anordnung ausgeführt sein. Die Antennenanordnung ist üblicherweise innerhalb Chipkartenmodul-Anordnung elektrisch mit dem Chip oder den Chips verbunden. Die Antennenanordnung ist auch mechanisch mit der Chipkartenmodul-Anordnung verbunden. Das kann z. B. dadurch gewährleistet werden, dass die Antennenanordnung aus einer der Schichten des Schichtaufbaus des genannten Substrats ausgebildet wird (z. B. über einen Ätzvorgang, in dem die metallischen Außen-Schichten des Substrat so verändert werden, dass eine Antennenwindung entsteht). Alternativ dazu kann die Antennenanordnung (in diesem Falle als Folie ausgebildet, eventuell aus mehreren Schichten) auch mittels eines Verbindungsmaterials auf den Oberflächen des Substrats befestigt werden.
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In verschiedenen Ausführungsformen kann die Chipkartenmodul-Anordnung auch Kontaktflächen für den sogenannten kontaktbasierten Betrieb gemäß z. B. ISO 7816 aufweisen. Diese Kontaktflächen sind in diesem Falle so ausgeführt bzw. wird die Chipkartenmodul-Anordnung so in den Kartenkörper eingebracht, dass die Kontaktflächen an der Oberfläche der Chipkarte zu liegen kommen und damit von außen durch z. B. ein dafür geeignetes Chipkarten-Lesegerät kontaktierbar sind.
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Chipkarten müssen robust gegenüber den Beanspruchungen aus Herstellung und Gebrauch sein. Dabei spielen mechanische Belastungen eine große Rolle, die zum Beispiel aus der Handhabung der Karte durch den Benutzer entstehen. Als eine mechanische Belastung kann hierin beispielsweise Folgendes verstanden werden: ein mechanischer Druck, eine mechanische Spannung, eine Torsionsspannung, eine Biegespannung, eine Deformation, eine Dehnung, eine Biegung, eine Zugspannung, eine Druckspannung, eine elastische Verformung, eine punktförmige Belastung oder Kraft, und Ähnliches. Eine derartige mechanische Belastung kann sowohl bei einem Gebrauch der Chipkarte, in welche die Chipkartenmodul-Anordnung integriert ist, auftreten, als auch beim Herstellen der Chipkarte selbst, also beispielsweise beim Einbetten (Integrieren) der Chipkartenmodul-Anordnung in die Schichten der zukünftigen Karte. Es können beispielsweise beim Laminieren und/oder Verpressen einer Chipkartenmodul-Anordnung zwischen Trägerschichten der Karte mechanische Belastungen entstehen. Chips könnten durch diese beschädigt werden.
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Die Chipkartenmodul-Anordnung kann in manchen Ausführungsformen auch Stabilisierungselemente zur mechanischen Festigung enthalten. Diese dienen dazu bei der mechanischen Verformung der Chipkarte die Elemente der Chipkartenmodul-Anordnung zu verstärken und damit die Wahrscheinlichkeit eines z. B. Bruchs der Chips oder des Substrats zu reduzieren. Diese Stabilisierungselemente sind oft in der Mitte der Chipkartenmodul-Anordnung angebracht und können metallischen Schichten umfassen, die mit dem Substrat verbunden sein können. Sie sind häufig flächig ausgeführt und können im Herstellprozess der Chipkarte auf einer Trägerschicht oder Trägerschichten zu liegen kommen.
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Ein Teilaspekt der Erfindung ist es, in Ausführungsformen der Chipkarte die mechanische Stabilisierungselemente so innerhalb der Chipkarte und ihrer Trägerschichten zu positionieren, dass eine hohe mechanische Stabilität erreicht wird und z. B. der Chipbruch bei Verbiegung reduziert wird. Ziel ist es, dass die mechanische Stabilisierungselemente in der fertig produzierten Chipkarte direkt auf die Trägerschichten zu liegen kommen. Das kann man durch Positionierung des Verbindungsmaterials erreichen, da dieses bei den herkömmlichen Designs und Herstellungsmethoden zwischen den mechanischen Stabilisierungselementen und dem Trägermaterial, zumindest teilweise, liegen kann. Es ist vorteilhaft, dass Verbindungsmaterial nur dort positioniert ist, wo es die mechanische Stabilität der Karte nicht reduziert und man die dazugehörige Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche entsprechend dimensioniert bzw. in ihrer Form auslegt. Anders gesagt ist es vorteilhaft, dass das bestimmte Stellen frei von dem Verbindungsmaterial bleiben. Das sind also insbesondere jene Flächen, wo sich die Stabilisierungselemente befinden. Damit kommt der Positionierung und Ausdehnung der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche eine besondere Bedeutung zu.
