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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, einen Kartenkörper für eine Chipkarte sowie eine Chipkarte.
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Kartenförmige Datenträger, insbesondere Chipkarten, werden in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise zur Durchführung von Transaktionen des bargeldlosen Zahlungsverkehrs, als Ausweisdokumente oder zum Nachweis von Zugangsberechtigungen. Eine Chipkarte weist einen Kartenkörper und einen in den Kartenkörper eingebetteten integrierten Schaltkreis zum Beispiel in Form eines Chipmoduls mit einem Chip auf. Das Chipmodul wird in eine Kavität oder Modulöffnung des Kartenkörpers eingesetzt.
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Im Folgenden werden Chipmodule oder Chipkarten mit integrierter Spule betrachtet, welche eine berührungslose oder kontaktlose Kommunikation ermöglichen. Beispielsweise können Chipkartencontroller mit RFID-Funktionalität eingesetzt werden. Die Spule bildet mit einem zusätzlichen Kondensator einen Schwingkreis auf dem Chipmodul.
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Es können zudem Kartenkörper mit einem metallischen Kern in Form einer metallischen Kernschicht oder eines metallischen Kernelements betrachtet werden, sowie Karten mit Dual-Interface-(DI)-Funktionalität, bei denen der Kartenkörper zum Teil oder vollständig aus Metall besteht. Die Funktionsweise einer solchen Karte besteht darin, dass ein Chipmodul verwendet wird, das selbst eine Spule enthält (Coil On Modul). Diese Spule koppelt auf den metallischen Kartenkörper.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Kommunikation mit den Lesegeräten, insbesondere nach dem RFID Standard, oftmals schlecht ist.
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Es werden Chipkartencontroller mit einer Kapazität von 78 pF eingesetzt, um eine Fehlanpassung des Schwingkreises so klein wie möglich zu halten. Dennoch liegt oftmals eine Fehlanpassung des Schwingkreises vor. Das Gesamtsystem ist kapazitiv und erzeugt eine Scheinleistung. Dies bedeutet, dass vom Feld aufgenommene Energie dem Chipkartencontroller nicht vollständig zugeführt wird.
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Für die Montage von Bauelementen kann als Standardprozess der Lötprozess oder das Reflow-Verfahren verwendet werden. Die Bauteile für diesen Produktionsprozess sind kostengünstig. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Produktion eines Chipmodus mehrstufig erfolgen muss. Entweder wird das Tape zuerst mit den Bauelementen bestückt und in einem zweiten Schritt werden der Chip und die Vergussmasse aufgebracht, oder die Prozessschritte werden in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt.
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Alternativ zu diesem Verfahren kann auch ein Bondingverfahren für die Bauteile eingesetzt werden. Diese Bauteile sind jedoch kostenintensiver. Das Bondingverfahren ist teurer, bietet aber den Vorteil, dass alles in einem Prozessschritt durchgeführt werden kann. In dem Bondingverfahren werden die Bauteile im Bestückungsprozess vom Chipmodul auf das Modul platziert. Es werden zusätzliche Bonddrähte nötig und der eigentliche Produktionsschritt dauert länger. Ein weiteres Problem besteht in den Bonddrähten selbst, die durch das Biegen des Modus reißen können. In diesem Fall kann es zum Totalausfall des Schwingkreises kommen, wenn die Drähte am Bauteil abreißen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Kommunikation zwischen Chipmodul oder Chipkarte und den Lesegeräten zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, einen Kartenkörper für eine Chipkarte oder eine Chipkarte gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, wobei die Chipkarte einen Kartenkörper und ein darin angeordnetes Chipmodul umfasst, sieht die folgenden Schritte vor:
- - Bereitstellen eines Kartenkörpers;
- - Ausnehmen einer Kavität zur Aufnahme des Chipmoduls;
- - Ausnehmen von mindestens einer Bauelementöffnung für jeweils ein oder mehrere elektronische Bauelemente in einem Überdeckungsbereich, der von dem später angeordneten Chipmodul überdeckt wird;
- - Aufbringen von Lotmittel auf das oder die elektronischen Bauelemente, in die mindestens eine Bauelementöffnung und/ oder eine Unterseite des Chipmoduls;
- - Platzieren des oder der elektronischen Bauelemente in der mindestens einen Bauelementöffnung;
- - Einbringen des Chipmoduls in die Kavität; und
- - Erwärmen des Lotmittels.
