EP1221134A2 - Chipkarte und verfahren zur herstellung einer chipkarte - Google Patents

Chipkarte und verfahren zur herstellung einer chipkarte

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EP1221134A2
EP1221134A2 EP00967540A EP00967540A EP1221134A2 EP 1221134 A2 EP1221134 A2 EP 1221134A2 EP 00967540 A EP00967540 A EP 00967540A EP 00967540 A EP00967540 A EP 00967540A EP 1221134 A2 EP1221134 A2 EP 1221134A2
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EP
European Patent Office
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contact surfaces
electronic component
chip card
chip
contact
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00967540A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thies Janczek
Rüdiger MENTZER
Carsten Senge
Karl-Heinz König
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Idemia Germany GmbH
Original Assignee
Orga Kartensysteme GmbH
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Filing date
Publication date
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    • H05K2203/14—Related to the order of processing steps
    • H05K2203/1453—Applying the circuit pattern before another process, e.g. before filling of vias with conductive paste, before making printed resistors

Definitions

  • the invention relates to a chip card with a card body consisting of:
  • At least one first electronic component having a conductor track structure
  • a second electronic component the components being electrically connected to one another at respective contact surfaces thereof.
  • the invention further relates to a method for producing a chip card with a card body consisting of several layers, wherein an electronic component for energy and data transmission between an external device and a chip integrated in the card body and vice versa is applied to a transfer layer to form a transfer module ,
  • a chip card with a card body which has two electronic components, a first electronic component as a coil for energy and data transmission between an external device and a second electronic component formed as a chip in the card body with the same is electrically connected.
  • the coil is applied to a transfer layer of the card body by means of screen printing and consists of an electrically conductive material.
  • An electrically conductive adhesive is provided for the electrical connection of the coil to the chip.
  • DE 195 00 925 C2 describes a method for producing a chip card with a card body consisting of several layers, wherein a transmission element for energy and data transmission between an external device and a chip integrated in the card body and vice versa is applied to a transfer layer. This transmission element is designed as a coil.
  • an electrically conductive adhesive is used, which is applied to the respective contact surfaces of the coil or the chip.
  • a disadvantage of the known chip card or the known method for producing the chip card is that an electrically conductive adhesive is required for contacting the electronic components in question, an additional process step being necessary for the application.
  • the object of the present invention is therefore to provide a chip card and a method for producing a chip card that ensure reliable and at the same time simplified contacting of at least two electronic components integrated in the chip card.
  • the chip card in connection with the preamble of claim 1 is characterized in that at least the contact surfaces of an electronic component are formed from a conductor material having a thermoplastic base material with enclosed metal particles.
  • the advantage of the chip card according to the invention is that the electronic components to be contacted electrically are already due to the composition of the circuit Substance of the contact surfaces are able to be able to be electrically contacted with one another without the addition of further materials.
  • the basic idea of the invention is to design at least the contact surfaces of the electronic components in such a way that an adhesive electrical connection between the corresponding contact surfaces is made possible by heating them. An additional electrically conductive adhesive for connecting the opposite contact surfaces of the components is not necessary.
  • an electronic component is designed as a coil, the entire component consisting of the same conductor material, forming a conductor track structure.
  • a transducer module can be created by applying the coil to a layer of the card body, by means of which contacting with contact surfaces of another component is made possible.
  • the contact surfaces of the transmitter module can have a greater thickness than the contact surfaces of the second electronic component to be connected, so that the contact surfaces of the second electronic module do not have to have the electrically adhesive material composition as the contact surfaces of the transmitter module, but instead, for example, exclusively consist of a metal material.
  • the method according to the invention in connection with the preamble of claim 8 is characterized in that a powdered thermoplastic material on the one hand and a powdered metal on the other hand are mixed with the addition of binders to form a conductor material, that the conductor material is applied to the transfer layer by means of screen printing with formation of contact areas and that contact areas of the chip are positioned such that they come into contact with the contact areas of the transfer module and under the influence of heat and pressure electrically and mechanically be connected to the contact surfaces.
  • the advantage of the method according to the invention is that there is no process step, namely the application of an adhesive, electrically conductive adhesive.
  • the heat input introduced when the card body is laminated can advantageously be used to soften the conductor material at the contact surfaces, so that an intimate and firm connection is created between the opposite contact surfaces.
  • a contact temperature that is higher than the lamination temperature is introduced briefly and selectively onto the contact surfaces during the lamination process.
