DE102015007988B4

DE102015007988B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte mit einem Kartenkörper und wenigstens einem Chipmodul

Info

Publication number: DE102015007988B4
Application number: DE102015007988.3A
Authority: DE
Inventors: Thomas Seidl; Falc Borchard; Anton Brunner
Original assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Current assignee: Muehlbauer GmbH and Co KG
Priority date: 2015-06-22
Filing date: 2015-06-22
Publication date: 2022-09-08
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: DE102015007988A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12), die einen Kartenkörper (10) mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung (14) zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls (32) aufweist, mit einem ersten Schritt, um
• das wenigstens eine Chipmodul (32) durch zumindest abschnittsweises lokales Erwärmen einer Verbindungsschicht (36) der Chipkarte (12) mittels eines ersten Stempels (38) mit dem Kartenkörper (10) zu verbinden; und einem zweiten Schritt, um
• wenigstens einen Kontaktanschluss (24) einer in den Kartenkörper (10) eingebetteten Antennenanordnung durch lokales Erwärmen einer zwischen dem wenigstens einen Kontaktanschluss (24) und einem zugehörigen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) vorgesehenen, pastösen Lötpaste (30) mittels eines zweiten Stempels (46) mit dem zugehörigen Kontaktabschnitt (34) elektrisch leitfähig zu verbinden, wobei der erste Schritt und der zweite Schritt separat durchgeführt werden.

Description

HINTERGRUND
Hier wird ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte beschrieben, die einen Kartenkörper mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls aufweist. Des Weiteren werden eine Vorrichtung zum Herstellen einer solchen Chipkarte und eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Chipkarte beschrieben.
Die Chipkarte kann dabei eine Bankkarte (Debitkarte), eine Kreditkarte, eine Smartcard, eine ICC (Integrated Circuit Card) oder dergleichen sein. Insbesondere kann die Chipkarte als eine Dual-Interface-Chipkarte ausgebildet sein.
Die Chipkarte kann beispielsweise in Form einer SIM-Karte (Subscriber Identidy Module „Teilnehmer-Identitätsmodul“) oder dergleichen vorliegen und die unterschiedlichen Abmessungen haben: „Full-size“ siehe ISO/IEC 7810:2003, ID-1 „Mini-SIM“ siehe ISO/IEC 7810:2003, ID-000, „Micro-SIM“ siehe ETSI TS 102 221 V9.0.0 = „Mini-UICC“, „Nano-SIM“ siehe ETSI TS 102 221, TS 102 221 V11.0.0, und „Embedded-SIM“ siehe JEDEC Design Guide 4.8.
Der Kartenkörper der Chipkarte kann in Form eines ein- oder mehrschichtigen Papier- oder Kunststoffträgers ausgebildet sein.
Derartige Chipkarten und Verfahren zum Herstellen derartiger Chipkarten sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise wird beim Herstellen einer solchen Chipkarte ein Chipmodul, welches einen integrierten Schaltkreis umfasst, in eine dafür vorgesehene Aufnahmeausnehmung eines Kartenkörpers eingebracht. Das Chipmodul wird anschließend dauerhaft mit dem Kartenkörper verbunden, sodass ein unbeabsichtigtes Loslösen des Chipmoduls von dem Kartenkörper bei einem vorgesehenen alltäglichen Gebrauch der Chipkarte verhindert wird. Diese Verbindung wird häufig mittels eines Haftmittels oder einer Klebeschicht unter Wärmebehandlung realisiert.
Dabei kann gleichzeitig auch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem integrierten Schaltkreis des Chipmoduls und einer in dem Kartenkörper vorgesehenen Antennenanordnung hergestellt werden, um eine kontaktlose Datenübertragung zu ermöglichen.
Aufgrund der hohen Anzahl herzustellender Chipkarten, werden bei den Herstellungsverfahren stets möglichst geringe Durchlaufzeiten angestrebt. Gleichzeitig ist jedoch auf eine hohe Qualität der Chipkarten in Bezug auf die Stabilität und die Beschaffenheit der Oberfläche zu achten.
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte ist aus dem Dokument EP 2 568 782 B1 bekannt. Hierbei wird ein Chipmodul unter Druck in einer Ausnehmung eines Kartenkörpers positioniert. Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Chipmodul und dem Kartenkörper herzustellen, ist zumindest das Chipmodul mit einer thermisch aktivierbaren Klebeschicht versehen. Diese Klebeschicht wird vor dem Einbringen des Chipmoduls in die vorgesehene Ausnehmung mittels heißer Luft oder eines heißen Gases erwärmt und somit thermisch aktiviert.
Trotz einer derartigen thermisch aktivierten Klebeverbindung zwischen dem Chipmodul und dem Kartenkörper kann sich das Chipmodul aufgrund von Umwelteinflüssen und/oder mechanischen Beanspruchungen der Chipkarte im Alltagsgebrauch zumindest teilweise von dem Kartenkörper ablösen. Dies hat insbesondere dann negative Auswirkungen, wenn die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem Chipmodul und der Antennenanordnung unterbrochen wird.
Ferner offenbart das Dokument DE 197 09 985 A1 eine Chipkarte, eine Verbindungsanordnung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in eine Ausnehmung eines Kartenträgers unter Erhalt einer elektrischen und mechanischen Verbindung eingesetzt wird. Gemäß einem ersten Aspekt des Dokuments DE 197 09 985 A1 wird bei dem Ausfräsen der Ausnehmung ein Abschnitt von Kontaktverdickungen freigelegt, die eine sichere Verbindung zwischen Modul und Induktions- oder Antennenspule ermöglichen sollen. Gemäß einem zweiten und dritten Aspekt des Dokuments DE 197 09 985 A1 werden notwendige elektrische Kontakte durch Löten und mechanische Kontakte durch Heiß- oder Schmelzkleber realisiert. Darüber hinaus wird vorgeschlagen, den Kleber mit leitfähigen Partikeln zu versehen, wobei der Klebstoff bei der Verbindung unter Druck komprimiert wird, so dass sich ein gewünschter elektrischer Kontakt ausbildet.
Weiterer Stand der Technik ist aus den Dokumenten DE 195 00 925 C2 , DE 196 33 938 A1 und DE 102 58 984 A1 bekannt.
ZUGRUNDELIEGENDE AUFGABE
Die Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte bereitzustellen, das eine beständige und funktionsfähige Verbindung zwischen einem Kartenkörper und einem Chipmodul der Chipkarte und insbesondere eine stabile elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Kontaktabschnitten des Chipmoduls und zugehörigen Kontaktanschlüssen sicherstellt. Ferner besteht die Aufgabe darin, eine Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte bereitzustellen, das eine beständige und funktionsfähige Verbindung zwischen einem Kartenkörper und einem Chipmodul der Chipkarte und insbesondere eine stabile elektrisch leitfähige Verbindung zwischen Kontaktabschnitten des Chipmoduls und zugehörigen Kontaktanschlüssen sicherstellt. Des Weiteren soll eine mittels eines solchen Verfahrens hergestellte Chipkarte bereitgestellt werden.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und einer Chipkarte den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen werden aus den Unteransprüchen 2 bis 7 und 9 bis 14 ersichtlich.
Das Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, die einen Kartenkörper mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls aufweist, umfasst einen ersten Schritt, um das wenigstens eine Chipmodul durch zumindest abschnittsweises lokales Erwärmen einer Verbindungsschicht der Chipkarte mit dem Kartenkörper zu verbinden. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen zweiten Schritt, um wenigstens einen Kontaktanschluss einer in dem Kartenkörper eingebetteten Antennenanordnung durch lokales Erwärmen einer zwischen dem wenigstens einem Kontaktanschluss und einem zugehörigen Kontaktabschnitt des Chipmoduls vorgesehenen Lötpaste mit dem zugehörigen Kontaktabschnitt elektrisch leitfähig zu verbinden. Der erste Schritt des Verfahrens und der zweite Schritt des Verfahrens werden separat durchgeführt.
