DE10352810A1

DE10352810A1 - Datenträger mit Chipmodul

Info

Publication number: DE10352810A1
Application number: DE2003152810
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. Reiner; Reinhard Plaschka; Ralf Dr. Liebler; Mario Keller
Original assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient GmbH
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Datenträger (10), insbesondere ein Wertdokument, oder ein Sicherheitselement mit einem Substrat (12) und einem auf einer Vorderseite des Substrats aufgebrachten Chipmodul (16). Erfindungsgemäß ist das Substrat im Bereich des Chipmoduls (16) mittels einer geeigneten Maßnahme, wie dem Aufbringen einer Polymerfolie (14), verfestigt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Datenträger, insbesondere ein Wertdokument oder ein Sicherheitselement, mit einem Papiersubstrat und einem auf einer Vorderseite des Papiersubstrats aufgebrachten Chipmodul.
Integrierte elektronische Schaltkreise werden zunehmend nicht nur auf klassischen Substraten der Elektrotechnik, wie etwa Platinen, montiert, sondern auch auf flexiblen Substraten, wie beispielsweise dünnen Kunststofffolien. Aufgrund der höheren mechanischen Belastungen, der die integrierten Schaltkreise bei der Herstellung und Handhabung der flexiblen Substrate ausgesetzt sind, besteht dabei allerdings ein erhöhtes Gefährdungspotential durch Bruch oder Beschädigung.

Aus diesem Grund werden die integrierten Schaltkreise von den Halbleiterherstellern vermehrt in speziellen Gehäusen in unterschiedlichen Ausführungen bereitgestellt. Für diese Gehäuse sind unterschiedliche Bezeichnungen, wie „interposer", „Modul" oder „-package" üblich. Im Rahmen dieser Beschreibung wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit für alle derartige Gehäuse die Bezeichnung „Modul" und für die Gehäuse mit verpackten Chips die Bezeichnung „Chipmodul" verwendet.

Die elektrische Kontaktierung der Chipmodule mit externen Teilen der jeweiligen Schaltung, wie etwa einer auf das Substrat aufgedruckten Antenne, erfolgt üblicherweise mittels leitfähiger Klebstoffe, beispielsweise durch anisotrop leitfähige Kleber oder Folien, bei denen erst durch das Einklemmen des Klebers zwischen zwei Kontaktflächen eine elektrische Leitfähigkeit in Richtung der Verbindungslinie der Kontaktflächen erzeugt wird. Auch andere Verfahren, wie Löten, Punktschweißen oder das Aufdrucken leitfähiger Farben, werden zur Kontaktierung eingesetzt. All diese Verfahren haben je doch den Nachteil, dass entweder das Substrat thermisch stark beansprucht wird oder sie einen nicht unbeachtlichen Zeitaufwand, beispielsweise zum Heizen und Trocknen, erfordern. Insbesondere bei hochvolumigen Anwendungen besteht daher ein Bedarf an einem schnellen und kostengünstigen Applikationsprozess.

Besondere Schwierigkeiten treten beim Aufbringen von Chipmodulen auf sehr dünne Substrate oder Papiersubstrate auf, da diese eine wesentlich geringere Festigkeit als z.B. Platinen aufweisen. Jedoch ist es für viele Anwendungen, beispielsweise im Pass- oder Visumbereich, wünschenswert, elektronische Schaltungen, wie RFID (Radio Frequency Identification) Transponder, auf sehr dünne Foliensubstrate oder Papiersubstrate aufbringen zu können.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Datenträger mit einem Substrat und einem auf einer Vorderseite des Substrats aufgebrachten Chipmodul vorzuschlagen, bei dem eine ausreichende Haftung und Lebensdauer des Chipmoduls gewährleistet ist. Dabei soll das Chipmodul insbesondere schnell und kostengünstig auf das Substrat aufgebracht werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Datenträger und das Herstellungsverfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung ist das Substrat eines gattungsgemäßen Datenträgers im Bereich des Chipmoduls verfestigt, um eine ausreichende mechanische Stabilität des Substrats für einen Crimping-Applikationsprozess bereitzustellen. Bei diesem Applikationsprozess handelt es sich um eine Art von An heften oder Aufquetschen der dünnen Kontaktbrücke, ähnlich z.B. wie bei Verwendung eines so genannten Tackers. Ohne auf denkbare Detailvarianten einzugehen, wird dabei immer gleichzeitig die mechanische Verbindung mit dem Substrat und eine elektrische Kontaktierung mit der darauf befindlichen Leiterbahn (z.B. gedruckt oder bedampft) hergestellt. Eine einheitliche Terminologie für diesen Prozess hat sich noch nicht eingebürgert, jedoch wird fachspezifisch häufig von „crimping" oder „clinching" gesprochen. Im Sinne der Erfindung wird dieser Prozess als Crimping-Applikationsprozess oder Crimpen bezeichnet. Ohne die erfindungsgemäße Verfestigung des Substrats kann dieses beim Crimping-Prozess beschädigt werden oder die Chipmodule haften nur unzureichend am Substrat und der Verbund weist nur eine geringe Lebensdauer auf.

