DE19637215A1 - Verfahren und Verbindungsanordnung zum Herstellen einer Chipkarte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines Kartenträgers unter Erhalt einer elektrischen und mechanischen Verbindung einge­ setzt wird sowie eine Verbindungsanordnung zur Herstellung ei­ ner derartigen Chipkarte.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte, insbesondere solcher, bei der sowohl Mittel zur kontaktlosen Datenübertragung als auch eine galvanische Kontaktebene vor­ handen ist, wird in einen Kartenkörper ein Modul eingebracht, welcher einen IC-Chip umfaßt.

Der Modul wird in einer Ausnehmung im Kartenkörper eingelegt und mittels Fügen oder dergleichen mit dem Kartenkörper unter Erhalt einer entsprechenden mechanischen und elektrischen Verbindung laminiert.

Eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Modul und Kartenkörper bzw. auf dem Kartenkörper befindlichen Kontakten, die mit einer Induktionsspule in Verbindung stehen, kommt bei­ spielsweise dadurch zustande, daß ein anisotroper leitender Klebstoff im Bereich der Anschlußstellen und/oder der Verbindungsstellen des jeweiligen Mittels für eine kontaktlose Datenübertragung aufgetragen und der Klebstoff zumindest im Bereich der Anschlußstellen soweit verdichtet oder komprimiert wird, daß eine elektrisch leitende Brücke entsteht.

Im Falle eines Klebstoffes mit leitenden Partikeln führt dies also dazu, daß die Partikel im Bereich zwischen den Anschlußstellen und dem Mittel für die kontaktlose Datenübertragung sich berühren, wodurch die leitende Verbindung resultiert.

Die bei der Herstellung von Chipkarten verwendeten Module greifen in der Regel auf einen Kunststoffträger zurück, auf dem das eingangs erwähnte IC-Chip gegebenenfalls mit ISO-Kontaktflächen versehen angeordnet ist. Das so vorgefertigte Modul wird mit dem Kartenträger, der z. B. aus Polycarbonat be­ stehen kann, verbunden. Dieses Verbinden bzw. das Einsetzen des Moduls in den Kartenkörper in eine z. B. gefräste Ausnehmung erfolgt üblicherweise in Rückgriff auf ein Klebeverfahren unter Verwendung eines Heiß- oder Schmelzklebers.

In dem Falle, wenn Kombikarten, die sowohl zur kontaktlosen als auch zur kontaktbehafteten Verwendung geeignet sind, oder kontaktlose Karten hergestellt werden sollen, muß eine weitere Kontaktebene mit Anschlußstellen für die Induktionsschleife vorgesehen sein. Diese Anschlußstellen befinden sich bevorzugt erhaben auf der Oberfläche des Moduls und/oder auf der Oberfläche oder an den Seitenflächen der Ausnehmung des Kartenträgers. Bei derartigen Anordnungen ist es dann möglich, die Verklebung von Modul- und Kartenträger mittels der Herstellung der elektrisch leitenden Verbindung in einem Arbeitsgang durchzuführen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß das erforderliche Temperatur- und Zeitregime zur Herstellung zuverlässiger sowohl elektrischer als auch mechanischer Verbindungen engen Toleranzen unterliegt, so daß bei nicht optimalen Verfahrensparametern die Langzeitstabilität derart hergestellter Karten reduziert ist, und daß es aufgrund der Abmessungen und der plastischen Eigenschaften des Moduls sowie des Kartenträgers zu Verwindungen und Verspannungen in der Karte mit der Folge geringerer Zuverlässigkeit kommt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte sowie eine Verbindungsanordnung für ein derartiges Herstellungsverfahren anzugeben, mit wel­ chem ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in eine Ausnehmung eines Kartenkörpers sowohl elektrisch als auch me­ chanisch mit hoher Zuverlässigkeit und verwindungssteif kon­ taktiert werden kann, wobei die resultierende Gesamtanordnung eine hohe Langzeitstabilität und der Zuverlässigkeit der Chipkarte gewährleistet.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einem Verfahren nach dem Patentanspruch 1 sowie mit einer Verbindungsanordnung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 4, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen.

