DE69114451T2

DE69114451T2 - Aufbau einer Personaldatenkarte.

Info

Publication number: DE69114451T2
Application number: DE69114451T
Authority: DE
Inventors: Richard Michael Flynn; Fred William Verdi Verdi
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-11-21
Also published as: ES2079036T3; EP0488574A3; BR9105051A; AU627124B2; AU8821991A; EP0488574A2; CA2051836A1; EP0488574B1; JPH04286697A; CA2051836C; DE69114451D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine eine oder mehrere elektronische Schaltungen enthaltende Personendatenkarte und insbesondere auf den Aufbau derselben.

Allgemeiner Stand der Technik

Verschiedene Hersteller beschäftigen sich derzeit mit der Gestaltung einer Personendatenkarte, auch als intelligente Karte oder Chipkarte bekannt, die wie eine Kreditkarte aussieht und sich auch so anfühlt, aber über die Fähigkeiten eines Computers einschließlich der Speicherung und Verarbeitung von Daten verfügt. Daß sich Chipkarten bisher nicht sonderlich haben durchsetzen können, liegt an den Kosten und am Fehlen einer Anwendung, bei der die Leistungsfähigkeit eines Computers in Verbund mit den Annehmlichkeiten einer Kreditkarte in einer kleinen tragbaren Vorrichtung erforderlich wäre. Gäbe es eine solche Anwendung, dann wären Fragen wie Kosten, Größe und Langlebigkeit auch nicht so kritisch für den Nasseneinsatz von Chipkarten. So aber liegt der Schlüssel zur Akzeptanz von Chipkarten in der Entwicklung einer Karte so dimensioniert, daß sie ganz genau so wie herkömmliche Kreditkarten verwendet werden kann. Darüber hinaus müssen Smart Cards prägbar und biegsam ohne Beschädigung von darin eingebetteten brechbaren Halbleiterplättchen sein. Die Dimensionen herköxnmlicher Kreditkarten sind durch ein internationales Übereinkommen mit 8,56, 5,4, 0,076 cm (3,370, 2,125 und 0,030 Zoll) für Breite, Höhe bzw. Dicke festgelegt worden. Die International Organization for Standardization (150) ist verantwortlich für die Verkündung einer Norm, die die internationale Akzeptanz fördert. Der Bau von Chipkarten, die hinsichtlich Dicke und Biegsamkeit den ISO-Normen genügen, hat sich jedoch als ein besonders widerspenstiges Problem erwiesen.
Derzeit liefern verschiedene Hersteller Chipkarten mit einer Kontaktschnittstelle, wobei eine herkömmliche Kreditkarte mit einem Hohlraum ausgestattet ist, der einen tablettenförmigen Einsatz aufnimmt. Der Einsatz beinhaltet elektronische Schaltungsanordnungen, die in einem entsprechend starren, dielektrischen Material vergossen sind. Die Tablette wird dann in den Hohlraum der Karte eingeführt und darin durch Klebstoffe festgehalten. Zum Beispiel offenbart das Jouvet et al. am 26. Februar 1985 erteilte US-Patent 4 501 960 eine Karte dieses allgemeinen Typs. Der Einsatz beinhaltet 12 flache metallische Leitungen, die sich von einem vergossenen Halbleiterplättchen weg erstrecken. Die Leitungen sind auf einer Seite mit einem Klebstoff beschichtet, der sich an die Oberfläche einer biegsamen Plastikkarte heftet. Biegen der Karte führt jedoch häufig zur Verrückung der Tablette oder zum Ablösen eines der Kontakte von der Karte. Überdies kommt es bei einer Chipkarte mit metallischen Kontakten auf einer Außenfläche zur Verschmutzung ihrer metallischen Leitungen, zu statischer Entladung sowie zum Anlegen unrichtiger Spannungen - was alles zu Unzuverlässigkeit führt.
