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Die
Erfindung betrifft einen tragbaren Datenträger, bei dem in einen Trägerkörper zumindest
zwei elektrische Funktionselemente eingesetzt sind, welche jeweils
mindestens ein Kontaktelement aufweisen. Die Funktionselemente sind
dabei über
diese Kontaktelemente sowie über
eine Leiterstruktur elektrisch miteinander verbunden.
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Tragbare
Datenträger,
wie z. B. Chipkarten oder Geldkarten, werden in Zukunft eine immer
größere Anzahl
an Funktionen in sich vereinigen. Hierbei werden unterschiedliche
elektrische Komponenten auf oder in einem Trägerkörper des Datenträgers angeordnet.
Als elektrische Komponenten kommen insbesondere Controllerchips,
elektrische Anzeigevorrichtungen (Display), Eingabevorrichtungen
(z. B. Tastatur) oder ähnliches
in Betracht. Vielfach liegen diese elektrischen Komponenten bereits
als gehäuste
Funktionselemente vor, die nur noch auf dem Datenträger angeordnet
und elektrisch miteinander verbunden werden müssen. In der Regel weisen die Funktionselemente
eine unterschiedliche Bauhöhe oder
-dicke auf. Dies erschwert die Montage der Funktionselemente in
dem Trägerkörper, wenn
einige unterschiedlich dicke Funktionselemente von der Oberfläche aus
zugänglich
sein sollen. Die Folge wäre,
daß die
Funktionselemente teilweise bündig
mit der Oberfläche
des Trägerkörpers abschließen und teilweise
unterhalb oder oberhalb der Oberfläche gelegen sind, wodurch sich
eine unerwünschte,
gestufte Oberfläche
ergäbe.
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Die
Funktionselemente, die in einen Trägerkörper integriert. werden müssen, werden
deshalb in ihrer Bauhöhe
bzw. -dicke angepaßt.
Maßstab
für die zu
erzielende Bauhöhe
ist dabei das dickste Funktionselement. Die dünneren Funktionselemente werden
deshalb gegenüber
ihrer normalen Bauweise mit einem dickeren Trägerband versehen. Ein konventionelles
Funktionselement, das beispielsweise einen auf einem Trägerband
angeordneten Controllerchip beinhaltet, hat eine Bauhöhe von z.
B. 300 μm.
Ein Funktionselement, das eine Anzeigevorrichtung beinhaltet, besitzt
hingegen eine Bauhöhe
von z.B. 400 μm.
Sollen diese beiden Funktionselemente zusammen auf einem Datenträger von
der Oberseite her zugänglich
sein, muß bei
dem erstgenannten Funktionselement eine Höhendifferenz von ca. 100 μm ausgeglichen
werden. Dies geschieht üblicherweise
dadurch, daß das
erstgenannte Funktionselement mit einem Träger versehen wird, der dieses
um die zu erzielende Höhendifferenz
dicker macht.
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Die
Verarbeitung derart dicker Funktionselemente wirft jedoch Probleme
auf. So reduziert sich beispielsweise die Taktzeit, mit der die
Funktionselemente gefertigt werden können. Darüber hinaus kann die Qualität des Funktionselementes
sinken, da das Biegeverhalten gegenüber einem konventionellen Funktionselement
verschlechtert ist. Weitere Probleme können beispielsweise bei der
Stanzung des Trägerbandes
auftreten.
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Die
Probleme resultieren daraus, daß die Funktionselemente
auf eine eben ausgebildete Zwischenschicht im Trägerkörper, welche bereits einseitig
mit einer vorgefertigten Leiterstruktur versehen ist, aufgesetzt
werden. Dieses Vorgehen ermöglicht
eine einfache und problemlose Fertigung des Datenträgers. Soll
andererseits das Erfordernis einer ebenen Oberseite des Datenträgers gewährleistet
werden, besteht derzeit keine andere Möglichkeit, als die Funktionselemente
in der geforderten Dicke herzustellen.