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In konventionellen Aufbau der Chipkartenmodul-Anordnung bleibt außer Betracht, ob auf die Fläche, die durch den oder die Chips gebildet wird, also die Chip-Aufnahme, Verbindungsmaterial aufgebracht wird. Das gilt für den Fall, dass die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche sich auf der gleichen Seite der Chipkartenmodul-Anordnung befindet wie der Chip oder die Chips. D. h., dass in herkömmlichen Designs der Chipkartenmodul-Anordnung sich die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche mit der Chip-Aufnahme überlappen kann. Vorteilhaft für die Ausführungsformen der Erfindung ist es, dass das Verbindungsmaterial nicht an jenen Stellen positioniert oder aufgebracht wird, welche sich mit der Fläche der Chip-Aufnahme überschneiden. Das bedeutet, dass die Fläche die das Verbindungsmaterial bedeckt disjunkt ist mit jener der Chip-Aufnahme.
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Äquivalentes gilt für den Fall, dass die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche sich auf der den Chip(s) gegenüber liegenden Seite befindet. In dieser Variante blieb im konventionellen Aufbau der Chipkartenmodul-Anordnung außer Betracht, ob auf die Fläche die unmittelbar den Chips oder dem Chip gegenüberliegt, also der projizierten Chip-Aufnahme, Verbindungsmaterial aufgebracht wird. Vorteilhaft für die Ausführungsformen der Erfindung ist es, dass das Verbindungsmaterial nicht an jenen Stellen positioniert oder aufgebracht wird, welche sich mit der Fläche der projizierten Chip-Aufnahme überschneiden.
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In möglichen Ausführungsformen der Chipkarten-Anordnung können die Chips auch auf beiden Seiten der Chipkartenmodul-Anordnung befestigt werden. Damit liegt nicht nur eine Chip-Aufnahme auf einer Seite der Chipkartenmodul-Anordnung vor sondern zwei Chip-Aufnahmen auf den gegenüber liegenden Seiten. In diesem Falle gilt für die erfindungsgemäße Positionierung des Verbindungsmaterials, dass dieses nur auf jenen Flächen aufgebracht werden soll die keine Teilflächen mit den Chip-Aufnahmen bzw. der Fläche der Chipaufnahme, die auf die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche projiziert wird besitzt. D. h. die vereinigten bzw. projiziert vereinigten Flächen der Chip-Aufnahmen sollen disjunkt sein zur Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche.
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Bei möglichen Ausführungsformen der Chipkarten-Anordnung können mehrere Chips und mehrere Stabilisierungselemente vorliegen. Hier gilt für die erfindungsgemäße Positionierung des Verbindungsmaterials, dass dieses nur auf jene Teilflächen aufgebracht wird, die keine Teilflächen mit Stabilisierungselementen und Chip-Aufnahmen hat. Bei Chips oder Stabilisierungselementen, die auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche positioniert sind sollte die erfindungsgemäße Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche so ausgeführt werden, dass sie mit den auf der auf ihrer Seite liegenden Projektionen jener Flächen der gegenüberliegenden Chips oder Stabilisierungselementen keine Teilfläche gemein hat.
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In allen beschriebenen Ausführungsformen kann die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche kleiner ausgeführt werden als die Fläche, die disjunkt zu Chipaufnahmen bzw. Stabilisierungselementen ist.
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Durch die erfindungsgemäße Positionierung des Verbindungsmaterials und der Dimensionierung der dazugehörigen Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche ergibt sich der Vorteil, dass die mechanische Stabilität der Chipkartenmodul- bzw. Chipkarten-Anordnung erhöht wird und damit eine reduzierte Wahrscheinlichkeit eines Ausfalles bei der Herstellung oder im Feld bei der praktischen Benutzung. Beispielsweise wird die Häufigkeit eines Chipbruchs bei einer Biegebeanspruchung vermindert.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Chip-Aufnahme und auch die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf der gleichen der beiden Oberflächen liegen und die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche nur das Gebiet einnimmt, welches zur Fläche der Chip-Aufnahme disjunkt ist.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Chip-Aufnahme auf der ersten Oberfläche liegt und die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche sich auf der zweiten Oberfläche befindet und die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche nur das Gebiet einnimmt, welches in der Projektion auf die erste Oberfläche zur Fläche der Chip-Aufnahme disjunkt ist.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher sich die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf einer der beiden Oberflächen befindet und als ein zusammenhängendes Gebiet oder als gleichverteilte Gebiete innerhalb der Oberfläche ausgeführt ist bzw. sind.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher sich auf der Chipkartenmodul-Anordnung eine Antennenanordnung befindet.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher sich Teile der Antennenanordnung auf der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche befinden.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher sich auf der ersten Oberfläche ein Stabilisierungselement befindet und auf der zweiten Oberfläche die Chip-Aufnahme liegt.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Fläche des Stabilisierungselements auf der ersten Oberfläche mit jener der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf der ersten Oberfläche disjunkt ist.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Fläche des Stabilisierungselements auf der ersten Oberfläche und die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf der zweiten Oberfläche in der Projektion auf die erste Oberfläche disjunkt sind.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkartenmodul-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher auf die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche als Verbindungsmaterial ein Klebstoff aufgebracht ist.
