DE19627827A1

DE19627827A1 - Chipkarte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19627827A1
Application number: DE19627827A
Authority: DE
Inventors: Martin Gruber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-07-10
Filing date: 1996-07-10
Publication date: 1998-01-22
Also published as: WO1998001821A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Kartengrundkör per, einem Halbleiterchip in einer Ausnehmung der Chipkarte und einer Induktionsspule zur induktiven Daten- und/oder Energie übertragung.

Chipkarten sind aus einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. Sie werden beispielsweise als Telefonchipkarten mit ohmschen Außen kontaktflächen zur Abbuchung von Gebühreneinheiten eingesetzt. Aus Identifikationssystemen sind auch Chipkarten mit einer ge wickelten Induktionsspule zur kontaktlosen Energie- und Daten übertragung bekannt. Es besteht jedoch das Problem, eine solche Karte mit Induktionsspule auf die gebräuchlichen, z. B. nach ISO-Norm vorgeschriebenen Abmessungen zu reduzieren. Dabei ist insbesondere die maximale Höhe von 0,8 mm schwer zu realisie ren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Chip karte der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen beson ders flachen Aufbau aufweist und dabei einfach herzustellen ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Chipkarte geschaffen werden.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die Induktionsspu le aus einer unmittelbar auf den Kartengrundkörper aufge brachten spiralförmigen Leiterbahn besteht, daß die beiden Leiterbahnenden der Induktionsspule über eine Innenwand der Ausnehmung in die Ausnehmung geführt und dort mit jeweils einer Drahtanschlußfläche versehen sind, und daß die Draht anschlußflächen mit dem Halbleiterchip innerhalb der Ausneh mung drahtkontaktiert sind. Durch die erfindungsgemäße Aus bildung der Chipkarte ist es möglich, eine extrem flache Karte herzustellen, die insbesondere der betreffenden ISO-Norm entspricht und die eine Induktionsspule aufweist, die innerhalb der Ausnehmung mit dem Halbleiterchip kontaktiert ist, so daß auch dort die vorgeschriebenen Höhenabmessungen eingehalten werden können. Die Ausnehmung kann z. B. ausge fräst werden.

Grundsätzlich können die Innenwände der Ausnehmung etwa un ter einem 90°-Winkel zur Kartengrundkörperoberfläche verlau fen. Es ist jedoch zweckmäßig, daß die die Leiterbahn tra genden Innenwände der Ausnehmung, über welche die Leiterbah nen in die Ausnehmung geführt sind, als abgeschrägte Flä chen, in der Art einer Rampe, unter einem stumpfen Winkel bezüglich der leiterbahntragenden Kartengrundkörperoberflä che ausgebildet sind. Die Übergänge sind bevorzugt weiter abgeschrägt oder abgerundet, so daß keine kritischen Kanten oder Knicke entstehen.

Auf diese Weise ist die Leiterbahn an den Übergängen gegen Bruch- und Rißbildungen, Ablösung und ähnliche Verschlechte rungen geschützt.

Es ist ferner zweckmäßig, daß die Drahtanschlußflächen auf mindestem einem Absatz, einem Sockel oder einer Stufe paral lel versetzt zur Kartengrundkörperoberfläche etwa auf glei cher Höhe wie die Anschlußpunkte des Halbleiter-Chips ange ordnet sind. Somit kann die Drahtkontaktierung zwischen Halbleiter-Chip und Induktionsspule zuverlässig und auf ein fache Weise mit an sich bekannten Kontaktierverfahren durch geführt werden.

Bevorzugt werden dabei ein Leiterbahnende außenseitig zum Halbleiterchip und sämtliche andere Leiterbahnabschnitte in nenseitig zum Halbleiterchip geführt. Die Begriffe Innen- und Außenseite sind unter Berücksichtigung der Halbleiter chipposition auf der Gesamtchipkarte zu verstehen. Durch diese Anordnung der Induktionsspulenenden kann mit relativ kurzen Bonddrähten eine Kontaktierung vorgenommen werden. Führt man die Leiterbahnen auf der Außenseite des Halblei terchips entlang, so erhöht sich die Induktionsspulenfläche und damit auch die Empfindlichkeit. Andererseits liegt bei Führung der Leiterbahnen entlang der Innenseite des Halblei terchips dieser außerhalb des Hauptmagnetfelds, so daß uner wünschte Kopplungen vermieden werden können.

