DE3803474A1 - Wandler zur durchfuehrung einer signalumwandlung fuer datenauslesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wandler, insbesondere einen verbesserten Wandler zum Umwandeln eines aus einem in ein Auslesegerät integrierten Halbleiter-Speicher ausgelesenen Signals für die Übertragung zu einem elektromagnetischen Kopf des Auslesegeräts, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Wandlers.

In neuerer Zeit sind integrierte Schaltkreis- bzw. sog. IC-Karten entwickelt worden, die einen eingebauten Halb­ leiter-Speicher einer großen Kapazität enthalten, der eine Vielfalt von Datenverarbeitungsoperationen ausführt. Das Auslesen von in einem solchen Halbleiter-Speicher ab­ gespeicherten Daten macht es herkömmlicherweise erforder­ lich, daß die elektrischen Klemmen oder Anschlüsse einer als Datenleser dienenden externen Einheit mit den an der IC-Karte ausgebildeten Anschlüssen oder Klemmen in Kontakt bringbar sind. Je häufiger die IC-Karte mit der externen Einheit verbunden und von ihr getrennt wird, um so größer ist der Abrieb oder Verschleiß an den Anschlüssen dieser Einheit und der IC-Karte. Wenn die Anschlüsse bis zu einem gewissen Grad abgenützt sind, können beim Verbinden der IC-Karte mit der externen Einheit oder beim Trennen derselben von ihr Funken entstehen, welche die IC-Karte beschädigen und weniger zuverlässig als vorher machen. Als Möglichkeit zur Überwindung dieses Problems ist be­ reits die folgende Verbindungs- oder Ankopplungsmethode vorgeschlagen worden:

Ein innerhalb der IC-Karte erzeugtes elektrisches Signal wird kurzzeitig in ein magnetisches Signal umgewandelt, das wiederum durch einen elektromagnetischen Wandler aus­ gelesen wird, der in die externe Einheit einbezogen ist und eine Lesespule aufweist. Dies ist als kontaktlose oder -freie Auslesemethode bekannt. Die IC-Karte und der externe elektromagnetische Wandler weisen jeweils neben der Lesespule mehrere Spulen auf, z.B. eine Einschreib­ spule, eine Lese/Einschreibspule und eine Netz- oder Stromtaktspule.

Der in die externe Einheit eingebaute elektromagnetische Wandler kann durch einen elektromagnetischen Wandler ohne Spulen ersetzt werden. In diesem Fall wird in die IC-Karte ein elektromagnetischer Wandler mit einer Spule eingebaut oder integriert, während in der externen Einheit ein magnetischer Kartenleser vorgesehen wird. Letzterer kann von an sich bekannter Art sein, und er dient zum Auslesen von Daten aus einem auf der Karte ausgebildeten Magnet­ streifen. Der elektromagnetische Kopf liest das Ausgangs­ signal des in die IC-Karte einbezogenen elektromagnetischen Wandlers aus.

Die Spule des in die IC-Karte einbezogenen elektromagne­ tischen Wandlers erzeugt zwei Magnetflüsse nahe dem Zen­ trum eines Lesekopfes. Diese Magnetflüsse heben einander auf. Wenn somit ein elektromagnetischer Kopf am Zentrum der Lesespule angeordnet ist, besitzt das Ausgangssignal von der Wicklung auf diesem Kopf eine Größe nahezu gleich Null. Wenn dagegen der Kopf außerhalb des äußersten Um­ risses oder Umkreises der Spule angeordnet ist, fließen asymmetrische Ströme durch die Kernhälften der Spule. In diesem Fall beträgt das Ausgangssignal des Kopfes nicht Null, doch wird nur ein Teil der durch die Spule erzeugten Magnetflüsse effektiv genutzt. Demzufolge ist die Signal­ übertragungsleistung gering.

Je enger der Spalt zwischen dem Kopf und dem Wandler ist, um so größer ist die Signalübertragungsleistung. Ein(e) anisotrope(r) leitfähige(r) Film oder Folie einer Dicke von etwa 0,1 mm ist zwischen den Kopf und den Wandler eingefügt und mit der Spule verbunden, um letztere mit Strom zu versorgen. Der Spalt zwischen dem Kopf und dem Wandler kann dabei nicht kleiner sein als 0,1 mm. Sofern dieser Spalt nicht verkleinert wird, kann die Signalüber­ tragungsleistung dabei nicht ausreichend hoch sein.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Wandlers, der mit einem einfachen Aufbau die Intensität oder Stärke des effektiven erzeugten Magnetfelds zu er­ höhen und damit die Signalübertragungsleistung (signal transfer efficiency) zu verbessern vermag.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekenn­ zeichneten Merkmale gelöst.

