DE69612574T2

DE69612574T2 - Verbesserung eines herstellungsverfahrens einer speicherkarte

Info

Publication number: DE69612574T2
Application number: DE69612574T
Authority: DE
Inventors: Vincent Permingeat
Original assignee: Gemplus SA
Current assignee: Gemplus SA
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 2001-10-18
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: CA2262481A1; JP2001505329A; AU707828B2; EP0917687B1; ATE200715T1; AU4688097A; WO1998006062A1; US6223989B1; ES2159061T3; EP0917687A1; DE69612574D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einem Verfahren zur Herstellung von Karten von der Art, die aus einem Kartenkorpus und einem Elektronikmodul bestehen.
Unter den bereits bekannten Verfahren ist ein Verfahren bekannt, das darin besteht, einen Kartenkorpus vorzusehen, der eine Vertiefung, ein Elektronikmodul, welches vorwiegend Kontaktbereiche aufweist, und einen Halbleiterchip mit einer integrierten vorzusehen und das Elektronikmodul in der Vertiefung mit Hilfe von Klebmitteln wie beispielsweise einem Zyanacrylatklebstoff zu befestigen. Im allgemeinen umfasst der Arbeitsgang des Verklebens einen vorgeschalteten Schritt zum Auftragen des Klebstoff, einen Schritt zum Einsetzen des Moduls in die Vertiefung und einen Schritt zum Einpressen während einer vorgegebenen Zeit. Ein Verfahren dieser Art ist aus der deutschen Patentschrift DE-C-42 29 639 beschrieben.
Die praktische Durchführung eines derartigen Verfahrens, das allgemein als Kartenmontage bezeichnet wird, im industriellen automatisierten Maßstab, das einzelne getaktete Schritte erfordert, die in verschiedenen Stationen ausgeführt werden, und ebenso Umsetzungen der Karten von einer Station zur anderen in erhöhtem Rhythmus, der im Bereich von mehreren Tausend Karten pro Stunde liegen kann, ist in jedem Fall die Ursache für verschiedene Probleme, die sich auf die Güte des fertigen Produkt auswirken.
Insbesondere hat der Erfinder festgestellt, dass die Karten, die man durch Verkleben unter Einhaltung der vorstehend umrissenen Schritte erhält, häufig schwerere Fehler aufweisen.
Bei diesen Fehlern finden sich hauptsächlich Fehler in der Zentrierung des Moduls in der Vertiefung. Trotz des Einsetzens eines korrekt zentrierten Moduls in die Vertiefung hat der Erfinder tatsächlich bei Beendigung des Klebvorgangs festgestellt, dass die Module nicht mehr zentriert waren, d. h. dass sie sich gegenüber der Position, in der sie anfänglich eingesetzt worden waren, verschoben hatten. Die festgestellten Arten der Verschiebung zeigten sich in einer leichten Drehung oder auch in einer linearen Verschiebung oder in einer Kombination aus beidem innerhalb der Vertiefung, oder auch in Extremfällen aus der Vertiefung heraus, wobei eine Kante der Kontaktbereiche die Oberfläche des Kartenkorpus überdeckt.
Der Erfinder hat festgestellt, dass die Aufhebung der Zentrierung vor allem auf Kräfte zurückzuführen ist, die während des Weitertransports der Karte von einer Station zur nächsten auf der Karte erzeugt werden, vornehmlich auf sehr starke Beschleunigungskräfte oder Abbremskräfte, die jeweils durch den Abtransport von der Einsetzstation und das Eintreffen der Karte an der Pressstation erzeugt wird.
Die Aufhebung der Zentrierung kann auch von Restspannungen herrühren, die in dem Modul vorhanden sind und dahingehend wirksam sind, ihm eine leichte Krümmung zu verleihen. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass das Modul sich bei jedem der vorbeschriebenen Vorgänge der Beschleunigung oder Verlangsamung aus der Vertiefung heraus bewegt.
Auch sind Fehler im Zusammenhang mit einer unzulänglichen Anhaftung des Moduls auf dem Kartenkorpus festzustellen. In einer derartigen Situation kann die Karte nicht den Anforderungen an die mechanische Biegefestigkeit/Torsionsfestigkeit oder Abreißfestigkeit genügen, die nach den geltenden Normen (ISO, AFNOR) vorgeschrieben sind.
Somit ist es erforderlich, diese Probleme zu lösen, ohne dabei die Taktfrequenzen in der Fertigung zu verringern.
Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, das Verfahren zum Einkleben des Elektronikmoduls in den Kartenkorpus in einer Weise zu verbessern, dass es sich mit einer automatischen Produktion im industriellen Maßstab bei sehr hoher Taktung vereinbaren lässt, ohne dabei jedoch zu Mängeln im Zusammenhang mit der Zentrierung des Moduls oder mit dessen Anhaftung zu führen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Karte mit Elektronikmodul zu schaffen, bei welchem ein Kartenkorpus mit einer Vertiefung, ein Elektronikmodul, dessen Abmessungen der Vertiefung entsprechen, mindestens ein erstes Klebmittel, das an dem Kartenkorpus und an dem Modul zur Anhaftung bringbar ist, zugeführt werden, zumindest das erste Klebmittel in die Vertiefung bzw. auf das Modul aufgetragen wird, das Modul in die Vertiefung in einer im wesentlichen zentrierten Position eingesetzt wird und zumindest das erste Klebmittel zwischen dem Kartenkorpus und dem Modul gepresst wird.
Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es des weiteren einen Schritt umfasst, welcher darin besteht, dass ein zweites Klebmittel verwendet wird, welches Klebeigenschaften besitzt und es ermöglicht, die Zentrierung des Moduls in der Vertiefung zumindest so lange beizubehalten, bis das erste Klebmittel gepresst wird.
Wegen der Verwendung dieses zweiten Klebmittels mit Klebeigenschaften (Anhaftung und starke Viskosität) können die Karten im Verlauf ihrer Herstellung eine Beschleunigung oder Verlangsamung erfahren, ohne dass dabei die Zentrierung dadurch beeinflusst wird.