Das lokale Erwärmen der Lötpaste führt zum Aufschmelzen dieser Lötpaste, was als sogenanntes Reflow-Löten bezeichnet wird. Das lokale Erwärmen bezieht sich hierbei im Wesentlichen auf das Erwärmen eines Bereiches der Chipkarte, in dem die thermisch aktivierbare Verbindungsschicht und/oder die Lötpaste vorgesehen sind. Dabei kann sich das lokale Erwärmen auch auf einen Bereich der Chipkarte beziehen, der zu dem Bereich der Chipkarte korrespondiert, in dem die thermisch aktivierbare Verbindungsschicht und/oder die Lötpaste vorgesehen sind. Demnach kann durch das lokale Erwärmen auch ein korrespondierender Bereich der Chipkarte erwärmt werden, der auf einer Oberfläche des wenigstens einen Chipmoduls und/oder des Kartenkörpers liegt, die einer mit der Verbindungsschicht und/oder Lötpaste versehenen Oberfläche entgegengesetzt ist.
Die Lötpaste zum elektrisch leitfähigen Verbinden des wenigstens einen Kontaktanschlusses der Antennenanordnung und eines zugehörigen Kontaktabschnitts des Chipmoduls kann ein Flussmittel und Metallkugeln aufweisen, wobei die Körnung der Metallkugeln im Hinblick auf das Verfahren und/oder die zu verbindenden Kontaktstellen variiert werden kann. Zu verbindende Kontaktstellen bezeichnen hier zugehörige, miteinander zu verbindende Kontaktanschlüsse und Kontaktabschnitte. Die Lötpaste kann pastös jedoch nicht flüssig sein.
Vorzugsweise werden durch das Erwärmen der Lötpaste wenigstens zwei Kontaktanschlüsse der eingebetteten Antennenanordnung mit zwei Kontaktabschnitten des wenigstens einen Chipmoduls elektrisch leitfähig verbunden, wobei die Kontaktabschnitte des Chipmoduls jeweils in Form eines Kontaktpads ausgebildet sein können. Die Kontaktabschnitte können dabei mit einem auf dem wenigstens einen Chipmodul integrierten Schaltkreis verbunden oder ein Abschnitt dieses Schaltkreises sein. Die Kontaktanschlüsse und die Kontaktpads können bereits zueinander korrespondierend an dem Kartenkörper bzw. dem Chipmodul angeordnet sein, sodass diese bereits durch das vorgesehene Einbringen des wenigstens einen Chipmoduls in die Aufnahmeausnehmung des Kartenkörper einander zugeordnet sind.
Die Aufnahmeausnehmung und das wenigstens eine Chipmodul können komplementär zueinander ausgebildet sein, wobei die Aufnahmeausnehmung stufenförmig mit einer inneren und einer äußeren Kavität ausgebildet sein kann.
Durch das separate Durchführen des ersten und des zweiten Schrittes kann individuell und gezielt auf die Verbindungsschicht und die Lötpaste bzw. die zu verbindenden Kontaktstellen eingewirkt werden. Mit anderen Worten können der Verbindungsprozess mittels der thermisch aktivierbaren Verbindungsschicht und der Lötprozess getrennt voneinander gesteuert und durchgeführt werden. Dabei können die Parameter des Verfahrens für jeden der beiden Schritte bedarfsgerecht gewählt werden. Dies hat den Vorteil, dass in jedem der beiden Verfahrensschritte bestmöglich sichergestellt werden kann, dass der jeweilige Schritt korrekt ausgeführt wird. Durch das lokale Erwärmen der Verbindungsschicht kann eine dauerhafte und beständige Verbindung zwischen dem Kartenkörper und dem Chipmodul hergestellt werden, sodass das wenigstens eine Chipmodul fest in der Aufnahmeausnehmung gehalten wird. Ferner kann durch das lokale Erwärmen der Lötpaste bzw. des miteinander zu verlötenden Kontaktabschlusses und des zugehörigen Kontaktabschnitts bestmöglich eine stabile und funktionsfähige, elektrisch leitfähige Verbindung hergestellt werden.
Des Weiteren hat dieses Verfahren den Vorteil, dass Energie eingespart werden kann. Die relativ hohe Energie, die zum Erwärmen und insbesondere zum Aufschmelzen der Lötpaste benötigt wird, ist bei dem beschriebenen Verfahren lediglich lokal in den elektrisch leitfähig zu verbindenden Bereich einzubringen. Somit kann das Einbringen einer relativ hohen Wärmeenergie auf diesen Bereich begrenzt werden.
Würde das Erwärmen der Verbindungsschicht der Chipkarte und das Erwärmen der Lötpaste beispielsweise in demselben Schritt durchgeführt werden, wären die Parameter des Verfahrens derart zu wählen, dass sowohl die Verbindungsschicht der Chipkarte thermisch aktiviert und die Lötpaste aufgeschmolzen werden würde. Dabei bestünde jedoch die Gefahr, dass die Funktionsfähigkeit der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Kontaktanschluss und dem Kontaktabschnitt und/oder der Verbindung zwischen dem Kartenkörper und dem Chipmodul nicht wie beabsichtigt erreicht werden würde. Ferner könnte auch ein Aufbringen einer Wärmeenergie mit einer relativ hohen Temperatur, die zum Aufschmelzen der Lötpaste notwendig ist, auf einen vergleichsweise großen Oberflächenbereich des Chipmoduls und/oder des Kartenkörpers zu erwünschten Hitzeverformungen der Chipkarte führen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann das Erwärmen der Verbindungsschicht und/oder des Erwärmen der Lötpaste durch Wärmeleitung ausgeführt werden. Dazu kann Wärme lokal in einen Bereich auf einer Oberfläche des wenigstens einen Chipmoduls oder des Kartenkörpers eingebracht werden und durch Wärmeleitung von dort an die Verbindungsschicht bzw. die Lötpaste geleitet werden, wobei der Bereich zu dem mit der Verbindungsschicht oder der Lötpaste versehenen Bereich korrespondiert und auf einer davon entgegengesetzten Oberfläche liegt. Ferner kann zum lokalen Erwärmen der Lötpaste eine Wärmeenergie mit einer höheren Temperatur eingebracht werden als zum lokalen Erwärmen der Verbindungsschicht.