Ein weiteres Beispiel einer Chipkarte mit an deren Oberfläche angeordneten metallischen Kontakten ist aus dem US-Patent 4 649 418 bekannt, das am 10. März 1987 an E. Uden hervorkam. Die Uden-Karte umfaßt einen Polyvinylchlorid- (PVC-)-Kartenkörper mit mindestens einer Öffnung, die so bemessen ist, daß sie ein Konstruktionsteil aufnimmt, das als Epoxyglasleiterplatte vorliegt. Innerhalb des Konstruktionsteils ist ein Durchgangsloch vorhanden, das so bemessen ist, daß es ein Halbleiterplättchen aufnimmt, auf dem sich eine Gruppe von Anschlußflächen befindet, die jeweils mittels einer Drahtleitung mit einer entsprechenden metallisierten Fläche auf dem Konstruktionsteil benachbart dem Durchgangsloch gekoppelt sind. Ein aus faserverstärktem Epoxyharz gebildeter Rahmen wird auf dem Konstruktionsteil um das Durchgangsloch herum angeordnet, um als Deich zur Eindämmung von Epoxyvergußmittel zu dienen, das in das Durchgangsloch im Konstruktionsteil eingelassen wird, um das Plättchen darin zu versiegeln. Von einem Paar Deckplatten ist jeweils eine an entgegengesetzten Seiten des Kartenkörpers befestigt, um das Konstruktionsteil innerhalb der Öffnung des Kartenkörpers abzuschließen. Bei der Uden- Personendatenkarte ist die Verwendung eines Rahmens zur Eindämmung der Vergußmittelmasse erforderlich, wodurch es oft nicht möglich ist, eine kosmetisch erwünschte, flache Kartenoberfläche zu bewahren.
Ein weiteres Beispiel einer Chipkarte ist aus dem den hier betroffenen Erfindern am 1. Mai 1990 ausgestellten US-Patent 4 921 160 bekannt. Kurz zusammengefaßt, überwindet das 160er Patent weitgehend die Nachteile der Uden-Karte, indem ein Halbleiterplättchen innerhalb einer Ausnehmung im Kartenkörper gehaltert wird, das durch die untere Wand der Ausnehmung gestützt wird. Eine Menge eines Vergußmittels wird in die Ausnehmung eingelassen, um das Plättchen darin zu versiegeln. Weiter ist eine elastische, stößdämpfende Vorrichtung mit einem Ring oder mehreren Ringsegmenten eines Elastomers (z.B. Silikongummi) im Kartenkörper enthalten, die die das Vergußmittel und das darin enthaltene Plättchen vom Hauptteil des Kartenkörpers trennende Masse an Vergußmittel im wesentlichen umgrenzt. Die Chipkarte beinhaltet einen Kartenkörper mit einer Leiterplatte und einem mit der Oberfläche der Leiterplatte mittels einer Schicht Klebstoff verklebtem Konstruktionsteil. Sowohl die Leiterplatte als auch das Konstruktionsteil werden aus einem Material mit einem sehr hohen Modul wie etwa FR-4 oder Epoxyharz hergestellt. Zwar stellt diese Bauweise eine Verbesserung gegenüber der unter Uden angeführten dar, doch sind zusätzliche Verbesserungen in den Bereichen der Zuverlässigkeit (infolge des Bruchs von Plättchen), der Prägung (gemäß ISO-Normen), Biegsamkeit und Kosten erwünscht.
Herkömmliche Kreditkarten bestehen aus PVC, da dieses ein billiges, haltbares Material darstellt, das auch weich genug ist, um sich leicht prägen zu lassen. Leider erweicht PVC bei zur Aushärtung von typischerweise beim Laminieren eingesetzten Klebstoffen verwendeten Temperaturen zu sehr. Es sollte daher ein Materialsystem für Chipkarten gewählt werden, das gleichzeitig den ISO- Normen hinsichtlich Abmessungen und Biegsamkeit genügt, hinreichenden Schutz für brechbare Halbleiter verschafft, eine Prägung ermöglicht, und den zur Härtung von Klebstoffen verwendeten hohen Temperaturen ohne nachteilige Auswirkungen standhalten kann.

