DE19618103C2 - Chipkartenmodul mit Beschichtung aus leitfähigem Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Chipkartenmodul mit Beschichtung aus leitfähigem Kunststoff und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft Chipkartenmodule, deren Kontaktflächen zum Schutz gegen Verschleiß mit einer Beschichtung aus einem leitfähigen Kunststoff versehen sind. Derartige Chipkartenmo­ dule finden als Telefonkarten, Scheckkarten und ähnliches verbreitet Anwendung. Sie werden mit Kartenlesern abgelesen, die sich hauptsächlich dreier verschiedener Lesesysteme be­ dienen, nämlich solchen mit schleifendem Kontakt, mit aufset­ zendem Kontakt (z. B. Amphenol) oder mit rollendem Kontakt (z. B. AMP). Die Lesestifte oder Kontaktrollen der Lesesysteme sind üblicherweise goldbeschichtet.
Alle diese Lesesysteme führen zu einem mehr oder weniger starken Reibverschleiß der Chipkarten (CC)-Module. Das tribo­ logische Verschleißverhalten der Kontaktoberfläche der CC-Mo­ dule führt dazu, daß zur Zeit pro Chipkarte nicht mehr als etwa 15000 Steckzyklen möglich sind, bis die Chipkarte un­ brauchbar geworden ist.
Die derzeit gebräuchlichen CC-Module lassen sich bezüglich ihrer Grundmaterialien im wesentlichen in zwei Klassen unter­ teilen, nämlich in Kunststoffträger (vor allem Epoxide) mit veredelter Kupferfolie und in Metallträger (sogenannte Lead­ frames) mit veredelter Oberfläche.
Besonders verbreitet sind die erstgenannten Epoxidträger-Mo­ dule. Bei diesen wird ein Kupferstreifen auf den Epoxidharz­ träger auflaminiert und galvanisch veredelt. Ein solcher Mo­ dul ist in der DE 31 30 135 A1 beschrieben. Beispielsweise kann auf der Kontaktseite, d. h. auf der Seite, die vom Lese­ gerät abgegriffen wird, eine dünne Nickelschicht aufgebracht werden, auf die wiederum eine Schicht aus Reingold aufgetra­ gen wird. Die Goldschicht besitzt in der Regel eine Dicke von 0,1-0,3 µm. Die Nickelschicht dient einerseits als Diffusi­ onsbarriere und soll andererseits die Abriebfestigkeit bei den Steck- und Ablesevorgängen erhöhen. Es ist ebenfalls mög­ lich, die Kontaktseite mit einer galvanischen Beschichtung aus Hartgold, beispielsweise einer Gold-Kobalt-Legierung, zu versehen. Die Hartgoldbeschichtung besitzt jedoch gegenüber der Reingoldbeschichtung den Nachteil, daß sie poröser ist und daher - und auch wegen des Anteils an Legierungselementen - die Kupferunterlage schlechter gegen Korrosion schützt. Um eine porenfreie Hartgoldschicht auf dem Kupfer zu erhalten, ist eine Schichtdicke von wenigstens 3 µm nötig, was schon aufgrund des Goldpreises nachteilig ist und die CC-Module er­ heblich verteuert.
Weitere kontaktseitige Beschichtungsvarianten sind in der Pa­ tentanmeldung Nr. 196 04 778.1 beschrieben.
Bei CC-Modulen mit metallischen Leadframes sind die Kontakt­ flächen in der Regel mit Nickel-Palladium-, Nickel-Palladium- Silber- oder Hartgold-Legierungen beschichtet. Diese CC-Mo­ dule sind zwar billiger als die beschriebenen Epoxidträger- Module, jedoch ist es aus heutiger Sicht nicht möglich, auf diese Weise Module mit großflächigen Chips - mit einer Fläche von über etwa 12 mm2 - herzustellen.
Aufgabe der Erfindung war es, kostengünstige und einfach her­ stellbare CC-Module mit gutem tribologischen Verschleißver­ halten und guter Korrosionsbeständigkeit zu schaffen.
Dies gelingt mit den CC-Modulen gemäß Anspruch 1, die mit dem Verfahren gemäß Anspruch 14 hergestellt werden können.
Die erfindungsgemäßen Chipkarten-Module zeichnen sich dadurch aus, daß sie auf der Kontaktoberseite zumindest im Bereich der Kontaktflächen mit einer Schicht aus leitfähigem Kunst­ stoff beschichtet sind. Die Beschichtung aus leitfähigem Kunststoff kann für beide Typen der oben genannten CC-Module verwendet werden. Sie kann entweder direkt auf den Metallträ­ ger (Leadframe) oder auf die Kupferfolie aufgetragen werden oder auf eine auf diese Unterlagen aufgebrachte leitfähige Zwischenschicht. Als Zwischenschicht eignen sich z. B. die eingangs erwähnten Oberflächenveredelungsbeschichtungen für Kupferfolien oder metallische Leadframes, also beispielsweise Silber, Gold, Nickel, Palladium oder deren Legierungen und so weiter. Bevorzugt ist die leitfähige Zwischenschicht eine dünne Goldschicht, die mit beispielsweise 0,1 µm sehr viel dünner sein kann als die bisher benötigten Goldbeschichtun­ gen. Auf diese Weise ist eine erheblichen Kosteneinsparung möglich.