In einer weiteren Variante kann die Verbindungsschicht mittels eines ersten Stempels lokal erwärmt werden, der mit einer Kontaktfläche zumindest abschnittsweise auf das wenigstens eine Chipmodul einwirkt. Der erste Stempel kann dabei wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, die in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt des Chipmoduls korrespondierenden Bereich des ersten Stempels ausgebildet ist, sodass der erste Stempel das Chipmodul in diesem Bereich nicht kontaktiert. Durch die Ausnehmungen des ersten Stempels kann demnach sichergestellt werden, dass lediglich die Verbindungsschicht beim Einwirken des ersten Stempels auf die Chipkarte lokal erwärmt wird, während die Lötpaste nahezu nicht erwärmt wird. Insbesondere ein teilweises Aufschmelzen der Lötpaste im ersten Verfahrensschritt kann somit verhindert werden. Die Anzahl der Ausnehmungen des ersten Stempels kann der Anzahl der zu verbindenden Kontaktabschnitte des Chipmoduls entsprechen, wobei der erste Stempel vorzugsweise zwei Ausnehmungen aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Kontaktfläche des ersten Stempels mit einer Kraft in einem Bereich von 30 bis 80 Newton, vorzugsweise mit einer Kraft von 65 Newton, für eine Zeit von 600 bis 1000 ms auf das Chipmodul einwirken und währenddessen eine Wärmeenergie mit einer Temperatur in einem Bereich von 180° bis 250°C abgeben. Die Größe der Kontaktfläche kann dabei auf das zu bearbeitende Chipmodul angepasst werden und beispielsweise eine Oberfläche im Bereich von 25 bis 35 mm² aufweisen, wobei die Kontaktfläche vorzugsweise eine Fläche von 29,61 mm² aufweisen kann. Die Parameter Kraft, Zeit und Temperatur können dabei im Hinblick auf die Art der thermisch aktivierbaren Verbindungsschicht angepasst werden. Ferner kann der mittels des ersten Stempels auf das Chipmodul aufgebrachte Druck durch die Größe der Kontaktfläche und die Kraft angepasst werden. Der Druck kann dabei im Bereich von 1,5 bis 2,5 N/mm² liegen. Der Schritt des lokalen Erwärmens der Verbindungsschicht kann vorzugsweise wenigstens zwei Mal ausgeführt werden. Somit kann die thermische Belastung der Chipkarte beim Herstellen so gering wie möglich gehalten werden, wobei dennoch einen hoher Herstellungsdurchsatz und eine beständige Verbindung des Chipmoduls mit dem Kartenkörper erreichbar ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann die Lötpaste mittels eines zweiten Stempels lokal erwärmt werden, der wenigstens einen Vorsprung aufweist, über den der zweite Stempel das wenigstens eine Chipmodul kontaktiert. Der wenigstens eine Vorsprung kann dabei in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt des Chipmoduls korrespondierenden Bereich des zweiten Stempels ausgebildet sein. Mittels des wenigstens einen Vorsprungs des zweiten Stempels kann somit die zum Aufschmelzen der Lötpaste notwendige Wärmeenergie im Wesentlichen lokal in den Bereich der Chipkarte eingebracht werden, in dem die Lötpaste vorgesehen ist bzw. in dem der wenigstens eine Kontaktabschnitt angeordnet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die weiteren Bereiche der Chipkarte mit einer Wärmeenergie mit hoher Temperatur beaufschlagt werden, was einen schonenden Herstellungsprozess der Chipkarte ermöglicht und dennoch eine stabile Ausbildung der elektrisch leitfähigen Verbindung sicherstellt. Die Anzahl der Vorsprünge des zweiten Stempels kann der Anzahl der miteinander zu verbindenden Kontaktanschlüsse und zugehörigen Kontaktabschnitte entsprechen, wobei der zweite Stempel vorzugsweise zwei Vorsprünge aufweist.
In einer weiteren Variante kann der wenigstens eine Vorsprung des zweiten Stempels für eine Zeit von 900 bis 1100 ms auf das wenigstens eine Chipmodul einwirken und währenddessen zum Erwärmen der Lötpaste eine Wärmeenergie mit einer Temperatur im Bereich von 230° bis 280°C abgeben. Die Einwirkzeit und die Temperatur können dabei im Hinblick auf die verwendete Lötpaste angepasst werden. Die Verarbeitungstemperatur der Lötpaste kann dabei in einem Bereich zwischen 153° und 179° C liegen. Die das Chipmodul kontaktierende Oberfläche des wenigstens einen Vorsprungs kann auf das zu bearbeitende Chipmodul angepasst werden und beispielsweise eine Oberfläche im Bereich von 2,5 bis 4,5 mm² aufweisen, wobei die Kontaktfläche vorzugsweise eine Fläche von 3,4 mm² aufweisen kann. Ferner kann der mittels des zweiten Stempels auf das Chipmodul aufgebrachte Druck durch die Größe der Oberfläche des Vorsprungs und die Einwirkkraft angepasst werden.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Verbindungsschicht eine elektrische nicht leitfähige HAF (Heat Activated Foil) umfassen, die vorzugsweise eine Aktivierungstemperatur in einem Bereich von 130° bis 190°C aufweist. Die Verbindungsschicht kann dabei zumindest auf eine dem Kartenkörper zugewandte Oberfläche des Chipmoduls vorlaminiert sein. Ferner kann auch die Aufnahmeausnehmung alternativ oder zusätzlich zumindest abschnittsweise eine solche HAF aufweisen.
In einer Variante kann das Verfahren weitere Schritte umfassen, die zeitlich vor dem Verbinden des wenigstens einen Chipmoduls mit dem Kartenkörper und des wenigstens einen Kontaktanschlusses mit dem zugehörigen Kontaktabschnitt ausgeführt werden können. Alternativ dazu können diese weiteren Schritte jedoch auch einzeln oder gemeinsam in einem oder mehreren separaten Verfahren ausgeführt werden. Die weiteren Schritte können betreffen: das Bereitstellen des Kartenkörpers, das Erzeugen der Aufnahmeausnehmung durch Materialabtrag in dem Kartenkörper, wobei vorzugsweise eine zweistufige Aufnahmeausnehmung durch Fräsen erzeugt wird.
Ferner können die weiteren Schritte betreffen: das Erzeugen von jeweils einer Kontaktausnehmung durch Materialabtrag in dem Kartenkörper im Bereich des wenigstens einen Kontaktanschlusses der eingebetteten Antennenanordnung, wobei die Kontaktausnehmung jeweils in der äußeren Kavität der Aufnahmeausnehmung vorgesehen sein kann und mit der inneren Kavität verbunden sein kann, sodass eine nachfolgend in die jeweilige Kontaktausnehmung eingebrachte Lötpaste gegebenenfalls in die innere Kavität verdrängt werden kann. Dadurch können vorteilhafterweise thermisch bedingte Schwankungen der Dosiermenge der Lötpaste kompensiert werden, ohne dass dazu eine Dosiervorrichtung für die Lötpaste nachjustiert werden muss. Durch das Erzeugen der Kontaktausnehmung kann somit jeweils ein Kontaktanschluss der eingebetteten Antennenanordnung freigelegt werden, um elektrisch leitfähig verbunden zu werden. Auch hierbei werden vorzugsweise zwei Kontaktausnehmungen erzeugt.
Ein weiterer Schritt kann das Dispensieren der Lötpaste in einem Bereich des wenigstens einen Kontaktanschlusses, genauer gesagt im Bereich der Kontaktausnehmung betreffen. Dabei kann die Lötpaste mittels einer Dosiernadel einer Dosiervorrichtung in diesem Bereich dispensiert und verteilt werden. Hierdurch kann ein direkter Kontakt zwischen der Lötpaste und dem wenigstens einen Kontaktanschluss der Antennenanordnung erreicht werden. Die Menge der zu dispensierenden Lötpaste kann im Hinblick auf die Ausbildung des wenigstens einen Chipmoduls und/oder des Kartenkörpers gewählt werden, wobei eine Menge vorgesehen werden kann, die die jeweilige Fläche der Kontaktausnehmung nicht vollständig bedeckt.
Ferner kann in einem weiteren Schritt das wenigstens eine Chipmodul in die wenigstens eine Aufnahmeausnehmung des Kartenkörpers mittels einer Greifvorrichtung eingebracht werden. Nach dem Einbringen des wenigstens einen Chipmoduls in die Aufnahmeausnehmung kann das Chipmodul mittels eines Haltestempels, der an wenigstens zwei entgegengesetzten Randbereichen des Chipmoduls angreift, in der vorgesehenen Position in der Aufnahmeausnehmung gehalten werden, bevor die Greifvorrichtung nach dem Einbringen von dem Chipmodul angehoben wird. Insbesondere kann der Haltestempel dabei an zwei entgegengesetzten Ecken des Chipmoduls haltend angreifen. Beim Einbringen des Chipmoduls in die Aufnahmeausnehmung kann der wenigstens eine Kontaktabschnitt des Chipmoduls zumindest abschnittsweise in der wenigstens einen Kontaktausnehmung des zugehörigen Kontaktanschlusses der Antennenanordnung positioniert werden, wobei die pastöse Lötpaste verteilt und/oder zumindest teilweise in die innere Kavität verdrängt werden kann.
