用于制造包含至少一个固定到支座上的芯片的电子设备的设备和方法

专利名称：用于制造包含至少一个固定到支座上的芯片的电子设备的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于制造包含至少一个固定到一个支座上的芯片的电子设备的设备和方法。
在某些领域、包括智能卡领域中，必须在一个相对薄和柔性的支座上安装一个微型电路或者芯片。就智能卡来说，一方面有必要使该芯片的存在不会导致一个超过由国际标准确定的阈值(当前该值固定为50μm)的过度厚度，另一方面有必要使该芯片的安装是足够可靠的，以允许即使当该卡经受较高挠曲和扭应力时，也可以持久地使用。
以传统方式，通过将该芯片安放在一个为这个目的而设的、在该支座深度处的空腔中，以避免创建一个过度的厚度。


图1示意性地显示了一个在支座2上安装一个芯片6以构成一个智能卡的公知例子。该芯片6几乎全部被封装在一个空腔3中，以便使它的厚度被包含在支座2的厚度之内。该芯片6在它表面的边上具有一组连接垫片5，其面向空腔3的外面。这些垫片5通过导线9连接到在支座上的相应触头7。触头7能够位于空腔的底部，或者位于围绕空腔的一个凹进区域11中的一个中间水平面上，如在该例子中说明的那样。这些触头7反过来和接触区13电连接，以允许和一个卡阅读器电阻连接。这些接触区13被全部封装在凹进部分11中，以便使它们的厚度也包含在支座2的厚度之内。
为了保护整个部分，形成了一个防护材料涂层15，以覆盖由空腔3、导线9和一部分接触区13的内部边缘占有的全部区域。
这个传统技术具有几个缺点。首先，在将芯片6的连接垫片5电连接到触头7的操作中需要使用非常精细和精巧的导线9，因而形成了易碎点。此外，焊接这些导线9的操作需要大量的工具加工以及不小数目的时间。
此外，空腔3的形成需要一个对该卡来说既昂贵又衰弱的加工步骤。
也应注意到，当必须在同一支座上同时连接几个组件、例如几个芯片或者其它无源或有源元件时，基于在一个支座的一个空腔内集成一个芯片的技术是很难使用的。
此外，设计与用于批量生产的自动化工具加工兼容的方法，以允许高速地附着和焊接芯片，是很重要的。
鉴于这些问题，本发明提出了一种用于在一个支座上安装至少一个以芯片形式的微电路的方法，其特征在于对于该芯片或者多个芯片，它包含以下步骤a)提供一个作为一个非常薄的半导体生产的芯片，它具有至少一个由可焊材料制成的、以接触垫片形式的互连点，所述垫片具有一个实质上和所述芯片的至少一个表面在同一平面中的焊接表面；b)在该支座上提供至少一个互连区域，用于和在该芯片上的相应接触垫片焊接；c)将该一个或多个接触垫片的焊接表面放置在所述芯片上，其正对着支座上相应的一个或者多个互连区域；以及d)将在所述芯片上的一个或者多个接触垫片和支座上相应的一个或者多个互连区域焊接起来。
本发明有利地使用了在一个非常薄的衬底中生产芯片的技术，如在专利文献WO-A-9802921中以Kopin的名义特别描述的那样。这个技术特别地使布置具有10微米厚度、或者甚至比这个厚度实质上小得多的芯片成为可能。
有利地，支座的互连区域在支座表面的一部分上产生，位于这个表面的总平面中。换句话说，没有创建用于容纳这个互连区域厚度的空腔或凹进部分。因此，该互连区域以及芯片就它们所在那个表面的整个平面进行规划。借助于本发明，这个方案是可能的，因为提供了一个特别依据在上面段落a)中的定义配置的芯片。
更可取地是，该一个或者多个接触垫片是用铝制成的。
同样地，也有可能用铝制造该一个或者多个互连区域或者多个区域。
依据本发明的方法本身，特别地提供了由热压或者超声波进行焊接。
依据本发明的第一实施例，该芯片的一个或者多个接触垫片贯穿该芯片的厚度，以便具有一个在该芯片的每个表面上都可访问的表面。