  • the contacting temperature lies in a range between 160 ° C and 200 ° C.
  • the duration of exposure to the contacting temperature is advantageously approximately one second.
  • Figure 1 a plan view of a transmitter module
  • FIG. 1 a cross section through a chip card.
  • a transmitter module 1 as the first electronic component, consisting of a coil with turns 2 and widened contact surfaces 3 arranged at the ends of the turns 2, the coil being applied to a transfer layer 4.
  • the transmitter module 1 can be provided as a semifinished product and then joined together with other layers of a card body 5 to form a chip card.
  • the coil 1 forms with the turns 2 and the contact surfaces 3 a conductor track structure, which is preferably applied by means of screen printing to the transfer layer 4 consisting of a plastic.
  • the windings 2 and the contact surfaces 3 consist of a conductor material which is composed of a thermoplastic base material and a metal material.
  • the metal material can have a volume fraction of 45% to 65% of the total volume.
  • the thermoplastic base material can for example consist of PVC, ABS, PC, etc.
  • FIG. 2 shows a card structure 5 consisting of a plurality of layers connected to one another by lamination, of which the transfer layer 4 with the conductor tracks 2 is located in a central region.
  • a covering layer a is arranged with recesses corresponding to the contact surfaces 3 of the coil 1, so that the contact surfaces 3 extend flush with the top of the covering layer a.
  • a card body 6 formed in this way has a recess 7 for implanting a chip module 8.
  • the chip module 8 has a carrier layer 9 with external contacts for the contact-based operation of the chip card. Furthermore, the chip module 8 has a chip, not shown, which is connected to a contact rail 10 by means of individual wires.
  • the con- The clock bar 10 extends parallel to the carrier layer 9 from a central region, in which a casting compound 13 protecting the chip is arranged, into an outer region, in which contact surfaces 11 of the chip module 8 are arranged.
  • An electrically conductive connection is provided between the contact rail 10 and the outer contacts of the chip module 8, not shown.
  • the contact rail 10 can consist of a metallic material or - as in a first embodiment according to the composition of the contact surfaces 11 - of a conductor material that matches the conductor material of the contact surfaces 3.
  • both the contact rail 10 and the contact surfaces 11 can consist of the same thermoplastic material comprising a conductor material.
  • the chip module 8 For contacting the chip module 8 with the coil 1, the chip module 8 is placed on an abutment shoulder 12 of the laminated card structure 5, the contact surfaces 11 of the chip module 8 coming directly into contact with the corresponding contact surfaces 3 of the coil 1.
  • the conductor material of the contact surfaces 3, 11 softens due to subsequent heat and, if appropriate, pressure acting on the connection points, so that an intimate and firm connection between the contact surfaces 3, 11 is produced.
  • the contacting temperature generated in this case corresponds to the softening temperature of the conductor material and can be in a range from 150 ° C to 200 ° C.
  • the contacting temperature is preferably higher than the lamination temperature, so that, according to a further exemplary embodiment, the contacting of the contact surfaces 3, 11 can be integrated into the lamination process and thus takes place parallel to the lamination.
  • the invention covers any electronic component on the chip card, such as batteries, switches, displays. Diodes etc.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Kartenkörper bestehend aus: mindestens einem eine Leiterbahnstruktur aufweisenden ersten elektronischen Bauelement und einem zweiten elektronischen Bauelement, wobei die Bauelemente an jeweiligen Kontaktanschlüssen derselben elektrisch miteinander verbunden sind, wobei zumindest die Kontaktflächen (3, 11) eines elektronischen Bauelements (1) aus einem ein thermoplastisches Basismaterial mit eingeschlossenen Metallpartikeln aufweisenden Leiterwerkstoff gebildet sind.

Description

Beschreibung :
Chipkarte und Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte
Die Erfindung betrifft ein Chipkarte mit einem Kartenkörper bestehend aus:
- mindestens einem eine Leiterbahnstruktur aufweisendes ersten elektronisches Bauelement und
- einem zweiten elektronischen Bauelement, wobei die Bauelemente an jeweiligen Kontaktflächen derselben elektrisch miteinander verbunden sind.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte mit einem aus mehreren Schichten bestehenden Kartenkörper, wobei ein elektronisches Bauelement zur Energie- und Datenübertragung zwischen einem externen Gerät und einem in dem Kartenkörper integrierten Chip und vice versa auf eine Übertragerschicht aufgebracht wird zur Bildung eines Übertragermoduls .
