DE19708615C1 - Chipkartenmodul und diesen umfassende Chipkarte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Chipkartenmodul und eine Chip­ karte, die den Modul umfaßt.

Chipkartenmodule bestehen üblicherweise aus einem Chipträger, z. B. einer Kunststoffolie, auf welchem ein Halbleiterchip aufgeklebt oder auf sonstige Weise befestigt ist. Auf der dem Chip abgewandten Seite des Chipträgers ist eine elektrisch leitfähige Schicht aus Kupfer oder ähnlichem auflaminiert, welche zu einzelnen Kontaktflächen strukturiert ist, die mit einem Kartenlesegerät abgegriffen werden können. Die Form und Größe der Kontaktflächen richtet sich in der Regel nach be­ stimmten Normvorgaben wie beispielsweise dem ISO-Standard 7816. Halbleiterchip und Kontaktflächen sind in herkömmlichen Chipkartenmodulen mit Hilfe von Bonddrähten, die von den Kon­ taktstellen des Halbleiterchips über Durchbrüche im Chipträ­ ger zu den Anschlußstellen der Kontaktflächen geführt sind, elektrisch kontaktiert. Halbleiterchip und Bonddrähte werden zum Schutz mit einer Schicht aus Epoxidharz oder ähnlichem überdeckt. Der fertige Chipkartenmodul wird schließlich in den Kartenträger einer Chipkarte implantiert.

Ein derartiger Chipkartenmodul ist beispielsweise in der DE 195 00 925 A1 beschrieben.

Die auf oben beschriebene Weise aufgebauten Chipkartenmodule besitzen in der Regel eine Bauteilhöhe von mindestens 500 bis 600 µm. Geringere Bauteilhöhen konnten bisher nicht reali­ siert werden. Zudem kann aufgrund der relativ großen Bauteil­ höhe des Chipkartenmoduls der Kartenkörper im Bereich des Mo­ duls nur sehr dünn sein, um die vorgegebene Gesamtdicke der Chipkarte nicht zu überschreiten. Im Bereich des Chipkarten­ moduls treten daher Einfallstellen auf der Kartenoberfläche auf. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Halbleiter­ chip in einer herkömmlichen Chipkarte gegen mechanische Bela­ stungen nur unzureichend geschützt ist und es relativ leicht zu Chipbrüchen kommen kann.

Die DE 40 22 829 A1 beschreibt die Verwendung von SMD-Bausteinen (SMD = Surface Mounting Device) in tragbaren Spei­ cherkarten. Ein wesentliches Merkmal dieser Speicherkarten besteht darin, daß Kontaktflächen und Chip-Baustein räumlich voneinander getrennt sind. Der Chipbaustein befindet sich in einem Randbereich der Speicherkarte, der durch zusätzlich an­ gebrachte Griff- und Abdeckschalen zu einem Griffbereich aus­ gestaltet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Chipkartenmodul zu schaffen, der einfach und effektiv herzustellen ist und der eine möglichst geringe Bauteilhöhe aufweist. Der Halbleiter­ chip sollte dabei möglichst gut gegen mechanische Beschädi­ gungen geschützt sein. Außerdem sollte sich durch Verwendung des Chipkartenmoduls eine Chipkarte mit möglichst ebener Oberfläche ohne Aufwölbungen oder Einfallstellen herstellen lassen.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Chipkartenmodul gemäß An­ spruch 1. Bevorzugte und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen zu entnehmen. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Chipkarte gemäß Anspruch 9, wel­ che einen erfindungsgemäßen Chipkartenmodul umfaßt.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Halbleiter­ chip nicht als "nackter" Chip, sondern in einem SMT-Gehäuse (SMT = Surface Mount Technology) auf einem herkömmlichen Chipträger aufgebracht wird. Der Kontakt zwischen Halbleiter­ chip und Kontaktflächen wird über die aus dem SMT-Gehäuse herausgeführten Anschlußbeine hergestellt. Hierdurch entfällt die Kontaktierung mit Hilfe von Bonddrähten. Statt dessen wird ein herkömmliches SMT-Montageverfahren eingesetzt. Da­ durch läßt sich der Kontaktierungsschritt erheblich einfa­ cher, effektiver und kostengünstiger durchführen. Außerdem ist das Abdecken von Halbleiterchip und Bonddrähten durch Kunststoffmasse wie Epoxidharz nicht mehr notwendig. Abgese­ hen von der Einsparung eines Arbeitsschritts kann durch das Fehlen der Abdeckung die Bauteilhöhe des Chipkartenmoduls um mehr als 100 µm reduziert werden. Dennoch ist der Halbleiter­ chip durch das SMT-Gehäuse, z. B. ein Chip-Size-Package, her­ vorragend gegen mechanische Beschädigung geschützt. Die Ge­ fahr von Chipbrüchen ist dadurch erheblich reduziert. Auf­ grund der geringen Bauteil-Gesamthöhe kann der Kartenkörper, dort wo der Chipkartenmodul implantiert werden soll, eine hö­ here Wanddicke aufweisen als üblich, so daß die Chipkarte ei­ ne ebene Oberfläche besitzt ohne Einfallstellen auf der Kar­ tenoberfläche.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Chipkartenmoduls kann das üblicherweise verwendete Chipträgermaterial eingesetzt werden, also beispielsweise Kunststoffolie mit auflaminier­ ter, strukturierter Kontaktschicht. Dieses Chipkartentape kann abschnittweise oder als Endlosband verarbeitet werden.

