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Verfahren zur Herstellung einer tragbaren Karte zur In-
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formationsverarbeitung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
einer tragbaren Karte zur Informationsverarbeitung, die einen in der Karte angeordneten
Halbleiter-Chip und äußere Anschlußbereiche, die Teil eines mit den Kontaktierungsflächen
des Halbleiterchips verbundenen und mindestens teilweise auf einer Zwischenträgerfolie
angeordneten Leiternetzes sind, aufweist.
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Entsprechende tragbare Karten, die beispielsweise die Form üblicher
Kreditkarten oder Scheckkarten aufweisen und in deren Halbleiterchip beispielsweise
außer den unveränderlichen persönlichen Daten des Karteninhabers auch der Kontostand
des Karteninhabers, der sich je nach 3u-bzw.
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chung/3enutzung der Kreditkarte ändert, gespeichert ist, sind z. B.
aus der DE-OS 22 20 721 und der DE-OS 26 33 164 bekannt.
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Aus der DE-OS 26 59 573 ist eine tragbare Karte mit einer Anordnung
zur Verarbeitung von elektrischen Signalen, die im Inneren der Karte angeordnet
ist, und mit äußeren Kontaktklemmen, die mit der Anordnung durch ein Leiternetz
verbunden sind, bekannt, bei der die Anordnung und das Leiternetz auf ein und demselben
Substrat ruhen, dessen Dicke und dessen Flächeninhalt relativ kleiner sind als der
Flächeninhalt der Karte und bei der die Anordnung in einem Hohlraum der Karte untergebracht
ist und die Kontaktklemmen durch Kontaktbereiche der Leiter des Netzes über Aussparungen
in der Karte gebildet sind.
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Bei dieser Bauart ist das Justieren der Kontaktbereiche der Leiter
des Netzes und der Aussparungen der Karte zueinander kompliziert und technisch aufwendig.
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Ein Nachteil dieser tragbaren Karte ist eine mögliche Verschmutzung
der Kontaktbereiche der Leiter des Netzes aufgrund ihrer Lage in Aussparungen der
Karte und eine mögliche Abnutzung dieser Kontaktbereiche beim häufigen Lesen der
Karte.
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Aufgabe der Erfindung ist es hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren
zur Herstellung einer tragbaren Karte zur Informationsverarbeitung vorzusehen, die
eine geringe Bauhöhe aufweist, technisch und wirtschaftlich einfach herstellbar
ist und deren äußere Anschlußbereiche abnutzungsfest ausgeführt sind.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die auf der Zwischenträgerfolie angeordneten
äußeren Anschlußbereiche durch Aufbringen eines metallischen Grundmaterials verdickt
werden.
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Dadurch gelingt es, vor Abnutzung sichere äußere Anschlußbereiche
zu schaffen, wobei über dem Leiternetz gegebenenfalls mindestens eine weitere Folie
oder Kunststoffschicht angeordnet werden kann, deren Oberfläche mit den zu kontaktierenden
äußeren Anschlußbereichen abschließt.
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Von wirtschaftlichem Vorteil ist es, die Anschlußbereiche durch Aufbringen
eines unedlen metallischen Grundmaterials zu verdicken und als metallisches Grundmaterial
Messing, Federbronze, Nickel, Eisen oder Kupfer zu verwenden.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, das metallische Grundmaterial durch
Löten, Schweißen oder Kleben auf die Stellen des Leiternetzes, die als äußere Anschlußbereiche
vorgesehen
sind, aufzubringen. Bei einem Lötprozeß läßt sich bei Verwendung des bekannten.
~Flow-Soldering"-Prozesses eine vorteilhafte Selbstjustierung des metallischen Grundmaterials
bezüglich der als Anschlußbereich vorgesehenen Teile des Leiternetzes erreichen.
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Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher erläutert. Es
zeigen: Die Fig. 1 ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Ausfünrungsbeispiel
für einen Kartenkörper mit eingepaßter einpaßbarer Einheit in Draufsicht, die Fig.
