DE4441052A1 - Trägerelement für einen IC-Baustein zum Einsatz in Chipkarten - Google Patents

Trägerelement für einen IC-Baustein zum Einsatz in Chipkarten

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DE4441052A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Trägerelement für einen IC- Baustein (elektronisches Modul) zum Einsatz in den Kartenkörper einer Chipkarte. Ein solches Trägerelement weist Schreib- /Lesekontakte auf, die mit entsprechenden Anschlußpunkten des IC-Bausteines elektrisch leitend verbunden sind und die Kommunikation des IC-Bausteins mit entsprechenden Geräten ermöglichen.
Chipkarten weisen eine höhennormierte Dicke von 0,76 mm auf. Dabei wird das Trägerelement in einer zur Kartenoberseite hin offenen Ausnehmung des Kartenkörpers fixiert, wobei die Restmaterialstärke im Bereich der Ausnehmung aus Stabilitätsgründen noch ca. 0,1 mm beträgt. Dies hat zur Folge, daß das Trägerelement mit dem IC-Baustein nur eine äußerst geringe Bauhöhe haben darf. Dabei muß das Trägerelement jedoch so ausgebildet sein, daß es mechanischen Belastungen - z. B. starken Biegekräften - standhält und der IC-Baustein nicht beschädigt wird.
Da es sich bei Chipkarten in Form von Telefonkarten, Krankenversicherungskarten o. dgl. um einen in großen Stückzahlen hergestellten Massenartikel handelt, ist eine kostengünstige und rationelle Fertigung der Trägerelemente besonders wichtig.
Bisher werden die meisten Trägerelemente in der sogenannten Drahtbondtechnik hergestellt. Dabei wird der IC-Baustein mit seiner den Anschlußpunkten abgewandten Seite auf eine Kunststoff-Trägerfolie geklebt, welche auf ihrer dem IC- Baustein abgewandten Seite eine strukturierte, die Schreib- /Lesekontakte bildende Metallisierung aufweist. In einem so­ genannten Drahtbondautomaten werden die Anschlußpunkte des IC- Bausteins über dünne Gold- oder Aluminiumdrähte jeweils mit den Schreib-/Lesekontakten verbunden, wobei für diesen Zweck in der Kunststoff-Trägerfolie jeweils entsprechende Kontaktzugangsöffnungen zu den Schreib-/Lesekontakten ausgespart sind. Um ein Abreißen und Durchbrechen der empfind­ lichen Golddrähte bei mechanischen Belastungen zu verhindern, wird auf den IC-Baustein mit den Golddrähten eine Vergußmasse, z. B. ein aushärtendes Harz, aufgebracht, so daß der IC-Baustein und die Golddrähte mit ihren Verbindungsstellen am IC-Baustein und an den Schreib-/Lesekontakten vollständig von der Vergußmasse als schützender Abdeckung eingeschlossen sind. Da die Drahtbogenführung der Golddrähte und die Vergußmasse eine Mindesthöhe von ca. 200 µm erfordern, können nur äußerst flache IC-Bausteine mit Stärken kleiner als 300 µm verwendet werden, damit die Gesamthöhe nicht das noch zulässige Maß überschreitet. Dies verursacht zusätzliche Kosten bei der Produktion und Fertigung der Wafer, aus denen die IC-Bausteine hergestellt werden. Darüberhinaus ist das Aufbringen, Dosieren und Formen der Vergußmasse schwierig und aufwendig. Da die Bauhöhe des Trägerelements auf einen äußerst geringen Wert begrenzt ist, darf die Dicke der Vergußmasse-Abdeckung einen bestimmten Wert nicht überschreiten, anderenfalls muß sie umständlich auf das erlaubte Maß abgeschliffen werden.
Aus der DE-OS 39 17 707 ist ein Trägerelement für einen IC- Baustein zum Einbau in eine Chipkarte bekannt. Dieses Trägerelement besitzt ebenfalls eine Kunststoff-Trägerfolie, welche auf einer Seite eine strukturierte, die Schreib- /Lesekontakte bildende Metallisierung aufweist, wobei in der Kunststoff-Trägerfolie auch jeweils entsprechende Kontaktzugangsöffnungen zu den Schreib-/Lesekontakten ausgespart sind. Der IC-Baustein wird nun mit seiner die Anschlußpunkte aufweisenden Seite auf der Kunststoff- Trägerfolie fixiert. Die Anschlußpunkte des IC-Bausteins, welche zusätzlich aufgebrachte, höckerartige, elektrisch leitende, metallische Erhebungen aufweisen, werden dabei direkt, d. h. drahtlos, über die ausgesparten Kontaktzugangsöffnungen in der Kunststoff-Trägerfolie mit den Schreib-/Lesekontakten elektrisch kontaktiert. Zu diesem Zweck wird in die Kontaktzugangsöffnungen auf die Rückseite der Schreib-/Lesekontakte eine Lotpaste eingebracht und die elektrische Verbindung nach der Positionierung des IC-Bausteins durch Aufschmelzen der Lotpaste hergestellt. Die gegenüber mechanischen Belastungen empfindlichen Golddrähte zur elektrischen Kontaktierung sind dabei überflüssig. Das umständliche Aufbringen einer schützenden Vergußmasse ist nicht mehr notwendig. Darüberhinaus ist die Bauhöhe des Trägerelementes geringer.
