DE4345473B4

DE4345473B4 - Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule

Info

Publication number: DE4345473B4
Application number: DE4345473A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Michalk
Original assignee: Ods Landis & Gyr & Co KG GmbH
Current assignee: Ods Landis & Gyr & Co KG GmbH
Priority date: 1993-11-06
Filing date: 1993-11-06
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2013-11-07

Abstract

Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule, bestehend aus einem aus mehreren Schichten thermoplastischen Materials laminierten Plastkörper, wobei ein den Chip enthaltendes Chipgehäuse auf einer in dem Laminatverbund nahzu mittig angeordneten Folie befestigt ist und zwischen den zwei abschließenden Deckschichten und der Folie jeweils zwei weitere Schichten angeordnet sind, von denen zumindest diejenige, die an die Folie mit dem Chipgehäuse angrenzt, eine Aussparung für das Chipgehäuse aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule.
Die Daten- und Energieübertragung zwischen kontaktlosen Chipkarten und den Schreib- und Lesestationen wird mittels induktiver Kopplung, Mikrowelle oder kapazitiver Einkopplung realisiert. Sende- bzw. Empfangsmittel sind Antennen oder metallische Flächen in der Chipkarte. Um die bestehenden Abmessungsnormen und die Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit von Plastikkarten zu erfüllen, ist es erforderlich, dass die beim Gebrauch der Chipkarte auftretenden mechanischen Kräfte keine Beschädigung des oder der Halbleiterchips, der elektrischen Verbindungen oder der Sende- und Empfangsmittel, die im folgenden Antenne genannt werden, verursachen.

Im Stand der Technik ist es beispielsweise nach DE-OS 32 35 650 bekannt, die Chips auf eine flexible Leiterfolie mittels Bondverfahren zu befestigen.

Weiter ist es nach DE-OS 29 20 012 bekannt, die Chips mittels Direktkontaktierungsverfahren zu montieren. Bei diesen Verfahren wird der mechanische Schutz des Chips und der Kontaktleitungen zwischen Chip und Leiterkarte mit einer härtbaren Gieß- bzw. Abdeckmasse vorgenommen. Zum mechanischen Schutz des Chips und zur Vereinfachung der Montage werden nach DE 89 09 027 U1 bzw. G 89 09 027.6 , DE-OS 34 20 051 sowie nach EP 0 211 360 Schutzringe, Gewebeplättchen und ähnliche Materialien bzw. Anordnungen angewendet.

Aus DE 3 131 216 A1 ist eine Chipkarte bekannt, bei der der eigentliche Chip 2 in einem Trägerelement 3 untergebracht ist. Das Trägerelement 3 weist einen Verankerungsrahmen 5 auf, mittels dem das Trägerelement zwischen zwei Folien 6 und 7 gehalten wird. Das Trägerelement 3 weist Kontaktschichten auf. Beide Seiten der Chipkarte können durch Deckfolien 8, 9 abgeschlossen werden.

Aus EP 0 570 062 A1 ist eine kontaktlose Chipkarte bekannt, die einen Kem 14, 15, 16 aufweist um den eine Spule gewickelt ist. Weiterhin weisen die inneren Schichten Aussparungen auf zur Erzeugung einer Kammer in der die elektronischen Bauteile untergebracht sind.

Aus WO 88/08592 ist eine weitere Chipkarte bestehend aus laminierten Schichten bekannt.