2 eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte tragbare Karte, bei der
über der in Fig. 1 dargestellten, aus Kartenkörper und einpaßbarer Einheit gebildeten
Anordnung eine zweite, die Anschlußbereiche aussparende Deckfolie angeordnet ist,
in Draufsicht, die Fig. 3 und 5 einen Längsschnitt durch je ein nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestelltes Ausführungsbeispiel einer einpaßbaren Einheit längs der
Linie III-III der Fig. 1 und die Fig. 4 ausschnittsweise einen Längsschnitt durch
die als Ausführungsbeispiel in der Fig. 2 gezeigte Karte längs der Linie IV-IV der
Fig. 2.
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In den Figuren sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zeitz einen im wesentlichen rechteckigen
tragbaren Kartenkörper 2, der z. B. entsprechend der geltenden europäischen Scheckkartennorm
eine Breite von 53,98 + 0,05 mm und eine Länge von 85,6 + 0,12 mm aufweist. Die
Dicke des z. B. aus Thermoplastfolie hergestellten Kartenkörpers 2 beträgt beispielsweise
0,5 mm. Der Kartenkörper 2 weist vorteilhafterweise eine fensterartige Aussparung
21 auf, in die die Einheit 1, in der sich ein Halbleiterchip in Form eines Mikropacks
befindet, einpaßbar ist. Auf einer Oberfläche der Einheit 1 sind mit den Kontaktierungsflächen
des Halbleiterchips verbundene Anschlußbereiche 3 angeordnet.
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Auf der Unterseite der aus Kartenkörper 2 und einpaßbarer Einheit
1 gebildeten Anordnung ist eine erste Deckfolie angeordnet, während auf der Oberseite
der aus Kartenkörper 2 und anpaßbarer Einheit 1 bestehenden Anordnung eine zweite,
die Anschlußbereiche 3 aussparende Deckfolie 25 angeordnet ist. Eine entsprechend
ausgeführte Karte 4 ist in Draufsicht in der Fig. 2 gezeigt.
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Die Anschlußbereiche 3 können bei Durchlauf der Karte 4 durch ein
nicht dargestelltes Lesegerät abgetastet werden.
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Der in der Einheit 1 enthaltene Halbleiterchip kann beispielsweise
Funktionen Lesegerätwie Serien-/Parallelwandler, Parallel/Serienwandler, Schutzcodespeicher,
Vergleichsschaltung, Datenspeicher für Identitätscode, Datenspeicher für Bankdaten
und eine Verschlüsselungslogik für das Ausgangssignal aufweisen. Wie in den Figuren
1 und 2 gezeigt, können beispielsweise sechs äußere Anschlußbereiche 3 für je einen
seriellen Informationsausgang, seriellen Informationseingang, Takteing-ang, Eingang
für eine Programmierspannung, Bezugspotential (Masse) und Versorgungsspannung vorgesehen
sein.
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Der innere Aufbau der Einheit 1 ist in der Fig. 3, die einen Querschnitt
durch das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 längs der Linie III-III zeigt, ausgeführt.
Um insbesondere eine geringe Baureihe der Karte 4 zu erreichen, wird der Halbleiterchip
5 in Form eines Mikropacks kontaktiert und in der Einheit 1 angeordnet. Der Aufbau
eines Mikropacks ist in der DE-PS 20 23 680, der DE-PS 24 14 297 oder in der Zeitschrift-S-i#amens-Bauteilereport
16 (1978), Heft 2, Seiten 40 bis 44 näher erläutert. Als Ausgangsmaterial dient
vorzugsweise ein 35 mm breites hochtemperaturfestes Polyimidband 7, das gestanzt
und z. B.
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entsprechend den Maßen eines Super-8-Filmes nach DIN 15851 perforiert
wird. Hersteller und Anwender können daher für
die benötigten Fertigungsanlagen
auf die Antriebs- und Fördertechnik der Filmindustrie zurückgreifen.
