DE19633923A1 - Chipkarte mit einer Induktionsspule und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Kartengrundkör­ per und mit mindestens einem Halbleiterbauelement, einer Induk­ tionsspule zum Daten- und Energieaustausch und mindestens einem weiteren passiven Bauelement. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Chipkarte.

Neben Chipkarten mit einem Kontaktfeld aus sechs bis acht elek­ trischen Kontaktflächen, über die ein Anschluß zur Daten- und Energieübertragung mittels einem Kartenleser hergestellt wird, sind auch sogenannte kontaktlose Chipkarten bekannt. Dabei ist in der Chipkarte eine Induktionsspule vorgesehen, mit welcher die Übertragung kontaktlos durchgeführt wird. Die Induktions­ spule ist Teil eines Schwingkreises, in welchem als weitere passive Bauelemente ein Kondensator und ein ohmscher Widerstand liegen. Als Kondensator werden für die genaue Frequenzabstim­ mung des Schwingkreises oberflächenmontierte Kondensatoren ein­ gesetzt. Sie weisen vielfach eine solche Bauhöhe auf, die dazu führt, daß diese kontaktlosen Chipkarten relativ dick ausgebil­ det sind. Es ist daher nicht möglich, die in einer entsprechen­ den ISO-Norm vorgegebenen Außenabmessungen der Chipkarte ein zu­ halten, welche die Kartenhöhe auf maximal 0,84 mm festlegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Chipkar­ te der eingangs genannten Art zu schaffen, die besonders flach ist und die mit einem einfachen Verfahren hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß alle passiven Bauelemente des Schwingkreises, d. h. Induktionsspule sowie mindestens ein Kondensator und ein Widerstand, gemeinsam in einem Einzelprozeß in Form zweidimensionaler Leiterbahnstrukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkörper hergestellt werden. Das hat den Vorteil, daß keine Montage von diskreten passiven Bauelementen mehr durchgeführt werden muß, was darüber hinaus die Lagerhaltung überflüssig macht, den Fertigungsablauf beschleunigt und die Zuverlässigkeit erhöht.

Die passiven Bauelemente sind somit alle als geometrische Strukturen nebeneinander in einer Ebene ausgebildet. Sie tragen praktisch nicht in der Höhe auf, so daß die Chipkarte insgesamt kaum dicker ist als der Kartengrundkörper. Die entsprechende ISO-Norm kann daher leicht eingehalten werden.

Die Herstellung dieser Leiterbahnstrukturen erfolgt bevorzugt durch Aufdrucken eines elektrisch leitenden Materials oder eine Einlagen-Atz-Technik an einer Metallschicht. Somit können die Strukturen einerseits schnell und andererseits mit der erfor­ derlichen Präzision in einer einzigen Schicht oder Ebene er­ zeugt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der ohmsche Widerstand in Form eines Leiterbahnabschnitts mit reduzierter Querschnittsfläche, bevorzugt einer Ein­ schnürung der Breite, vorhanden ist. Auf diese Weise kann der Widerstandswert auf besonders einfache Weise durch die Geome­ trie der Leiterbahn festgelegt werden.

Die Induktionsspule ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch eine spiralförmig verlaufende Leiterbahn gebildet. Diese Leiterbahn kann mit einem ausreichend großen Innendurchmesser entlang den Kartenrändern eingeordnet werden. Der Anfang und das Ende der Spirale sind mit Kontaktierungsflä­ chen versehen, um eine einfach herzustellende Verbindung mit dem Halbleiterbaustein zu ermöglichen.

Es ist besonders vorteilhaft, daß der Kondensator durch zwei beabstandet und elektrisch isoliert gegenüberliegende Leiter­ bahnen gebildet ist. Sie können als ein oder zwei Blindwindun­ gen der Induktionsspule ausgebildet sein. Die Kondensatorfläche kann dadurch vergrößert werden, daß die gegenüberliegenden Lei­ terbahnen zusätzlich Finger oder Zähne aufweisen, die miteinan­ der kämmen bzw. ineinandergreifen.

