特别用于置入芯片卡体的芯片模块.pdf

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摘要
申请专利号:

CN97198367.4

申请日:

1997.09.02

公开号:

CN1231765A

公开日:

1999.10.13

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权有效期届满IPC(主分类):H01L 23/31申请日:19970902授权公告日:20040324|||专利权的转移IPC(主分类):H01L 23/31变更事项:专利权人变更前权利人:西门子公司变更后权利人:英飞凌科技股份有限公司变更事项:地址变更前权利人:德国慕尼黑变更后权利人:德意志联邦共和国瑙伊比贝尔格市登记生效日:20120223|||授权||||||公开

IPC分类号:

H01L23/31; H01L23/498; G06K19/077

主分类号:

H01L23/31; H01L23/498; G06K19/077

申请人:

西门子公司;

发明人:

D·霍德奥; P·斯塔帕卡; M·休伯; J·海策尔

地址:

联邦德国慕尼黑

优先权:

1996.09.30 DE 19640304.9

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司

代理人:

马铁良;王忠忠

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内容摘要

本发明说明了一种特别用于置入芯片卡体(25)中的芯片模块,具有一个支架(10)和一个在该支架上安置的芯片(13)。这个已说明的芯片模块突出之处在于,在支架上预先规定一个完全或部分环绕芯片的底座形状的凸起(23)。

权利要求书

1: 特别用于置入一个芯片卡体(25)中的芯片模块,具有一 个支架(10)和一个在该支架上安置的芯片(13),其特征在于, 在支架上预先规定一个完全或部分环绕芯片的底座形状的凸起 (23)。
2: 符合要求1的芯片模块,其特征在于,通过一个安置在支 架(10)上的、导电的结构形成凸起(23)。
3: 符合要求1或2的芯片模块,其特征在于,凸起(23)是 一个基本上完全环绕芯片的框架支座,在该框架支座上可以安装 一个加固框(22)。
4: 符合上述要求之一的芯片模块,其特征在于,如此形成凸 起(23),使其适合于形成覆盖芯片(13)的芯片保护层的铸模 靠在和/或安装在其上。
5: 符合上述要求之一的芯片模块,其特征在于,通过与预先 规定在支架(10)上的电气线路(16、17)和/或接触面(19) 一样的工艺步骤,凸起(23)与他们一起制造。
6: 符合要求5的芯片模块,其特征在于,在与凸起(23)重 合的位置上的电气线路(16、17)和/或接触面(19)是凸起的 组成部分。
7: 符合要求6的芯片模块,其特征在于,凸起(23)具有如 此形成和布置的断开点,通过电气线路(16、17)和/或接触面 (19)构成的这部分凸起不可以通过这部分凸起而短路,即这部 分凸起不是通过电气线路和/或接触面构成的。
8: 符合要求7的芯片模块,其特征在于,断开点总是预先规 定在通过电气线路(16、17)和/或接触面(19)构成的这部分 凸起(23)与不是通过电气线路和/或接触面构成的这部分凸起之 间。
9: 符合要求7或8的芯片模块,其特征在于,断开点是如此 成形和/或安排的,即断开点不可以渗透出用于产生芯片保护层 的覆盖物质。
10: 符合要求7至9的芯片模块,其特征在于,断开点是如 此成形和/或安排的,即在把加固框(22)粘贴在凸起(23)上 时,用为此而使用的粘合剂填满该断开点。
11: 符合要求6至10之一的芯片模块,其特征在于,通过 电气线路(16、17)和/或接触面(19)构成的这部分凸起(23) 具有与不是通过电气线路和/或接触面构成的这部分凸起一样的 高度,或具有比其低的高度。