Bei dem Substrat handelt es sich vorzugsweise um eine Folie, besonders bevorzugt um Papier.

Bei der Folie wird beispielsweise ein Polypropylen- oder Polyestersubstrat eingesetzt. Das Papier besteht vorzugsweise aus natürlichen Fasern, bevorzugt Baumwollfasern oder Synthesefasern. Denkbar sind auch Fasergemische aus natürlichen und synthetischen Fasern.

Das Substrat weist vorzugsweise ein Flächengewicht von 70 bis 100 g/m² auf.

In einer bevorzugten Erfindungsvariante ist das Substrat, bevorzugt das Papiersubstrat, dadurch verfestigt, dass im Bereich des Chipmoduls ein Faden oder Band einer Polymerfolie in das Substrat eingebracht ist. Der Faden oder das Band weist zweckmäßig eine um mindestens 0,1 mm größere Breite als das Chipmodul auf. Bevorzugt ist die Breite des Bandes sogar um minde stens 0,2 mm, besonders bevorzugt um mindestens 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt um mindestens 1,0 mm größer als die Breite des Chipmoduls. In zweckmäßigen Ausgestaltungen können der Faden oder das Band metallbeschichtet, insbesondere metallbedampft, und/oder bedruckt sein. Bei Verwendung eines Papiersubstrates kann der Faden bzw. das Band bereits während der Papierherstellung in das Papier z.B. entweder vollständig oder als so genannter Fensterfaden eingebracht werden.

Nach einer anderen, ebenfalls bevorzugten Variante ist das Substrat im Bereich des Chipmoduls mit einer Folienapplikation, insbesondere in Form eines Streifen oder eines Patches, versehen. Die Folienapplikation und das Chipmodul bilden mit Vorteil zusammenwirkende Teile einer elektronischen Schaltung. Zweckmäßig sind dabei die Folienapplikation und der Hauptteil der elektronischen Schaltung auf derselben Seite des Substrats angeordnet, wobei sich die Folienapplikation zwischen Substrat und Schaltung befindet.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist der Faden, das Band oder die Folienapplikation mit einem Sicherheitsmerkmal, insbesondere einem lumineszierenden, magnetischen oder elektrischen Stoff, oder einer optisch variablen Struktur, wie einer holographischen Struktur, ausgestattet.

Der Verbund aus Substrat und Faden bzw. Band oder Folienapplikation weist bevorzugt eine hohe Festigkeit, bevorzugt eine Weiterreißfestigkeit nach Elmendorf oberhalb 1000 mN, besonders bevorzugt von mehr als 1300 mN auf.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Erfindungsvariante ist die Rückseite des Substrats im Bereich des Chipmoduls zur Verfestigung mit einer transparenten Lackschicht bedruckt. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorder seite des Substrats unterhalb des Chipmoduls mit einer (weiteren) transparenten Lackschicht bedruckt sein. Zum Nachweis eventueller Manipulationen an dem Chipmodul kann in der Lackschicht ein sichtbares oder unsichtbares Sicherheitsmerkmal vorgesehen sein. Durch eine Manipulation wird dieses Sicherheitsmerkmal zerstört oder irreversibel verändert und macht die Manipulation dadurch je nach Ausgestaltung unmittelbar oder mittelbar erkennbar.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit der Verfestigung des Substrats besteht darin, das Substrat im Bereich des Chipmoduls mit einer farbführenden Schicht zu bedrucken. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Datenträgers ist die farbführende Schicht elektrisch leitfähig und bildet einen mit dem Chipmodul zusammenwirkenden Teil einer elektronischen Schaltung.