这个方案特别地使得通过沿着该芯片的厚度方向输送能量贯穿一个或者多个垫片来执行焊接步骤成为可能。换句话说，用于焊接的能量应用在正对着焊接表面的接触垫片表面上。
依据这个实施例的一个有利方面，在步骤a)中也提供了固定该芯片的一个保护性衬底。然后能在从芯片中除去这个衬底之后执行焊接步骤。
依据本发明的第二个实施例，在步骤a)中也提供了一个具有第一表面、固定一组芯片的保护性衬底。
在焊接步骤之前，在该保护性衬底上围绕至少一个芯片进行切割，切割的深度达到该衬底的至少第一个表面。在焊接步骤之后，焊接有一个或者多个芯片的支座从该保护性衬底中分离出来。先前已经围绕该芯片进行切割的事实，使得以它的切割形状除去它成为可能。然后以凹口的形式执行上述切割是可能的，该凹口仅仅部分地贯穿该保护性衬底的厚度。在这种情况下，用于所有芯片的衬底在一个余留整体的薄片上，这便于在焊接之后除去该芯片。
有利地，依据这个第二实施例，至少当该支座被分离时，保持该保护性衬底以便当该支座被分离时允许通过剥离除去该芯片。
通过在衬底相对于第一表面的第二表面和一个基座之间插入一个粘合层，该衬底能够被固定下来。
依据这个第二实施例的一个变体，切割深度完全贯穿该保护性衬底。当该保护性衬底能够、例如借助于上述粘合层、牢固地固定在它的基座上时，这个方案是可能的。
本发明还涉及一种设备，诸如一种智能卡，具有至少一个以芯片形式的微电路，其中该微电路安装在一个支座上，并且连接到用于该支座的至少一个互连区域，其特征在于该一个或者多个芯片具有至少一个接触垫片，其中该垫片具有一个表面用于与在支座上的一个相应接触区相接触，该接触面在该芯片的一个表面上，正对着该接触区。
有利地，该接触垫片的接触面实质上和正对着所述互连区域的芯片表面在同一个平面上。
更可取地是，支座的互连区域在支座表面的一部分上产生，位于这个表面的整个平面中。
该一个或者多个垫片能够由铝制造。
依据该设备的第一实施例，该一个或者多个接触垫片贯穿该芯片厚度。
有利地，相对于它附着的支座表面的整体平面来说，该芯片具有一个过度厚度，等于或者小于50微米。
通过阅读对仅仅作为非限定实例而给出的最佳实施例，并参考附图，本发明将得到更好的理解，而且它的优点将更清楚地显露出来，其中图1，已经描述过了，是一个公知智能卡的截面视图，显示了在支座的一个空腔中的芯片位置；图2是由在本发明的实施例中使用的、所谓的绝缘体上外延硅技术产生的一个薄片的一个局部平面图；图3是一个依据所谓的绝缘体上外延硅技术，由一个非常薄的芯片、一个保护性衬底以及粘合垫片组成的一个组件的剖面视图；图4是一个剖面示意图，显示了依据本发明第一实施例将图3中所示的芯片附着在它的支座上的操作；以及图5a到5c是剖面示意图，显示了依据本发明第二实施例准备一个薄片以及将这些芯片附着到一个支座上的连续操作，其中该薄片包含依据所谓的绝缘体上外延硅技术生产的非常薄芯片。
图2是一个显示了由所谓的绝缘体上外延硅(SOI)技术产生的一个薄片12的视图。
这个技术使得制造非常薄的芯片2-即微电路的有源部件成为可能。
用于获得具有这样几何特性的芯片的SOI技术在专利文献WO-A-98 02921中以Kopin的名义特别地描述了。为了简洁起见，因此将不会重复该制造细节。
芯片2成行排列在绝缘的保护性衬底4上，衬底4一般是玻璃，其构成了薄片的主体。这个绝缘衬底4在其它事物当中起保护芯片2的作用，这些芯片由于它们的细度(大约10微米)，所以是柔性的。
通过粘合垫片6，每个芯片2都被保持在保护玻璃衬底4上。这些粘合垫片6包含小的矩形区域，相对于芯片2的边旋转45°，并且放置于每个芯片的相应角上，以便使除了薄片12的边缘外，一个垫片6覆盖四个不同芯片的四个连接角。图3显示了在把薄片12切割成每个包含一个芯片2的单元表面之后的一个组件10。因此，该组件10包含芯片2本身、达到芯片尺寸的它的保护性衬底4、以及通过其角保持该芯片在衬底上的粘合垫片6。
