Chipkarte und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Chipkarten in Form von Plug-In-SIMs oder als genormte Smartcards, insbesondere im ID-I- Format. Es kann sich dabei auch um Dual-Interface-Karten handeln oder auch um Karten mit anderen Formfaktoren, zum Beispiel in Form eines USB- Tokens mit entsprechenden USB-Kontaktanschlüssen.
Die Herstellung von Chipkarten ist besonderen Kostenzwängen unterworfen. Es werden auf diesem technischen Gebiet daher besondere Anstrengungen unternommen, die Herstellungskosten zu senken. Üblicherweise werden in vorgefertigte Chipkartenkörper Chipmodule eingesetzt, typiεcherweise in eine dafür im Kartenkörper vorgesehen Ausnehmung eingeklebt. Die Her- Stellung der Chipmodule und die Herstellung der Kartenkörper fallen dementsprechend auseinander. Die Kartenkörper werden überwiegend in Lami- niertechnik als Bogen oder Rollen hergestellt und die Chipmodule vor oder nach dem Ausstanzen der Kartenkörper aus dem Folienverbund in den Kartenkörper eingesetzt.
Die Chipmodule werden üblicherweise auf einem Foliensubstrat in Form eines Trägerbands zur Verfügung gestellt und beim Einsetzen in den Kartenkörper aus dem Trägerband ausgestanzt, so dass ein Teil des Trägerbands mit übertragen wird. Auf der Vorderseite des Trägerbands befinden sich ISO-Kontaktflächen zur kontaktbehafteten Kommunikation mit externen Kommunikationsgeräten und auf der Rückseite des Trägerbands befinden sich der Chip und Kontaktflächen für den Chip, über den der Chip elektrisch
leitend mit den Kontaktflächen auf der Trägerbandvorderseite verbunden ist. Neuerdings wird der Chip auf die rückseitigen Kontaktflächen in Flip-Chip- Technologie montiert. Dadurch spart man sich die aufwändige Wirebond- Verdrahtung, und auch auf ein Umgießen des Chips und der empfindlichen Drähte mit Epoxidharz oder ähnliches kann gegebenenfalls verzichtet werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Herstellungskosten derartiger Chipkarten weiter zu reduzieren.
Dementsprechend ist es vorgesehen, das Foliensubstrat, das vorderseitig mit mehreren Kontaktlayouts für die kontaktbehaftete Kommunikation und rückseitig mit mehreren Kontaktlayouts und darauf montierten oder zu montierenden Flip-Chips versehen ist, gemeinsam mit mindestens einer Ver- Stärkungsschicht zu einem Schichtverbund zu verbinden, aus der dann die einzelnen Chipkarten mit den endgültigen Chipkartenabmessungen herausgetrennt werden.
Anstatt also Chipmodule aus dem Foliensubstrat bzw. Trägerband auszu- stanzen und in Chipkartenkörper einzusetzen, wird das gesamte Foliensubstrat mit den darauf aufgebauten Chipmodulen insgesamt Bestandteil des Schichtverbunds, so dass ein wesentlicher Produktionsschritt eingespart werden kann. Dementsprechend besitzt das die Flip-Chips tragende Foliensubstrat eine Breite und/ oder Länge, die einem Vielfachen der Breite bzw. Länge der daraus herzustellenden Chipkarten entspricht. Vorzugsweise wird das Foliensubstrat - und, wenn die Verstärkungsschicht als Folie vorliegt, auch die Verstärkungsfolie - als Bogen- oder Rollenware zur Verfügung gestellt.
Die Kontaktflächen zumindest auf der Vorderseite und vorzugsweise auch auf der Rückseite des Foliensubstrats werden vorteilhaft als eine Metallisierung der Folienoberfläche realisiert. Dabei kann das entsprechende Kontaktlayout aus einer ursprünglich vollflächigen Metallisierung zum Beispiel durch Ätzen oder additives Ätzen erzeugt werden. Das Kontaktlayout auf der Rückseite kann darüber hinaus die notwendigen Bestandteile einer Spule für den zusätzlichen kontaktlosen Datenaustausch und/ oder die kontaktlose Energieversorgung der Karte aufweisen (Dual-Interface-Karte).
