DE3886721T2 - Chipkartenstruktur. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Herstellung von Karten mit integrierten Schaltungen, die allgemeiner unter dem Namen Chipkarten oder auch Karten mit einem Bauteil bekannt sind.
• Diese Karten, die heute für Anwendungen wie die Vorauszahlung von Telefonverbindungen in öffentlichen Fernsprechern weitverbreitet sind, werden von der breiten Öffentlichkeit verwendet und sind um so stärkeren mechanischen Beanspruchungen unterworfen als die Benutzer die Karten praktisch ständig mit sich führen müssen, damit sie darüber verfügen können, wenn sie sie benötigen.
• Um nun zu vermeiden, daß die Karten zu unhandlich sind, wurden Mittel und Wege gefunden, um ihnen ein sehr flaches Format zu geben. Gegenwärtig ist das Ideal durch Kreditkarten mit einigen Zentimetern Seitenlänge (etwa zehn Zentimeter lang und halb so breit) und einer Dicke von etwa 1 bis 2 Millimeter vorgegeben.
• Diese geringe Dicke macht die Karten elastisch. Nun ist die im Inneren befindliche integrierte Schaltung in Form eines Mikromoduls angebracht, der im Inneren eines in der Karte vorgesehenen Hohlraums sitzt und mit der Karte durch eine Erhitzungsoperation fest verbunden ist. Während dieser Operation schmilzt der die integrierte Schaltung in dem Mikromodul umhüllende Thermoplastkleber teilweise und haftet an dem die Karte bildenden Kunststoff.
• Der Mikromodul haftet also im wesentlichen aufgrund dieser Erhitzungsoperation an der Karte; dies kann auch eine Operation sein, bei der der Mikromodul am Boden des Hohlraums verklebt wird. Der Mikromodul wird ansonsten nicht in dem Hohlraum gehalten, denn es darf nicht vergessen werden, daß die Anschlußklemmen der Chipkarte an dem Mikromodul selbst realisiert sind und diese Verbindungen im wesentlichen mit der Ebene der oberen Fläche glatt abschließen müssen.
• Aus den Dokumenten FR-A-2 538 930 und EP-A-0 207 853 sind Systeme zur Befestigung von Mikromodulen in den Karten bekannt. Die FR-A-2 538 930 beschreibt eine Chipkarte, deren Mikromodul durch Baionettstifte am Boden des Mikromoduls gehalten wird, und die EP-A-0 207 853, die den Oberbegriff von Anspruch 1 abdeckt, eine Chipkarte, in der der Chip durch Verklebung eines isolierenden Trägers befestigt ist, mit dem der Chip verbunden ist. Allerdings zeigen diese Befestigungssysteme Probleme mit dem natürlichen Halt sowie Probleme mit dem Herausbrechen.
• Man hat festgestellt, daß dann, wenn die Karte zu stark gebogen wird, eine nicht zu vernachlässigende Gefahr besteht, daß der Mikromodul herausbrechen kann. Auch wenn er nur teilweise herausbricht, kann dies dann die Verwendung der Karte verunmöglichen.
• Ein Verfahren zur Verringerung dieser Gefahr wurde sehr allgemein angenommen: es besteht darin, den Mikromodul in eine Ecke und nicht ins Zentrum der Karte zu setzen, denn die Relativverformungen der Kartenzonen bei Biegung oder Verwindung sind an den Rändern weniger stark als im Zentrum der Karte.
• Allerdings reicht diese Maßnahme nicht aus, und die Erfindung schlägt vor, die Herstellung der Chipkarten zu verbessern, um die Gefahr eines Herausbrechens des Mikromoduls beim Biegen der Karte noch weiter zu verringern.
• Dazu schlägt die Erfindung eine Kartenstruktur mit einem im Körper der Karte gebildeten Hohlraum und einem in diesem Hohlraum untergebrachten Mikromodul vor, wobei der Mikromodul eine integrierte Schaltung und blanke Anschlußklemmen aufweist, die mit der Ebene der oberen Fläche der Karte glattabschließen, wenn der Mikromodul in dem Hohlraum angebracht ist, wobei diese Karte dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ränder des Hohlraums wenigstens eine überhängende Zone aufweisen, die einen Rand des Substrats teilweise überdeckt, um die Verlagerung des Mikromoduls aus dem Hohlraum heraus zu begrenzen.
• Der Uberhang kann eine Ecke des Hohlraums einnehmen, wenn dieser quadratisch oder rechteckig ist.
• Er sitzt bevorzugt in der Zone des Hohlraums, die beim Biegen der Karte den stärksten Verformungen unterworfen ist.
• Eventuell kann ein Überhang an jeder Ecke des Hohlraums ins Auge gefaßt werden.
• In vielen Fällen kann die Karte durch Kolaminierung von Kunststoffolien (z.B. aus Polyvinylchlorid) hergestellt werden, wobei jede dieser Folien so vorgeschnitten ist, um durch Aufeinanderstapelung der Ausschnitte den Hohlraum zu bilden; in diesem Fall kann der Überhang auch mittels eines Ausschnitts von besonderer Form für die obere Folie des Stapels gebildet sein.
