DE4401588C2 - Verfahren zum Verkappen eines Chipkarten-Moduls und Chipkarten-Modul - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und einen Chipkarten-Modul gemäß Oberbe­ griff des Patentanspruchs 7.

Chipkarten-Module werden als aktive Baugruppen unter anderem für die Herstellung von Telephon-, Buchungs- und Prozessor­ karten sowie als kompakte Baugruppen in anderen elektroni­ schen Karten, Baugruppen und Bauteilen verwendet und enthal­ ten integrierte Schaltkreise und elektronische Bauelemente für bestimmte Funktionen. Ein Chipkarten-Modul wird auf einem Träger auf Kunststoff-, Mineral- oder Metallbasis oder deren Verbunde aufgebaut, wobei nach bekannten Methoden ein IC- Baustein oder andere aktive oder passive Bauelemente am Trä­ ger angebracht werden. Durch Löten oder Bonden werden elek­ trisch leitende Verbindungen hergestellt. Gegen äußere Ein­ flüsse wie Berührung, Biegung, Korrosion, Druck (im physika­ lischen Sinn), Wärme und Strahlung etc. ist der Modul emp­ findlich. Der Modulrohling wird deshalb, z. B. durch Verkap­ pen, in eine einfach handhabbare, beanspruchbare, geometrisch definierte und stabile Form gebracht.

Bei einem aus FR 26 28 263 A1 bzw. deren amerikanischen Familienmitglied US 4954308 bekannten Verfahren wird ein den IC-Baustein tragendes Substrat in der Form derart mit einer wärmehärtbaren Harzmasse angespritzt, daß die Harzmasse in etwa parallel zur Ebene des Substrats in den die geometrische Form der Verkappung definierenden Hohlraum fließt. Formen­ technische Maßnahmen verhindern einen Kontakt zwischen dem Trägermaterial und der Spritzmasse im Anspritzkanal. Teil der Form ist nämlich ein Formkern, der als Platte bezeichnet wird und dem Trennmittel der Anmeldung entspricht, der die gesamte Breite des Substrates übergreift und den Anspritzkanal derart positio­ niert, daß die Spritzmasse im Abstand oberhalb der Oberfläche des Substrats zum Hohlraum für die Verkappung strömt. Die im Anspritzkanal verbleibende Harzmasse wird durch Bewegen des Formkerns relativ zum Substrat von der Verkappung gelöst.

Bei einem aus US 5122860 bekannten Verfahren wird eine andere Art eines Chipkarten-Moduls hergestellt, bei dem der IC-Baustein direkt auf die Rückseite der später in der Chip­ karte die Kontaktstellen definierenden Metallplatten aufge­ klebt und in einer Form durch Transfer-Spritzen mit einem Epoxid-Harz verkappt wird. Die Verkippung greift seitlich um die Ränder der Metallplatten herum bzw. in Hohlräume zwischen den Metallplatten ein. Zur Vergrößerung der Haftflächen werden die Oberflächen der Metallplatten durch Sandstrahlen oder Ätzen aufgerauht.

Aus GB 2073947 A und US 4946633 sind Transfer-Formpreß­ verfahren zum Herstellen von Halbleiterkomponenten mit an ei­ ner Metall-Leiterrahmenstruktur angeordneten IC-Bausteinen bekannt, wobei härtbares Harz an die freien Oberflächen der Leiterrahmenstruktur angehaftet wird.

Bei einem aus US 4674175 bekannten Verfahren wird eine Me­ tallgitter-Struktur mit PVC-Formteilen als Rahmen für eine Vergußmasse der IC-Bausteine bestückt, ehe vorgeformte Hohl­ räume der Formteile mit einer Vergußmasse ausgefüllt werden.

Bei einem aus DE 42 09 184 C1 bekannten Verfahren wird eine Formkammer mit einem Zweikomponenten-Epoxidharz befüllt, ehe der Chipkarten-Modul mit dem IC-Baustein voran eingedrückt wird. Überschüssiges Epoxid-Harz wird seitlich ausgetrieben und bildet auf der Oberfläche des Trägers nach außen verlängerte, dünne Folienbereiche, die später die Haftung zwischen dem Chipkarten-Modul und der Chipkarte verbessern sollen.