芯片2具有互连垫片8，这使得在它包含的电路和该电路的外界环境之间进行通信成为可能，特别是关于输入输出信号和一个电源电压。
这些垫片8由导电材料区域制成，在这种情况下该材料是铝。由于芯片2非常薄-它的厚度不超过100微米，而且在该例子中大约5微米，因此就有可能这样制造互连垫片以便使它们在芯片2的每个表面2a和2b上都具有接触面。换句话说，每个互连垫片贯穿芯片2的厚度，如图3所示。
在所示的例子中，互连垫片的接触面8a和8b实质上和芯片2的相应表面2a和2b齐平。然而，这些接触面8a和8b相对于这些相应表面2a和2b能够稍微地凹进或者突出一些，虽然它们被认为实质上在芯片的相应表面2a、2b的整体平面上。这些连接垫片不同于那些公知的、以突起形式的垫片(用英语术语还称为“bumps”)，其相对于芯片的平面具有一个明显的突起，这些突起被精确用于创建该互连。
在芯片附着于它的最终支座之前的制造和处理期间，保护性衬底4和粘合垫片6实质上起保护该芯片的作用。
图4显示了依据本发明第一实施例、在除去该保护性衬底4和粘合垫片6之后附着一个芯片2的一个步骤。在这个第一实施例中，该保护性衬底的除去，经由在最后固定该芯片的步骤之前、剥落保护性衬底的操作进行。
然后该裸露的芯片2附着于它在其支座16表面上制造的通信接口14。依据设想的应用，这个通信接口14能够起如下作用——连接该芯片的输入输出到外界，特别是接触的卡阅读器；及/或——在该芯片和在该支座上制造的元件之间提供必要互连。这些元件能够是集成到支座2中的一个天线，以便构成一个公知的所谓“非接触式卡”，其它集成到该卡中的电路元件(例如一个或多个其它芯片)，或是一个电源。
在该实施例中，该通信接口14由金属喷镀制成，用于提供在该芯片和与该支座16有关的元件之间的不同电连接。虽然具有连接区域14a，这些金属喷镀向支座位置集中用于接收芯片2。通信接口的每个连接区域14a成一直线垂直于在芯片2上的相应接触垫片8。该通信接口包含连接区域14a的至少一部分由铝制成。
一旦该芯片相对着连接区域14a放置，就执行焊接以连接后者和在芯片上的相应垫片8。应当注意到接触垫片8是贯穿垫片；该芯片使它的表面2a或者2b的一个或者另一个朝向支座16就能够附着于它的支座16上。在该例子中，接触垫片的表面8b正对着连接区域14a。
借助于一个热压工具执行焊接，其中该热压工具提供一个压力到接触垫片的、与朝向连接区域14a的表面8b相对的表面8a。为此，该热压工具具有一个焊头18a，其中该焊头18a具有一个实质上等于或小于该接触垫片8表面的横截面，用于与接触垫片8的表面8a相对，然后把垫片压在它相应的连接区域14a上。同时，通过经由垫片8产生振荡，工具18提供热能。这个能量升高了接触点处的温度，并且导致接触垫片8和它连接区域14a的熔合。应当注意到这两个都由铝制成的连接单元8和14a，和这个热压技术完全兼容。
该热压技术是众所周知的，而且为了简洁起见这里将不再进行详细描述。
在一个变体中，还可以设想依据本来已知的技术通过超声波或激光束实施连接点8和14a的焊接。在这些情况中，同样，焊接能量能够应用于垫片8的、与和连接区域接触的表面8b相对的表面8a，并且因此贯穿该垫片的厚度。
自然地，有可能设想用其它金属或者合金制造该接触垫片8和/或连接区域，假如它们兼容使用的制造技术和焊接的话。
相对于衬底相应的表面2a和2b实质上没有浮雕、即没有突起的接触垫片8的使用，使得特别地依据由英语术语“bumpless tapeautomatic boning”或者“bumpless TAB”已知的技术实施自动焊接成为可能。这个技术通过将芯片2安装在一个带子上使得以高速率实施焊接成为可能，其中该带子被传递到焊接工具18的面前，支座16也与该焊接速率同步进行传递。现在将参考图5描述本发明的第二实施例，它也用于焊接具有无凸起接触垫片的非常薄芯片。这些芯片和在第一实施例中描述的那些芯片基本上具有相同的特性。因此，为了简洁起见，将仅仅描述其中的差别。