Darstellung der Erfindung

Eine Personendatenkarte, die die obengenannten Nachteile im wesentlichen überwindet, umfaßt eine Laminierung von Schichten. Zu den Schichten zählen eine Polytester-Leiterplatte mit einem darauf befestigten Halbleiterplättchen; einem aus Polyester bestehenden Konstruktionsteil mit einer Öffnung, die sich zwischen der Ober- und der Unterseite des Konstruktionsteils erstreckt, um das Halbleiterplättchen aufzunehmen; sowie oben und unten auf der Karte angebrachte Etikettfolien. Die Etikettfolien weisen abgestimmte Wärmeausdehnungseigenschaften auf. Das Halbleiterplättchen befindet sich innerhalb eines Vergußmittels, dessen Steifheit größer ist als das Konstruktionsteil.
Bei der Erfindung wird das Polyestermaterial vor dem Laminieren wärmestabilisiert, so daß seine Wärmeausdehnungseigenschaften in allen Richtungen gleich sind. Als Vergußmaterial verwendet man ein Epoxyharz, das nach dem Aushärten äußerst steif wird. Eine aus einem epoxygetränkten Gewebe hergestellte Abdeckung überlagert die Öffnung in dem Konstruktionsteil und sorgt so für eine bessere Abstützung des darin befindlichen Halbleiterplättchens.
Die Leiterplatte besteht aus dem gleichen Polyestermaterial wie dem für das Konstruktionsteil verwendete und trägt dazu bei, eine Verwerfung (d.h. eine Anderung der im allgemeinen flachen Form) der Personendatenkarte infolge von Temperaturänderungen zu verhindern. Ebenso bestehen die oben und unten auf der Karte angeordneten Etikettfolien aus thermopolastischen Werkstoffen, bei denen es sich nicht um Polyester handeln muß. Eine Verwerfung wird deswegen vermieden, weil die Auswirkung der einen durch die andere aufgehoben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Etikettfolien aus Polyvinylchlorid. Querspannungen, die sonst auf das Halbleiterplättchen übertragen würden, werden innerhalb des Konstruktionsteils aufgefangen, da dieses erheblich biegsamer ist als das das Plättchen umgebende Epoxyharz.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Ein besseres Verständnis der Erfindung und ihrer Betriebsweise ergibt sich aus der nachfolgenden aus führlichen Beschreibung im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung, in der:
Figur 1 eine perspektivische, aufgelöste Darstellung einer Personendatenkarte zeigt, die deren allgemeinen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert;
Figur 2 eine aufgelöste Querschnittansicht der Personendatenkarte darstellt, die deren Einzelschichten in näheren Einzelheiten zeigt; und
Figur 3 eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Sicht der zusammengebauten Personendatenkarte darstellt, die die verschiedenen Schichten und die mit jeder Schicht verbundenen beispielhaften Dicken zeigt.

Ausführliche Beschreibung

Trotz ihrer Fähigkeit zur Speicherung und Verarbeitung großer Mengen an Daten, die in unserer informationsintensiven Gesellschaft höchst erwünscht ist, hat die Akzeptanz von Chipkarten nur sehr langsame Fortschritte gemacht - insbesondere in Ländern, wo es dem freien Unternehmertum und nicht staatlichen Subventionen überlassen bleibt, die Anlaufkosten aufzufangen. In Konkurrenz mit Chipkarten stehen herkömmliche Magnetstreifen-Kreditkarten, die verhältnismäßig billig und langlebig sind, wenn auch der eigentliche Magnetstreifen sehr anfällig gegen Löschen durch magnetische Störfelder von: magnetischen Geldbörsenverschlüssen, Identitätskartenbeuteln, Motoren, Fernsehgeräten und Radios ist. Dennoch werden sie sich, solange keine wichtige neue Verwendung besteht, die unbedingt die Leistungsfähigkeit einer Chipkarte erfordert, wahrscheinlich erst dann durchsetzen können, wenn sie ganz genau so verwendet werden können wie herkömmliche Karten und mit minimalen Mehrkosten belastet sind. Die Halbleiterkosten verringern sich beeindruckend rasch, man erkennt deutlich, daß nicht die Kosten selbst den wichtigsten Faktor darstellen werden; der Schlüssel zur Akzeptanz der Chipkarte scheint daher nun davon abzuhängen, ob sie mit den gleichen Abmessungen ausgeführt werden kann, wie die herkömmliche Karte und ob diese Abmessungen darin eingebetteten brechbaren Halbleiterplättchen ausreichenden Schutz gewähren.

