DE10132525B4

DE10132525B4 - Chipkarte mit einem Multi-Chip Modul

Info

Publication number: DE10132525B4
Application number: DE2001132525
Authority: DE
Inventors: Frank Osterwald
Original assignee: Orga Kartensysteme GmbH
Current assignee: Idemia Germany GmbH
Priority date: 2001-07-09
Filing date: 2001-07-09
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: DE10132525A1

Abstract

Chipkarte mit einem Multi-Chip Modul (1), das zumindest ein erstes Modul (2) mit einem ersten Kontaktfeld und ein zweites Modul (3) mit einem zweiten Kontaktfeld aufweist, wobei das erste und das zweite Kontaktfeld jeweils Kontaktelemente (4, 5) zur Kontaktierung mit entsprechenden Kontaktelementen eines Kartenlesegerätes aufweisen, mit einer mehrstufigen Kavität, die aus einer ersten Kavität (14) zur Aufnahme der ersten Moduls (2) und einer zweiten Kavität (15) zur Aufnahme des zweiten Moduls (3) in einem Kartenkörper (13) besteht, wobei die Kavitäten (14, 15) in dem Kartenkörper so angeordnet sind, dass das erste Kontaktfeld zur Kontaktierung mit dem Kartenlesegerät auf einer Oberfläche der Chipkarte angeordnet ist, und mit einem Träger (7) für das erste und das zweite Modul, wobei der Träger einen Abschnitt (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Modul aufweist, um die Module miteinander zu verbinden, wobei der Abschnitt einen Bereich zwischen den ersten und zweiten Kavitäten überdeckt, und mit...

Description

Die Erfindung betrifft eine Chipkarte mit einem Multi-Chip Modul.
Zur Herstellung von Chipkarten ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einzelne Module auf einem gemeinsamen Träger herzustellen. Die Module werden dann von dem Träger abgetrennt und in Chipkarten implantiert.
Bei der sogenannten Chip-on-flex-Technik werden beispielsweise in den einzelnen Modulen die Chips mit einem Drahtbond-Verfahren kontaktiert. Als Träger dient dabei ein Filmband z. B. aus glasfaserverstärktem Epoxidharz .
Die Kontakte in den Kontaktfeldern der Module bestehen aus 35 oder 70 μm auflaminiertem Kupfer, das in einem späteren Prozessschritt galvanisch vernickelt und vergoldet wird, um die Kontakte unempfindlich gegenüber die elektrische Leitfähigkeit einschränkenden Einflüssen, wie beispielsweise Oxidation zu machen.
Zur Herstellung einer Chipkarte wird ein einzelnes Modul aus dem Träger ausgestanzt und in eine Ausfräsung, eine sogenannte Kavität, in dem Kartenkörper eingebracht.

Eine alternative Technologie ist beispielsweise die Verwendung von Lead-frame-Modulen, bei der geätzte oder anderweitig strukturierte Metallstreifen als Träger verwendet werden . Weitere Technologien zur Herstellung von Modulen für Chipkarten auf Trägern bzw. Filmbändern sind in "Handbuch der Chipkarten", Wolfgang Rankl, Wolfgang Effing, Carl-Hanser-Verlag, 1999, in dem Kapitel 3.2.2 geschildert.

Aus US-A-6239483 ist eine Chipkarte mit einem drahtlosen Chip Modul bekannt. Das Chip Modul beinhaltet einen integrierten Schaltkreis, einen Kondensator sowie eine Spule, die beim Biegen des Moduls einer mechanischen Spannung ausgesetzt sind. Ähnliche Module sind auch aus US-A-6140697 und US-A-6172874 bekannt.

Ferner sind aus dem Stand der Technik auch Chipkarten mit Multi-Chip Modulen bekannt, die auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind (WO 00/14677, EP 1 102 316 A1 , EP 1 152 368 A1 , DE 196 11 237 A1 , DE 88 036 853 U1 ).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Chipkarte mit einem Multi-Chip Modul zu schaffen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, auch komplexe Funktionen und/oder größere Datenmengen auf einer Chipkarte zu realisieren. Von besonderem Vorteil ist dabei, dass für die Realisierung solcher Funktionen auf die aufwendige Entwicklung komplexer digitaler/analoger anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise, sogenannter ASICs, verzichtet werden kann. Das erfindungsgemäße Multi-Chip Modul erlaubt es dagegen, komplexe Funktionen mittels kostengünstiger Standard-Bausteine zu realisieren. Durch Verschaltung der Standard-Bausteine in dem Multi-Chip Modul wird dabei die gewünschte Funktion realisiert.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Verschaltung der einzelnen Bausteine innerhalb des Multi-Chip Moduls erfolgt. In Vergleich zu der Verschaltung der Bausteine auf dem Kartenkörper hat dies fertigungstechnische Vorteile, da die Verschaltung über den Kartenkörper zum Beispiel die aufwendige Verwendung von kupferbeschichteten Inlays und/oder das Bedrucken von Kartenbögen mit leitfähigen Pasten erforderlich macht.

