DE19731737A1 - Chipmodul für einen kartenförmigen Datenträger, entsprechender Kartenkörper sowie Verfahren zur Befestigung des Chipmoduls im Kartenkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Chipmodul und einen Kartenkörper für einen kartenförmigen Datenträger sowie ein Verfahren zur Befestigung des Chipmoduls im Kartenkörper.

Chipkarten sind Beispiele für kartenförmige Datenträger. Zur Herstellung einer Chipkarte wird bei der sogenannten Implant-Technik ein den Chip aufweisendes Chipmodul (auch Elektronik­ modul genannt) in eine Vertiefung innerhalb des Kartenkörpers der Chipkarte eingesetzt. Das Chipmodul weist als Trägerele­ ment für den Chip eine Epoxidfolie sowie auf deren vom Chip abgewandeten, nach der Montage des Chipmoduls nach außerhalb des Kartenkörpers weisenden Seite Metallisierungen auf, die einer Kontaktierung des Chips über das Trägerelement mit der Außenwelt der Chipkarte ermöglicht. Üblicherweise wird das Chipmodul in der Vertiefung bzw. Kavität des Kartenkörpers durch Verkleben befestigt. Hierzu kommen Flüssigkleber oder thermisch aktivierbare Klebefolien zum Einsatz (Hot-Melt-Verfahren).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage von Chipkarten mittels der Implant-Technik zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Chipmodul gemäß Anspruch 5 sowie einen Kartenkörper gemäß An­ spruch 8 gelöste.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand von abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Chipmodul weist wenigstens ein Veranke­ rungselement auf, das für eine Verankerung des Chipmoduls im Kartenkörper vorgesehen ist. Durch die Verankerungselemente wird der Einsatz eines Klebers zur Fixierung des Chipmoduls in der Vertiefung überflüssig. Andererseits kann durch gleichzeitiges Vorsehen eines Klebstoffes und der erfindungs­ gemäßen Verankerungselemente eine noch bessere Fixierung des Chipmoduls im Kartenkörper erreicht werden.

Das Verankerungselement ist vorzugsweise durch Kleben am Chipmodul zu befestigen. Günstig ist es, wenn das Veranke­ rungselement aus einem Metall ist, das durch hohe Festigkeit für die Verankerung geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, den Kartenkörper zu erwärmen, so daß sein Material aufgeweicht wird, das Chipmo­ dul in die Vertiefung einzuführen, wobei wenigstens ein Ver­ ankerungselement des Chipmoduls wenigstens teilweise in den aufgeweichten Kartenkörper eindringt und von diesem wenig­ stens teilweise umschlossen wird, und anschließend den Kar­ tenkörper wieder abzukühlen bzw. abkühlen zu lassen, so daß er erstarrt. Auf die geschilderte Weise ist es möglich, die Verankerung des Chipmoduls im Kartenkörper ohne großen Kraft­ aufwand durchzuführen. Außerdem wird ein guter Kraftschluß erreicht, da die Verankerungselemente auf diese Weise im Ma­ terial des Kartenkörpers eingebettet werden. Ohne Erwärmung würde es dagegen zu einer mechanischen Zerstörung des Karten­ materials durch die Verankerungselemente kommen.

Wichtig ist, daß durch die Erwärmung des Kartenkörpers nicht auch die Verankerungselemente schmelzen. Dies ist aber leicht zu bewerkstelligen, da als Kartenkörper in aller Regel Thermoplasten zum Einsatz kommen, die einen vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkt haben, so daß als Material für das Verankerungselement zahlreiche Stoffe mit höherem Schmelz­ punkt geeignet sind. Dies trifft insbesondere für die meisten Metalle zu, beispielsweise Kupfer oder Aluminium.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Kartenkörper nur lokal an den Stellen erwärmt, an denen die Verankerungselemente in ihn eindringen sollen. Auf diese Wei­ se wird zum einen lediglich eine geringe Energiemenge benö­ tigt, um eine lokale Aufweichung des Materials zu erreichen, andererseits erfährt das restliche Material des Kartenkörpers keine Material- oder Formveränderung, da dort die Temperatur kaum ansteigt.

Eine im wesentlichen nur lokale Erwärmung des Kartenkörpers an den gewünschten Stellen ist besonders günstig mittels Schweißverfahren durchführbar, bei denen genau einstellbar ist, in welcher Tiefe des Materials des Kartenkörpers eine Erwärmung stattfinden soll. Hierfür eignen sich insbesondere Ultraschallschweißverfahren.

Der erfindungsgemäße Kartenkörper weist am Boden der Vertie­ fung des Kartenkörpers oder an ihren Seitenwänden wenigstens einen Hohlraum auf, der zur wenigstens teilweisen Aufnahme des Verankerungselementes vorgesehen ist, formmäßig an dieses angepaßt ist und wenigstens eine Hinterschneidung aufweist, so daß nach dem Einführen des Verankerungselementes in den Hohlraum bei gleichzeitiger Erwärmung des Kartenkörpers eine gute Verankerung des Verankerungselementes im Hohlraum ge­ währleistet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. näher er­ läutert.