Internationale Normen

Die "International Organization for Standardization" (ISO) ist ein weltweiter Verband nationaler Normierungsorgane. Diese haben Normen für herkömmliche Magnetstreifenkarten verkündet, die sich auf die Verwerfung, die Prägbarkeit und die Abmessungen beziehen, um nur einige zu nennen. Die Nennmaße für die Breite, Höhe bzw. Dicke betragen (85, 53, 0,76 mm), was sich auf (3,370, 2,125, 0,030 Zoll) umrechnet. Die Dickenabmessung von 0,076 cm (30 Mils) war für Chipkarten besonders schwer zu erreichen. Chipkarten unterliegen zusätzlichen Anforderungen hinsichtlich der dynamischen Biegespannung um zwei Achsen, dynamischer Torsionsspannung, statischer Elektrizität, Vibration, elektromagnetischen Feldern und anderen. Diese Anforderungen waren äußerst schwer zu erfüllen, da verschiedene Werkstoffe und Prozesse miteinander unvereinber sind. Weiter noch kompliziert sich das Problem bei Berücksichtigung der Herstellungskosten und der Ausfallrate. Eine als Personendatenkarte bezeichnete Chipkarte, die gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, entspricht nicht nur den ISO-Normen, sondern leistet dies auch zu Kosten, die erstmals Chipkarten als ernstliche Kandidaten für die Verdrängung herkömmlicher Magnetstreifenkarten erscheinen lassen - zumindest als Premium("Gold-" oder "Platin-") Karte.
Die vorliegende Erfindung verbessert das in unserem früheren US-Patent 4 921 160 entwickelte Konzept, bei dem ein Halbleiterplättchen von einem stoßdämpfenden Ring umgeben ist. Der Ring enthält ein Elastomer (z.B. Silikongummi), das das Plättchen von durch Biegen des Kartenkörpers erzeugter Spannung entkoppelt. Dieses Konzept wird in der vorliegenden Erfindung erweitert, indem der gesamte Kartenkörper biegsamer gemacht wird, so daß er als großer Elastomerring fungiert. Während der Kartenkörper unseres 160er Patents aus herkömmlichem Glas-Epoxyplattenmaterial bestand, setzt die vorliegende Erfindung wärmestabilisierten Polyester ein.

