WO1997012263A2 - Transponder und verfahren zur herstellung eines transponders - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a transponder, in particular for a contactless locking device, with a semiconductor chip, a coil and a capacitor. Furthermore, the invention relates to a method for producing a transponder with a semiconductor chip, a coil and a capacitor.
  • a transponder is an externally contactless circuit comprising a semiconductor chip, a coil and a capacitor. It is usually arranged in a housing, which in turn is attached or integrated to an object, for example a key.
  • a counterpart for example the associated lock, is then likewise provided with a coil which, on the one hand, acts as a transmitter and inductively transmits energy into the transponder.
  • the coil of the counterpart acts as a receiver for the data sent by the transponder or as a transmitter for the data sent from the counterpart to the transponder.
  • electronic coding is installed in this way, which increases the security of the locking system.
  • the invention has for its object to provide a transponder of the type mentioned, which is particularly inexpensive and space-saving.
  • a method for producing such a transponder is to be created.
  • the capacitor is formed by two metallized layers on the opposite surfaces of the housing. This results in a particularly small and space-saving structure.
  • the conductive surfaces are on the opposite largest surfaces of the chip. In the case of a cuboid shape, these are the surfaces usually referred to as the top and bottom. In this way, the largest possible capacitance of the capacitor is obtained with the space-saving embodiment.
  • the coil can be integrated into the metallized layers of the capacitor as an additional measure, for example by forming the coil as a spiral or meandering path within a capacitor surface.
  • the fully assembled semiconductor chip and possibly the coil are finally embedded in a thermoplastic or thermosetting molding compound.
  • the coil can also be formed as a flat coil in the manner described above on one of the surfaces of the housing in which the metal-coated semiconductor chip was embedded.
  • line connections to the chip must be provided.
  • the coil can run on the housing surface as a spiral or meandering path.
  • Such a coil can be produced, for example, by first applying a metal layer to one of the housing surfaces, then providing it with a photomask and then etching it.
  • the flat coil is preferably provided with a protective layer made of plastic.
  • the electrical circuit is preferably integrated in a motor vehicle key and combined with an immobilizer. However, the circuit can also be used on motorcycles, doors, tools or machines.
  • a semiconductor chip, a coil and a capacitor are each mounted on a lead frame using SMD technology (surface mounting of components) and the individual modules are embedded in a thermoplastic or thermosetting molding compound.
  • SMD technology surface mounting of components
  • a leadframe is a sheet metal support in strip form or roll form for a large number of modules.
  • FIG. 1 is a perspective view of a transponder with metallized top and bottom;
  • FIG. 2 shows a lead frame; and
  • FIG. 3 shows an illustration of an individual module of the lead frame
  • a semiconductor chip 1 is shown with an integrated circuit, not shown in detail, which can be enclosed in a (not shown) thermoplastic or thermosetting plastic molding compound or the like.
  • Metallic layers preferably made of silver palladium, are metallized on the top and bottom of the semiconductor chip 1, that is to say the two largest surfaces. These metallic layers form a capacitor 3, the
  • Semiconductor chip 1 is arranged between the plates of the capacitor and its dielectric to increase the Capacitance of the capacitor contributes.
  • a coil 2 with connection points (not specified) is integrated into the metallic layer of the capacitor 3, which consists of a spirally arranged strip.
  • the semiconductor chip 1 is shown in a cuboid shape and has a base area of approximately 6 mm 2, for example. With the integrated circuit, the coil 2 and the capacitor 3, this arrangement constitutes an inductive transponder which can receive energy and data wirelessly from a transmitter / receiver (not shown) and send data to it.
  • FIG. 3 A section of a metallic leadframe 4 with a total of four identical areas for mounting one module each (FIG. 3) is shown in FIG.
  • a semiconductor chip 10, a coil 2 and a capacitor 3 are mounted on each of these modules using SMD technology according to FIG. 3 and then encased with thermoplastic or thermosetting molding compound.
  • This coil 2 has a ferrite rod core and has a diameter of 1.6 mm with a length of 10 mm. In this preferred embodiment, the coil 2 has an inductance of 28 ⁇ H.
  • the leadframe 4 made entirely of sheet metal in the stamping process consists in the example shown of two lateral strips 40 with transport holes 41 and strip-shaped cross connections 42 which also separate the individual module regions 43 from one another.
  • each module area 43 there are areas on the one hand for mechanical mounting of the three components described above and on the other hand for the electrical connection of the relevant ones
  • the areas form separate islands and tongues 49, 50, which are arranged at a sufficient distance from one another that different component connections of each component come to lie on separate islands or tongues that are electrically insulated from one another. Electrical connections are made in that the relevant connections of different components on an island or
  • Tongue lying. Contacting areas can be coated with highly conductive metal. They are designated 45, 46, 47 and 48 in FIGS. 2 and 3.