Der verfahrensseitige Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß der in die Kartenausnehmung zu implantierende Modul auf seiner Einsatzseite oder seiner Randseite hin einen leit­ fähigen, isolierte Abschnitte aufweisenden Versteifungsrahmen besitzt. Dieser Versteifungsrahmen weist Kontaktflächen auf, die beim Einsetzen des Moduls mit in der Ausnehmung befindli­ chen Gegenkontaktflächen elektrisch in Wirkverbindung treten.

Das Einsetzen des Moduls mit Halbleiterchip und Versteifungsrahmen in die Ausnehmung des Kartenträgers erfolgt beispielsweise durch Einpressen, wobei zusätzliche stoff­ und/oder formschlüssige Verbindungen realisierbar sind.

Durch die Ausbildung des Moduls mit Versteifungsrahmen, der sowohl mechanische als auch elektrische Funktionen erfüllt, kann auf einfache Technologien der Verbindung von Modul mit dem Kartenträger, nämlich Einpressen oder eine Snap-In-Verbindung zurückgegriffen werden, so daß sich insgesamt die Produktivität erhöht. Der Versteifungsrahmen führt zu einer stabilen Ausbildung des Moduls, wodurch Verwindungen und Spannungen beim Betrieb der IC-Karte aufgenommen werden kön­ nen, ohne unerwünschte Kräfte auf den Halbleiterchip oder sonstige elektronische Bauelemente gelangen.

Es liegt im Sinne der Erfindung, daß der Versteifungsrahmen beispielsweise zweiteilig ausgebildet ist, so daß zwei elek­ trisch isolierte Kontaktflächen entstehen, die mit entspre­ chenden Gegenkontaktflächen, die beispielsweise mit einer Induktionsschleife oder einer Antenne, die im Kartenträger an­ geordnet ist, in Verbindung stehen, zusammenwirken können.

Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung zur Herstellung ei­ ner Chipkarte geht von dem auf der Einsatzseite des Moduls an­ geordneten leitfähigen, voneinander isolierende Abschnitte aufweisenden Versteifungsrahmen aus, welcher mit Anschlüssen des Halbleiterchips elektrisch verbunden ist. Dieser Versteifungsrahmen besitzt Kontaktflächen, die beispielsweise im seitlichen Randbereich und/oder an der Unterseite befindlich sind, so daß mit ganz unterschiedlichen Gegenkontaktflächen in der Ausnehmung des Kartenträgers gearbeitet werden kann.

Wie erwähnt sind in der Ausnehmung des Kartenträgers Gegenkontaktflächen eingeformt, wobei beim Einsetzen des Moduls die Kontakt- und Gegenkontaktflächen im Pressitz zuein­ ander gelangen und/oder stoffschlüssig oder formschlüssig ver­ bunden sind.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Versteifungsrahmens ist dieser außenrandseitig oder mit dem Außenrand des Moduls abschließend angeordnet und weist eine im wesentlichen quadra­ tische oder rechteckige Ausschnittsform auf.

Zum Erhalt einer Snap-In-Verbindung zwischen Modul und Ausnehmung im Kartenträger besitzt der Versteifungsrahmen seitliche Vorsprünge oder Rastnasen, die mit an den Seitenwänden der Ausnehmung befindlichen Rücksprüngen zusammenwirken.

Alternativ können auch die Gegenkontaktflächen in den Seitenflächen der Ausnehmung Vorsprünge oder Rastnasen aufwei­ sen oder derartig ausgebildet sein, und mit entsprechenden Ausnehmungen im Versteifungsrahmen beim Einsetzen oder Einpressen desselben in den Kartenträger zusammenwirken.

Erfindungsgemäß kann die Snap-In-Verbindung im Bereich der Kontakt- und Gegenkontaktflächen ausgebildet sein, jedoch auch andere Abschnitte des Versteifungsrahmens bzw. gegenüberlie­ gende Flächen der Ausnehmung des Kartenträgers umfassen, so daß die gewünschte Festigkeit und Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen Modul und Karte sichergestellt ist.

In einer weiteren Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Anordnung einen Versteifungsrahmen auf, der integral mit einem Chipträger ausgebildet ist, wobei die voneinander isolierten Kontaktflächen des Versteifungsrahmens mit jeweiligen Chipkontakten oder Bondflächen elektrisch verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, einen separaten Versteifungsrahmen zu fertigen, sondern es kann vom Chipträger und Versteifungsrahmen der einzusetzende Modul gebildet werden, welcher an seiner Unterseite den durch Chip-Bondung befestigten Halbleiterchip trägt.