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Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass zumindest ein zusätzliches elektronisches Bauelement, wie zum Beispiel ein diskretes Bauelement wie ein Kondensator, in mindestens einer darauf abgestimmten Bauelementöffnung angeordnet wird. Mit diesem Bauelement können zum Beispiel eine Leistungsanpassung des Schwingkreises des Chipmoduls oder weitere signaltechnische und/ oder versorgungstechnische Optimierungen vorgenommen werden. Die Bauelementöffnung ist vorzugsweise von der Kavität getrennt ausgebildet. Die Bauelementöffnung und die Kavität können in einem Arbeitsschritt hergestellt werden, zum Beispiel mittels eines Fräsvorganges oder eines Laserbearbeitungsschrittes.
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Der Überdeckungsbereich entspricht dem Bereich des Layouts des Kartenkörpers oder der Chipkarte, in dem das Chipmodul angeordnet wird. In diesem Bereich wird die mindestens eine Bauelementöffnung ausgenommen, bevor das Chipmodul dort angeordnet wird. Der Überdeckungsbereich kann auch lediglich einen äußeren Rand des von dem Chipmodul bedeckten Bereichs umfassen, zum Beispiel den Bereich der Windungen der Spule des Chipmoduls.
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Das hier vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass das Lötverfahren auch während des Chip-Embedding, das heißt des Einsetzens des Chipmoduls in den Kartenkörper, durchgeführt werden kann. Dies ermöglicht einen einstufigen Produktionsprozess, wodurch der sonst erforderliche zweistufige Produktionsprozess entfallen kann.
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Der bereitgestellte Kartenkörper kann eine metallische Schicht zum Beispiel aus einer Edelstahllegierung umfassen, wobei die metallische Schicht auf beiden Hauptflächen mit jeweils einer Deckschicht aus Kunststoff wie PET, PC, PVC oder PP bedeckt sein kann. Des Weiteren kann der bereitgestellte Kartenkörper einen vom Kartenrand zu der Kavität verlaufenden Schlitz in der metallischen Schicht umfassen. Dieser Schlitz verhindert Kurzschlüsse und verringert Wirbelströme.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Lotmittel an zwei gegenüberliegenden Wänden der mindestens einen Bauelementöffnung aufgebracht wird. Dies kann zum Beispiel mit einer 2-Nadel-Injektion durchgeführt werden. Das Bauelement wird dann mit seinen beiden elektrischen Anschlüssen an den beiden Wänden eingesetzt.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass das oder die elektronischen Bauelemente mit einem elastischen Klebemittel an dem Chipmodul vorfixiert wird und dass die Schritte des Platzierens und des Einbringens gleichzeitig vorgenommen werden.
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Dies kann den eigentlichen Fertigungsprozess weiter vereinfachen, da das Vorfixieren zeitunkritisch vorbereitet werden kann. Als Klebemittel kann zum Beispiel ein Silikon verwendet werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Lotmittel durch einen oder mehrere Hitzestempel erwärmt und anschließend abgekühlt wird. Zum Beispiel können verschiedene Arbeitsschritte wie Vorwärmen, Lotmittel aktivieren, Kleber aktivieren und ein- oder mehrmaliges Abkühlen vorgesehen sein.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, wobei die Chipkarte einen Kartenkörper und ein darin angeordnetes Chipmodul umfasst, sieht die folgenden Schritte vor:
- - Bereitstellen eines Kartenkörpers;
- - Ausnehmen einer Kavität zur Aufnahme des Chipmoduls;
- - Ausnehmen von mindestens einer Bauelementöffnung für jeweils ein oder mehrere elektronische Bauelemente in einem Überdeckungsbereich, der von dem später angeordneten Chipmodul überdeckt wird;
- - Aufbringen von elektrisch leitfähigem Kleber auf das oder die elektronischen Bauelemente, in die mindestens eine Bauelementöffnung und/ oder eine Unterseite des Chipmoduls;
- - Platzieren des oder der elektronischen Bauelemente in der mindestens einen Bauelementöffnung; und
- - Einbringen des Chipmoduls in die Kavität.