Bei einem US 4803542 aus bekannten Casting-Verfahren zum Herstellen eines Chipkarten-Moduls wird das mit dem IC- Baustein bestückte Trägermaterial in mit Glasfasern vermisch­ tes Epoxid-Harz eingebettet, wobei das Epoxid-Harz senkrecht zur Ebene des Trägermaterials zufließt bzw. abfließt. Um sau­ bere Verkappungsoberflächen zu erreichen, ist eine Nachbear­ beitung der Angußstellen erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen Chipkarten-Modul anzuge­ ben, bei denen kostengünstig und verfahrenstechnisch einfach hohe und gleichbleibende Maßgenauigkeit, gute Qualität und hohe Belastbarkeit des Verbindungsbereichs zwischen der Ver­ kappung und dem Trägermaterial über lange Gebrauchsdauer er­ reichbar sind.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und dem Chipkarten-Modul gemäß Anspruch 7 gelöst.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus der FR 26 28 263 A1 bzw. derem Familienmitglied US 4954308. Ein Chipkarten-Modul gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 ist aus der US 5122860 bekannt. Durch die vor dem Verkappen gebildeten Verankerungshohlräume wird zusätzlich zur chemischen Haftung der Verkappung an der Oberfläche des nichtmetallischen Trägermaterials ein fester formschlüssiger Verbund zwischen dem Trägermaterial und der Spritzmasse erreicht, obwohl zwischen der duroplastischen Spritzmasse und dem nicht metallischen Trägermaterial keine ausgeprägte gegenseitige Haftungsneigung vorliegt. Durch die Verankerungshohlräume wird jedoch eine intensive Haftung er­ reicht, die nur in dem Bereich, in dem die Oberfläche des Trägermaterials den Anspritzkanal begrenzt, durch die aufgebrachte Trennschicht ausgeschlossen wird. Ob­ wohl die Verkappung fest haftet und das nicht metalli­ sche Trägermaterial stabilisiert, läßt sich die im Anspritzkanal verbliebene Spritzmasse dank der Trennschicht leicht von der Verkappung lösen.

Der Chipkarten-Modul zeichnet sich aufgrund des zusätzlichen Formschlusses zwischen der Verkappung und dem nicht metalli­ schen Trägermaterial durch einen bruchfesten Aufbau und durch die durch die Form bestimmte, präzise und exakt reproduzier­ bare Geometrie der Verkappung aus. Der Chipkarten-Modul ist besonders zur Anwendung in dünnen Telephon-, Zutritts-, Bu­ chungs- und Prozessorkarten zweckmäßig, da der Träger durch die mit ihm Verkappung stabilisiert ist.

Bei der Verfahrensform gemäß Anspruch 2 wird das Trägermate­ rial kostengünstig für die dauerhafte und feste Haftung der Verkappung vorbereitet.

Bei der Verfahrensvariante gemäß Anspruch 3 lassen sich geo­ metrisch unterschiedliche Verkappungen erzeugen, die unabhän­ gig von ihrer Größe und geometrischen Form am Trä­ germaterial haften.

Die Verfahrensform gemäß Anspruch 4 ist zweckmäßig, weil bei dieser Temperatur die Spritzmasse zwar in kleinste Veranke­ rungshohlräume einzudringen vermag, jedoch das Trägermaterial und die darauf angebrachten Komponenten thermisch nicht ge­ fährdet sind.

Gemäß Anspruch 5 passiviert die Trennschicht die aufgrund der Verankerungshohlräume haftungs­ freudige Oberfläche im Bereich des Anspritzkanals, so daß dort die Spritzmasse nicht anzuhaften vermag. Die im An­ spritzkanal verbliebene Spritzmasse läßt sich gegebenenfalls vor dem Aushärten unter Wärmeeinwirkung bereits entfernen, ist jedoch auch nach dem Aushärten dank der Trennschicht ein­ fach entfernbar. Gegebenenfalls haf­ tet die Spritzmasse an der Trennschicht, die beim Entfernen vom Trägermaterial gelöst wird.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 10 ist zweckmäßig, weil die beim Abätzen der Dentrit-Kupfer-Auflage freigelegte Ober­ flächenstruktur die Vielzahl der Verankerungshohlräume auf­ weist, die für die mechanische und chemische Haftung der Spritzmasse genutzt werden. Diese Vorbehandlung des Trägerma­ terials wird zum Aufbau des Modulrohlings und der elektrischen Leiter vorgenommen und stellt die Verankerungshohlräume her, die zum intensiven Anhaften der Verkappung genutzt und im Bereich des Anspritzkanals durch die Trennschicht kompen­ siert sind.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Erfin­ dungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung einer Vor­ richtung zum Verkappen,

Fig. 2 einen vergrößerten Teilschnitt durch einen Chipkarten-Modul,

Fig. 3 eine Draufsicht eines Bandes oder Streifens verkappter Chipkarten-Module, und

Fig. 4 eine Druntersicht zu Fig. 3.

