DE19732645A1 - Verfahren zur Herstellung einer Combi-Chipkarte - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Combi-Chipkarte

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer sowohl für eine kontaktbehaftete als auch für eine kontakt­ freie Signal- und Energieübertragung geeigneten Chipkarte ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Chipkarten dieser Art werden als Combi-Chipkarten bezeichnet und als Kreditkarten, Telefonkarten etc. verwendet. Sie wei­ sen einen Speicherchip auf, auf dem Daten gespeichert werden können. Das Abspeichern und Auslesen der Daten erfolgt entwe­ der kontaktbehaftet, d. h. indem entsprechende, an der Ober­ fläche der Karte angeordnete Anschlußkontakte des Chips mit entsprechenden Anschlußkontakten einer externen Lese- /Schreibvorrichtung verbunden werden, oder kontaktfrei, d. h. über eine Antenne, die im Inneren des Kartenkörpers angeord­ net ist.
Combi-Chipkarten werden üblicherweise derart hergestellt, daß nach dem Laminieren des Kartenkörpers, in dem sich bereits die Antenne in Form einer Spule befindet, von einer Seite der Chipkarte her eine Kavität eingefräst wird, um anschließend den Chipmodul in diese Kavität einsetzen zu können. Dieses Einfräsen muß derart erfolgen, daß die Spulenenden, mit denen die Anschlußkontakte des Chips verbunden werden sollen, frei­ gefräst werden. Diese stellt ein nicht unerhebliches techni­ sches Problem dar, da die Dicke der Spule typischer Weise nur 18 mm oder 35 mm bei geätzten Spulen bzw. 40 mm bei gewickel­ ten Spulen beträgt. Es müssen daher beim Fräsen sehr kleine Toleranzbereiche eingehalten werden. Erschwert wird dieses Problem noch dadurch, daß die Höhenlage der Spulenenden durch den Laminierprozeß variieren kann. Werden die Spulenenden zu weit oder zu wenig angefräst, führt dies häufig zu Ausschuß oder einem späteren Funktionsausfall der Chipkarte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem das Freilegen der Spulenenden auf sehr zuverlässige und sichere Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfin­ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden auf die Spulenenden vor dem Überdecken der Spule mit der weiteren Kartenschicht Höcker aus leitfähigem Material aufgebracht, die nach dem La­ minieren des Kartenkörpers freigelegt und zumindest zum Teil abgetragen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, daß durch das Aufbringen eines Höckers oder "Bumps" auf jedes Spulen­ ende diese Spulenenden entsprechend verdickt, d. h. erhöht, werden, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß z. B. ein Fräser diese verdickten Spulenenden einerseits in genügendem Ausmaß und andererseits nicht zu tief freifräst, um ein Vielfaches erhöht wird. Hierdurch kann Ausschuß bei der Kartenherstel­ lung bzw. die Gefahr eines späteren Funktionsausfalls der Karte beträchtlich verringert werden.
Vorteilhafterweise bestehen die Höcker aus Lotpaste oder ei­ nem leitfähigen Kleber, beispielsweise Silberleitkleber.
Das Freilegen der Höcker erfolgt zweckermäßigerweise beim Einbringen der Kavität, in welche der Chipmodul eingesetzt wird. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, das Frei­ legen der Höcker und das Einbringen der Kavität in zwei ge­ trennten Frässchritten durchzuführen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung be­ stehen die Höcker aus Lotpaste, die nach dem Einsetzen des Chipmoduls in die Kavität durch Wärme aufgeschmolzen wird, welche über den Chipmodul zur Lötpaste geleitet wird. Bei dieser Ausführungsform entfällt somit der Schritt, daß nach dem Einbringen der Kavität zunächst Lotpaste oder ein leit­ fähiger Kleber auf die freigelegten Spulenenden aufgebracht werden muß, um eine elektrisch dauerhafte Verbindung zwischen den Anschlußkontakten des Chipmoduls und den Spulenenden zu schaffen. Alternativ hierzu ist es jedoch auch jederzeit mög­ lich, vor