Allgemeiner Aufbau

Figur 1 zeigt eine aufgelöste perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Personendatenkarte. Karte 10 ist eine kontaktlose Chipkarte, die brechbare Halbleiterplättchen 200 in einem Schichtenaufbau beherbergt, der sie gegen biegungsbedingte Spannung und gegen Einwirkung äußerer Schadstoffe schützt. Halbleiterplättchen 200 sorgen für die Leistungsfähigkeit eines Computers in einer kleinen tragbaren Vorrichtung. Strom für die Plättchen wird induktiv in die Spule 500 auf die in dem B. J. Bossi et al. am 31. Januar 1989 erteilten US- Patent 4 802 080 beschriebene Weise eingekoppelt. Die Datenübertragung in zwei Richtungen erreicht man durch Verwendung von vier Kondensatoren 145 - wobei ein Paar zum Senden von Daten und das andere Paar zum Empfang von Daten eingesetzt wird.
Baueinheit 8, in Figur 1 dargestellt, umfaßt Leiterplatte 140 und Konstruktionsteil 130, die aus demselben Materialtyp bestehen, so daß sie bei Einwirken von Temperaturveränderungen sich im gleichen Maße zusammenziehen oder ausdehnen und so ein Verwerfen vermeiden. Daher bleibt die Karte bei allen Temperaturen im wesentlichen flach, wie es die ISO-Normen erfordern. Vorteilhafterweise besteht Konstruktionsteil 130 aus wärmestabilisiertem Polyestermaterial, das noch besprochen wird. Öffnungen 136, 137 werden durch Stanzen von Durchgangslöchern in Konstruktionsteil 130 erzeugt. Metallisierte Gebiete 143-145 werden auf Leiterplatte 140 durch Ätzen erzeugt. Diese zwei Teile werden dann in einem ersten Laminierungsverfahren miteinander verbunden, bei dem man 13 Minuten lang bei 105ºC bei 980 000 Pa (140 PSI) erhitzt. Nach dem Abkühlen wird die Leiterplatte 140 durch Öffnungen 136, 137 im Konstruktionsteil 130 mit Bauelementen 200, 250, 500 bestückt. Baueinheit 8 steht nun bereit zur Aufnahme von Vergußmittelmaterialien, die die Leistung und die Langlebigkeit der Personendatenkarte 10 verbessern.
Eine Aufschlämmung aus Ferritteilchen und biegsamem Epoxyharz wird nun in Öffnung 137 gegossen und umgibt Drahtspule 500. Nach Aushärtung der Aufschlämmung bleibt sie biegsam und arbeitet so, daß sie die Übertragung elektrischer Energie auf Spule 500 verbessert. Verwiesen sei auf US-Patent 4 692 604, in dem die Vorteile eines biegsamen Magnetkernstücks besprochen werden, das zur Funktion der Spule 500 als sekundärer Teil eines Leistungstransformators beiträgt. Da sich Spule 500 biegt, ohne Schaden zu erleiden, bringt es keinen Vorteil, sie mit einem starren Vergußmittel zu umgeben, um sie daren zu hindern, sich zu biegen. Andererseits wird ein Epoxyvergußmittel in Öffnung 136 gegossen, das nach dem Aushärten äußerst starr wird und so das Zerspringen zerbrechlicher Bauelemente 200, 250 bei Biegen der Karte verhindert. Es kommt sogar zu einem Zusammenwirken der Starrheit des Epoxyvergußmittels mit der Biegsamkeit des Konstruktionsteils 130 unter Erzielung dieser Schutzfunktion. Hauptnutznießer dieses Zusammenwirkens ist das brechbare Halbleiterplättchen 200. Weiter wirken zum Schutz der vergossenen Bauelemente Abdeckungen 120 zusammen, die aus mit teilweise gehärtetem Epoxyharz (im B-Zustand) getränkten Gewebestreifen bestehen. Die Abdeckungen 120 werden als "Prepreg" bezeichnet, das von einer Reihe von Lieferfirmen einschließlich der Firma General Electric Company zu beziehen ist. Baueinheit 9 ist nun fertig zum Aushärten, wobei 45 Minuten lang bei 350 000 Pa (50 PSI) auf 165ºC erwärmt wird. Baueinheit 9 wird oft als "intelligenter Kern" bezeichnet, der zum Versand an jeden einer Reihe von Kartenunternehmen geeignet ist.
Schließlich werden Etikettfolien 110, 150 aus einem thermoplastischen Werkstoff hergestellt und auf den oberen und unteren Oberflächen der Karte 10 angebracht, um die elektronischen Schaltungsanordnungen und die metallischen Pfade auf Leiterplatte 140 gegen statische Entladung und äußere Schadstoffe zu schützen. Wichtig ist dabei, daß die Etiketten angepaßte Wärmeausdehnungseigenschaften aufweisen. Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen Etikettfolien 110, 150 jeweils aus PVC und weisen eine Dicke von 0,00254 cm (0,001 Zoll (1 Mils)) auf. Die Etiketten sind jeweils unter der Oberfläche bedruckt und auf einer Seite mit einem wärmeaktivierten Klebstoff beschichtet. Die zusammengefügte Karte 10 wird dann eine Zeitlang (10 Minuten) erhöhter Temperatur (150ºC) und erhöhtem Druck 700 000 Pa (100 PSI) ausgesetzt, um den Klebstoff zu aktivieren.
