DE19620550C1 - Verfahren zum Testen der elektrischen Funktionstüchtigkeit einer kontaktbehafteten Chipkarte und Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Testen der elektrischen Funktionstüchtigkeit einer kontaktbehafteten Chipkarte nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens. Solche Chipkarten sind in Form von Telefonkarten, Krankenversichertenkarten o. dgl. weit verbreitet.

Eine derartige Chipkarte enthält in einer sacklochartigen Aussparung des Kartenkörpers ein Chipmodul als Trägerelement für den Halbleiterbaustein mit elektrisch leitfähigen Kontaktflächen. Diese Kontaktflächen sind mit entsprechenden Anschlußpunkten des Halbleiterbausteins elektrisch leitend verbunden, so daß hierüber die Kommunikation mit externen Geräten ermöglicht wird. Dabei wird die elektrische Verbindung zwischen den Anschlußpunkten des Halbleiterbausteins und den Kontaktflächen bei den meisten der gegenwärtig hergestellten Chipkarten über dünne Aluminium- oder Golddrähte hergestellt, die in der sogenannten Bondtechnik befestigt werden. Zum Schutz vor mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen, z. B. Feuchtigkeit, sind der Halbleiterbaustein und die Verbindungsdrähte mit einer schützenden UV- oder thermisch aushärtenden Vergußmasse umgeben.

Alternativ hierzu gibt es Chipmodule bei denen die Anbindung des Halbleiterbausteins an die Kontaktflächen mit Hilfe der sogenannten Flip-Chip-Technik durchgeführt wird, wobei der Halbleiterbaustein mit seinen Anschlußpunkten ohne Verbindungsdrähte direkt, z. B. mittels eines leitfähigen Klebers, auf den Kontaktflächen elektrisch leitend fixiert wird.

Darüber hinaus sind kontaktbehaftete Chipkarten bekannt, bei denen kein fertiges Chipmodul in den Kartenkörper eingesetzt wird, sondern zur Ausbildung von Kontaktflächen direkt auf die Kartenoberfläche eine leitfähige Druckfarbe aufgebracht wird.

Zur Qualitätskontrolle werden aus den hergestellten Chipkarten Stichproben-Karten entnommen, die dann dynamischen Biegebeanspruchungen ausgesetzt werden - s.ISO 7816-1 und EN ISO/IEC 10373. Gemäß dieser Normen werden 4 Biegetests mit jeweils 250 Biegezyklen durchgeführt; und zwar Durchbiegung der Chipkarte über der Kartenlängsachse von maximal 10 mm und Durchbiegung über der Kartenquerachse von maximal 20 mm, wobei die Kartenoberseite mit den Kontaktflächen sowohl konvex als auch konkav gewölbt wird. Die Periodendauer eines Biegezyklus beträgt typischerweise 2 sec.

Zweck dieser Biegeprüfung ist es festzustellen, ob der Kartenkörper, der Halbleiterbaustein und die Verbindungen zwischen dem Halbleiterbaustein und den Kontaktflächen gegenüber Biegebeanspruchungen belastbar sind. Insbesondere bei Chipmodulen, wo die Verbindung zwischen Halbleiterbaustein und Kontaktflächen über sogenannte Bonddrähte hergestellt wird, die gemeinsam mit dem Halbleiterbaustein von einer Vergußmasse umgeben sind, werden die Bonddrähte in ihrer "Einbettung" (Vergußmasse) bei einer Biegung der Karte gedehnt bzw. gestaucht. In ungünstigen Fällen führt die Biegebelastung zu Bonddrahtbrüchen und/oder zu Drahtabrissen von den Kontaktflächen oder dem Halbleiterbaustein, so daß die Chipkarte nicht mehr funktionstüchtig ist.