dem Einsetzen des Chipmoduls zusätzliche Lotpaste oder leitfähigen Kleber auf die freigelegten Spulenenden oder die entsprechenden Anschlußkontakte des Chipmoduls aufzubrin­ gen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wer­ den nach dem Laminieren der einzelnen Schichten die Höcker oder Spulenenden angefräst, wobei die relative Höhenposition eines Fräskopfes zu den Höckern oder Spulenenden automatisch überwacht wird, indem bei Kontakt des Fräskopfes mit den Höckern oder Spulenenden ein elektrisches Signal abgegeben wird. Bei dieser Ausführungsform kann somit mittels einer entsprechenden Steuerung exakt der Auftreffpunkt des Fräs­ kopfes auf den Spulenenden bestimmt und dieser Auftreffpunkt als Startposition für einen definierten weiteren Vorschub des Fräskopfes verwendet werden. Dieses Verfahren bietet eben­ falls den Vorteil, daß die Spulenenden auf sehr exakte Weise bis in die gewünschte Tiefe freigefräst werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Spulenträger mit Spule,
Fig. 2A-2E schematische Seitenansichten eines erfin­ dungsgemäßen Spulenträgers bzw. einer er­ findungsgemäßen Chipkarte zur Verdeutlichung der einzelnen Herstellschritte,
Fig. 3A-3C schematische Seitenansichten eines Aus­ schnitts einer Chipkarte zur Verdeutlichung eines alternativen Herstellverfahrens,
Fig. 4A-4C Ansichten schräg von oben auf die gesamte Chipkarte gemäß den Fig. 3A-3C, und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zwei­ ten Ausführungsform.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, wird zunächst auf einem Spu­ lenträger 1, der aus einem dünnen, nichtleitendem Kunststoff­ blatt besteht, eine als Antenne wirkende Spule 2 ausgebildet. Die Spule 2 weist mehrere, im vorliegenden Ausführungsbei­ spiel fünf, nebeneinanderliegende Windungen auf. Das Aufbrin­ gen der Spule 2 auf den Spulenträger 1 kann auf bekannte Weise erfolgen, beispielsweise durch ein Ätz-, Wickel- oder Druckverfahren. In dem in den Fig. 1 bis 2E dargestelltem Ausführungsbeispiel besteht die Spule 2 aus geätzten Kupfer­ leiterbahnen auf einem PVC-Spulenträger 1.
Die beiden freien Spulenenden 3, 4 liegen außerhalb der Win­ dungen der Spule 2 an einer genau vorher bestimmten Position auf dem Spulenträger 1.
Anhand der Fig. 2A bis 2E, die eine lediglich im Bereich der Spulenenden 3, 4 geringfügig anders gestaltete Ausfüh­ rungsform einer Combi-Chipkarte bzw. von Teilen davon zeigen, werden im folgenden die einzelnen Schritte zur Kartenherstel­ lung beschrieben.
Nach Herstellung des Spulenträgers 1 wird zunächst, wie aus Fig. 2A ersichtlich, jeweils ein elektrisch leitfähiger Höcker 5 aus Lotpaste, Silberleitkleber oder einem ähnlichen elektrisch leitfähigem Material auf die Spulenenden 3, 4 auf­ gebracht. Die Höcker 5 weisen ein Mehrfaches der Höhe der Spulenenden 3, 4 auf und können, wie in Fig. 2A gezeigt, eine domförmige Gestalt haben.
Nach dem Aushärten der Höcker 5 werden, wie aus Fig. 2B er­ sichtlich, auf die Oberseite des Spulenträgers 1 bzw. der Spule 2 eine weitere Kartenschicht 6 und auf die Unterseite des Spulenträgers 1 eine weitere Kartenschicht 7 aufgebracht. Der Spulenträger 1 wird zusammen mit diesen Kartenschichten 6, 7 zu einem einheitlichen Kartenkörper laminiert. Weiterhin können zusätzliche, nicht dargestellte Deck- und Kratzschutz­ folien ein- oder beidseitig auf den Kartenkörper auflaminiert werden. Die Spulenenden 3, 4 mit den aufgebrachten leitfähi­ gen Höckern 5 befinden sich nun an einer definierten Stelle im Inneren des Kartenkörpers. Die Spule 2 kann sowohl symme­ trisch als auch asymmetrisch in bezug auf die Kartendicke eingebracht sein, wobei jedoch eine symmetrische, d. h. mit­ tige Anordnung bevorzugt ist, da hierdurch ein größtmöglicher Schutz der Spule gewährleistet ist und die Spule 2 beim Bie­ gen der Chipkarte nach beiden Seiten letztendlich am gering­ sten beansprucht wird.