  • the contacting areas 45 and 46 are for the two connections of the coil 2 and the two contacting areas 47, 48 are provided for the connections of the capacitor 3.
  • a coil connection 45 or 46 is located on the same island / tongue 49 or 50 with a capacitor connection 48 or 47, i.e. Coil 2 and capacitor 3 are connected in parallel.
  • the coil 2 and the capacitor 3 thereby bridge a sheet metal recess 51 between the islands / tongues 49 and 50.
  • the semiconductor chip 1 is fastened to an island in an electrically insulated manner.
  • the electrical connection to the other components is made via bonding wires 6.
  • the mechanical fastening of all components is carried out by means of adhesive, which can also be designed as a contact adhesive for simultaneous electrical contacting on the contacting surfaces.
  • the attachment can also be done in that
  • Fastening tongues or pockets are bent from the sheet metal level (not shown). This is particularly suitable for holding the coil 2 during assembly.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Transponder, insbesondere für einen Schlüssel, mit einem Halbleiterchip (10), einer Spule (2) und einem Kondensator (3). Der Kondensator (3) und/oder die Spule (2) werden durch aufmetallisierte Flächen direkt auf der Oberseite und Unterseite des Chipgehäuses (1) realisiert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Transponders. Die Bauelemente werden unmittelbar auf einem Leadframe (4) montiert, wobei der Leadframe (4) einerseits als mechanischer Träger dient und andererseits die elektrischen Verbindungen (45-48) zwischen den Anschlüssen herstellt.

Description

Beschreibung
Transponder und Verfahren zur Herstellung eines Transponders
Die Erfindung betrifft einen Transponder, insbesondere für eine kontaktlose Schließvorrichtung, mit einem Halbleiter¬ chip, einer Spule und einem Kondensator. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Transponders mit einem Halbleiterchip, einer Spule und einem Kondensator.
Als Transponder wird hier eine nach außen kontaktlose Schal¬ tung aus einem Halbleiterchip, einer Spule und einem Konden¬ sator bezeichnet. Sie ist üblicherweise in einem Gehäuse an- geordnet, welches wiederum an einem Gegenstand, beispielswei¬ se einem Schlüssel, angebracht oder integriert ist. Ein Ge¬ genstück, beispielsweise das zugehörige Schloß, ist dann ebenfalls mit einer Spule versehen, die zum einen als Sender wirkt und induktiv Energie in den Transponder überträgt. An- dererseits wirkt die Spule des Gegenstücks als Empfänger für die vom Transponder bzw. als Sender für die vom Gegenstück an den Transponder ausgesandten Daten. Bei einem Schließsystem wird auf diese Weise eine elektronische Codierung instal¬ liert, die die Sicherheit des Schließsyεtems erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transponder der eingangs genannten Art zu schaffen, der besonders kostengünstig und raumsparend ist. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Transponders geschaffen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt schaltungsmäßig mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 und verfahrensmäßig mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben. Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist der Kondensator durch zwei aufmetallisierte Schichten auf den gegenüber¬ liegenden Oberflächen des Gehäuses gebildet. Dadurch wird ein besonders kleiner und platzsparender Aufbau erreicht.
Dabei ist es vorteilhaft, die leitenden Flächen auf den sich gegenüberliegenden größten Flächen des Chips anzuordnen. Bei einem Gehäuse von Quaderform sind dies die üblicherweise als Ober- und Unterseite bezeichneten Flächen. Auf diese Weise erhält man mit der platzsparenden Ausführungsform die größtmögliche Kapazität des Kondensators.
Zur weiteren Raumeinsparung kann als zusätzliche Maßnahme die Spule in die aufmetallisierten Schichten des Kondensators in- tegriert werden, indem die Spule zum Beispiel als spiralför¬ mige oder mäanderförmige Bahn innerhalb einer Kondensatorflä¬ che ausgebildet wird. Natürlich ist es auch möglich, die Wickelungen der Spule auf beiden Seiten in die leitenden Flä¬ chen zu integrieren.
Der fertig montierte Halbleiterchip und gegebenenfalls die Spule werden abschließend in eine thermo- oder duroplasti- sche Preßmasse eingebettet.
