DE19637215C2 - Verbindungsanordnung zur Herstellung einer Chipkarte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Herstel­ lung einer Chipkarte gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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 beispielsweise dadurch zustande, daß ein anisotroper leitender Klebstoff im Bereich der Anschlußstellen und/oder der Verbin­ dungsstellen 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 bestehen kann, verbunden. Dieses Verbinden bzw. das Einsetzen des Moduls in den Kartenkörper in eine z. B. gefräste Ausneh­ mung 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 Her­ stellung 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.

Die gattungsbildende DE 195 00 925 A1 zeigt eine Chipkarte zur kontaktlosen Datenübertragung, bei der die Anschlußflächen des dort offenbarten Chipmoduls elektrisch leitende Stützfüße aufweisen, die sich auf den Anschlußflächen eines Übertra­ gungsmoduls abstützen.

Die dortige Verbindung zwischen den Anschlußflächen des Chipmoduls und den Anschlußflächen des Übertragungsmoduls soll zusätzlich zur elektrischen Kontaktierung eine mechanisch festere Verbindung der Module sicherstellen.

Die DE 39 24 439 A1 wiederum zeigt einen Versteifungsring, der mit einer flexiblen Folie verbunden ist, so daß insgesamt eine verbindungssteife Zelle entsteht, um einen Halbleiterchip, der zum Einbau in Chipkarten geeignet ist, mechanisch zu stützen.

Letztendlich offenbart die EP 0 709 804 A1 ein Verfahren zur Herstellung von kontaktlosen Chipkarten, wobei in eine Kartenausnehmung ein gekapselter Chip eingebracht und durch Klebeverbindung in der Ausnehmung elektrisch und mechanisch fixiert wird.

Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungsanordnung zur Herstellung einer Chipkarte anzu­ geben, mit welcher ein auf einem Modul befindlicher Halblei­ terchip in eine Ausnehmung eines Kartenkörpers sowohl elek­ trisch als auch mechanisch mit hoher Zuverlässigkeit und verwindungssteif kontaktiert werden kann, wobei die sich hier ergebende Gesamtanordnung eine hohe Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit aufweisen soll.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt mit einer Anord­ nung nach den Merkmalen des Patentanspruchs.

Erfindungsgemäß sind demnach die Gegenkontaktflächen in den Seitenflächen einer an sich bekannten Ausnehmung befindlich, wobei die Gegenkontaktflächen selbst Vorsprünge oder Rastnasen aufweisen, die mit korrespondierenden Rücksprüngen im Ver­ steifungsrahmen zusammenwirken. Weiterhin ist der Verstei­ fungsrahmen integral mit einem Chipträger ausgebildet, wobei die voneinander isolierten leitfähigen Abschnitte des Ver­ steifungsrahmens mit den jeweiligen Chipkontakten oder den Bondflächen zur Gewährleistung der elektrischen Verbindung in Kontakt stehen.

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 Verstei­ fungsrahmen besitzt Konktaktflächen, 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 Gegen­ kontaktflächen eingeformt, wobei beim Einsetzen des Moduls die Kontakt- und Gegenkontaktflächen im Pressitz zueinander gelangen und/oder stoffschlüssig oder formschlüssig verbunden sind.

Bei einer speziellen Ausführungsform des Versteifungsrahmens ist dieser außenrandseitig oder mit dem Außenrand des Moduls abschließend angeordnet und weist eine im wesentlichen qua­ dratische 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 Seiten­ wänden der Ausnehmung befindlichen Rücksprüngen zusammen­ wirken.

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.

Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen Versteifungsrahmen auf, der integral mit einem Chipträger ausgebildet ist, wobei die voneinander isolierten Kontaktflächen des Versteifungs­ rahmens mit jeweiligen Chipkontakten oder Bondflächen elek­ trisch verbunden sind. Hier ist es nicht notwendig, einen separaten Versteifungsrahmen zu fertigen, sondern es kann vom Chipträger und Versteifungsrahmen der einzusetzende Modul ge­ bildet werden, welcher an seiner Unterseite den durch Chip- Bondung befestigten Halbleiterchip trägt.

Es kann daher auf einen separaten Kunststoff-Modul bzw. Ver­ drahtungsträger für den Halbleiterchip verzichtet werden. Eine gegebenfalls 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 eine Verbin­ dungsanordnung anzugeben, mit welcher eine hohe Verwindungs­ steifigkeit der Karte insbesondere im Bereich der Ausnehmung zur Aufnahme eines Moduls, enthaltend einen Halbleiterchip, erreicht wird. Durch den Versteifungsrahmen, der integral mit einem Chipträger ausgebildet sein kann, ist es möglich, den kompletten Modul in die Ausnehmung einzupressen und vorteil­ hafte form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen zum elek­ trischen und mechanischen Kontaktieren des Moduls im Karten­ träger zu nutzen. Selbstverständlich kann auch eine stoff­ schlüssige, insbesondere Lötverbindung, erfolgen, indem Wärmeenergie gezielt unter Nutzung des metallischen Verstei­ fungsrahmens den Löt-Verbindungsstellen zugeführt wird. Letztendlich sind auch andere Verbindungsarten, wie z. B. Heiß- oder Schmelzkleben denkbar.

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

Hierbei zeigen:

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

Figur 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 Möglich­ keit, 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 Seiten­ bereich 5 befindlich.

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

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

Mit Hilfe der Fig. 2 sei das Einsetzen des Moduls mit Ver­ steifungsrahmen 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 Gegen­ kontaktfläche 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, sind die Seitenbereiche 5 des Versteifungsrahmens 3 mit Rastnasen oder Vorsprüngen ver­ sehen, 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 ausge­ bildet, die mit Nuten, Rillen oder Rücksprüngen im Verstei­ fungsrahmen 3 des Moduls 14 zusammenwirken.

In dem Falle, wenn vor dem Einsetzen des Moduls 14 der Seitenbereich S 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 Gegenkontakt­ flächen 13 eine Lötung möglich wird.

Claims (1)

1. Verbindungsanordnung zur Herstellung einer Chipkarte, be­ stehend aus einem Modul mit einem Halbleiterchip sowie ei­ nem Kartenträger mit Ausnehmung zur Aufnahme des Moduls, wobei auf der Einsatzseite des Moduls (14) leitfähige Ab­ schnitte ausgebildet sind, welche mit Anschlüssen des Halbleiterchips (2) elektrisch verbunden sind, und in der Ausnehmung (11) des Kartenträgers (10) Gegenkontaktflächen (13) für mindestens einen Kontakt eingeformt sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenkontaktflächen (13) in den Seitenflächen der Ausnehmung (11) befindlich sind und Vorsprünge oder Rast­ nasen aufweisen, die mit korrespondierenden Rücksprüngen in einem Versteifungsrahmen (3) zusammenwirken, welcher die leitfähigen Abschnitte (5) aufweist, und
daß der Versteifungsrahmen (3) integral mit einem Chipträ­ ger (1) ausgebildet ist, wobei die voneinander isolierten, leitfähigen Abschnitte (5) des Versteifungsrahmens (3) mit den jeweiligen Chipkontakten oder Bondflächen in Verbin­ dung stehen.