Gegenstand der Erfindung ist ein Wandler, umfassend ein Substrat mit einem ersten, zur Ausbildung einer Spule benutzten Teil und einem zweiten Teil zur Verwendung als eine Elektrode, der dünner ist als der erste Teil und mit diesem in Verbindung steht, eine auf dem ersten Teil des Substrats ausgebildete, einen Dünnschicht-Wandler bildende Einrichtung sowie eine auf dem zweiten Teil des Substrats ausgebildete und mit der Wandler-Bildungs­ einrichtung gekoppelte Dünnschicht-Elektrodeneinrichtung.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Wandlers, bestehend aus einem Substrat mit einem ersten Teil einer vorbestimmten Dicke und einem zweiten Teil, der dünner ist als der erste Teil und mit diesem in Verbindung steht. Dieses Verfahren umfaßt die folgen­ den Schritte: Ausbilden einer ersten Dünnschicht-Wandler­ bildungseinrichtung auf dem ersten Teil des Substrats, Ausbilden einer mit der ersten Wandlerbildungseinrichtung gekoppelten Dünnschicht-Elektrodeneinrichtung, Ausbilden einer Isolierschicht auf dem Substrat und der ersten Wandlerbildungseinrichtung, Ausbilden von (durchgehenden) Öffnungen in der Isolierschicht, wobei die Öffnungen den Mittelteil der ersten Wandlerbildungseinrichtung frei­ legen, und Ausbilden einer zweiten Wandlerbildungsein­ richtung auf der Isolierschicht und in den Bohrungen, wo­ bei die zweite Wandlerbildungseinrichtung eine Dünn­ schicht darstellt und elektrisch mit dem Mittelteil der ersten Wandlerbildungseinrichtung verbunden ist.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Er­ findung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung einer sog. IC-Karte mit einem eingebauten Wandler gemäß der Erfindung und einem elektromagnetischen Kopf,

Fig. 2 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung eines für den Einbau in eine IC-Karte geeigneten elektromagnetischen Dünnschicht-Wandlers und eines elektromagnetischen Kopfes,

Fig. 3, 4, 5 und 6 perspektivische Darstellungen auf­ einanderfolgender Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines elektromagnetischen Wandlers und

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen noch nicht fertig­ gestellten elektromagnetischen Wandler.

Fig. 1 veranschaulicht in perspektivischer Darstellung den Aufbau einer IC-Karte 10 mit einem eingebauten elek­ tromagnetischen Wandler gemäß der Erfindung sowie den Aufbau eines elektromagnetischen Kopfes. Die IC-Karte 10 enthält eine Batterie 20, einen integrierten Schaltkreis- bzw. IC-Speicher 30, einen elektromagnetischen Wandler 40 usw. eingebaut, wobei diese Bauteile durch einen Leiter miteinander verbunden sind. Oberhalb des elektromagne­ tischen Wandlers 40 befindet sich ein noch zu beschrei­ bender elektromagnetischer (Lese-)Kopf 70 eines Lesege­ räts.

Im folgenden ist der (elektromagnetische) Wandler 40 an­ hand der Fig. 2 bis 7 im einzelnen erläutert.

Der Wandler 40 besitzt z.B. die Maße 5×5 mm. Mit 42 ist dabei ein magnetisches Substrat bezeichnet, das aus einem Magnetmaterial, wie NiZn-Ferrit, geformt sein kann und Isoliereigenschaften besitzt. Die Oberseite des (magnetischen) Substrats 42 ist in eine Spulenbildungs­ fläche 42 a und eine stufenförmige bzw. abgestufte An­ schlußflächenbildungsfläche 42 b unterteilt, die tiefer liegt als die erstere Fläche 42 a. Eine durch zwei Spiral­ spulen 44 und 46 geformte elektromagnetische Wandlerspule ist nach an sich bekannter Dünnschichttechnik auf der Spulenbildungsfläche 42 a ausgebildet. Die in zueinander gleichem Sinn gewickelten Spiralspulen 44 und 46 sind miteinander gekoppelt und so angeordnet, daß der elektromagnetische Kopf 70 des Lesegeräts (Fig. 1 und 2) einem Mittelteil oder -bereich jeder Spule gegenübersteht bzw. zugewandt ist. Der Kopf 70 ist so ausgelegt, daß er Daten auslesen kann, sofern er nicht vom Mittelpunkt zwischen den Spiralspulen 44 und 46 über eine Strecke von mehr als 2 mm abweicht. Die Spiralspulen 44, 46 sind außerdem jeweils mit Dünnschicht-Anschlußflächen (pads) 48 bzw. 50 verbunden, die für elektrischen Anschluß auf der Anschlußflächenbildungsfläche 42 b ausgebildet sind und die an das eine Ende einer durch Drahtverbindung, einen anisotropen leitfähigen Film o.dgl. ausgebildeten Zuleitung 52 angeschlossen sind, deren anderes Ende mit einer externen Schaltung für Stromzufuhr verbunden ist.