Außerdem ist es möglich, die Zeit, die zum Einsetzen des Moduls aufgewendet wird, erheblich zu verkürzen und somit die Taktfrequenzen in der Produktion zu steigern. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Auswahl des ersten Klebmittels zu optimieren und es unter optimalen Bedingungen so einzusetzen, dass es Kräften, die auf ein Abreißen des Moduls hinwirken, sowie Biege-/Torsionskräften Widerstand entgegensetzt.
Nach einer vorteilhaften Realisierung des Verfahrens wird das zweite Klebmittel unter Substanzen ausgewählt, welche nach Behandlung gegenüber Abziehkräften und/oder Biege-/Torsionskräften widerstandsfähig sind, und dass der Stoff in der Weise eingesetzt wird, dass er seine Widerstandswirkung gegenüber solchen Kräften entfaltet.
Somit erfüllt das zweite Klebmittel bei geeigneter Behandlung die Funktion, zusätzlich mit dem ersten Klebmittel zum Widerstand gegenüber Abziehkräften und/oder Biege-/Torsionskräften beizutragen, der gemäß den vorstehend genannten gültigen Normen gefordert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein durch Licht aktivierbares Epoxydharz als zweites Klebmittel eingesetzt. Dieses Harz kann vor dem Einsetzen des Moduls mit UV-Strahlung bestrahlt werden, wenn gewünscht wird, dass es darüber hinaus die Aufgabe erfüllt, die mechanische Widerstandsfähigkeit zu gewährleisten und so zur mechanischen Festigkeit des Gesamtverbunds beizutragen, der aus dem Kartenkorpus und dem Modul besteht.
Wegen dieser Art der Ausführung kann die Aktivierung hinsichtlich des zweiten Klebmittels wirksam und unabhängig von den Umgebungsbedingungen im Betrieb begünstigt werden. Außerdem kann so problemlos auf die Kinetik der Polymerisationsreaktion Einfluss genommen werden, welche das Harz unter Einwirkung auf die Intensität und die Zeit seiner Bestrahlung mit UV-Licht erfährt.
Gemäß einem weiteren Merkmal, das gute Ergebnisse in der Halterung des Moduls ermöglicht, besitzt das Harz eine Viskosität von 50.000 m.P/sec.
Entsprechend einem anderen Merkmal, das gute Ergebnisse ermöglicht und aus Gründen der bequemen Durchführung des Verfahrens trägt man in der Mitte der Vertiefung einen Tropfen von 0,003 Gramm auf und bestrahlt das Harz in einer Weise, dass die Zeit zu dessen Auflockerung länger als oder gleich etwa 60 Sekunden ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Gel aus Zyanacrylat- Klebstoff als zweites Klebmittel verwendet, das man vor dem Einsetzen des Moduls unter geeigneten Temperaturbedingungen und bei entsprechender Luftfeuchtigkeit einsetzt.
Die Verwendung dieses Gels ist von Vorteil, da das Gel unter wirtschaftlichen Bedingungen verwendet werden kann.
Entsprechend einem weiteren Merkmal bei der Verwendung des Gels mit guten Ergebnissen bei der Halterung des Moduls trägt man einen Tropfen in der Mitte der Vertiefung auf, wobei die Temperaturbedingungen und die Luftfeuchtigkeit eine Aufschlusszeit ermöglichen, die in etwa gleich 60 Sekunden ist.
Gemäß einem anderen Merkmal des Verfahrens entsprechend dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel kann das Verfahren darin bestehen, einen Klebstoff von der Art von Zyanacrylat als ersten Klebstoff zu verwenden.
Dieser Klebstoff besitzt den Vorteil, dass er bequem und wirtschaftlich einsetzbar ist.
Dieses erste Klebmittel kann in einer Menge aufgetragen werden, die es ermöglicht, nach dem Pressen eine Klebfläche von 50 bis 100% der Fläche der Vertiefung in Form von mindestens vier seitlichen Punkten in der Aufnahme der Kontaktbereiche bei einer Temperatur zwischen 18 und 24ºC und bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 60 und 75% zu bedecken.
Derartige Betriebsbedingungen ermöglichen eine großtechnische Produktion, die mit einer höheren Taktzahl arbeitet und wenig Mängel erbringt, wobei das erste Klebmittel ein Zyanacrylat-Klebstoff ist.
Entsprechend einem bevorzugten weiteren Merkmal des Verfahrens wird der Zyanacrylat-Klebstoff exakt vor dem Einsetzschritt aufgetragen.
Auf diese Weise erzielt man bessere Ergebnisse in der Anhaftung des Zyanacrylat- Klebstoffs am Modul.
Gemäß einem weiteren Merkmal des Verfahrens wählt man den Zyanacrylat-Klebstoff vorzugsweise in vergleichsweise reiner Form, wobei die Aufschließzeit des Zyanacrylat-Klebstoffs unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen in etwa gleich 60 Sekunden ist.
Auf diese Weise macht es dieser Klebstoff möglich, eine bessere Verklebung zu gewährleisten, da er sich verhältnismäßig langsam polymerisieren lässt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich ausführlicher aus der nachstehenden Beschreibung von zwei hauptsächlichen Ausführungsbeispielen, die hier rein exemplarisch erläutert werden. Dabei wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, in welcher:
Fig. 1 einen Kartenkorpus zeigt, der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist;
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Elektronikmodul darstellt, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbar ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Filmträger für Elektronikmodule ist;
Fig. 4 in schematischer Ansicht die Anordnung des Moduls bezüglich der Karte zeigt;
Fig. 5 eine Draufsicht auf eine Vertiefung mit eingezeichnetem Verlauf für den punktweisen Auftrag des Klebstoffs in schematisierter Form zeigt;
Fig. 6 die Anhaftflächen der Klebmittel auf der Vertiefung nach dem Pressen darstellt;
Fig. 7 bis 12 jeweils verschiedene Schritte des Verfahrens bzw. unterschiedliche Arbeitsstationen in einer Anlage veranschaulichen;
Fig. 13 Pressmittel darstellt;
Fig. 14 ein Beispiel für eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit erhöhter Taktzahl in Draufsicht zeigt; und
Fig. 15 Mittel zum Befeuchten mit Alkohol darstellt.
