DE19618103C2 - Chipkartenmodul mit Beschichtung aus leitfähigem Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Chipkartenmodul mit Beschichtung aus leitfähigem Kunststoff und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Chipkartenmodule, deren Kontaktflächen
zum Schutz gegen Verschleiß mit einer Beschichtung aus einem
leitfähigen Kunststoff versehen sind. Derartige Chipkartenmo
dule finden als Telefonkarten, Scheckkarten und ähnliches
verbreitet Anwendung. Sie werden mit Kartenlesern abgelesen,
die sich hauptsächlich dreier verschiedener Lesesysteme be
dienen, nämlich solchen mit schleifendem Kontakt, mit aufset
zendem Kontakt (z. B. Amphenol) oder mit rollendem Kontakt
(z. B. AMP). Die Lesestifte oder Kontaktrollen der Lesesysteme
sind üblicherweise goldbeschichtet.
Alle diese Lesesysteme führen zu einem mehr oder weniger
starken Reibverschleiß der Chipkarten (CC)-Module. Das tribo
logische Verschleißverhalten der Kontaktoberfläche der CC-Mo
dule führt dazu, daß zur Zeit pro Chipkarte nicht mehr als
etwa 15000 Steckzyklen möglich sind, bis die Chipkarte un
brauchbar geworden ist.
Die derzeit gebräuchlichen CC-Module lassen sich bezüglich
ihrer Grundmaterialien im wesentlichen in zwei Klassen unter
teilen, nämlich in Kunststoffträger (vor allem Epoxide) mit
veredelter Kupferfolie und in Metallträger (sogenannte Lead
frames) mit veredelter Oberfläche.
Besonders verbreitet sind die erstgenannten Epoxidträger-Mo
dule. Bei diesen wird ein Kupferstreifen auf den Epoxidharz
träger auflaminiert und galvanisch veredelt. Ein solcher Mo
dul ist in der DE 31 30 135 A1 beschrieben. Beispielsweise
kann auf der Kontaktseite, d. h. auf der Seite, die vom Lese
gerät abgegriffen wird, eine dünne Nickelschicht aufgebracht
werden, auf die wiederum eine Schicht aus Reingold aufgetra
gen wird. Die Goldschicht besitzt in der Regel eine Dicke von
0,1-0,3 µm. Die Nickelschicht dient einerseits als Diffusi
onsbarriere und soll andererseits die Abriebfestigkeit bei
den Steck- und Ablesevorgängen erhöhen. Es ist ebenfalls mög
lich, die Kontaktseite mit einer galvanischen Beschichtung
aus Hartgold, beispielsweise einer Gold-Kobalt-Legierung, zu
versehen. Die Hartgoldbeschichtung besitzt jedoch gegenüber
der Reingoldbeschichtung den Nachteil, daß sie poröser ist
und daher - und auch wegen des Anteils an Legierungselementen
- die Kupferunterlage schlechter gegen Korrosion schützt. Um
eine porenfreie Hartgoldschicht auf dem Kupfer zu erhalten,
ist eine Schichtdicke von wenigstens 3 µm nötig, was schon
aufgrund des Goldpreises nachteilig ist und die CC-Module er
heblich verteuert.
Weitere kontaktseitige Beschichtungsvarianten sind in der Pa
tentanmeldung Nr. 196 04 778.1 beschrieben.
Bei CC-Modulen mit metallischen Leadframes sind die Kontakt
flächen in der Regel mit Nickel-Palladium-, Nickel-Palladium-
Silber- oder Hartgold-Legierungen beschichtet. Diese CC-Mo
dule sind zwar billiger als die beschriebenen Epoxidträger-
Module, jedoch ist es aus heutiger Sicht nicht möglich, auf
diese Weise Module mit großflächigen Chips - mit einer Fläche
von über etwa 12 mm2 - herzustellen.
Aufgabe der Erfindung war es, kostengünstige und einfach her
stellbare CC-Module mit gutem tribologischen Verschleißver
halten und guter Korrosionsbeständigkeit zu schaffen.
Dies gelingt mit den CC-Modulen gemäß Anspruch 1, die mit dem
Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt werden können.
Die erfindungsgemäßen Chipkarten-Module zeichnen sich dadurch
aus, daß sie auf der Kontaktoberseite zumindest im Bereich
der Kontaktflächen mit einer Schicht aus leitfähigem Kunst
stoff beschichtet sind. Die Beschichtung aus leitfähigem
Kunststoff kann für beide Typen der oben genannten CC-Module
verwendet werden. Sie kann entweder direkt auf den Metallträ
ger (Leadframe) oder auf die Kupferfolie aufgetragen werden
oder auf eine auf diese Unterlagen aufgebrachte leitfähige
Zwischenschicht. Als Zwischenschicht eignen sich z. B. die
eingangs erwähnten Oberflächenveredelungsbeschichtungen für
Kupferfolien oder metallische Leadframes, also beispielsweise
Silber, Gold, Nickel, Palladium oder deren Legierungen und so
weiter. Bevorzugt ist die leitfähige Zwischenschicht eine
dünne Goldschicht, die mit beispielsweise 0,1 µm sehr viel
dünner sein kann als die bisher benötigten Goldbeschichtun
gen. Auf diese Weise ist eine erheblichen Kosteneinsparung
möglich.