• Es läßt sich auch ins Auge fassen, daß die Karte und ihr Hohlraum durch Spritzpressen eines thermoplastischen oder warmaushärtenden Harzes hergestellt werden. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, daß die Form eine Gestaltung mit wenigstens einem Höcker an wenigstens einer Stelle am Rand des Hohlraums ergibt; nach dem Einsetzen des Mikromoduls in den Hohlraum wird dieser Höcker heißplattgedrückt, um den Überhang zu bilden, der teilweise einen Rand des Mikromoduls überdeckt, um seinen Halt zu unterstützen.
• Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen; darin zeigen
• - Fig. 1 allgemein das herkömmliche Aussehen einer Chipkarte im Kreditkartenformat;
• - Fig. 2 in vergrößerter Ansicht die Anordnung eines integrierten Schaltungsmikromoduls im Inneren eines in der Karte vorgesehenen Hohlraums;
• - Fig. 3 die Struktur der Karte nach einer Ausführungs form der Erfindung;
• - Fig. 4 eine Teildraufsicht entsprechend Fig. 3; und
• - Fig. 5 schematisch zwei Phasen eines Verfahrens zur Herstellung des Überhangs nach der Erfindung durch Zerdrücken eines Höckers der Karte.
• In Fig. 1 ist eine Chipkarte 10 mit herkömmlichem ISO-Format dargestellt, also rechteckig, etwa zehn Zentimeter lang, fünf Zentimeter breit und 1 bis 2 Millimeter dick.
• In der oberen linken Ecke der Karte ist ein kreisförmiger, quadratischer oder rechteckiger Hohlraum 12 vorgesehen, der ein Mikromodul enthält, der eine integrierte Schaltung sowie blanke Anschlußklemmen umfaßt, über die die Karte mit einer nicht dargestellten Lesevorrichtung verbunden werden kann.
• Der Mikromodul ist mit der Bezugsziffer 14 bezeichnet, die Anschlußklemmen mit der Bezugsziffer 16.
• In der Praxis ist der Mikromodul ausgehend von einer gedruckten Schaltung realisiert, die auf ein isolierendes Substrat photogeätzte Leiter aufweist. Das Substrat wird in seinem Zentrum ausgeschnitten, um das Anbringen eines integrierten Schaltungschips zu ermöglichen, der mit den verschiedenen Anschlußklemmen der gedruckten Schaltung verbunden wird.
• Fig. 2 stellt einen vergrößerten Schnitt der Karte 10 mit ihrem Hohlraum 12 und dem im Inneren des Hohlraums untergebrachten Mikromodul dar. Die Karte besteht aus Kunststoff, z.B. aus Polyvinylchlorid (PVC) oder einem anderen thermoplastischen oder warmaushärtendem Material. Sie kann durch die Aufeinanderstapelung von aneinandergeklebten, dünnen Folien wie den Folien 10a, 10b, 10c in Fig. 2 hergestellt sein; jede Folie wird dann vor dem Verkleben auf die anderen vorzugeschnitten, so daß der Stapel der Folien den Hohlraum 12 bildet. In Fig. 2 ist die Folie 10a nicht ausgeschnitten, die Folie 10b weist einen Ausschnitt auf, dessen Abmessungen es zulassen, im wesentlichen den integrierten Schaltungschip und die Drähte unterzubringen, die ihn mit den Anschlußklemmen 16 der Karte verbinden; die Folie 10c schließlich weist einen größeren Ausschnitt als den der Folie 10b auf, um den oberen Teil des Mikromoduls 1 unterzubringen.
• Die Karte könnte auch durch Spritzen von Harz unter Hitze und Druck in einer Form gebildet werden, deren Gestalt nicht nur das Außenvolumen der Karte sondern auch den Hohlraum 12 ergibt.
• Der Mikromodul wird ausgehend von einer gedruckten Schaltung, d.h. einem isolierenden Substrat 18 (z.B. aus Polyimid) hergestellt ist, das mit einer photogeätzten leitenden Schicht überdeckt ist, die die von außen zugänglichen Anschlußklemmen 16 der Karte bildet. Wird die die Verbindungsleiter haltende Seite der gedruckten Schaltung mit Vorderseite bezeichnet, dann liegt das isolierende Substrat 18 im Inneren des Hohlraums 12, und die Anschlußklemmen schließen nach außen in der Ebene der oberen Fläche der Karte glatt ab. Das isolierende Substrat 18 ist in seinem Zentrum ausgeschnitten, um Platz für einen integrierten Schaltungschip 20 zu lassen, der im Inneren des Hohlraums unter den Verbindungsleitern 16 liegt.
• Der Chip ist bevorzugt hinten an eine der Anschlußklemmen gelötet, z.B. einen Anschluß, der die elektrische Masse der Karte bildet, und durch Verbindungsdrähte 22, z.B. durch Gold- oder Aluminiumdrähte, mit den anderen Anschlußklemmen 16 verbunden.
• Der Chip 20 und die Verbindungsdrähte 22 sind in ein Schutzharz 24 gehüllt. Das Harz überdeckt nicht die Vorderseite der Anschlußklemmen, da sie zugänglich bleiben müssen. Die Einheit aus dem Chip 20, den Verbindungsdrähten 22, dem isolierenden Substrat 18, den Anschlußklemmen 16 und dem Umhüllungsharz 24 bildet den Mikromdul 14.
• Im Stand der Technik ist der Mikromodul in einen Hohlraum eingesetzt, der sich von unten nach oben aufweitet, d.h. daß die Abmessungen des Hohlraums nach der Verlagerung vom Boden des Hohlraums nach oben und damit zu der oberen Fläche der Karte zunehmen.
