DE19610044A1

DE19610044A1 - Chipkarte und Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte

Info

Publication number: DE19610044A1
Application number: DE19610044A
Authority: DE
Inventors: Robert Wilm
Original assignee: PAV Card GmbH
Current assignee: PAV Card GmbH
Priority date: 1996-03-14
Filing date: 1996-03-14
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2016-03-15
Also published as: DE19610044C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte nach dem Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Chipkarte.

Es sind Chipkarten bekannt, bei welchen im Kartenkörper eine aus Draht gewickelte Spule vorgesehen ist, deren Enden mit Antennenkontakten des Chips bzw. seines Trägers verbunden sind. Diese Gesamtanordnung ist im Kartenkörper eingegossen. Die Herstellung der Anordnung ist aufwendig.

Es ist weiterhin eine Chipkarte bekannt, bei welcher die An tenne aus einer Antennenschicht herausgeätzt ist, wobei die Antenne Chipkontakte aufweist, welche über einen leitenden Kleber mit den Antennenkontakten des Chips bzw. seines Trä gers verbunden sind. Bei der Herstellung des Kartenkörpers werden die Chipkontakte über eine entsprechende Ausnehmung in einer auf die Antennenschicht aufgebrachten Deckschicht frei gelassen, was die Herstellung ebenfalls aufwendig macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Chipkarte der eingangs genannten Art aufzuzeigen, die einfach und betriebs sicher ist, sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren aufzuzeigen.

Diese Aufgabe wird durch die Chipkarte nach Anspruch 1 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.

Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, daß die An tennenschicht zunächst vollständig in das Kartenmaterial ein gebaut wird, die Chipkontakte aber derart verdickte Ab schnitte aufweisen, daß bei dem zur Herstellung von bisher üblichen Chipkarten ebenfalls üblichen Ausfräsen der Ausneh mung für den Chip und seinen Träger Teile der verdeckten Ab schnitte abgefräst und dadurch Chipkontaktflächen geschaffen werden, die dann mit den Antennenkontakten des Chips bzw. seines Trägers leicht verbindbar sind.

Die verdickten Abschnitte können auf verschiedene Weise her gestellt werden. Es ist beispielsweise möglich, einen selek tiven Auftrag von Material in galvanischen Bädern zu erzeu gen. Vorzugsweise werden die verdickten Abschnitte jedoch aus Lot, insbesondere aus Weichlot gebildet. Dies kann beispiels weise in der üblichen Art und Weise geschehen, wie sie beim Verzinnen von gedruckten Schaltungen angewendet wird, also z. B. durch Führen der Antennenschicht über einen Lötschwall, wobei dann nur die Kontakte unabgedeckt sind. Bei einer ande ren Ausführungsform der Erfindung werden die Chipkontakte mittels bekannter Löt- bzw. Bondmaschinen bearbeitet, wobei man gegebenenfalls auch einen kurzen Draht innerhalb des Löt-"Hügels" stehen läßt, der bei der späteren Verbindung mit den Antennenkontakten eines Chips bzw. dessen Trägers von Vorteil sein kann. Wichtig ist hier lediglich, daß die Verdickung so hinreichend stark ist, daß beim späteren Ausfräsen der Auf nahmevertiefung für den Chip bzw. dessen Träger trotz ausrei chender Frästoleranz die Chipkontakte sicher freigelegt bzw. gebildet werden. Wenn man hierbei davon ausgeht, daß die An tennenschicht eine Trägerdicke von etwa 200 µm und eine Kupferschicht von etwa 35 µm aufweist, so wäre diese Kupfer schichtdicke bei den vorgegebenen Frästoleranzen von etwa 20-30 µm nicht einwandfrei sicher freizulegen. Wenn man jedoch eine Verdickung von 100-200 µm durch Löt-Auftrag vorsieht, so ist leicht ersichtlich, daß dann ein sicheres Anfräsen trotz der vorgegebenen Toleranzen möglich ist und dabei gleichzeitig sichergestellt wird, daß die sehr dünne Kupfer beschichtung der Antennenschicht nicht verletzt wird.

Es war zwar bisher üblich, derartige Antennenschichten mit ihrem auf der Oberfläche liegenden Relief aus geätzten Leiterbahnen in Kartenmaterial einzubetten. Daß der nunmehr beschrittene Weg tatsächlich funktioniert und derartig starke Verdickungen von 100-200 µm ohne weiteres in die Norm-Kar ten mit einer Gesamtdicke von 760 µm +/- 80 µm einbettbar sind, dies ist ausgesprochen überraschend.