Nachteilig an diesem Trägerelement ist jedoch, daß die Herstellung der Kunststoff-Trägerfolie mit der strukturierten, die Schreib-/Lesekontakte bildenden Metallisierung sehr aufwendig und kostenintensiv ist. Die Kunststoff-Trägerfolie muß zur Schaffung der Kontaktzugangsöffnungen gestanzt werden, anschließend muß in aufwendiger Weise eine Kupferschicht auf die Kunststoff-Trägerfolie auflaminiert werden. Dann wird die Kupferschicht zur Bildung von gegeneinander isolierten Schreib- Lesekontakten mit Hilfe der Fotoätztechnik in mehreren Arbeitsschritten strukturiert (Aufbringen von Fotoresist, Belichten, Entfernen von Fotoresist und Atzen der Kupferschicht, Entfernen des restlichen Fotoresists). Im Anschluß daran wird noch eine Nickel/Goldveredelungsschicht aufgebracht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung ein Trägerelement für einen IC-Baustein zum Einsatz in Chipkarten zu schaffen, das in einfacher und kostengünstiger Weise herzustellen ist, eine geringe Baugröße aufweist und eine sichere und zuverlässige Verwendung gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Im Patentanspruch 1 wird für ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Trägerelementes Schutz beansprucht. Die sich anschließenden Unteransprüche enthalten vorteilhafte und förderliche Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Trägerelement weist ein Kontaktierungs- und Tragelement aus Metall auf, das unter Ausbildung von Schreib-/Lesekontakten in elektrisch gegeneinander isolierte Kontaktzungen unterteilt ist. Der IC-Baustein ist mit den auf seinen Anschlußpunkten angeordneten Erhebungen aus einem elektrisch leitfähigen Material auf den Kontaktzungen des metallischen Trägerelementes mechanisch und elektrisch leitend fixiert, wobei der IC-Baustein mit seiner die Anschlußpunkte aufweisenden Seite beabstandet zu den metallischen Kontaktpunkten angeordnet ist. Der IC-Baustein ist mittels eines aushärtenden Fließklebers auf den Kontaktzungen zusätzlich mechanisch stabilisierend fixiert. Die Erhebungen können von einem leitfähigen Kleber, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste gebildet sein.
Für die Herstellung der Kontaktierungs- und Tragelemente wird in einfacher und sehr kostengünstiger Weise ein Metallband - ein sogenannter Leadframe - verwendet, welches eine oder mehrere Reihen von in Bandlängsrichtung aufeinanderfolgend angeordneten, strukturierten, in die Kontaktzungen unterteilten und die Kontaktierungs-und Tragelemente bildenden Segmenten aufweist. Dabei sind die Kontaktzungen jeweils mit auftrennbaren Reststegen am Metallbandkörper gehalten. Die strukturierten Elemente sind durch Stanzen, Atzen oder Laserbeschuß des Metallbandes gebildet. Ein und/oder beidseitig sind auf dem Metallband galvanisch ein oder mehrere Beschichtungsmetalle, wie Kupfer, Zinn, Nickel, Gold, Silber oder Palladium aufgebracht.
Zur Herstellung eines solchen Metallbandes sind weniger und nicht so aufwendige Arbeitsschritte notwendig als zur Herstellung einer metallisierten Kunststoff-Trägerfolie.
Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Chipkarte,
Fig. 2 einen Schnitt durch das Trägerelement,
Fig. 3 einen Schnitt durch den IC-Baustein mit den Anschlußpunkten, der Isolationsschicht und den Erhebungen,
Fig. 4 eine Draufsicht auf das Metallband mit den Träger- und Kontaktierungselementen,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung der Trägerelemente,
Fig. 6 einen Schnitt durch ein in einer Chipkarte eingesetztes Trägerelement.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Chipkarte (1) mit den Schreiblesekontakten (20) des Trägerelementes (2) für den IC- Baustein (21) - vgl. Fig. 2. Der IC-Baustein (21) ist mit seiner die elektrischen Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite den Schreib-/Lesekontakten (20) zugewandt angeordnet. Auf die Anschlußpunkte (21A) sind Erhebungen (22) aus einem elektrisch leitfähigen Material in Form eines leitfähigen Klebers, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste aufgebracht. Über diese Erhebungen (22) sind die Anschlußpunkte (21A) mit den Schreib-/Lesekontakten (20) elektrisch leitend verbunden.
Das Trägerelement (2) weist ein Kontaktierungs-und Tragelement (23) aus Metall auf, das unter Ausbildung von Schreib- /Lesekontakten in elektrisch gegeneinander isolierte Kontaktzungen (23A) unterteilt ist. Der IC-Baustein (21) ist mit seinen Erhebungen (22) auf den Kontaktzungen (23A) elektrisch leitend fixiert. Dabei ist der IC-Baustein (2) mit seiner die Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite beabstandet zu den metallischen Kontaktzungen (23A) angeordnet und an diesen mittels eines aushärtenden Fließklebers (24) zusätzlich mechanisch stabilisierend fixiert. Der Fließkleber (24) wird im Eckbereich zwischen IC-Baustein (2) und Kontaktzungen (23A) dosiert aufgebracht und zieht sich aufgrund von Kapillarkräften zwischen den IC-Baustein (2) und die Kontaktzungen (23A), wobei der IC-Baustein (21) auch seitlich vom Fließkleber (24) umgeben ist.
Auf der die Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite des IC- Bausteins (2) ist eine Isolationsschicht (25) aus einem polymeren Material im Sieb-oder Schablonendruck aufgebracht, dabei sind die Anschlußpunkte (21A) ausgespart. In die Aussparungen (25A) wird das elektrisch leitende Material zur Bildung der Erhebungen (22) eingebracht. Die Erhebungen (22) ragen deutlich aus der Isolationsschicht (25) heraus - vgl. Fig. 3. Um einer Oxidation der Anschlußpunkte (21A) vorzubeugen sind diese mit einer dünnen Nickel und/oder Goldschicht versehen, wozu vorzugsweise der die IC-Bausteine enthaltende Wafer entsprechend bedruckt wird.
In einer Ausführungsform - vgl. Fig. 2 - sind auf den Kontaktzungen (23A) jeweils auf der den Anschlußpunkten (21A) des IC-Bausteins (2) zugewandten Seite ebenfalls Erhebungen (26) aus einem elektrisch leitfähigen Material in Form eines leitfähigen Klebers, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste aufgebracht. In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, einen elektrisch leitfähigen Kleber zu verwenden, der ein oder mehrmals z. B. über Erwärmung aktivierbar ist. Diese Erhebungen (26) sind mit den Erhebungen (22) auf den Anschlußpunkten (21A) des IC-Bausteines (2) elektrisch leitend verbunden.
In Fig. 4 ist ein Metallband (3) gezeigt, aus dem die Kontaktierungs- und Tragelemente (23) hergestellt sind. Das Metallband (3) weist zwei in Bandlängsrichtung verlaufende Reihen von strukturierten, in die Kontaktzungen (23A) unterteilten und die Kontaktierungs- und Tragelemente bildenden Segmenten (31) auf. Die Kontaktzungen (23A) sind jeweils mit auftrennbaren Reststegen (32) am Metallbandkörper (30) gehalten. Dieses Metallband (3) mit seinen so strukturierten Segmenten (31) stellt einen leitenden Rahmen zur Aufnahme von IC-Bausteinen (21) zum Einsatz in Chipkarten dar. Die strukturierten Segmente (31) werden durch Stanzen, Ätzen, LASER-Beschuß oder Wasserstrahlschneiden des Metallbandes (3) gebildet. Das Metallband (3) weist ein -und/oder beidseitig ein oder mehrere galvanisch aufgebrachte Beschichtungsmetalle, wie Kupfer, Zinn, Nickel, Silber, Gold oder Palladium auf.
In einer Ausführungsform ist das Metallband (3) als Endlosband, das auf eine Vorratsrolle (4) auf- und abwickelbar ist, ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform (nicht dargestellt) ist das Metallband (3) in Stanzstreifen unterteilt.