• Der Mikromodul wird lediglich durch das gegen den Boden des Hohlraums haftende Harz am Platz gehalten; dieses Haften wird durch Erhitzen des Harzes nach dem Einsetzen des Moduls oder durch einfache Verklebung erhalten.
• Erfindungsgemäß ist eine Struktur wie die von Fig. 3 vorgeschlagen, bei der die Ränder des Hohlraums wenigstens einen Überhang aufweisen, der einen Teil des Moduls überdeckt, um seine Verlagerung nach oben zu begrenzen.
• Der Überhang ist mit der Bezugsziffer 26 bezeichnet. Die anderen Bezugsziffern von Fig. 3 bezeichnen Elemente, die mit denen von Fig. 2 identisch sind. Der Überhang ist an einer Stelle realisiert, an der die größte Chance besteht, daß der Modul bei Biegung oder Verwindung der Karte herausbricht. Ein Überhang ist beispielsweise in zwei Ecken des Hohlraums vorgesehen, wobei diese Ecken nach einer Richtung ausgerichtet sind, die der Diagonalen der Karte benachbart ist. Allerdings können die Uberhänge auch unterschiedlich verteilt sein, beispielsweise jeder in der Mitte eines Rands des Hohlraums.
• Der Überhang kann auf verschiedene Weise realisiert sein, insbesondere in Abhängigkeit von der Art der Herstellung der Karte. Ist die Karte beispielsweise durch die Aufeinanderstapelung von heißgepreßten Folien hergestellt, die so ausgeschnitten sind, daß der Stapel der Folien den Hohlraum bildet, dann kann vorgesehen sein, daß die obere Folie des Stapels einen solchen Ausschnitt aufweist, daß die Aufeinanderstapelung der vorletzten Folie und der letzten Folie einen Überhang der letzten Folie über den Ausschnitt der vorletzten Folie bildet. In Fig. 3 ist eine Stapelung aus vier Folien 10a, 10b, 10c, 10d dargestellt; die vorletzte Folie ist also die Folie 10c, und die letzte Folie ist die mit dem Überhang 26 versehene Folie 10d.
• Da es besonders wünschenswert ist, daß die Vorderseite der Anschlußklemmen 16 genau in der Ebene der oberen Fläche der Karte 10 liegt, ist vorgesehen, daß der Überhang 26 den isolierenden Träger an einer Stelle überdeckt, wo dieser nicht von dem Metall der Anschlußklemmen überdeckt ist. Dies ermöglicht es, daß der Überhang in der Höhe nicht über die Vorderseite der Anschlußklemmen hinausragt, jedenfalls unter der Bedingung, daß die Dicke des Kunststoffs in der Überhangzone nicht über der Dicke der Schicht 16 der Anschlußleiter liegt. Es könnte auch vorgesehen sein, daß das isolierende Substrat 18 nicht eben ist, sondern nach unten einen Absatz aufweist, der es ihm ermöglicht, unter den Uberhang 26 zu gleiten und dabei gleichzeitig den Uberhang und die Anschlußklemmen in der gleichen Ebene wie die obere Fläche der Karte zu lassen.
• Nur beispielhaft stellt Fig. 4 eine Draufsicht der Karte dar, die zeigt, wie der Überhang 26 in einer Ecke des Hohlraums 12 angeordnet sein kann.
• Eine weitere Ausführungsform des Überhangs ist insbesondere im Falle von durch Formgebung hergestellten Karten zu verwenden; diese Ausführung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Sie besteht darin, vorzusehen, daß die der Karte 10 ihre Gestalt gebende Form so gestaltet ist, daß sie ergeben kann
• - einerseits das allgemeine Volumen der Karte (Formateiner flachen Kreditkarte);
• - andererseits den Hohlraum 12 zur Aufnahme des Mikromoduls 14;
• - schließlich wenigstens eine Höcker 28 an einem Rand des Hohlraums, wobei sich dieser Höcker nach oben und nicht ins Innere des Hohlraum erstreckt.
• Nach dem Einführen des Mikromoduls in den Hohlraum wird der Höcker heiß zusammengedrückt, bis er wieder in der Ebene der oberen Fläche der Karte liegt. So wird der Überhang 26 zur gleichen Zeit gebildet, zu der das Umhüllungsharz des Mikromoduls unter der Wirkung der Hitze gegen den Kunsttoff des Bodens des Hohlraums 12 anhaftet. Man kann auch ins Auge fassen, die Höcker durch eine Ultraschalltechnik umzulegen, wodurch die Plastifizierung und die Verformung der Ecken durch Vibrationen mit Ultraschallfrequenz gewährleistet ist.
• Bei einer Ausführung, bei der die Karte keine Kontakte trägt (elektromagnetische der optische Übertragung zwischen der Karte und einem Kartenleser) kann ins Auge gefaßt werden, daß die umgelegten Ecken einen großen Teil oder sogar die Gesamtheit des Mikromoduls überdecken.
• Es kann auch vorgesehen sein, daß das die umgelegten Höcker bildende Material geringfügig leitend ist (z.B. durch die Beigabe von Metallfasern), um die Ausschaltung elektrostatischer Ladungen zu fördern, die die integrierte Schaltung beschädigen können.
• Schließlich kann den umgelegten Höckern in bestimmten Fällen eine Form verliehen werden, die dauerhaft eine lösbare Anordnung des Mikromoduls ermöglicht: der Nikromodul wäre dann in den mit umgelegten Höckern versehenen Hohlraum einrastbar.