Mit einer Vorrichtung V gemäß Fig. 1 werden Chipkarten- Module M mit einer duroplastischen Niederdruck-Spritz­ masse S verkappt. In einem Gegenhalter 1 mit einer Auf­ lagefläche 2 ist ein Chipkarten-Modul M so positionier­ bar, daß er einen offenen Formhohlraum 4 einer Spritz­ form 3 bis auf einen Anspritzkanal 5 verschließt. Der Chipkarten-Modul M besitzt einen plättchenartigen Träger C, an dessen oder in dessen Oberfläche 6 ein IC-Baustein 7 positioniert ist, der über Kontaktbrücken 8 mit einer an der anderen Oberfläche angebrachten Kontaktschicht 19 elektrisch leitend verbunden ist. Die Kontaktbrücken 8 durchsetzen Durchgangsbohrungen 9 im Träger C. Zusätz­ lich können Sackbohrungen 10 in den Träger C eingebracht sein, die zur Oberfläche 6 hin offen sind. Darüberhinaus können in der Oberfläche 6 offene, in Fig. 1 nicht ge­ zeigte, Verankerungshohlräume A (s. Fig. 2) vorgesehen sein. Die Verankerungshohlräume A sind entweder ganz­ flächig oder lokal begrenzt vorgesehen.

Der Anspritzkanal 5 wird von der Oberfläche 6 zumindest teilweise begrenzt. Im Bereich des Anspritzkanals 5 ist auf der Oberfläche 6 eine Trennschicht T (ein Trenn­ lack oder ein Klebestreifen) ange­ bracht. Alternativ oder additiv könnte auch ein haf­ tungsarmer Schieber 22 vorgesehen sein, mit dem sich der Anspritzkanal 5 unmittelbar an der Oberfläche 6 absper­ ren läßt.

Ferner ist eine Niederdruck-Spritzpresse 12 Teil der Vorrichtung V. Die Presse 12 enthält eine Heizung 13, um in einer Kammer 14 eine Tablette oder ein Pellet 17 einer duroplastischen Niederdruck-Spritzmasse S in einen niedrigviskosen Zustand überzuführen. Von der Kammer 14 führt ein Kanal 15 zum Anspritzkanal 5. Ein Kolben 16 erzeugt den erforderlichen Druck zum Spritzen der Spritzmasse S an die Oberfläche 6 und in die Veranke­ rungshohlräume A des Trägers C.

Die Presse 12 ist in Fig. 1 mit ihrem Kanal 15 schräg von oben zum Formhohlraum 4 geneigt gezeigt. Es ist aber auch denkbar, die den Kanal 15 im wesentlichen horizon­ tal in den Formhohlraum 4 zu richten und mit dem Kolben 16 von oben nach unten zu arbeiten. Der Gegenhalter 1 und die Form 3 werden in Richtung der Pfeile gegeneinan­ der gepreßt, damit der Formhohlraum 4 sicher verschlos­ sen wird und keine Spritzmasse S seitlich austreten kann.

In Fig. 2 ist ein Teilabschnitt eines fertigen Chipkar­ ten-Moduls M erkennbar. Der Träger C, an dem der IC-Bau­ stein 7 angebracht und mittels der Kontaktbrücken 8 mit der Kontaktfläche 19 elektrisch leitend verbunden ist, besteht aus einem Trägermaterial 18 auf Kunststoff-, Mineral- oder Metallbasis oder deren Verbunde. Die Durchgangsbohrungen 9 (oder entsprechende Sackbohrun­ gen (10)) und beispielsweise konisch ausgebildet, derart, daß sie sich von der Oberfläche 6 ausgehend erweitern. Die Bohrungen können gebohrt, gestanzt oder gefräst sein. Ferner ist es denkbar, sie durch Erodieren oder mit energiereichen Strahlen zu formen. Weitere Veranke­ rungshohlräume A mit unregelmäßiger Form sind beispiels­ weise am Trägermaterial 18 (glasfaserverstärktem Epoxid­ material (FR-4)) in einer speziell rauhen Oberflächen­ struktur durch Abätzen eines Dentrit-Kupfer-Belags in einem Vorbehandlungsprozeß gebildet, wobei der Belag mit dem Epoxid-Material in zur Oberfläche 6 offenen Hohlräumen, Spalten, Rissen und dergleichen verbunden war, die nach dem Abätzen freigelegt sind. Die Spritz­ masse S dringt beim Anspritzen des Trägers C in die Ver­ ankerungshohlräume A, füllt diese zumindest teilweise und verbindet sich auf diese Weise formschlüssig mit dem Trägermaterial 18. Die Verankerungshohlräume A sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sie einen Form­ schluß ermöglichen, mit dem das Abheben der Verkappung K nach oben vermieden wird. Die in die Verankerungshohl­ räume A eingedrungene Spritzmasse S, die auch chemisch durch Adhäsion haftet, wird nach dem Anspritzen, vor­ zugsweise durch eine Wärmebehandlung, ausgehärtet. Die auf diese Weise gebildete Verkappung (K) umhüllt die elektronischen aktiven und/oder passiven Komponenten. Durch genaue Bemessung des Formhohlraumes 4 ergibt sich eine geometrisch maßgenau reproduzierbare Form des Chipkarten-Moduls M. Die Verkappung K besitzt zweckmäßi­ gerweise eine ebene Oberfläche. Ihre Form kann rund, viereckig oder beliebig vieleckig sein.