Typischerweise fügt das Kartenunternehmen in einer gesicherten Anlage noch das Decketikett und die Prägung hinzu, um Sicherheit gegen Diebstahl und Fälschung zu gewährleisten. Die vollständig zusammengefügte Karte 10 steht nun nach entsprechender Programmierung und Prüfung von Halbleiterplättchen 200, die beispielsweise einen Mikroprozessor und einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) umfassen, zum Gebrauch bereit. Sicherheitsdaten wie etwa Paßwörter zum Zugriff auf bestimmte Dateien, können gleichfalls zu diesem Zeitpunkt in den Speicher der Karte eingegeben werden.
Bei Figur 2 handelt es sich um eine aufgelöste Querschnittsansicht einer bevorzugten Ausführungsform einer Personendatenkarte mit den verschiedenen Schichten, die bei der Schaffung einer langlebigen, ISO-Normen auf kostengünstige Weise genügenden Karte zusammenwirken. Auch veranschaulicht Figur 2 die ungefähren relativen Abmessungen der verschiedenen Schichten. Da die bevorzugte Ausführungsform eine kontaktlose Karte umfaßt, weisen die obere und untere Schicht 110, 150 keine Öffnungen auf, so daß Schaltungsanordnungen innerhalb der Karte weitgehend geschützt sind. Ein verstärkter Schutz läßt sich durch Verdoppelung der Dicke der Schichten 110, 150 auf je 0,0051 cm (2 Mils) erzielen. Um aber weiterhin den ISO-Normen zu genügen, müßte die Dicke einer der anderen Schichten verringert werden. Wärmeaktivierte Klebstoffe 111, 151 werden auf thermoplastische Folien 110, 150 aufgebracht, bevor sie auf "Kreditkarten"-Maß zurechtgeschnitten werden. Tatsächlich ist aus praktischen Gründen anfangs eine große Zahl von Personendatenkarten miteinender zu einem einzigen geschichteten Aufbau verbunden, bevor einzelne ausgestanzt werden. Zu bemerken ist, daß Klebstoffschicht 111 eine Dicke von 0,0051 cm (2 Mils) aufweist, während Klebstoffschicht 151 nur 0,0025 cm (1 Mils) dick ist. Die Dicke der Klebstoffschicht 111 soll etwa auf der Oberseite 131 des Konstruktionsteils 130 durch die Abdeckungen 120 erzeugte Höcker "glätten". Diese Abdeckungen dienen dem Schutz der vergossenen Bauelemente innerhalb der Öffnungen 136, 137 des Konstruktionsteils 130.
Im dargestellten Zustand sind Vergußmittel 300, 400 aus den Durchgangslöchern 136, 137 entfernt, während sie in Wirklichkeit Bauelemente 200 bzw. 500 umgeben. Um die Herstellung und den Zusammenbau zu erleichtern, beinhaltet Konstruktionsteil 130 eine Schicht aus wärmeaktiviertem Klebstoff 133 auf dessen Oberseite 131 und Unterseite 132. Derartige Klebstoffe sind bei Zimmertemperatur trocken, was den Umgang mit ihnen erleichtert. Klebrig werden sie erst bei ausreichender Wärmezufuhr. Während des ersten Stadiums der Laminierung bewirkt Klebstoff 133 auf der Unterseite 132 des Konstruktionsteils 130 eine Verklebung des Konstruktionsteils mit der Oberseite 141 von Leiterplatte 140. Danach werden Halbleiterplättchen 200 mit metallisierten Bereichen 143 auf Leiterplatte 140 über Drähte 220 kontaktiert. Gezeigt hat sich, daß eine derartige Bauweise sehr zuverlässige elektrische Verbindungen ergibt. Die Plättchen 200 werden maschinell auf Leiterplatte 140 gesetzt und dort anfangs von einem Klebstoff festgehalten.
Figur 3 stellt eine perspektivische Ansicht der zusammengefügten Personendatenkarte 10 dar, die beispielhafte Werte der Dicke jeder Schicht zeigt. Wenigstens ein Halbleiterplättchen 200, typischerweise ein Speicherchip oder die Kombination aus einem Speicher- und Mikroprozessorchip, ist mit seiner Unterseite am metallisiertem Gebiet 142 befestigt. Das Plättchen weist mehrere leitfähige Anschlußflächen 210 auf, meist oben, die jeweils selektiv über einen separaten Draht aus einer Gruppe von Drähten 220 kleinen Durchmessers mit einer separaten der metallisierten Anschlußflächen 143 auf der Oberseite von Leiterplatte 140 gekoppelt sind. Bei jedem Draht ist typischerweise eine kleine Schlaufe (nicht dargestellt) an seinem Ende mit der Kontaktfläche 210 auf dem Plättchen 200 verbunden, um dem Draht eine gewisse Zugentlastung zu gewähren. Die Schlaufe ist so bemessen, daß sie unterhalb der Oberseite des Konstruktionsteils 130 liegt. Zu bemerken ist dazu, daß Drähte 220 nicht den einzigen Mechanismus darstellen, mittels dessen das Plättchen 200 elektrisch mit Leiterplatte 140 verbunden werden kann. Andere wohlbekannte Techniken wie das Fahnenbondieren und die Flip-Chip-Bondtechnik können gleichfalls zur Herstellung elektrischer Verbindungen eingesetzt werden.