Ferner kann dadurch die fertigungstechnisch aufwendige Herstellung von elektrisch leitfähigen Kontakten zwischen diesen Leiterbahnen und den die einzelnen Bausteine enthaltenden Modulen vermieden werden. Durch die erfindungsgemäße Verschaltung der Bausteine auf der Trägerebene entfallen diese fertigungstechnisch aufwendigen Schritte, was besondere Kostenvorteile hat.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden zwei oder mehrere benachbarte, die Bausteine enthaltende Module auf einem Träger mittels Leiterbahnen auf dem Träger verschaltet. Dazu kann dieselbe Metallisierungsschicht auf dem Träger, die auch zur Herstellung der Kontaktelemente der Module dient, verwendet werden.

Alternativ oder zusätzlich kann auf die Rückseite des Trägers eine weitere elektrisch leitende Schicht zur Implementierung von Leiterbahnen aufgebracht sein. Die Leiter bahnen auf der Rückseite des Trägers können dann mit Leiterbahnen auf der Vorderseite und/oder mit den Kontaktelementen der Kontaktfelder der Module durch sogenannte vias durch den Träger kontaktiert werden. Für bestimmte Anwendungen können eine dritte oder weitere Ebenen mit Leiterbahnen, von den anderen Ebenen durch isolierende Schichten getrennt, vorgesehen werden, wobei die Verschaltung der Ebenen untereinander durch vias vorgenommen wird.

Besonders vorteilhaft für die Kontaktierung ist die Anordnung der Leitbahnen in einem die Kontaktfelder der Module abdeckenden Randbereich. Jedoch kann auch der Bereich zwischen den Kontaktelementen für die Anordnung von Leiterbahnen genutzt werden.

Besonders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Verwendung sogenannter Chip-on-flex-Module sowie bei Lead-frame-Modulen. Hierbei dient jeweils ein Filmband bzw. Metallstreifen als Träger. Aus dem Filmband werden erfindungsgemäß ein oder mehrere Module als Einheit abgetrennt, beispielsweise ausgestanzt, wobei das Filmband in dem Bereich zwischen den einzelnen Modulen als Träger für die die Module elektrisch verbindenden Leiterbahnen dient. Die Erfindung gestattet es also auf die bereits existierenden Technologien, d.h. insbesondere Chip-on-flex, zur Herstellung von einzelnen Modulen zurückzugreifen, um sehr kostengünstige Multi-Chip Module für Chipkarten zu realisieren.

Das von dem Träger abgetrennte erfindungsgemäße Multi-Chip Modul wird dann in den Kartenkörper, d.h. in dessen sogenannte Kavität, eingebracht und mittels einer Klebung fixiert. Der Kartenkörper weist dabei Ausfräsungen entsprechend den einzelnen Modulen des Multi-Chip Moduls auf. Als Mulit-Chip Modul wird dabei im Weiteren ein aus zwei oder mehreren solcher einzelnen Module zusammengesetztes Modul bezeichnet.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient nur die Kontaktfläche eines der Module des Multi-Chip Moduls tatsächlich zur Kontaktierung mit einem Kartenlesegerät. Dieses Modul ist durch dessen Anordnung auf der Chipkarte bestimmt. Die entsprechende Position ergibt sich dabei aus der Anordnung der Kontaktelemente des Kartenlesegeräts und ist z.B. durch eine ISO Norm festgelegt.

Für ein verbessertes optisches Erscheinungsbild können diejenigen Kontaktfelder und/oder Kontaktelemente, die nicht zur Kontaktierung mit dem Kartenlesegerät gebraucht werden, mit einem oder mehreren Zusatzelementen überdeckt werden. Hierzu können diese Kontaktfelder und/oder Kontaktelemente bedruckt werden, bzw. mit einem Hologramm, oder mit einer Metallschicht überdeckt werden. Ein Verfahren zur Abdeckung von Modulbereichen mit einem Hologramm ist an sich aus der DE 19 626 702 C1 bekannt; ein Verfahren zur farbigen Ausgestaltung von Kontaktflächen ist an sich aus der DE 19 625 466 C1 bekannt.

