DE19533983C2 - Chipkarte mit Antennenwicklung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Chipkarte mit einer Antennen­ wicklung, auf einer innenliegenden Antennenträgerfolie, die eine Chipaufnahmeausnehmung mit einem darin eingelagerten Chip aufweist, der über eine Chipträgerfolie jeweils über Leiterbahnen mit Antennenwicklungs­ anschlüssen verbunden ist, wobei diese gesamte Anordnung zwischen Innen- und Deckschichten eingeschlossen ist.

Eine derartige kontaktlose Chipkarte mit einer Antennenspule und deren Herstellungsverfahren ist aus der DE 43 37 921 A1 vorbekannt. Bei dieser ist der Chip auf der Chipträgerfolie mit einem symmetrisch zu diesem beidseits sich erstreckenden Chipgehäuse aufgebracht, und die Chipanschlüsse erstrecken sich aus dem Chipgehäuse auf der Chipträgerfolie nach außen und in Durchkontak­ tierungen hinein, mit denen sie an die Antennenanschlüsse angeschlossen sind. Die Antennenträgerfolie weist eine Aussparung zur Aufnahme des Chipgehäuses auf, und es ist eine zweite Folie mit einer Aussparung symmetrisch zu der Antennenträgerfolie in der Chipkarte angeordnet. Diese beiden das Chipgehäuse aufnehmenden Innenfolien und letzteres selbst sowie die Antenne und die Chipträgerfolie sind zusammen beidseitig jeweils mit mehreren Kunststoff­ schichten belegt und zwischen diesen eingeschlossen. Die Einbettung des Chips in ein doppelseitiges Gehäuse sowie die Herstellung der Durchkontaktierung des Antennenan­ schlusses und die schrittweise Beschichtung der Innen­ folien- mit den Zwischen- und den Außenfolienschichten sind verhältnismäßig aufwendig und geben der Karte eine beschränkte Dichtigkeit und Verbindungsfestigkeit.

Weiterhin ist aus der WO 92/21105 A1 eine Chipkarte mit einer Antennenwicklung bekannt, bei der das Chip und die Antenne zwischen zwei internen Schichten der Karte aus Polyethylen oder Weich-Polyvinylchlorid eingelagert sind. Die eine der inneren Schichten weist Vertiefungen zur Aufnahme des Chips bzw. der Antenne auf. Beim Zusammenbau werden die Schichten nach dem Einsetzen des Chips und der Antenne unter Wärmeeinwirkung verpreßt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine wesentliche einfachere Konstruktion und ein einfacheres Herstellverfahren der Chipkarte zu offenbaren, bei dem eine hochwertige Versiegelung und Verbindung sämtlicher Kartenelemente erbracht wird.

Die Lösung der Aufgabe ist dadurch gegeben, daß die Innenschichten um mindestens 20°K niedrigerschmelzend als die Deckschichten, die Antennenträgerfolie und die Chip­ trägerfolie sind und daß die Deckschichten jeweils mit der benachbarten Innenschicht als Verbundmaterialien zusammen­ gesetzt sind und diese Verbundmaterialien sämtliche übrigen genannten Bauteile durch Einwirkung einer Verpreß­ temperatur, die zwischen den Erweichungstemperaturen der genannten niedrig- und der genannten hochschmelzenden Schichten liegt, vakuumverpreßt eingeschlossen halten.