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Vor der Montage der integrierten Schaltungen wird auf das Polyimidband
7 eine Kupferfolie aufgeklebt, partiell galvanisch verzinnt und so geätzt, daß Leiterbahnen
6 und Anschlußpunkte 18 für die Chips entstehen.
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Nach dem Schneiden des breiten Filmstreifens in vier schmale Super-8-Bänder
oder z. 8. zwei 16-mm-Bänder werden die hermetisch versiegelten und mit lötfähigen
Anschlüssen 17 versehenen Halbleiterchips 5 in den Film 7 eingelötet und zusätzlich
mit einem Lacktropfen als Berührungsschutz abgedeckt. Da die feinen Kupferanschlüsse
6 frei in das Fenster 8 im Polyimidband 7 hereinragen, sind die integrierten Schaltungen
flexibel gehaltert und so gegen mechanische und thermische Verspannung geschützt.
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Anschließend kann das so hergestellte Mikropack Stück für Stück vom
Polyimidband 7 geschnitten werden. Bei einer Dicke des Chips 5 von 0,25 t 0,3 mm
läßt sich mittels eines Mikropacks ohne Schwierigkeiten eine Gesamtbauhöhe für die
Karte 4 von 0,76 + 0,08 mm (europäische Scheckkartennorm) und eine gute Flexibilität
der Einheit 1 erreichen.
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Um Abnutzungen vorzubeugen und falls gegebenenfalls auf der Seite
des Kunststoffzwischenträgers 7, auf der das Leiternetz 6 angeordnet ist, eine weitere
Folie auflaminiert werden soll, die Oberfläche der Einheit 1 mit den äußeren Anschlußbereichen
3 des Leiternetzes 6 abzuschließen oder allgemein eine ebene Oberfläche der Einheit
1 oder der Karte 4 zu schaffen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die zunächst eine
dem übrigen Leiternetz 6 entsprechende Dicke aufweisenden äußeren Anschlußbereiche
3 in ihre Dicke zu verstärken. Dies kann in einfacher Weise durch Aufbringen eines
metallischen Grundmaterials 10 auf dem als äußeren Anschlußbereich vorgesehenen
Teil des Leiternetzes 6 erreicht werden.
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Das Aufbringen des metallischen Grundmaterials 10 kann durch Löten,
Schweißen oder Kleben erfolgen. Als metallisches Grundmaterial wird vorteilhafterweise
ein unedles Metall, beispielsweise Messing, Federbronze, Nickel-Eisen oder Kupfer
verwendet. Besonders einfach ist das metallische Grundmaterial 10 mittels der bekannten
"Reflow-Soldering-Methdde auf das Leiternetz 6 aufzulöten, da sich dann eine Selbstjustierung
ergibt.
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Die zum Leiternetz 6 hingewandten Oberflächen der metallischen Verdickung
10 werden durch Plattieren oder galvanische Behandlung mit einer leitfähigen und
gegebenenfalls lötfähigen Oberfläche 22 aus Zinn, Silber oder Gold versehen. Wird
das Leiternetz 6 mit der metallischen Verdichtung 10 verklebt, so kann ein elektrisch
leitfähiger Kleber entweder direkt an der Unterseite der metallischen Verdickung
10 angeordnet werden oder auf einer in einer der oben beschriebenen Weisen angebrachten
metallischen den Ubergangswiderstand zwischen Metallverdichtung 10 und Leiternetz
6 gering haltenden Oberflächenschicht 22 angebracht werden.
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Auf die, die äußeren Kontaktbereiche 3 bildende Oberfläche der metallischen
Verdickungn10 kann zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit und um eine Kontaktfläche
mit niedrigem Übergangswiderstand zu erreichen mittels Plattierung oder mittels
eines galvanischen Verfahrens eine weitere metallische Oberflächenschicht 23 aus
Gold, Chrom, Nickel oder Silber angebracht werden.