Aus der DE 44 16 697 AI ist eine Chipkarte mit einem Kartenkörper bekannt, die zwei elektronische Bauelemente aufweist, wobei ein erstes elektronisches Bauelement als Spule zur Energie- und Datenübertragung zwischen einem externen Gerät und einem als Chip in dem Kartenkörper ausgebildeten zweiten elektronischen Bauelement mit demselben elektrisch verbunden ist. Die Spule ist mittels Siebdrucken auf eine Übertrager- schicht des Kartenkörpers aufgebracht und besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Zur elektrischen Verbindung der Spule mit dem Chip ist ein elektrisch leitender Kleber vorgesehen. Aus der DE 195 00 925 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte mit einem aus mehreren Schichten bestehenden Kartenkörper, wobei ein Übertragungselement zur Energie- und Datenübertragung zwischen einem externen Gerät und einem in dem Kartenkörper integrierten Chip und vice versa auf eine Übertragerschicht aufgebracht wird. Dieses Übertragungselement ist als Spule ausgebildet. Zur Kontaktierung der Spule mit dem Chip wird ein elektrisch leitender Kleber verwendet, der auf die jeweiligen Kontaktflächen der Spule bzw. des Chips aufgebracht wird.
Nachteilig an der bekannten Chipkarte bzw. dem bekannten Verfahren zur Herstellung der Chipkarte ist, daß zur Kontaktierung der betreffenden elektronischen Bauelemente ein elektrisch leitender Kleber erforderlich ist, wobei zu dem Auftrag ein zusätzlicher Prozeßschritt notwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Chipkarte und ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte anzugeben, daß eine zuverlässige und zugleich vereinfachte Kontaktierung von mindestens zwei in der Chipkarte integrierten elektronischen Bauelementen gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Chipkarte in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Kontaktflächen eines elektronischen Bauelements aus einem ein thermoplastisches Basismaterial mit eingeschlossenen Metallpartikeln aufweisenden Leiterwerkstoff gebildet sind.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Chipkarte besteht darin, daß die elektrisch zu kontaktierenden elektronischen Bauelementen bereits aufgrund der Zusammensetzung des Leiterwerk- Stoffs der Kontaktflächen in der Lage sind, ohne Zusatz von weiteren Materialien miteinander elektrisch kontaktiert werden zu können. Grundgedanke der Erfindung ist es, zumindest die Kontaktflächen der elektronischen Bauelemente derart auszubilden, daß durch Erwärmung derselben eine haftende elektrischen Verbindung zwischen den entsprechenden Kontaktflächen ermöglicht wird. Ein zusätzlicher elektrisch leitender Kleber zur Verbindung der gegenüberliegenden Kontaktflächen der Bauelemente ist nicht erforderlich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein elektronisches Bauelement als eine Spule ausgebildet, wobei das gesamte Bauelement unter Bildung einer Leiterbahnstruktur aus demselben Leiterwerkstoff besteht. Auf diese Weise kann bereits mit dem Aufbringen der Spule auf eine Schicht des Kartenkörpers eine Übertragermodul geschaffen werden, mittels dessen eine Kontaktierung mit Kontaktflächen eines anderen Bauelements ermöglicht wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Kontaktflächen des Übertragermoduls eine größere Dicke aufweisen als die Kontaktflächen des zu verbindenden zweiten elektronischen Bauelements, so daß die Kontaktflächen des zweiten elektronischen Moduls nicht die elektrisch haftende Materialzusammensetzung aufweisen muß, wie die Kontaktflächen des Übertragermoduls, sondern beispielsweise ausschließlich aus einem Metallwerkstoff bestehen.
Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverisiertes thermoplastisches Kunststoffmaterial einerseits und ein pulverisiertes Metall andererseits unter Zusatz von Bindemittel vermischt werden zur Bildung eines Leiterwerkstoffs, daß der Leiterwerkstoff mittels Siebdrucken auf die Übertragerschicht aufgebracht wird unter Bildung von Kontaktflächen und daß Kontaktflächen des Chips derart positioniert werden, daß sie in Bezug auf die Kontaktflächen des Übertragermoduls zur Anlage kommen und unter Einwirkung von Hitze und Druck elektrisch und mechanisch mit den Kontaktflächen verbunden werden.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein Prozeßschritt wegfällt, nämlich das Auftragen eines haftenden elektrisch leitenden Klebers. Vorteilhaft kann die ohnehin beim Laminieren des Kartenkörpers eingebrachte Wärmezufuhr dazu genutzt werden, den Leiterwerkstoff an den Kontaktflächen zu erweichen, so daß eine innige und feste Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Kontaktflächen geschaffen wird.