Im folgenden wird nun das erfindungsgemäße Verfahren entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel anhand der Fig. 5 bis 12 beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren setzt voraus, dass ein Kartenkorpus mit einer Vertiefung und ein Elektronikmodul, dessen Abmessungen der Vertiefung entsprechen, zugeführt werden.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel für den Kartenkorpus mit einem Speicher 1, der bei dem Verfahren verwendbar ist. Er weist eine Vertiefung 2 auf, die man durch gleichzeitiges Formen mit der Formung des Kartenkorpus oder durch Bearbeitung erhalten kann.
Ein Kartenkorpus dieses Typs ist genormt und wird durch die Normen ISO, AFNOR vorgegeben und besitzt infolgedessen vorgegebene Abmessungen.
Die Vertiefung muss die Aufnahme des Moduls ermöglichen. Somit kann sie je nach dem verwendeten Modul veränderte Formen aufweisen. Sie besteht bei diesem Beispiel aus zwei Ausnehmungen, und zwar eine erste Ausnehmung 3 von im wesentlichen rechteckiger Form, die an der Vorderseite der Karte ausmündet, sowie eine zweite Ausnehmung 4 von im allgemeinen kreisrunder und tieferer Form als die erste, die in der Mitte des Rechtecks angeordnet ist und im Boden der ersten Ausnehmung mündet. Die zweite Ausnehmung besitzt einen Durchmesser d von 8,2 mm sowie eine Höhe h von 0,6 mm (Fig. 4).
Das verwendete Material, im allgemeinen Kunststoff, hängt vom jeweiligen Anwendungsbereich ab. So bestehen beispielsweise die Karten mit Telefonspeicher oder Telefonkarten aus ABS (Acrylonitrilbutadienstyrol); sie können auch aus PVC (Polyvinylchlorid) bestehen oder in geschichteter Form mit Polycarbonat (PC) beispielsweise in der Farm PC/ABS oder PC/PVC ausgebildet sein.
Bei diesem Beispiel wird eine Vertiefung gemäß ISO-Norm und ABS als Material für den Kartenkorpus verwendet.
Das Elektronikmodul 5 (Fig. 2 und 3) besitzt im allgemeinen einen Filmträger 6a aus isolierendem Kunststoff, Kontaktbereiche 7 aus leitfähigem Material, einen Siliziumchip 8, der einen integrierten Schaltkreis umfasst, Verbindungsdrähte 9 zum Anschließen des Chips an die Kontaktbereiche, und ein Verkapselungsharz 10, das den Chip und die Verbindungsdrähte umhüllt.
Die Umhüllung, die im allgemeinen aus einem warmhärtbaren Epoxidharz besteht, bildet eine Erhebung, die unregelmäßige Abmessungen, insbesondere in der Dicke, aufweisen kann. Im günstigsten Fall kann diese Erhebung durch Fräsen entlang einer Seite mit genauerer Stärke in einer Weise auf gleiche Höhe gebracht werden, dass der Arbeitsgang zum Einkleben des Moduls in den Kartenkorpus vereinfacht wird. Vorzugsweise sieht die Erfindung eine direkte Verwendung der Erhebung vor, ohne dass diese abgefräst wurde.
Das Modul (Fig. 2 und 3) kann von verschiedener Art sein, beispielsweise vom Typ "LFCC" (gegengeklebter Lead Frame) mit einem Filmträger aus Polyimid, oder auch von einem Typus, der einen Filmträger aus Epoxidharz aufweist.
Bei diesem Beispiel ist das Modul vom Typ "LFCC" und weist somit eine Unterseite aus Polyimid auf. Es wird von einem kontinuierlichen Film 6b (Fig. 3) zugeführt, der auf eine Spule aufgewickelt ist.
Die Vertiefung in der Karte ist für die Aufnahme des Moduls bestimmt, wie dies schematisch in Fig. 4 dargestellt wird. Hierzu entspricht die Vertiefung 4 der Erhebung 10, wohingegen die Ausnehmung 3 den Kontaktbereichen 5 mit einem erforderlichen Montagespiel (J) entspricht. Dieses Spiel ist so gehalten, dass eine einfache Drehung des Moduls in der Kartenebene oder eine einfache lineare Verschiebung in derselben Ebene mit bloßem Auge erkennbar ist und deshalb einen Zentrierfehler darstellt.
Das Verfahren besteht auch darin, mindestens ein erstes Klebmittel vorzusehen, das an dem Kartenkorpus und am Modul anklebbar ist. Die Klebkraft wird im allgemeinen nach Aktivierung oder Behandlung aufgebracht. Im Falle von Karten mit Elektronikmodul gewährleisten die Klebmittel die Funktion, den Abziehkräften und/oder Biege- /Torsionskräften gemäß den vorstehend genannten Normen entgegenzuwirken.
Das erste Klebmittel kann von verschiedener Art sein. Es kann beispielsweise auf einem flüssigen Zyanacrylat-Klebstoff aufbauen, der punkt- oder linienförmig aufgetragen wird. Es kann auch aus heißklebendem oder thermoplastischem Material bestehen und in Form eines Klebstofffilms aufgetragen werden. Es kann zum Kartenkorpus hinzugefügt werden oder einen Teil desselben bilden, wie dies beispielsweise nach der französischen Patentschrift FR-PS 2 579 799 vorgesehen ist. Es kann auf dem Korpus oder auf dem Modul aufgetragen werden.
Bei den beschriebenen Beispielen wird ein Zyanacrylat-Klebstoff verwendet, den man in der Vertiefung entlang einem vorgegebenen Verlauf aufträgt, wie dies vorstehend beschrieben und in Fig. 5 dargestellt ist.
