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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Chipkarten und eine mit diesem Verfahren hergestellte Chipkarte.
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Im Gebiet der Herstellung von Chipkarten gibt es zwei Hauptkategorien von Verfahren. In einer dieser beiden Kategorien wird eine dielektrische Substanz, auf der Kontakte hergestellt wurden (z.B. durch Ätzen eines leitenden Blatts, welches auf das dielektrische Substrat laminiert wurde), verwendet. In der anderen der beiden Kategorien wird ein Gitter von Kontakten, die aus einem Blatt eines leitenden Materials herausgeschnitten wurden, verwendet (dies entspricht dann der Leadframe-Technologie). In beiden Fällen ist es notwendig, einen elektronischen Chip bereitzustellen und diesen elektrisch mit den Kontakten zu verbinden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung fällt in die zweite dieser Kategorien, nämlich in die, bei der ein Gitter von Kontakten, welches aus einem Metallblatt herausgeschnitten wurden, hergestellt und verwendet wird.
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Die unter der Nummer
US 2015/0076240 A1 veröffentlichte Patentanmeldung beschreibt ein Verfahren dieser Kategorie, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:
- - In einem Schritt A wird ein Metall in einen Streifen geschnitten, um Sätze von Kontaktbereichen auszubilden. Diese Sätze von Kontaktbereichen werden mittels mindestens einer Fahne an wenigstens einem Trägerstreifen befestigt. Diese Sätze von Kontaktbereichen werden regelmäßig, in einem bestimmten Abstand, entlang des Trägerstreifens angeordnet; ein Satz von Kontaktbereichen entspricht einem SIM-Karten-Verbinder (SIM ist das Akronym für „Subscriber Identification Modul“). Dieser Verbinder hat eine vordere Fläche und eine hintere Fläche, wobei die vordere Fläche dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Kontakt mit einem Kartenleser herzustellen.
- - Nach dem Schritt A wird ein Schritt C durchgeführt, der ein Spritzgießen eines elektrisch isolierenden Plastikmaterials um den wenigstens einen Satz von Kontaktbereichen vorsieht, um gleichzeitig wenigstens ein Segment der hinteren Fläche des Verbinders und ein Segment des Trägerstreifens zu überdekken und dadurch eine Verbindung zwischen diesen beiden herzustellen.
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In einem Schritt C das Einspritzens des Plastikmaterials werden eine Kavität und Verbindungskanäle im Plastikmaterial ausgebildet. Dadurch kann ein elektronischer Chip in der Kavität aufgenommen und, durch die Verbindungskanäle, mit den Kontaktbereichen verbunden werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, bei dem ein Plastikmaterial über einen integrierten Schaltkreis, der mit einem Leadframe verbunden ist, spritzgegossen wird, ist ebenfalls aus der Druckschrift
US 5,157,475 A bekannt. Nachteilig ist, dass in diesen Verfahren der integrierte Schaltkreis nicht geprüft werden kann bevor die Karte vereinzelt und die Materialfahnen, welche die Kontakte mit dem Trägerstreifen verbinden, geschnitten wurden.
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Es war das Bestreben der Erfinder, ein alternatives Verfahren zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zu finden. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Verfahren enthält daher einen zwischen den Schritten A und C ausgeführten Schritt B, der darin besteht, einen elektronischen Chip an der Rückseite des Verbinders zu befestigen und den elektronischen Chip wenigstens mit bestimmten Kontaktbereichen des Verbinders zu verbinden. Der elektronische Chip wird hierbei an denjenigem Bereich der rückwärtigen Fläche des Verbinders angebracht, welcher im Schritt C mit einem ersten Plastikmaterial überdeckt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren, und insbesondere der Schritt des Abwikkeln des Metallstreifens und der mindestens eine Schritt des Spritzgießens von Plastikmaterial kann kontinuierlich, von Spule-zu-Spule („reel-to-reel“) oder von Rolle-zu-Rolle („roll-to-roll“) ausgeführt werden, bis zum Schritt des Vereinzelns der mit ihrem Chip versehenen Chipkarten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist desweiteren wenigstens eines der Merkmale der Ansprüche 2 bis 9 auf, entweder in Alleinstellung und unabhängig voneinander, oder in Kombination mit einer oder mehreren Merkmalen davon.