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Die Dicke des metallischen Grundmaterials 10 bzw. des Grundmaterials
10 und der Schichten 22 und 23 wird so gewählt, daß die Dicke der Einheit 1 der
Dicke der Karte 14 entspricht, es ist aber auch möglich, die Anschlußso flächen
3/zu verdicken, daß sie aus der Oberfläche der Karte 4 heraus schauen.
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Auf diese Weise gelingt es, ohne auf eine bestimmte Technologie angewiesen
zu sein, metallische Verdickungen 10 aufzubringen, für die kostengünstige Materialien
verwendbar sind. Da von unterschiedlichen Materialien und unterschiedlichen Oberflächen
ausgegangen werden kann, können zahlreiche Verfahren verwendet werden, so daß die
Wahl der entsprechenden Technologie flexibel gestaltet werden kann.
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Die Dicke von Polyimidband 7 und Leiternetz 6 beträgt typischerweise
knapp 0,2 mm, wobei auf das 125 /um dicke Polyimidband 7 eine 25 /um dicke Kleberschicht,
dann eine 35 /um dicke Kupferfolie, die an ihrer Oberseite mit einer 6 /um dicken
Zinnschicht bedeckt ist, angebracht wird.
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Um diese Dicke von etwa 200 /um auf die gewünschte Dicke des Kartenkörpers
2 von 500 /um zu vergrößern, ist es von Vorteil, die Einheit 1 zu verdicken und
damit gleichzeitig zu versteifen, wodurch gleichzeitig ein eventueller Bruch des
Chips 5 verhindert wird. Diese Verdickung kann in einfacher Weise dadurch geschehen,
daß der Kunststoffzwischenträger 7 auf einer Trägerfolie 9 angeordnet
wird,
die vorteilhafterweise solche Außenabmessungen aufweist, daß sie in die fensterartige
Aussparung 21 des Kartenkörpers 2 einpaßbar ist, d.h. in Geometrie und Abmessungen
der Aussparung 21 entspricht. Die Trägerfolie 9 kann beispielsweise durch laminieren
(Kleben unter Druck und Wärme) mit dem Kunststoffzwischenträger 7 verbunden werden.
Ihre Dicke kann z. B. inklusive einer notwendigen Klebeschicht etwa 300 /um betragen.
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Die Trägerfolie 9 wird vorteilhafterweise an der Seite des Kunststoffzwischenträgers
7, die nicht mit dem metallischen Leiternetz 6 versehen ist, angebracht. Als Material
für die Trägerfolie 9 können Kunststoffe wie Epoxidharz, insbesondere glasfaserverstärktes
Epoxidharz, Hartpapier oder Kapton und Metalle, wie insbesondere Messing aber auch
Kupfer, Nickel-Eisen oder Bronze zur Anwendung kommen.
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Die Verwendung eines entsprechend dickeren Polyimidbandes 7 bei der
Herstellung des Mikropacks hätte dagegen eine schlechtere Festigkeit zur Folge.
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Der innere Aufbau der Karte 4 ist in der Fig. 4, die einen ausschnittsweisen
Querschnitt durch die Karte der Fig. 2 längs der Linie IV-IV zeigt, ausgeführt.
Die in der Fig. 3 gezeigte einpaßbare Einheit 1, die im gezeigten Ausführungsbeispiel.;so
aufgeführt ist, daß die Dicke von Kunststoffzwischenträger/und Trägerfolie 9 der
Dicke des Kartenträgers 2 entspricht, wird in die fensterartige Aussparung 21 des
Kartenträgers 2 gepreßt. Auf der Unterseite der aus Kartenkörper 2 und einpaßbarer
Einheit 1 gebildeten Anordnung wird eine erste Deckfolie 26 angeordnet, die in ihren
äußeren Abmessungen den Abmessungen des Kartenkörpers 2 entspricht. Auf der Oberseite
der aus Kartenkörper 2 und einpaßbarer Einheit 1 gebildeten Anordnung wird eine
zweite, die Anschlußbereiche 3 aussparende Deckfolie 25 angeordnet, deren äußere
Abmessungen
ebenfalls denen des Kartenkörpers 2 entsprechen.