Die Bestückung des Chipträgers mit dem SMT-Bauteil erfolgt zweckmäßig mittels üblicher SMT-Verfahren, z. B. mit einem SMT-Bestückungsautomaten. Um ein Verrutschen der SMT-Bauteile auf dem Chipträger zu vermeiden, werden die SMT-Gehäuse vor­ zugsweise auf dem Chipträger fixiert. Dies kann beispielswei­ se durch Aufkleben geschehen. Dabei kann jeder üblicherweise in SMT-Verfahren eingesetzte Klebstoff verwendet werden.

Um die Kontaktierung der Anschlußbeine mit den Kontaktflächen zu ermöglichen, sind in der Kunststoffolie des Chipträgers entsprechend der Lage der Anschlußbeinenden Ausnehmungen vor­ handen, in denen die Anschlußbeinenden nach dem Bestücken des Chipträgers mit dem SMT-Modul zu liegen kommen. Die elektri­ sche Kontaktierung von Anschlußbeinen und Anschlußstellen der Kontaktflächen erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Lotpaste oder eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs. Hier können die üblicherweise im Bereich der Halbleiter-Technologie verwende­ ten Materialien eingesetzt werden. Als elektrisch leitfähiger Klebstoff kann beispielsweise silberhaltiger Leitklebstoff genannt werden. Gegenüber der Lotpaste besitzen die Leitkleb­ stoffe den Vorteil, daß sie bei niedriger Temperatur verar­ beitet und vor der Weiterverarbeitung länger gelagert werden können, da Oberflächenoxidationen, die zu einer Entnetzung des bereits aufgetragenen Stoffs führen können, nicht statt­ finden. Die Verarbeitungsverfahren der Materialien entspre­ chen den herkömmlich verwendeten. Lötverbindungen können bei­ spielsweise mit den bekannten SMT-Lötverfahren hergestellt werden.

Lotpaste oder Leitklebstoffe können entweder nach der Be­ stückung der Chipträger mit SMT-Modulen im Bereich um die An­ schlußbeinenden aufgetragen werden. Alternativ ist es mög­ lich, das ausgewählte Material vor der Bestückung des Chip­ trägers auf die Kontaktierungspads des Chipträgers und/oder die Enden der Anschlußbeine des SMT-Moduls aufzubringen. Als mögliches Applizierungsverfahren kann der Siebdruck genannt werden.

Nach Bestückung des Chipträgers mit SMT-Modulen und Herstel­ lung der Kontakte zwischen Kontaktflächen und Anschlußbeinen werden im Falle der Verwendung von Chipträgerband die Chip­ kartenmodule auf herkömmliche Weise vereinzelt. Die Implanta­ tion in Chipkarten kann ebenfalls mittels gängiger Verfahren erfolgen.