In Fig. 2 ist bei T der Oberflächenschutz angedeutet, und bei 21 die Bruchstelle der im Bereich des Spritzkanals 5 entfernten Spritzmasse S. Diese ist zweckmäßiger­ weise eine Mischung von Sand oder Quarzmehl mit Epoxid und wird durch Wärmeeinwirkung in einen niedrigviskosen Zustand überführt, aus dem sie z. B. innerhalb einer Mi­ nute, aushärtet. Bei einem Chipkarten-Modul M für eine Chipkarte mit einer Stärke von ca. 0,8 mm können der Träger C eine Stärke von ca. 0,15 mm und die Verkappung K eine Stärke von ca. 0,55 mm haben.

Gemäß Fig. 3 und 4, sind in einem Streifen B aus Modulen M gleichzeitig sechs Module verkappt worden. Jede Ver­ kappung K ist in der Draufsicht annähernd quadratisch mit gerundeten Ecken, und läßt an der Oberfläche 6 einen schmalen Randstreifen 20 frei. Die Anspritzkanäle führen von einer Seite des Streifens B in etwa zur Mitte jedes Formhohlraums. Die Spritzmasse S, von der der nicht aus­ gepreßte Rest 17' erkennbar ist, bildet Äste 5', die sich zu den Bereichen der Oberfläche 6 erstrecken, an denen je­ weils die Trennschicht T angebracht ist. Nach oder vor dem Aushärten der Verkappungen K werden die Äste 5' an den Verkappungen K abgebrochen.

In der Druntersicht von Fig. 4 ist an jedem Modul M die Kontaktfläche 19 erkennbar. Die Äste 5' verlaufen in et­ wa in der Ebene des Streifens B. Die noch mit dem Strei­ fen B verbundenen Äste 5' werden - wie gesagt - wegge­ brochen. Da die Verkappungen K voneinander getrennt sind, lassen sich auch die Module M später leicht von­ einander trennen.

In Fig. 1 ist die Spritzpresse 12 getrennt von der Form 3 vorgesehen und über den Kanal 15 mit dem Anspritzkanal 5 verbunden. Es ist denkbar, die Form 3 (zweckmäßiger­ weise mit mehreren Formhohlräumen 4) mit der Spritzpresse 12 oder zumindest deren Mundstück zu vereinigen und auch das Widerlager 1 in die Form 3 zu integrieren.

Beispiel 1

Im Rahmen des vorbeschriebenen Verfahrens werden zu­ nächst auf einem Träger C aus glasfaserverstärktem Epoxid-Material (FR-4) auf der nicht zu verkappenden Rückseite vergoldete Kupferkontaktbahnen mit offenen Durchkontaktierungen zu Bondinseln auf der Oberfläche 6 und in dem zu verkappenden Bereich angebracht. Dann wird ein IC-Baustein 7 montiert und durch Bondbrücken 8 elek­ trisch mit den Kontakten verbunden. Anschließend wird der Träger C mit der duroplastischen niederviskosen Niederdruck-Spritzmasse S in einer Verschließpresse bei ca. 180°C durch Anspritzen verkappt. Vor oder nach dem rückstandsfreien Formen und Entfernen der Spritzmasse S im Anspritzkanal 5 wird die Verkappung durch Wärmeein­ wirkung in die stabile Endform überführt.

Beispiel 2

Am Träger C aus glasfaserverstärktem Epoxid-Material (FR-4) wird eine speziell rauhe Oberflächenstruktur durch Abätzen einer Dentrit-Kupfer-Auflage in einem speziellen Herstellungsprozeß vorbereitet. Auf der nicht zu verkappenden Rückseite sind vergoldete Kupferkontakt­ bahnen angebracht. Von der zu der verkappenden Oberflä­ che 6 zur Rückseite werden Sackloch-Durchkontaktierungen von den Bondflächen der Oberfläche 6 zur Rückseite und den Kontaktbahnen angebracht. Dann wird der IC-Baustein 7 montiert und mit den Bondinseln kontaktiert. Danach wird der Verlauf des Anspritzkanals 5 an der Oberfläche 6 mit einem Trennlack als Trennschicht T druckt.

