DE19632117C1 - Datenträger zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Datenträger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Datenträger ist aus der EP 0710919 A2 bekannt geworden. Dieser umfaßt ein elektronisches Modul mit einem integrierten Schaltkreis (Halbleiterchip) und eine drahtge­ wickelte Spule, wobei der integrierte Schaltkreis direkt auf der gewickelten Spule aufliegt. Die Spule ist im Bereich des integrierten Schaltkreises mit einer Vergußmasse vergossen.

Aus der DE 44 03 513 A1 ist ein aus Papier und/oder Karton be­ stehender Datenträger bekannt geworden. Die in dieser Druck­ schrift näher erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf kontaktbehaftete Chipkarten, die auf ihrer Oberfläche Kon­ taktflächen für die berührende Kontaktabnahme tragen. Es ist erwähnt, daß die Chipkarte auch mit einem elektronischen Mo­ dul versehen werden kann, welches für einen berührungslosen Datenaustausch geeignet ist. Nähere Einzelheiten einer sol­ chen aus Papier oder Karton bestehenden kontaktlosen Chipkar­ te sind allerdings nicht dargestellt.

Datenträger der gattungsgemäßen Art sind insbesondere in der Form einer im Scheckkartenformat ausgebildeten kontaktlosen Chipkarte bekannt, welche aufgrund einer hohen funktionalen Flexibilität äußerst vielseitig zum Einsatz gelangt. Neben den derzeit typischen Anwendungsfeldern solcher Chipkarten in der Form von Krankenversichertenkarten, Gleitzeiterfassungs­ karten, Telefonkarten und dergleichen ergeben sich zukünftig insbesondere Anwendungen im öffentlichen Personennahverkehr, wo in möglichst kurzer Zeit möglichst viele Personen erfaßt werden müssen. Bei solchen Anwendungen bieten kontaktlose Chipkarten gegenüber den kontaktbehafteten Chipkarten dadurch Vorteile, daß erstere nicht unbedingt in eine Lese- bzw. Schreibstation eingesteckt werden müssen, sondern berührungs­ los über eine Entfernung von bis zu einigen Metern funktio­ nieren. Neben weiteren Vorteilen bietet die kontaktlose Chip­ karte den Vorzug, daß keine technischen Elemente an der Kar­ tenoberfläche sichtbar sind, so daß die optische Gestaltung der Kartenoberfläche nicht durch Magnetstreifen oder Kontakt­ flächen eingeschränkt wird. Die Nachteile bei den derzeit verfügbaren kontaktlosen Chipkarten liegen vor allem in den zusätzlichen Bauelementen wie Übertragungsspulen oder Konden­ satorplatten, die in die Karte zu integrieren sind. Darüber hinaus ist die in der kontaktlosen Chipkarte erforderliche Elektronik zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Si­ gnalen an die Lese- bzw. Schreibstation aufwendiger. Im Prin­ zip geeignet hierfür sind Schaltungen, die eine Signalüber­ tragung mittels Mikrowellen, optischer Signale, kapazitiver oder induktiver Kopplung ermöglichen, wobei sich wegen der flachen Bauform der Chipkarte am ehesten die kapazitive und die induktive Kopplung eignen. Derzeit erfolgt bei den mei­ sten kontaktlosen Karten die Übertragung auf induktivem Wege, mit dem sich sowohl die Daten wie auch die Energieübertragung realisieren lassen. So sind im Kartenkörper eine oder mehrere Induktionsspulen integriert ausgebildet, die auf geeignete Weise mit der auf dem Halbleiterchip befindlichen Schaltung kontaktiert sind. Die Übertragung von elektrischen Signalen erfolgt nach dem Prinzip des lose gekoppelten Transformators, wobei die Trägerfrequenz beispielsweise im Bereich zwischen 100 und 300 kHz oder bei einigen MHz, insbesondere der Indu­ striefrequenz von 13,56 MHz liegt. Hierfür werden Indukti­ onsspulen mit einem gegenüber der Grundfläche des Halbleiter­ chips von in der Größenordnung etwa 10 mm² wesentlich größe­ ren Spulenflächen von typischerweise etwa 30 bis 40 cm² benö­ tigt, wobei die Induktionsspule in der Regel nur wenige Win­ dungen aufweist und flach ausgebildet ist. In der Regel wer­ den die Halbleiterbauelemente in Form von vorgefertigten Mo­ dulen oder direkt als Chip auf die geätzte Spule montiert, anschließend wird das als separates Bauteil vorliegende Chip­ modul samt der Induktionsspule zur Fertigstellung der Chip­ karte in den Kartenkörper einlaminiert, wobei für den Volu­ menausgleich beim Laminieren gegebenenfalls mit Ausstanzungen versehene Zwischenfolien als Inlettfolien eingebracht werden.

