DE19639646A1

DE19639646A1 - Trägerband und Verfahren zum Herstellen eines solchen Trägerbandes

Info

Publication number: DE19639646A1
Application number: DE1996139646
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr Houdeau; Thies Janczek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Trägerband mit einer Metallschicht und einer Dielektrikumsschicht, welche miteinander festste hend verbunden sind.

Solche Trägerbänder werden vornehmlich zur Halterung und Kon taktierung von Chipmodulen, insbesondere Chipkartenmodulen eingesetzt. Das Trägerband besteht hierbei aus einer Vielzahl von aneinanderhängenden Trägerelementen, auf denen die Chip module bzw. Chipkartenmodule gehaltert und mit den Kontakt stellen des Trägerelementes elektrisch verbunden werden. Die bisher verwendeten Trägerbänder für Chipkartenmodule sind überwiegend schichtartig aufgebaut und verfügen im allgemei nen über eine Kupferschicht, welche durch einen geeigneten Klebstoff mit einer Dielektrikumsschicht, z. B. Glas-Epoxy, dauerhaft verbunden ist. Die Kupferschicht, die mit einem ge eigneten Galvaniküberzug, z. B. Nickel oder Gold, überzogen sein kann, weist derzeit eine Dicke von 35 oder 70 µm auf. Die Dielektrikumsschicht hat eine Dicke von etwa 100 bis 120 µm und die zwingend notwendige Klebstoffschicht eine Dicke von etwa 20 bis 30 µm.

Bei der Herstellung der bekannten Trägerbänder wird zunächst die als Kupferfolie vorliegende Kupferschicht mittels Fotoli thographie strukturiert. Anschließend wird auf die Kupferfo lie ein galvanischer Überzug aufgebracht. Des weiteren wird die Dielektrikumsschicht, also z. B. das Glas-Epoxyband, ge stanzt und schließlich die Kupferschicht und die Dielektri kumsschicht mit einem geeigneten Kleber zusammengefügt.

Die zwingende Verwendung eines Klebstoffes zum Aneinanderfü gen der Kupferschicht und der Dielektrikumsschicht führt zu einer Reihe von Problemen. Beim Durchlauf durch die Produkti onslinie, in der das Trägerband mit Chipkartenmodulen bzw. Chipmodulen bestückt wird, ist das Trägerband temperaturin tensiven Prozessen ausgesetzt. Diese temperaturintensiven Prozesse führen zu Ausgasungsrückständen des Klebstoffes, welche z. B. beim Verdrahten des Chipkartenmodules bzw. Chip modules mit dem Trägerband zu Kontaktproblemen führen. Dieses Problem besteht insbesondere dann, wenn die Kontaktstellen des Trägerbandes durch sog. Wire-Bonden mit dem Chipkartenmo dul bzw. Chipmodul durchgeführt wird, da dieses Verbindungs verfahren hochreine Kontaktstellen erfordert. Es hat sich herausgestellt, daß die Klebstoffaufbringung und der Lami nierprozeß, also das Zusammenfügen des Kupferbandes und der Dielektrikumsschicht etwa 30% der gesamten Trägerbandkosten verursachen. Darüber hinaus ist der verwendete Klebstoff auch beim späteren Einkleben des auf das Trägerband aufgebrachten Chipmodules in die Chipkarte nachteilig.

Die Erfindung hat das Ziel, ein Trägerband bereitzustellen, bei dem auf die Verwendung von Klebstoff verzichtet werden kann, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen kleb stoffreien Trägerbandes anzugeben.