Die Antennenkontakte können mit den Chipkontakten durch eine Vielzahl von elektrischen Verbindungsvorgängen verbunden wer den. Es sei hier beispielsweise an Schweißen oder Kleben mit tels elektrisch leitender Kleber erinnert. Vorzugsweise ge schieht die Verbindung jedoch durch Löten, was recht einfach und dabei gleichzeitig besonders haltbar ist. Dies gilt ins besondere dann, wenn die Fertigungen der Chipkontakte aus Weichlot bestehen.

Besonders günstig für den Anwender oder auch den programmie renden Hersteller der Chipkarte ist die Anordnung dann, wenn der Chip bzw. sein Träger auf seiner der Antennenschicht ab gewandten Seite zusätzliche Kontakte zum direkten (kontaktbe hafteten) Anschließen aufweist. Eine derart ausgebildete Karte, die sowohl kontaktlos als auch kontaktbehaftet benutz bar ist, kann beispielsweise beim Hersteller über den direk ten, kontaktbehafteten Zugang programmiert und dann vom Be nutzer nur noch kontaktlos verwendet werden.

Vorzugsweise umfaßt der Kartenkörper mindestens zwei Deck schichten, zwischen denen die Antennenschicht einlaminiert ist. Die Deckschicht, welche auf der Seite der Chipkontakte liegt, nimmt die Verdickungen gleichzeitig auf. Selbst dann, wenn sich die Verdickung auf der Kartenaußenseite nach dem Zusammenlaminieren abzeichnet (was bei einer fertigen Karte nicht duldbar wäre), ist dies unschädlich, da ja genau der Bereich, in welchem die Chipkontakte liegen, später abgefräst wird, so daß auch die sich durchdrückende Verdickung bzw. die Erhebung des auflaminierten Materials auf der Kartenoberflä che abgenommen wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der Chip einen Träger mit kartenaußenseitigen Kontaktflächen auf, wobei die Antennenkontakte von Durchkontaktierungsabschnitten (z. B. Bohrungen mit entsprechenden galvanischen Metallaufträgen im Bohrloch) gebildet sind, welche ein isolierendes Trägermate rial zum Halten der Kontaktflächen durchqueren. Derartige Karten können - wie leicht vorstellbar - auch in kontaktbe hafteten Systemen Verwendung finden.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Chip auf einem Träger mit karteninnenseitigen Kontaktflächen ange bracht, so daß die Antennenkontakte direkt auf den Chipkon takten zu liegen kommen. Um nun ein Verlöten der Kontakte miteinander zu ermöglichen ist es von Vorteil, wenn das Trä germaterial für die Kontaktflächen des Chips in den Antennen kontaktbereichen fortgenommen ist, so daß nach außen geöff nete Bereiche über den Rückseiten der Antennenkontakte lie gen. Dadurch sind die Kontaktflächen von außen zugänglich, um Werkzeuge, insbesondere solche zum Erwärmen auf die Antennen kontaktrückseiten drücken zu können. Es ist auch möglich, mittels Infrarotstrahlung (insbesondere durch einen Laser) die Kontaktflächen zum Löten zu erwärmen.

Bei einem wie oben erläutert beidseitig beschichteten Träger für den Chip kann wieder ein kontaktloses ebenso wie ein kon taktbehaftetes Zusatzgerät verwendet werden, um die Karte zu programmieren bzw. zu benutzen. Auch in diesem Fall ist je doch wichtig, daß im Bereich der Antennenkontakte eine Wärme übertragung zum Verlöten der Antennenkontakte mit den Chip kontakten stattfinden kann. Hierzu sind wieder Öffnungen im Träger bzw. den auf ihm angebrachten Kontaktflächen im Be reich der Chipkontakte vorgesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte umfaßt die folgenden Schritte:
Auf einer Antennenschicht wird eine Antenne mit Chipkontakten zum Anschluß eines Chips gebildet. Es sei hierbei betont, daß unter dem Begriff "Antenne" eine Vielzahl von solchen Struk turen zu verstehen ist, welche zur Bildung von Zusatzfunktio nen möglich sind, die zusätzlich zu denen des Chips gewünscht werden und die mit dem Chip über dessen Träger verbunden wer den müssen.

In einem nächsten Schritt werden auf den Chipkontakten ver dickte Abschnitte gebildet. Dies kann durch alle möglichen elektrochemischen Verfahren, durch Auftragschweißen oder auch durch den Auftrag von leitenden Kunststoffen geschehen.