说明书


特别用于置入芯片卡体的芯片模块

    本发明涉及一个符合权利要求1的前叙部分的芯片模块,也就是说特别用于置入芯片卡体的芯片模块,具有一个支架和一个在该支架上叠置的芯片。

    这样的模块在许多的不同的结构形式中已公开。

    每个芯片模块的核心部分,正如该名称所提示的,是一个(半导体)芯片。该芯片借助于粘合剂粘贴在一个在一般情况下由环氧树脂或类似的物质制造的支架上,并且通过压焊或类似方法与在支架上预先设置的导电结构电连接。

    如果芯片模块预先规定在一个外部露出接触点(带有接触点)的芯片卡中使用,那么支架的导电结构至少包括要生产的芯片卡的接触面(表面触点)。如果芯片模块预先规定在一个不带有接触点的,也就是说无触点的芯片卡中使用,那么支架的导电结构至少包括这样地结构,即该结构预先规定连接在一个布置在芯片模块外部的、确切地说连接在集成在芯片卡体内的天线上。

    为了保护芯片,在支架上一般情况下粘贴一个同样围绕的、通常是金属的加固框,并且用一种保护(防止机械损伤和防止光学分析)芯片和焊线的物质填充。

    制成的芯片模块最终装入芯片卡体的相应的凹槽处(置入),由此,结果产生一个可使用的芯片卡。

    如果要生产的芯片卡涉及一个带有接触点的芯片卡,则仅仅通过芯片模块和芯片卡体的机械连接(粘合)可以实现芯片模块置入芯片卡体中。对于这样的应用,已形成的芯片模块,象前面已提到的一样,同样不仅包括芯片本身,而且也包括在制成的芯片卡上外部存在的接触面(表面触点),因此在芯片模块和芯片卡体之间不需要电连接。

    如果要生产的芯片模块涉及一个可以无触点运行的芯片卡,则芯片模块在芯片卡体中的置入除了芯片模块与芯片卡体的机械连接外还要求二者的一个电连接(为了使芯片卡体中集成的天线连接到包含在芯片模块中的芯片上)。

    经验证明,尤其是无触点的芯片卡有时根本不能或者仅可有限制地使用。

    因此本发明的任务是,按符合权利要求1的前叙部分如此改进芯片模块,即在相同的使用情况下以最简单的方式准确无误地产生可以无触点运行的芯片卡。

    根据本发明通过在权利要求1的特征部分中要求的特征解决了这个任务。

    因此在支架上预先规定了一个完全或者部分地环绕芯片的底座形状的凸起。

    通过预先规定上述的凸起,可以为加固框建立一个支承面,在该支承面上,可以不依赖于在芯片模块的支架的相关表面上的另外结构,大面积地并且在一个准确确定的位置中安置该加固框。

    因此能够可靠地排除,象分布在芯片模块的支架的布置了加固框的表面上的线路和诸如此类的导电结构,通过这种加固框而电短路,或以另外的方式产生不利的影响。

    这本身与此有关,通过上述的、要防止短路的导电结构本身至少形成部分的凸起,并且加固框“仅仅简单地”粘贴在凸起上。尤其是大面积的并且均匀分布的、为加固框提供凸起的支承可能性可使得,加固框四周仅仅间接通过(主要是绝缘的)粘合剂可以与凸起连接。

    四周基本上无中断的和平整的、可以为加固框提供凸起的支承面,此外可使得,在加固框与支承面之间,加固框装配在该支承面上,不或者无论如何也不可以存在如此的空隙,该空隙不可以用粘贴剂或多或少地完全添充,其中加固框是用这种粘贴剂粘贴在凸起上的。因此可以实现,可以不向外部泄漏预先规定用于产生所谓球顶的覆盖物质,用这种覆盖物质或多或少地完全填充加固框的内部。这点又具有积极的作用,与以前的不同,这里不存在这样的危害,分布在加固框外部的、与处于芯片模块外部的芯片卡元件电连接的导电结构被从加固框中泄漏的覆盖物质覆盖,并且因此不适于电连接。