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Auch dieses Verfahren beruht auf dem Grundgedanken, dass zumindest ein zusätzliches elektronisches Bauelement, wie zum Beispiel ein diskretes Bauelement wie ein Kondensator, in mindestens eine darauf abgestimmte Bauelementöffnung angeordnet wird. Bei diesem Verfahren entfallen das Lotmittel wie eine Lötpaste sowie der Lötvorgang. Ansonsten gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
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Es kann vorgesehen sein, dass vor dem Platzieren des oder der elektronischen Bauelemente ein elastisches Mittel in die Bauelementöffnung eingebracht wird. Durch eine geringe Menge eines elastischen Mittels wie einem kleinen Tropfen Silikon wird das Bauelement weich gelagert und erzeugt somit einen guten Anpressdruck an den Kleber als auch an das Modul.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass in der Kavität zur Aufnahme eines Teils des Chipmoduls ein Sackloch ausgenommen wird und dass das Chipmodul in die Kavität und das Sackloch eingebracht wird. In dem Sackloch kann zum Beispiel ein Chip des Chipmoduls, der in eine Vergussmasse eingegossen ist, eingebracht werden. Bei einer Flip-Chip-Montage des Chipmoduls kann auf ein Sackloch verzichtet werden.
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Ein erfindungsgemäßer Kartenkörper für eine Chipkarte umfasst eine Kavität eingerichtet zur Aufnahme eines Chipmoduls und mindestens eine Bauelementöffnung in einer Hauptfläche des Kartenkörpers jeweils eingerichtet zur Aufnahme eines oder mehrerer elektronischer Bauelemente, wobei die mindestens eine Bauelementöffnung in einem Überdeckungsbereich angeordnet ist, der derart ausgestaltet ist, dass er von dem später an dem Kartenkörper anordenbaren Chipmodul überdeckt wird.
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Der Überdeckungsbereich und die Kavität können identische Abmessungen haben. In diesem Fall wird die mindestens eine Bauelementöffnung in der Kavität ausgebildet. Darüber hinaus gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
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Es kann vorgesehen sein, dass in der Kavität ein zur Aufnahme eines Teils des Chipmoduls eingerichtetes Sackloch ausgenommen ist und dass der Überdeckungsbereich zwischen dem Sackloch und einem Rand der Kavität angeordnet ist. In dem Sackloch kann zum Beispiel ein Chip des Chipmoduls, der in eine Vergussmasse eingegossen ist, eingebracht werden. Bei einer Flip-Chip-Montage des Chipmoduls kann auf ein Sackloch verzichtet werden.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass die mindestens eine Bauelementöffnung von dem Sackloch getrennt ausgebildet ist. Auf diese Weise kann jede Bauelementöffnung genau an das jeweilige Bauelement oder Bauteil angepasst sein. Die Tiefe der Bauelementöffnung kann derart bemessen sein, dass das eingesetzte Bauelement mit einem Leiter des Chipmoduls in elektrischen Kontakt gelangt.
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Eine erfindungsgemäße Chipkarte umfasst einen Kartenkörper wie zuvor beschrieben, ein an der Chipkarte angeordnetes Chipmodul und mindestens ein elektronisches Bauelement, das in der mindestens einen Bauelementöffnung angeordnet ist. Es gelten die gleichen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigen
- 1: eine Draufsicht eines Kartenkörpers für eine Chipkarte;
- 2: eine Schnittdarstellung einer Chipkarte mit Kartenkörper und Chipmodul;
- 3: ein Ersatzschaltbild eines Chipmoduls der Chipkarte;
- 4: ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte; und
- 5: ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte.
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1 zeigt einen Kartenkörper 10 für eine Chipkarte. Der Kartenkörper 10 hat eine metallische Schicht 11 deren Hauptflächen jeweils mit einer Kunststoffschicht 12 und 13 (2) bedeckt sind.
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Der Kartenkörper 10 hat zwei gegenüberliegende Hauptflächen, von denen eine Hauptfläche 14 in 1 sichtbar ist. Die Hauptfläche 14 ist durch eine umlaufende Umfangsfläche 15 oder einen Rand begrenzt. Die metallische Schicht 11 kann zum Beispiel in Form eines Kerns oder einer Schicht aus einer Edelstahllegierung beispielsweise mit einer Dicke von 400 µm vorliegen. Die Dicke des Kartenkörpers 10 kann zum Beispiel zwischen 50 µm und 920 µm betragen.