Als leitfähige Kunststoffe eignen sich grundsätzlich solche
Polymere, denen elektrisch leitfähige Füllstoffe beigemischt
sind. Als leitfähige Füllstoffe können Plättchen, Fasern oder
Flitter verschiedener Metalle, beispielsweise Aluminium, ge
nannt werden sowie nickelbeschichteter Glimmer und insbeson
dere Ruß und Kohlenstoffasern. Geeignet sind rußgefüllte
Polycarbonate und sogenannte Carbonlacke, die allgemein im
Handel erhältlich sind. Der elektrische Oberflächenwiderstand
der leitfähigen Kunststoffe liegt zweckmäßig zwischen etwa 30
und 50 Ω/mm2 und insbesondere um etwa 40 Ω/mm2. Die Schicht
dicke des elektrisch leitenden Kunststoffes beträgt vorteil
haft 10 µm oder weniger.
Der elektrisch leitfähige Kunststoff kann auf jede an sich
bekannte Art aufgebracht werden. Besonders geeignet sind
Siebdruckverfahren, aber auch Aufsprüh- und Aufrollverfahren
sind einsetzbar. Nach dem Auftragen wird der Kunststoff
zweckmäßig in der Wärme ausgehärtet.
Im Falle der CC-Module vom Epoxidträger-Typ erfolgt die Auf
tragung des Kunststoffes so, daß zumindest die Isolierbahnen
der Kontaktseite nicht vom leitfähigen Kunststoff bedeckt
werden. Zweckmäßig geschieht dies, indem die Isolierbahnen
während der Aufbringung des Kunststoffes mit einer die Iso
lierbahnen verdeckenden Schablone abgedeckt werden.
Die Härte der Kunststoffbeschichtung und damit deren tribolo
gisches Verschleißverhalten hängt neben der Art des Kunst
stoffes vor allem von der Rauhtiefe der Unterlage ab, auf die
der Kunststoff aufgetragen wird. Bei geringer Rauhtiefe kön
nen Verschleißfestigkeiten der Kunststoffschicht erreicht
werden, die der einer sehr viel teuereren Hartgold-Beschich
tung entsprechen. Bevorzugt ist die Rauhtiefe geringer als
0,3 µm. Üblicherweise werden Verschleißeigenschaften er
reicht, die denjenigen der Abnutzungsteile in der Leseeinheit
überlegen sind. Die erfindungsgemäßen CC-Module sind in der
Regel auch nach über 60000 Steckzyklen noch brauchbar.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher
er-läutert werden. Diese zeigen in
Fig. 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines erfin
dungsgemäßen CC-Moduls vom Epoxidträger-Typ im Quer
schnitt;
Fig. 2 schematisch eine Kontaktseite eines erfindungsgemäßen
CC-Moduls in Draufsicht und
Fig. 3 schematisch eine Abdeckschablone, wie sie im erfin
dungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
Im einzelnen verdeutlicht Fig. 1 schematisch den prinzipiel
len Aufbau eines CC-Moduls am Beispiel eines Moduls vom
Epoxidträger-Typ. Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfin
dung jedoch gleichermaßen für CC-Module vom Metallträger-Typ.
Der Modul umfaßt einen Träger 1, der beispielsweise aus glas
faserverstärktem Epoxid bestehen kann und z. B. eine Dicke von
etwa 130 µm besitzt. In den sogenannten ISO-Kontaktbereichen
2 ist auf den Träger über eine Kleberschicht 3 eine Kupferfo
lie 4 auflaminiert, die hier mit einer elektrisch leitfähigen
Zwischenschicht 5 versehen ist. Die bereits erwähnte Zwi
schenschicht 5 kann beispielsweise eine Goldschicht sein, die
auf an sich bekannte Weise auf die Kupferfolie aufgebracht
werden kann. Bevorzugt ist diese Zwischenschicht nur dünn,
zweckmäßig beträgt ihre Dicke im Falle einer Goldbeschichtung
etwa 0,1 µm. In der Mitte des Moduls ist ein Chip 7 angeord
net, der üblicherweise bis zu 200 µm dick ist. Der Chip ist
über Bonddrähte 8 mit den Kontaktstellen des Moduls verbun
den. Chip 7 und Bonddrähte 8 sind von einer Kunststoffschicht
9 eingeschlossen. Der gesamte Modul besitzt in der Regel eine
Höhe von nicht mehr als etwa 580 µm.