Bei laminierten kontaktlosen Chipkarten besteht das Problem, dass sich die im Inneren des Laminatkörpers angeordneten elektrischen Bauteile während der Heißlamination nach außen durchdrücken, was zu Unebenheiten führt, die insbesondere den Druckvorgang stören und das gesamte Erscheinungsbild der Karten nachteilig beeinflussen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Chipkarte anzugeben, die einfacher herzustellen ist und ein verbessertes Erscheinungsbild hat, indem vermieden wird, dass sich die im Inneren des Laminatkörpers angeordneten Bauteile beim Herstellungsvorgang der Karte nach außen durchdrücken.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen die Zeichnungen im Einzelnen:
1 die Draufsicht auf eine Leiterbahnfolie,
2a die Gehäusefolie in Draufsicht mit kurzgeschlossenen Anschlussleitungen,
2b die Gehäusefolie in Seitenansicht,
3 die Leiterbahnfolie nach dem Auflegen der Gehäusefolie,
4 die Lage des Chipgehäuses mit Gehäusefolie im Schnitt
5 einen Leiterbahnfolienutzen auf dem mehrere Leiterbahnfolienstücke zeilen- und spaltenweise angeordnet sind,
6 einen Querschnitt durch eine Laminatfolienanordnung unmittelbar vor dem Laminieren.
1 zeigt die Draufsicht auf die Leiterbahnfolie 6 für eine kontaktlose Chipkarte. Entlang der Chipkartenperipherie ist die Antennenspule 7 mit der Zuleitung 8 und den Kontaktstellen 10 angeordnet. Der Durchbruch 11 hat die um einen Toleranzzuschlag erhöhte Größe des Chipgehäuses 1. Der Durchbruch 11 liegt außerhalb der am stärksten biegebelasteten Zonen (Mittelachsen) der Chipkarte.
In 2a ist die Gehäusefolie 4 in Draufsicht und in 2b in Seitenansicht abgebildet. Im Chipgehäuse 1 befindet sich in zentraler Lage das Halbleiterchip 2. Allseitig aus dem Chipgehäuse 1 ragt die Gehäusefolie 4, die auf der Oberseite die äußeren elektrischen Leitungen 3 trägt, welche mit den äußeren Anschlussstellen 5, die sich auf der Unterseite der Gehäusefolie 4 befinden, bereits durch den Herstellungsprozess der Folie kontaktiert sind. Die Seiten des Chipgehäuses 1.1 und 1.2 sind im Beispiel je 200 μm dick. Die Dicke der Gehäusefolie 4 beträgt 80 μm, die Größe der äußeren Anschlussstellen und Kontaktstellen je 1,0 × 1,0 mm². Die Gehäusefolienstücke 4 sind im Herstellungsprozess in Form eines Gehäusefolienbandes 19 angeordnet.
Weiterhin ist die Gehäusefolie 4 dargestellt, bei der an den Anschlussleitungen 3 eine Kurzschlussbrücke 21 angebracht ist. Das Abtrennen der Kurzschlussbrücke 21 von den äußeren elektrischen Leitungen 3 erfolgt zweckmäßigerweise durch den Trennschnitt der Gehäusefolie 4 vom Gehäusefolienband 19, der durch die Trennschnittlinien 23 dargestellt ist. Dabei können Gehäusefolie 4 und/oder die Anschlussstellen 5 während der Montage- und Prüfarbeitsgänge mit einem mit elektrischen Kontakten versehenen Aufnehmer verbunden werden. Die Verbindung ist beispielsweise während des Abtrennens und während des Aufsetzens auf die Leiterbahnfolie 6 möglich. Außerdem kann der elektrisch leitende Aufnehmer so geschaltet werden, dass die äußeren elektrischen Leitungen 3 kurzgeschlossen und geerdet sind. Mitunter ist es auch zweckmäßig, dass die Gehäusefolie 4 nach dem Abtrennen und während des Handlings und gegebenenfalls Aufsetzens durch den mit elektrischen Kontakten versehenen Aufnehmer so aufgenommen wird, dass während des Handlings der Gehäusefolie 4 die elektrische Prüfung und/oder Programmierung des auf der Gehäusefolie 4 befindlichen Halbleiterchips 2 vollzogen werden kann.
Es ist weiterhin möglich, dass die Antennenspule 7 auf der Leiterbahnfolie 5 vor und während des Aufsetzens der Gehäusefolie 4 geerdet wird oder/und dass die elektrischen Kontakte des Aufnehmers vor und/oder nach der elektrischen Prüf- und/oder Programmierung des Halbleiterchips 2 so geschaltet werden, dass die elektrischen Leitungen 3 der Gehäusefolie 4 geerdet sind.
In 3 ist die Leiterbahnfolie 6 nach dem Positionieren und Auflegen der Gehäusefolie 4 dargestellt. Eine Gehäusehälfte 1.1 liegt passend im Durchbruch 11 der Leiterbahnfolie 6. Direkt auf den Kontaktstellen 10 der Leiterbahnfolie 6 liegen deckungsgleich die äußeren Anschlussstellen 5 der Gehausefolie 4. Die Gehäusefolie 4 wurde thermisch an der Leiterbahnfolie 6 an der Verbundstelle 13 angeheftet.