Werkstoffe

Von besonderer Bedeutung sind die spezifischen Werkstoffe, die bei der Ausführung der Personendatenkarte, insbesondere des Konstruktionsteils 130, eingesetzt werden, bei dem es sich um eine Polyesterfolie mit einer Nennstärke von 0,0356 cm (14 Mils) handelt. Mit der Verwendung von Polyester sind bestimmte Vorteile verbunden, infolge deren dieser für eine Personendatenkarte eine ausgezeichnete Wahl darstellt. Er ist ein biegsamer, dielektrischer Werkstoff, der billiger ist als Kapton oder Polyimid und sich besser prägen läßt. Außerdem erweicht er im Gegensatz zu PVC während des Hochtemperaturlaminierungsprozesses nicht allzusehr. Aus diesem Grund empfiehlt sich ein Verlöten zzlit einer PVC- Leiterplatte nicht. Polyesterfolien werden bei verhältnismäßig hohen Temperaturen extrudiert und unterliegen Veränderungen ihrer Abmessungen als Funktion der Temperatur. Die Polyesterfolie tritt aus einer Extrudiermaschine in einer Richtung aus, die als deren Maschinenrichtung (MR) bezeichnet wird. Die andere Richtung dieser im allgemeinen planaren Folie wird als deren Querrichtung (QR) bezeichnet. Dabei ist der Tatsache Beachtung zu schenken, daß die so gebildete, unbehandelte Polyesterfolie bei Wärmebeaufschlagung dazu neigt, in der Maschinenrichtung stärker zu schrumpfen als in der Querrichtung. Zur Verringerung der relativen Wärmeexpansionsrate in diesen beiden Richtungen wird ein als Wärmestabilisierung bekanntes Verfahren eingesetzt. Bei einem typischen Wärmestabilisierungsverfahren für Polyester von 14 Mils wird die Temperatur der Polyesterfolie eine vorgegebene Zeitspanne lang auf 150ºC erhöht. Durch dieses Verfahren werden Änderungen der Abmessungen im Polyestermaterial in allen Richtungen stark verringert. Ein annehmbarer Wert für die Schrumpfung des bei der vorliegenden Erfindung eingesetzten Konstruktionsteils ist: MR- und QR-Schrumpfung von weniger als 0,2% unbehindert 30 Minuten lang bei 150ºC. Damit keine Verwerfung auftritt, bestehen sowohl das Konstruktionsteil als auch die Leiterplatte aus ähnlichen Werkstoffen, nämlich Polyester.
Polyestermaterial ist in verschiedenen Dicken von einer Reihe von Lieferfirmen zu beziehen. Außerdem wird es unter verschiedenen Markennamen einschließlich MYLAR , PHANEX , MELINEX vertrieben, je nach der betreffenden Lieferfirma. Für das Konstruktionsteil 130 (Armierungselement) eingesetztes Polyestermaterial weist eine Dicke von 0,0356 cm (0,014 Zoll (14 Mils)) auf, die bei Beschichtung mit 2 Mils an wärmeaktiviertem Klebstoff auf jeder Seite größer ist als die Höhe des Halbleiterplättchens. So ragt das Plättchen nicht über das Durchgangsloch im Konstruktionsteil hervor, wenn die Leiterplatte und das Konstruktionsteil miteinander verbunden werden.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff "Polyester" auf jedes beliebige aus einer Reihe von thermoplastischen Polyestermaterialien, zu denen in erster Linie, aber nicht ausschließlich, die Polyethylenterephthalat- (PET-) und die Polybutylenterephthalat- (PBT-) Familien zählen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden PET-Materialien eingesetzt.
Nach erfolgter Wärmestabilisierung des Konstruktionsteils 130 aus Polyester wird es auf seiner Oberseite 131 und Unterseite 132 mit einem wärmeaktivierten Klebstoff 133 beschichtet (siehe Figur 2). Als Klebstoff für Verwendung auf Polyesterfolie eignet sich A412, das von der Firma sheldahl, Inc. erhältlich ist. Vorteilhafterweise ist dieser Klebstoff flammwidrig und kann mit einer Heißquetschwalze bei etwa 177ºC (350ºF) bei 560 000 bis 700 000 Pa(80-100 pli) thermisch geschweißt oder bei 135ºC bis 149ºC (275&sup0;-300ºF) bei 700 000 bis 1 400 000 Pa (100-200 psi) 10 Minuten lang mittels Heizplatte gepreßt und unter Druck auf 38ºC (100ºF) abgekühlt werden.
Leiterplatte 140 ist ein Verbund aus einem Kupferfolienleiter, der mit der Oberseite 141 (siehe Figur 2) eines Polyesterfolien-Dielektrikums verklebt ist. Derartige Laminate werden häufig für biegsame Verdrahtung und Verschaltungen eingesetzt und erlauben die Anwendung üblicher Ätzverfahren. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird eine Dicke des Polyestermaterials von 0,0127 cm (0,005 Zoll (5 Mils)) verwendet, obwohl auch die Verwendung dünnerer Materialien 0,0076 cm 3 Nils) zu annehmbaren Ergebnissen führen kann. Zu den handelsüblichen Materialien zählen die biegsamen elektrischen Laminate auf Polyesterbasis L-5500 von Sheldahl, Inc.