Im Weiteren wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen dargestellt. Es zeigen
1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Multi-Chip Moduls für eine Chipkarte,
2 eine Schnittansicht des Multi-Chip Moduls der 1 und eine Schnittansicht eines Kartenkörpers zur Aufnahme des Multi-Chip Moduls,
3 ein Flußdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Die 1 zeigt ein Multi-Chip Modul 1, welches ein Modul 2 und ein Modul 3 beinhaltet. Jedes der Module 2 und 3 hat jeweils ein Kontaktfeld. Das Kontaktfeld des Moduls 2 weist die Kontaktelemente 5 auf; das Kontaktfeld des Moduls 3, die Kontaktelemente 4.
Zur Realisierung der gewünschten Funktionalität werden verschiedene Kontaktelemente 4 und 5 miteinander durch Leiterbahnen 6 verschaltet. Die Leiterbahnen 6 sind dabei in einem Bereich 7 angeordnet.
Der Bereich 7 umfasst einen Bereich 8 zwischen den Kontaktelementen 4 und 5, sowie die Randbereiche 9 und 10 links und rechts neben den Modulen 2 und 3. Ferner umfasst der Bereich 7 auch die Zwischenräume zwischen den Kontaktelementen 5 bzw. den Kontaktelementen 4 innerhalb eines der einzelnen Module 2 und 3.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind lediglich in den Randbereichen 9 und 10 des Bereichs 7 Leiterbahnen 6 angeordnet; es können jedoch auch in dem Bereich 8 sowie in den Zwischenräumen zwischen den Kontaktelementen 4 und 5 innerhalb der einzelnen Module 2 und 3 Leiterbahnen angeordnet werden. Die Begrenzung des Bereichs 7 stellt gleichzeitig mit einem gewissen Toleranzabstand die Linie für das Ausstanzen des Multi-Chip Moduls 1 aus einem Träger, vorzugsweise einem Filmband, dar.
2 zeigt einen Querschnitt durch das Multi-Chip Modul 1 der 1. Einander entsprechende Elemente der 1 und 2 werden mit den selben Bezugszeichen bezeichnet.
Die Multi-Chip Module 2 und 3 werden in ihrem Bereich 8 (vgl. 1) durch einen Abschnitt 11 des Filmbandes miteinander verbunden. Die Leiterbahnen (vergleiche Leiterbahnen 6 der 1) können dabei lediglich auf der Oberseite des Abschnitts 11 oder auf dessen Unterseite oder sowohl auf der Ober- und der Unterseite angeordnet sein. In dem letzteren Fall werden Leiterbahnen auf der Ober- und der Unterseite durch ein sogenanntes via 12 miteinander kontaktiert.
Durch ein via 12 können auch Kontaktelemente (vergleiche Kontaktelement 4 und 5 der 1) unmittelbar mit der Unterseite des Filmbandes kontaktiert werden.
Ein besonderer Anwendungsfall für die Kontaktierung mittels eines vias 12 ist die Realisierung von Kreuzungen der Leiterbahnen auf der Ober- und/oder der Unterseite des Filmbandes. Zur Realisierung einer solchen Kreuzung wird der Kreuzungspunkt durch eine Verlegung der Leiterbahn auf die Ober- bzw. die Unterseite mittels zweier vias 12 realisiert.
Das Multi-Chip Modul 1 dient zur Aufnahme in einen Kartenkörper 13 mit Kavitäten 14 und 15 zur Aufnahme der Module 2 bzw. 3. Die Kavität 14 ist dabei so angeordnet, dass sich das Modul 2 nach dem Einsetzen in einer ISO-Position befindet. Alternativ kann es sich dabei auch um eine Position nach einem anderen Standard, beispielsweise dem AFNOR-Standard handeln.
Beim Einführen der resultierenden Chipkarte 16 in ein Kartenlesegerät wird daher lediglich das Modul 2 über dessen Kontaktfeld mit den Kontaktelementen 5 (vergleiche 1) kontaktiert; die Kontaktelemente 4 des Moduls 3 hingegen bleiben frei.
Dies erlaubt es, mehrere Komponenten für eine Chipkartenapplikation zu verwenden, indem diese in einem Multi-Chip Modul 1 integriert werden. Sofern nicht eine unabhängige Anwendung beider Module 2 und 3 möglich bzw. gewünscht ist, müssen diese Module über Leiterbahnen 6 (vergleiche 1) miteinander verschaltet werden.