Nach noch einer weiteren bevorzugten Erfindungsvariante ist das Substrat im Bereich des Chipmoduls durch Synthesefasern verstärkt. Vorzugsweise sind die Synthesefasern dabei nur in einem begrenzten Bereich des Substrats eingebracht.

Ein besonders schneller und wirtschaftlicher Applikationsprozess, der sich insbesondere für hochvolumige Anwendungen mit den flachen Chipmodulen jüngster Generationen eignet, ergibt sich, wenn eine Kontaktbrücke, wie ein dünner Metallträger, mit einer oder mehreren auf dem Substrat angeordneten Leiterbahnen durch „Crimpen' elektrisch verbunden wird. Dabei wird die mechanische Verbindung des Chipmoduls mit dem Substrat und die elektrische Verbindung des Chipmoduls mit den Leiterbahnen in einem Verfahrenschritt konzentriert.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den Figuren auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Darstellung verzichtet.
Es zeigen:
1 und 2 vereinfachte schematische Darstellungen eines Datenträgers nach Ausführungsbeispielen der Erfindung, und
3 und 4 zwei Visa-Klebeetiketten nach weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung.
1 zeigt einen Datenträger 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung. Der Datenträger 10 enthält ein Papiersubstrat 12, in das in einem Teilbereich ein Folienstreifen 14 einer Polymerfolie eingebracht ist. Im Bereich des Folienstreifens 14 ist in einem Crimping-Prozess ein Chipmodul 16 auf das Substrat 12 aufgebracht und wird dadurch sowohl mechanisch mit dem Substrat 12 verbunden als auch elektrisch mit einer auf das Substrat 12 aufgedruckten Schaltung, die in 1 nicht dargestellt ist, kontaktiert. Die Breite des Folienstreifens 14 ist rund 1,0 mm größer als die Breite des Chipmoduls 16 gewählt, so dass auch bei kleinen Ortsabweichungen beim Crimpingprozess eine sichere Montage des Chipmoduls 16 gewährleistet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der 2 dargestellt. Dort ist anstelle des Folienstreifens 14 eine Folienapplikation 18 auf das Substrat 12 aufgebracht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Folienapplikation auf derselben Seite des Substrats 12 wie die elektronische Schaltung und das Chipmodul 16 aufgebracht. Die elektronische Schaltung selbst ist, wie in 1, nicht dargestellt. Wie durch den unregelmäßigen Umriss der Folienapplikation 18 angedeutet, kann diese im Rahmen der Erfindung eine beliebige Form aufweisen. Bevorzugt sind allerdings Folienapplikationen in Form von Streifen oder von Patches.
In anderen Ausgestaltungen stellt das Bezugszeichen 18 eine auf das Substrat aufgedruckte transparente Lackschicht oder eine farbführende Schicht dar. Die Dicke der Lackschicht oder der Farbschicht wird dabei so gewählt, dass eine für den Crimpingprozess ausreichende Verfestigung des Papiersubstrats erzielt wird. Es versteht sich, dass die erforderliche Dicke der Druckschichten von der Dicke und der Konsistenz des Substrats abhängen kann. Die Lackschicht kann zusätzlich mit einem sichtbaren oder unsichtbaren Sicherheitsmerkmal versehen sein, das einen Nachweis von Manipulationen am Chipmodul 16 erlaubt.
3 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Datenträger, hier ein Visa-Klebeetikett 24, mit einem Papiersubstrat 12 und einer auf das Substrat 12 aufgedruckten Antennenstruktur 20, die einen Teil eines RFID-Transponders bildet. Auf die Rückseite des Papiersubstrats 12 ist eine metallisierte Folienapplikation 22 aufgebracht, die zum einen das Papiersubstrat 12 verfestigt und zum anderen als Kapazitätsfläche der elektronischen Schaltung des RFID-Transponders dient. Nach dem Verfestigen des Substrats 12 durch die Folienapplikation 22 wird das Chipmodul 16 auf die Vorderseite des Papiersubstrats 12 gecrimpt, so dass gleichzeitig eine gute mechanische Verbindung mit dem Papiersubstrat 12 und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Antennenstruktur 20 erreicht wird.
Bei der in 4 gezeigten Ausgestaltung ist die Folienapplikation 22 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 3 auf die Vorderseite des Papiersubstrats 12 aufgebracht. Anschließend wurde die Antennenstruktur 20 im Bereich der Folienapplikation 22 auf die Vorderseite aufgedruckt oder transferiert und dann das Chipmodul 16 auf der Antennenstruktur 20 und der Folienapplikation 22 mittels Crimpingprozesses befestigt.