In Fig. 5 ist schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung von Trägerelementen (2) mit dem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Metallband (3) gezeigt. Dabei ist das Metallband (3) von einer Vorratsrolle (4) mittels eines Abwickelorganes (5) abwickelbar. Zu diesem Zweck weist das Metallband (3) an seinen Rändern jeweils in Bandlängsrichtung verlaufende ausgestanzte Transportlöcher (33) auf, in welche das sich drehende sternförmige Abwickelorgan (5) für den Weitertransport des Metallbandes (3) eingreift. Das Metallband (3) ist dabei in seitlichen Führungsschienen (7) geführt und gehalten. Über eine optische Sensoreinrichtung (nicht dargestellt) - z. B. eine jeweils das strukturierte Element (31) flächenmäßig abtastende Lichtschranke - werden die Kontaktzungen (23A) und die Anschlußpunkte (21A) des IC- Bausteines (21) richtig zueinander positioniert. Die IC- Bausteine (21) mit ihren Erhebungen (22) werden jeweils über ein Stoßorgan (6) aus dem zersägten Wafer (8) herausgedrückt und an die Kontaktzungen (23A) herangedrückt. Mittels einer Dosiereinrichtung wird dann der Fließkleber (24) aufgebracht. Zum Aufschmelzen der von einer Lotpaste oder einer schmelzbaren Legierung gebildeten Erhebungen (22, 26) zur Verbindung der Anschlußpunkte (21A) mit den Kontaktzungen (23A) weist die Vorrichtung einen Heizstempel (nicht dargestellt) auf.
Wenn statt eines endlosen Metallbandes (3) Stanzstreifen verwendet werden, wird statt einer Vorratsrolle ein Vorratsmagazin (nicht dargestellt) verwendet.
Vor dem Einsetzen der Trägerelemente (2) in die Chipkarte (1) werden die Reststege (32) zwischen den Kontaktzungen (23A) über ein Stanzwerkzeug (nicht dargestellt) freigestanzt.
Falls die Reststege (32) zwischen den Kontaktzungen (23A) vor der Fixierung der IC-Bausteine (21) freigestanzt werden, ist auf das Metallband (3) einseitig eine Klebefolie (nicht dargestellt) aufgebracht, welche die Kontaktzungen (23A) bei aufgetrennten Reststegen (32) zusammenhält.
In einer Ausführungsform ist es vorgesehen, das Trägerelement (2) mit dieser Klebefolie als Heißkleberfolie (9) in den Kartenkörper der Chipkarte (1) einzukleben - vgl. Fig. 6.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird zur Fixierung des Trägerelements (2) in der Chipkarte (1) ausgenutzt, daß die metallischen Kontaktzungen (23A) eine größere Härte aufweisen als das Kunstoffmaterial der Chipkarte (1), wobei die Kontaktzungen (23A) mit ihrem Randbereich in das Kunststoffmaterial des Kartenkörpers bei federnder Spreizung desselben hineingepreßt werden.

Claims (15)

1. Trägerelement (2) für einen IC-Baustein (21) zum Einsatz in Chipkarten (1), bestehend aus elektrischen Schreib- /Lesekontakten (20), die mit entsprechenden auf der den Schreib-/Lesekontakten (20) zugewandten Seite des IC-Bausteins (21) angeordneten Anschlußpunkten (21A) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Anschlußpunkte (21A) Erhebungen (22) aus einem elektrisch leitenden Material in Form eines leitfähigen Klebers, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste aufweisen und über diese mit den Schreib- /Lesekontakten (20) elektrisch leitend verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
dasselbe ein Kontaktierungs-und Tragelement (23) aus Metall aufweist, das unter Ausbildung von Schreib-/Lesekontakten in elektrisch gegeneinander isolierte Kontaktzungen (23A) unterteilt ist, und der IC-Baustein (21) mit seinen Erhebungen (22) auf den Kontaktzungen (23A) des metallischen Kontaktierungs- und Tragelements (23) elektrisch leitend fixiert ist, wobei der IC-Baustein (21) mit seiner die Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite beabstandet zu den metallischen Kontaktzungen (23A) angeordnet ist,
und der IC-Baustein (21) mit seiner die Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite mittels eines aushärtenden Fließklebers (24) auf den metallischen Kontaktzungen (23A) mechanisch stabilisierend fixiert ist.
2. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß auf der die Anschlußpunkte (21A) aufweisenden Seite des IC- Bausteins (21) eine Isolationsschicht (25) aus einem polymeren Material im Sieb- oder Schablonendruck mit Aussparungen (25A) für die Anschlußpunkte (21A) aufgebracht ist, und in diese Aussparungen (25A) das elektrisch leitende Material in Form eines leitfähigen Klebers, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste zur Bildung der Erhebungen (22) eingebracht ist, wobei die Erhebungen (22) aus der Isolationsschicht (25) heraus ragen.
3. Trägerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kontaktzungen (23A) des Kontaktierungs-und Tragelements (23) jeweils auf der den Anschlußpunkten (21A) des IC-Bausteins (21) zugewandten Seite Erhebungen (26) aus einem elektrisch leitenden Material in Form eines leitfähigen Klebers, einer schmelzbaren Legierung oder einer Lotpaste aufgebracht sind, wobei diese Erhebungen (26) mit den Erhebungen (22) auf den Anschlußpunkten (21A) des IC-Bausteins (21) elektrisch leitend verbunden sind.
4. Metallband für die Herstellung von Kontaktierungs-und Tragelementen (23) gemäß des Anspruches 1, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Reihen von in Bandlängsrichtung aufeinanderfolgend angeordneten strukturierten, in die Kontaktzungen (23A) unterteilten und die Kontaktierungs-und Tragelemente (23) bildenden Segmenten (31), wobei die Kontaktzungen (23A) jeweils mit auftrennbaren Reststegen (32) am Metallbandkörper (30) gehalten sind.
5. Metallband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierten Segmente (31) durch Stanzen des Metallbandes (3) gebildet sind.
6. Metallband nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierten Segmente (31) durch Atzen des Metallbandes (3) gebildet sind.
7. Metallband nach einem der Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierten Segmente (31) durch LASER-Beschuß des Metallbandes (3) gebildet sind.
8. Metallband nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierten Segmente (31) durch Wasserstrahlschneiden des Metallbandes (3) gebildet sind.
9. Metallband nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe ein -und/oder beidseitig ein oder mehrere galvanisch aufgebrachte Beschichtungsmetalle, wie Kupfer, Zinn, Nickel, Silber, Gold oder Palladium aufweist.
10. Metallband nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Metallband (3) einseitig eine Klebefolie aufgebracht ist, welche die Kontaktzungen (23A) bei aufgetrennten Reststegen (32) zusammenhält.
11. Metallband nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe in mehreren Lagen auf eine Vorratsrolle (4) auf- und abwickelbar ist.
12. Metallband nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe in Stanzstreifen mit jeweils mehreren Kontaktierungs-und Tragelementen (23) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung zur Herstellung von Trägerelementen (23) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch
  • - eine Vorratsrolle (4), von der das Metallband (3) mittels eines Abwickelorganes (5) abwickelbar ist,
  • - Führungsschienen (7) zur seitlichen Führung des abgewickelten Metallbandes (3),
  • - eine optische Sensoreinrichtung zur richtigen Positionierung der Kontaktzungen (23) und der Anschlußpunkte (21A) des IC- Bausteins (21) zueinander,
  • - ein Stoßorgan (6) zum Herausdrücken des IC-Bausteins (21) aus dem zersägten Wafer und zum Andrücken an die Kontaktzungen (23A),
  • - ein Stanzwerkzeug zum Freistanzen der Reststege (32) zwischen den Kontaktzungen (23A)
  • - und eine Dosiervorrichtung für den Fließkleber (24).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen Heizstempel zum Aufschmelzen der von einer Lotpaste oder einer schmelzbaren Legierung gebildeten Erhebungen (22, 26) zur Verbindung der Anschlußpunkte (21A) mit den Kontaktzungen (23A) aufweist.
15. Vorrichtung zur Herstellung von Trägerelementen (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und Anspruch 12, gekennzeichnet durch
  • - ein Vorratsmagazin zur Stapelung einer Vielzahl von die Kontaktierungs- und Tragelemente (23) aufweisenden Stanzstreifen, wobei die Stanzstreifen mittels eines Entnahmeorganes automatisch herausnehmbar sind,
  • - Führungs- und Auflageschienen zur Aufnahme und Fixierung der aus dem Vorratsmagazin entnommenen Stanzstreifen,
  • - eine optische Sensoreinrichtung zur richtigen Positionierung der Kontaktzungen (23A) und der Anschlußpunkte (21) des IC- Bausteins (21) zueinander,
  • - ein Stoßorgan (6) zum Herausdrücken des IC-Bausteins (21) aus dem zersägten Wafer und zum Andrücken an die Kontaktzungen,
  • - ein Stanzwerkzeug zum Freistanzen der Reststege (32) zwischen den Kontaktzungen (23A)
  • - und eine Dosiereinrichtung für den Fließkleber (24).
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