    通过加固框,既不在其电性能上也不在机械性能上对在支架的安置了加固框的这一面上预先规定的导电结构产生不利的影响。

    因此也不受影响地特别保持了这样的导电结构,该结构用于在芯片模块中包含的芯片与在芯片卡体中集成的天线的连接。

    相应地也适用于这种情况,用一种相应地象铸模材料一样牢固(坚硬)的覆盖物质、加热固化的覆盖物质或类似的物质覆盖没有预先装配一个加固框的芯片。在这种情况中,该凸起可以用于铸模或其他的辅助工具的接触面和/或支承面。因此在这种情况中可以保证,在铸模和支架之间存在或者有最小的这样的狭缝或断开点,即这些狭缝或断开点不可能渗透出所使用的覆盖物质。

    因此获得一个芯片模块,通过该芯片模块尤其是芯片卡,其芯片模块与芯片卡体必须电连接,此外也还有在应用相同的模块的情况下的无触点运行的芯片卡可以十分简单的方法准确无误地制造。

    本发明的有益改进是分权利要求的目标。

    下面根据实施例参考附图详细说明本发明。这些附图是:

    图1具有多个部分完成的符合本发明的芯片模块的支架带的平面图,

    图2一个分级穿过不同平面的、完全完成的符合本发明的芯片模块的剖面图。

    图3一个芯片卡体的十分简化的剖面图,该芯片卡体具有在其内部使用的符合本发明的芯片模块。

    符合本发明的芯片模块同传统的芯片模块一样可以在芯片卡体中使用,由此结果形成芯片卡。可是这种形式的芯片模块不仅可以适用于象电话卡、鉴别卡和类似卡一样的芯片卡,而且普遍适用于包含多个芯片的卡或各样的模块,也就是例如还适用于移动电话的所谓SIM模块等。

    下面要说明的芯片模块适合于芯片卡的制造,该芯片卡不仅作为带有触点的而且也作为无触点的芯片卡使用。下面为了简便起见,这样的芯片卡称作组合卡。

    组合卡的特点在于,其一方面在一个预定的位置上具有用于导线连接的信息传输的表面触点形式的外部联结能力,另一方面具有一个用于无线信息传输的天线。

    表面触点集成在芯片模块中,而天线包含在芯片卡体内,并必须与芯片模块(其芯片)的相应接触端电连接。

    虽然接下来要说明的芯片模块特别适用于在组合卡和可以无触点运行的芯片卡中使用,可是根据本发明形成的芯片模块基本上也可以有益地在任意另外的芯片卡和芯片模块中使用。

    下面要详细说明的芯片模块在图中以标记1表示。芯片模块1是多个芯片模块中的一个,这些芯片模块一个接一个地并且毗邻地在一个支架10上形成。

    首先一个支架带作为支架10使用。在图1中指出了如此支架带的一部分,其具有四个正在制造的芯片模块1。

    支架带(由电绝缘的环氧树脂组成)边缘具有穿孔,在制造芯片模块1时,这些穿孔使支架带简单并且准确的传送成为可能。在所示的一部分支架带上,形成四个芯片模块1,在芯片模块制成后,通过沿着在图1中画的带小点的切割线11切开或者锯开支架带使芯片模块分离。

    从图1(平面图)和图2(侧面剖面图)中可以看出每个芯片模块1的结构;在图2中,虽然涉及了一个剖视图,可是为了更加清楚明了的原因没有画出阴影部分。

    每个芯片模块1的核心部分是一个通过粘合剂12粘贴在支架10上的芯片13。该芯片13主要通过焊接与在支架10上或在支架10内部预先规定的导电结构连接。

    在所考虑的实施例中,导电结构不仅处在支架10的安装芯片13的面上,而且也处在支架10的与这个面相对的面上。下面把支架10的布置了芯片13的这一面称作支架10的芯片一侧14,并且把支架10的与芯片一侧相对的面称作接触面一侧15。