4 zeigt im Ausschnitt die Lage des Chipgehäuses 1 und seiner Gehäusefolie 4 nach dem Positionieren auf der Leiterbahnfolie 6 und dem Anheften über die Verbundstellen 13. Auf der Kontaktstelle 10 der Leiterbahnfolie 6 liegt direkt die äußere Anschlussstelle 5 der Gehäusefolie 4. Die äußere Anschlussstelle 5 und die äußere elektrische Leitung 3 der Gehäusefolie 4 sind miteinander über die Durchkontaktierung 22 durch die Gehäusefolie 4 elektrisch verbunden. Dadurch ist es möglich, die äußeren elektrischen Leitungen 3 der Gehäusefolie 4 elektrisch isoliert über die sie kreuzenden Windungen der Antennenspule 7 der Leiterbahnfolie 6 zu führen.
Werden mehrere Leiterbahnfolienstücke zeilenweise und spaltenweise angeordnet, ergibt sich der in 5 dargestellte Leiterbahnfoliennutzen 18. Die Auftrennung des Nutzens 18 in einzelne Plastikkarten erfolgt nach dem Laminieren des Nutzens 18.
6 erläutert ein Beispiel einer Laminatfolienanordnung unmittelbar vor dem Laminieren. Die oberste Laminatfolie 17 und die unterste Laminatfolie 16 sind thermoplastische, klare Laminatfolien der Dicke von 50 ... 80 μm. Sie befinden sich auf Laminatfolien 15 der Dicke von 100 μm. Diese Folien 15, 16 und 17 weisen keine Durchbrüche 11 auf. Auf der – von unten gesehen – zweiten Laminatfolie 15 liegt eine 200 μm dicke Laminatfolie 15, in dessen Durchbruch 11 eine Seite 1.2 des Chipgehäuses 1 liegt. Die Leiterbahnfo lie 6 liegt auf der Gehäusefolie 4, so dass die Kontaktstellen 10 der Leiterbahnfolie 6 und die Anschlussstellen 5 der Gehäusefolie 4 sich berühren. Darauf folgt eine 200 μm dicke Laminatfolie 15 mit einem Durchbruch 11 in der Größe der Fläche einer Seite 1.1 des Chipgehäuses 1. Im Beispiel bestehen die Folien 15, 16 und 17 aus Polycarbonat und die Folien 4 und 6 aus Polyester bzw. aus Epoxid-Glasgewebe FR4. Die Oberfläche des Chipgehäuses 1 trägt eine Beschichtung 20 zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Polycarbonatschichten auf dem Gehäuse 1.
Bei dem Verfahren wird eine Leiterbahnfolie aus flexiblem, elektrisch isolierendem Trägermaterial, vorzugsweise mit einer Dicke von größer oder gleich 25 μm, einseitig mit Leiterzügen für die Antenne und für die Kontaktierung von Kondensatoren oder Widerständen und Chipgehäusen versehen. Die Leiterbahnfolie besitzt mindestens einen Durchbruch zur einseitigen Aufnahme des Chipgehäuses. Besteht die Leiterbahnfolie aus einem Material, das mit den weiteren Laminatlagen der Plastkarte nicht verschweißbar ist, wird die Leiterbahnfolie mindesten um eine entlang des künftigen Kartenrandes umlaufende größer gleich 2 mm breite Randzone kleiner als die Kartenfläche ausgebildet. Das Halbleiterchip befindet sich in einem schichtsymmetrischen Chipgehäuse, aus welchem mittig eine Gehäusefolie aus flexiblem, elektrisch isolierendem Material der Dicke von vorzugsweise kleiner gleich 100 μm ragt. Die Gehäusefolie trägt mindestens einseitig Leiterzüge zur Kontaktierung des Chips, wobei die Leiterzüge in äußeren Anschlussstellen enden.
Das Chipgehäuse wird einseitig so in den Durchbruch der Leiterbahnfolie gelegt, dass die äußeren Anschlussstellen der Gehäusefolie und die zugeordneten Kontaktstellen der Leiterbahnfolie aufeinander liegen. Gehäusefolie und Leiterbahnfolie werden durch Kleben oder Schweißen zusammengeheftet. Anschließend werden entsprechend der beabsichtigten Dicke und Gestaltung der Plastikkarte Laminatfolienlagen entsprechend der Gehäusedicke mit Durchbrüchen versehen und mit Laminatfolien ohne Durchbrüchen unter bzw. auf die gehefteten Leiterbahn- und Gehäusefolien geschichtet und zusammenlaminiert. Vorzugsweise wird dabei wie folgt geschichtet:
Leiterbahnfolie mit einer Dicke von vorzugsweise 50 μm; Gehäusefolie, vorzugsweise 70 μm dick; Auflage einer Laminatfolie auf der Leiterbahnfolie, vorzugsweise in der Dicke der oberen Gehäusehälfte von vorzugsweise 200 μm und mit einem Durchbruch in der Größe der Gehäusefläche; Unterlage einer Laminatfolie in der Dicke der unteren Gehäusehälfte, vorzugsweise 200 μm mit einem Durchbruch, vorzugsweise in Größe der Gehäusefläche und Unterschichtung bzw. Überschichtung des so entstandenen Laminatpaketes mit weiteren, nicht durchbrochenen Folien.