Der Halbleiterbaustein ist bevorzugt auf einem Chipträger, der auch als Modul bezeichnet wird, angeordnet, welcher elektrische Anschlüsse zur Kontaktierung der passiven Bauelemente aufweist. Diese Anschlüsse werden zweckmäßigerweise als Stege ausgebil­ det, die bis zu den Kontaktierungsflächen der passiven Bauele­ mente führen. Eine besonders einfache Montage wird dadurch er­ möglicht, daß die Stege als Brücken zur elektrisch isolierten Überbrückung von Leiterbahnabschnitten ausgebildet sind. Das hat ferner den Vorteil, daß die Geometrie und der Verlauf der Leiterbahnen für die passiven Bauelemente weitgehend ohne Rück­ sicht auf die Kontaktierungspunkte erfolgen kann.

Es ist zweckmäßig, daß die Brücken auf der Seite, welche den zu überbrückenden Leiterbahnabschnitten zugewandt ist, eine elek­ trisch isolierende Schicht aufweisen und auf der gegenüberlie­ genden Seite elektrisch leitend ausgebildet sind, und daß die zugehörigen Kontaktierungsbereiche als Durchkontaktierung aus­ gebildet sind. Es können somit gängige Materialien und Techni­ ken für die Herstellung und Montage eingesetzt werden.

Besonders einfach ist es, daß die Brücken als Glas-Epoxi-Träger mit einseitiger Kupferstruktur ausgebildet sind. Nach einer be­ vorzugten Alternative sind die Brücken als Stege eines metalli­ schen Anschlußrahmens mit einseitiger Lackisolierung ausgebil­ det. Der Anschlußrahmen kann dabei auch weitere Stege und Fin­ ger aufweisen, mit welchen weitere Anschlüsse des Chips verbun­ den sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die sche­ matische Darstellung in der einzigen Figur zeigt
eine ausschnittweise Draufsicht auf einen Kartengrund­ körper einer Chipkarte im Bereich eines montierten Moduls.

In der Darstellung der Figur entspricht die Zeichenebene einer Oberfläche eines Kartengrundkörpers (Inlett), welches mit einer weiteren Lage zu einer betriebsbereiten Chipkarte verklebt wird. Der dargestellte Bereich umfaßt ein Modul 1, welches ei­ nen Halbleiterchip (nicht dargestellt) trägt. Das Modul kann als metallischer Anschlußrahmen-Träger (Leadframe-Träger) oder als Glas-Epoxi-Träger ausgebildet sein. Es ist in eine Ausneh­ mung 40 der Chipkarte oberflächenbündig eingesetzt und ange­ klebt.

Auf der Oberfläche des Kartengrundkörpers sind passive Bauele­ mente durch zweidimensionale geometrische Strukturen eines me­ tallisch leitenden Materials, beispielsweise Aluminium, aufge­ druckt oder durch eine Einlagen-Ätz-Technik aufgebracht. Es handelt sich bei den passiven Bauelementen um zwei Kondensato­ ren 2, 2′ und einen Widerstand 3 in der unmittelbaren Umgebung des Moduls 1 sowie eine Induktionsspule 4, die lediglich im Nachbarbereich des Moduls 1 dargestellt ist. Die Spule 4 ver­ läuft im übrigen entlang des Außenumfangs des Kartengrundkör­ pers. Die Induktionsspule 4 dient zum kontaktlosen Übertragen von Daten und Energie von einem externen Laser (nicht darge­ stellt) zum Halbleiterchip auf dem Modul 1. Die Kondensatoren 2, 2′, Widerstand 3 und Induktionsspule 4 bilden einen am Halb­ leitermodul 1 angeschlossenen Schwingkreis.