Die bisher verwendeten kontaktlosen Chipkarten wurden aus­ nahmslos mit Vollkunststoffmaterialien und überwiegend in äu­ ßeren Abmessungen hergestellt, die den ISO-Standardmaßen ent­ sprechen. Kennzeichnend für diese Standardvorgaben ist dar­ über hinaus eine hohe mechanische Flexibilität des Kartenkör­ pers, welche jedoch besondere Maßnahmen zum Schutz des gegen­ über Biege- oder Torsionsbeanspruchungen sehr empfindlichen Halbleiterchips bedingen, welche in einem aufwendigen und folglich kostenintensiven Herstellungs- und Montageaufwand der kontaktlosen Chipkarte resultieren. Die nach ISO-Standard zu fertigenden kontaktlosen Chipkarten bestehen aus Kunst­ stoff-Einzelschichten, die aufeinander laminiert werden. Auf­ wendig ist hierbei insbesondere die Fertigung des in der Re­ gel aus sechs bis sieben Kunststofflagen bestehenden Karten­ aufbaus und die sich hieran anschließende Oberflächengestal­ tung hinsichtlich Beschriftung und Versehen mit einer Über­ zugsschicht. Die damit verbundenen hohen Herstellungskosten solcher kontaktlosen Chipkarten können in der Regel nicht von allen gewünschten Anwendungen getragen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Datenträger zur Übertragung von elektrischen Signalen an eine Lese- bzw. Schreibstation zur Verfügung zu stellen, welche gegenüber den bisherigen kontaktlosen Chipkarten mit Kunst­ stoffkörpern wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Datenträger gemäß Anspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Datenträgerkörper zwei Pappe- oder Papierlagen aufweist, zwischen denen ein den Halbleiterchip wenigstens teilweise umgebendes Versteifungs­ element eingebracht ist. Dem Prinzip der Erfindung folgend ist das Versteifungselement wenigstens bereichsweise durch die Windungen der Induktionsspule ausgebildet.

Abweichend von den ISO-Standardvorgaben wird ein äußerst preiswert herzustellender Datenträger gewissermaßen im Sinne einer Billig-Chipkarte vorgeschlagen, welche auf den Voll­ kunststoffkörper verzichtet. Darüber hinaus kann die Ge­ samtstärke des erfindungsgemäßen Datenträgers gegenüber den ISO-Standardvorgaben heraufgesetzt sein, so daß besondere Maßnahmen zum Schutz des Halbleiterchips, wie sie bei den bisherigen Chipkarten nach ISO-Standard erforderlich sind, weggelassen werden können.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß die ohnehin vorgesehenen Windungen der zwi­ schen den beiden Pappe- oder Papierlagen eingebrachten Induk­ tionsspule in gleicher Bauhöhe und in gleicher Montageebene wie der Halbleiterchip bzw. das Halbleiterchipgehäuse ange­ ordnet ist und somit gleichzeitig als Versteifungselement zum Schutz des Halbleiterchips vor mechanischen Belastungen dient. Zur Gewährleistung einer ausreichend hohen mechani­ schen Steifigkeit besitzen die aus Lackdraht bestehenden Win­ dungen der Induktionsspule einen Durchmesser von wenigstens 200 µm, insbesondere vorzugsweise von wenigstens 500 µm.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß der zwischen den beiden Pappe- oder Papierlagen eingebrachten Induktionsspule ein Spulenkern, insbesondere Ferritkern zugeordnet ist, welcher den Halbleiterchip bzw. ein Halbleiterchipgehäuse wenigstens teilweise umgibt bzw. wenigstens annähernd formschlüssig auf­ nimmt, und dessen Bauhöhe und Montageebene wiederum der des Halbleiterchips bzw. des Halbleiterchipgehäuses entspricht. Der Spulenkern dient hierbei ebenso wie die aus Dickdraht ge­ fertigten Windungen der Induktionsspule als Versteifungsele­ ment für einen mechanischen Schutz des Halbleiterchips. Ins­ gesamt ist der erfindungsgemäße Datenträger im Unterschied zu vorbekannten Vollkunststoff-Chipkarten deutlich biegesteifer, wodurch sich besondere Schutzvorkehrungen des Halbleiterchips gegenüber mechanischen Belastungen erübrigen.