Die Anordnung und das Verfahren ermöglichen es, den Schichtenaufbau der Chipkarte und des oder der in ihr eingeschlossenen Chips, der elektrischen Leitungen und zusätzlichen Schutzschichten völlig symmetrisch bezogen auf die Schichtmitte der Chipkarte vorzunehmen, und damit eventuelle, durch konstruktive und materialbedingte Unsymmetrien verursachte mechanische Spannungsspitzen bei mechanischer Belastung der Chipkarte, insbesondere bei Biegebelastungen, zu vermeiden.
Das Laminat besteht über alle Schichten aus gleichem oder ähnlichem Material; die Leitbahnebenen befinden sich nahezu in der idealen Schichtmitte des Laminatverbundes, das Chipgehäuse befindet sich in der idealen Mitte des Schichtverbundes, und alle Schichten sind zumindest an den Kantenrändern miteinander fest verschweißt, wenn die Leitbahn- und Gehäusefolie aus nicht mit den Laminatfolien verschweißbarem Material besteht. Es besteht völlige Schichtsymmetrie aller Materialien an allen Stellen der Plastikkarte.
Aufgrund der möglichen großflächigen Ausführung der äußeren Anschlussstellen und der Kontaktstellen sowie der mechanischen Justierung und Arretierung der Gehäusehälften in den Durchbrüchen, ist ein einfaches Zusammenbringen der Folien möglich.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass doppelseitige Leiterzüge zur Realisierung von Kreuzungen der Leiterzüge im Kreuzungsbereich oder die partielle Isolierung von einseitigen Leiterzügen auf der relativ kleinen, dadurch kostengünstigeren, Gehäusefolie angebracht werden können und dass die Leiterbahnfolie nur einseitig mit Leiterbahnen und ohne zusätzliche Isolierungen kostengünstig ausgeführt werden kann.
Durch die Auftrennung der Leiterplatte in Leiterbahnfolie und Gehäusefolie kann der Chipkontaktierungsprozess und die Gehäuseherstellung kostengünstig auf Gehäusefolienstreifen ausgeführt werden. Damit sind Antennengrößen und Chiptypen beliebig bis kurz vor dem Laminatmontageprozess kombinierbar.
Weiterhin ist es vorteilhaft, auf der Gehäusefolie bzw. in den Durchbrüchen der Gehäusefolie Kondensatoren oder Widerstände zu befestigen. Ein Vorprüfen des Chips mit Elementen der äußeren Beschaltung ist möglich, der Montage- und Prüfprozess kann an gut hantierbaren, endlosen Leiterstreifen durchgeführt werden.
Auch ist es günstig, alle Laminatlagen mit Ausnahme der Gehäusefolie im Mehrfachnutzen anzuordnen, um eine hohe Produktivität beim Laminieren zu erreichen.
Wird ein mit dem Material der Laminatlagen nicht verschweißbares Trägermaterial für die Leiterbahnfolie eingesetzt, kann der Mehrfachnutzen der Leiterbahnfolie so mit Durchbrüchen versehen werden, dass die einzelnen Antennenspulen untereinander in den Randzonen durch Durchbrüche getrennt und nach außen hin nur über schmale Haltestege miteinander verbunden sind.
Weiterhin ist es zweckmäßig, in die Leiterfolie in den nicht von den Antennenleiterzügen oder der Gehäusefolie abgedeckten Bereichen Vernetzungsdurchbrüche anzuordnen. In diesen Durchbrüchen verschweißt sich das Material der oberen und der unteren Laminatlage und verbessert so die Gesamtfestigkeit der Karte.
Vorteilhaft ist ferner, zur Verbesserung der Haftfestigkeit zwischen der Thermoplastlaminatschicht und der Gehäuseoberfläche, auf die Gehäuseoberfläche ein thermoplastisches Material, vorzugsweise in Lösungsmittel gelöstes thermoplastisches Material, aufzutragen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Gehäuseoberfläche mit einem elektrostatisch schirmenden Material zu belegen.
Schließlich ist es günstig, mehrere Chips und ihre Gehäusefolien in einer Chipkarte anzuordnen; der Funktionsumfang und der Speicherbereich von Chipkarten lassen sich dadurch montageflexibel auf einfache Art und Weise erhöhen.
Alle die genannten Verfahrensweisen und Vorteile lassen sich sinngemäß auch bei der Herstellung kontaktbehafteter Chipkarten sowie bei der Herstellung laminierter Erzeug nisse mit einlaminierten elektronischen Schaltungen, deren Gestalt von einer Chipkarte abweicht sowie bei ähnlichen Erzeugnissen anwenden.