Claims

Datenträger, insbesondere Wertdokument oder Sicherheitselement, mit einem Substrat und einem auf einer Vorderseite des Substrats aufgebrachten Chipmodul, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Bereich des Chipmoduls verfestigt ist.
Datenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Papiersubstrat ist.
Datenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Chipmoduls ein Faden oder Band einer Polymerfolie in das Substrat eingebracht oder auf das Substrat aufgebracht ist.
Datenträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden oder das Band eine um mindestens 0,1 mm, bevorzugt um mindestens 0,2 mm, besonders bevorzugt um mindestens 0,5 mm, ganz besonders bevorzugt um mindestens 1,0 mm größere Breite als das Chipmodul aufweist.
Datenträger nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden oder das Band metallbeschichtet, insbesondere metallbedampft, und/oder bedruckt ist.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Bereich des Chipmoduls mit einer Folienapplikation, insbesondere in Form eines Streifen oder eines Patches, versehen ist.
Datenträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienapplikation und das Chipmodul zusammenwirkende Teile einer elektronischen Schaltung bilden.
Datenträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienapplikation und ein Hauptteil der elektronischen Schaltung auf derselben Seite des Substrats angeordnet sind, wobei sich die Folienapplikation zwischen Substrat und Schaltung befindet.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden, das Band oder die Folienapplikation mit einem Sicherheitsmerkmal, insbesondere einem lumineszierenden, magnetischen oder elektrischen Stoff, oder einer optisch variablen Struktur, wie einer holographischen Struktur, ausgestattet ist.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Faden, das Band oder die Folienapplikation eine hohe Festigkeit, insbesondere eine Weiterreißfestigkeit oberhalb von 1000 mN aufweist.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite des Substrats im Bereich des Chipmoduls zur Verfestigung mit einer transparenten Lackschicht bedruckt ist.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderseite des Substrats unterhalb des Chipmoduls mit einer transparenten Lackschicht bedruckt ist.
Datenträger nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lackschicht ein sichtbares oder unsichtbares Sicherheitsmerkmal enthält.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Bereich des Chipmoduls zur Verfestigung mit einer farbführenden Schicht bedruckt ist.
Datenträger nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die farbführende Schicht elektrisch leitfähig ist und einen mit dem Chipmodul zusammenwirkenden Teil einer elektronischen Schaltung bildet.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat im Bereich des Chipmoduls durch Synthesefasern verstärkt ist, die vorzugsweise nur in einem begrenzten Bereich des Substrats eingebracht sind.
Datenträger nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Chipmodul mit einer oder mehreren auf dem Substrat angeordneten Leiterbahnen durch Crimpen elektrisch verbunden ist.
Verfahren zum Herstellen eines Datenträgers, insbesondere eines Wertdokuments oder Sicherheitselements, mit einem Substrat, bei dem ein Chipmodul auf eine Vorderseite des Substrats aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat vor dem Aufbringen des Chipmoduls in dem für dessen Aufnahme vorgesehenen Bereich verfestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Substrat Papier verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehenen Bereich ein Faden oder ein Band einer Polymerfolie in das Substrat eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehene Bereich des Substrats mit einer Folienapplikation versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in dem für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehenen Bereich auf seiner Vorder- und/oder Rückseite mit einer transparenten Lackschicht bedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in dem für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehenen Bereich auf seiner Vorder- und/oder Rückseite mit einer farbführenden Schicht bedruckt wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in dem für die Aufnahme des Chipmoduls vorgesehenen Bereich durch Synthesefasern verstärkt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Chipmodul auf das Substrat gecrimpt und dabei mit einer oder mehreren auf dem Substrat angeordneten Leiterbahnen elektrisch verbunden wird.
Verwendung eines Datenträgers nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Sicherung eines Wertdokuments, insbesondere einer Banknote, eines Passes, eines Ausweisdokuments, eines Visums oder dergleichen.