Optimal kurze Drahtverbindungen zwischen Halbleiter-Chip und Induktionsspule erhält man dadurch, daß die Drahtanschluß flächen an zwei gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter-Chips und benachbart zu diesem angeordnet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind zusätzlich Außenkontaktflächen an der Kartengrundkörperoberfläche für den Halbleiter-Chip vorgesehen, mit denen eine Daten- und Energie übertragung mit Hilfe von ohmschen Kontakten durchgeführt wer den kann. Auf diese Weise entsteht eine Kombichipkarte, mit der sowohl eine leitungslose als auch leitungsgebundene Daten- und Energieübertragung möglich ist, und die sich zur Verwendung in den verschiedenen Anwendersystemen in Handel, Industrie, Ver waltung usw. eignet. Die elektrischen Kontakte liegen günsti gerweise auf der der Induktionsspule gegenüberliegenden Seite der Karte und ebenfalls im Bereich der Ausnehmung, wenn diese als Durchbruch mit ober- und unterseitiger Öffnung ausgebildet ist. Die Kontaktierung mit dem Halbleiterchip kann dadurch ebenfalls in der Ausnehmung durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein Chip träger, der auch als Modulträger bezeichnet werden kann, ver wendet, der auf seiner außenliegenden Seite die elektrischen Kontaktstellen für einen kontaktgebundenen Datenaustausch auf weist. Bei der späteren Kontaktierung wird der Halbleiterchip dann nicht nur mit der Induktionsspule sondern auch mit diesen Kontaktflächen elektrisch verbunden. Durch dieses Verfahren läßt sich auf einfache Weise die Kombichipkarte zum kontaktlo sen und kontaktbehafteten Datenaustausch zusammenbauen. Der Chipträger wird günstigerweise durch ein Kalt-Klebe-Verfahren auf dem Kartengrundkörper montiert. Möglich ist jedoch auch das Hot-Meld-Verfahren oder auch ein Standard-Einklebe-Verfahren. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips mit der In duktionsspule oder dem Modulträger zur Kontaktierung der elek trischen Kontaktflächen erfolgt günstigerweise durch Bonden.

Die Induktionsspule wird vorzugsweise auf die Karte aufge druckt, so daß eine sehr flache, nicht auftragende Leiterbahn anordnung hergestellt werden kann. Dies kann beispielsweise durch ein Siebdruckverfahren erfolgen. Auch eine galvanische Aufbringung der Leiterbahn zur Ausbildung der Induktionsspule ist zu diesem Zweck möglich.

Eine vorteilhafte weitere Alternative für eine sehr flache Chipkartenausbildung besteht darin, daß die Induktionsspule als Drahtspule ausgebildet ist und daß der Spulendraht auf den Kar tengrundkörper auflaminiert ist.

Wenn daher im folgenden auf "Leiterbahn" bezug genommen ist, so soll dieser Begriff auch sinngemäß "Spulendraht" umfassen.

Zur erfindungsgemäßen Herstellung einer solchen Chipkarte wird zunächst in einem Kartengrundkörper eine durchgehende Ausneh mung erzeugt und eine Induktionsspule aufgedruckt oder galva nisch aufgebracht. In der Ausnehmung wird ein Chipträger mon tiert und auf den Chipträger der Halbleiterchip befestigt. Im Anschluß daran werden Drahtverbindungen zwischen dem Halblei terchip und der Induktionsspule erzeugt. Die Ausnehmung wird danach mit einem aushärtenden Gel aufgefüllt, so daß eine glat te und bündige Oberfläche entsteht und Halbleiterchip und Bond drähte sowie Induktionsspulenanschlüsse dicht abgedeckt und ge schützt sind.

Ein solcher Herstellungsprozeß gewährleistet eine einfache und kostengünstige Herstellung einer kontaktlosen Kombi-Chipkarte mit integrierter Induktionsspule und Außenkontaktflächen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im einzel nen zeigen die schematischen Darstellungen in

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Chipkarte;

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1; und

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Kartengrundkörper 1 dargestellt, auf den entlang des Umfangs eine, von einer spi ralförmig verlaufenden Leiterbahn 2 gebildete Induktionsspule 14 aufgedruckt oder galvanisch aufgebracht ist. Die Induktions spule 14 verläuft im wesentlichen entlang der Außenkontur des Kartengrundkörpers 1, um eine möglichst große Fläche zu um schließen und dadurch eine besonders hohe Empfindlichkeit zu erreichen. An einer Schmalseite befindet sich eine durchgehende Ausnehmung 3 mit einem darin zentral angeordnetem Halbleiter chip 4.

Die Ausnehmung 3 weist als Teil der Innenwand der Ausnehmung 3 in Leiterbahnrichtung verlaufende, rampenartig abgeflachten Be reiche 5 und 6 auf, durch die die Leiterbahn 2 in mehreren ne beneinanderliegenden Abschnitten in die Ausnehmung 3 geführt werden. An den beiden Leiterbahnenden sind mit einem kontak tierfähigen Material, wie z. B. Gold, Drahtanschlußflächen 7 und 8 ausgebildet, die mit dem Halbleiterchip 4 drahtkontaktiert sind. Die eine Drahtanschlußfläche 8 liegt bezüglich des Halb leiterchips außenseitig innerhalb der Ausnehmung 3.