In einem nächsten Schritt wird ein Kartenkörper derart gebil det, daß die Antennenschicht und die Chipkontakte einschließ lich der verdickten Abschnitte von Kartenmaterial bedeckt sind und mit diesem fest verbunden sind.

Im Kartenkörper wird eine Ausnehmung derart gebildet, daß die verdickten Abschnitte mindestens teilweise abgetragen und da durch freigelegt werden.

Ein Chip, umfassend einen Träger mit Antennenkontakten zur Verbindung der Träger-Leiterstrukturen mit der Antenne wird in die Ausnehmung eingesetzt.

Die Antennenkontakte werden mit den Chipkontakten verbunden.

Das Bilden der Antenne aus der Antennenschicht geschieht vor zugsweise in einem Ätz- oder einem Schneidvorgang.

Das Auftragen von Material auf die Chipkontakte geschieht vorzugsweise in einem Lötvorgang auf an sich bekannte Weise.

Die Bildung des Kartenkörpers geschieht vorzugsweise mittels eines Laminierungsvorgangs, wobei die Antennenschicht zwi schen zwei Deckschichten einlaminiert wird. Unter Deckschicht ist hierbei natürlich keine absolut homogene Struktur zu ver stehen, da derartige Schichten wiederum meist einen Mehr schichtigen Aufbau haben, wobei beispielsweise ein Aufdruck durch eine klare Deckschicht abgedeckt ist oder zur Verbin dung mit darunterliegenden Schichten eine auf zulaminierende Schicht besondere Verbindungs- oder Klebeschichten umfaßt.

Die Ausnehmung in der Karte wird in ans ich bekannter Weise vorzugsweise durch Fräsen gebildet. In die so gebildete Aus nehmung wird der Chip samt seinem Träger eingesetzt und vor zugsweise festgeklebt und zwar vorzugsweise mittels eines Schmelzklebers. Der Grund hierfür liegt insbesondere darin, daß beim nachfolgenden Verlöten der Antennenkontakte mit den Chipkontakten ein Höhenschwund (durch Fließen des Lötmateri als an den Kontakten) auftritt, der bei Verwendung von Cyan-Acrylatklebern nur schwer zu kompensieren, bei Verwendung von Schmelzklebern aber sehr leicht, gegebenenfalls auch nach träglich durch erneutes Aufwärmen zu kompensieren ist.

Die Wärme zum Verlöten kann durch ein von außen aufgesetztes Lötwerkzeug, also durch Wärmeleitung aufgebracht werden. Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird die Wärme durch Strahlung, insbesondere durch Strahlung eines IR-Lasers zugeführt. Es ist natürlich auch möglich, die Wärme über Ul traschall, also eigentlich als Reibungswärme zuzuführen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie drei verschiedene Ausführungsformen der so aufzubauenden Karte anhand von Abbildungen näher erläutert.

Hierbei zeigen

Fig. 1 Schematisierte Darstellungen von fünf Verfahrens schritten, und

Fig. 2-4 drei verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäß ausgebildeter Chipkarten im schematisierten Quer schnitt.

Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichwirkende Teile die selben Bezugsziffern verwendet. Es sei an dieser Stelle aber ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die in den Zeichnungen dargestellten Größenverhältnisse nicht den tatsächlichen Gegebenheiten entsprechen, insbeson dere sind die Schichtdicken der leitenden Schichten gegenüber den Kunststoffschichten erheblich niedriger.

In Fig. 1 ist eine Antennenschicht 10 im Querschnitt gezeigt, die aus einem Träger 11 mit einer daraufliegenden Beschich tung 12 besteht. Die Schichtdicke des Trägers kann etwa 200 µm, die Beschichtung 12 etwa 35 µm (Kupfer) betragen.

In einem ersten Verfahrensschritt wird in ans ich bekannter Weise durch selektives Ätzen ein Leiterbahnenmuster gebildet, das gemäß Fig. 1b Antennenbahnen 13, 14, 15 (an sich ist dies nur eine einzige, in Fig. 1b aber mehrmals geschnittene Bahn) sowie Chipkontakte 20, 21 umfaßt.

In einem nächsten Schritt, dessen Ergebnis in Fig. 1c gezeigt ist, werden auf den Chipkontakten 20, 21 Verdickungen 16, 17 geschaffen, die in dieser Ausführungsform der Erfindung als Lötauftrag gebildet sind. Diese Verdickungen können etwa 100-200 µm dick sein, sie sollen jedoch in jedem Fall so dick sein, daß die beim nachfolgenden Abfräsen auftretenden unver meidlichen Toleranzen in jedem Fall sicher aufgefangen werden können.