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens erfolgt während des Laminierprozesses eine kurzzeitige und punktuell auf die Kontaktflächen gerichtete Einbringung einer gegenüber der Laminationstemperatur erhöhten Kontakiertemperatur .
Nach einer Weiterbildung des Verfahrens liegt die Kontaktie- rungstemperatur in einem Bereich zwischen 160 °C und 200 °C . Vorteilhaft beträgt die Einwirkungsdauer der Kontaktierung- stemperatur ca. eine Sekunde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1: eine Draufsicht auf ein Übertragermodul und
Figur 2: ein Querschnitt durch eine Chipkarte. In Figur 1 ist ein Übertragermodul 1 als erstes elektronisches Bauelement dargestellt, bestehend aus einer Spule mit Windungen 2 und an den Enden der Windungen 2 angeordneten verbreiterten Kontaktflächen 3, wobei die Spule auf eine Übertragerschicht 4 aufgebracht ist. Das Übertragermodul 1 kann als Halbzeug bereitgestellt sein und dann zusammen mit anderen Schichten eines Kartenkörpers 5 zur Bildung einer Chipkarte zusammengefügt werden.
Die Spule 1 bildet mit den Windungen 2 und den Kontaktflächen 3 eine Leiterbahnstruktur, die vorzugsweise mittels Siebdruk- ken auf die aus einem Kunststoff bestehenden Übertragerschicht 4 aufgebracht ist. Die Windungen 2 und die Kontaktflächen 3 bestehen aus einem Leiterwerkstoff, der sich aus einem thermoplastischen Basismaterial und einem Metallwerkstoff zusammensetzt. Der Metallwerkstoff kann einen Volumenanteil von 45% bis 65% an dem Gesamtvolumen betragen. Das thermoplastische Basismaterial kann beispielsweise aus PVC, ABS, PC usw. bestehen.
In Figur 2 ist ein Kartenaufbau 5 bestehend aus mehreren durch Lamination miteinander verbundenen Schichten dargestellt, worunter sich in einem mittleren Bereich die Übertragerschicht 4 mit den Leiterbahnen 2 befindet. Oberhalb derselben ist eine abdeckende Schicht a mit zu den Kontaktflächen 3 der Spule 1 korrespondierenden Aussparungen angeordnet, so daß sich die Kontaktflächen 3 bündig zu der Oberseite der abdeckende Schicht a erstrecken.
Ein so gebildeter Kartenkörper 6 weist eine Ausnehmung 7 auf zum Implantieren eines Chipmoduls 8. Das Chipmodul 8 weist eine Trägerschicht 9 mit äußeren Kontakten auf zum kontaktbehafteten Betrieb der Chipkarte. Ferner weist das Chipmodul 8 einen nicht dargestellten Chip auf, der mittels einzelner Drähte mit einer Kontaktschiene 10 verbunden ist. Die Kon- taktschiene 10 erstreckt sich parallel zur Trägerschicht 9 von einem mittleren Bereich, in dem eine den Chip schützende Vergußmasse 13 angeordnet ist, in einen äußeren Bereich, in dem Kontaktflächen 11 des Chipmoduls 8 angeordnet sind. Zwischen der Kontaktschiene 10 und den äußeren Kontakten des Chipmoduls 8 ist eine elektrisch leitende Verbindung vorgesehen, nicht dargestellt. Die Kontaktschiene 10 kann aus einem metallischen Material oder - wie nach einer ersten Ausführungsform gemäß der Zusammensetzung der Kontaktflächen 11 - aus einem mit dem Leiterwerkstoff der Kontaktflächen 3 übereinstimmenden Leiterwerkstoff bestehen.
Alternativ können sowohl die Kontaktschiene 10 als auch die Kontaktflächen 11 aus demselben thermoplastischen Material aufweisenden Leiterwerkstoff bestehen.