    在支架10的芯片一侧14上形成的导电结构包括分布在芯片13的一侧的第一线路16和分布在芯片13的另一侧的第二线路17,通过这些线路在芯片卡体中预先规定的天线可以与芯片13连接;线路16和17通过焊接线18与芯片13的相应连接端连接。

    在支架10的接触面一侧15上形成的导电结构形成接触面(表面触点)19,通过这些接触面,包含已描述的芯片模块1的芯片卡将来是可以接触的;接触面19通过焊接线20与芯片13的相应连接端连接,此外,焊接线20总是穿过在支架10中预先规定的焊接孔21。

    芯片13的各连接端,通过它们芯片可以经过线路16和17与天线连接,这些连接端不都是同时需要与连接位置19连接的那些连接端。因此可以防止芯片的天线连接端通过连接位置19而短路。

    加固框22围绕芯片13,该加固框装配在框架支座23形式的在支架10上形成的底座形状的凸起上。

    框架支座23基本上完全环绕芯片13;该框架支座由同在支架10的同一侧上、也就是说在芯片一侧14上预先规定的线路16和17的相同材料组成,并且以相同的方式方法与这些线路一起制造。

    在加固框22下面线路16和17经过的地方,这些线路同时形成框架支座23的一部分。通过线路16和17形成的框架支座部分和不通过线路16和17形成的框架支座部分具有同样的高度,并且因此形成一个平坦的支承面,加固框22可以大面积地并且准确地确定在该支承面上,也就是说可以尤其是无倾斜地安置在支承面上。也可以另外预先规定,线路16和17比不通过线路16和17形成的框架支座23的那一部分低些。

    为了使线路16和17通过不是经过线路16和17形成的、同样是金属的这一段框架支座不短路,在框架支座23中预先规定了相应的断开点(狭缝)。

    这些在图中未示出的断开点预先规定最好(并不绝对)紧挨着线路16和17,也就是说断开点设在通过线路16和17形成的框架支座部分与不通过线路16和17形成的框架支座部分之间。因此可以防止,线路16和17的物理性能,特别是其容抗和感抗的过度改变。可是原则上可以预先规定任意多的并且在框架支座23的任意位置上形成断开点。

    如此确定断开点的宽度和/或形状,一方面要获得一个可靠的电气绝缘作用,另一方面仅仅形成一个如此的狭缝,使以后要详尽说明的覆盖物质不可以通过该狭缝而泄漏。在所考虑的例子中,断开点的宽度一般在10μm和100μm之间。

    为了把加固框22固定在所描述的框架支座23上,使用了电气绝缘的粘合剂。在框架支座23与加固框22之间注入的粘合剂层的厚度在10μm和35μm之间变化,可是如上所述在预先规定已说明的框架支座的情况下这足以防止,形成一部分框架支座23的线路16和17通过在一般情况下金属的加固框22而短路。在框架支座23与加固框22之间注入的粘合剂层的相对低的厚度之所以对于一个可靠的绝缘作用来说已足够用,是因为加固框22大面积地置于基本上平坦的框架支座23上,并且与没有预先规定框架支座23相比不同在粘合剂层厚度局部降低的情况下,加固框不可能在向上突出于支架10表面的线路16和17的上方向一侧倾斜。

    只要前面提到的框架支座23中的断开点不是太宽,则在加固框22粘贴在框架支座23上时通过绝缘的粘合剂使该断开点闭合。

    用一种防止机械损害和光学分析,保护芯片13和焊接线18和20的覆盖物质24填补在加固框22内部的区域;因此产生一个所谓的球顶。

    覆盖物质24不能从被加固框22和框架支座23包围的内部空间泄露,因为在加固框22和框架支座23之间不或者无论如何也不存在允许覆盖物质24溢出的缝隙。加固框22、框架支座23和二者之间的连接基本上是完整密封的;有时可能存在的缝隙是如此成形和/或安排,该裂缝不可能或也许仅仅可能在可以忽略的范围内渗透覆盖物质24。因而(电气绝缘的)覆盖物质24不能到达分布在加固框22外部的象线路16和17一样的导电结构上,因为必须作为接触部位使用的这一段与以前的相比不同,在其功能上不能消弱。