Die Fig. 3 bis 7 veranschaulichen Verfahrensstufen für die Ausbildung oder Herstellung der elektromagnetischen Wandlerspule sowie der Anschlußflächen 48 und 50 auf dem magnetischen Substrat 42.

Zunächst werden gemäß Fig. 3 die Spulenbildungsfläche 42 a und die abgestufte, unter der Ebene der Fläche 42 a liegende Anschlußflächenbildungsfläche 42 b auf dem magnetischen Substrat 42 erzeugt. Letzteres ist beispielsweise an der Spulenbildungsfläche 42 a 0,3 mm und an der Anschluß­ flächenbildungsfläche 42 b 0,2 mm dick.

Sodann werden gemäß Fig. 2 auf der Spulenbildungsfläche (im folgenden einfach als Spulenfläche bezeichnet) 42 a zwei erste Spiralspulen 442 und 462 ausgebildet, die je­ weils beispielsweise 2-3 µm dick sind, eine erste Schicht auf der Spulenfläche 42 a darstellen und beide in gleicher Richtung gewickelt sind. Die Spiralspulen 442 und 462 sind jeweils mit einer von zwei Anschlußflächen 48 bzw. 50 verbunden, die nach Dünnschichttechnik auf der Anschlußflächenbildungsfläche 42 b ausgebildet sind.

Gemäß den Fig. 5 und 7 wird eine erste Isolierschicht 542, z.B. aus einem Photoresistmaterial, mit einer Dicke von z.B. 10 µm auf die eine Oberfläche des magnetischen Sub­ strats 42 aufgebracht, nämlich über die Oberseiten der Spiralspulen 442 und 462. In den mit den Spitzen- oder Endabschnitten 442 a und 462 a der Spiralspulen 442 bzw. 462 in Kontakt stehenden Abschnitten der ersten Isolier­ schicht 542 werden durchgehende Bohrungen oder Öffnungen 56 bzw. 58 ausgebildet, während in den Abschnitten der Isolierschicht 542, an denen diese Spiralspulen mit den Anschlußflächen 48 bzw. 50 verbunden sind, durchgehende Bohrungen bzw. Öffnungen 60 bzw. 62 ausgebildet werden.

Gemäß den Fig. 6 und 7 werden in Zuordnung zu den Öff­ nungen 56 und 58 zwei zweite Spiralspulen 444 bzw. 464 mit einem vorbestimmten Zwischenraum zwischen ihnen auf der ersten Isolierschicht 542 erzeugt. Ebenso wie die ersten Spiralspulen 442 und 462 sind die zweiten Spiral­ spulen 444 und 464 jeweils z.B. 2-3 µm dick und in gleicher Richtung gewickelt, wobei sie eine zweite Schicht auf der ersten Isolierschicht 542 bilden. Die zweiten Spiralspulen 444 und 464 werden ebenfalls auf oder über der Fläche 42 a nach Dünnschichttechnik erzeugt.

Die Mittelabschnitte 444 a und 464 b der zweiten Spiral­ spulen 444 bzw. 464 werden über die betreffenden Öffnungen 56 bzw. 58 an die Mittelabschnitte 442 a bzw. 462 a der ersten Spiralspulen 442 bzw. 462 angeschlossen. Die zwei­ ten Spiralspulen 444 und 464 bilden somit zusammen mit den ersten Spiralspulen 442 und 462 (jeweils) ein Paar miteinander gekoppelter bzw. aneinander angeschlossener Spiralen 44 bzw. 46. Über die zweiten Spiralspulen 444 und 464 sowie die erste Isolierschicht 542 hinweg wird eine zweite Isolierschicht 544 aufgebracht, die - ebenso wie die erste Isolierschicht - eine Dicke von 10 µm be­ sitzt.