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Auf diese Weise gelingt es, eine insbesondere Normmaßen entsprechende
tragbare Karte herzustellen, die eine ebene Oberfläche aufweist. Kartenträger 2
und die Deckfolien 25 und 26 können aus glasfaserverstärktem Epoxid oder aus Thermoplastkunststoff
bestehen und mittels Laminieren verbunden werden. Hierbei ist es beim Aufbringen
der zweiten Deckfolie 25 von Vorteil, die Aussparungen der Deckfolie 25, die die
Anschlußbereiche 3 aufnehmen soll, geringfügig kleiner als es der Fläche der Anschlußbereiche
3 entspricht auszuführen und die zweite Deckfolie 25 von oben auf die Anschlußbereiche
3 bzw. den Trägerkörper 2 zu pressen, da so die Einheit 1 abgedichtet und vor Verunreinigungen
geschützt ist.
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Die zwischen erster Deckfolie 26 und zweiter Deckfolie 25 bzw. zwischen
den verstärkten Anschlußbereichen 3 und der Trägerfolie 9 auftretenden Hohlräumen
können durch Vergießen oder durch Verspritzen mit - in der Fig. 4 gepunktet gekennzeichnetem
- Kunststoff 11 ausgefüllt werden, so daß die von der Kunststoffoberfläche bis zur
Kunststoffunterseite gemessene Dicke der Dicke des Kartenkörpers 2 in etwa entspricht.
Als Kunststoffmaterial kommen Siliconkautschuk, Epoxidharze oder Thermoplaste in
Frage. Das Vergießen oder Verpressen kann vor dem Einbau der Einheit in den Kartenträger
2 in einer Form vorgenommen werden. Es ist aber auch möglich, die Guß- oder Preßmasse
durch eine der Deckfolien 25 oder 26 in den um den Halbleiterchip 5 herum befindlichen
Hohlraum einzubringen. Wegen der Flexibilität des verwendeten Mikropacks ist es
aber auch möglich in einer Ausführungsform mit offener Bauweise den, den Halbleiterchip
5 umgebenden Hohlraum unausgefüllt zu lassen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel für die einpaßbare Einheit in der
der Fig. 3 entsprechenden Darstellung zeigt die Fig. 5. Die Anordnung von erfindungsgemäß
verdickten Anschlußbereichen 3, Leiternetz 6, Kunststoffzwischenträger 7, Trägerfolie
9 und Halbleiterchip 5 entspricht der in der Fig. 3 gezeigten Anordnung. Zusätzlich
ist diese Anordnung dadurch versteift, daß an ihrer Unterseite eine als 30dehnfolie
28 ausgeführte Bodenanordnung z. B.
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mittels Laminieren angeordnet ist. Die Bodenfolie 28 ist so dimensioniert,
daß sie in die fensterartige Aussparung 21 einpaßbar ist. Die Oberseite der einpaßbaren
Einheit 1 ist zum Abdichten des um den Halbleiterchip 5 befindlichen Hohlraums und
zur Herstellung einer bis auf die erhöhten Anschlußbereiche 3 ebenen Oberfläche
der Einheit 1 mit einer Deckfolie 27 versehen, deren Dicke z. B. in etwa der Dicke
des Leiternetzes 6 entspricht und die beispielsweise dort Aussparungen aufweist,
wo auf der Oberfläche des Kunststoffzwischenträgers 7 das Leiternetz 6 angeordnet
ist.
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Der um den Halbleiterchip 5 befindliche Hohlraum kann entweder frei
bleiben oder entsprechend den Ausführungen zur Fig. 4 vergossen oder verpreßt werden.
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Die einpaßbare Einheit 1 nach#Fig. 5 wird entsprechend den zu Fig.