Zum Feststellen von Bonddrahtbrüchen, Drahtabrissen oder anderen Schäden, die zur Funktionsuntüchtigkeit der Chipkarte führen, wird nach solchen Biegetests die elektrische Funktionstüchtigkeit der Chipkarte überprüft. Für diesen Zweck wird die Chipkarte in ein Handtestgerät gelegt, wo sich von oben Prüfkontakte auf die Kontaktflächen absenken, oder aber die Chipkarte wird in ein Chipkarten-Schreib-Lese­ gerät eingegeben. In beiden Fällen erfolgt die Überprüfung der elektrischen Funktionstüchtigkeit im ungebogenen, entspannten Zustand der Chipkarte. In diesem Zustand haben sich auch die Bonddrähte wieder entspannt, so daß gebrochene oder abgerissene Bonddrähte an ihrer Bruch- oder Abrißstelle wieder kontaktiert werden. Dadurch wird die Chipkarte kurzzeitig wieder funktionstüchtig - jedoch nur ein instabiler Zustand. Dies bedeutet, daß beim elektrischen Funktionstest eine solche Karte fälschlicherweise nicht als fehlerhaft erkannt wird. Sollte aus prozeßtechnischen Gründen das gesamte Fertigungslos aus dem die fälschlicherweise als gut befundene Karte entnommen wurde gegenüber häufigen Biegebeanspruchungen nicht belastbar sein, gelangen Chipkarten zur Auslieferung, die die spezifizierten Qualitätsanforderungen nicht erfüllen.

Um sicher festzustellen, ob die nach einem Biegetest geprüften Karten keine Bonddrahtbrüche oder Abrisse aufweisen, müßten die entsprechenden Chipmodule zeitintensiv unter Zuhilfenahme von Chemikalien geöffnet werden. Dies ist sehr aufwendig. Darüber hinaus werden durch die dafür benötigte Zeit notwendige Korrekturmaßnahmen in den Fertigungsprozeß zu spät eingeleitet.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu entwickeln, das es in zuverlässiger Weise einfach und schnell gestattet, Defekte von Chipkarten hinsichtlich ihrer elektrischen Funktionstüchtigkeit festzustellen. Außerdem soll eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 2 gelöst. Die sich daran anschließenden Unteransprüche enthalten vorteilhafte und förderliche Ausgestaltungen der Erfindung.

Die Vorrichtung zum sicheren und schnellen Testen der elektrischen Funktionstüchtigkeit einer kontaktbehafteten Chipkarte weist in einem Gestell eine Biegevorrichtung zur Aufnahme und zum Durchbiegen der Chipkarte über die Kartenlängsachse und/oder Kartenquerachse bis zu einem vorbestimmbaren Wert auf. In dem Gestell integriert sind in Richtung auf die Kontaktflächen der gewölbten Chipkarte verfahrbare Prüfkontakte, die mit einer Test- und Auswerteelektronik verbunden sind. Im gebogenen Zustand sind die Prüfkontakte unter Andruck mit der jeweils korrespondierenden Kontaktfläche leitend verbindbar. Damit erhält der Kartenkörper der zu prüfenden Chipkarte vor dem Aufsetzen der als Nadeln ausgebildeten Prüfkontakte eine definierte Biegespannung, die dem Maximum beim zyklischen Biegetest entspricht. Sollten Bonddrähte gebrochen oder abgerissen sein, wird das mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unmittelbar und zuverlässig festgestellt. Die Prüfkarte wird wechselseitig mit den Kontaktflächen nach oben und unten in die im Gestell integrierte Biegevorrichtung eingespannt, womit eine konkave und konvexe Wölbung erzielt wird. Um in beiden Fällen messen zu können, sind die Prüfkontakte zu beiden Seiten der Chipkarte angeordnet.

Die vorliegenden Zeichnungen dienen dem besseren Verständnis der Erfindung. Es zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine kontaktbehaftete Chipkarte,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Chipkarte im Bereich des Chipmoduls im nicht gebogenen Zustand,

Fig. 3 eine in der Prüfvorrichtung. eingespannte Chipkarte,

Fig. 4 + Fig. 5 eine konvex bzw. konkav gewölbte Chipkarte.

Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, liegt das Chipmodul 11 mit den Kontaktflächen 11A beabstandet zum Kartenmittelpunkt. Beabstandet zu den Kartenachsen (Kartenlängsachse B; Kartenquerachse A) ist beim Biegen der Karte der Krümmungsradius und damit die Biegebeanspruchung geringer als direkt entlang der Kartenachsen, wo diese maximal ist. Die Position des Chipmoduls 11 auf der Karte 1 ist somit bewußt unter dem Aspekt gewählt, die Biegebeanspruchung des Chipmoduls 11 beim Biegen der Karte 1 möglichst gering zu halten. Beim Durchbiegen ist die mechanische Belastung auf das Chipmodul 11 je nach Durchbiegung über die Kartenlängsachse (B) oder die Kartenquerachse (A) unterschiedlich hoch. Beim Biegetest treten die stärksten Beanspruchungen bei einer Kartenbiegung von 10 mm über die Kartenlängsachse (B) auf. Die Beanspruchungen des Chipmoduls 11 bei einer Kartenbiegung über die Kartenquerachse (A) von 20 mm sind dagegen wesentlich geringer und daher in der Regel als unkritisch zu betrachten. Somit ist beim elektrischen Funktionstest der Chipkarte 1 eine Zwangswölbung über die Kartenquerachse (A) in der Regel nicht notwendig. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann daher in einer ersten Ausführungsform so ausgebildet sein, daß nur eine Zwangswölbung über die Kartenlängsachse (B) für die Durchführung des elektrischen Funktionstest erzielt wird. Für weitergehende Testansprüche ist es nichtsdestotrotz vorgesehen, die erfindungsgemäße Vorrichtung so auszubilden, daß mit ihr sowohl eine Durchbiegung über die Kartenlängsachse als auch über die Kartenquerachse erfolgen kann. Außerdem kann die Biegevorrichtung zur Erzielung einer Torsionsbeanspruchung ausgelegt sein. Darüber hinaus ist es vorgesehen, zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen zu verwenden - eine zur Erzielung einer Zwangswölbung über der Kartenlängsachse (B) und eine zur Erzielung einer Zwangswölbung über der Kartenquerachse (A).

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Chipkarte 1 im Bereich des Chipmoduls 11 gezeigt, welches in einer sacklochartigen Aussparung 10 des Kartenkörpers fixiert ist. Auf der Rückseite des Chipmoduls 11 mit seinen Kontaktflächen 11A befindet sich der Halbleiterbaustein 11B, dessen Anschlußstellen über dünne Bonddrähte 11C mit den Kontaktflächen 11A verbunden sind. Zum Schutz vor mechanischen Belastungen und Umwelteinflüssen, z. B. Feuchtigkeit, sind der Halbleiterbaustein 11B und die Bonddrähte 11C mit einer schützenden UV- oder thermisch aushärtenden Vergußmasse 11D umgeben.