Entsprechend dieser Verfahrensweise umfasst das Verfahren Arbeitsschritte, bei welchen man das erste Klebmittel in der Vertiefung oder auf dem Modul, vorzugsweise in der Vertiefung, aufträgt, das Modul in die Vertiefung in einer im wesentlichen zentrierten Position einsetzt, und zumindest das erste Klebmittel zwischen der Karte und dem Modul presst. Solche Schritte werden bei einem in Fig. 27 bis 12 dargestellten Ausführungsbeispiel zur Durchführung ausführlich beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es des weiteren einen Arbeitsgang umfasst, der darin besteht, ein zweites Klebmittel zuzuführen und ebenfalls in der Vertiefung aufzutragen, das zumindest in der Lage ist, die Zentrierung des Moduls in der Vertiefung aufrechtzuerhalten (entgegen den Kräften, die auf Aufhebung der Zentrierung hin wirken), zumindest bis das erste Klebmittel gepresst wird.
Erfindungsgemäß weist das verwendbare zweite Klebmittel Substanzen auf, die sich dazu eignen, Klebeigenschaften zu entwickeln. Unter Klebstoff wird hier eine Substanz verstanden, die nicht nur vornehmlich an den Kunststoffen anhaftet, die für den Kartenkorpus verwendet werden, sondern die auch eine erhöhte Viskosität besitzen, wie vorstehend beschrieben wird. Die Haftkraft muss so groß sein, dass das Modul sich nicht unter Einwirkung der Kräfte ablöst, die bis zum Pressen wirksam sind. Als Beispiel für eine derartige Substanz lassen sich hier vor allem ein Epoxidharz mit einem Bestandteil, ein Gel aus Zyanacrylat-Klebstoff, ein warmhärtbares Epoxidharz usw. nennen. Diese Substanzen müssen außerdem im Vergleich zu einem Zyanacrylat-Klebstoff, wie er derzeit verwendet wird und der eine Viskosität von etwa 190 mP/sec besitzt, stark viskos sein. Die Substanz wird als im Vergleich zu dem vorgenannten Zyanacrylat-Klebstoff hoch viskos eingestuft, sobald die Viskosität der Substanz höher ist als das Zehnfache der Viskosität des vorgenannten Zyanacrylat- Klebstoffs. Vorzugsweise wird dabei mit einer Viskosität gearbeitet, die um einen Faktor 100 höher liegt.
Bei diesem Beispiel wird ein Epoxidharz mit einem einzigen durch Licht aktivierbaren Bestandteil verwendet (auch wenn es bei diesem Beispiel hier nicht aktiviert wird), das durch sein Vorliegen in Form eines Einzelstoffs von Vorteil ist und gut an dem ABS-Material und an dem Film des Polyimid-Moduls anhaftet. Bei diesem Beispiel wird dieses Harz in der Vertiefung nach einen in Fig. 7 dargestellten Schritt aufgetragen.
Bei einer Viskosität dieses Harzes von 50.000 P/sec konnte eine hervorragende Halterung des Moduls in zentrierter Position erzielt werden, wenn dieses Beschleunigungen erfuhr, die äquivalent zu jenen sind, die in einer Industrieanlage mit erhöhter Taktfrequenz vorliegen, wie sie erfindungsgemäß vorgesehen ist und für die im folgenden ein Beispiel beschrieben wird.
Das Gesamtvolumen des Klebstoffs hängt vor allem von der Stelle ab, an der er aufgetragen wird (verfügbares Volumen in der Vertiefung, sowie von dessen Klebeigenschaften, seiner Viskosität und den Kräften, gegenüber denen er widerstandsfähig sein muss.
Er kann ein Gesamtvolumen aufweisen, das einer Menge zwischen 0,002 und 0,004 Gramm entspricht, wenn er an einem einzigen Punkt aufgetragen wird. Dieses Volumen kann jedoch auch auf mehrere Punkte verteilt werden, beispielsweise auf vier Punkte zu je 0,0091 Gramm in den Fällen, in denen der Kunststoff seitlich in der ersten Ausnehmung aufgetragen wird.
Bei diesem Beispiel wurde dass Harz, das zu einer hervorragenden Halterung des Moduls bei einer Viskosität von 50.000 mP/sec geführt hat, in Form eines Tropfens in der Mitte der Vertiefung aufgetragen, dessen Volumen 0,003 Gramm entsprach. Diese Werte lassen sich mit einer Herstellung vereinbaren, bei der zum Beispiel eine Anlage zum Einsatz kommt, wie sie im folgenden noch beschrieben wird und bei welcher die Karten von einer Station zur nächsten mittels Fingern transportiert werden, die in Höhe einer hinteren Kante auf sie aufschlagen bzw. Eindrücke darauf bilden, was zu erhöhten Beschleunigungswerten führt.
Daraus erfolgt, dass es unter weniger rauen Herstellungsbedingungen, d. h. bei geringeren Kräften beim Weitertransport der Karte, möglich ist, die Menge und/oder die Viskosität des Harzes zu verringern.
Der Zyanacrylat-Klebstoff, der bei den Beispielen als erstes Klebmittel zum Einsatz kommt, wird seinerseits punktweise in der Aufnahme der Kontaktbereiche in Form von vier seitlichen Klebstoffpunkten von jeweils 0,001 Gramm aufgetragen, wobei man einem Verlauf folgt, wie er im folgenden noch beschrieben wird.
Es können hier verschiedene Einrichtungen zum Auftrag eines Tropfens von Zyanacrylat-Klebstoff in vorgegebener Menge zu einem vorgegebenen Zeitpunkt kommen, die dem Fachmann bekannt sind. Dasselbe gilt für die Einrichtungen zur Abgabe des Kunststoffs. Bei dem verwendeten Kunststoff handelt es sich vorzugsweise um einen einzelnen thixotropen Bestandteil, so dass eine Abgabe möglich ist, die sich mit den erhöhten Taktzahlen in der Herstellung vereinbaren lässt.