Das neuartige Verfahren ist im Anspruch 12 angegeben.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Chipkarte sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Einbindung des Chips, des Chipträgers und des Antennenträgers mit der Antenne in das doppelschichtige Material, dessen Innenschichten unter Vakuum-, Temperatur- und Druckeinwirkung aufschmilzt, ist derart abdichtend, daß ein getrenntes Chipgehäuse zu erübrigen ist. Es ist nur ein einziger Arbeitsgang notwendig, um diese Verpressung durchzuführen, und die feste Verbindung der Doppelschichtmaterialien erbringt eine völlig glatte Oberfläche der fertigen Chipkarte ohne Erhöhungen an den Stellen, an denen die Antenne, der Chipträger und der Chip eingebettet sind. Die Verbindung des Chips mit dem Chipträger erfolgt in üblicher Weise durch Bonddrähte durch Öffnungen in dem Chipträger hindurch zu den darauf befindlichen Leiterbahnen. Diese Leiterbahnen werden durch weitere Öffnungen hindurch mit den Antennenanschlüssen verschweißt. Auf diese Weise kann die in Kontaktchipkarten übliche Technik der Chipaufbringung und -kontaktierung auf den Chipträger verwandt werden. Auch die einfache Schutzbeschichtung des Chips auf dem Chipträger mittels eines Kunststofftropfens kann für eine ungefährdete Handhabung vor dem Einbau in üblicher Weise beibehalten werden.

Die Verbundschichten werden zweckmäßig aus solchen Materialien hergestellt, die einen ausreichend hohen Schmelzpunktunterschied aufweisen, damit die Verpressungs­ temperatur mit üblichen Thermostaten und bei relativ kurzen Preßzeiten zum Aufschmelzen der Innenschichten eingebracht werden kann. Es empfielt sich eine Temperaturdifferenz der beiden Schmelztemperaturen von mindestens 20°K, vorzugsweise mindestens 40°K und mehr.

Als besonders preisgünstig hat sich Polyvinylchlorid, d. h. PVC, mit einer Erweichungstemperatur von ca. 85°C als geeignet für die Innenschichten des Verbundmaterials erwiesen. Deren Dicke ist mit 200 µm zweckmäßig dimensioniert. Die Deckschichten des Verbundmaterials bestehen vorteilhaft aus Polyester, d. h. PET, oder glasfaserverstärktem Epoxydharz, d. h. FR4, oder aus Acrylnitril-Butadien-Styrol, d. h. ABS. Die Deckschichten sind beispielsweise 50 µm dick.

Der Antennenträger ist ebenfalls aus hochschmelzendem Material gleich oder ähnlich wie die Deckschicht hergestellt. Auf ihm ist die Antennenwicklung durch Ätzen einer Kupferfolie erzeugt oder in Form einer Wicklung aufgeklebt. Das Chip findet in einer Ausnehmung des Antennenträgers Platz, und die dünne Chipträgerfolie erstreckt sich über den Antennenträger hinaus und weist Durchbrüche an den Stellen auf, an denen sich die Antennenanschlüsse befinden. Auf diese Weise lassen sich die Leiterbahnen auf den Chipträgern durch die Durchbrüche im Antennenträger hindurch mit den Antennenanschlüssen verschweißen.

Der Antennenträger hat zweckmäßig eine Dicke zwischen 50 und 125 µm. Die Chipträgerfolie hat eine Stärke von ca. 50 µm und die darauf befindlichen Leiterbahnen eine Dicke von etwa 35 µm. Da die niedrig schmelzenden Innenschichten je eine Dicke von 200 µm haben finden die Bauteile darin beim Verpressen ausreichend Platz, ohne daß die Deckschicht außen aufgewölbt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltung ist in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen teilweise geöffneten Ausschnitt einer Chipkarte.

Fig. 1 zeigt in der Mitte des Kartenaufbaus eine hochschmelzende Antennenträgerfolie HM, auf der die Antennenwicklung SA aufgebracht ist, die an den Antennenanschlüssen A1, A2 endet. Selbstverständlich können auch mehrere Antennenwicklungen vorgesehen sein.