In Fig. 4 ist eine Chipkarte 1 mit konvex gewölbten Kontaktflächen 11A und in Fig. 5 mit konkav gewölbten Kontaktflächen 11A gezeigt. Bei Biegungen sind besonders die dünnen (ca. 35 µm) Bonddrähte 11C mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung mit darin eingespannter Chipkarte 1. In einem Gestell 2 ist eine Biegevorrichtung 3 zur Aufnahme und zum Durchbiegen der Chipkarte 1 bis zu einem vorbestimmten Wert angeordnet. Die Biegevorrichtung 3 weist zwei sich im Abstand parallel gegenüberliegende L-profilförmige Schienen 30 auf, zwischen denen die Chipkarte 1 einlegbar und einspannbar ist. Dabei dient jeweils der eine Schenkel 30A der Schiene 30 als Auflagefläche für die Chipkarte 1 und der andere Schenkel 30B als seitlicher Anschlag für die Kartenlängsseiten. Jeweils im Eckbereich der L-förmigen Schienen 30 befindet sich eine Nut 30C zur Aufnahme jeweils der Chipkarte 1 im Seitenkantenbereich, welche ein Herausspringen der unter Spannung stehenden Chipkarte 1 verhindert. Bei einer Verringerung des Abstandes zwischen den Schienen 30 wird eine eingelegte Chipkarte 1 in definierter Weise über der Auflagefläche gewölbt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine der Schienen 30 unverschiebbar in dem Gestell 2 angeordnet, während die andere in Richtung auf die feststehende Schiene 30 erschiebbar in der Biegevorrichtung 3 gehalten ist. Die verschiebbar auf Führungsachsen (nicht dargestellt) gehaltene Schiene wird dabei über das Umlegen eines in der Zeichnung nicht dargestellten Spannhebels verschoben, wobei eine eingelegte Chipkarte bei umgelegten Spannhebel in einer definiert gewölbten Stellung gehalten ist. Statt einer feststehenden und einer verschiebbaren Schiene (30) ist es auch vorgesehen, daß beide Schienen 30 in der Biegevorrichtung 3 relativ zueinander verschiebbar gehalten sind.

In dem Gestell 2 sind in Richtung auf die Kontaktflächen 11A der Chipkarte 1 verfahrbare, in ihrer Anordnung zu den Kontaktflächen 11A korrespondierende Prüfkontakte 4 integriert, die mit einer Test- und Auswerteelektronik, z. B. einschließlich eines PC′s, verbunden sind. Im definiert gewölbten Zustand der Chipkarte 1 sind die Prüfkontakte 4 unter Andruck mit der jeweils korrespondierenden Kontaktfläche 11A elektrisch leitend verbindbar. Die Prüfkontakte 4 sind in einem Halteblock 40 federnd gelagert, so daß sie beim Andruck an die Kontaktflächen 11A entgegen der Verfahrrichtung in den Halteblock 40 verschiebbar sind. Damit wird trotz der Wölbung des Chipmoduls 11 ein sicheres Auftreffen aller Prüfkontakte 4 auf die Kontaktflächen 11A gewährleistet. Der Halteblock 40 mit den Prüfkontakten 4 ist auf einem verfahrbaren Schlitten 41 montiert, der in Führungsschienen 42 gehalten ist und sich auf Federn 43 abstützt. Dieser Schlitten 41 wird nun zum Heranfahren der Prüfkontakte 4 durch Drücken auf einen Handgriff 44 entgegen der Federkraft nach unten gedrückt. Der Verfahrweg ist hubbegrenzt, so daß die Prüfkontakte 4 in der anschlagbegrenzten Stellung mit den Kontaktflächen 11A der definiert gewölbten Chipkarte 1 elektrisch leitend kontaktiert sind. Nach dem Kontaktieren der Prüfkontakte 4 wird über einen Mikroschalter (nicht dargestellt) das Testprogramm gestartet.

Damit die Lage der Kontaktflächen 11A einer in die Vorrichtung eingelegten Chipkarte der Position der Prüfkontakte 4 entspricht, weist die Biegevorrichtung 3 in Schienenlängsrichtung einen Lagefixierungsanschlag (nicht dargestellt) für die Chipkarte 1 auf, dabei stößt die Chipkarte 1 mit ihrer vorderen Normbezugskante an diesen Anschlag an.

Um mit dieser Vorrichtung Chipkarten 1 in der konvex und konkav gewölbten Position des Chipmoduls 11 testen zu können, sind unterhalb der der Biegevorrichtung 3 ebenfalls Prüfkontakte 4 vorgesehen. Je nach dem wie die Chipkarte 1 in die Biegevorrichtung 3 eingelegt wird (Kontaktflächen nach oben bzw. nach unten) werden die Kontaktflächen 11A konvex oder konkav gewölbt. Die unteren Prüfkontakte 4 sind ebenfalls in einem Halteblock 40 federnd gehalten, der auf einem vertikal verfahrbaren Schlitten 41 montiert ist. Zur Kontaktierung der Prüfkontakte 4 wird dieser Schlitten 41 mit einem Hebel (nicht dargestellt) nach oben bewegt.