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Eine Modulöffnung oder Kavität 16 für ein Chipmodul ist in der Hauptfläche 14 des Kartenkörpers 10 ausgenommen. Die Kavität 16 umfasst ein mittiges Sackloch 16a und einen umlaufenden Randbereich oder Überdeckungsbereich 16b. Der Überdeckungsbereich 16b entspricht dem Bereich des Layouts des Kartenkörpers 10 oder der Chipkarte, in dem das Chipmodul angeordnet wird
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In der metallischen Schicht 11 ist ein Schlitz 17 vorgesehen, der sich von der Umfangsfläche 15 oder mit anderen Worten von einer Außenkante des Kartenkörpers 10 zu der Kavität 16 erstreckt. Somit verbindet der Schlitz 17 die Kavität 16 mit der Umfangsfläche 15.
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In 1 ist der Schlitz 17 auf einer linken Seite dargestellt. Der Schlitz 17 kann auch an einer rechten, oberen oder unteren Seite des Kartenkörpers 10 angeordnet sein. Der Schlitz 17 dient zur Vermeidung von Kurzschlussströmen beziehungsweise Wirbelströmen.
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In dem Überdeckungsbereich 16b ist mindestens eine Bauelementöffnung 18 in der Hauptfläche 14 des Kartenkörpers 10 ausgenommen. In diesem Beispiel sind zwei Bauelementöffnungen 18 vorgesehen, es sind auch mehr zum Beispiel 3 bis 5 Bauelementöffnungen 18 möglich.
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Die Bauelementöffnung 18 ist eigens ausgebildet zur Aufnahme eines oder mehrerer elektronischer Bauelemente. Mit diesem Bauelement können zum Beispiel eine Leistungsanpassung des Schwingkreises des Chipmoduls oder weitere signaltechnische und/ oder versorgungstechnische Optimierungen vorgenommen werden. Das Bauelement kann zum Beispiel ein Kondensator sein. Es können zum Beispiel Bauelemente mit der Größe 0402 (0,6 x 0,3 mm) verwendet werden.
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Die Bauelementöffnung 18 ist sowohl in der räumlichen Anordnung als auch in der Funktion von dem Sackloch 16a unabhängig ausgebildet. Die mindestens eine Bauelementöffnung 18 in einer Bodenfläche der Kavität 16, hier in dem Überdeckungsbereich 16b ausgebildet. Der Überdeckungsbereich und die Kavität können identische Abmessungen haben.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung einer Chipkarte 20 mit einem Chipmodul 21 und einem Kartenkörper 10.
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Die Kavität 16 ist nur zu einem Teil der Tiefe der Kunststoffschicht 12 ausgenommen. Der Überdeckungsbereich 16b ist in der Kunststoffschicht 12 ausgebildet. Das Sackloch 16a erstreckt sich durch die gesamte Kunststoffschicht 12, die gesamte metallischen Schicht 11 sowie einen Teil der Kunststoffschicht 13. Die Kavität 16 und das Sackloch 16a werden beispielsweise mittels eines Laserarbeitsganges oder Fräsarbeitsganges erstellt. In diesem Arbeitsgang kann auch die hier nicht dargestellte Bauelementöffnung erstellt werden.
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Das Chipmodul 21 ist in der Kavität 16 und dem Sackloch 16a angeordnet und dort zum Beispiel verklebt. Das Chipmodul 21 umfasst eine Kontaktflächenstruktur 22, die eine Spule 23 trägt. Die Spule 23 kann auf einem hier nicht dargestellten Modultape angeordnet sein. Die Kontaktflächenstruktur 22 liegt in dem Überdeckungsbereich 16b der Kavität 16 auf der Kunststoffschicht 12 auf.
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Die Spule 23 kann etwa 12 bis 16 Windungen aufweisen, die hier konzentrisch um den Chip 24 verlaufen. Die Breite einer Windung kann 50 µm bis 70 µm betragen und der Abstand zwischen zwei Windungen kann 100 µm betragen. Die Windungen können Kupferdicken bis zu etwa 30 µm haben. Mit einer derartigen Spule können maximal 2.5 µH erreicht werden.