Bei einer weiterhin bevorzugten Ausführung kann vorgesehen sein, daß die beiden Pappe- oder Papierlagen des Datenträ­ gerkörpers auf ihrer jeweils dem Halbleiterchip zugewandten Oberfläche mit einer Klebe- bzw. Haftschicht versehen sind. Die Klebe- bzw. Haftschicht dient hierbei sowohl zur Montage des Datenträgerkörpers und der darin einzubringenden Bestand­ teile, als auch zum Ausgleich von Höhendifferenzen der ein­ zelnen Bestandteile. Vorzugsweise wird für die Klebe- und Haftschicht eine mehr als etwa 20 µm starke, kaltklebende Schicht verwendet.

Weiterhin kann vorgesehen sein, daß am Randbereich des Da­ tenträgerkörpers ein zwischen den beiden Pappe- oder Papier­ lagen eingebrachter Stützrahmen vorgesehen ist.

Bei der Herstellung eines insbesondere bevorzugten Datenträ­ gers gemäß der Erfindung wird zunächst ein Spulen- bzw. Fer­ ritkern mit einer Bauhöhe von vorzugsweise 500 µm mit Lack­ draht umwickelt, welcher ebenfalls eine Dicke von etwa 500 µm besitzt. Der mit der integrierten elektronischen Schaltung versehene Halbleiterchip wird in einem für Halbleiterchips typischen Modulgehäuse bestehend aus einem Leadframe und ei­ ner Overmold-Preßmasse eingebaut. Anschließend wird das Halbleiterchipgehäuse formschlüssig in den Spulenkern einge­ lassen, der zu diesem Zweck mit einer geeignet ausgebildeten Aufnahmeöffnung versehen ist. Die Gesamtstärke des Modulge­ häuses beträgt wiederum vorzugsweise etwa 500 µm. Nach dem Wickeln des Lackdrahtes, der elektrischen Verbindung der blanken Draht enden mit dem Leadframe kann der Spulenkern zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit mit einem zusätzlichen Stützrahmen mit einer Bauhöhe von ebenfalls etwa 500 µm umge­ ben werden. Der auf diese Weise gefertigte Rohling bestehend aus Chipmodul, Spulenkern und Windungen der Induktionsspule wird anschließend beidseitig mit klebefähigen, bedruckten Pappe- oder Papierlagen, von denen jede eine Gesamtstärke von vorzugsweise mehr als etwa 100 µm besitzen, versehen. Der auf diese Weise gefertigte Datenträgerkörper kann in seiner Ge­ samtstärke wesentlich über den entsprechenden Werten nach der ISO-Standardvorgabe liegen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht; und

