DE19527359A1 - Schaltungseinheit und Verfahren zur Herstellung einer Schaltungseinheit - Google Patents

Schaltungseinheit und Verfahren zur Herstellung einer Schaltungseinheit

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungseinheit, die min­ destens ein isolierendes Trägersubstrat, auf dem sich eine leitende Spule befindet, und einen integrierten Schaltkreis umfaßt, dessen Anschlußpunkte leitend mit den Spulenenden verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltungseinheit.
Schaltungseinheiten der obengenannten Art sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispiels­ weise als kompaktes elektronisches Modul ausgebildet, das in eine Chipkarte für den berührungslosen Datenaus­ tausch mit einem Terminal eingesetzt wird. Aus der US-PS 4,999,742 ist z. B. eine Schaltungseinheit in Form eines elektronischen Moduls mit einem isolierenden Trägersub­ strat bekannt, auf das eine ringförmige gewickelte Spule aufgeklebt ist. Die Spulenenden sind in den Aufnahmeraum geführt, der durch die ringförmige Spule entsteht, und dort leitend mit den Anschlußpunkten eines integrierten Schaltkreises verbunden. Der Aufnahmeraum für den inte­ grierten Schaltkreis und die Spulenenden ist zum Schutz dieser empfindlichen Bestandteile vor mechanischen Bela­ stungen mit einer Gußmasse vergossen.
Das aus der US-PS 4,999,742 bekannte elektronische Modul weist einen kompakten Aufbau auf, jedoch muß die Spule in einem separaten Verfahrensschritt gewickelt und in einem weiteren Verfahrensschritt auf das isolierende Trägersubstrat aufgeklebt werden.
Aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 44 16 697.4 ist hingegen eine Schaltungseinheit in Form einer Chipkarte bekannt, auf deren einer Karten­ schicht des mehrschichtigen Kartenkörpers eine Spule aus einem leitenden Lack aufgedruckt ist, deren Spulenenden leitend mit den Anschlußpunkten eines integrierten Schaltkreises verbunden sind. Hierbei laufen die Spulen­ wicklungen am äußeren Rand der Kartenschicht entlang, so daß zugunsten einer hohen Energieeinkopplung eine groß­ flächige Spule entsteht.
Der Aufbau der aus der noch nicht veröffentlichten Pa­ tentanmeldung 44 16 697.4 bekannten Schaltungseinheit hat den Vorteil, daß die Spule direkt auf eine Karten­ schicht aufgedruckt wird und somit der Verfahrens­ schritt, eine separat gefertigte Spule auf ein isolie­ rendes Trägersubstrat aufzubringen, entfällt. Für einige Anwendungen der Schaltungseinheit ist es jedoch wün­ schenswert, daß die Spule eine höhere Anzahl von Spulen­ wicklungen aufweist, als sie sich mit dem oben erläuter­ ten Aufbau realisieren läßt.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungs­ einheit vorzuschlagen, die unter Beibehaltung des oben­ genannten Vorteils eine erhöhte Anzahl von Spulenwick­ lungen aufweist. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schaltungs­ einheit vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch die nebengeordneten Ansprüche 1 und 6 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß auf dem isolierenden Trägersubstrat im Wechsel Spulen­ lagen und isolierende Schichten aufgebracht sind, wobei jede isolierende Schicht ein Fenster aufweist, durch das die einzelnen Spulenlagen leitend miteinander verbunden sind, so daß eine Spule entsteht. Vorzugsweise werden die Spulenlagen und die isolierenden Schichten aufge­ druckt.
Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Anzahl der Spulenwicklungen gegenüber der aus der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 44 16 697.4 bekannten Schaltungseinheit deutlich erhöht ist. Dennoch wird die Spule direkt auf das Trägersubstrat der Schal­ tungseinheit aufgebracht, ein zusätzlicher Verfahrens­ schritt für das Aufbringen einer separat gefertigten Spule entfällt also. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Schaltungseinheit besonders einfach im Mehrnutzenverfahren gefertigt werden kann, da bei der Aufbringung der Spulenlagen und der isolierenden Schichten auf die Drucktechnik zurückgegriffen wird, bei der die Mehrnutzenfertigung gang und gäbe ist. Schließ­ lich können die Spulenenden auf besonders einfache Art und Weise an die unterschiedlichen Möglichkeiten der Herstellung der leitenden Verbindung zwischen den Spu­ lenenden und den Anschlußpunkten des integrierten Schaltkreises angepaßt werden.
Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfin­ dung sind in Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
Fig. 1 eine Schaltungeinheit in Aufsicht,
Fig. 2 eine Schaltungseinheit in perspektivi­ scher Sicht
Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie A-A der Fig. 2.
Fig. 1 zeigt systematisch eine Schaltungseinheit in Form einer Chipkarte für den berührungslosen Datenaustausch in Aufsicht. Die Abmessungen solcher Chipkarten sind mit den Abmessungen der Chipkarten für den berührenden Da­ tenaustausch identisch, die in der ISO-Norm 7810 fest­ gelegt sind. Die Schaltungseinheit enthält ein isolie­ rendes Trägersubstrat 1 in Form einer Kartenschicht, auf dem die Spule 3 liegt, deren Spulenenden 15 und 19 lei­ tend mit den Anschlußpunkten eines integrierten Schalt­ kreises 7 verbunden sind. Die Spulenwicklungen der Spule 3 laufen am äußeren Rand der Kartenschicht entlang, da­ mit zugunsten einer hohen Energieeinkopplung eine groß­ flächige Spule entsteht.
Fig. 2 zeigt nicht maßstabsgetreu und in perspektivi­ scher Sicht eine erfindungsgemäße Schaltungseinheit, die wie folgt beschrieben hergestellt wird. Auf das isolie­ rende Trägersubstrat 1, das z. B. in Form einer Karten­ schicht vorliegt (siehe Fig. 1), wird zunächst eine er­ ste Spulenlage 9, die in der Fig. 9 strichliniert ge­ zeigt ist und mehrere Spulenwicklungen enthält, aufge­ bracht (die gezeigte Spulenlage 9 enthält, um die Zeich­ nung übersichtlicher zu halten, nur eine Spulenwick­ lung). Vorzugsweise wird die Spulenlage 9 mit einem lei­ tenden Lack aufgedruckt, es ist aber auch möglich, die Spulenlage unter Verwendung einer entsprechenden Maske aufzusprühen, bzw. aus einer leitenden Beschichtung, die sich auf dem Trägersubstrat befindet, auszuätzen. Andere Herstellungstechniken sind denkbar.
Nach dem Aufbringen der Spulenlage 9 wird auf das iso­ lierende Trägersubstrat 1 eine isolierende Schicht 11 aufgebracht, die in der Fig. 2 schraffiert gezeigt ist und die Spulenwicklungen der Spulenlage 9 abdeckt. Die isolierende Schicht 11 weist ein Fenster 13 auf und wird auf die Spulenlage 9 derart aufgebracht, daß das Spulen­ ende 15 der Spulenlage 9 nicht von ihr abgedeckt wird und daß zumindest das Spulenende der letzten Spulenwick­ lung der Spulenlage 9 durch das Fenster 13 zugänglich ist. Vorzugsweise wird die isolierende Schicht 11 eben­ falls aufgedruckt, auch hier ist es aber möglich, sie unter Verwendung einer entsprechenden Maske aufzusprühen etc.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird auf die isolie­ rende Schicht 11 eine weitere Spulenlage 17 aufgebracht, wozu die gleichen Techniken wie beim Aufbringen der Spu­ lenlage 9 verwendet werden. Vorzugsweise wird auch die weitere Spulenlage 17 aufgedruckt. Die Spulenlage 17 wird durch das Fenster 13 in der isolierenden Schicht 11 leitend mit der Spulenlage 9 verbunden, so daß eine Spu­ le, bestehend aus den Spulenlagen 9 und 17 entsteht. Die Herstellung einer leitenden Verbindung zwischen den Spu­ lenlagen 9 und 17 kann dadurch erleichtert werden, daß man die Spulenenden, die leitend miteinander verbunden werden, gegenüber den Spulenwicklungen verbreitert aus­ bildet, so wie es auch in der Fig. 2 gezeigt ist. Eine solche Verbreiterung ist drucktechnisch einfach reali­ sierbar.