Als leitfähige Kunststoffe eignen sich grundsätzlich solche Polymere, denen elektrisch leitfähige Füllstoffe beigemischt sind. Als leitfähige Füllstoffe können Plättchen, Fasern oder Flitter verschiedener Metalle, beispielsweise Aluminium, ge­ nannt werden sowie nickelbeschichteter Glimmer und insbeson­ dere Ruß und Kohlenstoffasern. Geeignet sind rußgefüllte Polycarbonate und sogenannte Carbonlacke, die allgemein im Handel erhältlich sind. Der elektrische Oberflächenwiderstand der leitfähigen Kunststoffe liegt zweckmäßig zwischen etwa 30 und 50 Ω/mm2 und insbesondere um etwa 40 Ω/mm2. Die Schicht­ dicke des elektrisch leitenden Kunststoffes beträgt vorteil­ haft 10 µm oder weniger.
Der elektrisch leitfähige Kunststoff kann auf jede an sich bekannte Art aufgebracht werden. Besonders geeignet sind Siebdruckverfahren, aber auch Aufsprüh- und Aufrollverfahren sind einsetzbar. Nach dem Auftragen wird der Kunststoff zweckmäßig in der Wärme ausgehärtet.
Im Falle der CC-Module vom Epoxidträger-Typ erfolgt die Auf­ tragung des Kunststoffes so, daß zumindest die Isolierbahnen der Kontaktseite nicht vom leitfähigen Kunststoff bedeckt werden. Zweckmäßig geschieht dies, indem die Isolierbahnen während der Aufbringung des Kunststoffes mit einer die Iso­ lierbahnen verdeckenden Schablone abgedeckt werden.
Die Härte der Kunststoffbeschichtung und damit deren tribolo­ gisches Verschleißverhalten hängt neben der Art des Kunst­ stoffes vor allem von der Rauhtiefe der Unterlage ab, auf die der Kunststoff aufgetragen wird. Bei geringer Rauhtiefe kön­ nen Verschleißfestigkeiten der Kunststoffschicht erreicht werden, die der einer sehr viel teuereren Hartgold-Beschich­ tung entsprechen. Bevorzugt ist die Rauhtiefe geringer als 0,3 µm. Üblicherweise werden Verschleißeigenschaften er­ reicht, die denjenigen der Abnutzungsteile in der Leseeinheit überlegen sind. Die erfindungsgemäßen CC-Module sind in der Regel auch nach über 60000 Steckzyklen noch brauchbar.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen näher er-läutert werden. Diese zeigen in
Fig. 1 schematisch den prinzipiellen Aufbau eines erfin­ dungsgemäßen CC-Moduls vom Epoxidträger-Typ im Quer­ schnitt;
Fig. 2 schematisch eine Kontaktseite eines erfindungsgemäßen CC-Moduls in Draufsicht und
Fig. 3 schematisch eine Abdeckschablone, wie sie im erfin­ dungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann.
Im einzelnen verdeutlicht Fig. 1 schematisch den prinzipiel­ len Aufbau eines CC-Moduls am Beispiel eines Moduls vom Epoxidträger-Typ. Wie bereits erwähnt, eignet sich die Erfin­ dung jedoch gleichermaßen für CC-Module vom Metallträger-Typ. Der Modul umfaßt einen Träger 1, der beispielsweise aus glas­ faserverstärktem Epoxid bestehen kann und z. B. eine Dicke von etwa 130 µm besitzt. In den sogenannten ISO-Kontaktbereichen 2 ist auf den Träger über eine Kleberschicht 3 eine Kupferfo­ lie 4 auflaminiert, die hier mit einer elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 5 versehen ist. Die bereits erwähnte Zwi­ schenschicht 5 kann beispielsweise eine Goldschicht sein, die auf an sich bekannte Weise auf die Kupferfolie aufgebracht werden kann. Bevorzugt ist diese Zwischenschicht nur dünn, zweckmäßig beträgt ihre Dicke im Falle einer Goldbeschichtung etwa 0,1 µm. In der Mitte des Moduls ist ein Chip 7 angeord­ net, der üblicherweise bis zu 200 µm dick ist. Der Chip ist über Bonddrähte 8 mit den Kontaktstellen des Moduls verbun­ den. Chip 7 und Bonddrähte 8 sind von einer Kunststoffschicht 9 eingeschlossen. Der gesamte Modul besitzt in der Regel eine Höhe von nicht mehr als etwa 580 µm.