如图5a所示，芯片2具有连接垫片8，该垫片仅仅具有一个接触面，位于朝向相对于保护性玻璃衬底4的外面的表面2a上。如同第一实施例一样，由依据所谓的英语术语“bumpless”技术制造的这些接触垫片，实质上相对于它们所在的表面2a不具有浮雕。在该例子中，垫片8也由铝制成，尽管依据和提供的焊接技术的兼容性能够设想其它的导电材料。
依据第二实施例，执行一次包括芯片2、粘合垫片6和衬底4的一部分厚度在内的组件10的切割。这个局部切割借助于切割工具20、诸如一个旋转刀刃来实现，它在每个分隔两个相邻芯片2的间隔22形成一个垂直于薄片12的整体平面的凹口24。每个凹口24穿过一个粘合垫片6(以及有可能芯片2的一部分不用的边缘)、以及保护性玻璃衬底4的一部分。每个凹口的端点24a不是决定性的，假若它至少在芯片底面2b的水平面以下、并且在衬底与正对着芯片2的表面4b相对的表面4a以上的话。
必须注意到凹口24在一个网格上形成，该网格在薄片12上将芯片2划分成行和列(图2)。因此，一个芯片2的四个边中的每一个都由一个凹口24围绕。
一旦已经做出凹口24了，就将薄片12的表面4a放置在一个平台26上，以便在其上固定地保持该薄片。能够通过机械地固定该薄片、及/或通过在平台26和玻璃衬底4的表面4a之间插入一个粘合剂以得到这个固定。举例来说，平台26能够在它的顶面上(该表面接收薄片12)具有一层粘膜26a(图5c)。然后，包含具有凹口24的薄片12的组件准备好用于进行一个操作，将芯片附着到该芯片打算使用的支座(薄膜、卡、印刷电路、网格等)上。
在该例子中，支座16和用于第一实施例情况的支座相同。如图5c所示，这个支座也具有在表面上形成的、以铝或者其它和使用的焊接技术兼容的材料的金属喷镀，其末尾处集中起来以形成连接区域14a，其中每个连接区域用于和芯片2上的一个相应垫片8相连接。如图所示，支座16具有一个连续带的形式，一旦焊接操作已经结束，它就将被切割成单独的设备(例如智能卡)。
为了在芯片2上的垫片8和支座上的相应连接区域12之间实施焊接，使用先前在第一实施例情况中描述的一个热压工具18。
在一个芯片2上的每个垫片8在该热压工具的头18a下面和它相应的连接区域14a相匹配。通过沿着箭头的方向在它下面运行形成支座16的带子、以及相应地移动保持该薄片12的平台26，就可以获得这个方案。热压工具18的头18a仅位于支座的、与用于接收一个芯片2的表面16a相对的表面16b的上面。
如图5c所示，形成支座16的带子按照一条曲线轨迹前进，并且在薄片12位于沿切线方向时支撑薄片12的凸出部，其和热压工具线性垂直。此时，在芯片上的一个垫片8正对着在支座16上形成的相应连接区域14a。然后热压工具18通过施加能量贯穿支座16和垫片8的厚度，执行垫片8和连接区域14a的焊接。因此每个芯片2都被焊在它的支座上，带子的轨迹将它向远离它的保护性衬底4方向移动。因此产生了一个将芯片2从它的保护性衬底4拉离或者分离的力。后者因为它被保持在它的平台上，所以当芯片离开该衬底时允许该芯片从粘合垫片6处分离。这是因为在垫片8和连接区域14a之间的粘合力实质上高于粘合垫片6。同样地，即使当衬底由凹口24削弱时，粘合垫片6的粘合力实质上也低于衬底4的断裂强度。应当注意到当芯片从它的保护性衬底4中分离时，该粘合垫片6保持在后者上。
很清楚，凹口24实质上起到分离围绕每个芯片2的边的作用。它们部分地突破了该保护性衬底4的厚度的事实在焊接过程中并不起一个决定性作用，这刚才已经描述过了。这是因为保护性衬底4的厚度被部分突破，只是因为当前的切割技术使得精确限制该切割深度为芯片的厚度是不可能的，其中该芯片厚度实质上能够小于10微米。因此，在衬底深处的凹口是由于在切割刀具20的精度内的公差。依据第二实施例的一个变体，薄片12在凹口24的位置处被完全切割，以致在一个芯片2周围的保护性衬底4的每一部分是机械地从该薄片12的其余部分中分离。这样切割的组件在由该粘膜26a切割之前维持它的构造。在这个变体中，在该保护性衬底4处，由带有焊接芯片2的支座16的移去引起的分离力全部由该粘膜26a的粘合力所计算。
