DE19733124C1 - Chipkarte für kontaktlose Daten- und/oder Energieübertragung sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Chipkarte für kontaktlose Daten- und/oder Energieübertragung sowie Verfahren zu deren Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte für kontaktlose Daten- und/oder Energieübertragung zu einem externen Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu de­ ren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Chipkarten dieser Art werden häufig als Kreditkarten, Tele­ fonkarten etc. verwendet. Sie weisen einen Chip mit einem in­ tegrierten Schaltkreis auf, um Daten oder Informationen spei­ chern bzw. mit einem externen Lesegerät wieder auslesen zu können. Zur kontaktfreien Daten- und/oder Energieübertragung zum externen Gerät weisen derartige kontaktfreie Chipkarten im Inneren des Kartenkörpers eine als Antenne wirkende Spule auf, die mit dem Chip in Wirkverbindung steht.
Derartige kontaktfreie Chipkarten werden von kontaktbehafte­ ten Chipkarten unterschieden, bei welchen der Daten- oder Energieaustausch mit dem externen Gerät über Kontaktflächen auf der Oberseite der Chipkarte erfolgt, die mit entsprechen­ den Kontakten des externen Geräts in Verbindung gebracht wer­ den. Daneben existieren auch sogenannte Kombi-Chipkarten, die sowohl eine kontaktbehaftete als auch eine kontaktfreie Si­ gnal- und/oder Energieübertragung ermöglichen.
Chipkarten können bekannterweise derart hergestellt werden, daß zunächst der Kartenkörper durch Laminieren mehrerer Schichten oder durch ein Spritzverfahren hergestellt und an­ schließend in den Kartenkörper eine Kavität eingefräst wird, in welche ein Chipmodul eingesetzt wird. Dieses Chipmodul kann beispielsweise aus einem Chipträger in Form eines lei­ tenden Trägerbandes und einem darauf befestigten Chip beste­ hen, der zur Fixierung und zum Schutz des Chips und der An­ schlußdrähtchen in eine Vergießmasse aus Harz eingegossen ist. Bei kontaktfreien Chipkarten muß das Chipmodul mit sich im Bereich der Kavität befindenden, freigelegten Spulenenden elektrisch verbunden werden, was üblicherweise mittels Lot oder einem elektrisch leitfähigen Kleber erfolgt. Zusätzlich muß auch das Chipmodul in der Kavität festgeklebt werden.
Bei dieser bekannten Art der Chipkartenherstellung besteht häufig das Problem, daß aufgrund der Geometrie des Chipmoduls und der räumlichen Anordnung seiner Anschlußkontakte die freizulegenden Spulenenden und damit die gesamte Spule inner­ halb des Kartenkörpers häufig aussermittig im Bezug auf die Dicke des Kartenkörpers angeordnet werden müssen, wodurch beim Verbiegen der Chipkarte hohe Spannungen auf das Chipmo­ dul übertragen werden können. Dies kann zu einer Beschädigung des Chipmoduls oder der Verbindung zwischen den Spulenenden und den Anschlußkontakten des Chipmoduls führen. Weiterhin kann die Temperaturbelastung beim Verlöten der Spulenenden mit den Anschlußkontakten des Chipmoduls ein Problem darstel­ len.
Eine Chipkarte sowie ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 sind aus der DE 195 00 925 A1 bekannt. Die Anschlußkontaktflächen des Chipmoduls sind dort über einen leitfähigen Kleber mit Anschlußflächen eines die Spule tragenden Übertragungsmoduls verbunden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Chipkarte ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 zu schaffen, die auf möglichst einfache und kostengünstige Weise eine sichere me­ chanische und elektrische Verbindung zwischen dem Chipmodul und dem Kartenkörper gewährleistet und eine Anordnung der Spule in mittiger Höhenlage innerhalb des Kartenkörpers er­ möglicht. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Chipkarte geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruches 1 bzw. 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Chipkarte gemäß Anspruch 1 weist das Chipmodul innerhalb der Vergießmasse im Bereich einer je­ den Trägerband-Anschlußkontaktfläche einen durch die Vergieß­ masse hindurchgehenden, zur Anschlußkontaktfläche führenden Hohlraum auf, der mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt ist, das mit einer elektrisch leitfähigen Klebe­ schicht in Kontakt ist, welche zwischen dem Kontaktkörper im Bereich eines Spulenendes und der Vergießmasse vorgesehen ist.