Im gegenteiligen Fall oder auch zusätzlich kann eine Verschaltung zwischen Kontaktelementen 4 bzw. 5 innerhalb des selben Moduls 3 bzw. 2 erfolgen. Die Verschaltung erfolgt erfindungsgemäß durch Realisierung von Leiterbahnen auf oder in dem Träger, insbesondere dem Filmband.
Von besonderem Vorteil ist dabei, dass das Modul 2, welches ein normgerechtes Kontaktfeld aufweist und an einer normgerechten Stelle durch die Kavität 14 in dem Kartenkörper 13 positioniert wird, und alle weiteren Module in unmittelbarer Nähe des Moduls 2 frei definiert, z. B. nach mechanischen Optimierungskriterien untergebracht werden können. Dazu müssen auf dem Kartenkörper 13 lediglich entsprechend zueinander angeordnete Kavitäten – beispielsweise die Kavität 15 – vorgesehen werden.
Durch die Verdrahtung auf dem Träger bzw. dem Filmband selbst erübrigt sich eine Verdrahtung auf dem Kartenkörper 13 selbst sowie eine Kontaktierung der Module 2 und 3 mit dem Kartenkörper. Eine solche Kontaktierung kann jedoch zusätzlich auch vorgesehen sein.
Zur Verbesserung des optischen Erscheinungsbildes der Chipkarte 16 können die Oberflächen des Moduls 3 sowie der Abschnitt 11 durch ein oder mehrere Elemente abgedeckt werden. Beispielsweise können der Abschnitt 11 sowie die Oberfläche des Moduls 3 hierzu bedruckt werden oder es kann eine Beschichtung aufgebracht werden.
Die 3 zeigt ein Flußdiagramm zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Multi-Chip Moduls. In dem Schritt 30 erfolgt zunächst eine Herstellung des Filmbandes mit einzelnen Kontaktflächen der Module sowie den diese verbindenden Leiterbahnen auf der selben Ebene. Die Abstände zwischen den einzelnen Modulen sind dabei so gewählt, dass miteinander benachbarte Module, die zu einem Multi-Chip Modul verschaltet werden sollen, durch Leiterbahnen kontaktiert werden können.
Zur Herstellung von Filmbändern sind unterschiedliche Verfahren bekannt: z. B. wird das Trägermaterial, Epoxidharz, mit einem Kupferstreifen beschichtet. Der Kupferstreifen wird durch Ätzschritte strukturiert und anschließend beschichtet. Dabei ist es unerheblich, ob durch das Strukturieren Kontaktflächen oder Leiterbahnen entstehen. Die Strukturen auf einer Seite werden in gemeinsamen Prozessschritten hergestellt. Dann wird auf der zweiten Seite in ähnlicher Weise verfahren. Sofern vias benötigt werden, werden diese oftmals vorher durch Bohren oder Stanzen oder anderweitig hergestellt.
Andere Methoden lassen es zu, dass beide Seiten des Filmbandes in gemeinsamen Prozessschritten bearbeitet werden. Typisch ist jedoch auch in diesem Fall, dass für die Strukturierung kein Unterschied zwischen Kontaktfächen und Leiterbahnen besteht.
Die Erfindung ist auch insofern besonders vorteilhaft, als dass sie unabhängig von den für die Herstellung des Filmbandes verwendeten Verfahrens eingesetzt werden kann.
In dem Schritt 31 erfolgt ggf. die Aufbringung und Strukturierung von Leiterbahnen zur Verbindung von Kontaktelementen verschiedener Module auf der Rückseite des Trägers. Zusätzlich können die Kontaktelemente und/oder die Leiterbahnen durch sogenannte vias verschaltet werden.
In einem Schritt 32 wird das Filmband mit einem Modulkleber laminiert.
In dem Schritt 33 werden die so durch Leiterbahnen miteinander verbundenen Module ausgestanzt. Indem Schritt 34 wird dann je ein ausgestanztes Multi-Chip Modul in einen entsprechenden Kartenkörper eingebracht, wobei der Kartenkörper Ausnehmungen aufweist, die der Form und der Position der einzelnen Module in dem Multi-Chip Modul entsprechen.

1: Multi-Chip Modul
2: Modul
3: Modul
4: Kontaktelemente
5: Kontaktelemente
6: Leiterbahn
7: Bereich
8: Bereich
9: Bandbereich
10: Bandbereich
11: Abschnitt
12: via
13: Kartenkörper
14: Kavität
15: Kavität
16: Chipkarte

Claims

Chipkarte mit einem Multi-Chip Modul (1), das zumindest ein erstes Modul (2) mit einem ersten Kontaktfeld und ein zweites Modul (3) mit einem zweiten Kontaktfeld aufweist, wobei das erste und das zweite Kontaktfeld jeweils Kontaktelemente (4, 5) zur Kontaktierung mit entsprechenden Kontaktelementen eines Kartenlesegerätes aufweisen, mit einer mehrstufigen Kavität, die aus einer ersten Kavität (14) zur Aufnahme der ersten Moduls (2) und einer zweiten Kavität (15) zur Aufnahme des zweiten Moduls (3) in einem Kartenkörper (13) besteht, wobei die Kavitäten (14, 15) in dem Kartenkörper so angeordnet sind, dass das erste Kontaktfeld zur Kontaktierung mit dem Kartenlesegerät auf einer Oberfläche der Chipkarte angeordnet ist, und mit einem Träger (7) für das erste und das zweite Modul, wobei der Träger einen Abschnitt (11) zwischen dem ersten und dem zweiten Modul aufweist, um die Module miteinander zu verbinden, wobei der Abschnitt einen Bereich zwischen den ersten und zweiten Kavitäten überdeckt, und mit mindestens einer Leiterbahn (6) auf dem Träger zur Verbindung eines ersten Kontaktelements (5) und eines zweiten Kontaktelements (4), wobei das erste Kontaktelement zu dem ersten Modul und das zweite Kontaktelement zu dem zweiten Modul gehört, wobei der Träger aus einem Filmband abgetrennt ist, wobei sich die ersten und zweiten Module auf dem Träger befinden, und wobei das erste und das zweite Modul als Chip-on-flex Module realisiert sind.
Chipkarte nach Anspruch 1, wobei auf das zweite Kontaktfeld eine optisch abgedeckte Beschichtung aufgebracht ist, wobei es sich bei der Beschichtung um eine Bedruckung und/oder Metallisierung und/oder ein Hologramm handelt.
Chipkarte nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Filmband aus einem Isolator besteht und auf das Filmband eine leitfähige Schicht für die Implementierung der Kontaktelemente und der zumindest einen Leiterbahn aufgebracht ist.
Chipkarte nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem auf der den Kontaktelementen abgewandten Seite des Filmbandes eine leitfähige Schicht zur Implementierung der zumindest einen Leiterbahn aufgebracht ist.
Chipkarte nach Anspruch 4, mit mehreren Ebenen leitfähiger Schichten, jeweils zur Aufnahme von Leiterbahnen, wobei ein oder mehrere Leiterbahnen unterschiedlicher leitfähiger Schichten beispielsweise durch vias miteinander verbunden sind.
Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, bei dem es sich bei dem Träger um einen Lead Frame handelt.
Chipkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die leitfähige Schicht im Wesentlichen aus Kupfer besteht und die leitfähige Schicht vorzugsweise einen Diffusions- bzw. Korrosionsschutz beispielsweise aus einem Nickel-Gold-Schichtsystem aufweist.
Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, mit einer ersten leitfähigen Schicht zur Implementierung der Kontaktelemente und der zumindest einen Leiterbahn auf der Vorderseite des Filmbands und einer zweiten leitfähigen Schicht auf der Rückseite des Filmbandes zur Implementierung zumindest einer weiteren Leiterbahn.
Chipkarte nach Anspruch 8 mit vias in dem Filmband zur Kontaktierung einer Leiterbahn oder eines Kontaktelements auf der Vorderseite mit einer Leiterbahn auf der Rückseite des Filmbandes.
Chipkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, bei dem die zumindest eine Leiterbahn in einem die Kontaktfelder der Module abdeckenden Randbereich angeordnet ist.
Chipkarte nach einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 10, bei dem die zumindest eine Leiterbahn in einem Bereich zwischen den Kontaktelementen angeordnet ist.