Die verschiedenen Verfahrensschritte können in derselben oder zumindest teilweise mittels getrennter Vorrichtungen ausgeführt werden.
Eine Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte, die einen Kartenkörper mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls aufweist, umfasst: eine erste Einheit, eingerichtet zum thermischen Aktivieren einer Verbindungsschicht der Chipkarte und zum zumindest abschnittsweisen Einwirken auf das wenigstens eine Chipmodul, um dieses durch lokales Erwärmen der Verbindungsschicht zumindest abschnittsweise mit dem Kartenkörper zu verbinden, und eine zweite Einheit, eingerichtet zum Verlöten wenigstens eines Kontaktanschlusses einer in den Kartenkörper eingebetteten Antennenanordnung mit einem zugehörigen Kontaktabschnitt des Chipmoduls und zum zumindest abschnittsweisen Einwirken auf das Chipmodul, um den wenigstens einen Kontaktanschluss durch lokales Erwärmen einer Lötpaste mit dem wenigstens einen Kontaktabschnitt elektrisch leitfähig zu verbinden. Die Lötpaste ist dabei zwischen dem wenigstens einen Kontaktanschluss und dem zugehörigen Kontaktabschnitt vorgesehen.
Durch die separate erste und zweite Einheit ist es möglich, die beiden Verbindungsprozesse individuell und getrennt voneinander zu steuern.
In einer Weiterbildung kann die erste Einheit einen ersten Stempel aufweisen mittels dessen sie zumindest abschnittsweise auf das wenigstens eine Chipmodul einwirkt, um das Chipmodul durch lokales Erwärmen der Verbindungsschicht zumindest abschnittsweise mit dem Kartenkörper zu verbinden.
Ferner kann die zweite Einheit einen zweiten Stempel aufweisen, mittels dessen sie zumindest abschnittsweise auf das wenigstens eine Chipmodul einwirkt, um den wenigstens einen Kontaktanschluss durch lokales Erwärmen der Lötpaste mit dem wenigstens einen Kontaktabschnitt elektrisch leitfähig zu verbinden.
Das lokale Erwärmen kann sich dabei, wie zuvor beschrieben, auch auf zu der Verbindungsschicht und/oder der Lötpaste korrespondierende Bereiche des wenigstens einen Chipmoduls und/oder des Kartenkörpers beziehen. Die korrespondierenden Bereiche können auch einer Oberfläche zugeordnet sein, die einer mit der Verbindungsschicht und/oder der Lötpaste versehenen Oberfläche entgegengesetzt ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Geometrie des ersten Stempels von der Geometrie des zweiten Stempels abweichen. Durch die abweichende Geometrie der Stempel kann erreicht werden, dass die Verbindungsschicht oder die Lötpaste lokal erwärmt werden, während der jeweils andere Bereich im Wesentlichen nicht erwärmt wird.
In einer weiteren Variante kann der erste Stempele eine Wärmeenergie mit einer geringeren Temperatur an die Chipkarte abgeben als der zweite Stempel. Die Temperaturen können dabei in Abhängigkeit der thermisch aktivierbaren Verbindungsschicht der Chipkarte und der Eigenschaften der Lötpaste gewählt werden, sodass der erste Stempel die Verbindungsschicht thermisch aktiviert und der zweite Stempel die Lötpaste bis zu ihrem Schmelzpunkt erwärmt (Reflow-Löten).
In einer weiteren Ausführungsform kann der erste Stempel wenigstens eine Kontaktfläche und wenigstens eine Ausnehmung aufweisen, wobei die Ausnehmung in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt des Chipmoduls korrespondierenden Bereich des ersten Stempels ausgebildet ist. Demnach wird bei einem Kontakt des ersten Stempels mit einer Oberfläche des Chipmoduls ein zu dem Kontaktabschnitt des Chipmoduls korrespondierender Bereich auf der dem ersten Stempel zugewandten Oberfläche aufgrund der wenigstens einen Ausnehmung nicht kontaktiert. Die Anzahl der Ausnehmungen kann der Anzahl der zu verbindenden Kontaktabschnitte des Chipmoduls entsprechen, wobei der erste Stempel vorzugsweise zwei Ausnehmungen aufweist.
Ferner kann die Kontaktfläche des ersten Stempels in einer Variante derart ausgebildet sein, dass diese das wenigstens eine Chipmodul im Wesentlichen in einem Randbereich der dem Stempel im Betrieb zugewandten Oberfläche des Chipmoduls kontaktiert. Hierzu kann der erste Stempel eine zusätzliche innere Ausnehmung aufweisen. Alternativ dazu kann die Kontaktfläche des ersten Stempels, abgesehen von der wenigstens einen Ausnehmung, im Wesentlichen kongruent zu der dem ersten Stempel im Betrieb zugewandten Oberfläche des Chipmoduls ausgebildet sein, sodass die Kontaktfläche das Chipmodul im Betrieb bis auf die Ausnehmungen nahezu vollständig kontaktiert.
In einer Weiterbildung kann der zweite Stempel wenigstens einen Vorsprung aufweisen, der in einem in Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt des Chipmoduls korrespondierenden Bereich des zweiten Stempels ausgebildet ist. In dieser Ausführungsform kann der zweite Stempel das Chipmodul lediglich über den wenigstens einen Vorsprung kontaktieren bzw. über diesen auf das wenigstens eine Chipmodul einwirken. Durch die beschriebene Anordnung des wenigstens einen Vorsprungs kann die Lötpaste über diesen wenigstens einen Vorsprung, und eine Wärmeleitung durch das Chipmodul, erwärmt werden. Die Anzahl der vorgesehenen Vorsprünge des zweiten Stempels kann der Anzahl der elektrisch leitfähig zu verbindenden Kontaktabschnitte des Chipmoduls entsprechen. Vorzugsweise kann der zweite Stempel wenigstens zwei Vorsprünge aufweisen.
Neben dem ersten und dem zweiten Stempel kann die Vorrichtung ferner weitere Stempel mit gleichen und/oder abweichenden Geometrien aufweisen, die zum abschnittsweisen Aktivieren der Verbindungsschicht und/oder zum Aufschmelzen der Lötpaste dienen können.
In einer weiteren Variante kann die Vorrichtung eine dritte Einheit umfassen, die eine Fräse aufweist, wobei mittels der Fräse die Aufnahmeausnehmung in dem Kartenkörper durch Materialabtrag erzeugbar ist. Die Fräse kann dazu eingerichtet sein, die Aufnahmeausnehmung zweistufig mit einer inneren und einer äußeren Kavität auszubilden, wobei die innere Kavität eine größere Tiefe als die äußere Kavität aufweist und wobei die Aufnahmeausnehmung komplementär zu dem einzubringenden Chipmodul ausgebildet sein kann.
Ferner kann die Vorrichtung eine vierte Einheit umfassen, die eine weitere Fräse aufweist, wobei mittels der weiteren Fräse eine Kontaktausnehmung im Bereich des wenigstens einen Kontaktanschlusses der Antennenanordnung durch Materialabtrag erzeugbar ist, um diesen wenigstens einen Kontaktanschluss freizulegen.
In einer weiteren Variante kann die Vorrichtung eine fünfte Einheit umfassen, die eine Dosiervorrichtung mit einer Dosiernadel aufweist, wobei die Dosiernadel dazu eingerichtet ist, die Lötpaste auf dem Kartenkörper im Bereich des wenigstens einen Kontaktanschlusses der Antennenanordnung zu dispensieren und/oder zu verteilen. Dabei kann die Lötpaste vorzugsweise jeweils in die Kontaktausnehmung des wenigstens einen Kontaktanschlusses dispensiert werden.