Für die erfindungsgemäße Chipkarte ist somit charakteri­ stisch, daß eine elektrisch leitfähige Klebeschicht verwendet wird, welche eine Verbindung zwischen dem Kartenkörper und der Vergießmasse des implantierten Chipmoduls schafft und gleichzeitig für die elektrische Verbindung zwischen dem Chipmodul und der Antenne dient. Die elektrische Verbindung zwischen den Anschlußkontaktflächen des leitfähigen Träger­ bands und der Klebeschicht erfolgt über eine "Brücke" aus elektrisch leitfähigem Material, so daß die Klebeschicht und damit auch die Spulenenden und die als Antenne wirkende Spule in größerem Abstand zum Trägerband und damit etwa in mittiger Höhenlage (in der neutralen Zone) des Kartenkörpers angeord­ net werden können. Dadurch wird verhindert, daß Spannungen, welche durch Biegebeanspruchungen der Karte erzeugt werden, auf das Chipmodul übertragen werden. Die Gefahr einer Beschä­ digung des Chipmoduls oder der Verbindung zwischen Kartenkör­ per und Chipmodul beim Verbiegen der Chipkarte wird daher be­ deutend verringert. Ein weiterer Vorteil ist, daß auf diese Weise auf keiner der beiden Kartenseiten die Spule durch­ scheint und das optische Erscheinungsbild beeinträchtigt.
Zweckmäßigerweise besteht das Material zur Füllung der Hohl­ räume sowie die Klebeschicht zwischen dem Kartenkörper und der Vergießmasse aus einem elektrisch leitfähigen Epoxykle­ ber.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Chipmoduls innerhalb der Vergieß­ masse Hohlräume freigehalten und anschließend mit einem elek­ trisch leitfähigem Material gefüllt werden, welches mit den Anschlußkontaktflächen des Trägerbands in elektrischem Kon­ takt und zur gegenüberliegenden Seite der Vergießmasse hin frei zugänglich ist, und daß vor dem Einsetzen des fertigen Chipmoduls in die Kavität eine elektrisch leitfähige Klebe­ schicht zumindest im Bereich der freigelegten Spulenenden eingebracht wird, die mit dem elektrisch leitfähigen Material der Hohlräume und der Vergießmasse in Verbindung gebracht wird.
Vorteilhafter Weise werden die Hohlräume während des Aufbrin­ gens der Vergießmasse auf den Chip mittels entfernbarer Stem­ pel freigehalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei­ spielshaft näher erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1: eine schematische Draufsicht auf ein Chipmodul oh­ ne darüberliegendem Trägerband,
Fig. 2: einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1 mit Trägerband, und
Fig. 3: eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Chipkarte im Bereich des Chipmoduls, wobei das Chipmodul in gleicher Weise wie das Chipmodul der Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, jedoch etwas andere Dimensionen aufweist.
Aus den Fig. 1 bis 3 ist ein Chipmodul 1 ersichtlich, das aus einem oberen elektrisch leitfähigen Trägerband 2 aus Me­ tall, einer darunterliegenden Trägerschicht 3 aus nichtlei­ tendem Kunststoff, einem Chip 4 mit einem integrierten Schaltkreis und einer Vergießmasse 5 aus Epoxyharz besteht.
Das Trägerband 2 weist zwei voneinander getrennte Anschluß­ kontaktflächen 2a, 2b auf, die voneinander durch einen Schlitz 6 elektrisch getrennt sind.