Alternativ oder zusätzlich kann die Spule auch als Flachspule in der vorstehend beschriebenen Weise auf einer der Oberflächen des Gehäuses ausgebildet werden, in das der me¬ tallbeschichtete Halbleiterchip eingebettet wurde. Zu diesem Zweck müssen Leitungsverbindungen zum Chip vorgesehen sein. Beispielsweise kann die Spule auf der Gehäuseoberfläche als spiralförmige oder mäandrierende Bahn verlaufen. Eine derartige Spule kann z.B. hergestellt werden, indem zunächst eine Metallschicht auf eine der Gehäuseoberflächen aufgebracht wird, diese anschließend mit einer Fotomaske versehen und dann geätzt wird. Vorzugsweise wird die Flachspule abschließend mit einer Schutzschicht aus Kunststoff versehen. Bevorzugt wird die elektrische Schaltung in einen Kfz-Schlüs- sel integriert und mit einer Wegfahrsperre kombiniert. Die Schaltung läßt sich jedoch genauso gut auch bei Motorrädern, Türen, Werkzeugen oder Maschinen einsetzen.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Transponders wird erfindungsgemäß auf einem Leadframe jeweils ein Halbleiterchip, eine Spule und ein Kondensator in SMD-Technik (Oberflächenmontage von Bauteilen) montiert und die einzelnen Module in eine thermoplastische oder duroplastische Preßmasse eingebettet. Durch dieses Verfahren ist eine besonders kostengünstige Produktion in großen Stückzahlen möglich. Als Leadframe wird ein Blechträger in Streifenform oder Rollenform für eine Vielzahl von Modulen bezeichnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter erläutert, in der zwei Ausführungsbeispiele wiedergegeben sind. Im einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines Transponders mit metallisierter Ober- und Unterseite; Figur 2 einen Leadframe; und Figur 3 eine Darstellung eines einzelnen Moduls des Leadframes
In der Figur ist ein Halbleiterchip 1 mit einem nicht im Einzelnen wiedergegebenen integrierten Schaltkreis dargestellt, der in eine (nicht dargestellt) thermoplastische oder duroplastische Kunststoffpreßmasse oder ähnliches eingeschlossen werden kann. Auf dem Halbleiterchip 1 sind auf der Oberseite und der Unterseite, also den beiden größten Flächen, metallische Schichten, bevorzugt aus Silberpalladium, aufmetallisiert. Diese metallischen Schichten bilden einen Kondensator 3, wobei der
Halbleiterchip 1 zwischen den Platten des Kondensators ange¬ ordnet ist und durch seine Dielektrizität zur Steigerung der Kapazität des Kondensators beiträgt. Auf der Oberseite deε Halbleiterchips 1 ist in die metallische Schicht des Kondensators 3 eine Spule 2 mit nicht näher bezeichneten Anschlußpunkten integriert, die aus einem spiralförmig angeordneten Streifen besteht. Der Halbleiterchip 1 ist quaderförmig dargestellt und weist eine Grundfläche von beispielsweise ungefähr 6 mm2 auf. Mit dem integrierten Schaltkreis, der Spule 2 und dem Kondensator 3 stellt diese Anordnung einen induktiven Transponder dar, der von einem nicht dargestellten Sender/Empfänger drahtlos Energie und Da¬ ten empfangen und an diesen Daten senden kann.
Ein Abschnitt eines metallischen Leadframe 4 mit insgesamt vier gleichen Bereichen zur Montage jeweils eines Moduls (Fig. 3) ist in Figur 2 dargestellt. Auf jedem dieser Module werden in SMD-Technik gemäß Figur 3 ein Halbleiterchip 10, eine Spule 2 und ein Kondensator 3 montiert und anschließend mit thermoplastischer oder duroplastischer Preßmasse umhüllt. Diese Spule 2 weist einen Ferrit-Stabkern auf und hat bei einer Länge von 10 mm einen Durchmesser von 1,6 mm. Die Spule 2 hat in dieser bevorzugten Ausführungsform eine Induktivität von 28 μH.
Der im Stanzverfahren vollständig aus Blech hergestellte Leadframe 4 besteht in dem dargestellten Beispiel aus zwei seitlichen Streifen 40 mit Transportlöchern 41 sowie streifenförmigen Querverbindungen 42, die auch die einzelnen Modulbereiche 43 voneinander trennen. In jedem Modulbereich 43 sind Bereiche einerseits zur mechanischen Lagerung der drei vorstehend beschriebenen Bauelemente und andererseits zur elektrischen Verbindung der betreffenden
Bauelementeanschlüsse vorhanden. Diese Bereiche sind während der Montage über Stege 44 mit den seitlichen Streifen 40 und/oder den Querverbindungen 42 verbunden.