Das Aufbringen weiterer isolierender Schichten und Spu­ lenlagen in der erläuterten Art und Weise kann gegebe­ nenfalls ein- oder mehrfach wiederholt werden, bis die aus den Spulenlagen zusammengesetzte Spule der Schal­ tungseinheit die gewünschte Anzahl von Wicklungen auf­ weist. Hierbei ist darauf zu achten, daß das Spulenende 15 der zuerst aufgedruckten Spulenlage nicht abgedeckt wird und daß die Schaltungseinheit eine vorgegebene Höhe nicht überschreitet. Bei dem Aufdrucken der letzten Spu­ lenlage kann das Spulenende 15 der zuerst aufgedruckten Spulenlage nochmals mit einem leitenden Lack überdruckt werden. Man erhält dann zwei frisch aufgedruckte Spulen­ enden 15 und 19, die sich besonders einfach leitend mit dem integrierten Schaltkreis verbinden lassen.
Das Spulenende 19 der zuletzt aufgebrachten Spulenlage, in der Fig. 2 also der Spulenlage 17, wird so aufge­ bracht, daß die Herstellung einer leitenden Verbindung von den Spulenenden 15 und 19 zu dem integrierten Schaltkreis 7 besonders einfach möglich ist. Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Spulenlagen und die isolierenden Schichten auf das isolierende Trägersubstrat 1 in einer Art Rahmen aufgebracht. Die Spulenenden 15 und 19 werden in dem ge­ zeigten Ausführungsbeispiel in das Rahmeninnere auf das isolierende Trägersubstrat 1 geführt. Hierbei wird eine Überlagerung von Spulenwicklungen in einer Spulenlage da durch vermieden, daß das innenliegende Spulenende der jeweiligen Spulenlage in den von dem Rahmen umschlosse­ nen Teil geführt wird, wie es auch in der Fig. 2 gezeigt ist.
Durch eine geeignete Wahl der Spulenenden, die leitend mit dem integrierten Schaltkreis verbunden werden, kann eine Überlagerung von Spulenwicklungen in einer Spulen­ lage immer vermieden werden. Soll beispielsweise das Spulenende 19 außerhalb des Rahmens liegen, so wird das innenliegende Spulenende der Spulenlage 17 mit der Spu­ lenlage 9 verbunden und das außenliegende Spulenende der Spulenlage 17 nach außen geführt.
Alternativ ist es auch möglich, auf die letzte Spulenla­ ge, deren freies Spulenende mit dem integrierten Schalt­ kreis verbunden wird, eine isolierende Schicht mit Fen­ ster aufzubringen. Durch das Fenster kann dann das freie Spulenende über die Spulenlage in eine beliebige Rich­ tung geführt werden, da es wegen der abdeckenden Schicht zu keinem Kurzschluß zwischen den Spulenwicklungen kom­ men kann.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 wird auf den nicht abgedeckten Teil des isolierenden Trägersubstrats 1 der integrierte Schaltkreis 7 aufgebracht, dessen An­ schlußpunkte z. B. mittels Bonddrähtchen 21 leitend mit den Spulenenden 15 und 19 der entstandenen Spule verbun­ den werden. Hierbei kann die Herstellung der leitenden Verbindungen von dem integrierten Schaltkreis 7 zu den Spulenenden 15 und 19 dadurch vereinfacht werden, daß man die Spulenenden breiter als die einzelnen Spulen­ wicklungen ausbildet. Dazu brauchen die Druckvorlagen bzw. bei aufgesprühten Spulenlagen die verwendeten Mas­ ken lediglich entsprechend angepaßt zu werden. Geson­ derte Verfahrensschritte zur Erzeugung verbreiterter Spulenenden sind also nicht notwendig.