Der Schichtverbund kann vorteilhaft nur aus den zwei vorgenannten Schichten bestehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird jedoch eine Zwischenfolie zwischen dem Foliensubstrat und der Verstärkungsschicht angeordnet, um den Flip-Chip in der endgültigen Karte vor mechanischen Belastungen zu schützen. Dazu kann die Zwischenfolie gemäß einer ersten Variante Aussparungen besitzen, in denen die Fliρ-Chiρs zu liegen kommen. Die Tiefe der Aussparung entspricht vorzugsweise in etwa der Dicke der Flip-Chips, das heißt sie kann auch unwesentlich tiefer sein, sollte aber jedenfalls nicht flacher als der Flip-Chip-Aufbau auf dem Foliensubstrat sein. Die Aussparungen der Zwischenfolie können vorteilhaft als durchgehende Öff- nungen in der Zwischenfolie vorliegen, die beispielsweise durch Ausstanzen preiswert erzeugbar sind.
Gemäß einer zweiten Variante kann zum Schutz der Flip-Chips ein Material für die Zwischenfolie gewählt werden, welches weicher ist als die Materia- lien des Foliensubstrats und einer damit verbundenen Verstärkungsfolie. In ein solches Zwischenfolienmaterial können die Flip-Chips beim Verbinden der Folienschichten zum Schichtverbund eingebettet werden. Als Material für die Zwischenfolie bietet sich ein entsprechend flexibles und plastisch verformbares Material an, insbesondere ein Schaumstoffmaterial.
Im Falle des Vorsehens einer Zwischenfolie besteht der Folienverbund vorzugsweise nur aus den drei genannten Schichten, um den Herstellungsaufwand gering zu halten, kann aber bei Bedarf auch aus mehr als nur drei Folienschichten bestehen.
Beim Verbinden der Folienschichten zu einem Folienverbund können Klebstoffe eingesetzt werden. Im Falle thermoplastischer Folienschichten kann auf den Einsatz von Klebstoffen verzichtet werden. In jedem Falle ist es aber von Vorteil, das Laminieren der Folienschichten zu einem Folienverbund unter Anwendung von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur durchzuführen, dies insbesondere wenn thermoplastische Folienschichten ohne Klebstoffeinsatz miteinander verbunden werden.
Anstatt die Verstärkungsschicht als Folie zur Verfügung zu stellen, kann sie gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung alternativ als Spritzgussschicht durch Hinterspritzen des Foliensubstrats - oder ggf. der Zwischenfolie - hergestellt werden.
Die Dicke des Schichtverbunds wird vorzugsweise so gewählt, dass sie der ISO-Normdicke von ID-1-Chipkarten oder entsprechenden Plug-In-SIMs entsprechen. Sie können aber auch andere Abmessungen besitzen, beispielsweise die Gestalt von USB-Tokens haben. Als USB-Token sind die außen liegenden Kontaktflächen zur Kommunikation mit USB-Schnittstellen ausgebildet, und die Abmessungen der Chipkarte sind so gewählt, dass die Karte mit ihrer USB-Schnittstelle in einen USB-Anschluss einsteckbar ist. Hierbei kann die ISO-Normdicke insbesondere überschritten werden.
Die Chipkarten können in einem weiteren Verfahrensschritt personalisiert und/ oder bedruckt werden, wobei dieser Verfahrensschritt aus Kostengrün-
den vorzugsweise vor dem Heraustrennen der Chipkarten aus dem Schichtverbund erfolgt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen bei- spielhaft beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Chipkarte im ID-I -Format in Draufsicht,
Fig. 2 den Schichtaufbau der Chipkarte aus Figur 1 schematisch im Quer- schnitt,
Fig. 3 einen alternativen Schichtaufbau der Chipkarte aus Figur 1 schematisch im Querschnitt,
Fig. 4 einen weiteren alternativen Aufbau der Chipkarte aus Figur 1 schematisch im Querschnitt,
Fig. 5 schematisch die Schritte zur Herstellung der Chipkarte aus Figur 1 in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess,
Fig. 6 eine Chipkarte im Format eines USB-Tokens,
Fig. 7 einen weiteren alternativen Schichtaufbau der Chipkarte aus Figur 1 schematisch im Querschnitt und
Fig. 8 einen streifenförmigen Schichtverbund gemäß Figur 7 in Draufsicht, aus dem einzelne Chipkarten bereits herausgetrennt sind.
Figur 1 zeigt schematisch in Aufsicht eine Chipkarte 1 im ID-I -Format mit einem außen liegenden Kontaktlayout 2 für die kontaktbehaftete Kommunikation mit und/ oder Energieversorgung durch externe Datenverarbeitungsgeräte, wie beispielsweise Zahlungsterminals, Zutrittskontrollgeräten, Com- putern und dergleichen. Die Chipkarte 1 ist hier als Dual-Interface-Karte ausgebildet und besitzt dementsprechend zur kontaktlosen Daten- und/ oder Energieübertragung eine in der Chipkarte integrierte Spule 3, die in Figur 1 durch Strichlinien dargestellt ist. Die Chipkarte 1 aus Figur 1 kann anstatt einer ID-I -Chipkarte auch andere Formfaktoren besitzen, beispielsweise die eines Plug-In-SIMs, dann aber in der Regel ohne die Spule 3.