4 gemachten Ausführungen in die Aussparung 21 des Kartenträgers 2 eingepaßt und
an ihrer Unterseite mit einer ersten Deckfolie 26 und an ihrer Oberseite mit einer
zweiten Deckfolie 25 versehen und bildet dann die erfindungsgemäße, eine ebene Oberfläche
aufweisende tragbare Karte 4.
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Befindet sich die tragbare Karte 4 nicht in einem Lesegerät so weist
der Halbleiterchip 5 keine Masseverbindung auf, so daß die Gefahr elektrostatischer
Aufladungen besteht, die insbesondere bei Verwendung eines MOS-ChiyxS,
zur
Zerstörung des Halbleiterchip 5 führen können. Um hier Abhilfe zu schaffen, empfiehlt
es sich, in Weiterbildung der Erfindung auf mindestens einer Oberfläche der Einheit
1 eine elektrisch leitende Schicht vorzusehen oder mindestens eine Oberflächenanordnung
der Einheit 1 elektrisch leitend auszuführen. Die elektrisch leitende Schicht bzw.
Oberfläche wird mit dem, den Massekontakt bildenden äußeren Anschlußbereich 3 elektrisch
leitend verbunden. Vorteilhafterweise kann die Einheit 1 in der Weise ganzflächig,
d. h. beidseitig, mit der elektrisch leitenden Schicht versehen werden, daß lediglich
die Bereiche der äußeren Anschlußbereiche 3, die nicht als Massekontakt dienen,
von der elektrisch leitenden Schicht ausgespart sind.
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Entsprechend diesen Ausführungen kann beispielsweise die Bodenfolie
28 oder die Deckelfolie 27 oder beide Folien nach der Fig. 5 aus elektrisch leitendem
Material hergestellt sein. Wird eine Deckelfolie aus elektrisch leitendem Material
verwendet, so ist darauf zu achten, daß die Deckelfolie 27 von den äußeren Anschlußbereichen
3, die nicht den Massekontakt bilden, elektrisch isolierend angeordnet ist. Dies
kann z. B. durch Anordnung einer in der Dicke der Deckelfolie 27 entsprechenden
Isolierschicht 31 um die entsprechenden Anschlußbereiche 3 herum bewirkt werden.
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Es ist auch möglich, die Karte 4 so auszuführen, daß mindestens eine
Oberseite der Karte 2 mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen ist, die mit
dem, den Massekontakt bildenden äußeren Anschlußibereich 3 elektrisch leitend verbunden
ist. Die elektrisch leitende, Schicht ist in einfacher Weise in der Weise zu realisieren,
daß die erste Deckfolie 26 und/oder die zweite Deckfolie 2 5 aus elektrisch leitendem
Material hergestellt sind. Bezüglich der Isolierung der nicht als Massekontakt vorgesehene
äußeren Anschlußbereiche 3 gilt das oben ge-
sagte.
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Die elektrisch leitenden Schichten können aus metallisiertem Kunststoff
bestehen, der als Deckfolie angebracht wird. Sie können auch durch Aufdampfen, Aufdrucken
oder bei aktiviertem Polyimid mittels eines galvanischen Verfahrens auf die verwendeten
Kunststoffolien aufgebracht werden. Weiterhin ist es möglich, Metallfolien zu verwenden.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau der tragbaren Karte 4 gelingt es
in wirtschaftlich günstiger Weise eine den Halbleiterchip 5 und die zum Außenanschluß
notwendigen äußeren Anschlußbereiche 3 enthaltende Einheit 1 vorzusehen, die separat
von den Folien 25 und 27 und dem Kartenträger 2 hergestellt und geprüft werden kann,
und die als einheitliches Teil, das bis auf die erhöhten äußeren Anschlußbereiche
3 glatt ausgeführt und somit gut han handhabbar ist, ausgeführt ist, wobei die Einheit
1 mit geringem Aufwand zur Karte 4 weiterverarbeitet werden kann.
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5 Figuren 13 Patentansprüche
L e e r s e i t e