- - Das erste Plastikmaterial wird aus einer der folgenden Produktfamilien ausgewählt: Schmelzklebestoffe, Polypropylene, Flüssigkristallpolymere (LCPs) und Polykarbonate; das zweite Material wird aus einer der folgenden Produktfamilien ausgewählt: Polypropylene, Flüssigkristallpolymere und Polykarbonate.
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Die Erfindung betrifft desweiteren eine Chipkarte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Diese Chipkarte zeichnet sich daher dadurch aus, dass sie einen elektronischen Chip, der direkt an einem Kontaktbereich befestigt ist, aufweist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen.
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Die Zeichnungen zeigen:
- 1 zeigt schematisch den zeitlichen Ablauf der Hauptschritte eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens.
- Die 2A und 2B zeigen schematisch eine perspektivische Ansicht und eine Draufsicht auf ein Segment eines streifenförmigen leitenden Materials am Ende des Schneideschritts bzw. des Prägeschritts.
- Die 3 zeigt schematisch eine Ansicht einer rückwärtigen Fläche eines Segments des streifenförmigen Materials, nachdem Chips an der rückwärtigen Fläche befestigt und mit den Kontaktbereichen verbunden worden sind;
- Die 4A und 4B zeigen schematisch eine Ansicht der rückwärtigen Fläche und eine Ansicht der vorderen Fläche des Segments des streifenförmigen leitenden Materials am Ende des Schritts des Spritzgießens des ersten Plastikmaterials;
- Die 5A und 5B zeigen schematisch eine Ansicht der rückwärtigen Fläche und der vorderen Fläche eines Segments des streifenförmigen leitenden Materials nach dem Schritt des Abtrennens der Metallfahnen welche die Sätze von Kontaktbereichen an den lateralen, zentralen und querverlaufenden Streifen halten.
- Die 6A und 6B zeigen schematisch eine Ansicht der rückwärtigen Fläche und der vorderen Fläche eines Segments eines streifenförmigen Leitermaterials am Ende des Schritts des Einspritzens des zweiten Plastikmaterials.
- Die 7 zeigt schematisch in einer perspektivischen und einer teilweise durchsichtigen Ansicht ein Segment des streifenförmigen leitenden Materials am Ende des Schritts des Einspritzens des zweiten Plastikmaterials; zwei Bereiche sind vergrößert dargestellt, um besser zu zeigen wie die Chipkarten an den lateralen Trägerstreifen und am zentralen Trägerstreifen verankert sind.
- Die 8A, 8B und 8C zeigen schematisch eine Ansicht der hinteren Fläche, eine perspektivische und teilweise durchsichtige Ansicht, und eine Ansicht der vorderen Fläche einer Chipkarte, die nach dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens hergestellt wurde.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels eines Verfahrens zur Herstellung einer SIM-Karte beschrieben. Die Erfindung kann aber auch Herstellung von anderen Typen von Chipkarten verwendet werden.
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Diese Ausführungsbeispiel der Verfahrens wird kontinuierlich ausgeführt, und zwar „Spule-zu-Spule“ (reel-to-reel). Wie in 1 dargestellt, enthält das Verfahren sukzessive folgende Schritte:
- - einen Schritt A des Schneidens eines Metalls in einen Streifen und einen Schritt A' des Deformierens dieses Metalls, um Kontaktbereiche auszubilden, die mit dem Trägerstreifen durch Fahnen oder Verbindungen, die in dem Metall ausgebildet sind, verbunden werden,
- - einen Schritt B des Anbringens des elektronischen Chips,
- - einen Schritt C des Einspritzens eines ersten Plastikmaterials,
- - einen Schritt D des Abtrennens der Verbindungen welche die Kontaktbereiche am Trägerstreifen halten,
- - einen Schritt E des Einspritzens eines zweiten Plastikmaterials, und
- - einen Schritt F des Separierens jeder Chipkarte von den Trägerstreifen mit welchen sie jeweils vorher verbunden waren.
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Die Schritte A und A' sind dem Fachmann bekannt. Sie müssen nicht notwendigerweise in der zeitlichen Abfolge A und dann A' ausgeführt werden. Der Schritt A' kann vor dem Schritt A ausgeführt werden, oder nur teilweise vor dem Schritt A, oder sogar bevor oder nach gewissen Unterschritten von Schritt A. Die Unterschritte der Schritte A und A' können miteinander vermischt werden.