Des Weiteren kann die Vorrichtung eine sechste Einheit umfassen, die eine Greifvorrichtung und einen Haltestempel aufweist, wobei die Greifvorrichtung dazu eingerichtet ist, das wenigstens eine Chipmodul in die Aufnahmeausnehmung einzubringen und der Haltestempel dazu eingerichtet ist, das Chipmodul in der vorgesehenen Position in der Aufnahmeausnehmung zu halten. Der Haltestempel kann dabei derart ausgebildet sein, dass er das wenigstens eine Chipmodul im Betrieb an wenigstens zwei einander entgegengesetzten Randbereichen des Chipmoduls kontaktiert.
Ferner kann die Vorrichtung eine siebte Einheit mit einem Kühlstempel aufweisen, wobei der Kühlstempel von oben kommend auf die Chipkarte einwirken kann, um die Chipkarte zu kühlen. Insbesondere kann der Kühlstempel dazu eingerichtet sein, im Bereich des wenigstens einen Chipmoduls kühlend auf die Chipkarte einzuwirken.
Gemäß einer Weiterbildung kann die Vorrichtung die erste Einheit zum thermischen Aktivieren der Verbindungsschicht der Chipkarte und zum zumindest abschnittsweisen Einwirken auf das Chipmodul wenigstens zwei Mal aufweisen. Dabei können diese zwei ersten Einheiten aneinander angrenzend angeordnet sein. Bei einer derartigen Vorrichtung kann eine herzustellende Chipkarte zwei Mal auf gleiche Weise bearbeitet werden.
In einer weiteren Variante kann die Vorrichtung eine Transporteinrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, zumindest den Kartenkörper zwischen den einzelnen Einheiten zu verfahren. Die Transporteinrichtung kann beispielsweise in Form eines Transportbandes ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann jede der Einheiten eine Auflagefläche aufweisen, die im Betrieb einer Unterseite der Chipkarte gegenüberliegend angeordnet ist und die dazu eingerichtet ist, die Chipkarte an der Unterseite für ein Bearbeiten in der jeweiligen Einheit zu stützen. Die weiteren Komponenten der jeweiligen Einheiten, wie beispielsweise die Stempel, können in diesem Fall der Auflagefläche gegenüberliegend angeordnet sein und demnach im Betrieb auf die Oberseite der Chipkarte einwirken. Die Auflageflächen können beispielsweise in Form eines Ambosses ausgebildet sein.
Ferner können einzelne oder mehrere Einheiten der Vorrichtung zumindest abschnittsweise kühlbar sein. Insbesondere können zumindest die erste und/oder die zweite Einheit der Vorrichtung zumindest abschnittsweise gekühlt sein. Es können jedoch auch weitere Einheiten der Vorrichtung zumindest abschnittsweise gekühlt sein, wie beispielsweise die sechste Einheit zum Einbringen des Chipmoduls und/oder die siebte Einheit, die zusätzlich zu dem Kühlstempel abschnittsweise gekühlt sein kann. Dabei kann die Vorrichtung eine Kühlleitung mit zirkulierendem Kühlmittel aufweisen, um zumindest die Auflagefläche/Auflageflächen der jeweiligen Einheit/Einheiten zu kühlen. Durch das abschnittsweise Kühlen der Chipkarte kann die Kartenoberfläche geschont und beispielsweise ungewollte Verformungen durch Hitze vermindert werden.
Eine mittels des beschriebenen Verfahrens oder mittels der beschriebenen Vorrichtung hergestellte Chipkarte weist eine funktionsfähige und stabile Verbindung zwischen dem wenigstens einen Chipmodul und dem Kartenkörper und insbesondere eine funktionsfähige und stabile elektrisch leitfähige (Löt-)Verbindung zwischen dem wenigstens einen Kontaktanschluss und dem zugehörigen Kontaktabschnitt auf.
Figurenliste
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und zugehöriger Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand.

1 zeigt schematisch den Schritt des Dispensierens einer Lötpaste auf einen Bereich eines Kartenkörpers mittels einer Dosiervorrichtung.
2 zeigt schematisch den Schritt des Einbringens eines Chipmoduls in eine Aufnahmeausnehmung des Kartenkörpers.
3 zeigt schematisch den Schritt des Verbindens des Chipmoduls mit dem Kartenkörper durch lokales Erwärmen einer Verbindungsschicht mittels eines ersten Stempels.
4 zeigt schematisch den Schritt des elektrisch leitfähigen Verbindens von Kontaktabschnitten des Chipmoduls mit zugehörigen Kontaktanschlüssen einer Antennenanordnung des Kartenkörpers durch lokales Erwärmen einer Lötpaste mittels eines zweiten Stempels.
5 zeigt schematisch den Schritt des Kühlens einer Chipkarte, die einen Kartenkörper und ein damit verbundenes Chipmodul aufweist, mittels eines Kühlstempels.
6A zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Unterseite des ersten Stempels gemäß einer ersten Ausführungsform.
6B zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Unterseite des ersten Stempels gemäß einer zweiten Ausführungsform.
6C zeigt schematisch eine Schnittdarstellung A-A des in 6B gezeigten ersten Stempels der zweiten Ausführungsform.
7A zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Unterseite des zweiten Stempels gemäß einer ersten Ausführungsform.
7B zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Unterseite des zweiten Stempels gemäß einer zweiten Ausführungsform.
7C zeigt schematisch eine Schnittdarstellung B-B des in 7B gezeigten zweiten Stempels der zweiten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die nachfolgend beschriebenen 1 bis 5 zeigen schematisch verschiedene Verfahrensschritte zum Herstellen einer Chipkarte. Dabei sind die einzelnen Schritte jeweils zu einem bestimmten Zeitpunkt dargestellt. Die dabei ebenfalls gezeigten Komponenten der Vorrichtung sind jeweils in einer Schnittdarstellung gezeigt und vereinfacht dargestellt.
In 1 ist ein Kartenkörper 10 einer Chipkarte 12 mit einer Aufnahmeausnehmung 14 zum Aufnehmen eines Chipmoduls gezeigt. Der Kartenkörper ist dabei aus Gründen der Übersicht lediglich teilweise dargestellt. Die Aufnahmeausnehmung 14 weist eine innere Kavität 16 und eine äußere Kavität 18 auf, wobei die innere Kavität 16 im Wesentlichen in der äußeren Kavität 18 angeordnet ist und sich ausgehend von einer Oberfläche 20 des Kartenkörpers 10 tiefer in den Kartenkörper 10 hineinerstreckt als die äußere Kavität 18. Die äußere Kavität 18 umfasst des Weiteren zwei Kontaktausnehmungen 22, die jeweils mit der inneren Kavität 16 verbunden sind. Im Bereich der beiden Kontaktausnehmungen 22 ist jeweils ein Kontaktanschluss 24 einer in den Kartenkörper 10 eingebetteten Antennenanordnung (nicht weiter gezeigt) dargestellt, der jeweils durch eine der Kontaktausnehmungen 22 zumindest abschnittsweise freigelegt ist.
Auf die Bezugszeichen doppelt ausgebildeter Komponenten wird in den Figuren der Übersicht halber verzichtet. Ferner wird der Übersicht halber in den weiteren gezeigten Figuren teilweise auch auf die Wiederholung der Bezugszeichen derselben Komponenten bzw. gleichartiger und gleichwirkender Komponenten verzichtet.
Die Schritte des Bereitstellens des Kartenkörpers 10 sowie des Ausfräsens der stufenförmigen Aufnahmeausnehmung 14 und des Ausfräsens der beiden Kontaktausnehmungen 22 sind in den Figuren nicht dargestellt. Diese Verfahrensschritte können jedoch gemeinsam mit den in den 1 bis 5 gezeigten Verfahrensschritten oder aber getrennt von diesen ausgeführt werden.