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Ein Verfahren zum Verbinden einer Chipkartenmodul-Anordnung mit einer ersten Trägerschicht kann auch zudem umfassen das Positionieren der Chipkartenmodul-Anordnung zwischen der ersten Trägerschicht und einer zweiten Trägerschicht.
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Ein Verfahren zum Verbinden einer Chipkartenmodul-Anordnung mit einer ersten Trägerschicht kann auch zudem umfassen das Zusammenpressen zumindest der ersten und der zweiten Trägerschicht.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkarten-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher neben der ersten Trägerschicht eine zweite Trägerschicht vorhanden ist.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkarten-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die eine oder die mehreren Trägerschichten der Bogen oder die Bögen einer Chipkarte ist bzw. sind.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkarten-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher die Trägerschicht oder die Trägerschichten Kunststoffmaterial enthalten.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkarten-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher das Verbindungsmaterial ein Klebstoff ist.
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In einer Ausführungsform kann eine Chipkarten-Anordnung vorgesehen sein, bei welcher zumindest ein Bereich der Chipkartenmodul-Anordnung frei von Verbindungsmaterial ist.
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1 zeigt ein Beispiel einer Chipkartenmodul-Anordnung 120 in Explosions-Darstellung. Die Chipkartenmodul-Anordnung umfasst einen Chip 101, Stabilisierungselementen 102 und 105, Antennenwindungen 103 und 106 und ein Substrat 104. Einfachere Ausführungsformen von Chipkartenmodul-Anordnungen umfassen nur den Chip 101 und das Substrat 104 sowie Anschluss-Strukturen (nicht gezeigt in 1) in den Schichten 103 und/oder 106 zum Anschließen des Chips an Kontakte, die eine elektrische Verbindung z. B. zu Lesegeräten realisieren. Andere Ausführungsformen haben zusätzlich metallische Kontaktflächen (nicht gezeigt in 1), die es einem Lesegerät ermöglichen eine elektrische Verbindung mit dem Chip herzustellen. Wiederum andere Varianten haben mehrere Chips, die in einer Chipkartenmodul-Anordnung eingebaut sind.
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Abweichend vom Beispiel 1 haben andere Ausführungsformen nur eine der beiden gezeigten Antennenwindungen 103 und 106 oder gar keine Antenne.
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Der Chip 101 kann über verschiedene Methoden mit dem Substrat 104 elektrisch und auch mechanisch verbunden werden. Üblicherweise wird die mechanische Befestigung mittels eines Verbindungsmaterials (z. B. einem Klebstoff) vorgenommen. Die elektrische Kontaktierung erfolgt mittels sogenannter „Wirebonds” oder auch mittels „Flip-Chip”-Technology mit sogenannten „Bumps”.
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2 zeigt ein Beispiel Chipkarten-Anordnung 230 mit Chipkarten Trägerschichten 208 und 209 einer Chipkarte und Querschnitt einer Chipkartenmodul-Anordnung 220 welche folgende Elemente aufweist: einen Chip 201, Stabilisierungselemente 202 und 205, Antennenwindungen 203 und 206, ein Substrat 204, ein Verbindungsmaterial 207, eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 212 und einen Bump 211. Wie schon beschrieben müssen in den verschiedenen Ausführungsformen nicht alle Elemente vorhanden sein. So kann z. B. eine oder beide Antennenwindungen 203 bzw. 206 wegfallen oder analog die Stabilisierungselemente 202 und 205.
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Die Trägerschichten 208 und 209 können aus Kunststoffmaterial bestehen oder können Kunststoffmaterial umfassen. Häufig verwendete Kunststoffe dafür sind PVC und PC, also Polyvinylchlorid bzw. Polycarbonat.
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Die Stabilisierungselemente 202 und 205 dienen dazu die Chipkartenmodul-Anordnung mechanisch zu festigen und damit ihre Robustheit zu erhöhen. Stabilisierungselemente können in der Chipkarten-Anordnung direkt auf einer Trägerschicht aufliegen. Die Stabilisierungselemente haben insbesondere die Aufgabe die Wahrscheinlichkeit eines Bruches des Halbleiter-Chips 201 in der Chipkartenmodul-Anordnung 220 zu reduzieren, sollte die Karte mechanisch deformiert werden (z. B. Verbiegung).