Die Spritzmasse S wird mit der Verschließpresse bei ca. 180°C angespritzt. Dabei werden im Streifen B gleich­ zeitig mehrere Verkappungen K gebildet. Anschließend wird der Streifen B entformt und die Spritzmasse S, die im Bereich der Anspritzkanäle 5 an den Oberflächen 6 haftet, zusammen mit dem Trennlack rückstandsfrei ent­ fernt. Danach werden die Module M durch Wärmeeinwirkung in eine stabile Endform überführt.

Claims (11)

1. Verfahren zum Verkappen wenigstens eines aus einem Träger (C) mit aktiven und passiven elektronischen Komponenten bestehenden Chip-Karten-Moduls an dessen der Kontaktierungsseite abgewandter Oberfläche (6) mit duroplastischer Niederdruck-Spritzmasse (S) in einem Formhohlraum (4), zu dem wenigstens ein von der Oberfläche des Trägers begrenzter Anspritzkanal (5) führt, wobei die Niederdruck-Spritzmasse (S) an den Träger (C) angespritzt und mit ihm haftverbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Anspritzen in dem Trägermaterial (18) zur Oberfläche (6) offene Verankerungshohlräume (A) für die Spritzmasse (S) gebildet werden, dass auf den den Anspritzkanal (5) begrenzenden Bereich der Oberfläche (6) des Trägermaterials (18) eine das Anhaften der Niederdruck-Spritzmasse (S) an der Oberfläche (6) des Trägermaterials (18) verhindernde Trennschicht (T) aufgebracht wird, dass die Niederdruck-Spritzmasse (S) durch den Anspritzkanal (5) im Formhohlraum (4) an die Oberfläche (6), in Verankerungshohlräume (A) und an die Trennschicht (T) gepresst und ausgehärtet wird und dass nach dem Aushärten im Bereich des Anspritzkanals (5) auf der Oberfläche (6) verbliebene Niederdruck-Spritzmasse (S) entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungshohlräume (A) durch spanende Bearbeitung, auf chemischem Weg, durch energiereiche Strahlung oder durch Sandstrahlen gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck- Spritzmasse (S) mit runder, ovaler, viereckiger oder vieleckiger Begrenzung angespritzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck- Spritzmasse (S) in niedrig viskosem Zustand bei einer Tempertaur von ca. 180°C angespritzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennschicht (T) ein Trennlack, eine Trennfolie oder eine Klebefolie aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mehrere, in einem Flächen- oder Streifenverband zusammengefasste Chipkarten-Module mit Niederdruck-Spritzmasse (S) angespritzt werden.

7. Chipkarten-Modul mit einem Träger (C) mit aktiven und passiven elektronischen Komponenten und mit einer an dessen der Kontaktierungsseite abgewandter Oberfläche (6) angeordneten Verkappung (K) aus ausgehärteter duroplastischer Niederdruck-Spritzmasse (S), wobei die Verkappung mit dem Träger (C) durch im Träger (C) gebildete Verankerungshohlräume (A) einen formschlüssigen Verbund bildet, dadurch gekennzeichnet, dass auf den den Anspritzkanal (5) begrenzenden Bereich der Oberfläche des Trägers (C) eine das Anhaften der Niederdruck-Spritzmasse (S) an der Oberfläche des Trägers (C) verhindernde Trennschicht (T) aufgebracht wird, die ein leichtes Entfernen der nach dem Aushärten im Bereich des Anspritzkanals auf der Oberfläche verbliebene Niederdruck-Spritzmasse erlaubt.

8. Chipkarten-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck- Spritzmasse (S) aus mineralisch gefülltem Epoxidpulver oder aus einer Silikonbasis besteht.

9. Chipkarten-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschicht (T) abnehmbar oder aufgedruckt ist, insbesondere ein Trennlack oder eine Klebestreifen- oder Klebefolien-Auflage ist.

10. Chipkarten-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial (18) eine Epoxid-Glasfasermischung ist, und dass die Verankerungshohlräume (A) in einer durch Abätzen einer zuvor mit den Trägermaterial (18) verbundenen Dentrit-Kupfer-Auflage freigelegten Oberfläche angeordnet sind.

11. Chipkarten-Modul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich zumindest einige der Verankerungshohlräume (A) von der Oberfläche (6) ausgehend erweitern.