Fig. 2 eine schematische Draufsicht eines Datenträgers zur Übertragung von elektrischen Signalen an eine Lese- bzw. Schreibstation gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist ein Datenträger 1 in der Form einer kontaktlosen Chipkarte mit einem Datenträgerkörper 2 gezeigt, in welchem ein Halbleiterchip 3 mit einer (nicht näher darge­ stellten) integrierten elektronischen Schaltung ausgebildet ist. Der Halbleiterchip 3 ist in einem an sich bekannten Mo­ dulgehäuse bestehend aus einem (lediglich schematisch darge­ stellten) Leadframe 4 und einer elektrisch isolierenden Kunststoffpreßmasse 5 eingebaut. Der Datenträgerkörper 2 be­ sitzt zwei gleiche Grundflächen aufweisende Pappe- oder Pa­ pierlagen 6 und 7 der jeweiligen Stärke von etwa mehr als 100 µm, zwischen denen ein den Halbleiterchip 3 wenigstens teil­ weise umgebendes Versteifungselement 8 mit einer Bauhöhe von etwa 500 µm eingebracht ist. Jede Pappe- oder Papierlage 6, 7 ist auf ihrer dem Halbleiterchip 3 zugewandten Oberfläche mit einer Klebe- bzw. Haftschicht 9, 10 versehen. Jede Klebe- bzw. Haftschicht 9, 10 besitzt eine Dicke von vorzugsweise größer als etwa 20 µm und dient neben der Montage der einzel­ nen Bestandteile auch zum Ausgleich von Höhendifferenzen. Das Versteifungselement 8 umfaßt neben einem aus magnetischen Material gefertigten Wickelkern 11 auch die Lackdrähte 12, welche die im dargestellten Falle zwei Windungen 13 und 14 der der elektronischen Schaltung des Halbleiterchips 3 zuge­ ordneten Induktionsspule bilden, welche gegenüber den äußeren Abmessungen des Halbleiterchips 3 wesentlich größeren Spu­ lenumfang aufweist. Die Enden 15 und 16 der Spulenwindungen sind mit Anschlußstellen 17, 18 des Leadframes 4 (Systemträgerplatte) vorzugsweise gelötet, wodurch die elek­ trische Verbindung der Induktionsspule mit der auf dem Halb­ leiterchip 3 integriert ausgebildeten elektronischen Schal­ tung bewerkstelligt ist. Am Randbereich des Datenträgerkör­ pers 2 kann zwischen den beiden Pappe- oder Papierlagen 6 und 7 ein Stützrahmen 19 vorgesehen sein, der vorzugsweise eben­ falls eine Stärke von etwa 500 µm besitzt.

Claims (8)

1. Datenträger zur kontaktlosen Übertragung von elektrischen Signalen an eine Lese- bzw. Schreibstation mit einem Daten­ trägerkörper (2), in welchem ein Halbleiterchip (3) mit einer integrierten elektronischen Schaltung ausgebildet ist, und wenigstens einer, der integrierten elektronischen Schaltung des Halbleiterchips (3) zugeordneten, innerhalb des Datenträ­ gerkörpers (2) eingebrachten Induktionsspule mit einem gegen­ über den äußeren Abmessungen des Halbleiterchips (3) größeren Spulenumfang, dadurch gekennzeichnet, daß der Datenträgerkörper (2) zwei Pappe- oder Papierlagen (6, 7) aufweist, zwischen denen ein den Halbleiterchip (3) wenig­ stens teilweise umgebendes, wenigstens bereichsweise durch die Windungen (13, 14) der Induktionsspule ausgebildetes Ver­ steifungselement (8) eingebracht ist.

2. Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (13, 14) der zwischen den beiden Pappe- oder Papierlagen (6, 7) eingebrachten Induktionsspule in gleicher Bauhöhe und in gleicher Montageebene wie der ungehäuste bzw. gehäuste Halbleiterchip angeordnet sind.

3. Datenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (13, 14) der Induktionsspule aus Lackdraht be­ stehen.

4. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungselement des weiteren durch einen Spulenkern (11) ausgebildet ist, welcher den ungehäusten bzw. gehäusten Halbleiterchip (3) wenigstens teilweise umgibt bzw. wenig­ stens annähernd formschlüssig aufnimmt, und dessen Bauhöhe und Montageebene wiederum der des ungehäusten bzw. gehäusten Halbleiterchips (3) entspricht.

5. Datenträger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkern (11) einen Ferritkern darstellt, welcher den Halbleiterchip (3) bzw. das Halbleiterchipgehäuse wenigstens teilweise umgibt, und dessen Bauhöhe der des Halbleiterchips (3) bzw. des Halbleiterchipgehäuses entspricht.

6. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (13, 14) der Induktionsspule einen Durchmesser von wenigstens 200 µm, vorzugsweise wenigstens 500 µm besit­ zen.

7. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Pappe- oder Papierlagen (6, 7) des Datenträgerkör­ pers auf ihrer jeweils dem Halbleiterchip (3) zugewandten Oberfläche mit einer Klebe- bzw. Haftschicht (9, 10) versehen sind.

8. Datenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Randbereich des Datenträgerkörpers ein zwischen den beiden Pappe- oder Papierlagen (6, 7) eingebrachter Stützrahmen (19) vorgesehen ist.