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Aus
der
DE 199 39 347
C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Chipkarte mit
einem mehrschichtigen Kunststoffkartenkörper zur Aufnahme von elektrischen
Funktionseinheiten bekannt, wobei die Funktionseinheiten untereinander
durch auf einer Trägerschicht
angeordnetete Leiterbahnen und an den Leiterbahnen angeschlosene
metallische Kontaktflächen
verbunden sind. Bei dem Herstellungsverfahren werden über der
Leiterbahnträgerschicht mehrere
Schichten mit zu den Kontaktflächen
korrespondierenden Aussparungen aufgebracht und durch einen anschließenden Laminierungsprozess die
Kontaktlächen
in die Aussparungen, zur späteren Aufnahme
der Funktionselemente, gedrückt,
so daß ein
dreidimensionaler Aufbau der Leiterbahnträgerschicht erreicht wird.
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Aus
der
US 4 614 861 ist
ein tragbarer Kartenträger
bekannt, bei dem auf der Oberseite und auf der Unterseite einer
Zwischenschicht, die mit Leiterstrukturen versehenen ist, Funktionselemente
angebracht sind, die über
Durchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Datenträgeranordnung
anzugeben, die die Verwendung konventionell aufgebauter Funktionselemente
unterschiedlicher Bauhöhe
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Der
erfindungsgemäße Datenträger weist zumindest
zwei elektrische Funktionselemente auf, die in einen Trägerkörper eingesetzt
sind. Jedes dieser elektrischen Funktionselemente verfügt über mindestens
ein Kontaktelement. Über
diese Kontaktelemente und über
eine Leiterstruktur sind die Funktionselemente elektrisch miteinander
verbunden. Der erfindungsgemäße Datenträger verfügt darüber hinaus über eine
Zwischenschicht im Inneren des Trägerkörpers, deren Ober- und Unterseite
unterschiedliche Kartenkörperebenen
bilden. Zumindest zwei der elektrischen Funktionselemente sind mit
ihrem dem Trägerkörperinneren
zugewandeten Unterseiten in diesen unterschiedlichen Kartenkörperebenen gelegen.
Die elektrische Verbindung der Funktionselemente wird über die
Leiterstruktur sichergestellt, die auf oder in der Zwischenschicht
aufgebildet ist.
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Der
erfindungsgemäß ausgestaltete
Datenträger
ermöglicht
somit die Verwendung konventionell aufgebauter Funktionseinheiten.
Der notwendige Niveauausgleich zwischen Funktionselementen unterschiedlicher
Bauhöhe
wird durch die Zwischenschicht, die die Leiterstruktur trägt, ermöglicht.
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Die
Oberseite der Zwischenschicht steht dabei in Kontakt mit dem dünneren der
Funktionselemente. Die Unterseite des dickeren Funktionselementes
liegt in einer Ebene mit der Unterseite der Zwischenschicht. Vorzugsweise
weist der Zwischenträger
zumindest eine Ausnehmung auf, in die ein Funktionselement oder
mehrere Funktionselemente eingesetzt werden können.
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Schließen die
Funktionselemente mit der Oberseite des Trägerkörpers in etwa bündig ab,
wie dies in einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, so
entspricht die Dicke des Zwischenträgers in etwa der Differenz
der Dicke der beiden Funktionselemente.
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Eine
besonders einfache elektrische Kontaktierung der Funktionselemente
mit der Leiterstruktur wird dadurch ermöglicht, daß auf der Oberseite und der
Unterseite der Zwischenschicht jeweils eine Leiterstruktur aufgebracht
ist, welche über
eine Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind. Bevorzugt
sind die Kontaktelemente eines jeden Funktionselementes auf der
Unterseite desselben angebracht, da dann beim Einsetzen der Funktionselemente
in den Trägerkörper bereits
ein Kontakt herstellbar ist. Eine feste elektrische und mechanische Verbindung
läßt sich
z.B. durch eine Lotverbindung oder durch Kleben mit leitfähigen Klebstoffen
(ACF, ACP, Silberleitkleber,...) realisieren. Das in die Ausnehmung
des Zwischenträgers
eingesetzte Funktionselement wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung mit auf der Unterseite der Zwischenschicht in die
Ausnehmung hineinragenden Leiterstrukturen kontaktiert.