Erfindungsgemäß ist als äußerste, in der Abbildung unterste
Schicht der Kontaktoberseite 10 in den Kontaktbereichen 2
eine Schicht aus einem leitfähigen Kunststoff angebracht, die
mit 6 bezeichnet ist. Es ist jedoch auch möglich, den elek
trisch leitenden Kunststoff unter Weglassen der Zwischen
schicht 5 unmittelbar auf die Kupferfolie 4 aufzubringen.
Über die Rauhtiefe der Unterlage kann die Verschleißfestig
keit der elektrisch leitenden Kunststoffschicht beeinflußt
werden. Glatte Unterlagen mit geringer Rauhtiefe (bevorzugt
unter 0,3 µm) ergeben einen hohen Verschleißwiderstand. Die
Rauhigkeit der Unterlage kann also je nach gewünschter Ver
schleißfestigkeit gezielt gewählt werden. Beispielsweise kann
sie durch Polieren, Anätzen oder Aufbringen einer Beschich
tung je nach Wunsch verändert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Kontaktseite eines erfindungs
gemäßen CC-Moduls in Draufsicht. Die schraffierten, mit 2
bezeichneten Flächen stellen die mit leitfähigem Kunststoff
beschichteten ISO-Kontaktflächen dar.
Bei Aufbringung des leitfähigen Kunststoffes ist darauf zu
achten, daß der Kunststoff nicht auf die Isolierbahnen aufge
bracht wird, die in Fig. 2 mit 11 bezeichnet sind. Um dies zu
erreichen, kann erfindungsgemäß beim Auftragen des leitfähi
gen Kunststoffes eine Schablone auf die Kontaktseite des
Moduls aufgelegt werden, die die Isolierbahnen abdeckt. Eine
Schablone 12, die auf die in Fig. 2 gezeigte Kontaktseitenge
staltung angepaßt ist, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Die erfindungsgemäßen CC-Module sind einfach und kostengün
stig herstellbar und besitzen ein ausgezeichnetes tribologi
sches Verschleißverhalten und hohe Korrosionsbeständigkeit,
die eine äußerst lange Haltbarkeit gewährleisten.
Claims (15)
1. Chipkartenmodul, welcher einen Träger (1), einen Halblei
terchip (7) und eine Kontaktoberseite (10) mit einer Vielzahl
von Kontaktflächen (2), die mit dem Halbleiterchip (7) lei
tend verbunden (8) sind, umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktoberseite (10) zumindest im Bereich der Kon
taktflächen (2) mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff
(6) beschichtet ist.
2. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktoberseite (10) im Bereich der Kontaktflächen
(2) mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (6) beschich
tet ist.
3. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitfähige Kunststoff ein mit elektrisch
leitfähigen Füllstoffen, insbesondere mit Metallteilchen, Ruß
oder Kohlenstoffasern, versehener Kunststoff ist.
4. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 3,
da durch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitfähige Kunststoff ein Carbonlack ist.
5. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitfähige Kunststoff eine Schichtdicke
von bis zu 10 µm aufweist.
6. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitfähige Kunststoff einen Oberflächenwi
derstand zwischen 30 und 50 Ω/mm2 und insbesondere um
40 Ω/mm2 aufweist.
7. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
worin der Träger (1) ein Kunststoffträger und insbesondere
ein glasfaserverstärker Epoxidharzträger ist und die Kontakt
seite eine Kupferfolie (4) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff (6) auf
die Kupferfolie (4) aufgebracht ist.
8. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
worin der Träger (1) ein Kunststoffträger und insbesondere
ein glasfaserverstärkter Epoxidträger ist und die Kontakt
seite eine mit einer leitenden Schicht (5) versehene Kupfer
folie (4) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff (6) auf
die leitende Schicht (5) aufgebracht ist.
9. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die leitende Schicht (5) aus Gold besteht und vorzugs
weise eine Dicke von etwa 0,1 µm besitzt.
10. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
welcher einen auf einen metallischen Leadframe montierten
Halbleiterchip umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrisch leitfähige Kunststoff auf die Kontaktflä
chen des Leadframes aufgebracht ist.
11. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen den Kontaktflächen des Leadframes und dem elek
trisch leitfähigen Kunststoff eine elektrisch leitende Zwi
schenschicht angeordnet ist.
12. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrisch leitende Zwischenschicht aus Gold besteht.
13. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterlage (4, 5), auf die die Schicht aus leitfähigem
Kunststoff (6) aufgetragen ist, eine Rauhtiefe von weniger
als 0,3 µm besitzt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Chipkartenmoduls gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff durch
Siebdruck, Aufsprühen oder Aufrollen erzeugt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß Isolierbahnen (6) auf der Kontaktoberseite (10) des
Chipkartenmoduls während des Aufbringens des elektrisch leit
fähigen Kunststoffes (6) mit einer Schablone (12) abgedeckt
werden.
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