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Für eine höhere Induktivität kann eine mehrlagige Spule vorgesehen werden. Dies kann durch zusätzliche Windungen an der Oberseite des Chipmoduls oder mittels einer Multilayer-Platine realisiert werden. In dem Fall der Multilayer-Platine ist eine weitere Spule oder weitere Windungen einer Spule in einer Zwischenlage der Multilayer-Platine eingebracht.
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Durch die Hinzunahme einer zweiten Wicklungsebene kann die Limitierung des begrenzten Platzes des Chipmoduls aufgehoben werden und es kann eine höhere Induktivität zur Verfügung gestellt werden.
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Das Chipmodul 21 umfasst ferner einen Chip 24 zum Beispiel in Form einer integrierten Schaltung, der zum Beispiel in einer Vergussmasse an einer Unterseite der Kontaktflächenstruktur 22 befestigt ist. Über die Spule 23 wird der Chip 24 mit Energie und/ oder Signalen versorgt. So kann ein aus der metallischen Schicht 11 austretendes elektromagnetisches Feld in die Spule 23 eingekoppelt werden. Beispielsweise kann der Chip 24 ein Chipkartencontroller mit RFID-Funktionalität sein oder diesen enthalten.
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3 zeigt ein Ersatzschaltbild des Chipmoduls 21 der Chipkarte 20. Das Chipmodul 21 umfasst den Chip 24 zum Beispiel in Form einer integrierten Schaltung. Der Chip 24 kann zum Beispiel auf das Chipmodul 21 aufgelötet sein oder per Flip-Chip-Montage auf das Chipmodul 21 aufgebracht worden sein. Der Chip 24 enthält einen Kartencontroller für die Chipkarte 20. Der Chip 24 enthält üblicherweise einen Prozessor zum Ausführen von Steuerungsfunktionen für die Chipkarte 20 und für die Kommunikation und zum Ausführen von Rechenoperationen zum Beispiel für Sicherheitsfunktionen. Zudem enthält der Chip 24 einen Speicherbereich zum Ablegen und/ oder Verfügbarmachen von Daten.
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Der Chip 24 enthält ferner einen Kondensator 25 mit einer Kapazität von zum Beispiel 78 pF. Die Spule 23 ist parallel zu dem Chip 24 geschaltet und hat eine maximale Induktivität von 3,5 µH im Falle der in 2 dargestellten Spule 23 in einer Ebene. Bei einer Spule mit zwei Ebenen kann die Induktivität größer als 3,5 µH sein.
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Die Spule 23 und der interne Kondensator 25 des Chips 24 bilden einen Schwingkreis. Mit Hilfe dieses Schwingkreises kann das Chipmodul 21 mit einem zur Chipkarte 20 externen Lesegerät kommunizieren.
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Hier ist eine Leistungsanpassung des Chipmoduls 21 an ein externes Lesegerät erfolgt. Ziel ist es, die Spule 23 so an den Chip 24 anzupassen, dass zum einen die Güte des Schwingkreises erhöht wird und dass Schein- und Blindleistung minimiert werden. Zudem wird die Resonanzfrequenz des Schwingkreises an die Resonanzfrequenz des Lesegeräts angepasst.
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In diesem Beispiel wird von einem RFID-Lesegerät ausgegangen, das eine Resonanzfrequenz von 13,56 MHz hat.
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Im Zuge der Leistungsanpassung kann die Induktivität so groß wie möglich ausgelegt werden, auch über 2,6 µH hinaus. Dies ist für die Energieeinbringung in das Chipmodul 21 oder den Chip 24 als auch für die Güte wichtig.
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Die Spule 23 ist zwischen zwei Kontaktpunkten oder Anschlüssen 26 und 27 angeschlossen. Die Anschlüsse 26 und 27 können Anschlüsse des Chips 24, Kontaktpunkte auf einer Platine oder theoretische Knotenpunkte sein. Die Spule 23 ist parallel zu den Anschlüssen 26 und 27 geschaltet.