Fig. 3 zeigt zur Verdeutlichung der Schichtfolge einen Querschnitt entlang der Linie A - A der Fig. 2. Auf das isolierende Trägersubstrat 1 ist die Spulenlage 9 aufge­ bracht, die durch die isolierende Schicht 11 abgedeckt ist, die ein Fenster 13 enthält, durch das die weitere Spulenlage 17 leitend mit der Spulenlage 9 verbunden wird. Weitere isolierende Schichten und Spulenlagen kön­ nen sich im Wechsel anschließen.

Claims (7)

1. Schaltungseinheit, die mindestens ein isolierendes Trägersubstrat, auf dem sich eine leitende Spule befin­ det, und einen integrierten Schaltkreis umfaßt, dessen Anschlußpunkte leitend mit den Spulenenden verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem isolierenden Trägersubstrat im Wechsel Spulenlagen und isolierende Schichten aufgebracht sind, wobei jede isolierende Schicht ein Fenster aufweist, durch das die angrenzenden Spulenlagen leitend miteinander verbunden sind, so daß aus den einzelnen Spulenlagen eine Spule entsteht.
2. Schaltungseinheit nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Fenster der isolie­ renden Schicht auf ein Spulenende der Spulenlage führt, die durch die isolierende Schicht abgedeckt wird und daß dieses Ende der Spulenlage mit einem Ende der auf der isolierend Schicht liegenden Spulenlage durch das Fen­ ster in der isolierenden Schicht leitend verbunden ist.
3. Schaltungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu­ lenwicklungen der Spulenlagen und die isolierenden Schichten aufgedruckt sind.
4. Schaltungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spu­ lenlagen und die isolierenden Schichten nur einen Teil des isolierenden Trägersubstrats abdecken.
5. Schaltungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spu­ lenende der Spulenlage, die direkt auf dem Trägersub­ strat liegt, und ein Spulenende der oberen Spulenlage leitend mit den Anschlußpunkten des integrierten Schalt­ kreises verbunden sind.
6. Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Mo­ duls mit einem isolierenden Trägersubstrat, auf dem sich eine leitende Spule befindet, und mit einem integrierten Schaltkreis, dessen Anschlußpunkte leitend mit den Spu­ lenenden verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
  • a) auf das Trägersubstrat wird eine Spulenlage mit mindestens einer Spulenwicklung aufgebracht,
  • b) zumindest der Bereich der aufgebrachten Spulenlage wird mit einer isolierenden Schicht abgedeckt, die ein Fenster enthält, durch das mindestens eine der abgedeckten Spulenwicklungen der Spulenlage zu­ gänglich ist,
  • c) auf die isolierende Schicht wird eine weitere Spu­ lenlage mit mindestens einer Spulenwicklung aufge­ bracht, die durch das genannte Fenster leitend mit den zuvor abgedeckten Spulenlagen verbunden wird,
  • d) gegebenenfalls werden die Verfahrensschritte b) und
  • c) ein- oder mehrfach wiederholt,
  • e) die Anschlußpunkte des integrierten Schaltkreises werden leitend mit einem Spulenende der Spulenlage, die direkt auf dem isolierenden Trägersubstrat liegt, einerseits und mit einem Spulenende der zu­ letzt aufgebrachten Spulenlage andererseits leitend verbunden.
7. Verfahren zur Herstellung einer Schaltungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenlagen und die isolierenden Schichten auf­ gedruckt sind.
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