Gestrichelt sind in der Ausnehmung 3 die auf dem Boden der Aus nehmung 3 auf einem Chipträger 12 (Fig. 2) angeordneten Außen kontaktflächen 9, die über Bonddrähte 10 mit dem Halbleiterchip kontaktiert sind.

Die Ausnehmung 3 weist einen zentralen rechteckigen Bereich auf, der eine von der Kartenoberseite bis zur Kartenunterseite durchgehende Öffnung (Durchbruch) bildet. In diesem Bereich wird bündig mit der spulenabgewandten Oberfläche des Karten grundkörpers 1 der Chipträger 12, der auch als Modulträger (Epoxy-Modulträger bezeichnet wird, eingesetzt und darauf der Halbleiterchip 4 aufgeklebt. Am Chipträger 12 sind ferner die Außenkontaktflächen 9 angebracht.

Die Ausnehmung 3 weist an beiden Seiten parallel zum Verlauf der Leiterbahn 2 einen rechtwinkligen Absatz bzw. eine Stufe entlang der Kartenschmalseite auf, so daß auf diesen Absätzen 11 die Leiterbahnabschnitte der Induktionsspule 14 möglichst nah an die Kontaktstellen des Halbleiterchips 4 entlanggeführt werden. Die Absätze 11 befinden sich also auf den beiden gegen überliegenden Seiten des zentralen Bereichs der Ausnehmung 3, die parallel zu den Schmalseiten des Kartengrundkörpers 1 aus gerichtet sind. Die Absätze 11 entsprechen in ihrer Länge dem zentralen Bereich der Ausnehmung 3. An diese Seiten schließen sich die schräg verlaufenden Bereiche 5 und 6 an, die rampenar tig von außen vom Niveau der Kartengrundkörperoberfläche 1 un ter einem stumpfen Neigungswinkel α bis auf das Niveau der Ab sätze 11 heruntergeführt sind. Die abgeflachten Bereiche 5, 6 bilden also einen allmählichen Übergang von der Kartengrundkör peroberfläche zu den seitlichen Absätzen 11. Über diese Rampen wird die Leiterbahn 2 bzw. die betreffenden Abschnitte der In duktionsspule 14 unter Vermeidung von Knicken auf die Höhe des Halbleiterchips 4 geführt. Die Übergänge zwischen Kartengrund körper 1 und abgeflachtem Bereich 5, 6 einerseits und den abge flachten Bereichen 5, 6 und den Absätzen 11 andererseits können zu diesem Zweck zusätzlich noch abgerundet sein.

Ein Querschnitt entlang der Linie II-II ist in Fig. 2 darge stellt. Der insgesamt 0,8 mm hohe Kartengrundkörper 1 weist in einem Seitenbereich die Ausnehmung 3 mit einem Absatz 11 auf. Der Absatz 11 liegt in einer Höhe von ungefähr 0,6 mm, so daß die Leiterbahnabschnitte der Induktionsspule 14 also um etwa 0,2 mm von der Oberfläche des Kartengrundkörpers 1 auf den Ab satz 11 heruntergeführt werden. Die Induktionsspule 14 liegt im Bereich der Oberseite des Kartengrundkörpers 1 während die Au ßenkontaktflächen 9 zum leitungsgebundenen Daten-/Energieaus tausch auf der Unterseite angeordnet sind. Die Außenkontaktflä chen 9 sind in den Chipträger 12 (Epoxy-Modulträger) inte griert. Die räumliche Anordnung ist durch eine ISO-Norm defi niert. Bonddrähte 10 führen von dem Halbleiterchip 4 sowohl zu den Außenkontaktflächen 9 als auch zu den Drahtanschlußflächen 7, 8 der Induktionsspule 14.

Die Ausnehmung 3 ist einerseits durch den Chipträger 12 und an derseits mit einer sogenannten Globe Top Abdeckung gefüllt, die üblicherweise durch ein aushärtendes Gel 13 gebildet wird und bündig mit der Oberseite des Kartengrundkörpers 1 abschließt und die Bonddrähte 10 und den Halbleiterchip 4 dicht einhüllt und schützt. Das aushärtende Gel 13 kann z. B. auch aus einer UV-Abdeckmasse bestehen, die bei UV-Bestrahlung aushärtet. Der Chipträger 12 schließt bündig mit der Unterseite des Karten grundkörpers 1 ab.