Die Wahl eines hochviskosen Stoffes bei einer Industrieanlage, die eine sehr rasche Abgabe voraussetzt, um die erhöhten Taktfrequenzen einzuhalten, verhält sich gegenläufig zu dem Vorurteil, nach welchem zur immer leichteren und rascheren Abgabe die abzugebende Substanz nur eine immer höhere Viskosität und Klebkraft aufweisen muss. Wegen der Thixotropie des Kunststoffs und unabhängig von dessen hoher Viskosität und hoher Klebkraft kann er jedoch sehr einfach und sehr schnell abgegeben werden, ganz im Gegensatz zu diesem Vorurteil. Ein Epoxidharz dieser Art wird vornehmlich unter der Artikelnummer 4597 von der Firma "Delo" geliefert.
Hinsichtlich der Umgebungsbedingungen im Betrieb für den Zyanacrylat-Klebstoff wurde festgestellt, dass eine allzu niedrige Temperatur und zu hohe Luftfeuchtigkeit zu einer zu langsamen Polymerisierung führen und infolgedessen die Gefahr eines Ablösens und der Dezentrierung des Moduls (verbunden mit der Gefahr der Verschmutzung der Oberfläche durch Polymerisation, dem sogenannten "Blooming") in sich bergen können. Umgekehrt wurde festgestellt, dass eine zu hohe Temperatur und eine zu hohe Luftfeuchtigkeit zu einer zu raschen Polymerisierung des Klebstoffs führen könnten, was zum einen ebenfalls die Gefahr des Ablösens nach sich ziehen kann, und was zum anderen den Nachteil mit sich brächte, dass eine in der Einrichtung zur Klebstoffabgabe eingesetzte Nadel verschmutzt werden und zusetzen könnte. Außerdem wurde auch noch festgestellt, dass eine zu geringe Luftfeuchtigkeit zu Gefahren mit statischer Elektrizität führen kann. Die statische Elektrizität bringt den Nachteil mit sich, dass sie Tropfen aus Zyanacrylat-Klebstoff stark anzieht, die zufällig aufgebracht werden und zu Mängeln führen können.
Gute Ergebnisse erzielt man bei der mechanischen Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Abreißen und auch gegenüber Biegung/Torsion, wenn der Zyanacrylat-Klebstoff bei einer Temperatur zwischen 18 und 24ºC und bei einer Luftfeuchtigkeit zwischen 60 und 75% behandelt oder eingesetzt wird.
Wegen der Funktion der sofortigen Halterung des Moduls durch das zweite Klebmittel gemäß der Erfindung kann man in vorteilhafter Weise einen vergleichsweise reinen Zyanacrylat-Klebstoff wählen, der über eine relativ lange Zeit seine Wirkungen entfaltet, so dass die Güte der Haftfunktion optimiert wird, beispielsweise für die Dauer von mehr als 60 Sekunden.
Bei diesem Beispiel weist der Klebstoff eine Aufschließzeit auf, die unter den vorstehend umrissenen Umgebungsbedingungen im Betrieb in etwa gleich 60 Sekunden ist. Die Aufschließzeit ist dabei die Zeit, während der es noch möglich ist, ein Objekt am Klebstoff anhaften zu lassen. Je länger diese Zeit ist, desto besser verläuft die Polymerisierung. Diese Polymerisation kann gegebenenfalls nach dem Pressgang beendet sein.
Bei dem Beispiel zur Durchführung des Verfahrens wird ein bevorzugter Verlauf eingesetzt, wie er in Fig. 5 dargestellt ist, welche die Vertiefung mit den Punkten 11a bis 15a zeigt. Zu diesen gehören ein sogenannter Mittelpunkt 11a in der Ausnehmung 3 des Chips sowie vier weitere, sogenannte seitliche Punkte 12a bis 15a, die in der Aufnahme 4 der Kontaktbereiche und in den Ecken dieser Aufnahme liegen.
Die vier seitlichen Punkte machen es möglich, nach dem Pressen eine Klebfläche zu bedecken, die zwischen 50% und 100% der Oberfläche der Vertiefung beträgt ( Fig. 6). Der Pressvorgang wurde in der Weise vorgenommen, dass man eine Dicke der Zyanacrylat-Klebstoff-Verbindung in der Größenordnung von 0,02 mm erzielte. Der Eindruck, der durch den Auftrag jedes seitlichen Klebstoffpunkts hinterlassen wird, definiert eine halbkreisförmige Fläche 12c bis 15c von im allgemeinen U-förmiger Ausbildung, die sich im wesentlichen radial vom Bereich nahe der Kante der zweiten Ausnehmung 4 bis in die Nähe des Winkels des Rechtecks erstreckt, welches von der ersten Vertiefung begrenzt wird, wobei die Basis der U-Form dem Winkel zugekehrt ist. Auf diese Weise erzielt man eine ausreichende Anhaftung des Moduls, damit dieses den Kräften widerstehen kann, die nach den vorstehend vorgesehenen Normen gefordert werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Zyanacrylat- Klebstoff genau vor dem Pressvorgang aufgetragen, in jedem Fall nach dem Auftragen des ersten Klebmittels. Es liegt auf der Hand, dass somit der Klebstoff sein höchstmögliches Polymerisationspotential beibehält und damit seine größtmögliche Klebkraft am Modul, wenn letzteres eingesetzt und angedrückt wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel können die Fig. 7 bis 12 ebenso gut auch die Verfahrensschritte als aufeinander folgende Arbeitsstationen in einer nachstehend beschriebenen Anlage darstellen.
In einer ersten Station (Fig. 7) trägt man entsprechend einem ersten Arbeitsschritt a) zunächst mit Hilfe einer Abgabeeinrichtung 16 einen Harztropfen 11b in der Mitte der Vertiefung auf und befördert die Karte dann zur nächsten Station (Fig. 8).