Als nächster Schritt, der in Fig. 2C angedeutet ist, wird mittels eines Fräsers 8 eine Kavität 9 von der Oberseite des Kartenkörpers her eingefräst. Diese Kavität 9 dient zur Auf­ nahme eines in Fig. 2D dargestellten Chipmoduls 10. Die Po­ sition und Tiefe der Kavität 9 wird derart gewählt, daß die beiden Höcker 5 der Spulenenden 3, 4 überfräst, d. h. teil­ weise abgetragen werden und offen sichtbar in der Kavität 9 zum Vorschein kommen. Weiterhin weist die Kavität 9 einen vertieften Bereich 9a auf, der sich zwischen den Spulenenden 3, 4 und den Höckern 5 weiter nach unten, beispielsweise bis zur Oberfläche des Spulenträgers 1. Dieser vertiefte Bereich 9a der Kavität 9 dient zur Aufnahme einer Kapsel 11 (Globe top) des Chipmoduls 10, die in bekannter Weise aus einer Ver­ gießmasse aus Harz besteht und zur Einkapselung eines Chips 12 und von Drähtchenverbindungen 13 dient, welche an der Un­ terseite des Chipmoduls 10 angeordnet sind (Fig. 2D).
Die Anschlußdrähtchen 13 des Chips 12 stehen mit flachen An­ schlußkontakten 14 in Verbindung, welche auf der Unterseite des Chipmoduls 10 außerhalb der Kapsel 11 derart angeordnet sind, daß sie beim Einsetzen des Chipmoduls 10 in die Kavität 9 auf den Höckern 5 der Spulenenden 3, 4 zu liegen kommen.
Anschließend wird der Chipmodul 10 mit seinen Anschlußkontak­ ten 14 auf die Höcker 5 aufgesetzt (Fig. 2E). Die Verbin­ dung zwischen den Anschlußkontakten 14 und den Höckern 5 bzw. den Spulenenden 3, 4 kann in dem Fall, daß die Höcker 5 aus Lotpaste bestehen, beispielsweise durch thermisches Auf­ schmelzen der Höcker 5 erfolgen, indem Wärme über den Chipmo­ dul 10 eingebracht wird, welche die Lotpaste zum Schmelzen bringt. Alternativ ist es auch möglich, vor dem Einsetzen des Chipmoduls 10 in die Kavität 9 einen leitfähigen Kleber oder Lotpaste auf die freigefrästen Oberseiten der Höcker 5 bzw. die Anschlußkontakte 14 des Chipmoduls 10 aufzubringen, der bzw. die dann für eine feste und leitfähige Verbindung zwi­ schen den Anschlußkontakten 14 und den Höckern 5 bzw. den Spulenenden 3, 4 sorgt.
Dieses Verfahren bietet den Vorteil, kostengünstige geätzte oder gedruckte Spulen mit sehr geringen Leiterbahnhöhen auch bei Combi-Chipkarten zum Einsatz zu bringen und dennoch rela­ tiv große Toleranzbereiche für die Einfrästiefe der Kavität 9 zur Verfügung zu haben.
Anhand der Fig. 3A-5 wird im folgenden eine weitere Aus­ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
Die Fig. 3A und 4A zeigen schematisch einen Kartenkörper nach dem Laminieren der einzelnen Kartenschichten. Innerhalb dieses Kartenkörpers befindet sich wiederum eine Spule 2, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 4A angedeutet ist. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Spule 2 um eine gewickelte Spule mit rundem Spulendrahtquer­ schnitt. Es können jedoch wiederum, wie im Fall der ersten Ausführungsform, geätzte oder gedruckte Spulen mit rechtecki­ gem Querschnitt verwendet werden.
Wie aus den Fig. 3B und 4B ersichtlich, werden zunächst von der Oberseite des Kartenkörpers her erste Vertiefungen 15 in den Kartenkörper eingefräst, die sich genau oberhalb der Spulenenden 3, 4 befinden und deren Durchmesser in etwa der Breite der Spulenenden 3, 4 entsprechen. Der Abstand zwischen der Kartenkörperoberfläche oder eines beliebigen anderen, sich oberhalb dieser Kartenkörperoberfläche befindenden Refe­ renzpunktes und dem obersten Punkt der Spulenenden 3, 4 bzw. dem obersten Punkt eines auf den Spulenenden 3, 4 aufgebrach­ ten Höckers 5 ist mit y1 bezeichnet. Mittels einer entspre­ chender, nicht dargestellten Sensorik wird die relative Hö­ henposition des Fräsers 8 zu den Spulenenden 3, 4 soweit überwacht bzw. geregelt, daß beim ersten Kontakt des Fräser­ kopfes mit den Spulenenden 3, 4 ein elektrisches Signal aus­ gelöst wird. Mit Hilfe dieses elektrischen Signals kann somit bestimmt werden, in welcher Höhenposition der Fräserkopf das entsprechende Spulenende 3, 4 zum ersten Mals berührt.