Die Bereiche bilden separate Inseln und Zungen 49, 50, die so mit ausreichendem Abstand voneinander angeordnet sind, daß unterschiedliche Bauelementeanschlüsse jeweils eines Bauelementes auf separaten und damit elektrisch voneinander isolierten Inseln oder Zungen zu liegen kommen. Elektrische Verbindungen werden dadurch hergestellt, daß die betreffenden Anschlüsse verschiedener Bauelemente auf einer Insel oder
Zunge liegen. Kontaktierungsbereiche können mit gut leitendem Metall beschichtet sein. Sie sind in Fig. 2 und 3 mit 45, 46, 47 und 48 bezeichnet. Die Kontaktierungsbereiche 45 und 46 sind für die beiden Anschlüsse der Spule 2 und die beiden Kontaktierungsbereiche 47, 48 sind für die Anschlüsse des Kondensators 3 vorgesehen.
Wie insbesondere auε Fig. 3 ersichtlich ist, liegt jeweils ein Spulenanschluß 45 bzw. 46 auf der gleichen Insel/Zunge 49 bzw. 50 mit einem Kondensatoranschluß 48 bzw. 47, d.h. Spule 2 und Kondensator 3 sind parallel geschaltet. Die Spule 2 und der Kondensator 3 überbrücken dabei eine Blechausnehmung 51 zwischen den Inseln/Zungen 49 und 50. Der Halbleiterchip 1 ist elektrisch isoliert auf einer Insel befestigt. Die elektrische Verbindung zu den übrigen Bauelementen erfolgt über Bonddrähte 6. Die mechanische Befestigung aller Bauelemente erfolgt mittels Kleber, der auch als Kontaktkleber zur gleichzeitigen elektrischen Kontaktierung an den Kontaktierungsflachen ausgebildet sein kann. Die Befestigung kann ferner dadurch erfolgen, daß
Befestigungszungen oder Befestigungstaschen aus der Blechebene abgebogen werden (nicht dargestellt) . Besonders gut geeignet ist dies für die Halterung der Spule 2 während der Montage.
Wenn alle Bauelemente ordnungsgemäß montiert und kontaktiert sind, wird die gesamte Anordnung in ein Kunstεtoffgehäuse eingebracht. Die Außenkontur ist durch die Linie 52 veranschaulicht. Anschließend werden die Stege 44 abgebrochen und der fertige Transponder aus dem Leadframe 4 entnommen.

Claims

Patentansprüche
1. Transponder mit einem Halbleiterchip, einer Spule und einem Kondensator sowie einen Gehäuse aus Kunststoffmasse, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kondensator (3) durch zwei aufmetallisierte leitende Schichten auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen des Halb¬ leiterchips (1) gebildet wird.
2. Transponder nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die leitenden Flächen auf den Seiten deε Halbleiter- chipε (1) mit den größten Flächen angeordnet sind.
3. Transponder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule (2) in mindestenε eine der metalliεchen Schichten des Kondensators (3) integriert ist, indem sie als spiralförmige oder mäanderförmige Bahn innerhalb der
Kondensatorfläche ausgebildet ist.
4. Transponder nach Anspruch 1 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule alε εpiralförmige oder mäanderförmige Metall¬ schicht-Flachspule auf einer der Gehäuεeoberflachen ausge¬ bildet ist.
5. Transponder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß er in einem Schlüssel integriert ist.
6. Transponder mit einem Halbleiterchip, einer Spule und einem Kondensator, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß ein metallischer Leadframe (4) vorhanden ist, der einerseits als mechanischer Träger für den Halbleiterchip (10), die Spule (2) und den Kondenεator (3) vor dem Einbetten in ein Kunststoffgehäuse dient und andererseitε gleichzeitig die elektrischen Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen des Halbleiterchips (10), der Spule (2) und dem Kondensator (3) herstellt.
7. Transponder nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Halbleiterchip (10), die Spule (2) und/oder der Kondensator (3) auf dem Leadframe (4) aufgeklebt sind.
8. Transponder nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die auf dem Leadframe (4) angeordneten Bauelemente durch eine aus der Leadframeebene abgebogene Lasche oder Tasche gehalten sind.
9. Transponder nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß auf dem Leadframe (4) separate Inεeln und/oder Zungen ausgebildet εind, die jeweils als elektrische Verbindung zwischen Anschlüεsen unterschiedlicher Bauelemente dienen.
10. Transponder nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zur Parallelschaltung von Spule (2) und Kondensator (3) jeweilε ein Anεchluß der Spule (2) und des Kondensators (3) auf der gleichen Insel bzw. Zunge angeordnet sind.
11. Verfahren zur Herstellung eines Transponderε gemäß
Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß auf dem Leadframe (4) jeweils ein Halbleiterchip (1), eine Spule (2) und ein Kondensator (3) in SMD-Technik montiert werden, und daß die gesamte Anordnung in
Kunststoffmasse eingepreßt wird.
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