Erfindungsgemäß ist als äußerste, in der Abbildung unterste Schicht der Kontaktoberseite 10 in den Kontaktbereichen 2 eine Schicht aus einem leitfähigen Kunststoff angebracht, die mit 6 bezeichnet ist. Es ist jedoch auch möglich, den elek­ trisch leitenden Kunststoff unter Weglassen der Zwischen­ schicht 5 unmittelbar auf die Kupferfolie 4 aufzubringen.
Über die Rauhtiefe der Unterlage kann die Verschleißfestig­ keit der elektrisch leitenden Kunststoffschicht beeinflußt werden. Glatte Unterlagen mit geringer Rauhtiefe (bevorzugt unter 0,3 µm) ergeben einen hohen Verschleißwiderstand. Die Rauhigkeit der Unterlage kann also je nach gewünschter Ver­ schleißfestigkeit gezielt gewählt werden. Beispielsweise kann sie durch Polieren, Anätzen oder Aufbringen einer Beschich­ tung je nach Wunsch verändert werden.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Kontaktseite eines erfindungs­ gemäßen CC-Moduls in Draufsicht. Die schraffierten, mit 2 bezeichneten Flächen stellen die mit leitfähigem Kunststoff beschichteten ISO-Kontaktflächen dar.
Bei Aufbringung des leitfähigen Kunststoffes ist darauf zu achten, daß der Kunststoff nicht auf die Isolierbahnen aufge­ bracht wird, die in Fig. 2 mit 11 bezeichnet sind. Um dies zu erreichen, kann erfindungsgemäß beim Auftragen des leitfähi­ gen Kunststoffes eine Schablone auf die Kontaktseite des Moduls aufgelegt werden, die die Isolierbahnen abdeckt. Eine Schablone 12, die auf die in Fig. 2 gezeigte Kontaktseitenge­ staltung angepaßt ist, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Die erfindungsgemäßen CC-Module sind einfach und kostengün­ stig herstellbar und besitzen ein ausgezeichnetes tribologi­ sches Verschleißverhalten und hohe Korrosionsbeständigkeit, die eine äußerst lange Haltbarkeit gewährleisten.

Claims (15)

1. Chipkartenmodul, welcher einen Träger (1), einen Halblei­ terchip (7) und eine Kontaktoberseite (10) mit einer Vielzahl von Kontaktflächen (2), die mit dem Halbleiterchip (7) lei­ tend verbunden (8) sind, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberseite (10) zumindest im Bereich der Kon­ taktflächen (2) mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (6) beschichtet ist.
2. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberseite (10) im Bereich der Kontaktflächen (2) mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (6) beschich­ tet ist.
3. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Kunststoff ein mit elektrisch leitfähigen Füllstoffen, insbesondere mit Metallteilchen, Ruß oder Kohlenstoffasern, versehener Kunststoff ist.
4. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Kunststoff ein Carbonlack ist.
5. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Kunststoff eine Schichtdicke von bis zu 10 µm aufweist.
6. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Kunststoff einen Oberflächenwi­ derstand zwischen 30 und 50 Ω/mm2 und insbesondere um 40 Ω/mm2 aufweist.
7. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Träger (1) ein Kunststoffträger und insbesondere ein glasfaserverstärker Epoxidharzträger ist und die Kontakt­ seite eine Kupferfolie (4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff (6) auf die Kupferfolie (4) aufgebracht ist.
8. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, worin der Träger (1) ein Kunststoffträger und insbesondere ein glasfaserverstärkter Epoxidträger ist und die Kontakt­ seite eine mit einer leitenden Schicht (5) versehene Kupfer­ folie (4) umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff (6) auf die leitende Schicht (5) aufgebracht ist.
9. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht (5) aus Gold besteht und vorzugs­ weise eine Dicke von etwa 0,1 µm besitzt.
10. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, welcher einen auf einen metallischen Leadframe montierten Halbleiterchip umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Kunststoff auf die Kontaktflä­ chen des Leadframes aufgebracht ist.
11. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Kontaktflächen des Leadframes und dem elek­ trisch leitfähigen Kunststoff eine elektrisch leitende Zwi­ schenschicht angeordnet ist.
12. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Zwischenschicht aus Gold besteht.
13. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage (4, 5), auf die die Schicht aus leitfähigem Kunststoff (6) aufgetragen ist, eine Rauhtiefe von weniger als 0,3 µm besitzt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Chipkartenmoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem Kunststoff durch Siebdruck, Aufsprühen oder Aufrollen erzeugt wird.
15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierbahnen (6) auf der Kontaktoberseite (10) des Chipkartenmoduls während des Aufbringens des elektrisch leit­ fähigen Kunststoffes (6) mit einer Schablone (12) abgedeckt werden.
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