In dieser Station werden entsprechend einem zweiten Arbeitsschritt b) mit Hilfe einer weiteren Abgabeeinrichtung 17 und 18 vier als seitlich bezeichnete Tropfen Zyanacrylat-Klebstoff 12b bis 14b in den vier Ecken der oberen Ausnehmung auf und befördert dann die Karte zu einer sogenannten Einsetzstation (Fig. 10).
In der Einsetzstation wird entsprechend einem weiteren Verfahrensschritt d) ein Elektronikmodul 5 mit Hilfe einer Einsetzeinrichtung 19 eingesetzt, wobei die Einsetzzeit bei diesem Beispiel 300 ms beträgt, auch wenn diese noch kürzer sein kann; anschließend wird die Karte zur Pressstation (Fig. 11) oder einer anderen bevorzugten Alternative (Fig. 12) weiterbefördert.
In der Pressstation (Fig. 11) werden entsprechend einem weiteren Verfahrensschritt e) die Klebmittel durch Aufbringen einer Kraft von etwa 34 daN für die Dauer von 22 Sekunden mit Hilfe von Andruckeinrichtungen 20a mit Druck beaufschlagt.
Entsprechend der bevorzugten Alternative für den Pressvorgang erfolgt entsprechend einem Schritt f) die Anpressung ausschließlich auf dem Umfang der Kontaktbereiche mit Hilfe von Presseinrichtungen 20b, was den Vorteil erbringt, dass der Klebstoff in günstiger Weise gepresst wird, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass mechanische Spannungen eingeleitet werden, welche den Halbleiterchip oder die Verbindungsdrähte beschädigen könnten.
Wie bereits ausgeführt, kann die Erhebung zur Umhüllung eine leicht veränderliche Dicke aufweisen. Im Extremfall kann die Erhebung in Anlage gegen den Boden der Vertiefung kommen und dabei infolgedessen einen Mittelpunkt des Moduls schaffen, der gegenüber den Kontaktbereichen leicht erhöht ist, welche ihrerseits bündig mit der Fläche des Kartenkorpus abschließen. Solche Ausbildungen, wie sie in der industriellen Fertigung häufig anzutreffen sind, verhindern die Aufbringung des Drucks, der für eine gute Verklebung erforderlich ist.
Im folgenden wird anhand von Fig. 13 nun ein Beispiel für eine verwendbare Presseinrichtung 20b beschrieben.
In dem (hier nicht dargestellten) folgenden Schritt wird die Karte dann ausgetragen oder erfährt zuvor noch eine Behandlung, womit der Ablauf zur Kartenmontage beendet wird.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal des Verfahrens wird die Substanz des zweiten Klebmittels in der Weise eingesetzt, dass dieses seine Wirkungen im Zusammenhang mit dem Widerstand gegenüber Abreißkräften und/oder Flexions- /Torsionskräften entfaltet.
Auch wenn das Harz seine Haltefunktion beim Modul perfekt erfüllt, ohne vorher mit UV-Licht bestrahlt zu werden, ist es doch vorzuziehen, es auszuhärten, und wenn dies nur aus dem Grund geschieht, störende mikrofeine Leckstellen zu vermeiden, die sich zwischen zwei Eindrücken oder Haftflächen 12c bis 15c (Fig. 6) unter den Kontaktbereichen befinden. Beim Aushärten entwickeln bestimmte viskose Substanzen wie das vorgenannte Harz oder ein Gel aus Zyanacrylat-Klebstoff vorteilhafterweise spezielle Eigenschaften hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit gegenüber Abreißkräften und/oder Flexions-/Torsionskräften.
In dem Fall, dass das Epoxidharz verwendet wird, umfasst das Verfahren nach dem ersten Ausführungsbeispiel einen zusätzlichen Schritt, in dessen Verlauf die Polymerisation aktiviert wird, indem das Epoxidharz mit UV-Licht bestrahlt wird, wobei dieser Schritt vor dem Einsetzen des Moduls vorgenommen wird.
Bei diesem Beispiel wird dieser Schritt gemäß Fig. 9 ausgeführt, vorzugsweise genau nach dem Arbeitsschritt, bei dem der vorbeschriebene Harztropfen aufgebracht wird.
Die Intensität und die Dauer der Bestrahlung werden in diesem Fall so geregelt, dass die Aufschließzeit für das Harz länger als 60 Sekunden in Anspruch nimmt, wobei diese Dauer der Zeit des verwendeten Zyanacrylat-Klebers entspricht. Bei einer Anwendung im industriellen Maßstab mit Taktfrequenzen im vorstehend genannten Bereich liegt die Bestrahlungsdauer zwischen 0,5 und 1 Sekunde. Die Intensität kann sowohl hinsichtlich der Leistung der verwendeten UV-Lampe als auch hinsichtlich des Abstands moduliert werden, um den die Lampe vom Harz entfernt ist.
Alternativ kann die Bestrahlung des Harzes spätestens gleichzeitig mit dem Auftragen der Zyanacrylat-Klebertropfen vorgenommen werden.
Somit liegt es auf der Hand, dass die Zeitdauer zwischen der Aktivierung des ersten und des zweiten Klebmittels einerseits und dem Arbeitsgang des Pressens andererseits auf ein Mindestmaß reduziert wird, da bis zur Pressstation nur noch eine einzige Station dazwischen liegt, wodurch es möglich wird, eine Verklebung mit höherer Qualität zu erreichen, da die Anpresszeit, bezogen auf die Aufschließzeit jedes Klebmittels, ein Maximum erreicht.
Im folgenden werden nun die verschiedenen Arbeitsschritte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird anstelle des Epoxidharzes ein gelförmiger Zyanacrylat-Klebstoff verwendet.
Dieses Gel besitzt ebenfalls die Eigenschaften, dass es in der Lage ist, die Halterung des Moduls zu ermöglichen, wenn auf dieses Kräfte einwirken, welche versuchen, es während der Herstellung aus seiner zentrierten Lage zu bringen.