In 1 ist ferner eine Dosiervorrichtung 26 gezeigt, die eine Dosiernadel 28 umfasst, mittels derer eine Lötpaste 30 im Bereich der Kontaktausnehmungen 22 dispensiert und bedarfsgerecht verteilt wird. In der gezeigten Darstellung in 1 ist die Lötpaste 30 zu dem gezeigten Zeitpunkt lediglich in die linke Kontaktausnehmung 22 dispensiert worden. Die dispensierte Lötpaste bedeckt dabei die linke Kontaktausnehmung 22 nur abschnittsweise.
Die Lötpaste 30 ist in dem gezeigten Beispiel eine metallische Lötpaste mit einem Flussmittel und einem Metallpulver in Form von Metallkugeln. Hierbei kann eine im Bereich des Reflow-Lötens übliche Lötpaste mit pastösen Eigenschaften verwendet werden. Die Lötpaste weist in der gezeigten Ausführungsform beispielsweise einen Zinnanteil von 38 bis 48 % sowie einen Bismuthanteil von 52 bis 62 % auf.
In 2 ist der in Bezug auf 1 beschriebene Kartenkörper 10 gezeigt, der eine definierte Menge an Lötpaste 30 in beiden Kontaktausnehmungen 22 aufweist. Die Lötpaste 30 liegt dabei weiterhin in ihrem Ausgangszustand vor, das heißt in einem nicht erwärmten Zustand. Zusätzlich zu dem Kartenkörper 10 ist in 2 ein Chipmodul 32 dargestellt, das von oben kommend in die Aufnahmeausnehmung 14 des Kartenkörpers 10 eingebracht wird. Das Chipmodul 32 weist eine im Wesentlichen komplementär zu der Aufnahmeausnehmung 14 ausgebildete Geometrie auf, sodass das Chipmodul 32 abschnittsweise in die innere Kavität 16 sowie abschnittsweise in die äußere Kavität 18 eingreifen kann (in 2 nicht gezeigt). Das Chipmodul 32 umfasst ferner zwei Kontaktabschnitte 34 in Form von Kontaktpads, die jeweils in einem zu den Kontaktausnehmungen 22 bzw. Kontaktanschlüssen 24 korrespondierenden Bereich des Chipmoduls 32 angeordnet sind. Die Kontaktabschnitte 34 bzw. Kontaktpads 34 sind elektrisch leitfähig mit den Kontaktanschlüssen 24 der Antennenanordnung verbindbar.
Des Weiteren weist das Chipmodul 32 eine thermisch aktivierbare Verbindungsschicht 36 auf, die in der gezeigten Ausführungsform als HAF (Heat Activated Foil) auf eine Unterseite des Chipmoduls 32 laminiert ist. Die HAF hat eine Aktivierungstemperatur zwischen 130° und 190° C. Dabei ist die thermisch aktivierbare Verbindungsschicht im Wesentlichen in einem zu der äußeren Kavität 18 der Aufnahmeausnehmung 14 korrespondierenden Bereich des Chipmoduls 32 angeordnet. Im Bereich der Kontaktpads 34 ist keine thermisch aktivierbare Verbindungsschicht 36 vorgesehen. In einer alternativen Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, eine thermisch aktivierbare Verbindungsschicht in weiteren dem Kartenkörper 10 zugewandten Bereichen des Chipmoduls 32 anzuordnen und/oder weitere Bereich ohne thermisch aktivierbare Verbindungsschicht auszubilden.
Das Chipmodul 32 wird in dem in 2 gezeigten Schritt von oben kommend in Richtung des Pfeils BR bewegt und dadurch in die Aufnahmeausnehmung 14 eingebracht. Durch das Einbringen des Chipmoduls 32 in die Aufnahmeausnehmung 14 unter einem festgelegten Druck, verteilt sich die Lötpaste 30 im Wesentlichen im Bereich der Kontaktausnehmungen 22 und damit zwischen jeweils einem Kontaktanschluss 24 und einem zugehörigen Kontaktabschnitt 34. Eine das Chipmodul 32 einbringende Greifvorrichtung sowie ein Haltestempel zum Halten des Chipmoduls 32 in der vorgesehenen Position in der Aufnahmeausnehmung 14 sind in 2 nicht dargestellt.
In 3 ist der Kartenkörper 10 mit dem in die Aufnahmeausnehmung 14 eingebrachten Chipmodul 32 gezeigt, wobei das Chipmodul 32 in dem gezeigten Schritt noch nicht dauerhaft über die Verbindungsschicht 36 mit dem Kartenkörper 10 verbunden ist. Die Lötpaste 30 liegt in diesem Schritt ebenfalls noch in dem nicht aufgeschmolzenen Ausgangszustand vor und wurde lediglich durch das Einbringen des Chipmoduls 32, insbesondere durch die Kontaktabschnitte 34, teilweise verdrängt bzw. verformt.
Zum thermischen Aktivieren der Verbindungsschicht 36 wird ein in 3 gezeigter erster Stempel 38 von oben kommend in Richtung des Pfeils BR' auf die Chipkarte 12 zu bewegt. Der erste Stempel 38 ist während dieser Bewegung in einem zu dem Chipmodul 32 korrespondierenden Bereich vorgesehen. Der erste Stempel 38 ist der Übersicht halber lediglich teilweise dargestellt.
Der erste Stempel 38 weist auf einer Unterseite eine dem Chipmodul 32 zugewandte Kontaktfläche 40 auf, in der zwei Ausnehmungen 42 ausgebildet sind. Die Ausnehmungen 42 sind dabei in einem zu den Kontaktabschnitten 34 und damit den Kontaktanschlüssen 24 sowie der Lötpaste 30 korrespondierenden Bereich in der Unterseite, d.h. der der Chipkarte zugewandten Seite des ersten Stempels 38, angeordnet. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche 40 in einem Bereich auf der Unterseite des ersten Stempels 38 ausgebildet ist, der im Betrieb zu der Verbindungsschicht 36 des Chipmoduls 32 korrespondierend ist.
In der gezeigten Ausführungsform weist der erste Stempel 38 ferner eine innere Ausnehmung 44 auf, die in der Unterseite des ersten Stempels 38 in einem Bereich ausgebildet ist, der im Wesentlichen korrespondierend zu einem Bereich des Chipmoduls 32 ist, der weder eine Verbindungsschicht 36 noch einen Kontaktabschnitt 34 aufweist. Die innere Ausnehmung 44 des ersten Stempels 38 ist jedoch optional und kann beispielsweise in einer alternativen Ausführungsform nicht vorgesehen sein, sodass sich die Kontaktfläche 40 in der alternativen Ausführungsform ebenfalls in diesem Bereich erstreckt.
Der Stempel 38 wird in Richtung des Pfeils BR' in Richtung der Chipkarte 12 bewegt, sodass der erste Stempel 38 über die Kontaktfläche 40 auf das Chipmodul 32 einwirkt. Dabei kontaktiert der erste Stempel 38 die Chipkarte 32 im Bereich der Ausnehmungen 42 und 44 nicht.