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Die Schritte A und A' werden auf einer Rolle des streifenförmigen Metalls ausgeführt. Dieses Metall kann eine Kupferlegierung, Stahl, eine Aluminiumlegierung, etc. sein. Den Schritten A und A' kann ein Schritt, der das Ablagern (z.B. durch Galvanisieren) eines oder mehrerer Schichten von Materialien, welche dazu dienen, das Metall zu schützen und/oder die Qualität der Verbindungen oder der Kontakte hierzu zu verbessern, folgen oder vorangehen. Diese Schichten können lokal abgelagert werden, z.B. durch Verwenden einer selektiven Maskentechnik, oder global an einer, jeder oder beider Hauptflächen des Metallstreifens.
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Der Metallstreifen ist beispielsweise 70 mm breit und erlaubt es daher, zwei Streifen von 35 mm Breite vorzuschneiden. Jeder dieser beiden 35 mm breiten Streifen erlaubt es, zwei Sätze von Kontaktbereichen über seine Breite herzustellen. Die Figuren zeigen Segmente dieser 35 mm breiten Streifen.
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In dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht jeder Satz von Kontaktbereichen einem Verbinder von fünf Kontaktfeldern, welche elektrisch voneinander isoliert werden sollen.
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Wie in den 2A und 2B gezeigt, werden am Ende der Schritte A und A' Sätze 10 (acht Sätze in 2B) von fünf Kontaktbereichen 1 erhalten. Jeder dieser Sätze 10 ist mit Trägerstreifen 20, 21, 22, 23 verbunden. Diese Trägerstreifen 20, 21, 22, 23 enthalten z.B. zwei laterale Kontaktstreifen 20, 21 mit Antriebsrasten 25, einen zentralen Trägerstreifen 22 und einen transversalen Trägerstreifen 23 an jeder Seite eines jeden Satzes 10 von Kontaktbereichen 1. Die lateralen Trägerstreifen 20, 21 und der zentrale Trägerstreifen 22 erstrecken sich longitudinal in der Richtung, in welcher die Spule des leitenden Materialies abgespult und vorwärts bewegt wird. Der transversalen Trägerstreifen 23 erstrecken sich im wesentlichen quer über die gesamte Breite des Streifens des Metalls 24, und senkrecht zu der Richtung, in welche die Spule des leitenden Materials abgespult und vorwärts bewegt wird.
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Ein Prägen hat die Ausbildung von Verankerungsstrukturen 26 (siehe 2A) erlaubt. Diese Verankerungsstrukturen 26 besitzen die Form von Zungen, welche sich im wesentlichen aus der Ebene der Kontaktbereiche 1 heraus erstrecken (z.B. senkrecht zu dieser Ebene). Diese Verankerungsstrukturen 26 sind über die Seitenkanten eines jeden Kontaktbereichs 1 und die Kanten der lateralen Trägerstreifen 20 und des zentralen Trägerstreifens 22 verteilt.
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Wie in 3 gezeigt, wird am Ende des Schritts B ein elektronischer Chip 30 an die rückwärtige Fläche eines der Kontaktbereiche 1 befestigt. In dem in dieser Figur gezeigten Beispiel wird der elektronische Chip 30 an dem zentralen Kontaktbereich 1 befestigt. Letzterer hat eine größere Fläche als die anderen. Darüber hinaus werden die Kontaktflächen eines jeden elektronischen Chips über leitende Drähte 31 (z.B. mit einem Durchmesser kleiner oder gleich 25µm)) mit jedem der fünf Kontaktbereiche 1 verbunden. Die Technik, die verwendet wird, um die Drähte 31 an den Fahnen und an den Kontaktbereichen 1 zu befestigen und zu verbinden wird aus denjenigen, die dem Fachmann bekannt sind (z.B. Thermokompressionsverbinden, Ultraschallverbinden, etc., d.h. jede Art von Drahtverbindungstechniken) gewählt.