Dazu wird der Kleber in gleicher Menge eingesetzt, und unter Einhaltung der Arbeitsschritte in ähnlicher Weise wie beim Epoxidharz aufgebracht, allerdings mit dem Unterschied, dass es in diesem Fall einen zusätzlichen Schritt zur Aktivierung des Klebmittels gibt. Die Aktivierung des Gels erfolgt tatsächlich wie bei dem Zyanacrylat- Klebstoff, insbesondere unter identischen Betriebsbedingungen hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit.
Es ist offensichtlich, dass die Aktivierung dieses zweiten Klebmittels leichter und wirtschaftlicher durchzuführen ist. Es gibt dabei tastsächlich keine Einrichtungen zur Erzeugung einer UV-Strahlung, die eingesetzt werden müssen und die besonders kostspielig sind.
Es sind auch andere Mittel zur Aktivierung möglich, die dem Fachmann bekannt sind. Somit kann beispielsweise der Film des Moduls durch Befeuchtung mit Alkohol behandelt werden, um so die Polymerisierung des Zyanacrylat-Klebgels im Kontakt mit dem Modul einzuleiten. Mittel dieser Art werden in Fig. 15 dargestellt.
Die Arbeitsschritte zum Einsetzen und Pressen sind dabei identisch mit den Arbeitsgängen, die im Zusammenhang mit dem Harz beschrieben wurden.
Nachfolgend wird nun ein Beispiel für eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im industriellen Maßstab mit erhöhter Taktung anhand von Fig. 14 beschrieben.
Diese Anlage weist Einrichtungen zur Bevorratung mit Karten 21 und zur Zuführung einer Vielzahl von Karten auf, sowie Einrichtungen zur Bevorratung mit Modulen 22a, 22b zur Zuführung einer Vielzahl von Modulen, ferner eine Station zur Abgabe von Harztropfen 23, die mit Mitteln zur Abgabe von Harz 23b ausgerüstet ist, eine UV- Bestrahlungsstation 24 mit einer Einrichtung 24b zur UV-Bestrahlung, eine Station 25 zur Abgabe von Zyanacrylat-Klebertopfen, die mit Einrichtungen 25b zur Tropfenabgabe ausgerüstet ist, die zwei Nadeln 16 und 17 aufweist, ferner eine Einsetzstation 26 zum Einsetzen des Moduls, welche mit Einsetzmitteln 26b versehen ist, Pressstationen 27, die mit Andruckmitteln 27a ausgerüstet ist, die auf dem Umfang eines Karussells 28 angeordnet sind, auf dem die Karten während der Anpresszeit verbleiben können, Einrichtungen 29 zum Zuschneiden und Weiterleiten der Module zur Einsetzstation, Einrichtungen 30 zum gegebenenfalls vorgesehenen Befeuchten, und anschließend Austragseinrichtungen 31. Die Anlage weist ferner einen umschlossenen (nicht dargestellten) Raum mit einer Atmosphäre auf, die hinsichtlich Temperatur und Luftfeuchtigkeit gesteuert wird.
Die Einrichtungen zur Bevorratung bestehen aus zwei Spulen, und zwar einer ersten Spule 22a, auf die ein Film 6a aufgewickelt ist, der die Module trägt, und einer zweiten Spule 22b, welche den Film ohne die Module trägt, wobei von der einen Spule abgewickelt wird, während auf die andere Spule aufgewickelt wird. Der Film läuft gegebenenfalls zwischen der vorstehend beschriebenen Einrichtung 30 zur Benetzung mit Alkohol hindurch, ehe er die Einrichtung 29 zum Zuschneiden der Module durchläuft.
Die Abgabeeinrichtung 23, welche das Harz abgibt, weist eine vertikal bewegbare Hohlnadel 16 auf.
Die Bestrahlungsstation ist mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer UV-Strahlung von bekannter Art über optische langgestreckte Mittel 32 (Fig. 9) verbunden, welche die (UV-)Strahlung bis in die Nähe des Harzes so führen können, dass nur die Vertiefung bestrahlt wird, wobei bestimmte Eindrücke auf der Karte gegenüber UV- Strahlung empfindlich sind.
Die Abgabeeinrichtung zum Abgeben des Zyanacrylat-Klebstoffs weisen zwei Hohlnadeln 17, 18 (Fig. 8) auf, welche sich vertikal und in Querrichtung verlagern können.
Die Module werden vom Film 6a durch Schneidmittel abgetrennt und mit Hilfe von Transportmitteln 29 zur Einsetzstation weitergeleitet, wo sie zentriert in die Vertiefung auf jeder Karte eingesetzt werden. Dabei werden insbesondere bei dem Arbeitsgang zum Abschneiden des Films Restspannungen freigesetzt, die für die Krümmung des Moduls verantwortlich sind, wie vorstehend bereits erläutert wurde.
Jede Pressstation 27 weist Anpressmittel 27a auf, welche ein Ende 20a (Fig. 13) aufweisen, das vertikal beweglich ist und mit dem Modul in Berührung kommt. Um den Pressvorgang in optimaler Weise durchzuführen, ist dieses Ende mit einer Zwischenlage 20b mit einem Loch in der Mitte versehen, so dass es möglich ist, den Druck ausschließlich auf den Umfang des Moduls auszuüben. Diese Zwischenlage besteht aus einem Elastomermaterial, das den Druck verteilen kann, ohne die Kontaktbereiche zu verändern. Sie besitzt eine rechteckige Form in Entsprechung zur Form des Moduls. Der Durchmesser des Lochs 20c in der Mitte entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der zweiten Ausnehmung.