Zur Kontaktierung des Chipmoduls 8 mit der Spule 1 wird das Chipmodul 8 auf eine Anlageschulter 12 des laminierten Kartenaufbaus 5 gesetzt, wobei die Kontaktflächen 11 des Chipmoduls 8 unmittelbar auf den korrespondierenden Kontaktflächen 3 der Spule 1 zur Anlage kommen. Durch nachfolgende punktuell auf die Anschlußstellen gerichtete Wärme- und gegebenenfalls Druckeinwirkung erweicht der Leiterwerkstoff der Kontaktflächen 3, 11, so daß eine innige und feste Verbindung zwischen den Kontaktflächen 3, 11 hergestellt wird. Die dabei erzeugte Kontaktierungstemperatur entspricht der Erweichungstemperatur des Leiterwerkstoffs und kann in einem Bereich von 150 °C bis 200 °C liegen.
Vorzugsweise ist die Kontaktierungstemperatur höher als die Laminierungstemperatur, so daß nach einem weiteren Ausführungsbeispiel die Kontaktierung der Kontaktflächen 3, 11 in den Laminierungsprozeß integriert werden kann und damit parallel zur Laminierung erfolgt. Die Erfindung erfaßt jegliches elektronisches Bauelement auf der Chipkarte, wie beispielsweise Batterien, Schalter, Displays. Dioden etc..

Claims

Patentansprüche
1. Chipkarte mit einem Kartenkörper bestehend aus:
- mindestens einem eine Leiterbahnstruktur aufweisendes ersten elektronisches Bauelement und
- einem zweiten elektronischen Bauelement, wobei die Bauelemente an jeweiligen Kontaktanschlüssen derselben elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
- daß zumindest die Kontaktflächen (3, 11) eines elektronischen Bauelements (1) aus einem ein thermoplastisches Basismaterial mit eingeschlossenen Metallpartikeln aufweisenden Leiterwerkstoff gebildet sind.
2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Metallpartikel an dem Gesamtvolumen des Leiterwerkstoffs in einem Bereich von 40% bis 60% liegt.
3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Basismaterial aus PVC oder ABS oder PC besteht.
4. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß das erste elektronische Bauelement als Übertragermodul (1) mit einer Leiterbahnstruktur (2, 3) ausgebildet ist, das zur Energie- und Datenübertragung zwischen einem externen Gerät und dem als Chip ausgebildeten zweiten elektronischen Bauelement (11) dient.
5. Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , daß das Übertragermodul als Spule (1) ausgebildet ist, die auf einer Übertragerschicht (4) angeordnet ist, und daß die Leiterbahnstruktur (2) aus dem- selben Leiterwerkstoff besteht wie die Kontaktflächen
(3) .
6. Chipkarte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) auf die Übertragerschicht (4) aufgedruckt ist .
7. daß die Kontaktflächen (3) des Übertragermoduls (1) eine größere Dicke aufweisen als die Kontaktflächen (11) des anderen elektronischen Bauelements (8) und daß die Kontaktflächen (11) des anderen elektronischen Bauelements (8) aus einem Metallwerkstoff bestehen.
8. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte mit einem aus mehreren Schichten bestehenden Kartenkörper, wobei ein elektronisches Bauelement zur Energie- und Datenübertragung zwischen einem externen Gerät und einem in dem Kartenkörper integrierten Chip und vice versa auf eine Übertragerschicht aufgebracht wird zur Bildung eines Übertragermoduls, dadurch gekennzeichnet,
- daß ein pulverisiertes thermoplastisches Kunststoffmaterial einerseits und ein pulverisiertes Metall andererseits unter Zusatz von Bindemittel vermischt werden zur Bildung eines Leiterwerkstoffs,
- daß der Leiterwerkstoff mittels Siebdrucken auf die Übertragerschicht (4) aufgebracht wird unter Bildung von Kontaktflächen (3) und
- daß Kontaktflächen (11) des Chips derart positioniert werden, daß sie in Bezug auf die Kontaktflächen (3) des Übertragermoduls (1) zur Anlage kommen und unter Einwirkung von Hitze und Druck elektrisch und mechanisch mit den Kontaktflächen (3) verbunden werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung der gegenüberliegenden Kontaktflächen (3, 11) vor einer Lamination der Schichten (5) bei einer Kontaktierungstemperatur erfolgt, die größer ist als die Laminierungstemperatur.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung der gegenüberliegenden Kontaktflächen (3, 11) gleichzeitig mit einer Lamination der Schichten (5) bei einer Kontaktierungstemperatur erfolgt, die größer ist als die Laminierungstemperatur.
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