Claims

1. Geschichtet aufgebaute Personendatenkarte (10), gekennzeichnet durch

eine in erster Linie aus wärmestabilisiertem Polyestermaterial bestehende Leiterplatte (140), auf deren Oberseite ein Halbleiterplättchen (200) befestigt ist;

ein in erster Linie aus wärmestabilisiertem Polyestermaterial bestehendes Konstruktionsteil (130) mit einer Öffnung (136), die das Halbleiterplättchen (200) aufnimmt und sich von der Oberseite des Konstruktionsteils bis zu dessen Unterseite erstreckt, wobei die Unterseite des Konstruktionsteils (130) an der Oberseite der Leiterplatte (140) angebracht ist;

eine Masse eines in die Öffnung (136) in der Oberseite des Konstruktionsteils (130) eingelassenen Vergußmittels (300), das das Plättchen (200) darin versiegelt und starrer ist als das Konstruktionsteil (130); sowie

erste und zweite Polyvinylchloridfolien (110, 150), die an der Ober- bzw. Unterseite der Personendatenkarte (10) angebracht sind.

2. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, wobei das Polyestermaterial Polyethylenterephthalat beinhaltet.

3. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, die weiterhin eine ein epoxygetränktes Gewebe beinhaltende Deckfolie (120) aufweist, die einen Teil der Oberseite (131) des Konstruktionsteils (130) im Bereich der Öffnung (136) abdeckt.

4. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, wobei das Konstruktionsteil (130) auf seiner Ober- bzw. Unterseite (131, 132) wärmeaktivierten Klebstoff (133) enthält.

5. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, bei der das Vergußmittel (300) aus Epoxymaterial besteht.

6. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Polyvinylchloridfolien (110, 150) die gleiche Dicke aufweisen.

7. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, bei der die Polyvinylchloridfolien (110, 150) jeweils auf einer ihrer Oberflächen wärmeaktivierten Klebstoff (111, 151) enthalten.

8. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, bei der das Poylesterkonstruktionsteil (130) eine Dicke von ca. 0,36 mm (0,014 Zoll) aufweist.

9. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 8, bei der ca. 0,05 mm (0,002 Zoll) an wärmeaktiviertem Klebstoff (133) auf jede Seite des Polyesterkonstruktionsteils (130) aufgetragen werden.

10. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, wobei die Leiterplatte (140) eine Dicke von ca. 0,127 mm (0,005 Zoll) oder weniger aufweist.

11. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 1, bei der die Polyvinylchloridfolien (110, 150) jeweils eine Dicke von ca. 0,025 mm (0,001 Zoll) aufweisen.

12. Personendatenkarte (10) nach Anspruch 3, wobei das Gewebe (120) eine Dicke von ca. 0,038 mm (0,0015 Zoll) aufweist.

13. Verfahren zum Zusammenfügen einer Personendatenkarte (10), das die folgenden Schritte umfaßt:

auf einer weitgehend ebenen, wärmestabilisierten, mit einer dünnen metallischen Schicht beschichteten Polyesterfolie werden Leiterzüge (144) geätzt, wodurch eine Leiterplatte (140) gebildet wird;

mindestens ein Halbleiterplättchen (200) wird auf der Leiterplatte (140) befestigt;

die Leiterplatte (140) wird mit einem weitgehend ebenen Armierungselement (130) verbunden, das in erster Linie aus einer wärmestabilisierten Polyesterfolie besteht, deren Dicke größer ist als die Höhe des Halbleiters über der Leiterplatte, wobei das Armierungselement ein Durchgangsloch zur Aufnahme des Halbleiters (200) besitzt und an seiner Ober- bzw. Unterseite Klebstoff (133) aufweist;

ein Epoxyvergußmittel (300) wird in das Durchgangsloch (136) eingespritzt, um das Halbleiterplättchen (200) zusätzlich zu versteifen;

eine Folie aus Polyvinylchloridmaterial (110, 150) wird mit der Ober- bzw. Unterseite des Aufbaus aus Leiterplatte/Armierungselement (140/130) verbunden, wobei die Polyvinylchloridfolien auf einer Seite mit Klebstoff (111, 151) versehen sind; und

die zusammengefügte Personendatenkarte wird solange hitze- und druckbeaufschlagt, bis die verschiedenen Materialien zu einem einheitlichen Aufbau (10) verklebt sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem als weiterer Schritt das Durchgangsloch (136) im Armierungselement (130) nach dem Einspritzen des Epoxyvergußmittels in dasselbe mit einem mit teilweise gehärtetem Epoxyharz (im B-Zustand) getränkten Gewebe (120) abgedeckt wird.