Die abgeflachten Bereiche 5 und 6 werden besonders in im Fig. 3 dargestellten Querschnitt der Linie III-III aus Fig. 1 deut lich. Entlang der Schrägen wird die Leiterbahn der Induktions spule 14 geführt. Der Schnitt III-III ist auf dem Absatz 11 entlang geführt, so daß die Ausnehmung in diesem Bereich nicht bis zur Unterseite des Kartengrundkörpers 1 reicht.

Diese Chipkarte wird dadurch hergestellt, daß auf den mit der Ausnehmung 3 versehenen Kartengrundkörper 1 die Induktionsspule 14 aufgedruckt oder galvanisch aufgebracht wird und ein Chip träger 12, der auch als Modulträger (Epoxy-Modulträger) be zeichnet wird, an einer Seite der Ausnehmung 3 durch ein Stan dard-Einklebe-Verfahren montiert wird. Auf diesem Chipträger 12 wird der Halbleiterchip 4 direkt durch Anwendung einer Stan dard-Chip-Klebung befestigt. Dann werden Drahtverbindungen vom Halbleiterchip 4 zur Induktionsspule 14 und zum Chipträger 12 durch Anwendung eines Standard-Kontaktier-Verfahrens erzeugt. Abschließend werden der Halbleiterchip 4 und die Bonddrähte 10 durch das Gel 13 umhüllt. Das Verfahren zeichnet sich durch die direkte Montage und Verdrahtung des Halbleiterchips 4 im Kar tengrundkörper 1 aus, wodurch der Anschluß an die Induktions spule 14 im Bereich der Ausnehmung 3 auf einfache Weise und oh ne Überstand an der Chipkartenoberfläche hergestellt werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Kartengrundkörper
2 Leiterbahn
3 Ausnehmung
4 Halbleiterchip
5 abgeschrägte Fläche
6 abgeschrägte Fläche
7 Drahtanschlußfläche
8 Drahtanschlußfläche
9 Außenkontaktfläche
10 Bonddraht
11 Absatz
12 Chipträger
13 Gel
14 Induktionsspule
15
16
17
18
19
20

Claims

1. Chipkarte mit einem Kartengrundkörper, einem Halbleiter-Chip in einer Ausnehmung des Kartengrundkörpers und mit einer Induk tionsspule zur Daten- und/oder Energieübertragung, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (14) aus einer unmittelbar auf den Kar tengrundkörper (1) aufgebrachten, spiralförmigen Leiterbahn (2) besteht, daß die beiden Leiterbahnenden der Induktionsspule (14) über eine Innenwand der Ausnehmung (3) in die Ausnehmung (3) geführt und dort mit jeweils einer Drahtanschlußfläche (7, 8) versehen sind, und daß die Drahtanschlußflächen (7, 8) mit dem Halbleiter-Chip (4) innerhalb der Ausnehmung (3) drahtkon taktiert sind.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise als abgeschrägte, in Leiterbahnrichtung verlaufende Flächen (5, 6) unter einem stumpfen Winkel bezüg lich der leiterbahntragenden Kartengrundkörper-Oberseite vor handen sind, über welche die Leiterbahn (2) in die Ausnehmung (3) geführt ist.

3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtanschlußflächen (7, 8) auf mindestens einem Absatz (11) parallel versetzt zur Kartengrundkörperoberfläche etwa auf gleicher Höhe wie die Anschlußpunkte des Halbleiter-Chips (4) angeordnet sind.

4. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtanschlußflächen (7, 8) an zwei gegenüberliegenden Seiten des Halbleiter-Chips (4) und benachbart zu diesem ange ordnet sind.

5. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3) als Durchbruch ausgebildet ist, daß sie einen Chipträger (12) mit an sich bekannten Außenkon taktflächen (9) aufweist, welcher die Ausnehmung (3) oberflä chenbündig auf der der Leiterbahn (2) gegenüberliegenden Seite des Kartengrundkörpers (1) abschließt, daß der Halbleiter-Chip (4) auf dem Chipträger angebracht und mit den Außenkontaktflächen (9) von deren Rückseite her inner halb der Ausnehmung (3) drahtkontaktiert ist, und daß die In duktionsspule (14) und die Außenkontaktflächen (9) auf gegen überliegenden Seiten des Kartengrundkörpers (1) angeordnet sind.

6. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abschnitt der Induktionsspule (14) zwischen einer der Drahtanschlußflächen (7) und dem Halbleiterchip (4) durch die Ausnehmung (3) geführt ist.

7. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (3) unter Einschluß der in der Ausnehmung (3) angeordneten Teile mit einem ausgehärteten Gel ausgefüllt ist.

8. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (14) aufgedruckt wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (14) galvanisch unmittelbar auf den Kartengrundkörper (1) aufgebracht wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule aus einer Drahtspule besteht, die auf den Kartengrundkörper auflaminiert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (12) durch ein Klebe-Verfahren auf dem Kar tengrundkörper (1) befestigt wird.