Bei der Herstellung des Chipmoduls 1 wird zunächst der Chip 4 auf dem Trägerband 2 festgeklebt und über Anschlußdrähtchen 7 mit den entsprechenden Anschlußkontaktflächen 2a bzw. 2b des Trägerbands 2 kontaktiert. Die Trägerschicht 3 ist derart ausgestaltet, daß sie im Bereich der Kontaktstelle der An­ schlußdrähtchen 7 mit dem Trägerband 2 weite Kontaktfenster 8 aufweist, durch welche die freien Enden der Anschlußdrähtchen 7 maschinell hindurchgeführt und an den entsprechenden An­ schlußkontaktflächen 2a, 2b festgelötet werden können.
Im folgenden wird die Vergießmasse 5 aus Harz über den Chip 4 und die Anschlußdrähtchen 7 aufgebracht, so daß diese voll­ kommen eingekapselt werden. Hierbei werden mittels eines nicht dargestellten Stempels kreisförmige Hohlräume 9 neben den Kontaktfenstern 8 innerhalb der Vergießmasse 5 freigehal­ ten, die sich an angrenzende durchgehende Hohlräume 10 inner­ halb der Trägerschicht 3 anschließen. Die hintereinanderlie­ genden, fluchtenden Hohlräume 9, 10 durchdringen daher den gesamten Chipmodulkörper bis hin zum Trägerband 2.
Im nächsten Herstellschritt des Chipmoduls 1 werden diese Hohlräume 9, 10 mit einem elektrisch leitfähigen Material 11 aus einem elektrisch leitfähigen Epoxykleber gefüllt, der an­ schließend aushärtet (z. B. silbergefüllter Epoxykleber mit einer Aushärtezeit von 150°C/1 min), siehe Fig. 3. Dieses elektrisch leitfähige Material 11 kontaktiert somit die ent­ sprechende Anschlußkontaktfläche 2a, 2b des Trägerbands 2 und reicht bis zum Boden der Vergießmasse 5, der im gezeigten Ausführungsbeispiel eben ausgebildet ist.
Das auf diese Weise hergestellte Chipmodul 1 wird in eine Ka­ vität 12 eines Kartenkörpers 13 eingesetzt. In diesem Karten­ körper 13 befindet sich in mittlerer Höhenlage eine als An­ tenne wirkende Spule 14, deren Wicklungen ausserhalb der Ka­ vität 12 angeordnet sind und die zwei freie Spulenenden 15 aufweist, die nach innen in den Bereich der Kavität 12 ge­ führt sind. In Fig. 3 ist lediglich eines dieser Spulenenden (15) dargestellt. Die Spulenenden 15 liegen auf gleicher Höhe wie die übrigen Wicklungen der Spule 14, d. h. in der mittigen oder neutralen Faser 16 des Kartenkörpers 13.
Die Kavität 12 erstreckt sich ebenfalls bis zur neutralen Fa­ ser 16 hinab, so daß etwa die Hälfte der Spulenenden 15 frei­ gefräst wird. Das anschließende Befestigen des Chipmoduls 1 innerhalb der Kavität 2 erfolgt nun nicht mehr, wie dies beim Stand der Technik bekannt ist, durch Einkleben von Randberei­ chen des Moduls ausserhalb der Vergießmasse 5, sondern über eine elektrisch leitfähige Klebeschicht 17, welche direkt den Boden der Vergießmasse 6 auf den Grund der Kavität 12 klebt. Dazu werden zwei leitfähige Klebestreifen im Kartengrund auf­ gebracht, welche die Spulenenden 15 jeweils mit einschließen. Danach wird das Chipmodul 1 derart eingesetzt, daß jeweils ein gefüllter Hohlraum 9, 10 auf dieser Klebeschicht 17 zu liegen kommt. Dadurch entsteht eine leitfähige Verbindung von den Spulenenden 15 über die Klebeschicht 17 und das elek­ trisch leitfähige Material 11 innerhalb der Hohlräume 9, 10 bis zur dazugehörigen Anschlußkontaktfläche 2a, 2b. Gleich­ zeitig wird durch die Klebeschicht 17 eine feste Verbindung zwischen Kartenkörper 13 und Chipmodul 1 hergestellt.