Figuren 2 bis 4 zeigen die Chipkarte aus Figur 1 gemäß drei Ausführungsbeispielen schematisch im Querschnitt. In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Chipkarte 1 als zweischichtiger Schichtverbund 12 reali- siert und umfasst als erste Schicht ein Foliensubstrat 4 und als zweite Schicht eine Verstärkungsfolie 5. Auf der Vorderseite 4a des Foliensubstrats 4 ist das Kontaktlayout 2 für die kontaktbehaftete Kommunikation in Form einer geätzten Metallisierung vorgesehen. Auf der Rückseite 4b des Foliensubstrats 4 befindet sich ein zweites Kontaktlayout 6 auf der ein Flip-Chip 7 in her- kömmlicher Flip-Chip-Technologie montiert ist. Die hier nicht im Detail dargestellten Anschlüsse des Flip-Chips 7 sind über das Flip-Chip- Kontaktlayout 6 und weiter über das Foliensubstrat 4 durchdringende Vias 8 mit dem auf der Foliensubstratvorderseite 4a liegenden Kommunikations- Kontaktlayout 2 elektrisch leitend verbunden. Auch das Flip-Chip- Kontaktlayout 6 ist z.B. als geätzte Metallisierung realisiert. Gleichzeitig mit der Herstellung des Flip-Chip-Kontaktlayouts 6 sind die Windungen 3a der Spule 3 (abgesehen von der die Windungen der Spule überspannenden "Brücke") erzeugt worden, also ebenfalls vorzugsweise als geätzte Metallisierung.
Die Folienschichten 4, 5 besitzen eine Gesamtdicke D entsprechend der Dicke der fertigen Karte. Die Verbindung der beiden Folienschichten 4, 5 zum fertigen Schichtverbund 12 mit der Gesamtdicke D erfolgt unter Anwendung erhöhten Drucks und erhöhter Temperatur. Wenn als Materialien für die beiden Folienschichten 4, 5 geeignete Thermoplaste verwendet werden, kann auf diese Weise ein inniger Verbund der beiden Schichten ohne Einsatz eines zusätzlichen Klebers erreicht werden. Im Falle der Verwendung von nicht kompatiblen Thermoplasten und/ oder eines Duroplast für die eine und/ oder die andere Folienschicht ist der Einsatz eines Klebers jedoch zweckmäßig. Insbesondere im Falle eines thermoaktivierbaren Klebers ist auch hier der Einsatz von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur sinnvoll.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2 allein dadurch, dass der Schichtverbund 12 als dritte Folienschicht eine Zwischenfolie 9 zwischen dem Foliensubstrat 4 und der Verstärkungsfolie 5 aufweist. Die Zwischenfolie 9 besitzt eine Aussparung 10, in der der Flip-Chip 7 zum Schutz gegen mechanische Belastungen aufgenommen ist. Auf die Zwischenfolie 9 mit der Aussparung 10 kann verzichtet werden, wenn der Flip-Chip 7 sehr dünn und flexibel ist, wie im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2. Es ist auch denkbar bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 eine Aussparung in der Verstärkungsfolie 5 zur Aufnahme des Flip-Chips 7 vorzusehen. Diese Aufnahme hätte dann entsprechend die Tiefe der Dicke des Flip-Chips 7 bzw. des Flip-Chip- Aufbaus, oder geringfügig darüber. Da aber das Vorsehen derartiger Aussparungen aufwendig und entsprechend teuer ist, ist der Einsatz der Zwischenfolie 9 im Falle dickerer und/ oder unflexiblerer Flip-Chips 7 vorteilhaft, weil die Aussparung 10 in diesem Falle als durchgehende Öffnung einfach zum Beispiel in einem Stanzschritt erzeugt werden kann. Da die Tiefe
der Aussparung lediglich der Dicke des Flip-Chips 7 bzw. des Flip-Chip- Aufbaus, oder geringfügig darüber, entspricht, kann die Zwischenfolie 9 mit einer entsprechend geringen Dicke gewählt werden.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 zeigt eine andere Variante zum Schutz eines vergleichsweise dicken und/ oder unflexiblen Flip-Chips 7 gegen mechanische Belastungen. Wiederum ist eine Zwischenfolie 9 zwischen dem Foliensubstrat 4 und der Verstärkungsfolie 5 vorgesehen. In diesem Falle besitzt die Zwischenfolie 9 jedoch keine Aussparung sondern be- steht aus einem Material, welches weicher ist als die Materialien des Foliensubstrats 4 und der Verstärkungsfolie 5. Dies gilt zumindest für den Zeitpunkt des Verbindens der drei Folienschichten zum dreischichtigen Schichtverbund 12. So kann die Zwischenfolie 9 zum Beispiel einen niedrigeren Erweichungspunkt besitzen als das Foliensubstrat 4 und die Verstärkungsfolie 5, so dass sie beim Laminieren der Schichten unter erhöhter Temperatur wesentlich weicher ist als die Folienschichten des Foliensubstrats 4 und der Verstärkungsfolie 5. Auf diese Weise lässt sich der Flip-Chip 7 in die Zwischenfolie 9 einbetten.