Claims (6)

1. Flache Chipkarte mit einem im Körper (10) der Karte gebildeten Hohlraum (12) und einem in diesem Hohlraum untergebrachten Mikromodul (14), wobei der Mikromodul zwei Teile aufweist: einerseits ein ebenes isolierendes Substrat (18), das mit galvanischen Anschlüssen (16) bedeckt ist, und andrerseits einen Block, der von einem umhüllten (24) Chip (20) gebildet und an diesem Substrat befestigt ist, wobei der umhüllte Chip eine integrierte Schaltung enthält, die mit den Anschlüssen des Substrats verbunden ist, wobei der Chip eine gegebene Größe hat und wobei das Substrat über den Block hinausragt, damit die Anschlüsse mit der Ebene der oberen Fläche der Karte glatt abschließen, wenn der Mikromodul in dem Hohlraum angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat größer als der Chip ist, wobei die Ränder des Hohlraums wenigstens eine überhängende Zone (26) aufweisen, die einen Rand des Substrats teilweise überdeckt, um die Verlagerung des Mikromoduls aus dem Hohlraum heraus zu begrenzen.

2. Chipkarte gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überhang in einer Ecke des Hohlraums angeordnet ist, der eine rechteckige oder quadratische Form hat.

3. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Karte durch Pressung von aufeinandergestapelten Kunststoffolien (10a bis 10d) gebildet ist, wobei einige der Folien zur Bildung des Hohlraums 12 ausgeschnitten sind und die letzte Folie (10d) des Stapels einen Ausschnitt von besonderer Form aufweist, der gegenüber dem Ausschnitt der vorhergehenden Folie den gewünschten überhang ergibt.

4. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Formung von Harz gebildet ist, daß die Formung den Hohlraum und einen vom Hohlraum an einem Rand von diesem nach oben ragenden Höcker (28) ergibt und daß der Höcker über einem Rand des Substrats des Mikromoduls zusammengedrückt wird, nachdem dieser in dem Hohlraum angebracht worden ist.

5. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umgelegten Überhänge aus einem geringfügig leitenden Material gebildet sind.

6. Chipkarte gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die umgelegten Uberhänge eine Gestaltung haben, die ein lösbares Einrasten des Mikromoduls ermöglicht.