Der eine Kondensator 2 wird durch zwei parallel verlaufende, beabstandete Leiterbahnabschnitte 20, 21 gebildet, die jeweils eine Vielzahl von senkrecht hierzu verlaufenden, voneinander beabstandeten Fingern aufweisen. Die Finger 14 bilden mit den Leiterbahnabschnitten 20, 21 zwei kammartige Strukturen, wobei die Finger 14 der einen Struktur in die Zwischenräume der ande­ ren Struktur eingreifen. Die Kapazität wird in der Art eines mehrschichtigen Plattenkondensators durch die sich gegenüber­ liegenden Finger 14 gebildet.

Der Widerstand 3 wird dadurch gebildet, daß ein Leiterbahnab­ schnitt über eine vorgegebene Länge mit einer Querschnittsver­ ringerung bzw. einer Einschnürung 30 versehen ist. Der Wider­ stand 3 wird durch den Leiterbahnquerschnitt definiert.

Die Spule 4 besteht aus einem spiralförmig mehrmals umlaufenden Leiterbahnabschnitt, wobei in der Figur die beiden Endabschnit­ te mit flächigen Kontaktierungsbereichen 10, 11 in der Nachbar­ schaft des Moduls 1 liegen. In der Figur sind ferner Ausschnit­ te 41 der Spulenleiterbahn dargestellt.

Der andere Kondensator 2′ dieses Schaltungsbeispiels wird durch zwei Blindwindungen 42 der Spule 4 gebildet. Die Blindwindungen 42 stellen Verlängerungen der Spulenenden an den Kontaktie­ rungsbereichen 10, 11 dar. Sie verlaufen parallel und in vorge­ gebenem Abstand zu einander über eine vorgegebene Länge entlang den Leiterbahnabschnitten der Spule 4.

Der Kondensator 2 und der Widerstand 3 sind mit einem Endab­ schnitt der Spule 4 benachbart zum Spulenkontaktierungsbereich 10 durch T-förmige Verzweigungen 22 bzw. 31 der betreffenden Leiterbahnabschnitte verbunden. Der andere Anschluß des Konden­ sators 2 wird durch einen flächigen Kontaktierungsbereich 12 gebildet. In gleicher Weise weist der andere Anschluß des Wi­ derstands 3 einen flächigen Kontaktierungsbereich 13 auf.

Alle Kontaktierungsbereiche 10 bis 13 der passiven Bauelemente 1, 2, 3 sind in gleicher Weise wie die Leiterbahnabschnitte als zweidimensionale Strukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkör­ per gemeinsam mit den Leiterbahnabschnitten hergestellt. Sie sind mit dem Modul 1 über Anschlußstege 5, 6, 7 elektrisch lei­ tend verbunden. Die Anschlußstege 5, 6, 7 sind einstückig mit dem Trägermaterial des Moduls 1 ausgeformt. Sie haben demnach entsprechend dem Trägermaterial des Moduls 1 einen elektrisch isolierenden metallischen Anschlußrahmen-Träger oder einen Glas-Epoxi-Träger. Ferner weisen sie eine elektrisch leitende Schicht auf, die auf der den Leiterbahnabschnitten abgewandten Seite des elektrisch isolierenden Trägers verläuft. Die elek­ trisch leitenden Schichten der Anschlußstege 5 bis 7 sind über die kartengrundkörperseitigen Kontaktierungsbereiche 10 bis 13 mit Durchkontaktierungen versehen, so daß bei der Montage des Moduls 1 auf einfache Weise durch Löten oder mit elektrisch leitendem Kleber eine elektrisch leitende Verbindung herge­ stellt werden kann.

Die Anschlußstege 5 und 7 sind als Brücken 8, 9 zur elektrisch isolierenden Überbrückung von Leiterbahnabschnitten des Konden­ sators 2 bzw. der Spule 4 ausgebildet. Über den Steg 5 sind so­ wohl der Kontaktierungsbereich 12 des Kondensators 2 als auch der Kontaktierungsbereich 11 der Spule 4 mit dem Modul 1 ver­ bunden, wobei durch die elektrisch leitende Schicht des Steges 5 die betreffenden Anschlüsse des Kondensators 2 und der Spule 4 auf einen gemeinsamen Anschlußpunkt gelegt werden.

Alternativ zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Anschlußsteg oder eine Brücke mit mehreren elektrisch voneinan­ der isolierten Metallagen versehen sein, so daß mit einem Steg oder einer Brücke auch chipkartenseitige Kontaktierungsbereiche an das Modul 1 angeschlossen werden können, die nicht zu einem gemeinsamen Anschlußpunkt zusammengeführt werden sollen. Bei­ spielsweise bilden hierbei die beiden Anschlußstege 5 und 6 ei­ ne gemeinsame elektrisch isolierende Trägerschicht, auf welcher beabstandet voneinander jeweils eine elektrisch leitende Schicht einerseits zum Kontaktierungsbereich 10 und anderer­ seits zu den Kontaktierungsbereichen 12 und 11 führt.

Claims (15)

1. Chipkarte mit einem Kartengrundkörper und mit mindestens einem Halbleiter-Bauelement, einer Induktionsspule zum Daten- und Energieaustausch und mindestens einem weiteren passiven Bauelement (2, 2′, 3), dadurch gekennzeichnet, daß alle passiven Bauelemente (2, 2′, 3, 4) aus zweidimensiona­ len Leiterbahnstrukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkörper gebildet sind.

2. Chipkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein ohmscher Widerstand (3) durch einen Leiterbahnabschnitt mit reduzierter Querschnittsfläche gebildet ist.

3. Chipkarte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierte Querschnittsfläche durch eine Einschnürung (30) der Breite des Leiterbahnabschnittes gebildet ist.

4. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) durch eine spiralförmig verlaufende Leiter­ bahn gebildet ist.

5. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator (2) durch zwei elektrisch gegeneinander isolierte, sich in vorgegebenem Abstand gegenüberliegende Lei­ terbahnabschnitte (20, 21) gebildet ist.

6. Chipkarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Leiterbahnabschnitt (20, 21) des Kondensators (2) Finger (14) oder Zähne aufweisen, die mit­ einander kämmen.

7. Chipkarte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Leiterbahnabschnitte des Kon­ densators (2′) durch Blindwindungen (42) der Spule (4) gebildet sind.

8. Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterbaustein auf ein Modul (1) mit Anschlußstegen (5, 6, 7) gesetzt ist, die mit Kontaktierungsbereichen (10, 11, 12, 13) für die passiven Bauelemente (2, 3, 4) versehen sind.

9. Chipkarte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Anschlußstege (5, 7) als Brücken (8, 9) zur elektrisch iso­ lierten Überbrückung von Leiterbahnabschnitten ausgebildet sind.

10. Chipkarte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (8, 9) auf der den zu überbrückenden Leiter­ bahnabschnitten zugewandten Seite eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen und auf der gegenüberliegenden Seite elek­ trisch leitend ausgebildet sind, und daß die zugehörigen Kon­ taktierungsbereiche (10, 11, 12, 13) als Durchkontaktierung ausgebildet sind.

11. Chipkarte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücken (8, 9) als Glas-Epoxi-Träger mit einseitiger Kupferstruktur ausgebildet sind.

12. Chipkarte nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß die Brücken (8, 9) als Stege eines metallischen Anschluß­ rahmens mit einseitiger Lackisolierung ausgebildet sind.

13. Verfahren zur Herstellung einer kontaktlosen, einen Karten­ grundkörper aufweisenden Chipkarte, die einen Halbleiter-Baustein, eine im wesentlichen aus einer spiralförmig verlau­ fenden Leiterbahn bestehenden Induktionsspule und mindestens ein weiteres passives Bauelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß alle passiven Bauelemente gemeinsam in einem Arbeitsgang in Form zweidimensionaler Leiterbahnstrukturen unmittelbar auf dem Kartengrundkörper erzeugt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionalen Strukturen der passiven Bauelemente aufgedruckt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweidimensionalen Strukturen der passiven Bauelemente in Einlagen-Ätz-Technik hergestellt werden.