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Wie in den 4A und 4B gezeigt, wird am Ende von Schritt C ein Vorformen durch ein Einspritzen eines ersten Plastikmaterials 40 in eine geeignete Form durchgeführt, um den elektronischen Chip 30 und die Verbindungsdrähte 31 einzukapseln und zu schützen. Dieser Vorformungsschritt wird in Verwendung eines Plastikmaterials 40 ausgeführt, welches aus folgenden Materialen ausgewählt wird:
- - Schmelzklebstoffe, z.B. diejenige, die auf Polyolefinen, Copolyestern oder Copolyamiden basieren,
- - Polypropylen,
- - hochtechnische Materialien, wie z.B. Flüssigkristallpolymere oder Polycarbonate
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Das Plastikmaterial
40 wird in eine entsprechende Form eingespritzt, z.B. unter folgenden Bedingungen:
| | Polypropylen | Polyolefinbasierter Schmelzklebestoff | Polyesterbasierter Schmelzklebestoff | Polyamidbasierter Schmelzklebestoff | LCP |
| T° (°C) Form | 30° | 30° | 30° | 30° or 50° Abhängig von dem verwendeten Typ | 100°C |
| T° (°C) Schmelze | 230°C | 200°C | 190°C | 180°C or 230°C | 340°C |
| Q des Einspritzens | sehr schnell | mittel | mittel | mittel | sehr schnell |
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Hierbei können aber auch die vom Hersteller vorgegebenen Bedingungen für die Verwendung des oder der Materialien, welche für das erste Plastikmaterial ausgewählt wurden, befolgt werden.
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Hierdurch wird eine Viskosität für das eingespritzte Plastikmaterial 40 erreicht, welches es erlaubt, das Plastikmaterial 40 ohne eine Beschädigung des elektronischen Chips 30 und der Verbindungsdrähte 31 einzuspritzen, während Einspritzgeschwindigkeiten beibehalten werden, die vergleichbar mit denjenigen von kontinuierlichen industriellen Prozessen sind. Beispiele von Einspritzgeschwindigkeiten sind in der oben aufgeführten Tabelle enthalten, wobei „sehr schnell“ eine Einspritzrate „Q des Einspritzens“ von ungefähr 80 bis 85 cm3/s und „mittel“ einer Einspritzrate „Q des Einspritzens“ von ungefähr 30 bis 50 cm3/s entspricht.
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Das Vorformen des Schritts C erlaubt es, einen Bereich der rückwärtigen Fläche des Verbinders und ein Segment der lateralen und des zentralen Trägerstreifens 20, 21, 22 zu überdecken. Es werden dadurch Verbindungen 41 aus Plastik zwischen jeden Satz 10 von Kontaktbereichen 1 einerseits und den lateralen und dem zentralen Trägerstreifen 20, 21, 22 ausgebildet. Diese Verbindungen 41 sind beispielsweise in einer Anzahl von vier vorhanden: zwei verbinden jede Karte 100 mit einem lateralen Trägerstreifen 20 oder 21 und zwei verbinden jeder Karte 100 mit dem zentralen Trägerstreifen 22. Zwischen jeder Karte 100 und einem lateralen Trägerstreifen 20, 21 und zwischen jeder Karte 100 und dem zentralen Trägerstreifen 22 enthalten die Verbindungen 41 ein Segment ohne Metall 24, so dass dort nur Plastikmaterial 40 ist.
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Da jede Trägerkarte 100 an einem der lateralen Trägerstreifen 20 und 21 und an dem zentralen Trägerstreifen 22 gehalten ist, ist es möglich, alle Fahnen 27 aus dem Metall 24 zwischen jeder Karte 100 und dem lateralen, dem zentralen und dem transversalen Trägerstreifen 20, 21, 22, 23 durchzuschneiden. Dem Einspritzschritt C folgt folglich ein Schritt des Abtrennens aller Fahnen 27 vom Metall 24. Dieser Abtrennschritt wird auch „deshort-circuiting“-Schritt genannt. Jeder Kontakt 1 ist derart von den anderen elektrisch isoliert.
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Am Ende des Schritts C und des vorgenannten Abtrennschritts enthält jede der Karten 100 einen Satz 10 von Kontaktbereichen 1, die einen Verbinder ausbilden, wobei ein elektronischer Chip 30 mit den Kontaktbereichen 1 durch leitende Drähte 31 verbunden ist, wobei der elektronische Chip 30 und die leitenden Drähte 31 in das erste Plastikmaterial, wie in den 5A und 5B gezeigt, gekapselt und dadurch geschützt sind.