Die Antennenträgerfolie HM weist einen Ausschnitt CA auf, der der Aufnahme des Chips C dient. Dieses ist an eine Chipträgerfolie HCT, die hochschmelzende Eigenschaften aufweist, befestigt. Die unsichtbaren Chipanschlüsse sind über Chipbondungen durch Öffnungen in der Chipträgerfolie HCT mit darauf befindlichen Leiterbahnen L1, L2 in üblicher Weise verbunden. Diese Leiterbahnen L1, L2 erstrecken sich über Ausschnitte oder Öffnungen TO1, TO2 der Chipträgerfolie HCT und sind so angeordnet, daß sie über den Antennenanschlüssen A1, A2 positioniert sind, mit denen sie durch Antennenbondungen AB verbunden sind.

Das Chip C ist mit einem Schutztropfen CC aus Kunststoff in bekannter Weise überzogen. Die gesamte vorbeschriebene Anordnung ist zu beiden Seiten von Verbundschichten DF1, DF2 eingeschlossen.

Die Verbundschichten bestehen innenliegend aus Innenschichten NI1, NI2 aus niedrigschmelzendem Material, z. B. PVC, von etwa 200 µm Dicke. Die äußeren Deckschichten HD1, HD2 bestehen aus hochschmelzendem Material von etwa 50 µm Dicke. Das Verbundmaterial kann auch aus Material des gleichen Grundtyps aber mit verschiedenen Schmelz­ temperaturen hergestellt sein. So kann beispielsweise Hart- und Weich-PVC aufeinandergeschichtet extrudiert sein.

Die neutrale Deckschicht läßt sich zu beiden Seiten in bekannter Weise mit einer dünnen Druckfolie überziehen oder unmittelbar bedrucken.

Bei der Herstellung der neuartigen Karte werden sämtliche Innenbauteile in einer automatisierten Strangfertigung zusammengefügt, und die Vakuumverpressung des Innenauf­ baues mit den Verbundfolien erfolgt parallel für viele Nutzen und im Stapel unter Zwischenfügung von Metallplat­ ten in ähnlicher Weise wie Vielschichtleiterplatten hergestellt werden; d. h. unter ausreichend langer Druck-, Temperatur- und Vakuumeinwirkung, so daß die Innenschichten NI1, NI2 aufschmelzen.

Die Antennenträgerfolie HM mit der Antenne A, deren Antennenanschlüsse A1, A2 an jeweils vorgegebenen Positionen zu Bezugskanten der Chipaufnahmeausnehmung CA angeordnet sind, die wiederum in definierter Position zu den Chipkartenbezugskanten angeordnet ist, kann insbeson­ dere von auf die Herstellung der Antennenwicklungen und/ oder der Ätzung von Antennenwicklungen und anderen gedruckten Schaltungen spezialisierten Herstellern vorzugsweise in einer Vielzahl in Strangform aneinanderhängend als eigenständiges Handels gut den Chipkartenherstellern zugeliefert werden.

Auch die Chipträgerfolie HCT, die mit den Leiterbahnen L1, L2 und den Öffnungen TO1, TO2 unter deren Bondstellen BA, die passend zu den Antennenanschlüssen A1, A2 und der Chipaufnahmeausnehmung CA angeordnet sind, kann von einem spezialisierten Hersteller mit und ohne Chip C, insbesondere mit einem Schutztropfen CC versehen, vorzugsweise in vielfacher Form als Strangware in den Handel gebracht werden.

Durch diese vorbeschriebenen Spezialzulieferteile werden die Konfektionäre von Chipkarten in die Lage versetzt, mit nur geringen Neuinvestitionen die neuartige Chipkarte herzustellen.