Bei der letztgenannten Ausführungsform kann daher auf einen separaten Kunststoff-Modul bzw. Verdrahtungsträger für den Halbleiterchip verzichtet werden. Eine gegebenenfalls notwendig werdende elektrische Außenisolation ist durch Auflaminieren einer Isolationsschicht, zweckmäßigerweise über die gesamte Fläche der Chipkarte möglich.

Alles in allem gelingt es, mit der Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte bzw. eine Verbindungsanordnung für ein derartiges Herstellungsverfahren anzugeben, mit welchem bzw. mit welcher eine hohe Verwindungssteifigkeit der Karte insbesondere im Bereich der Ausnehmung zur Aufnahme eines Moduls, enthaltend einen Halbleiterchip, erreicht wird. Durch den Versteifungsrahmen, der auch integral mit einem Chipträger ausgebildet sein kann, ist es möglich, den kompletten Modul in die Ausnehmung einzupressen und vorteilhafte form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen zum elektrischen und mechanischen Kontaktieren des Moduls im Kartenträger zu nutzen.

Selbstverständlich kann auch eine stoffschlüssige, insbeson­ dere Lötverbindung, erfolgen, indem Wärmeenergie gezielt unter Nutzung des metallischen Versteifungsrahmens den Löt-Verbindungsstellen zugeführt wird. Letztendlich sind auch an­ dere Verbindungsarten, wie z. B. Heiß- oder Schmelzkleben denk­ bar.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels sowie un­ ter Zuhilfenahme von Figuren näher erläutert werden.

Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Drauf­ sicht auf einen Modul mit Halbleiterchip und Versteifungsrahmen, und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch einen Modul längs der Linie A/A aus Fig. 1, wobei der Modul bereits in einen Kartenträger eingesetzt ist.

Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Modul umfaßt dieser einen Chipträger 1 sowie einen auf dem Chipträger 1 durch Bondung befestigten Halbleiterchip 2. Der Chipträger 1 kann voneinan­ der isolierte bzw. strukturierte Bereiche umfassen, die mit entsprechenden Kontaktflächen des Halbleiterchips 2 elektrisch verbunden sind. Diese elektrische Verbindung kann durch Drahtbonden erzielt werden, jedoch besteht auch die Möglichkeit, den Halbleiterchip 2 durch Rückseitenkontakte un­ mittelbar mit dem Chipträger 1 elektrisch zu verbinden.

Auf dem Chipträger 1 ist ein zweiteiliger Versteifungsrahmen 3 angeordnet, der isolierte Abschnitte 4 aufweist. Die beiden Teile des Versteifungsrahmens 3 bilden jeweils Kontaktflächen; beim gezeigten Beispiel gemäß Fig. 1 und 2 in einem Seitenbereich 5 befindlich.

Die Seitenbereiche 5, aber auch die übrigen Seitenflächen des Versteifungsrahmens 3 können Mittel zum Erzielen einer Snap-In-Verbindung beim Einsetzen des Moduls in einer Ausnehmung eines Kartenträgers (Fig. 2) aufweisen.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Chipträger 1 mit dem Versteifungsrahmen 3 als einstückiges Teil gefertigt. Alternativ können jedoch die Teile oder Abschnitte des Versteifungsrahmens 3 auf dem Chipträger 1 unter Erhalt der gewünschten elektrischen und mechanischen Verbindung durch böten oder dergleichen angeordnet werden. Die zur Einsatzseite zeigenden Flächen 6 des Versteifungsrahmens 3 können oberflä­ chenseitig mit einem Klebemittel, insbesondere Heißklebemittel versehen sein, so daß eine sichere mechanische Verbindung des Moduls erreicht wird, ohne daß von den Kontakt- und Gegenkontaktflächen 5; 13 zu große Kräfte aufgenommen werden müssen.

Mit Hilfe der Fig. 2 sei das Einsetzen des Moduls mit Versteifungsrahmen näher erläutert.