Fig. 1 und 2 zeigen je zwei Zustände je eines Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung.

In beiden Figuren ist jeweils im linken Teil die Montage ei­ nes Chipmoduls 1 in einen Kartenkörper 3 eines kartenförmigen Datenträgers 2 dargestellt, während der jeweils rechte Teil der Figuren den kartenförmigen Datenträger 2 nach erfolgter Montage zeigt. Bei den hier vorgestellten Ausführungsbeispie­ len besteht der Kartenkörper 3 aus einem Thermoplasten, der durch Erwärmung leicht aufgeweicht (plastifiziert) werden kann.

Fig. 1 zeigt den Kartenkörper 3 mit einer darin vorhandenen Kavität bzw. Vertiefung 4 zur Aufnahme des Chipmoduls 1. Das Chipmodul 1 weist ein Trägerelement 8 auf, auf dem ein Chip 7 befestigt ist. Üblicherweise ist der Chip 7 noch von einer Abdeckmasse bedeckt, die aber in den Figuren nicht darge­ stellt wurde. Das Trägerelement 8 besteht bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel aus einer Epoxidfolie mit einer darauf ka­ schierten Metallschicht, die zu einzelnen Kontaktflächen zur äußeren Kontaktierung des Chips 7 vereinzelt ist. In Fig. 1 befinden sich diese Kontaktflächen an der Oberseite des Trä­ gerelements 8, während der Chip 7 an dessen Unterseite befe­ stigt ist. Die elektrische Verbindung zwischen Anschlüssen des Chips 7 und den Metallflächen an der Oberseite des Trä­ gerelements 8 erfolgt über nicht dargestellte Bonddrähte, die durch Löcher in der Epoxidfolie des Trägerelements 8 zur dar­ über befindlichen Metallfolie geführt sind.

Zusätzlich zu diesem an sich gewöhnlichen Aufbau des Chipmo­ duls 1 weist dieses nun erfindungsgemäß an seiner mit dem Chip 7 versehenen Unterseite Verankerungselemente 5 aus Alu­ minium auf, die mit einer winkelförmigen Hinterschneidung ausgebildet sind. Von den Verankerungselementen 5 sind in der gezeigten Schnittdarstellung der Fig. 1 nur zwei sichtbar. Tatsächlich sind aber weitere Verankerungselemente 5 in ande­ ren Schnittebenen des Chipmoduls 1 vorhanden, die insgesamt konzentrisch um den Chip 7 herum angeordnet sind. Jedoch ist auch eine andere Anordnung der Verankerungselemente möglich. Ihre Anzahl ist für die Erfindung unwesentlich.

Zum Einsetzen des Chipmoduls 1 in die Vertiefung 4 wird nun der Kartenkörper 3 mittels eines Ultraschallschweißverfahrens lokal in den unterhalb der Verankerungselemente 5 in Fig. 1 befindlichen Bereichen erwärmt, so daß sein thermoplastisches Material an diesen Stellen aufgeweicht wird. Gemäß dem rech­ ten Teil von Fig. 1 ist es anschließend auf einfache Weise möglich, das Chipmodul 1 vollends in die Vertiefung 4 einzu­ schieben, wobei die Verankerungselemente 5 in das Material des Kartenkörpers 3 eindringen und von diesem umschlossen werden. Dabei ist durch die nur lokale Erwärmung des Karten­ körpers 3 gewährleistet, daß das Chipmodul 1 nur bis zum An­ schlag des oberen Teils der Vertiefung 4 in diese einführbar ist. Die nach links und rechts im rechten Teil der Fig. 1 ragenden Segmente des Trägerelements 8 kommen beim Einführen des Chipmoduls 1 demzufolge mit nicht aufgeweichten Partien des Kartenkörpers 3 in Kontakt, so daß ein weiteres Eindrin­ gen des Chipmoduls 1 in diesen verhindert ist.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich von demjenigen aus Fig. 1 nur hinsichtlich der Form der Verankerungselemente 5 sowie darin unterscheidet, daß der Kartenkörper 3 am Boden des oberen Teils der Vertie­ fung 4 Hohlräume 6 aufweist, die formmäßig an die Veranke­ rungselemente 5 angepaßt sind. In Fig. 2 hat das Veranke­ rungselement 5 des Chipmoduls 1 die Gestalt eines Ringes, der konzentrisch zum Chip 7 an der Unterseite des Trägerelements 8 angeordnet ist. In der Querschnittdarstellung der Fig. 2 ist nur der kreisförmige Querschnitt des das Verankerungsele­ ment 5 bildenden Ringes zu erkennen. Entsprechend ist der Hohlraum 6 im Kartenkörper 3 konzentrisch um den unteren Teil der Vertiefung 4 angeordnet. Nach oben zur Vertiefung hin weist der Hohlraum 6 Hinterschneidungen auf, die an den kreisförmigen Querschnitt des Verankerungselements 5 angepaßt sind. Der Kartenkörper 3 wird wiederum mittels eines Ultra­ schallschweißverfahrens lokal im Bereich des Hohlraums 6 er­ wärmt, so daß das Chipmodul 1 gemäß dem rechten Teil der Fig. 2 vollständig in die Vertiefung 4 drückbar ist. Anschlie­ ßend wird der Kartenkörper wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 abgekühlt, so daß die zuvor erwärmten Bereiche wieder erstarren. Anschließend ist das Chipmodul 1 mittels der Ver­ ankerungselemente 5 sicher im Kartenkörper 3 verankert, ohne daß der Einsatz eines Klebers notwendig ist.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 weist gegenüber demjenigen in Fig. 1 den Vorteil auf, daß dank der Hohlräume 6 das Ein­ führen der Verankerungselemente 5 in das Material des Karten­ körpers 3 noch erleichtert wird. Trotzdem kommt es zu einer ausreichend guten Verankerung aufgrund der vorgesehenen Hin­ terschneidungen in der Formgebung der Verankerungselemente bzw. der daran angepaßten Hohlräume 6.

Die Verankerungselemente 5 bei den dargestellten Ausführungs­ beispielen sind ebenso wie der Chip 7 mittels Klebstoff an der Unterseite des Trägerelements 8 befestigt.

Besonders günstig ist es, daß die am Trägerelement 8 befe­ stigten Verankerungselemente 5 auch eine Versteifungswirkung für das Chipmodul 1 haben. Dies ist in besonders starkem Maße beim ringförmigen Verankerungselement 5 des Ausführungsbei­ spiels in Fig. 2 der Fall. Weiterhin kann ein so konzen­ trisch geschlossenes Verankerungselement 5 als Begrenzung für eine in den Figuren nicht dargestellte Abdeckmasse für den Chip 7 dienen, die üblicherweise auf diesen gegossen bzw. ge­ tropft wird.

Anstelle eines Ultraschallschweißverfahrens kann auch ein an­ deres Reibschweißverfahren zum Einsatz kommen. Außerdem sind Vibrationsschweiß-, Hochfrequenzschweiß-, Strahlungsschweiß- und Heizelementschweißverfahren zur Erwärmung des Kartenkör­ pers 3 anwendbar. Das Ultraschallschweißverfahren ist jedoch aufgrund seiner sehr kurzen Schweißzeit und der guten Steuer­ barkeit der lokalen Erwärmung anderen Verfahren vorzuziehen. Ultraschall hat den Vorteil, daß durch ihn zwar das thermo­ plastische Material des Kartenkörpers 3, nicht jedoch die Epoxidfolie des Trägerelements 8 erwärmt wird, so daß das Chipmodul 1 beim Schweißen nicht in Mitleidenschaft gezogen wird. Ist der Kartenkörper 3 aus PVC, eignet sich ein Hoch­ frequenzschweißverfahren, während Ultraschallschweißen sich besonders zum Schmelzen von ABS eignet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Befestigung eines Chipmoduls (1) in einer in einem Kartenkörper (3) eines kartenförmigen Datenträgers (2) befindlichen Vertiefung (4), bei dem

• - der Kartenkörper (3) erwärmt wird, so daß er aufgeweicht wird,
• - und das Chipmodul (1) in die Vertiefung (4) eingeführt wird, wobei wenigstens ein Verankerungselement (5) des Chipmoduls (1) wenigstens teilweise in den aufgeweichten Kartenkörper (3) eindringt und von diesem wenigstens teil­ weise umschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Kartenkörper (3) nur lokal an den Stellen erwärmt wird, an denen die Verankerungselemente (5) in ihn eindrin­ gen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Erwärmung des Kartenkörpers (3) mittels eines Schweißverfahrens erzielt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein Ultraschallschweißverfahren eingesetzt wird.

5. Chipmodul (1) zum Einsetzen in eine in einem Kartenkörper (3) eines kartenförmigen Datenträgers (2) befindliche Vertie­ fung (4), das wenigstens ein Verankerungselement (5) auf­ weist, das für eine Verankerung des Chipmoduls (1) im Karten­ körper (3) vorgesehen ist.

6. Chipmodul nach Anspruch 5, bei dem das Verankerungselement (5) durch Kleben am Chipmodul (1) befestigt ist.

7. Chipmodul nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Verankerungselement (5) aus Metall ist.

8. Kartenkörper (3) eines kartenförmigen Datenträgers (2) mit einer Vertiefung (4) zur Aufnahme eines Chipmoduls (1) mit wenigstens einem Verankerungselement (5), bei dem am Boden der Vertiefung (4) oder an ihren Seitenwän­ den wenigstens ein Hohlraum (6) zur wenigstens teilweisen Aufnahme des Verankerungselementes (5) angeordnet ist, der formmäßig an dieses angepaßt ist und wenigstens eine Hinter­ schneidung aufweist.