Dieses Ziel wird für das Trägerband dadurch erreicht, daß die Metallschicht des Trägerbandes auf ihrer der Dielektrikums schicht zugewandten Fläche Verzahnungselemente aufweist, wel che in die Dielektrikumsschicht zur Halterung eingreifen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den Verzahnungselementen um stengelkristalline Struk turen, im folgenden als Dendriten bezeichnet, die auf der der Dielektrikumsschicht zugewandten Fläche der Metallschicht angeordnet sind. Dendrite sind verästelte Kristalle, die bei spielsweise durch elektrolytisches Abscheiden erzeugt werden können. Das Trägerband kann deshalb eine handelsübliche Me tallfolie, z. B. eine handelsübliche Kupferfolie sein, die in gewünschter Weise je nach Außenkontur des Trägerelementes ge stanzt ist. Auf diese gestanzte handelsübliche Metallfolie werden dann durch die erwähnte elektrolytische Abscheidung Dendriten an einer Fläche aufgebracht. Dies geschieht also durch einen elektrochemischen Prozeß aus der Galvanik. An schließend wird die mit den Verzahnungselementen versehene Fläche der Metallschicht in die Dielektrikumsschicht ge drückt, wodurch sich die Verzahnungselemente in der Dielek trikumsschicht verhaken und so für eine dauerhafte Verbindung von Metallschicht und Dielektrikumsschicht sorgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, die Stengelspitzen der kristallinen Strukturen mit Oxidelementen zu versehen. Dies kann z. B. durch eine Oxidation nach dem Aufbringen der Dendriten auf die Metallfläche geschehen. Die Oxidation erfolgt z. B. in einem Trocken- oder Naßprozeß. Sol che Metalloxidelemente begünstigen die Verzahnung der Metall schicht mit der darunterliegenden Dielektrikumsschicht. Damit wird eine Art Knopfdruckeffekt auf der Dielektrikumsschicht erzeugt. Die Metalloxidelemente können z. B. kugelförmige For men annehmen.

In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist die Me tallschicht eine Dicke von etwa 35 µm bis etwa 105 µm, vor zugsweise etwa 70 µm, auf und ist als Metallfolie ausgebil det. Die heute üblichen Metallfolien zur Bildung eines Trä gerbandes für Chipkartenmodule sind 35 µm oder 70 µm dick. Die Dielektrikumsschicht weist eine Dicke von etwa 100 µm bis 120 µm auf.

Da beim Durchlauf durch die Produktionslinie das aus Metall schicht und Dielektrikumsschicht bestehende Trägerband tempe raturintensiven Prozessen ausgesetzt ist, sollte als Dielek trikumsmaterial ein Hochtemperatur-Thermoplast verwendet wer den. Als Thermoplaste sind insbesondere geeignet: PEEK (Polyetheretherketon), PEI (Polyetheremide), PES (Polyester), PEU (Polyetherurethan), LCP (flüssigkristalline Polymere) und PEN (Polyethernaphthalat).

Das Verfahren zur Herstellung eines klebstoffreien Trägerban des nach der Erfindung besteht im wesentlichen aus folgenden Verfahrensschritten:

- Bereitstellen einer Metallschicht, welche auf einer ihre Flächen mit Verzahnungselementen versehen ist,
- Bereitstellen einer Dielektrikumsschicht;
- flächiges Aufeinanderlegen der Metallschicht und der Di elektrikumsschicht derart, daß die mit Verzahnungselemen ten versehene Fläche der Metallschicht der Dielektri kumsschicht zugewandt ist;
- Verpressen der Metallschicht und der Dielektrikumsschicht derart, daß die Verzahnungselemente in die Dielektri kumsschicht eindringen.

Das Verpressen der Metallschicht und der Dielektrikumsschicht erfolgt vorzugsweise unter Wärmezufuhr in einem Laminierpro zeß, z. B. einem Rollenlaminierprozeß, bei welchem die über einandergelegte Metallschicht und Dielektrikumsschicht in Druckrollen einlaufen und von diesen zusammengedrückt werden. Das die Metallschicht bildende Metallband und das die Dielek trikumsschicht bildende Dielektrikumsband wird vor dem gegen seitigen Aufeinanderlegen in ähnlicher Weise strukturiert, z. B. durch Stanzen. Nach dem Stanzvorgang werden beide Schichten in der oben erwähnten Weise kleberfrei zusammenge fügt unter Einsatz der Verzahnungselemente, die in die Die lektrikumsschicht eingreifen und dort verhaken.