    正如在图3中示意性示出的,在芯片模块制成后,其被安置在芯片卡体相应的凹槽处。

    图3是一个非常简化的描述,在该图中仅仅非常概括地描述了芯片模块1。此外,虽然涉及了一个剖面图,可是为了清楚明了,没有画出阴影部分。

    在图3中用标记25表示芯片卡体,用标记26表示在芯片卡体内为了安置芯片模块1而预先规定的凹槽。

    两个至少部分裸露或者显露的(天线连接)导线27形状的导电结构穿过凹槽26,该导线27属于或者引到集成在芯片卡体25内的天线。

    在把芯片模块1安置在芯片模块25的凹槽26处时,芯片模块1的导电结构,也就是说线路16和17至少部分地被放置在与芯片卡体25的导电结构,也就是说与天线连接导线27相对的正面位置;对此,线路16和17位于天线连接导线27的上方或-正如在图3中指出的-甚至于位于天线连接导线27上。

    正如已说明的,如果芯片模块1被安置在芯片卡体25的凹槽26处,则在支架10的接触表面一测15上形成的芯片模块1的接触面19自动地位于芯片卡的外侧。

    芯片模块1以在图3中指出的状态与芯片卡体粘贴。

    通过适合的连接技术使线路16和17与天线连接导线27进一步相互电气连接在一起。例如可以如此实现这个连接技术,即借助于激光从外部穿过支架10以熔化温度加热在所希望的连接位置上安置的焊接膏。正如在图3中指出的,只要线路16和17与天线终端导线27直接地彼此重叠,它们仅因此就已互相接触,则可以放弃通过焊接或类似的方法的附加连接;不过它们仍然还是可以理所当然地焊接在一起。

    如果在线路16和17与天线连接导线27之间打算要分立的连接,优先如此布置并形成线路16和17与/或接触面19,即接触面19不妨碍焊接膏的加热。特别地这样布置线路16和17与/或接触面19,即与天线连接导线27连接(焊接)的线路16和17这段线路处在各连接位置19之间的各间隔下面;一般情况下非常窄的各连接位置19之间的间隔(标准宽度为0.2mm)在相应的位置上优先局部加宽。

    如下制造前面关于结构已说明的符合本发明的芯片模块1:起点是一个支架带,在其表面上既不具有焊接孔21,也不具有任何导电结构,而优先的是在支架带的生产者处给支架带装上这些东西。通过钻孔和冲孔产生焊接孔21。

    导电结构、准确说是线路16和17以及接触面19是使用导电薄膜制造的,该膜可以事后覆盖在支架带上。在制造上述导电结构的同时也制造框架支座23;因此框架支座23在所考虑的例子中同样是一种导电结构,可是其不作为这样的结构使用。

    该导电薄膜(在所考虑的例子中是铜箔),用该导电薄膜或者由该导电薄膜形成或者产生线路16和17、接触面19和框架支座23,可在没有附加粘合剂的情况下压制在支架带的相应面上。该导电薄膜可以有选择地已经具有所需要的结构,或者在事后,也就是说在被压制在支架带上之后,可以相应地使其形成结构。

    在事后的结构化中,总是以化学方法,也就是说例如通过选择腐蚀去除不需要的那部分导电薄膜。导电薄膜减小到所希望的几何形状。结果是导电薄膜在接触面一侧15上剩下接触面19,在芯片一侧14上剩下线路16和17以及框架支座23。

    在支架带上相邻的芯片模块的线路16和17,正如从图1可以看出的,结合成为连贯的一段线路。这是毫无问题可以办到的,因为当芯片模块分离(沿着切割线11从支架带中切割出芯片模块)时这段连贯的线路总归要被割断。