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Wie in 7 gezeigt, sind die Karten 100 nun an den lateralen und zentralen Streifen 20, 21 und 22 nur durch die aus dem ersten Plastikmaterial ausgebildeten Verbindungen 41 verbunden, wobei letztere die Verankerungstrukturen 26 umgeben. Die Befestigung des Plastikmaterials an den Trägerstreifen 20, 21, 22 wird dadurch verstärkt.
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Wie in den 6A und 6B gezeigt ist am Ende des Schritts D die gesamte rückwärtige Fläche der Karte 100 mit einem zweiten Plastikmaterial 42 bedeckt. Das zweite Plastikmaterial 42 wird in eine Spritzform mit einer geeigneten Gestalt eingespritzt. Das zweite Plastikmaterial 42 wird aus folgenden Materialien gewählt:
- - Polypropylene,
- - Flüssigkristallpolymere,
- - Polycarbonate.
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Das zweite Plastikmaterial 42 kann auch aus Familien, die dem ersten Plastikmaterial 40 ähnlich sind, gewählt werden. Es wird auch optional bezug genommen auf die oben genannte Tabelle, welche Informationen über ihre Benutzungsbedingungen enthält. Es wird auch bezug genommen auf die von dem jeweiligen Hersteller genannten Bedingungen zur Verwendung des Materials oder der Materialien, die für das zweite Plastikmaterial ausgewählt werden.
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Das zweite Plastikmaterial 42 wird in eine Spritzform eingespritzt. Der Einspritzvorgang läßt ein Segment der Verbindung 41 unbedeckt. Es verbinden also nur diese Segmente der Verbindung 41 die Karte 100 mit den lateralen und dem zentralen Trägerstreifen 20, 21, 22 (daher die Bedeutung der Verankerungsstrukturen 26). Da dieses Segment der Verbindungen ausschließlich aus dem ersten Plastikmaterial 40 bestehen, ist es relativ einfach, dieses danach zu schneiden. Am Ende dieses Schritts D sind die Karten im wesentlichen komplett fertiggestellt, und was verbleibt ist nur, diese zu programmieren und zu vereinzeln. Der Vorgang des Programmierens der Karten 100 kann kontinuierlich durchführt werden, Spule-zu-Spule, mittels Verbindungen zu den Kontakten 1 einer jeden der Karten. Nach diesem Schritt werden die Karten vereinzelt, indem die Verbindung 41 abgetrennt und sie von den lateralen und dem zentralen Trägerstreifen 20, 21, 22 separiert werden. Die 8A und 8C zeigen zwei Flächen einer derartig vereinzelten Karte 100. Die rückwärtige Fläche der Karte (8A) ist vollständig mit dem zweiten Plastikmaterial 42 bedeckt. Die vordere Fläche der Karte (8C) ist teilweise mit dem ersten und dem zweiten Plastikmaterialien 40, 42 bedeckt, aber der Verbinder mit seinen Kontaktbereichen 41 verbleibt unbedeckt.
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Wie in 8B gezeigt, ist die Karte 100 mit dem elektronischen Chip 30 direkt an dem Kontaktbereich 1 angebracht, und ist mit dem Kontaktbereich 1 durch leitende Drähte 31 verbunden. Der Ausdruck „direkt befestigt“ muss in dieser Beschreibung derart verstanden werden, dass der Kontaktbereich selbst den Träger des Chips ausbildet; dies im Gegensatz zu einem Klebstoff oder einem anderen Material, welches optional zwischen dem Chip und der Kontaktregion, welche diese trägt, eingefügt ist. Das erste Plastikmaterial 40 überdeckt den elektronischen Chip 30, die leitenden Drähte 31 und das meiste der rückwärtigen Fläche der Kontaktregionen. Das zweite Plastikmaterial 42 erlaubt es, den endgültigen Formfaktor der Karte 100 zu erhalten, während der Satz 10 der Kontaktbereiche 1, welchen den Verbinder der SIM-Karte 100 ausbilden, zutage treten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0076240 A1 [0004]
- US 5157475 A [0006]