Eine in Fig. 7 dargestellte Zuleitung 52 wird mit den durchgehenden Öffnungen 60 und 62 verbunden, die zu den Anschlußflächen 48 und 50 auf der Fläche 42 b führen. Diese Zuleitung 62 besteht beispielsweise aus einer 0,1 mm dicken anisotropen, leitfähigen Folie und wird durch thermisches Druckverbinden über die durchgehenden Öffnungen ange­ geschlossen. Infolgedessen ist die Dicke des Substrats 42 an der Seite der Anschlußflächenbildungsfläche 42 b zu­ sammen mit der Zuleitung 52 immer noch kleiner als die Substratdicke im Bereich der Spulenfläche 42 a.

Gemäß Fig. 2 wird eine Deckschicht 64 einer Dicke von z.B. 0,1 mm über der zweiten Isolierschicht 544 und der Zuleitung 52 abgelagert. Die als Schutzschicht für die IC-Karte 10 dienende Deckschicht 64 wird nicht nur über dem elektromagnetischen Wandler 40, sondern auch über der gesamten Ober- und Unterseite der IC-Karte 10 ausge­ bildet. (In Fig. 2 ist nur der die Oberseite der IC-Karte 10 bedeckende Teil der Deckschicht 64 dargestellt.)

Wenn bei dem auf die beschriebene Weise gebildeten elek­ tromagnetischen Wandler 40 an die über die Zuleitung 52 zusammengeschalteten Spiralspulen 44 und 46 ein Strom an­ gelegt wird, erzeugen die Spiralspulen 44 und 46 entspre­ chend der Fließrichtung des Stroms Magnetflüsse in ent­ gegengesetzten Richtungen in bezug auf das magnetische Substrat 42. Die durch die Spiralspulen 44 und 46 er­ zeugten Magnetflüsse zirkulieren durch die Kernhälften 70 a und 70 b des elektromagnetischen Kopfes 70 von der Spiralspule 44 zur Spiralspule 46, wie dies z.B. durch den Pfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Wenn sich die Inten­ sität oder Stärke der Magnetflüsse der Spiralspulen 44 und 46 am magnetischen Substrat 42 zeitabhängig ändert, wird eine Spannung induziert, wobei mittels einer Wicklung 72 am Kopf 70 Daten ausgelesen werden. Wie erwähnt, ver­ laufen die einander entgegengesetzte Phasen aufweisenden, durch die Spiralspulen 44 und 46 erzeugten Magnetflüsse von den Zentren der Spiralspulen 44 und 46 in einer Rich­ tung senkrecht zum magnetischen Substrat 42. Diese Magnet­ flüsse heben daher einander in den Kernhälften des elek­ tromagnetischen Kopfes nicht auf.

Die Spulenfläche 42 a und der elektromagnetische Kopf 70 besitzen bezüglich ihres gegenseitigen Abstands und eines reproduzierten, in der Kopf-Wicklung 72 erscheinenden Ausgangssignals die im folgenden beschriebene Beziehung. Je weiter der elektromagnetische Kopf 70 von der Spulenfläche 42 a getrennt oder beabstandet ist, um so kleiner wird das reproduzierte Ausgangssignal. Beispielsweise beträgt das reproduzierte Ausgangssignal, das mit einem Abstand von 0,2 mm zwischen der Spulenfläche 42 a und dem Kopf 70 erzielt wird, die Hälfte des mit einem Abstand von 0,1 mm erzielten Ausgangssignals. Dies bedeutet, daß das repro­ duzierte Ausgangssignal um so größer ist, je näher sich der Kopf 70 an der Spulenfläche 42 a befindet. Das beste bzw. stärkste reproduzierte Ausgangssignal kann daher er­ sichtlicherweise erzielt werden, wenn der Kopf 70 mög­ lichst dicht an die Spulenfläche 42 a (tatsächlich an die Oberseite der Deckschicht 64) herangebracht wird.