Die Erfindung wird anschließend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Chipkarte im Teilquerschnitt;

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht auf die Kontaktflä­ chen eines erfindungsgemäßen Chipkartenmoduls und

Fig. 3 schematisch die Ausführung der elektrischen Verbin­ dungen zwischen den Anschlußstellen der Kontaktflä­ chen und einem SMT-Baustein.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 im Querschnitt eine erfindungsgemä­ ße Chipkarte 7, welche aus einem Kartenkörper 8 und einem Chipkartenmodul 1 besteht. Der Chipkartenmodul 1 ist mit Hil­ fe eines Implantations-Klebstoffes 9 in einen Hohlraum im Kartenkörper 8 geklebt. Der Chipkartenmodul 1 umfaßt einen SMT-Baustein, der auf einem Chipkartenträger 2 befestigt ist. Der SMT-Baustein besteht aus einem Gehäuse 4, z. B. einem Chip-Size-Package, in dem ein Halbleiterchip angeordnet ist (nicht gezeigt). Beispielsweise kann das SMT-Bauteil einen Halbleiterchip aufweisen, der auf Ober- und Unterseite mit einem Schutzsystem (WC'06 oder ähnliches) versehen ist. Das Gehäuse 4 ist mit Hilfe von Klebstoff 13 auf den Chipträger 2 aufgeklebt. Aus dem Gehäuse 4 sind beidseitig Anschlußbeine 5 herausgeführt. Die Anzahl der Anschlußbeine entspricht der Anzahl der zu kontaktierenden Kontaktflächen im Chipkartenmo­ dul, im gezeigten Fall beidseitig je vier Anschlußbeine (vergleiche Fig. 2).

Die Kontaktflächen 3 werden von einer Kupferschicht 10 gebil­ det, die auf die Kunststoffolie des Chipkartenträgers 2 auflaminiert ist. Die Strukturierung der Kontaktflächen 3 entspricht ISO-Standard 7816. Die Oberfläche der Kontaktflä­ chen 3 kann auf an sich bekannte Weise mit einer oder mehre­ ren Schutzschichten überzogen sein. Zur Kontaktierung von An­ schlußbeinen 5 und Kontaktflächen 3 sind in der Kunststoffo­ lie Ausnehmungen 11 vorgesehen, die Größe und Position der Anschlußbeinenden entsprechend ausgestaltet sind. In Fig. 2 ist die Lage der Kontaktierungsstellen durch die eingekrei­ sten und mit 12 bezeichneten Bereiche angedeutet.

Fig. 3 verdeutlicht die elektrische Kontaktierung von An­ schlußbeinen 5 und den Kontaktierungsstellen 12 der Kontakt­ flächen 3 und zeigt schematisch in Draufsicht einen SMT-Modul, der auf einen Chipträger 2 aufgesetzt ist. Zur elek­ trischen Kontaktierung ist im Bereich der Kontaktierungsstel­ len 12 Lotpaste 6 aufgetragen, in die die Enden der Anschluß­ beine 5 eintauchen.

Der so hergestellte Chipkartenmodul zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus, ohne daß dies auf Kosten der Betriebssi­ cherheit und Stabilität des Bauteils geht. Die Herstellung ist auf einfache Weise unter Verwendung herkömmlicher Verfah­ rensschritte möglich.

Claims (9)

1. Chipkartenmodul (1) welcher einen Chipträger (2), elek­ trisch leitfähige Kontaktflächen (3) und einen mit den Kon­ taktflächen (3) kontaktierten Halbleiterchip umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip in einem SMT-Gehäuse (4) angeordnet und über aus dem SMT-Gehäuse (4) nach außen geführte An­ schlußbeine (5) mit den Kontaktflächen (3) direkt kontaktiert ist.

2. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das SMT-Gehäuse (4) ein Chip-Size-Package ist.

3. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Chipträger (2) eine Kunststoffolie ist.

4. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbeine (5) mit Hilfe von Lotpaste (6) mit den Kontaktflächen (3) kontaktiert sind.

5. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußbeine (5) mit Hilfe eines elektrisch leitfä­ higen Klebstoffes mit den Kontaktflächen (3) kontaktiert sind.

6. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Klebstoff ein Silber-Leitkleb­ stoff ist.

7. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das SMT-Gehäuse (4) auf den Chipträger (2) geklebt (13) ist.

8. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen (3) ISO-Kontaktflächen sind.

9. Chipkarte (7), dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfaßt.