DE69839276T2

DE69839276T2 - Verfahren zum herstellen einer chipkarte, geeignet zum kontaktbehafteten oder kontaktlosen betrieb

Info

Publication number: DE69839276T2
Application number: DE69839276T
Authority: DE
Inventors: Stephane Ayala; Gerard Bourneix; Christine Beausoleil; David Martin; Laurent Oddou; Philippe Patrice; Michael Zafrany
Original assignee: Gemplus SA
Current assignee: Gemplus SA
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: ES2306479T3; KR20010030980A; CA2306407A1; US20100133347A9; CN1281568A; HK1034590A1; CN1664856A; US7740180B2; CN100437636C; US20070271467A1; WO1999018541A1; EP1021792B1; EP1021792A1; CN1201265C; FR2769390A1; JP2001519574A; AU9447598A; FR2769390B1; DE69839276D1; US7958622B1

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Chipkarten zur Gewährleistung einer kontaktlosen Betriebsweise. Diese Karten sind mit einer in der Karte integrierten Antenne und mit einem an die Antenne angeschlossenen Mikromodul ausgestattet. Die Informationsaustausche mit der Umgebung erfolgen über die Antenne, also demnach kontaktlos.
Die Erfindung betrifft ebenfalls gemischte Chipkarten zur Gewährleistung eines kontaktlosen Betriebs über die Antenne und eines Betrieb mit Kontakt.
In der nachfolgenden Beschreibung handelt es sich jedoch nur um gemischte Karten.
Diese Karten sind dazu bestimmt, verschiedene Operationen durchzuführen wie z. B. Bank-, Telefon-Identifikationsoperationen von Kontoguthaben oder Aufladungen von Kontoeinheiten. Diese Operationen können entweder durch Einfügen der Karte in ein Lesegerät oder aus Entfernung durch elektromagnetische Kopplung (vom Prinzip her des Typs induktiv) zwischen einer Sende-/Empfangsklemme und einer in dem Aktionsbereich dieser Klemme platzierten Karte erfolgen.
Die dem Oberbegriff des Anspruchs entsprechende Unterlage EP073244 G & D beschreibt ein Wicklungselement für einen Informationsträger mit integrierter Schaltung und kontaktloser Ankopplung, wobei eine Spule eine Drahtwicklung und eine Wicklungsträgerschicht für die mechanische Stabilisierung der Wicklung aufweist, und die Wicklung im Wesentlichen komplett auf der Wicklungs-Trägerschicht, getrennt von dem Informationsträger montiert und an der Wicklungsträgerschicht während des Wicklungsprozesses oder unmittelbar nach diesem Wicklungsprozess befestigt wird. Die Windungen der Antenne sind um Anschlussbereiche geführt, und eine Isolationsbrücke überdeckt einen Teil der Windungen.
Die Unterlage EP0737935 SONY beschreibt eine kontaktlose Chipkarte mit einem Substrat und auf diesem Substrat ein Halbleiter-Bauteil, sowie eine eine Antenne bildende Wicklung. Diese Antenne wird durch Ätzen hergestellt, und eine Klemme ist mit der Antennenwicklung verbunden. An das Halbleiter-Bauteil ist ein Buckel angesetzt, mit nach unten gerichteter aktiver Fläche dieses Bauteils in „Flip-Flop"-Form, anhand einer anisotropisch leitenden Klebschicht. Als Alternative erfolgt diese Verbindung mit Schweißdrähten. Die Windungen der Antenne sind um Anschlussbereiche geführt, und eine Isolationsbrücke überdeckt einen Tei der Windungen. Diese Unterlage schlägt die Einbettung eines Chips vor, während die Erfindung die Einbettung eines Moduls vorschlägt.
Die Unterlage WO9734247 PAVCard beschreibt eine Chipkarte mit einem in einen Kartenkörper, an dessen Hauptflächen gefrästen Hohlraum. Der Hohlraum ermöglicht die Aufnahme eines Halbleiter-Bauteils mit Antennenkontakten für den Anschluss an eine induktive Antenne. Die Antenne besteht aus einer in dem Kartenkörper angeordneten Wicklungsschicht. Die Antennen-Wicklungsschicht verfügt über Kontakte, die mit dem Halbleiter-Bauteil zusammenwirken können. Verdickte Abschnitte der Antenne sind in dem Kartenkörper vorgesehen und werden beim Fräsen frei gesetzt, um einen guten Kontakt zwischen der Antenne und dem Bauteil zu gewährleisten. Vor der Ausbildung des durch die Antenne verlaufenden Hohlraums werden Folien zusammengefügt.
Die Unterlage US5598032 GEMPLUS (G174) beschreibt die Fertigung einer Karte mit einem Kartenkörper, einem elektronischen einen IC-Chip und zwei Kontaktbereiche aufweisenden Modul, sowie einer über zwei Kontaktklemmen mit Kontaktbereichen des Moduls verbundenen Antenne. Die Karte umfasst ferner an dem Chip angeschlossene Kontaktstifte für einen Betrieb mit Kontakt. Bei einem Schritt wird der Kartenkörper mit einem Hohlraum ausgestattet, der die Kontaktklemmen der Antenne freigibt, und bei einem Schritt wird das elektronische Modul in den Hohlraum eingesetzt. Eine untere, die Antenne tragende Folie ist mit einer den Kartenkörper bildenden oberen Folie verbunden, in der ein Hohlraum und Kontaktdurchlässe eingeformt sind. Der Hohlraum erstreckt sich über der Antenne.
Die Unterlage FR2523335 FLONIC beschreibt ein Verfahren zum Erhöhen des elektrischen Kontaktbereiche einer Speicherkarte, wobei die besagte Karte aus einer aus einer während einer Beschichtungsoperation eingebetteten IC-Schaltung und einer Trägerfolie geformt wird, wobei die aus einer auf dem Träger verzinnten Kupferschicht bestehenden Kontaktbereiche mit den Klemmen der Schaltung verbunden und durch die in der Karte vorgesehenen Öffnungen zugänglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass Metallplättchen von gleicher Form wie die Kontaktbereiche ausgestanzt und mit diesen Bereichen vor der besagten Beschichtungsoperation anhand einer gewählten Schweißnaht verschweißt werden, die mit dem Wärmewiderstand der bereits montierten, an die Karte angrenzenden Elemente kompatibel ist. Es wird eine Lötpaste mit niedriger Schmelztemperatur beschrieben.
Die Unterlage US5528222 IBM beschreibt ein dünnes und ein kontaktloses Objekt bildendes Objekt, das anhand eines Halbleiter-Bauteils mit integrierter Logik mit Funkfrequenz funktioniert, mit einem Speicher und Verarbeitungsschaltungen der Funkfrequenzen. Das Bauteil ist über auf einer einzigen Verkabelungsebene platzierte Zwischenschaltungen ohne Kreuzungen mit der Antenne verbunden. Dieses kontaktlose Objekt sowie seine Bestandteile (Substrat, Antenne und geschichtete Abdeckungen) sind flexibel. Diese Unterlage sieht die Einbettung eines Chips anhand einer Wärmedruckverbindung vor, während die Erfindung die Einbettung eines Moduls vorschlägt.
Die Unterlage EP07562244 G & D beschreibt ein isolierendes Substrat, auf dem eine flache leitende Wicklung angeordnet ist. Diese Wicklung besteht aus Abschnitten oder Wicklungsschichten, die durch Isolationsschichten getrennt sind. Um diese Schichten miteinander zu verbinden, weisen die verschiedenen leitenden Abschnitte mindestens eine in jeder Isolationsschicht geformte Öffnung auf. Die Verbindung zwischen den ersten Wicklungsenden und einer integrierten Schaltung bzw. dem die integrierte Schaltung enthaltenden Modul wird nur durch die Wicklungsenden und die Anschlusspunkte bzw. Kontakte des Moduls hergestellt. Die einzelnen Umgänge der Wicklung sind so angeordnet und bemessen, dass sie das Ätzen der Schaltung unbegrenzt in einem Abschnitt unter Einhaltung einer Norm ermöglichen. Diese sieht die Einbettung eines Chips vor, während die Erfindung die Einbettung eines Moduls vorschlägt.
Die Unterlage EP0682321 GIESECKE und DEVRIENT beschreibt eine Speicherkarte mit einem rechteckigen Kartenkörper, einer oder mehreren Schichten, die einen Chip integrieren, und mindestens einer Antennenwicklung für den Austausch von Energie et/oder Daten, sowie einem externen Kartenlesegerät. Der Chip und mindestens zwei Kontaktelemente sind in dem Modul enthalten, das so angeordnet ist, dass die Kontaktelemente elektrisch mit den Spulenklemmen der Antenne verbunden sind. Die Antennenspule besteht aus einer flachen Wicklung, die an einer Isolationsschicht des Kartenkörpers befestigt und aus einer Metallfolie ausgestanzt ist, oder weist die Form eines Metall-Siebdrucks auf. Der Chip wird zunächst an die Antenne angeschlossen und dann in die Karte eingesetzt.
Dabei ist zu bemerken, dass die Karten mit Kontakt in der üblichen Norm ISO 7810 definiert sind.
Normen schreiben Fertigungsanforderungen vor. Die geringe Dicke der Karte (800 μm) ist eine wesentliche Anforderung für die gemischten Karten, da man den Einsatz einer Antenne vorsehen muss.
Probleme bereiten ebenfalls die Positionierung der Antenne, die fast die gesamte Oberfläche der Karte einnimmt, die Positionierung des Moduls der integrieren Schaltung (einschl. Chip und ihre Kontakte) und die Zuverlässigkeit des Anschlusses zwischen dem Modul und der Antenne. Ferner sind Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Beständigkeit und der Kosten zu berücksichtigen.
Bei der Antenne handelt es sich im Allgemeinen um ein leitendes Element, das in dünner Schicht auf eine Trägerfolie aus Plastik aufgetragen wird. An den Enden der Antenne sind Anschlussbereiche vorgesehen, die an die Kontakte des Moduls anzuschließen sind.
Dieses leitende, die Antenne bildende Element wird nachfolgend als Antennendraht bezeichnet. Es handelt sich entweder um einen in einen in eine Trägerfolie inkrustierten Draht oder um gedruckte Bahnen.
Gemäß einer Lösung verwendet man Plastikfolien, die vorher an den von den beiden Enden des Antennendrahts gebildeten Anschlussbereichen durchlöchert, dann auf die die Antenne tragende Folie platziert und schließlich durch Warm- oder Kaltwalzen miteinander verbunden werden. Die Position der Anschlussbereiche wird von der durch die ISO-Norm definierten Position des Moduls begrenzt.
Dann bildet man in dem Kartenkörper, zwischen den Anschlussbereichen und über den in den die Antenne überdeckenden Plastikfolien vorgesehenen Löchern, einen Hohlraum für die Anordnung des Moduls aus und schließt die Kontakte des Moduls an die Anschlussbereiche durch Eintragen eines leitenden Klebstoffs in die Löcher an. Die Windungen verlaufen zwischen den Anschlussbereichen, so dass sie mit diesen Anschlussbereichen verbunden werden können, die sich in der Zone des Mikromoduls befinden.
Ein Problem besteht darin, dass die Windungen bei der Ausbildung des Hohlraums beschädigt werden können. Denn die Windungen können während dieses Schritts sogar zerstört werden, wenn die Antenne in Bezug auf die Position des Hohlraums nicht sehr präzise positioniert ist.
Die Erfindung ermöglicht, dieses Problem zu lösen. Zu diesem Zweck ist die Erfindung in den Ansprüchen definiert.
Die Erfindung ermöglicht, zwischen den Anschlussbereichen der Antenne einen Freiraum zu erhalten, in dem man einen Hohlraum für das Modul ausbilden kann, ohne Beschädigungsrisiko der Antennenwindungen.
Bei der bisher bekannten Lösung mit einem aus mehreren Folien aufgestapelten Kartenkörper müssen in jeder Folie vorgesehene Löcher übereinander liegen. Bei dem Walzschritt wird die Geometrie der Löcher jedoch nicht kontrolliert und kann schwanken. Während des Walzens fällt der Druck senkrecht zu den Löchern auf Null, während er an dem Kartenkörper hoch ist. Diese Druckdifferenz führt zu einem Fehler auf der Oberfläche der Karten.
Um dieses Problem zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, den Kartenkörper zu bearbeiten. Für die Ausbildung des Hohlraums und der Anschlussschächte erfolgt eine Bearbeitung vorzugsweise in einem Schritt, was dank der präzisen Kontrolle der Position der Antenne in Bezug auf die Position des Hohlraums ermöglicht wird.
Die Tatsache, den Hohlraum und die Anschlussschächte gleichzeitig auszubilden vereinfacht und beschleunigt beträchtlich das Herstellungsverfahren.
Ferner schlägt die Erfindung eine Lösung vor, um das Beschädigungs- oder sogar das Zerstörungsrisiko der Antenne zu vermeiden, indem der Hohlraum und die Anschlussschächte in einer oberen Fläche des Kartenkörpers ausgebildet werden, so dass die Bearbeitungsebene des Bodens des Hohlraums über der Ebene der Antenne liegt und sich die Schächte über den Anschlussbereichen befinden und diese offen legen.
Nach der Ausbildung des Hohlraums erfolgt der Anschluss der Antenne an dem elektronischen Modul im Allgemeinen durch Füllen der Anschlussschächte mit einem leitenden Klebstoff. Wenn das Modul eingebettet ist, ist die Heizzeit zu kurz für die Gewährleistung einer korrekten Polymerisierung des Klebstoffs. Unter diesen Bedingungen müssen die Karten lange in einem Ofen verweilen. Da die von dem Kartenkörper erträgliche maximale Temperatur außerdem im Allgemeinen weniger als 100°C beträgt, ist die Gewährleistung einer guten Verbindung ohne Verformung des Kartenkörpers sehr schwierig. Unter diesen Herstellungsbedingungen ist die Herstellung der Karten demzufolge lang und schwierig und nicht für eine Massenproduktion geeignet.
Für dieses Verbindungsproblem bietet die Erfindung verschiedene Lösungen an. Sie schlägt insbesondere vor, eine bei niedriger Temperatur schmelzende Lötpaste zu verwenden, d. h. mit einer weit unter 180°C liegenden Schmelztemperatur, um die Verbindung zwischen den Anschlussbereichen der Antenne und dem elektronischen Modul herzustellen. Dafür umfasst die Lötpaste eine Indium-/Zinnlegierung, oder eine Wismut-/Zinn- und Bleilegierung, oder eine Wismut-/Indium- und Zinnlegierung.
Gemäß anderen Merkmalen erfolgt der Anschluss zwischen den Anschlussbereichen der Antenne und dem elektronischen Modul mittels einem leitenden Fett oder anhand einer mit Metallpartikeln geladenen Silikondichtung.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von in den beigefügten Figuren dargestellten Beispielen. Die Figuren zeigen:
1 ein Schema einer perspektivischen Ansicht einer auf einer Trägerfolie realisierten Chipkarten-Antenne,
2 ein Schema einer Schnittansicht einer Isolationsbrücke der Antenne gemäß 1,
3 ein Schema einer perspektivischen Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Chipkarten-Antenne,
4 ein Schema einer perspektivischen Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Chipkarten-Antenne,
5A bis 5C Schnittansichten einer Karte während verschiedener Schritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens,
6 ein Schema einer Karte in Schnittansicht, die nach einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,
7A eine Draufsicht auf die bündigen Kontakte eines einflächigen Moduls,
7B eine perspektivische Ansicht, die die Position der Anschlussschächte in Bezug auf einen in einem Kartenkörper vorgesehenen Hohlraum darstellt,
7C und 7D zwei Kontaktansichten der Innenfläche des zweiflächigen Moduls,
7E eine perspektivische Ansicht, die die Position der Anschlussschächte im Hohlraum darstellt.
Im Allgemeinen werden die gemischten Chipkarten durch Verkleben hergestellt (Warm- oder Kaltwalzen) von Plastikfolien, in die der Antennenleiter eingefügt oder eingesetzt wurde; dann Öffnung eines Hohlraums zwischen den zusammengefügten Folien, zwischen den an den Enden des Antennenleiters vorgesehenen Anschlussbereichen, um dort eine Aufnahme für das elektronische IC-Modul zu schaffen; und Einsetzen dieses Moduls, so dass die beiden leitenden Bereiche des Moduls in elektrischen Kontakt mit den Anschlussbereichen des Antennenleiters geraten, entweder unmittelbar oder über ein leitendes Verbindungselement.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Antenne 11, die mindestens zwei Windungen aufweist und dazu bestimmt ist, in dem Körper einer kontaktlosen Chipkarte eingeschlossen zu werden. An den Enden des Antennendrahts 11 sind Anschlussbereiche 12 vorgesehen. Ein wichtiger Schritt eines Herstellungsverfahrens einer derartigen Chipkarte besteht darin, die Antenne 11 auf einer Trägerfolie 10 zu realisieren, um damit ihre präzise Position in dem Kartenkörper in Bezug auf die Position eines auszubildenden Hohlraums zu definieren, der für die Aufnahme des elektronischen Moduls bestimmt ist.
Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Windungen dieser Antenne 11 außerhalb der Anschlussbereiche 12 angeordnet, und eine isolierende Brücke 13 ist derart ausgestaltet, dass sie jedes der Enden der Antenne mit jeweils einem Anschlussbereich 12 verbinden kann, ohne einen Kurzschluss zu verursachen. Diese Ausführungsform ermöglicht, den zwischen den Anschlussbereichen 12 der Antenne 11 vorhandenen Raum offen zu legen, da keine Windung durch diesen verläuft. Nach dem Offenlegen dieses Raums können die Bahnen der Antenne bei einem späteren Bearbeitungsschritt des für das Mikromodul bestimmten Hohlraums nicht beschädigt werden, und die Positionierungstoleranzen sind weitaus größer.
2 zeigt eine Schnittansicht entlang A-A der 1 und stellt die isolierende Brücke 13 der Antenne 11 dar. Diese isolierende Brücke 13 überdeckt, über eine Zone Z, die Windungen der Antenne 11 mit einer Isolationsschicht 14 und trägt auf diese Isolationsschicht 14 ein leitendes Element 15 auf, was die Verbindung des Endes einer Windung, und insbesondere des Endes der letzten am Äußersten der Trägerfolie 10 gelegenen Windung, mit einem der Anschlussbereiche 12 der Antenne ermöglicht.
Gemäß einer anderen, in 3 und 4 dargestellten Ausführungsform, ist die Antenne 11 auf beiden Seiten der Trägerfolie 10 angeordnet. In diesem Fall sind die Anschlussbrücken (Metalllöcher) 16, 17 in der Trägerfolie vorgesehen. Die Anschlussbereiche 12 der Antenne befinden sich auf einer gleichen Fläche. Die isolierende Brücke 13 ist demnach mittels Metalllöchern hergestellt, um die Verbindung zwischen den Antennendrähten zu gewährleisten, die sich auf beiden Seiten der Trägerfolie 12 befinden, was mit gepunkteten Strichen in 3 und 4 dargestellt ist.
Die isolierende Brücke 13 ermöglicht demnach, die Windungen der Antenne zu kreuzen, ohne dass sie sich direkt überschneiden und demnach einen Kurzschluss verursachen.
Nach der Herstellung dieser Antenne auf der Trägerfolie 10 aus Plastik setzt man diese Trägerfolie 10 mit anderen Plastikfolien 20, 30, 4, 50 zusammen und verklebt sie per Warm- oder Kaltwalzen. Dieser Zusammensetzungsschritt ist in 5A dargestellt.
Bei den Folien 20 und 40 handelt es sich um eventuell gedruckte Folien, oben oder unten auf dem Kartenkörper. Die Folien 30 und 50 sind jeweils obere und untere Schutzfolien, die den Kartenkörper verschließen und die gedruckten Folien 20 und 40 schützen sollen.
Bei einer Ausführungsvariante kann man eine sechste Plastikfolie hinzufügen und sie genau über die Trägerfolie 10 positionieren, um die Antenne 11 einzuschließen.
Ein späterer, in 5B dargestellter Schritt, besteht darin, einen Hohlraum 61 und Anschlussschächte 62 in einer oberen Fläche des aus der Zusammensetzung der Folien 10, 20, 30, 40 und 50 bestehenden Kartenkörpers auszubilden. Diese Bearbeitung kann beispielsweise in einem einzigen Schritt erfolgen.
Die Bearbeitungsebene des Hohlraums 61 befindet sich unter den Anschlussbereichen 12 der Antenne 11. Was die Anschlussschächte 62 anbetrifft, so befinden sich diese über den Anschlussbereichen 12 der Antenne und ermöglichen die Offenlegung derselben.
Die Bearbeitung des Hohlraums und der Anschlussschächte erfolgt mittels einer Fraise, deren Absenken kontrolliert ist.
Der letzte, in 5C dargestellte Verfahrensschritt besteht anschließend darin, das elektronische Modul M in dem Hohlraum 61 zu befestigen. An seiner unteren, in den Hohlraum hinein gerichteten Fläche umfasst das Modul M leitende Bereiche 72, die mit den Anschlussbereichen 12 der Antenne in Kontakt stehen, und zwar über ein leitendes, in den Anschlussschächten 62 angeordnetes Verbindungsmittel 66. Die Art und Weise des Anschlusses zwischen dem Modul und der Antenne wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
Ein Herstellungsverfahren einer gemischten Chipkarte gemäß einer anderen, in 6 dargestellten Ausführungsform kann ferner in Betracht gezogen werden, um die Antenne präzise in Bezug auf den Hohlraum des Moduls zu positionieren.
Nach dieser anderen Ausführungsform ist die Antenne 11 in herkömmlicher Weise auf einer Trägerfolie angebracht, d. h. die Windungen der Antenne verlaufen zwischen den Anschlussbereichen 12. Die die Antenne tragende Folie wird dann mit den anderen Plastikfolien zusammengesetzt; danach werden der Hohlraum 61 und die Anschlussschächte 62 auf der oberen Fläche des aus der Zusammensetzung von Folien gebildeten Kartenkörpers ausgebildet. Dieser Schritt erfolgt dermaßen, dass sich die Bearbeitungsebene des Bodens des Hohlraums 61 über der Ebene der Bahnen der Antenne 11 befindet und die Anschlussschächte 62 über den Anschlussbereichen 12 der Antenne liegen und deren Offenlegung ermöglichen. Dann wird das elektronische Modul M in dem Hohlraum befestigt, und seine leitenden Bereiche 72 werden elektrisch über die Anschlussschächte 62 mit den Anschlussbereichen 12 der Antenne verbunden.
In jedem Fall kann die Antenne 11 per Verkrustung auf einer Plastikträgerfolie hergestellt werden. Die Verkrustung erfolgt auf bekannter Weise mittels einem Ultraschall-Verfahren.
Um andererseits die bei der Verbindung erlittenen Beanspruchungen zu minimieren, insbesondere bei Flexions- oder Torsionstests der Karten, schlägt die Erfindung vor, die Antenne auf der neutralen Faser der Karte anzuordnen. Demzufolge ist vorgesehen, die die Antenne tragende Folie 10 so zu platzieren, dass sie die neutrale Faser der Karte bildet. Die neutrale Faser einer Karte ist vorgesehen, um in der Mitte der Dicke der Karte zu liegen.
Bei einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bearbeitung derart vorgenommen werden, dass die Anschlussschächte durch die Anschlussbereiche 12 der Antenne verlaufen. In diesem Fall erfolgt der Anschluss mit dem elektronischen Modul seitlich, d. h. an der Schmalseite der Anschlussbereiche, indem man in den Anschlussschächten und an die seitlichen Ränder der Anschlussbereiche ein leitendes Verbindungselement anlegt.
Im Allgemeinen ist die Kontaktfläche der Anschlussbereiche der Antenne klein, da sie der gleichen Größenordnung wie die Breite des leitenden, für die Bildung der Antenne benutzten Drahts entspricht (d. h. einige Zehntel μm). Demnach ist die Verbindung mit dem elektronischen Modul schwer zu bewerkstelligen, da sie eine große Präzision erfordert. Daher sollten die Anschlussbereiche 12 vorzugsweise so hergestellt werden, dass sie ein Zickzack-Motiv aufweisen, um ihre Kontaktfläche zu vergrößern. Dieses Zickzack-Motiv erfolgt durch Torsionen des Antennendrahts (siehe 1, 3, 4).
Bei dem Modul M kann es sich um ein Modul mit einflächiger oder zweiflächiger gedruckter Schaltung handeln, und im letzten Fall bestehen zwei mögliche Konfigurationen, auf die später noch eingegangen wird.
Ein Modul M ist in 5 und 6 über dem Hohlraum 61 dargestellt. Bei diesen Beispielen handelt es sich um ein Modul mit zweiflächiger gedruckter Schaltung mit oberen Leitern 70 an der nach außen des Hohlraums gerichteten Fläche und unteren Leitern 72 an der nach innen des Hohlraums gerichteten Fläche. Die Leiter sind auf einer Isolationsfolie 80 und an leitenden Brücken ausgebildet, die die oberen 70 und unteren 72 Leiter verbinden können. Ein in ein Schutzharz 74 eingelassener Chip ist an der unteren Fläche montiert und an die Leiter 72 angeschlossen (und über diese an die Leiter 70).
Das Modul passt sich an den Hohlraum 61 an, der seinen Abmessungen gemäß ausgebildet wurde. Zwei leitende Bereiche der unteren Fläche des Moduls, die direkt über den Anschlussbereichen 12 der Antenne angeordnet sind, sind dank einem leitenden Verbindungselement 66 elektrisch mit diesen beiden Anschlussbereichen verbunden.
Bei einer besonders interessanten Ausführungsvariante besteht das Modul aus einer zweiflächigen gedruckten Schaltung mit dem IC-Chip, jedoch ist diese zweiflächige Schaltung ohne leitende Brücke zwischen den Leitern der beiden Flächen realisiert, was weniger Aufwand erfordert. In diesem Fall umfasst die zweiflächige Schaltung eine Isolationsfolie 80, die auf der einen Fläche erste leitende Bereiche 70, die als Zugriffskontakte der Chipkarte dienen, und auf der anderen Fläche zweite leitende Bereiche 72, die zum Anschluss an die Antenne dienen, umfasst. Die Verbindungsdrähte sind zwischen dem Chip und den ersten leitenden Bereichen über offene Zonen der Isolationsfolie und andere Verbindungsdrähte sind zwischen dem Chip und den zweiten leitenden Bereichen ohne durch die Isolationsfolie zu verlaufen verschweißt.
Die Definition eines einflächigen Moduls für gemischte Karten besteht darin, die Position der Kontakte für die Antenne zu finden, was die folgenden Schwierigkeiten aufweist:

– die in den ISO- und AFNOR-Normen definierten Kontaktzonen können die Kontakte der Antenne nicht aufnehmen, ohne einen Kurzschluss des Lesegeräts zu verursachen,
– hinsichtlich des Zusammenbaus beseitigt das Schutzharz des Chips und der Kontakte die mittlere Zone des Moduls,
– die Flexionsbeständigkeitsleistungen der Karte verlangen das Vorhandensein einer bevorzugten Deformationsleitung, ohne kontaktseitig Zerbrechlichkeitszonen des Metalls erscheinen zu lassen.

7A schematisiert eine Draufsicht auf die bündigen Kontakte einer Chipkarte im Fall eines einflächigen Moduls, das diese Probleme löst. Das Modul umfasst Kontaktbereiche 1, 2, 3, 4, 5 und 1', 2', 3', 4' und 5', deren Position in den ISO- und AFNOR-Normen genormt ist. Diese Kontaktbereiche sind an dem Chip angeschlossen, um die Funktion des Moduls zu gewährleisten. Die Position der zum Anschluss des Moduls und der Antenne zu verwendenden Kontaktzonen kann sich nur in den oberen Zonen 6 und 7 und unteren Zonen 8 und 9 auf beiden Seiten einer Achse 65 des Moduls befinden, d. h. außerhalb der in der ISO-Norm definierten Kontaktzonen.
Unter diesen Bedingungen ist die Position der Anschlussbereiche der Antenne sowie die Position der Anschlussschächte im Kartenkörper durch die genormte Position der Kontaktzonen des elektronischen Moduls und durch die von den ISO-Normen definierte Position dieses Moduls in dem Kartenkörper begrenzt.
7B zeigt den Fall, in dem sich die Anschlussschächte 62 und demnach die entsprechenden Anschlussbereiche nebeneinander und auf beiden Seiten der Mittelsenkrechten 65 des Hohlraums 61 befinden. Dieser Fall entspricht demjenigen, in dem die Kontaktzonen 6 und 7 des Moduls der 7A elektrisch mit den Anschlussbereichen der Antenne verbunden sind.
Andererseits muss die Verwendung eines zweiflächigen Moduls ebenfalls die im Zusammenhang mit dem einflächigen Modul genannten Nachteile beseitigen.
Die in 7C und 7D dargestellten Kontakte bieten eine Lösung dieser Probleme. Insbesondere das Vorhandensein von zwei Bahnen 100, 101 auf beiden Seiten der Schaltung ermöglicht den Anschluss verschiedener Chip-Konfigurationen an dem Modul.
Diese beiden Ausführungsformen von Kontakten für ein zweiflächiges Modul umfassen mindestens eine Bahn mit parallel zum Chip verlaufendem Rand, die mit Kontaktzonen 110 und 120 verbunden ist. Diese Zonen 110 und 120 stellen die möglichen Kontaktzonen mit der Antenne dar.
7E zeigt den Fall, bei dem sich die Anschlussschächte 62 und demnach die Anschlussbereiche der Antenne diametral gegenüber und auf einer Mittelsenkrechten 65 des Hohlraums liegen. Dieser Fall entspricht demjenigen, bei dem die Kontaktzonen 110 und 120 des Moduls der 7C elektrisch mit den Anschlussbereichen der Antenne verbunden sind.
7B und 7E zeigen sich an den Hohlraum anschließende Anschlussschächte, was ihnen die besondere, in diesen Schemata erscheinende Form verleiht. Selbstverständlich könnten diese Schächte den Hohlraum nicht verlängern und Löcher einer beliebigen Form sein, wenn ihre Positionierung derjenigen entspricht, die zuvor definiert wurde.
Die Verbindung zwischen dem elektronischen Modul und der Antenne kann anhand eines leitenden Verbindungselements des Typs Lötpaste erfolgen. Die Umschmelztemperaturen dieser Produkte sind jedoch im Allgemeinen sehr hoch. Sie liegen etwa bei 180°C. Diese Temperaturen sind nicht mit den für die Bildung der Kartenkörper verwendeten Kunststoffen kompatibel, die keine sehr viel höhere Temperaturen als 100°C ertragen.
Die Erfindung schlägt vor, Lötpasten mit niedrigem Schmelzpunkt zu verwenden, um eine gute Kompatibilität mit dem Kartenkörper gewährleisten zu können. Dazu verwendet man vorzugsweise eine Lötpaste aus einer Indium-/Zinnlegierung, oder einer Wismut-/Zinn- und Bleilegierung, oder auch aus einer Wismut-, Zinn- und Indiumlegierung.
Im Fall einer Indium-/Zinnlegierung beinhaltet die Lötpaste höchstens 52 Gew.-% Indium und 48 Gew.-% Zinn. Bei dieser Zusammensetzung beträgt die Schmelztemperatur der Lötpaste 118°C.
Bei einer Wismut-/Zinn- und Bleilegierung umfasst die Lötpaste höchstens 46% Gew.-% Wismut, 34 Gew.-% Zinn und 20 Gew.-% Blei. Bei dieser Zusammensetzung beträgt die Schmelztemperatur der Lötpaste 100°C.
Im Fall einer Wismut-/Indium- und Zinnlegierung umfasst die Lötpaste höchstens 57 Gew.% Wismut, 26 Gew.-% Indium und 17 Gew.-% Zinn. Bei dieser Zusammensetzung beträgt die Schmelztemperatur der Lötpaste 79°C.
Eine andere Lösung für die Verbindung besteht darin, mit Metallpartikeln geladenes leitendes Fett in die Anschlussschächte zu füllen. Der Kontakt erfolgt dabei durch Reibung und gewährleistet die elektrische Leitung zwischen der Antenne und dem Modul, und zwar bei jeder beliebigen, auf die Karte ausgeübten mechanischen Belastung.
Gemäß einer dritten Lösung für die Verbindung verwendet man eine mit Metallpartikeln geladene Silikondichtung. Diese Lösung bietet den Vorteil einer sehr großen Flexibilität der leitenden Dichtung. In diesem Fall sind die Abmessungen der Silikondichtung größer als die Höhe der Anschlussschächte, so dass das Silikon zusammengedrückt wird und die Metallpartikel in Kontakt versetzt.
Bei jeder gewählten Lösung kann die Zuverlässigkeit der Verbindung zwischen der Antenne und dem Modul verbessert werden, indem man Goldkugeln auf die leitenden Bereiche 72 des Moduls aufträgt. Diese Goldkugeln gewährleisten nicht den Anschluss, vergrößern jedoch die Klebfläche und verändern die Verteilung der Spannungen in der leitenden Dichtung, wenn die Karte mechanischen Belastungen ausgesetzt ist. Diese Kugeln werden per Wärmedruck abgelagert. Sie können ferner aufgestapelt werden, um die Höhe der Kontaktfläche zu vergrößern.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Chipkarten, wobei die Chipkarte eine Antenne (11) umfasst, die zwei Enden oder Anschlussflächen (12) aufweist, wobei das besagte Verfahren mindestens einen Schritt umfaßt, der darin besteht, die Antenne (11) auf einem Unterlageblatt (10) mit mindestens zwei Spiralwindungen und einer Isolierungsbrücke zu realisieren, diedie Spiralwindungen überkreuzt, damit die beiden Anschlussenden oder -flächen auf der gleichen Seite der Spiralwindungen liegen, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem darin besteht: – Verbinden der Trägerfolie (10) mit Plastikfolien (62) in einer oberen Fläche des Kartenkörpers; dann – Ausbildung eines Hohlraums (61) und von Anschlussschächten (62) in einer oberen Fläche des Kartenkörpers; dann – Befestigung eines elektronischen Moduls (M) in dem Hohlraum (61), wobei das Modul an seiner unteren, in das Innere des Hohlraums gerichteten unteren Fläche leitende Bereiche (72) aufweist, die mit den Anschlussbereichen (12) der Antenne über ein leitendes, in den Anschlussschächten (66) vorgesehenes Verbindungselement (66) in elektrischem Kontakt stehen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Isolationsbrücke (13) die Antenne (11) auf beiden Seiten der Trägerfolie (10) ausgebildet ist, wobei sich die Anschlussbereiche (12) auf einer gleichen Fläche der Trägerfolie befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildungsebene des Hohlraums (61) unter der Ebene der Anschlussbereiche (12) der Antenne (11) liegt und sich die Anschlussschächte (62) über den Anschlussbereichen (12) der Antenne befinden, um sie offen zu legen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausbildungsschritt eines Hohlraums (61) und der Anschlussschächte (62) in einer oberen Fläche des Kartenkörpers derartig durchgeführt wird, dass sich die Ausbildungsebene des Hohlraumbodens entweder über der Ebene der Antenne (11) befindet, oder dass die Anschlussschächte (62) über den Anschlussbereichen (12) der Antenne angeordnet sind und ihre Offenlegung ermöglichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie (10) zwischen Plastikfolien angeordnet ist, um somit die neutrale Faser der Karte zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (11) auf der Trägerfolie (10) verkrustet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbereiche (12) gemäß einem Zickzack-Motiv realisiert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Anschlussschächte (62) durch die Anschlussbereiche (12) der Antenne (11) hindurch erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Anschlussschächte (62) diametral gegenüber und auf einer Mittelsenkrechten (65) des Hohlraums (61) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussschächte (62) nebeneinander und auf beiden Seiten einer Mittelsenkrechten (65) des Hohlraums (61) angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das elektronische Modul (7) einen IC-Chip und eine einflächige gedruckte Schaltung mit in der ISO-Norm definierten bündigen Kontaktzonen umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbereiche mit der Antenne außerhalb der in der Norm ISO definierten Kontaktzonen liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das elektronische Modul (M) einen IC-Chip und eine zweiflächige gedruckte Schaltung ohne leitende Verbindung zwischen den beiden Flächen aufweist, wobei die zweiflächige Schaltung eine Isolationsfolie (80) aufweist mit auf der einen Fläche ersten leitenden Bereichen (70), die als Zugriffskontakte auf die Chipkarte dienen, und mit auf der anderen Fläche zweiten leitenden Bereichen (72) für die Verbindung mit der Antenne, wobei die Bereiche auf der selben Seite des Hohlraums angeordnete Kontaktzonen umfassen, und die Kontaktzonen von einer Bahn verlängert werden, deren Rand parallel zum elektronischen Modul verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss zwischen den Anschlussbereichen (12) der Antenne (11) und den leitenden Bereichen (72) des Moduls (M) mittels einer Lötpaste mit niedrige Schmelztemperatur erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Lötpaste eine Indium-/Zinnlegierung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Lötpaste aus höchstens 52 Gew.-% Indium und 48 Gew.-% Zinn besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Lötpaste eine Wismut-/Zinn- und Bleilegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötpaste aus höchstens 46 Gew.-% Wismut, 34 Gew.-% Zinn und 20 Gew.-% Blei besteht.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendete Lötpaste eine Wismut-/Zinn- und Indiumlegierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lötpaste aus höchstens 57 Gew.-% Wismut, 26 Gew.-% Indium und 17 Gew.-% Zinn besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss zwischen den Anschlussbereichen (12) der Antenne (11) und den leitenden Bereichen (72) des Moduls (M) mittels einem mit Metallpartikeln geladenen Fett erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss zwischen den Anschlussbereichen (12) der Antenne (11) und den leitenden Bereichen (72) des Moduls (M) mittels einer mit Metallpartikeln geladenen Silikondichtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ferner Goldkugeln per Wärmedruck auf den leitenden Bereichen (72) des Moduls (M) aufgetragen sind, um die Klebfläche zwischen dem Modul und der Antenne zu vergrößern.