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Das Verbindungsmaterial 207 kann in verschiedenen Ausführungsformen einer Chipkarten-Anordnung ein Klebstoff sein. Die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 212 definiert den Bereich der Chipkartenmodul-Anordnung 220, wo das Verbindungsmaterial positioniert wird.
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Bumps 211 sind ein Beispiel dafür wie ein Chip 201 mit dem Substrat 204 elektrisch und mechanisch verbunden werden kann. Sie kommen oft bei der erwähnten Flip-Chip-Technologie zur Anwendung.
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3 zeigt ein Beispiel eines Querschnitts einer Chipkarten-Anordnung 330 mit einer Chipkartenmodul-Anordnung 320 vor (Darstellung 3A oben) und nach (Darstellung 3B unten) dem Einbringen zwischen den Chipkarten Trägerschichten 308 und 309 einer Chipkarte.
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Die Chipkartenmodul-Anordnung 320 beinhaltet in dieser Ausführungsform: Stabilisierungselemente 302 und 305, Chip 301, Substrat 304, Antennenwindungen 306, ein Verbindungsmaterial 307, eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312 nicht die gesamte Fläche einer Seite der Chipkartenmodul-Anordnung 320. Dies wäre z. B. in 2 der Fall, wo die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 212 sich über die gesamte Seite der Chipkartenmodul-Anordnung 220 erstreckt. In 3 bedeckt die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312 nur jene Fläche wo sich auf der anderen Seite der Chipkartenmodul-Anordnung 310 kein Chip 301 befindet, also keine Chip-Aufnahme die Seite bedeckt. Damit ist die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312, wenn sie auf die Seite der Chip-Aufnahme projiziert wird, mit dieser Chip-Aufnahme disjunkt, also die projizierte Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312 hat keine gemeinsame Fläche mit der Chip-Aufnahme. Auch bedeckt die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 312 nicht das Gebiet des Stabilisierungselements 305.
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4 zeigt drei Beispiele des möglichen Grundrisses einer Chipkartenmodul-Anordnung 420. Die Chipkartenmodul-Anordnung 420 beinhaltet in diesen Ausführungsformen: Chip 401 der flächengleich mit der Chip-Aufnahme 401 ist, Substrat 404 und eine Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 412. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche 412 nicht die gesamte Grundfläche der Chipkartenmodul-Anordnung sondern nur Teilflächen, die keine gemeinsamen Flächen mit der Fläche des dargestellten Chips bzw. der Chip-Aufnahme 401 haben, also disjunkt zur Chipfläche sind. Viele weitere Formen der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche die dieser Bedingung genügen sind denkbar.
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Die drei dargestellten Formen in 4 stellen nur Illustrations-Beispiele dar. Vorteilhafte Ausführungsformen der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche sind symmetrisch bezüglich der Hauptachsen der Chipkartenmodul-Anordnungs-Grundfläche, um eine Verbindung in allen Richtungen, wo mechanische Kräfte auftreten können zu gewährleisten. Wie in gezeigten Ausführungsformen der 4 kann die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche vorteilhaft ein Streifen am Rande der Chipkartenmodul-Anordnung-Grundfläche sein. Dadurch wird die Sicherheit erhöht wird, dass kein Verbindungsmaterial – auch nur partiell – auf jene Fläche übertritt, die vom Chip bedeckt wird.
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Sollten Stabilisierungselemente (nicht gezeigt in 4) in der Chipkartenmodul-Anordnung eingebaut sein, dann ist es vorteilhaft für die Erfindung, dass die Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche keine gemeinsame Teilfläche mit diesen Stabilisierungselemente hat. Das gilt auch für den Fall, dass sich Stabilisierungselemente auf der gegenüberliegenden Seite der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche befinden. Dann sollte wiederum die Projektion der Verbindungsmaterial-Aufnahmefläche auf die Seite der Chipkartenmodul-Anordnung, wo sich die Stabilisierungselemente befinden mit der Fläche, die diese Stabilisierungselemente bedecken disjunkt sein.
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5 zeigt ein Beispiel der möglichen Schritte 510 bis 540 zur Herstellung einer Chipkarten-Anordnung.
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Die Erfindung wurde in diesem Dokument mit Bezug auf die Anordnung einer Chipkartenmodul-Anordnung in einer Chipkarte beschrieben. Diese Anordnung und das beschriebene System und Verfahren kann jedoch genauso mit anderen Gehäusen verwendet werden. Die Erfindung kann auch in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden. Dabei ist beispielsweise die Befestigung von Chipkartenmodul-Anordnung auf anderen Trägermaterialien als die die für Chipkarten verwendet werden zu nennen. Zum Beispiel folgende Trägermaterialien:
- – Printplatten, printed circuit boards (PCBs)
- – Textilien, Stichwort ”wearables”
- – Keramik, wie etwa bei Leistungshalbleitern
- – Metallen, zur schnellen Wärmeableitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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