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Der
erfindungsgemäße Datenträger zeichnet sich
somit durch einen besonders einfachen Aufbau aus. In den Trägerkörper wird
eine Zwischenschicht eingesetzt, welche bereits in einem vorangegangenen
Verfahrensschritt mit Leiterstrukturen auf deren Ober- und Unterseite
versehen wurde. Die elektrische Verbindung zwischen diesen Leiterstrukturen wird
durch eine oder mehrere Durchkontaktierungen sichergestellt. Die
auf der Unterseite des Zwischenträgers befindlichen Leiterstrukturen
werden zur Kontaktierung dadurch zugänglich gemacht, daß an entsprechenden
Stellen Ausnehmungen in der Zwischenschicht vorgesehen sind, welche
die Leiterstruktur zumindest teilweise freilegen. Durch bloßes Einsetzen
eines Funktionselementes in die Zwischenschicht ist der elektrische
Kontakt hergestellt.
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Die
zusätzliche
Kontaktierung eines dritten oder weiteren Funktionselementes mit
einer unterschiedlichen Dicke ist durch das Vorsehen zumindest einer
weiteren Zwischenschicht, deren Ober- und Unterseite weitere Kartenkörperebenen
definieren, möglich.
Die Dicke der weiteren Zwischenschicht ergibt sich aus der Differenz
der Dicke der Bauelemente.
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Vorzugsweise
sind die Zwischenschicht und die weitere Zwischenschicht übereinander
angeordnet, so daß die
Unterseite der Zwischenschicht und die Oberseite der weiteren Zwischenschicht
eine gemeinsame Kartenkörperebene
definieren. Gleichfalls weist die weitere Zwischenschicht auf der
Oberseite und der Unterseite jeweils eine Leiterstruktur auf, welche über eine
Durchkontaktierung elektrisch miteinander verbunden sind. Die weitere
oder die weiteren Zwischenschichten weisen somit einen identischen
Aufbau wie die eingangs beschriebene Zwischenschicht auf. Die Dicke
der Zwischenschichten richtet sich jeweils nach der Differenz der
Dicke zwischen zwei Funktionselementen. Der elektrische Kontakt
zwischen diesen beiden Funktionselementen wird durch auf der Ober-
und Unterseite aufgebrachten Leiterstrukturen und eine Durchkontaktierung
sichergestellt.
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Der
elektrische Kontakt zwischen zwei Funktionselementen, deren Bauhöhe sich
durch die Dicke mehrerer Zwischenschichten unterscheidet wird dadurch
ermöglicht,
daß die
Leiterstruktur auf der Oberseite der weiteren Zwischenschicht und
die Leiterstruktur auf der Unterseite der Zwischenschicht elektrisch
leitend in Kontakt stehen. Dadurch, daß die Zwischenschicht und die
weitere Zwischenschicht übereinander
angeordnet sein sollen, kann ein Kontakt bereits dadurch realisiert
werden, daß die
Leiterstrukturen an entsprechenden Stellen aufeinander treffen.
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Bevorzugt
ist eine jeweilige Leiterstruktur in die Ober- bzw. Unterseite der
Zwischenschicht bzw. weiteren Zwischenschicht eingelassen, so daß eine jeweils
ebene Fläche
entsteht.
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Anhand
der nachfolgenden Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Datenträgers im
Querschnitt,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Datenträgers im
Querschnitt,
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3 einen
Ausschnitt, in dem die elektrische Verbindung von Leiterstrukturen
unterschiedlicher Zwischenschichten dargestellt ist.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen tragbaren
Datenträgers
im Querschnitt dargestellt. Der Datenträger weist einen Trägerkörper 10 auf.
An seiner Oberseite 12 sind beispielhaft zwei elektrische
Funktionselemente 20a, 20b in den Trägerkörper eingesetzt.
Die Funktionselemente 20a, 20b schließen dabei
in etwa bündig
mit der Oberseite 12 des Trägerkörpers 10 ab. Wie aus der 1 gut
ersichtlich ist, sind die elektrischen Funktionselemente 20a, 20b in
Ausnehmungen 11a, 11b des Trägerkörpers 10 eingesetzt,
welche an die Abmaße
der Funktionselemente 20a, 20b angepaßt sind.