Die Zwischenfolie 9 kann insbesondere auch aus einem Schaumstoffmaterial bestehen, welches mit den beiden anderen Folienschichten 4, 5 warm- oder kaltverklebt wird. Der Bereich des Flip-Chips 7 kann beim Verkleben von Klebstoff freigehalten werden, so dass keine feste Verbindung zwischen dem Flip-Chip 7 und der Zwischenschicht 9 besteht. Dadurch wird der Flip-Chip 7 mechanisch von der Zwischenschicht 9 entkoppelt.
Figur 5 zeigt beispielhaft die Herstellung der Chipkarten 1 in einem Rolle-zu- RoIIe- Verfahren. In entsprechender Weise können die Chipkarten 1 auch aus bogenförmig zur Verfügung gestellten Folienschichten hergestellt werden.
Das Verfahren beginnt mit dem Bereitstellen eines Foliensubstrats 4, auf dem zumindest das Kommunikations-Kontaktlayout 2 und das Flip-Chip- Kontaktlayout 6 vorhanden und mittels der Vias 8 (Figur 2) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Soweit noch nicht vorhanden, werden zunächst Flip-Chips 2 auf die Flip-Chip-Kontaktlayouts 6 montiert. Anschließend wird das Foliensubstrat 4 mit der Verstärkungsfolie 5 und - in diesem Falle - der Zwischenfolie 9 zusammengeführt. Vor dem Zusammenführen werden in einer ersten Stanzstation 11 Aussparungen 10 aus der Zwischenfolie 9 ausgestanzt, in denen anschließend die Flip-Chips 7 zu liegen kommen. Die Fo- lienschichten 4, 5, 9 werden anschließend unter Anwendung erhöhten
Drucks p und erhöhter Temperatur T zu einem Schichtverbund 12 laminiert. Aus dem Schichtverbund 12 werden dann in einer zweiten Stanzstation 13 die Chipkarten 1 ausgestanzt. Der Rest des Folienverbunds 12 wird auf eine Abfallspule aufgewickelt. Die Chipkarten 1 können noch vor dem Heraus- trennen in einer entsprechenden hier nicht dargestellten Station personalisiert und/ oder bedruckt werden, z.B. durch Laserbeschriftung.
Figur 6 zeigt eine Chipkarte 1 in Gestalt eines USB-Tokens. Das Kontaktlayout 2 für die kontaktbehaftete Kommunikation mit und Stromversorgung durch ein externes Gerät umfasst die beiden voreilenden äußeren Pins 14, 15 für die Versorgungsspannung und die kürzeren Pins 16, 17 für den Datenverkehr.
Figur 7 zeigt schematisch im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Schichtaufbau 12, der sich von den Ausführungsbeispielen gemäß Figuren 2 bis 4 im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass anstatt der Verstärkungsfolie 5 eine Spritzgussschicht 51 als Verstärkungsschicht vorgesehen ist, um den Schichtverbund 12 zu bilden. Eine Zwischenfolie 9 mit Aussparungen 10 zur Aufnahme der Flip-Chips 7, wie in Bezug auf Figur 3 be-
schrieben, kann zusätzlich vorgesehen sein. Die Verbindung der Spritzgussschicht 5' mit dem Foliensubstrat 4 - bzw. alternativ mit der Zwischenschicht 9 - kann in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass das Foliensubstrat 4 mit dem Spritzgussmaterial der Spritzgussschicht 5' hinterspritzt wird. Dazu kann entweder das gesamte Foliensubstrat 4 mit den darauf montierten Flip-Chips 7 hinterspritzt werden. Alternativ kann das Foliensubstrat 4 zuvor aber auch in Streifen geschnitten werden und dann mit der Spritzgussschicht 5' hinterspritzt werden. Ein solcher Streifen ist in Figur 8 dargestellt. Aus dem streifenförmigen Schichtverbund 12 werden dann die Chipkarten 1 herausgetrennt, beispielsweise ausgestanzt, und es verbleiben entsprechende Löcher 18 im Schichtverbund 12.