Bei der Auswahl des Materials für das Dielektrikum ist auf dessen Materialschrumpfung zu achten. Es ist nämlich unter Berücksichtigung der dilathermischen Fehlanpassung zwischen der Metallfolie und dem Dielektrikum ein Geometrie-Vorhalt bei der Strukturierung der Dielektrikumsschicht zu berück sichtigen, damit ein hinreichender Overlay-Passungsgenauig keitswert zwischen der Metallschicht und der Dielektrikums schicht erzielt wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Trägerband können die Kosten für die Herstellung im Vergleich zu herkömmlichen Trägerbändern um etwa 30% reduziert werden, da einerseits kein Klebstoff verwendet wird und somit der Verfahrensschritt der Kleb stoffaufbringung entfällt und andererseits eine fotolithogra phische Strukturierung des Metallbandes, wie es bisher erfor derlich war, nicht mehr notwendig ist. Bei dem erfindungsge mäßen Herstellungsverfahren kann die Strukturierung des Me tallbandes durch einfaches Herausstanzen erreicht werden.

Das Trägerband nach der Erfindung wird nachfolgend im Zusam menhang mit zwei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Ein Ausschnitt aus dem Trägerband mit noch nicht zusammengefügter Metallschicht und Dielektrikums schicht, und

Fig. 2 das Trägerband von Fig. 1 mit Metallschicht und Dielektrikumsschicht nach dem Zusammenfügen.

In Fig. 1 ist schematisch eine Metallschicht 1 und eine Di elektrikumsschicht 7 dargestellt, die zur Bildung eines Trä gerbandes für Chipkartenmodule bereits übereinander angeord net sind, jedoch mit ihren gegenüberliegenden Flächen noch zueinander im Abstand stehen. Die Metallschicht 1, die bei spielsweise eine Kupferfolie ist, weist an ihrer der Dielek trikumsschicht 7 zugewandten Fläche 3 eine Vielzahl von Ver zahnungselementen 3 auf, welche von der Metallschicht 1 in Richtung Dielektrikumsschicht 7 hervorstehen. Diese Verzah nungselemente 3 sind stengelkristalline Strukturen, die nach folgend als Dendriten bezeichnet werden und welche beispiels weise durch elektrolytisches Abscheiden auf der Metallschicht 1 gebildet wurden. Bei der Verwendung einer Kupferfolie als Metallschicht 1 handelt es sich bei den Verzahnungselementen 3 µm Kupfer-Dendrite. Vorzugsweise sitzen auf den Spitzen der kristallinen Strukturen, also der Dendriten, Metalloxidele mente 5, die z. B. kugelförmige Formen aufweisen. Im vorlie genden Ausführungsbeispiel sind dies Kupferoxid-Kugeln. Diese Kupferoxid-Kugeln dienen zur besseren Verzahnung der Kupfer- Dendriten beim Zusammenfügen der Metallschicht 1 und der Die lektrikumsschicht 7. Die an den distalen Enden der Dendriten 3 angeordneten Metalloxidelemente 5 erzeugen nämlich beim Zu sammenfügen der Metallschicht 1 und der Dielektrikumsschicht 7 eine Art Knopfdruckeffekt.

In Fig. 2 ist die Metallschicht 1 in einem Laminierprozeß mit der darunterliegenden Dielektrikumsschicht 7 verpreßt worden. Das Zusammenfügen der Metallschicht 1 mit der Dielek trikumsschicht 7 erfolgt beispielsweise durch Wärmezufuhr in einem Rollenlaminierprozeß. Hierbei verzahnen die Verzahn ungselemente 3, also im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Kupfer-Dendrite der Kupferfolie mit der aufgeweichten Ober fläche der Dielektrikumsschicht, wodurch eine dauerhafte Ver bindung der Metallschicht 1 mit der Dielektrikumsschicht 7 erreicht wird.