Claims (14)

1. Verfahren zum Testen der elektrischen Funktionstüchtigkeit einer kontaktbehafteten Chipkarte (1), die einen im Kartenkörper angeordneten Halbleiterbaustein (11B) und elektrisch leitende Kontaktflächen (11A) zur Kommunikation mit externen Geräten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
in einem ersten Schritt die Chipkarte (1) über die Kartenlängsachse (B) und/oder Querachse (A) bis zu einer definierten Position gebogen wird,
in einem zweiten Schritt zu den Kontaktflächen (11A) korrespondierende Prüfkontakte (4) mit den Kontaktflächen (11A) elektrisch leitend verbunden werden und ein Testprogramm gestartet wird.

2. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

• - eine in einem Gestell (2) angeordnete Biegevorrichtung (3) zur Aufnahme und zum Durchbiegen der Chipkarte (1) über der Kartenlängsachse (B) und/oder Querachse (A) bis zu einem vorbestimmbaren Wert,
• - in dem Gestell (2) angeordnete, in Richtung auf die Kontaktflächen (11A) der Chipkarte (1) verfahrbare, in ihrer Anordnung zu den Kontaktflächen (11A) korrespondierende Prüfkontakte (4), die mit einer Test- und Auswertelektronik verbunden sind,
• - wobei im gebogenen Zustand der Chipkarte (1) die Prüfkontakte (4) unter Andruck mit der jeweils korrespondierenden Kontaktfläche (11A) elektrisch leitend verbindbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkontakte (4) in einem Halteblock (40) federnd angeordnet sind, so daß sie beim Andruck an die Kontaktflächen (11A) entgegen der Verfahrrichtung in den Halteblock (40) verschiebbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegevorrichtung (3) zwei sich im Abstand parallel gegenüberliegende L-profilförmige Schienen (30), zwischen denen die Chipkarte (1) einlegbar und einspannbar ist, aufweist, wobei jeweils der eine Schenkel (30A) der Schiene (30) als Auflagefläche für die Chipkarte (1) und der andere Schenkel (30B) als seitlicher Anschlag dient, so daß eine zwischen den Schienen (30) eingelegte Chipkarte (1) sich bei einer Verringerung des Schienenabstandes nur über der Auflagefläche wölbt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils im Eckbereich der L-förmigen Schienen (30) eine Nut (30C) zur Aufnahme jeweils der Chipkarte (1) im Seitenkantenbereich vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (30C) schräg zum als Auflagefläche dienenden Schienenschenkel (30A) verläuft.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfkontakte (4) zu beiden Seiten der Chipkarte (1) vorhanden sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine der Schienen (30) fest angeordnet ist und die andere in Richtung auf die feststehende Schiene (30) verschiebbar in der Biegevorrichtung (3) gehalten ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Biegevorrichtung (3) verschiebbar gehaltene Schiene (30) über einen Spannhebel verfahrbar ist und die eingelegte Chipkarte (1) bei umgelegtem Spannhebel in einer definiert gewölbten Stellung gehalten ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schienen (30) in der Biegevorrichtung (3) relativ zueinander verschiebbar gehalten sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegevorrichtung (3) in Schienenlängsrichtung einen Lagefixierungsanschlag für die Chipkarte (1) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrweg der Prüfkontakte (4) über einen Anschlag hubbegrenzt ist, so daß die Prüfkontakte (4) in der anschlagbegrenzten Stellung mit den Kontaktflächen (11A) der definiert gewölbten Chipkarte (1) elektrisch leitend kontaktiert sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen Schalter zum Starten des Testprogramms aufweist, der von automatisch betätigt wird, wenn die Prüfkontakte (4) die anschlagbegrenzte Stellung erreicht haben.

14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Test- und Auswerteelektronik mit einem Computer verbunden ist.