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Weiter wird im Zuge der Leistungsanpassung ein zum Chip 24 externes Bauelement 28 hier in Form eines ersten Leistungsanpassungskondensator vorgesehen, der seriell zu der Spule 23 angeordnet ist. Der erste und weitere Leistungsanpassungskondensatoren können die Scheinleistung kompensieren. Es können zum Beispiel ein bis fünf, insbesondere zwei bis drei Leistungsanpassungskondensatoren vorgesehen sein.
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Je nach Induktivität der Spule 23 ist ein Kondensatorwert zwischen 10 pF und 200 pF vorgesehen. Der Leistungsanpassungskondensator 28 kann als externes Bauteil entweder über einen Lötprozess oder einen Bondprozess auf das Modultape angeschlossen werden. Ist der benötigte Kondensatorwert geringer als 20 pF, kann dieser auch auf dem Chipmodul 21 über nicht verwendete Modulpads zum Beispiel C4, C5 und/ oder C7 ausgebildet sein. Dies ist vor allen Dingen dann möglich, wenn ein Multilayer-Tape eingesetzt wird.
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Die Anpassung des Chipmoduls 21 oder des Schwingkreises zusammen mit dem Leistungsanpassungskondensator 28 kann auf eine Resonanzfrequenz des Schwingkreises zwischen 13 MHz und 14 MHz und vorzugsweise 13,56 MHz erfolgen, so dass die Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit der Resonanzfrequenz Lesegeräts übereinstimmt. Dabei werden die Auswirkungen der metallischen Schicht 11 auf den Schwingkreis, insbesondere die Spule 23 berücksichtigt.
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Während der erste Leistungsanpassungskondensator 28 seriell zu der Spule 23 angeordnet ist, ist ein zweiter Leistungsanpassungskondensator 29 parallel zu dem Chip 24 oder zu den Anschlüssen 26 und 27 angeordnet. Je nach Induktivität der Spule werden Kondensatorwerte zwischen 10 und 200pF benötigt.
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Die zwei Leistungsanpassungskondensatoren oder Bauelemente 28 und 29 erlauben eine feine Einstellung oder Anpassung des Schwingkreises.
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Über die in den Schwingkreis eingefügten Leistungsanpassungskondensatoren oder Bauelemente 28 und 29 wird zum einen die Zielfrequenz eingestellt und zum anderen die Blind- oder Scheinleistung so gering wie möglich eingestellt. Zudem sollten die beiden Kapazitäten so gewählt werden, dass der Q-Faktor so hoch wie möglich ist, so dass der Schwingkreis nur eine schwache Dämpfung hat. Dies kann zum Beispiel mittels eines Smith Diagramms erfolgen.
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Dies führt zu einem höheren Energieeintrag, was einen schnelleren Start des Prozessors oder des Chips 24 und einen schnelleren Betrieb infolge einer höheren Betriebsfrequenz des Prozessors oder des Chips 24 erlaubt.
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Die beiden Leistungsanpassungskondensatoren oder Bauelemente 28 und 29 sind in den Bauelementöffnungen 18 angeordnet. Die beiden Bauelemente 28 und 29 können jeweils in einer eigenen Bauelementöffnung 18 wie in 1 dargestellt angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass die beiden Bauelemente 28 und 29 in einer gemeinsamen Bauelementöffnung 18 angeordnet sind.
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Die Bauelementöffnungen 18 sind in dem Kartenkörper 10 derart positioniert, dass diese Positionen deckungsgleich mit den Positionen auf dem Modultape sind, wo die externen Bauteile angelötet oder elektrisch verbunden werden.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte 20.
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In einem ersten Schritt 100 erfolgt ein Bereitstellen des Kartenkörpers 10. Der Kartenkörper kann eine zentrale metallische Schicht 11 umfassen, deren Hauptseiten jeweils mit einer Kunststoffschicht 12,13 laminiert sind. In der metallischen Schicht 11 kann bereits der Schlitz 17 ausgenommen sein.
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In einem zweiten Schritt 110 erfolgt ein Ausnehmen der Kavität 16 zur Aufnahme des Chipmoduls 21. Die Kavität 16 kann ein Sackloch 16a umfassen. Das Ausnehmen oder Erstellen der Kavität 16 kann mittels eines Fräsgeräts oder einer Laserschneidmaschine erfolgen.