Die Einrichtungen 30 (Fig. 15) zum Befeuchten der Unterseite des Moduls mit Alkohol bestehen bei diesem Beispiel aus einem Schwamm 32, der in ein Bad 33 aus 95%-igem Ethylalkohol getaucht wird, das sich in einem Behälter befindet. Der Schwamm wird laufend in Berührung mit dem Film zur Modulzuführung gehalten. Diese Mittel machen es möglich, den Zyanacrylat-Klebstoff bzw. das Gel so zu aktivieren, dass eine sofortige Anhaftung an dem Modul herbeigeführt wird und/oder Unterschiede in der Anhaftung des Klebstoffs bzw. des Gels gegenüber dem Modul und der Karte wieder auszugleichen.
Dabei sind Einrichtungen zur Beförderung der Karten von einer Station zur anderen in der Weise mechanisch ausgebildet, dass eine Taktfrequenz von mindestens 2000 Karten pro Stunde möglich wird.

Funktionsweise

Wenn eine Karte in korrekter Position in der Abgabestation 23 zum Abgeben von Harz eintrifft, wird die Abgabenadel 16 über der Stelle positioniert, an der sich der Mittelpunkt 11a befindet, der dem vorgesehenen Verlauf entspricht (Fig. 5); anschließend bewegt sich die Nadel abwärts in die Nähe der Oberfläche der Vertiefung und steuert eine (hier nicht dargestellte) Regelanlage die Abgabe von 0,003 Gramm des Harzes, das in der Vertiefung aufgetragen wird; anschließend bewegt sich die Nadel wieder aufwärts, um einen Restharzfaden abzureißen, der sich gerne an die Nadel anhängt, und bewegt sich dann wieder in Warteposition für die nächstfolgende Karte. Die Steuereinrichtungen werden in der Weise angesteuert, dass eine Abwärtsbewegung, die Abgabe und die erneute Aufwärtsbewegung in 1,5 Sekunden möglich sind; danach werden die Karten an die Bestrahlungsstation 24 weiterbefördert.
In dieser Station wird das Harz 0,5 bis 1 Sekunde lang einer UV-Strahlung ausgesetzt, um eine Aufschließzeit von 60 Sekunden für das Harz zu ermöglichen, und dann werden die Karten an die Abgabestation 25 zum Abgeben von Zyanacrylat- Tropfen weiterbefördert.
In der Abgabestation werden zwei Nadeln 17 und 18 an den Punkten 12a bis 15a positioniert, welche dem vorgesehenen Verlauf entsprechen, bewegen sich dann nach unten, geben vier Tropfen zu je 0,001 Gramm ab, welche auf die Vertiefung aufgebracht werden, bewegen sich dann wieder nach oben und nehmen ihre Wartestellung für die nachfolgenden Karten ein; danach werden die Karten an die Einsetzstation 26b weitergeleitet.
An dieser Station erhalten die Karten ein Modul, wobei die Einsetzzeit 300 ms beträgt, woraufhin die Karten zur Pressstation 27 weiterbefördert werden.
In dieser Station wird jedes Modul gegen den Kartenkorpus angepresst, wobei die aufgebrachte Kraft 34 daN beträgt. Die Karten verbleiben 22 Sekunden lang auf dem Karussell und werden dann an die nachfolgende Station abgegeben.
Am Ausgang des Karussells werden die Karten gegebenenfalls noch befestigt und dann zur Lagereinrichtung 31 ausgetragen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Karte mit Elektronikmodul, bei welchem ein Kartenkorpus (1) mit einer Vertiefung (2), mit einem Elektronikmodul (5), dessen Abmessungen der Vertiefung entsprechen, mit mindestens einem ersten Klebmittel (12c bis 15c), das an dem Kartenkorpus und an dem Modul zur Anhaftung bringbar ist, zugeführt wird, zumindest das erste Klebmittel in die Vertiefung bzw. auf das Modul aufgetragen wird, das Modul in die Vertiefung in einer im wesentlichen zentrierten Position eingesetzt wird und zumindest das erste Klebmittel zwischen dem Kartenkorpus und dem Modul gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass es des weiteren einen Schritt umfasst, welcher darin besteht:

- dass ein zweites Klebmittel (11b) verwendet wird, welches Klebeigenschaften besitzt und es ermöglicht, die Zentrierung des Moduls (5) in der Vertiefung zumindest so lange beizubehalten, bis das erste Klebmittel gepresst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Klebmittel unter den Stoffen gewählt wird, welche nach Behandlung gegenüber Abziehkräften und/oder Biege-/Torsionskräften widerstandsfähig sind, und dass der Stoff in der Weise eingesetzt wird, dass er seine Widerstandswirkung gegenüber solchen Kräften entfaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch Licht aktivierbares Epoxydharz mit einem Bestandteil als zweites Klebmittel eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gel aus Zyanacrylatklebstoff als zweites Klebmittel eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunstharz eine Viskosität von 50 P/sec besitzt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte der Vertiefung ein Tropfen von 0,003 Gramm aufgebracht wird und dass das Kunstharz in der Weise bestrahlt wird, dass die Zeit zu dessen Auflockerung länger als oder gleich etwa 60 Sekunden ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte der Vertiefung ein Tropfen des Gels aufgebracht wird, wobei die Bedingungen hinsichtlich der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit jeweils zwischen 18 und 24ºC sowie zwischen 60 und 75% liegen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Klebstoff von der Art von Zyanacrylat als erstes Klebmittel verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Klebmittel in einer solchen Menge aufgebracht wird, die es ermöglicht, nach dem Pressen eine Klebfläche zu bedecken, die zwischen 50 und 100% der Fläche der Vertiefung beträgt, wobei der Klebstoff in Form von mindestens vier seitlichen Klebstoffpunkten (12c bis 15c) in der Aufnahme der Kontaktbereiche bei einer Temperatur zwischen 18 und 24ºC und einer Luftfeuchtigkeit zwischen 60 und 75% aufgebracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyanacrylatklebstoff genau vor dem Einsetzschritt aufgebracht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein vergleichsweise reiner Zyanacrylatklebstoff gewählt wird, wobei die Zeit zum Auflockern des Zyanacrylatklebstoffs länger als oder gleich etwa 60 Sekunden ist.