1: Chipgehäuse
1.1, 1.2: Seiten des Chipgehäuses
2: Halbleiterchip
3: äußere elektrische Leitung
4: Gehäusefolie
5: Anschlussstellen
6: Leiterbahnfolie
7: Antennenspule
8: Zuleitungen der Antennenspule
9: Randzone
10: Kontaktstellen
11: Durchbruch
12: Widerstand
13: Vernetzungsdurchbrüche
14: Verbindung
15: Laminatfolie
16: unterste Laminatfolie
17: oberste Laminatfolie
18: Nutzen
19: Gehäusefolienband
20: Gehäuseoberflächenbeschichtung
21: Kurzschlussbrücke
22: Durchkontaktierung
23: Trennschnittlinie
24: Haltestege

Claims

Kontaktlose Chipkarte (6) mit Antennenspule (7), bestehend aus einem aus mehreren Schichten (15) laminierten Plastkörper, wobei ein den Chip enthaltendes Chipgehäuse (1) auf einer in dem Laminatverbund nahezu mittig angeordneten Folie (4) befestigt ist, wobei die Folie im Vergleich zu den Abmessungen der Chipkarte und somit zu den weiteren Schichten der Chipkarte eine wesentlich geringere Fläche aufweist und Kontaktanschlüsse (5) trägt, die eine elektrische Verbindung zu dem in dem Chipgehäuse enthaltenen Chip herstellen und wobei zwischen den zwei abschließenden Deckschichten (16, 17) und der Folie (4) jeweils zwei weitere Schichten (15) angeordnet sind, von denen zumindest diejenige, die an die Folie mit dem Chipgehäuse angrenzt, eine Aussparung (11) für das Chipgehäuse (1) aufweist.
Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden abschließenden Deckfolien (16, 17) thermoplastische, klare Laminatfolien sind, mit einer Dicke von vorzugsweise 50 bis 80 μm.
Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diejenige Schicht, die an das Chipgehäuse (1) angrenzt und eine Aussparung für das Chipgehäuse aufweist, eine Laminatfolie von vorzugsweise 200 μm Dicke ist.
Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschichten (16, 17) und die weiteren Schichten aus Polycarbonat und die Folie, auf der das Chipgehäuse (1) angeordnet ist, aus Polyester oder Epoxidglasgewebe bestehen.
Kontaktlose Chipkarte mit Antennenspule nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Chipgehäuse (1) zur Verbesserung der Haftfestigkeit der Polycarbonatschichten auf dem Gehäuse eine Beschichtung trägt.