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In einem dritten Schritt 120 erfolgt ein Ausnehmen von mindestens einer Bauelementöffnung 18 für jeweils ein oder mehrere elektronische Bauelemente 28 und 29 in einem Überdeckungsbereich 16b. Der Überdeckungsbereich 16b kann in der Kavität 16 liegen, so dass die Bauelementöffnung 18 in einer Bodenfläche der Kavität 16 ausgebildet wird. Der Überdeckungsbereich 16b wird der von dem später angeordneten Chipmodul 21 überdeckt. Der zweite und dritte Schritt 110,120 können in einem Arbeitsschritt, auch Produktionsschritt Milling genannt, durchgeführt werden.
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Um die Platzierung an der richtigen Position unter dem Chipmodul 21 zu erhalten, werden im Bereich der Kavität 16 hier zwei zusätzliche Vertiefungen, die Bauelementöffnungen 18, in den Kartenkörper 10 gefräst. Diese Position sind deckungsgleich mit der Position auf dem Modultape, wo die externen Bauelemente 28 und 29 angelötet werden sollen.
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In einem vierten Schritt 130 erfolgt ein Aufbringen von Lotmittel auf das oder die elektronischen Bauelemente 28, 29, in die mindestens eine Bauelementöffnung 18 und/ oder eine Unterseite des Chipmoduls 21. Alle Möglichkeiten erlauben eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den elektronischen Bauelementen 28, 29 und dem Chipmodul 21.
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Es kann ein Reflow-Lötverfahren wie das T-Connect Verfahren mit einer Lötpaste verwendet werden, um eine Lötung zwischen zwei Elementen zu erreichen. Hier im Embedding-Prozess kann nun das externe Bauelement 28, 29 vor der Platzierung mit der Lötpaste versehen werden. Ebenso kann zum Beispiel mit einer 2 Nadel Injektion die Lötpaste in die vorhandene Kavität 16 an den Seiten eingebracht werden. Auch ist es möglich, das externe Bauelement 28, 29 bereits mit applizierter Lötpaste zu bestellen. Alternativ kann auch das Chipmodul mit der Lötpaste zum Beispiel über einen Stempel aufgebracht werden (Standardverfahren zu Rackeln).
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In einem fünften Schritt 140 erfolgt ein Platzieren des oder der elektronischen Bauelemente 28, 29 in der mindestens einen Bauelementöffnung 18. Die elektronischen Bauelemente 28, 29 in Form der zusätzlichen Kondensatoren können auf einer Rolle angeliefert werden. Dies bedeutet, dass ein Greifer oder Unterdrucksauger die Bauteile vereinzelt bekommt und diese an einem beliebigen Platz platzieren kann, zum Beispiel direkt in die Bauelementöffnungen 18. Dies kann auch mit einer Vakuumpinzette erfolgen.
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Das oder die elektronischen Bauelemente 28, 29 können mit einem elastischen Klebemittel wie einem Silikon an dem Chipmodul 21 vorfixiert werden. Dann werden die elektronischen Bauelemente 28, 29 gemeinsam mit dem Chipmodul 21 eingesetzt, so dass die Schritte Platzieren 140 und Einbringen 150 gleichzeitig vorgenommen werden.
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In einem sechsten Schritt 150 erfolgt ein Einbringen des Chipmoduls 21 in die Kavität 16. Dies kann zum Beispiel mit einem Stempel geschehen. Das Chipmodul 21 befindet sich nun in dem Überdeckungsbereich 16b und verdeckt die elektronischen Bauelemente 28, 29, die sich in dem oder den Bauelementöffnungen 18 befinden.
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In einem siebten Schritt 160 erfolgt ein Erwärmen des Lotmittels. Das Lotmittel kann durch einen oder mehrere Hitzestempel erwärmt und anschließend abgekühlt werden. Mit dem Hitzestempel wird nun das Bauelement 28, 29 mittels der Lötpaste an das Chipmodul 21 gelötet. Da die Lötpaste sich bei dem Schmelzvorgang zusammenzieht, wird das Bauelement 28, 29 an die Leiterplatte gezogen. Zum Beispiel können verschiedene Arbeitsschritte wie Vorwärmen, Lotmittel aktivieren, Kleber aktivieren und ein- oder mehrmaliges Abkühlen vorgesehen sein.