In einem nächsten Schritt, dessen Ergebnis in Fig. 1d gezeigt ist, wird auf die in Fig. 1c gezeigte Gesamtanordnung, also die Antennenschicht 10 samt den Verdickungen 16 und 17 eine obere Deckschicht 18 und eine untere Deckschicht 19 so aufla miniert, daß die Antennenschicht (gemäß Fig. 1c) vollständig eingeschlossen ist.

In einem nächsten Schritt, dessen Endergebnis in Fig. 1e ge zeigt ist, wird in an sich bekannter Weise eine Ausnehmung 24 in den Kartenkörper nach Fig. 1d gefräst. Die Fräsung ist hierbei derart tief, daß in dem Bereich, in welchem der Trä ger des Chips (hier noch nicht gezeigt) später zu liegen kommt, die Verdickungen 16 und 17 mit angefräst bzw. abge fräst werden, so daß sie in einer Bodenfläche der Vertiefung 24 freiliegende Zugangsflächen 22, 23 bilden.

In einem nächsten Schritt, dessen Endergebnis für drei Alter nativen in den Fig. 2-4 gezeigt ist, wird dann ein Chip mit Träger 25 eingesetzt. Dieser umfaßt ein IC 26 sowie einen Träger aus einem Trägermaterial 30 mit Außenkontakten 33, 34 und innenliegenden Antennenkontakten 31, 32, wobei die An schlußkontakte (nicht gezeigt) des IC 26 über Anschlußdrähte 28, 29 zu den Außenkontakten 33, 34 geführt sind. Der IC 26 ist mit samt Teilen seines Trägers mittels einer Vergußmasse 27 abgedeckt.

Beim Einsetzen des Chip mit Träger 25 in die Ausnehmung 24 der Karte wird die Anordnung mittels Schmelzkleber in der Öffnung fixiert. Dann wird ein Lötwerkzeug auf die Antennen kontakte 31, 32 aufgesetzt, so daß das in ihnen enthaltene Lot schmilzt und auch die darunterliegenden Verdickungen 16, 17, welche aus Lötmaterial gebildet sind, mit anschmelzen. Dadurch wird eine durchgehende Verlötung zwischen den Chipkontakten 20, 21 und den Außenkontakten 33, 34 und über die Anschlußdrähte 28, 29 zum IC 26 geschaffen. Nach dem Lö ten kann eine weitere endgültige Fixierung durch Aufwärmen des Schmelzklebers geschehen.

Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unter scheidet sich von der nach Fig. 2 dadurch, daß die Antennen kontakte 31, 32 als Metallisierungsschichten ausgebildet sind, die auf dem Trägermaterial 30 auf der das IC 26 tragen den Fläche ausgebildet sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sind Bohrungen 35, 36 im Trägermaterial 30 vorgese hen, so daß die Verdickungen 16, 17 bzw. der dort vorgesehene Lötauftrag von außen frei zugänglich ist. Man kann in diesem Fall durch die Bohrungen 35, 36 einen Laserstrahl zur Erwär mung auf den Lötauftrag 16 bzw. 17 richten, um so eine Löt verbindung zwischen den Chipkontakten 20, 21 und den Anten nenkontakten 31, 32 herzustellen.

Die in Fig. 4 gezeigte Variante unterscheidet sich von der nach Fig. 3 dadurch, daß die Bohrungen 35, 36 nicht durch die Antennenkontakte 31, 32 bzw. die sie bildenden Schichten hin durch geführt sind, sondern auf deren Rückseite enden. Da durch ist es aber immer noch möglich, die Antennenkontakte 31, 32 durch aufgesetzte Werkzeuge oder aber durch Wärme strahlung (IR-Laser) zu erwärmen, so daß eine Lötverbindung zwischen den Antennenkontakten 31, 32 und den Chipkontakten 20, 21 aufgebaut wird.

Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß auch mehrere Merk male, die in den Ausführungsformen der Fig. 2-4 gezeigt sind, miteinander kombiniert werden können. Insbesondere ist die Verwendung von beidseitig beschichteten Trägermaterialien 30 möglich. Es ist auch möglich, selbsttragende Metallkontakt einrichtungen als Chipträger 25 zu verwenden, wie sie an sich bekannt sind.