Das Befestigen und Kontaktieren des Chipmoduls 1 mittels der Klebeschicht 17 hat weiterhin den Vorteil, daß keine zusätz­ liche Wärme zum Erweichen eines Lotes etc. eingebracht werden muß, wodurch der Kunststoff des Chipmoduls 1 und des Karten­ körpers 13 geschont wird.

Claims (5)

1. Chipkarte für kontaktlose Daten- und/oder Energieübertra­ gung zu einem externen Gerät, bestehend aus einem Kartenkör­ per (13) und einem in eine Kavität (12) des Kartenkörpers (13) eingesetzten Chipmodul (1), das ein leitfähiges Träger­ band (2) mit zwei Anschlußkontaktflächen (2a, 2b) und einen am Trägerband (2) befestigten elektronischen Chip (4) auf­ weist, der mittels Anschlußdrähtchen (7) mit den Anschlußkon­ taktflächen (2a, 2b) leitend verbunden und mittels einer Ver­ gießmasse (5) eingegossen ist, wobei jede Anschlußkontaktflä­ che (2a, 2b) mit einem freien Spulenende (15) einer im Kar­ tenkörper (13) integrierten, als Antenne dienenden Spule (14) in elektrischer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß das Chipmodul (1) innerhalb der Vergießmasse (5) einen im Bereich einer jeden Anschlußkontaktfläche (2a, 2b) durch die Vergießmasse (5) hindurchgehenden, zur Anschlußkontaktfläche (2a, 2b) führenden Hohlraum (9) aufweist, der mit einem elek­ trisch leitfähigen Material (11) gefüllt ist, das mit einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht (17) in Kontakt ist, wel­ che zwischen dem Kartenkörper (13) im Bereich eines Spulenen­ des (15) und der Vergießmasse (5) vorgesehen ist.
2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material (11) zur Füllung der Hohlräume (9) aus einem elek­ trisch leitfähigen Epoxykleber besteht.
3. Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebeschicht (17) zwischen dem Kartenkörper (13) und der Vergießmasse (5) aus einem elektrisch leitfähigen Epoxy­ kleber besteht.
4. Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte für kontaktlose Daten- und/oder Energieübertragung zu einem externen Gerät, wobei ein Chipmodul (1) durch Befestigen eines Chips (4) auf einem elektrisch leitfähigen Trägerband (2), durch Kontaktieren von Anschlußdrähtchen (7) des Chips (4) an Anschlußkontaktflächen (2a, 2b) des Trägerbands (2) und durch Eingießen des Chips (4) in einer Vergießmasse (5) hergestellt und in eine Kavität (12) eines Kartenkörpers (13) eingesetzt wird, in welchem eine als Antenne wirkende Spule (14) vorgesehen ist, wobei im Bereich der Kavität (12) lie­ gende, freigelegte Spulenenden (15) mit den Anschlußkontakt­ flächen (2a, 2b) des Trägerbands (2) in elektrische Wirkver­ bindung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung des Chipmoduls (1) innerhalb der Vergießmasse (5) Hohlräume (9) freigehalten und anschließend mit einem elek­ trisch leitfähigen Material (11) gefüllt werden, welches mit den Anschlußkontaktflächen (2a, 2b) des Trägerbands in elek­ trischem Kontakt und zur gegenüberliegenden Seite der Ver­ gießmasse (5) hin frei zugängig ist, und daß vor dem Einset­ zen des fertigen Chipmoduls (1) in die Kavität (12) eine elektrisch leitfähige Klebeschicht (17) zumindest im Bereich der freigelegten Spulenenden (15) eingebracht wird, die mit dem elektrisch leitfähigen Material (11) der Hohlräume (9) und der Vergießmasse (5) in Verbindung gebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume (9) während des Aufbringens der Vergießmasse (5) auf dem Chip (1) mittels entfernbarer Stempel freigehal­ ten werden.
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