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5 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zur Herstellung einer Chipkarte 20. In dem zweiten Verfahren wird statt Lotmittel ein elektrisch leitfähiger Kleber verwendet. In diesem Fall entfällt die Lötpaste und auch der Lötvorgang.
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In einem ersten Schritt 200 erfolgt ein Bereitstellen des Kartenkörpers 10. Der Kartenkörper kann eine zentrale metallische Schicht 11 umfassen, deren Hauptseiten jeweils mit einer Kunststoffschicht 12, 13 laminiert sind. In der metallischen Schicht 11 kann bereits der Schlitz 17 ausgenommen sein.
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In einem zweiten Schritt 210 erfolgt ein Ausnehmen der Kavität 16 zur Aufnahme des Chipmoduls 21. Die Kavität 16 kann ein Sackloch 16a umfassen. Das Ausnehmen oder Erstellen der Kavität 16 kann mittels eines Fräsgeräts oder einer Laserschneidmaschine erfolgen.
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In einem dritten Schritt 220 erfolgt ein Ausnehmen von mindestens einer Bauelementöffnung 18 für jeweils ein oder mehrere elektronische Bauelemente 28 und 29 in einem Überdeckungsbereich 16b. Der Überdeckungsbereich 16b kann in der Kavität 16 liegen, so dass die Bauelementöffnung 18 in einer Bodenfläche der Kavität 16 ausgebildet wird. Der Überdeckungsbereich 16b wird der von dem später angeordneten Chipmodul 21 überdeckt. Der zweite und dritte Schritt 110, 120 können in einem Arbeitsschritt, auch Produktionsschritt Milling genannt, durchgeführt werden.
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Um die Platzierung an der richtigen Position unter dem Chipmodul 21 zu erhalten, werden im Bereich der Kavität 16 hier zwei zusätzliche Vertiefungen, die Bauelementöffnungen 18, in den Kartenkörper 10 gefräst. Diese Position sind deckungsgleich mit der Position auf dem Modultape, wo die externen Bauelemente 28 und 29 angelötet werden sollen.
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In einem vierten Schritt 230 erfolgt ein Aufbringen von elektrisch leitfähigem Kleber auf das oder die elektronischen Bauelemente 28, 29, in die mindestens eine Bauelementöffnung 18 und/ oder eine Unterseite des Chipmoduls 21. Alle Möglichkeiten erlauben eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den elektronischen Bauelementen 28, 29 und dem Chipmodul 21.
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Eine Verbindung mit einem leitfähigem Kleber insbesondere mit Silikonklebern ist elastisch und dadurch mechanisch belastbarer. Leitfähige Kleber bestehen aus einem Klebmittel wie einem Harz und elektrisch leitfähigen Füllstoffen. Zu den gut geeigneten Füllstoffen zählen zum Beispiel Silber (Silberleitkleber), Gold, Palladium, Nickel und Platin.
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In einem fünften Schritt 240 erfolgt ein Platzieren des oder der elektronischen Bauelemente 28, 29 in der mindestens einen Bauelementöffnung 18. Die elektronischen Bauelemente 28, 29 in Form der zusätzlichen Kondensatoren können auf einer Rolle angeliefert werden. Dies bedeutet, dass ein Greifer oder Unterdrucksauger die Bauteile vereinzelt bekommt und diese an einem beliebigen Platz platzieren kann, zum Beispiel direkt in die Bauelementöffnungen 18. Dies kann auch mit einer Vakuumpinzette erfolgen.
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Das oder die elektronischen Bauelemente 28, 29 können mit einem elastischen Klebemittel wie einem Silikon an dem Chipmodul 21 vorfixiert werden. Dann werden die elektronischen Bauelemente 28, 29 gemeinsam mit dem Chipmodul 21 eingesetzt, so dass die Schritte Platzieren 240 und Einbringen 250 gleichzeitig vorgenommen werden.
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In einem sechsten Schritt 250 erfolgt ein Einbringen des Chipmoduls 21 in die Kavität 16. Dies kann zum Beispiel mit einem Stempel geschehen. Das Chipmodul 21 befindet sich nun in dem Überdeckungsbereich 16b und verdeckt die elektronischen Bauelemente 28, 29, die sich in dem oder den Bauelementöffnungen 18 befinden.