    在将该导电薄膜覆盖上和当有需要时结构化之后,该薄膜要进行电镀钝化。在所考虑的实施例中,对此在通过导电薄膜形成的铜层上首先镀上一层镍层,并且在镍层上镀上一层金层。在接触面19上这些层出现在形成接触面的铜层的两侧的那些焊接孔21所处的位置。可以预先规定金-镍-铜-银的层状结构或一种另外的能够焊接的层状结构代替铜-镍-金的层状结构。

    以完全相同的方式方法制造支架带上的所有导电结构。对于线路16和17以及框架支座23,这意味着其具有完全相同的高度和完全相同的物理和化学性能。

    然后芯片13粘贴在象已说明的准备好的支架带上,并通过焊接与接触面19和分布在框架支座内部的线路段电连接。

    此后,借助于电绝缘的粘合剂把加固框22粘贴在框架支座23上。

    由条件而定,一般地通过装配一个框架支座和尤其通过其特殊的形状,在加固框22和框架支座23之间可以建立一个四周无缝隙的并且紧密的连接,通过该连接加固框和框架支座互相可靠地电绝缘;线路16和17既不可能通过加固框22,也不可能通过框架支座23而短路。

    然后或多或少地完全用覆盖物质24填充被加固框22围住的区域。

    接着,从支架带上切下通过已说明的方式方法制造的芯片模块,并且正如在图3中所指出的,该芯片模块安置在各种芯片卡体25中,并且与该芯片卡体机械地和也许可能地电连接。

    前面关于结构和制造已说明的芯片模块是一个没有芯片小岛的芯片模块,也就是说是一个这样的模块,在该模块中芯片安置在支架上。可是本发明原则上也可以在具有芯片小岛的芯片模块中使用,也就是说在这样的芯片模块中使用,在该芯片模块中芯片安置在一个预先规定在支架中的凹槽处。

    框架支座23不仅可以用于加固框22的安置;当没有预先规定加固框架时,框架支座也可以起良好的作用。此外,当用覆盖物质覆盖芯片时,该覆盖物质例如象铸模物、加热固化的覆盖物质或类似物质可以在没有加固框的情况下进行处理,并且相应地可自已凝固(不易弯曲),则可以放弃上述的加固框架22。在这种情况下,底座状的凸起以上面详尽说明的框架支座23的形式用于铸模或另外的辅助工具靠在和/或装配在其上。在使用框架支座23的情况下芯片覆盖层的建立在两方面都有益:一方面因此可以防止倾斜地和/或以另外的方式偏离预先规定的标准位置和/或标准取向地加工芯片覆盖层,另一方面也可以在这点(由于基本上同预先规定加固框的情况相同的原因)上防止,覆盖物质覆盖分布在本来的芯片覆盖层外部的各段线路16和17,并因此不适合于与预先规定在芯片模块外部的元件的连接。

    线路16和17用于芯片模块与预先规定在其外部的天线(线圈)连接也不是必要的;当线路16和17与前面已说明的功能相比有任意另外的功能时,也可以有益地使用框架支座23形式的底座形状的凸起和/或在芯片模块与芯片卡体之间的已说明的电连接。

    虽然象线路16和17与接触面19一样底座形状的凸起可以与他们一起特别简单和漂亮地制造,可是对此不存在约束。底座形状的凸起原则上可以不依赖于线路16和17以任意的方式方法由各种任意的材料制造。

    总而言之可以确定,用已说明的芯片模块可以与以前相比十分可靠地完美地制造主要是无触点芯片卡,但也可以制造另外种类的芯片卡。

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本发明说明了一种特别用于置入芯片卡体(25)中的芯片模块,具有一个支架(10)和一个在该支架上安置的芯片(13)。这个已说明的芯片模块突出之处在于,在支架上预先规定一个完全或部分环绕芯片的底座形状的凸起(23)。 。

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