Das Funktionselement 20b weist eine größere Bauhöhe als das Funktionselement 20a auf.
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Mittels
der Erfindung wird eine Möglichkeit vorgeschlagen,
die Differenz der Bauhöhe
zweier Funktionselemente auf einfache Weise auszugleichen. Hierzu
ist im Inneren des Trägerkörpers 10 eine
Zwischenschicht 30 vorgesehen, die eine Dicke D aufweist.
Die Dicke D ergibt sich im vorliegenden Beispiel aus der Differenz
der jeweiligen Bauhöhe des
elektrischen Funktionselementes 20b und des Funktionselementes 20a.
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Es
ist natürlich
nicht unbedingt notwendig, daß beide
Funktionselemente 20a, 20b bündig mit der Oberseite des
Trägerkörpers abschließen. Eines der
Funktionselemente oder sogar beide könnten mit ihren Oberseiten – ggfs.
in unterschiedlichen Ebenen – im
Inneren des Tragekörpers 10 gelegen
sein. Der Ausgleich der unterschiedlichen Dicken an der Oberseite
des Tragekörpers
könnte
dann entsprechend der obigen Beschreibung durch eine oder mehrere Zwischenschichten
realisiert werden.
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Auf
der Oberseite 34 des Zwischenträgers 30 ist eine Leiterstruktur 31 aufgebracht.
In entsprechender Weise ist auf der Unterseite 35 eine
Leiterstruktur 32 aufgebracht. Die Leiterstrukturen 31, 32 sind über eine
Durchkontaktierung 33 elektrisch miteinander verbunden.
Der Zwischenträger 30 weist darüber hinaus
eine Ausnehmung 36 auf, welche an die Abmaße des Funktionselementes 20b mit
der größeren Bauhöhe angepaßt ist.
Die Ausnehmung 36 entspricht somit im Querschnitt der Ausnehmung 11b.
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Auf
ihrer Unterseite weisen die elektrischen Funktionselemente 20a, 20b jeweils
zumindest ein Kontaktelement 21 auf, welche mit der Leiterstruktur 31 bzw. 33 elektrisch
kontaktiert werden. Die Kontaktierung des Funktionselementes 20a wird
somit durch bloßes
Einsetzen des Funktionselementes in die Ausnehmung 11a ermöglicht,
da die Kontaktelemente 21 dort auf die Leiterstruktur 31 treffen.
Die Kontaktierung des Funktionselementes 20b, welches die
größere Bauhöhe aufweist,
erfolgt auf gleiche Weise. Aus diesem Grunde ragen Enden der Leiterstrukturen 32 in
die Ausnehmung 36 hinein. Auch hiermit ist ein Kontakt
durch bloßes
Einfügen
des Funktionselementes in die Ausnehmungen sichergestellt.
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Der
Aufbau des erfindungsgemäßen Datenträgers weist
eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem herkömmlichen
Vorgehen auf. Dadurch, daß der Niveauausgleich
zwischen unterschiedlich dicken Funktionskomponenten in den Kartenaufbau
verlagert wird, ist die Fertigung wesentlich leichter zu realisieren.
Weder beim Hersteller des Datenträgers noch beim Hersteller der
Funktionselemente müssen Umstellungen
an den Fertigungsmaschinen vorgenommen werden, im Gegensatz zum
Stand der Technik. Die Funktionselemente können auf einen Träger herkömmlicher
Dicke aufgebaut werden. Hierdurch bedingt werden Probleme beim Stanzen
des Trägers vermieden.
Die geforderte Mindestdurchbiegung des Trägers eines Funktionselementes
bleibt erhalten. Weiterhin ist das standardisierte Trägerband
wesentlich kostengünstiger
als ein dickes Trägerband,
welches zum Ausgleich eines Bauhöhenniveaus
verwendet werden würde.
Darüber
hinaus erhält
man ein gutes Splicingverhalten.