Die Höhenlage dieses ersten Kontakts mit den Spulenenden 3, 4 kann als Startposition für ein gezieltes weiteres Vorschubmaß Dy2 dienen, das genau auf die Höhe der Spulenenden 3, 4 (bzw. der auf diesen Spulenenden 3, 4 vorgesehenen Höcker 5) abgestimmt ist und das Maß angibt, um das die Spulenenden 3, 4 (bzw. die Höcker 5) angefräst werden sollen.
In dem in den Fig. 3A bis 3C gezeigten Ausführungsbeispiel entspricht Dy2 dem halben Durchmesser der Spulenenden 3, 4, so daß die Spulenenden 3, 4 genau zur Hälfte abgefräst wer­ den. Hierdurch ist im Fall eines kreisförmigen Querschnitts der Spulenenden 3, 4 die größtmögliche Spulenendenfläche freigefräst, wodurch eine zuverlässige Lot- oder Leitkleber­ verbindung zu den Anschlußkontakten 14 des Chipmoduls 10 ge­ währleistet werden kann.
Nach dem Fräsen der ersten Vertiefungen 15 wird die Kavität 9 für den Chipmodul 10 ausgefräst, was in Fig. 5 mit "Geometrie Fräsen" bezeichnet ist.
Die Bestimmung der definierten Startposition beim ersten Kon­ takt des Fräserkopfes mit den Spulenenden 3, 4 bzw. den Höckern 5 ist technisch relativ einfach zu realisieren, da der Kartenkörper elektrisch isolierend ist. Dieses Verfahren bietet eine hohe Genauigkeit beim Anfräsen der Spulenenden 3, 4 unabhängig von der Spulenlage innerhalb des Kartenkörpers, so daß Ausschuß beim Herstellen der Chipkarte und spätere Funktionsausfälle minimiert werden können.
Das Einsetzen des Chipmoduls 10 in die Kavität 9 und das Ver­ binden der Anschlußkontakte 14 mit den Spulenenden 3, 4 bzw.
den Höckern 5 kann auf dieselbe Weise wie bei der ersten Aus­ führungsform erfolgen.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung einer sowohl für eine kontaktbe­ haftete als auch für eine kontaktfreie Signal- und Energie­ übertragung geeigneten Chipkarte, wobei eine als Antenne wir­ kende freie Spulenenden (3, 4) aufweisende Spule (2) ausge­ bildet und anschließend von mindestens einer weiteren Karten­ schicht (6) überdeckt wird, worauf die einzelnen Schichten (1, 6, 7) zu einem einheitlichen Kartenkörper laminiert wer­ den, in den von einer Seite her im Bereich der Spulenenden (3, 4) eine Kavität (9) zum Einsetzen eines Chipmoduls (10) eingebracht wird, wobei Anschlußkontakte (14) des Chipmoduls (10) mit den Spulenenden (3, 4) in elektrische Verbindung ge­ bracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Spulenen­ den (3, 4) vor dem Überdecken der Spule (2) mit der weiteren Kartenschicht (6) Höcker (5) aus leitfähigem Material aufge­ bracht werden, die nach dem Laminieren des Kartenkörpers freigelegt und zumindest zum Teil abgetragen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höcker (5) aus Lotpaste oder leitfähigem Kleber bestehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Freilegen der Höcker (5) beim Einbringen der Kavität (9) erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Freilegen der Höcker (5) durch Fräsen erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Höcker (5) aus Lotpaste bestehen, die nach dem Einsetzen des Chipmoduls (10) in die Kavität (9) durch Wärme aufgeschmolzen wird, welche über den Chipmodul (10) zur Lotpaste geleitet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Laminieren der einzelnen Schich­ ten (1, 6, 7) die Höcker (5) oder Spulenenden (3, 4) ange­ fräst werden, wobei die relative Höhenposition eines Fräser­ kopfes zu den Höckern (5) oder Spulenenden (3, 4) automatisch überwacht wird, indem bei Kontakt des Fräserkopfes mit den Höckern (5) oder Spulenenden (3, 4) ein elektrisches Signal abgegeben wird.
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