Der erste Stempel 38 wirkt mittels der Kontaktfläche 40 mit einer Kraft von etwa 65 Newton für eine Zeit von 600 bis 1000 ms auf das Chipmodul ein und gibt währenddessen eine Wärmeenergie mit einer Temperatur im Bereich von 180 bis 250 °C an da Chipmodul 32 ab. Die abgegebene Wärmeenergie wird durch das Chipmodul 32 an die Verbindungsschicht 36 weitergeleitet, die dadurch erwärmt und somit aktiviert wird. Da der erste Stempel 38 das Chipmodul 32 lediglich in einem zu der Verbindungsschicht 36 korrespondierenden Bereich der Oberfläche des Chipmoduls 32 kontaktiert, wird dieser Bereich lokal erwärmt. Die Lötpaste 30 wird bei diesem Schritt nahezu nicht erwärmt und zumindest nicht aufgeschmolzen. Durch die beschriebene Wärmeübertragung wird die Verbindungsschicht 36 thermisch aktiviert, wodurch eine dauerhafte und feste Verbindung zwischen dem Chipmodul 32 und dem Kartenkörper 10 hergestellt wird. Ein fest mit dem Kartenkörper 10 verbundenes Chipmodul 32, bei dem die Lötpaste 30 jedoch noch in ihrem Ausgangszustand vorliegt, d.h. noch nicht aufgeschmolzen wurde, ist in 4 gezeigt.
Um die thermische Belastung der Chipkarte 12 beim Herstellen so gering wie möglich zu halten und dennoch einen maximalen Herstellungsdurchsatz zu erreichen, wird der in 3 gezeigte Schritt vorzugsweise zwei Mal durchgeführt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass dieser Schritt nur ein Mal oder mehr als zwei Mal durchgeführt wird.
4 zeigt neben der Chipkarte 12, bei der das Chipmodul 32 über die thermisch aktivierte Verbindungsschicht 36 dauerhaft mit dem Kartenkörper 10 verbunden ist, einen zweiten Stempel 46. Der zweite Stempel 46 dient dem lokalen Erwärmen der Lötpaste 30, um die Kontaktabschnitte 34 jeweils mit einem zugehörigen Kontaktanschluss 24 der Antennenanordnung elektrisch leitfähig zu verbinden. Mit anderen Worten zeigt 4 den Schritt des Reflow-Lötens, bei dem die Lötpaste 30 zum Herstellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen den zuvor genannten Kontaktkomponenten aufgeschmolzen wird. In der Darstellung der 4 liegt die Lötpaste 30 jedoch noch in ihrem ursprünglichen und lediglich verformten Zustand vor. Ein Verlöten bzw. Aufschmelzen und Abkühlen der Lötpaste 30 hat hier noch nicht stattgefunden.
Der zweite Stempel 46 weist zwei an einer der Chipkarte 12 zugewandten Unterseite des zweiten Stempels 46 ausgebildete Vorsprünge 48 auf. Die Vorsprünge 48 sind dabei jeweils in einem Bereich der Unterseite des zweiten Stempels 46 angeordnet, der korrespondierend zu einem Kontaktabschnitt 34 und dem damit zu verbindenden Kontaktanschluss 24 ist.
Der zweite Stempel 46 wird von oben kommend in Richtung des Pfeils BR" auf das Chipmodul 32 zu bewegt, sodass der zweite Stempel 46 mit den Vorsprüngen 48 mit dem Chipmodul 32 in Kontakt kommt. Somit wirkt der zweite Stempel 46 lediglich über die Vorsprünge 48 auf die Chipkarte 12 bzw. das Chipmodul 32 für eine Zeit von 900 ms bis 1100 ms ein. Dabei gibt der zweite Stempel 46 währenddessen eine Wärmeenergie mit einer Temperatur im Bereich von 230 bis 280°C über die Vorsprünge 48 lokal an das Chipmodul ab, genauer gesagt an die zwischen den zu verbindenden Kontaktabschnitten 34 und Kontaktanschlüssen 24 vorgesehene Lötpaste 30, die dadurch aufgeschmolzen wird. Da der zweite Stempel 46 die Chipkarte 12 lediglich im Bereich der Vorsprünge 48 kontaktiert, kann die Lötpaste 30 lokal erwärmt werden, ohne dass dabei umliegende Bereiche der Chipkarte 12, beispielsweise durch Hitzeverformungen, beschädigt werden.
Durch das Aufschmelzen der Lötpaste 30 wird jeweils ein Kontaktabschnitt 34 des Chipmoduls 32 mit einem zugehörigen Kontaktanschluss der Antennenanordnung verlötet und damit elektrisch leitfähig verbunden. Die Verbindung der Kontaktausnehmungen 22 mit der inneren Kavität 16 stellt sicher, dass überschüssige aufgeschmolzene Lötpaste 30 im Wesentlichen in die innere Kavität 16 entweicht. Wird der zweite Stempel 46 nach dem Einwirken wieder von der Chipkarte 12 angehoben, kühlt die aufgeschmolzene Lötpaste 30 ab und erstarrt, sodass eine stabile elektrisch leitfähige Verbindung zwischen jeweils einem Kontaktabschnitt 34 und dem zugehörigen Kontaktanschluss 24 hergestellt wird. Beim Abkühlen komprimiert sich die Fläche der Lötpaste 30 leicht. Eine vollständig verbundene Chipkarte 12 mit einer stabilen Lötverbindung zwischen den Kontaktabschnitten 34 und Kontaktanschlüssen 24 ist in 5 gezeigt.
Die Chipkarte 12 kann für einen schonenden Herstellungsprozess in den jeweiligen Verfahrensschritten auf einer gekühlten Auflagefläche (nicht gezeigt) aufliegen.
Die durch die in den 3 und 4 beschriebenen Schritte vollständig verbundene Chipkarte wird in dem in 5 gezeigten Herstellungsschritt mittels eines Kühlstempels 50 zusätzlich gekühlt. Der Kühlstempel 50 wird dazu in Richtung des Pfeils BR''' auf die Chipkarte zu bewegt. In der gezeigten Ausführungsform weist der Kühlstempel 50 eine Kühlfläche 52 zum Kühlen der Chipkarte 12 auf, die im Wesentlichen der Größe der dem Kühlstempel 50 zugewandten Oberfläche des Chipmoduls 32 entspricht. Die Kühlfläche 52 kann alternativ jedoch auch größere Abmessungen aufweisen, um eine Oberfläche der Chipkarte 12, d.h. des Chipmoduls 32 und des Kartenkörpers 10, im Wesentlichen vollständig kühlend zu kontaktieren.
6A zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des in 3 dargestellten ersten Stempels 38. Die Kontaktfläche 40 ist im Wesentlichen umlaufend in einem Randbereich der Unterseite des ersten Stempels 38 ausgebildet. Die beiden Ausnehmungen 42 sind jeweils auf einer Seite (links, rechts) der Kontaktfläche 40 in Bezug auf eine Längsachse des Stempels im Wesentlichen mittig ausgebildet. Die Ausnehmungen 42 schließen sich zudem jeweils an eine innerhalb der Kontaktfläche 40 liegende innere Ausnehmung 44 der Unterseite des ersten Stempels 38 an. Die beiden Ausnehmungen 42 weisen jeweils zur Seite hin eine geringere Breite als die Kontaktfläche 40 auf. Demnach sind jeweils seitlich der Ausnehmungen 42 nach außen hin weitere Abschnitte 40a der umlaufenden Kontaktfläche 40 ausgebildet.
Die in 6B gezeigte zweite Ausführungsform des ersten Stempels 38 stimmt im Wesentlichen mit der in 6A gezeigten ersten Ausführungsform überein. Daher soll im Folgenden lediglich auf Unterschiede zwischen den beiden Ausführungsformen eingegangen werden. Die Kontaktfläche 40 weist in der in 6B gezeigten zweiten Ausführungsform eine geringere Breite als in der ersten Ausführungsform auf. Die Breite der Kontaktfläche 40 entspricht in der zweiten Ausführungsform der Breite der Ausnehmungen 42, sodass seitlich der jeweiligen Ausnehmungen 42 keine weiteren Abschnitte der Kontaktfläche 40 ausgebildet sind. Aufgrund der geringeren Breite der Kontaktfläche 40 ist die innere Ausnehmung 44 in der zweiten Ausführungsform größer als in der ersten Ausführungsform. Alternativ wäre jedoch auch möglich, die Breite der Kontaktfläche 40 in der zweiten Ausführungsform breiter auszubilden und gleichzeitig die Breite der Ausnehmungen 42 entsprechend anzupassen.