Bezugszeichenliste

10 Antennenschicht
11 Träger
12 Beschichtung
13 Antennenbahn
14 Antennenbahn
15 Antennenbahn
16 Lötauftrag
17 Lötauftrag
18 obere Deckschicht
19 untere Deckschicht
20 Chipkontakt
21 Chipkontakt
22 Zugangsfläche
23 Zugangsfläche
24 Ausnehmung
25 Chip mit Träger
26 IC
27 Vergußmasse
28 Anschlußdraht
29 Anschlußdraht
30 Trägermaterial
31 Antennenkontakt
32 Antennenkontakt
33 Außenkontakt
34 Außenkontakt
35 Bohrung
36 Bohrung

Claims

1. Chipkarte, umfassend einen Kartenkörper, eine aus diesem herausgearbeitete Ausnehmung (24), einen Chip (25) mit Antennenkontakten (31, 32) zum Anschluß einer Antenne, eine Antennen schicht (11, 12) mit Antenneneinrichtungen, insbesondere einer Spule im Kartenkörper, welche Chipkontakte (20, 21) zum Anschließen des Chips (25) aufweist, wobei die Chipkontakte (20, 21) verdickte Abschnitte (16, 17) auf weisen, die im Kartenkörper eingebettet und mindestens abschnittsweise beim Herausarbeiten bzw. Herausfräsen der Ausnehmung (24) abgetragen sind und wobei die Anten nenkontakte (31, 32) mit den Chipkontakten (20, 21) lei tend verbunden sind.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verdickten Abschnitte (16, 17) aus (Weich-) Lot be stehen.

3. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkontakte (31, 32) mit den Chipkontakten (20, 21) durch Löten verbunden sind.

4. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (25) auf seiner der Antennenschicht (11, 12) abgewandten Seite zusätzliche Kontakte (33, 34) zum di rekten Anschließen aufweist.

5. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kartenkörper mindestens zwei Deckschichten (18, 19) umfaßt, zwischen denen die Antennenschicht (11, 12) ein laminiert ist.

6. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (25) einen Träger (30) mit kartenaußenseitigen Kontaktflächen (33, 34) umfaßt, und daß die Antennenkon takte (31, 32) von Durchkontaktierungsabschnitten gebil det sind, welche den Träger (30) durchqueren.

7. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (25) einen Träger (30) mit karteninnenseitigen Kontaktflächen (31, 32) umfaßt.

8. Chipkarte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenkontakte (31, 32) direkt oder über Öffnungen (35, 36) von außen zugänglich, insbesondere erwärmbar sind.

9. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip (25) einen beidseitig beschichteten Träger um faßt.

10. Chipkarte nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (30) und/oder die auf ihm angebrachten Kon taktflächen (33, 34) im Bereich der Chipkontakte (20, 21) Öffnungen (35, 36) aufweisen.

11. Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, umfassend die Schritte

a) auf einer Antennenschicht wird eine Antenne mit Chipkontakten zum Anschluß eines Chips gebildet;
b) auf den Chipkontakten werden verdickte Abschnitte gebildet;
c) ein Kartenkörper wird derart gebildet, daß die An tennenschicht und die Chipkontakte einschließlich der verdickten Abschnitte vollständig von Kartenma terial bedeckt sind;
d) eine Ausnehmung wird im Kartenkörper derart gebil det, daß die verdickten Abschnitte mindestens teil weise abgetragen und dadurch freigelegt werden;
e) ein Chip, umfassend einen Träger mit Antennenkontakten wird die Ausnehmung eingesetzt;
f) die Antennenkontakte werden mit den Chipkontakten elektrisch leitend verbunden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt a) einen Ätzvorgang umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) Material in einem elektrochemischen Vor gang aufgetragen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt b) Material durch einen Lötvorgang aufgetra gen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt c) einen Laminierungsvorgang umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt c) die Antennenschicht zwischen mindestens zwei Deckschichten einlaminiert wird.

17. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt d) die Ausnehmung durch Fräsen gebildet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt e) der Chip mit Träger in der Ausnehmung festgeklebt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip mit Träger mittels Schmelzkleber in der Ausneh mung festgeklebt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Schritt f) die Antennenkontakte mit den Chipkontakten verlötet werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verlöten Wärme mittels eines von außen aufgesetzten Werkzeuges zugeführt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verlöten Wärme durch Strahlung, insbesondere einen IR-Laser zugeführt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verlöten Wärme durch mechanische Bewegung, insbe sondere Ultraschallschwingungen zugeführt wird.