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2 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Datenträgers, in
welchen drei unterschiedlich dicke Funktionselemente 20a, 20b, 20c eingesetzt
sind. Der Niveauausgleich zwischen den Funktionselementen 20a, 20b ist,
wie in 1 beschrieben, realisiert. Der Niveauausgleich zu
dem Funktionselement 20c, welches im vorliegenden Beispiel
die größte Bauhöhe aufweist,
ist über eine
weitere Zwischenschicht 40 realisiert. Die Dicke D2 der
weiteren Zwischenschicht 40 entspricht dabei der Differenz
der Dicke zwischen dem Funktionselement 20c, welches die
größte Bauhöhe hat,
und dem Funktionselement 20b, welches das Funktionselement
mit der nächstgeringeren
Bauhöhe
ist.
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Entsprechend
der vorhergehenden Beschreibung sind auf der Ober- und Unterseite 44, 45 des
weiteren Zwischenträgers 40 Leiterstrukturen 41, 42 aufgebracht,
die über
eine Durchkontaktierung 43 miteinander verbunden sind.
Die elektrische Kontaktierung zwischen den Leiterstrukturen des
weiteren Zwischenträgers 40 und
den Leiterstrukturen des Zwischenträgers 30 kann, wie
in 3 gezeigt, erfolgen. Vorzugsweise sind die Leiterstrukturen
in die jeweilige Zwischenschicht eingelassen, so daß eine ebene
Oberfläche
erfolgt. Teile der Leiterstruktur 41 und der Leiterstruktur 32 überlappen,
so daß beim Anordnen übereinander
auf einfache Weise ein Kontakt hergestellt werden kann. Eine feste
elektrische und mechanische Verbindung kann beispielsweise durch
eine Lotverbindung oder durch Kleber mit leitfähigem Klebstoffen analog zu
S.4, Z. 13 erfolgen. Die Leiterstruktur 42, die sich auf
der Unterseite des weiteren Zwischenträgers 40 befindet,
ragt in den Bereich einer Ausnehmung 46 hinein. Die Ausnehmung 46 entspricht
in ihren Abmaßen
der Ausnehmung 36 in der Zwischenschicht 30. Diese
Abmaße
sind wiederum an die Abmaße
der Ausnehmung 11c im Trägerkörper 10 angepaßt. Somit
kann durch einfaches Einstecken des Funktionselementes 20c ein
elektrischer Kontakt zwischen dem Kontaktelement 21c und
der Leiterstruktur 42 erfolgen.
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Der
Ausgleich verschiedener Bauhöhen
der Funktionselemente erfolgt folglich durch eine entsprechende
Anzahl an Zwischenschichten. Die Dicke der Zwischenschichten ergibt
sich jeweils aus der Dickendifferenz zwischen zwei Funktionselementen. Jede
der Zwischenschichten trägt
auf ihrer Ober- und Unterseite eine Leiterstruktur, welche durch
eine Durchkontaktierung miteinander verbunden sind. Durch eine geeignete
Ausführung
des Layouts der Leiterstrukturen lassen sich dann im Ausführungsbeispiel
der 2 drei in unterschiedlichen Tiefen kontaktierende
Funktionselemente zusammen oder auch unabhängig voneinander elektrisch
miteinander verbinden.
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Das
erfindungsgemäße Vorgehen
ist selbstverständlich
auch auf beliebig viele Ebenen, d. h. auf eine größere Anzahl
von Zwischenschichten erweiterbar. Der Trägerkörper selbst kann ebenfalls
aus mehreren Schichten aufgebaut sein. Alternativ ist auch ein vorgeformtes
Gehäuse
denkbar.
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- 10
- Trägerkörper
- 11
- Ausnehmung
- 12
- Oberseite
- D
- Dicke
der Zwischenschicht
- D1
- Dicke
der Zwischenschicht
- D2
- Dicke
der Zwischenschicht
- 20
- Elektrisches
Funktionselement
- 21
- Kontaktelement
- 22
- Unterseite
- 30
- Zwischenschicht
- 31
- Leiterstruktur
- 32
- Leiterstruktur
- 33
- Durchkontaktierung
- 34
- Oberseite
- 35
- Unterseite
- 36
- Ausnehmung
- 40
- Zwischenschicht
- 41
- Leiterstruktur
- 42
- Leiterstruktur
- 43
- Durchkontaktierung
- 44
- Oberseite
- 45
- Unterseite
- 46
- Ausnehmung