6C zeigt einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung A-A der in 6B gezeigten Ausführungsform des ersten Stempels 38. Hierbei sind die Kontaktfläche 40 sowie eine der Ausnehmungen 42 gezeigt.
7A zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des in 4 dargestellten zweiten Stempels 46 in einer ersten Ausführungsform. Die Unterseite weist dabei zwei Vorsprünge 48 auf, die in Bezug auf eine Längsachse des zweiten Stempels 46 im Wesentlichen mittig in einem Randbereich ausgebildet sind. Dabei sind die beiden Vorsprünge 48 jeweils von einer Seitenkante des zweiten Stempels 46 beabstandet.
7B zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des zweiten Stempels 46 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei auch hier auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform eingegangen werden soll.
Im Vergleich zu der ersten Ausführungsform des zweiten Stempels 46 weist der in 7B gezeigte Stempel 46 zwei Vorsprünge 48 auf, die jeweils mit einer Seitenkante des zweiten Stempels 46 abschließen und damit an der Unterseite weiter außen angeordnet sind.
7C zeigt eine Schnittdarstellung B-B der in 7B gezeigten zweiten Ausführungsform des zweiten Stempels 46, bei dem einer der Vorsprünge 48 gezeigt ist.
Es versteht sich, dass die in den 6A bis 7C gezeigten Kontaktflächen, Vorsprünge und Ausnehmungen von ihren Maßen und ihrer Anordnung beliebig auf die herzustellenden Chipkarten anpassbar sind.
Die vorangehend beschriebenen Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften der vorgestellten Lösung; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Lösung zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst.
Die vorstehend erläuterten Vorrichtungs- und Verfahrensdetails sind zwar im Zusammenhang dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie auch unabhängig voneinander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind. Die in den Fig. gezeigten Verhältnisse der einzelnen Komponenten und Abschnitte hiervon zueinander und deren Abmessungen und Proportionen sind nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr können einzelne Abmessungen und Proportionen auch von den gezeigten abweichen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12), die einen Kartenkörper (10) mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung (14) zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls (32) aufweist, mit einem ersten Schritt, um • das wenigstens eine Chipmodul (32) durch zumindest abschnittsweises lokales Erwärmen einer Verbindungsschicht (36) der Chipkarte (12) mittels eines ersten Stempels (38) mit dem Kartenkörper (10) zu verbinden; und einem zweiten Schritt, um • wenigstens einen Kontaktanschluss (24) einer in den Kartenkörper (10) eingebetteten Antennenanordnung durch lokales Erwärmen einer zwischen dem wenigstens einen Kontaktanschluss (24) und einem zugehörigen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) vorgesehenen, pastösen Lötpaste (30) mittels eines zweiten Stempels (46) mit dem zugehörigen Kontaktabschnitt (34) elektrisch leitfähig zu verbinden, wobei der erste Schritt und der zweite Schritt separat durchgeführt werden.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 1, wobei das Erwärmen der Verbindungsschicht (36) und/oder das Erwärmen der Lötpaste (30) durch Wärmeleitung ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsschicht (36) mittels des ersten Stempels (38) lokal erwärmt wird, der mit einer Kontaktfläche (40) zumindest abschnittsweise auf das wenigstens eine Chipmodul (32) einwirkt, und wobei der erste Stempel (38) wenigstens eine Ausnehmung (42) aufweist, die in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) korrespondierenden Bereich des ersten Stempels (38) ausgebildet ist, sodass der erste Stempel (38) das Chipmodul (32) in diesem Bereich nicht kontaktiert.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 3, wobei die Kontaktfläche (40) des ersten Stempels (38) mit einer Kraft in einem Bereich von 30 bis 80 Newton für eine Zeit von 600ms bis 1000ms auf das Chipmodul (32) einwirkt und währenddessen eine Wärmeenergie mit einer Temperatur in einem Bereich von 180° bis 250° C abgibt, und wobei der Schritt des lokalen Erwärmens der Verbindungsschicht (36) vorzugsweise wenigstens zweimal ausgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lötpaste (30) mittels des zweiten Stempels (46) lokal erwärmt wird, der wenigstens einen Vorsprung (48) aufweist, über den der zweite Stempel (46) das Chipmodul (32) kontaktiert, wobei der wenigstens eine Vorsprung (48) in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) korrespondierenden Bereich des zweiten Stempels (46) ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Vorsprung (48) des zweiten Stempels (46) für eine Zeit von 900ms bis 1100ms auf das Chipmodul (32) einwirkt, und wobei der wenigstens eine Vorsprung (48) währenddessen zum Erwärmen der Lötpaste (30) eine Wärmeenergie mit einer Temperatur in einem Bereich von 230° bis 280° C abgibt.
Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsschicht (36) eine elektrisch nicht leitfähige HAF (heat activated foil) umfasst, die vorzugsweise eine Aktivierungstemperatur in einem Bereich von 130° bis 190° C aufweist.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12), die einen Kartenkörper (10) mit wenigstens einer Aufnahmeausnehmung (14) zum Aufnehmen wenigstens eines Chipmoduls (32) aufweist, wobei die Vorrichtung umfasst: • eine erste Einheit, eingerichtet zum thermischen Aktivieren einer Verbindungsschicht (36) der Chipkarte (12), wobei die erste Einheit einen ersten Stempel (38) aufweist, zum zumindest abschnittsweisen Einwirken auf das Chipmodul (32), um dieses durch lokales Erwärmen der Verbindungsschicht (36) zumindest abschnittsweise mit dem Kartenkörper (10) zu verbinden; und • eine zweite Einheit, eingerichtet zum Verlöten wenigstens eines Kontaktanschlusses (24) einer in den Kartenkörper (10) eingebetteten Antennenanordnung mit einem zugehörigen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32), wobei die zweite Einheit einen zweiten Stempel (46) aufweist, zum zumindest abschnittsweisen Einwirken auf das Chipmodul (32), um den wenigstens einen Kontaktanschluss (24) durch lokales Erwärmen einer pastösen Lötpaste (30) mit dem wenigsten einen Kontaktabschnitt (34) elektrisch leitfähig zu verbinden.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 8, wobei die Geometrie des ersten Stempels (38) von der Geometrie des zweiten Stempels (46) abweicht.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der erste Stempel (38) eine Wärmeenergie mit einer geringeren Temperatur abgibt als der zweite Stempel (46).
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der erste Stempel (38) eine Kontaktfläche (40) und wenigstens eine Ausnehmung (42) aufweist, und wobei die Ausnehmung (42) in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) korrespondierenden Bereich des ersten Stempels (38) ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach Anspruch 11, wobei die Kontaktfläche (40) des ersten Stempels (38) derart ausgebildet ist, dass diese das Chipmodul (32) im Wesentlichen in einem Randbereich einer dem Stempel (38) im Betrieb zugewandten Oberfläche des Chipmoduls (32) kontaktiert.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der zweite Stempel (46) wenigstens einen Vorsprung (48) aufweist, der in einem im Betrieb zu dem wenigstens einen Kontaktabschnitt (34) des Chipmoduls (32) korrespondierenden Bereich des zweiten Stempels (46) ausgebildet ist.
Vorrichtung zum Herstellen einer Chipkarte (12) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei die Vorrichtung die erste Einheit wenigstens zweimal aufweist und die beiden ersten Einheiten aneinander angrenzend angeordnet sind.
Chipkarte, die mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt worden ist.