Claims (12)

1. Chipkarte mit einer Antennenwicklung (A), auf einer innenliegenden Antennenträgerfolie (HM), die eine Chipaufnahmeausnehmung (CA) mit einem darin eingelagerten Chip (C) aufweist, der über eine Chipträgerfolie (HCT) jeweils über Leiterbahnen (L1, L2) mit Antennenwicklungs­ anschlüssen (A1, A2) verbunden ist, wobei diese gesamte Anordnung zwischen Innen- und Deckschichten (NI1, NI2; HD1, HD2) eingeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet daß die Innenschichten (NI1, NI2) um mindestens 200 K niedrigerschmelzend als die Deckschichten (HD1, HD2), die Antennenträgerfolie (HM) und die Chipträgerfolie (HCT) sind und daß die Deckschichten (HD1, HD2) jeweils mit der benachbarten Innenschicht (NI1, NI2) als Verbundmaterialien (DF1, DF2) zusammengesetzt sind und diese Verbundmaterialien (DF1, DF2) sämtliche übrigen genannten Bauteile durch Einwirkung einer Verpreß­ temperatur, die zwischen den Erweichungstemperaturen der genannten niedrig- und der genannten hochschmelzenden Schichten liegt, vakuumverpreßt eingeschlossen halten.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Deckschichten (HD1, HD2) mit einer bedruckten Folie beschichtet oder bedruckt sind.

3. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (C) auf die Chipträgerfolie (HCT) aufgekittet ist und durch erste Öffnungen darin mittels Chipbondverbindungen mit den Leiterbahnen (L1, L2) verbunden ist und die Antennenanschlüsse (A1, A2) durch zweite Öffnungen (TO1, TO2) in der Chipträgerfolie (HCT) mit den Leiterbahnen (L1, L2) verschweißt oder verlötet sind.

4. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (C) auf der Chipträgerfolie (HTC) mit einem Schutztropfen (CC) aus hochisolierendem Kunststoff überzogen ist.

5. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Erweichungstemperaturen der niedrig- und der hochschmelzenden Schichten (NI1, NI2; HD1, HD2: HM, HCT) mindestens 40°K beträgt und die Verpreßtem­ peratur ca. 120-130°C beträgt und/oder etwa mittig zwischen den genannten Erweichungstemperaturen liegt.

6. Chipkarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzenden Innenschichten (NI1, NI2) aus Polyvinylchlorid (PVC) mit einer Erweichungstemperatur von etwa 85°C bestehen.

7. Chipkarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hochschmelzenden Deckschichten (HD1, HD2) und die Antennenträgerfolie (HM) aus Polyester, sogen. PET, dem Polyalkylenterephthalate, mit einer Erweichungstemperatur von über 200°C oder glasfaserverstärktem Epoxidharz, sogen. FR4, oder Acrylnitil-Butadien-Styrol, sogen. ABS, bestehen.

8. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenwicklung (A) durch Ätzen einer Metallkaschierung auf der Antennenträger­ schicht (HM) erzeugt ist oder als Drahtwicklung darauf aufgekittet ist.

9. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die niedrigschmelzenden Innenschichten (NI1, N12) etwa 200 µm dick sind.

10. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten (HD1, HD2) etwa 50 µm dick sind.

11. Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenträgerfolie (HTF) etwa 125 µm dick ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte nach einem der vorstehenden Ansprüchen, bei dem ein Chip (C) auf einem Chipträger (HCT) und mit diesem auf einem Antennenträger (HM) mit einer Antennenspule (A) in einer Chipaufnahmeausnehmung (CA) angeordnet und mit der Anten­ nenspule (A) verbunden wird und wobei die so gebildete Baugruppe beidseitig mit Folienschichten (HD1, NI1; HD2, NI2) abgedeckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienschichten (HD1, NI1; HD2, NI2) als Verbundschichten jeweils aus einer hochschmelzenden Deckschicht (HD1, HD2) und einer niedrigschmelzenden Innenschicht (NI1, NI2) vorgefertigt werden und diese auf die genannte Baugruppe unter Einwirkung eines Druckes und einer Verpreßtemperatur, die zwischen den Erweichungstemperaturen der beiden verschiedenschmelzenden Schichten (HD1, HD2; NI1, NI2) liegt, so lange unter Vakuum gepreßt werden, bis die Innenschichten (NI1, NI2) vollständig erweicht sind, worauf eine Abkühlung vorgenommen wird.