Eine IC-Karte 10 weist eine Ausnehmung 11 auf, die beispiels­ weise durch Fräsen hergestellt sein kann. Im Inneren der IC-Karte 10 befinden sich Leiterbahnen 12, die z. B. Teile eines induktiven Elementes zum drahtlosen Informationsaustausch sein können. Diese Leiterbahnen 12 reichen bis zur Ausnehmung 11 hin und besitzen eine Gegenkontaktfläche 13. Diese Gegenkontaktfläche 13 bildet beim Einsetzen des Moduls 14 in die Ausnehmung 11 der IC-Karte 10 mit dem Versteifungsrahmen 3 bzw. den jeweiligen Seitenbereichen 5 einen Kontakt aus.

Wie bereits zur Fig. 1 erläutert, können die Seitenbereiche 5 des Versteifungsrahmens 3 mit Rastnasen oder Vorsprüngen ver­ sehen sein, die mit den entsprechenden Ausnehmungen im Bereich der Seitenflächen der Ausnehmung 11 in der IC-Karte 10 zusam­ menwirkt. Hier ist auch ein umgekehrtes Prinzip denkbar, d. h. es werden Vorsprünge und Rastnasen in der IC-Karte 10 ausgebildet, die mit Nuten, Rillen oder Rücksprüngen im Versteifungsrahmen 3 des Moduls 14 zusammenwirken.

In dem Falle, wenn vor dem Einsetzen des Moduls 14 der Seitenbereich 5 zumindest im Abschnitt der Kontaktflächen mit einem Lotmittel versehen wird, oder Lot- bzw. Flußmittel auf die Gegenkontaktflächen 13 aufgebracht wird, kann nach dem Eindrücken oder Einpressen des Moduls 14 in die Ausnehmung 11 der IC-Karte 10 zusätzlich gezielt durch Lötstempel/Wärme auf den Versteifungsrahmen 3 aufgebracht werden, so daß im Bereich der Verbindung zwischen Kontaktflächen 5 und Gegenkontaktflächen 13 eine Lötung möglich wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen einer Chipkarte, wobei ein auf einem Modul befindlicher Halbleiterchip in einer Ausnehmung eines Kartenträgers unter Erhalt einer elektrischen und mechanischen Verbindung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Kartenausnehmung zu implantierende Modul zur Einsatzseite hin mit einem leitfähigen Versteifungsrahmen mit Kontaktflächen versehen wird, wobei diese Kontaktflächen mit in der Ausnehmung des Kartenträgers befindlichen Gegenkontaktflächen elektrisch verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktflächen des Rahmens und Gegenkontaktflächen der Ausnehmung stoff-, kraft- und/oder formschlüssig erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Versteifungsrahmen versehene Modul in die Kartenausnehmung zum Erhalt der mechanischen Verbindung sowie der elektrischen Kontaktierung eingepreßt wird.

4. Verbindungsanordnung zur Herstellung einer Chipkarte, bestehend aus einem Modul mit einem Halbleiterchip sowie einem Kartenträger mit Ausnehmung zur Aufnahme des Moduls, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Einsatzseite des Moduls (14) ein leitfähiger, voneinander isolierte Abschnitte aufweisender Versteifungsrahmen (3) ausgebildet ist, welcher mit Anschlüssen des Halbleiterchips (2) elektrisch verbunden ist, wobei der Versteifungsrahmen (3) Kontaktflächen (5) aufweist, und
daß in der Ausnehmung (11) des Kartenträgers (10) Gegenkontaktflächen (13) eingeformt sind, wobei beim Einsetzen des Moduls (14) die Kontakt- und Gegenkontaktflächen (5; 13) in Pressitz zueinander gelangen und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind.

5. Verbindungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungsrahmen (3) außenrandseitig des Moduls (14) angeordnet ist und eine im wesentlichen quadratische oder rechteckige Form aufweist.

6. Verbindungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungsrahmen (3) seitliche Vorsprünge oder Rastnasen aufweist, die mit an Seitenwänden der Ausnehmung (11) befindlichen Rücksprüngen oder Nuten zusammenwirken.

7. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkontaktflächen (13) in den Seitenflächen der Ausnehmung (11) befindlich sind und Vorsprünge oder Rastnasen aufweisen, die mit korrespondierenden Ausnehmungen im Versteifungsrahmen (3) zusammenwirken.

8. Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Versteifungsrahmen (3) integral mit einem Chipträger (1) ausgebildet ist, wobei die voneinander isolierten Kontaktflächen des Verbindungsrahmens (3) mit jeweiligen Chipkontakten oder Bondflächen in Verbindung stehen.