In den Fig. 1 und 2 ist der Einfachheit halber davon aus gegangen worden, daß sowohl die Metallschicht 1 als auch die Dielektrikumsschicht 7 in ihren Außenabmessungen quadratisch strukturiert ist, was beispielsweise durch Stanzen erfolgte. Die Außenabmessungen können jedoch in beliebiger Weise vari iert werden, wobei natürlich das Stanzwerkzeug entsprechend angepaßt werden muß.

Auf die problembehaftete Verwendung einer Klebstoffschicht zwischen der Metallschicht 1 und der Dielektrikumsschicht 7 wird bei dem Trägerband nach der Erfindung, wie erläutert, verzichtet, weswegen bei den temperaturintensiven Prozessen in der Fertigungslinie, bei dem das Trägerband mit Chipkar tenmodulen oder Chipmodulen bestückt wird, keine Ausgasungs rückstände auftreten können.

Bezugszeichenliste

1 Metallschicht
3 Verzahnungselemente, Dendrite
5 Metalloxidelemente
7 Dielektrikumsschicht

Claims

1. Trägerband mit einer Metallschicht und einer Dielek trikumsschicht, welche miteinander feststehend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall schicht (1) auf ihrer der Dielektrikumsschicht (7) zugewand ten Fläche Verzahnungselemente (3) aufweist, welche in die Dielektrikumsschicht (7) zur Halterung eingreifen.

2. Trägerband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzah nungselemente (3) als stengelförmige Kristalle, insbesondere Dendrite (3), der Metallschicht (1) ausgebildet sind.

3. Trägerband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den sten gelförmigen Kristallen endseitig Metalloxidelemente (5) ange ordnet sind.

4. Trägerband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metal loxidelemente (5) mindestens annähernd kugelförmige Formen aufweisen.

5. Trägerband nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall schicht (1) eine Dicke von etwa 35 µm bis etwa 105 µm, vor zugsweise etwa 70 um, aufweist und als Metallfolie ausgebil det ist.

6. Trägerband nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall schicht (1) als Kupferschicht ausgebildet ist.

7. Trägerband nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzah nungselemente (3) Kupfer-Dendrite (5) sind.

8. Trägerband nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metal loxidelemente (5) Kupferoxidelemente (5) sind.

9. Trägerband nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielek trikumsschicht (7) eine Dicke von etwa 100 µm bis 120 µm aufweist.

10. Trägerband nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielek trikumsschicht (7) aus einem hochtemperaturbeständigen Thermoplast besteht.

11. Trägerband nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Träger band zur Halterung von Chipmodulen, insbesondere Chipkarten modulen vorgesehen ist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Trägerbandes nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrens schritte:

- Bereitstellen einer Metallschicht (1), welche auf einer ih rer Flächen mit Verzahnungselementen (3) versehen ist,
- Bereitstellen einer Dielektrikumsschicht (7);
- flächiges Aufeinanderlegen der Metallschicht (1) und der Dielektrikumsschicht (7) derart, daß die mit Verzahnungs elementen (3) versehene Fläche der Metallschicht (1) der Dielektrikumschicht (7) zugewandt ist;
- Verpressen der Metallschicht (1) und der Dielektrikums schicht (7) derart, daß die Verzahnungselemente (5) in die Dielektrikumsschicht (7) eindringen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verpres sen unter Wärmezufuhr in einem Laminierprozeß erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Laminier prozeß ein Rollenlaminierprozeß ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall schicht (1) und Dielektrikumsschicht (7) vor dem Aufeinander legen in ähnlicher Weise strukturiert werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktu rierung durch Stanzen der Metallschicht (1) und/oder Dielek trikumsschicht (7) erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielek trikumsschicht (7) aufgrund ihres unterschiedlichen thermi schen Verhaltens zur Metallschicht (1) mit größeren Außenab messungen strukturiert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzah nungselemente (3) stengelkristalline Strukturen sind, welche durch einen elektrochemischen Prozeß aus der Galvanik erzeugt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die stengel kristallinen Strukturen oxidiert werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in einem Trocken- oder Naßprozeß erzeugt wird.