Beim erfindungsgemäßen elektromagnetischen Wandler, dessen Anschlußflächen 48 und 50 auf einer abgestuften, unter­ halb der Spulenfläche 42 a liegenden Anschlußflächenbil­ dungsfläche 42 b vorgesehen sind, kann die Anschlußflächen­ bildungsfläche 42 b in einer tieferen Lage als die Spulen­ fläche 42 a gehalten werden, auch wenn eine anisotrope leitfähige Folie (z.B. 0,1 mm dick) als Zuleitung benutzt wird. Wenn die Deckschicht 64 aufgebracht ist, hängt der Abstand zwischen der Spulenfläche 42 a und dem Kopf 70 nicht von der Dicke der Anschlußflächenbildungsfläche ab, und er kann kleiner sein als bei der bisherigen Anordnung, bei welcher die Spulenfläche und die Anschlußflächenbil­ dungsfläche in derselben Ebene liegen. Mit anderen Worten: beim erfindungsgemäßen elektromagnetischen Wandler, der einen abgestuften Abschnitt am Zuleitungsteil (Anschluß­ flächenbildungsfläche) aufweist, welcher tiefer liegt als die Spulenbildungsfläche, kann der elektromagnetische Kopf im Vergleich zum herkömmlichen elektromagnetischen Wandler, welcher das dünnste verfügbare Material als Zu­ leitung benutzt, dichter an die Spulenfläche herangebracht werden.

Wie erwähnt, kann durch Verwendung eines magnetischen Substrats mit einer Spulen(bildungs)fläche, die eine von einer Anschlußflächenbildungsfläche verschiedene Dicke aufweist, ein reproduziertes Ausgangssignal oder Wieder­ gabeausgangssignal verbessert und damit ein durch die Spiralspulen erzeugter Magnetfluß effektiver genutzt wer­ den. Da weiterhin der elektromagnetische Kopf wesentlich näher an den elektromagnetischen Wandler herangebracht werden kann, wird die Signalübertragungsleistung ver­ bessert.

Die Erfindung ist keineswegs auf ein magnetisches Sub­ strat beschränkt, sondern auch auf ein Substrat aus einem nichtmagnetischen Material anwendbar. Beispielsweise kann eine weiche, etwa 10 µm dicke magnetische Dünnschicht durch Zerstäubung auf dem nichtmagnetischen Substrat er­ zeugt und als magnetische Schicht benutzt werden. In die­ sem Fall wird dieselbe Wirkung wie mit dem magnetischen Substrat erzielt.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind weiterhin Iso­ lierschichten auf den bzw. über den Spiralspulen ausge­ bildet; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Ausgestaltung beschränkt. Beispielsweise können als Deck­ schicht (over sheet) dienende Isolierschichten oder -filme oder auch keine Isolierschichten auf den Spiralspulen ausgebildet werden.

Mit der Erfindung wird somit eine IC-Karte mit einer elektromagnetischen Dünnschicht-Wandlerfunktion geschaffen, bei welcher ein erzeugter effektiver Magnetfluß unter Verbesserung der Signalübertragungsleistung vergrößert bzw. verstärkt ist.

Claims (2)

1. Wandler zur Durchführung einer Signalumwandlung für Datenauslesung, umfassend ein Substrat mit einem ersten Abschnitt oder Teil, der zur Ausbildung einer Spule dient, und einem zweiten, mit dem ersten Teil ver­ bundenen bzw. in ihn übergehenden, als Elektrode dienenden Teil, auf dem ersten Teil des Substrats aus­ gebildete Dünnschicht-Wandlerbildungsmittel und auf dem zweiten Teil des Substrats ausgebildete und mit den Wandlerbildungsmitteln sowie einer Halbleiterein­ richtung zur Lieferung eines Informationssignals ver­ bundene Dünnschicht-Elektrodenmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (42 b) des Substrats (42) dünner ausge­ bildet ist als der erste Teil (42 a) und daß die Wandler­ bildungsmittel zwei Spiralspulen (44, 46) umfassen, die in jeweils gleicher Richtung gewickelt und mit­ einander verbunden oder zusammengeschaltet sind.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander verbundenen oder zusammenge­ schalteten Spiralspulen (44, 46) jeweils eine erste Spiralspule (442, 462) als eine erste Schicht und eine zweite Spiralspule (444, 462) als eine zweite Schicht umfassen und Mittelabschnitte (442 a, 462 a) der ersten Spiralspulen (442, 464) über durchgehende Öffnungen (56 bzw. 58) an Mittelabschnitte (444 a, 464 a) der zweiten Spiralspulen (444, 464) angeschlossen sind.