自然地，第二实施例和它的变体也使得使用其它焊接技术、诸如超声波焊接、激光焊接等成为可能。
对于第一和第二实施例来说，有可能提供一个后续步骤，即在它们支座上的一个或者多个芯片的至少裸露部分上沉积一个保护层。这个沉积能够通过附着一个精细薄膜或者喷涂一种漆来实现。
自然地，本发明的范围延伸至所有需要在一个支座的一个表面上附着一个非常薄的芯片的应用，其中该支座不仅能够是柔性的(薄膜、板、塑料卡、等等)而且还可以是刚性的。
权利要求
1.一种用于在一个支座(16)上安装至少一个以芯片(2)形式的微型电路的方法，其特征在于对于这一个或者多个芯片，它包含以下步骤a)提供一个以一个非常薄的半导体形式制造的芯片，该芯片具有至少一个由可焊材料制成、以一个接触垫片(8)形式的互连点，所述垫片具有一个实质上和所述芯片的至少一个表面(2a；2a、2b)在同一平面中的焊接表面；b)在支座上(16)处，提供至少一个互连区域(14a)用于和在该芯片上的一个相应接触垫片焊接；c)将在所述芯片上的一个或者多个接触垫片的焊接面正对着在支座上的相应一个或者多个互连区域；以及d)焊接所述芯片上的一个或多个接触垫片和在支座上的相应一个或多个互连区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该互连区域(14a)在该支座(16)的一个表面(16a)的表面一部分上产生，它位于这个表面的整体平面中。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其特征在于该一个或者多个接触垫片(8)用铝制成。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的方法，其特征在于该一个或者多个互连区域(14a)用铝制成。
5.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其特征在于该焊接步骤d)通过热压执行。
6.如权利要求1到4中任何一个所述的方法，其特征在于该焊接步骤d)通过超声波执行。
7.如权利要求1到6中任何一个所述的方法，其特征在于在芯片(2)上的一个或者多个接触垫片(8)贯穿所述芯片的厚度，以便使在该芯片的每一个表面(2a、2b)上都具有一个可访问的表面。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于该焊接步骤d)是通过沿所述芯片(2)的厚度方向将能量输送贯穿该一个或者多个垫片(8)而执行的。
9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于在步骤a)中，也提供了固定该芯片(2)的一个保护性衬底(4)，并且在从该芯片中除去这个衬底之后执行焊接步骤)。
10.如权利要求1到6中任何一个所述的方法，其特征在于-在步骤a)中，也提供了一个保护性衬底(4)，其具有第一表面(4b)用于固定一组芯片(2)，而且-在焊接步骤)之前在该保护性衬底上围绕至少一个芯片进行切割(24)，而且切割深度至少达到该衬底的所述第一表面(4b)，以及-在焊接步骤)之后，带有它焊接的一个或者多个芯片的支座(16)从保扩性衬底(4)中分离。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于至少在所述分离该支座(16)期间，保留该保护性衬底(4)以便当该支座被分离时允许通过剥落来移去该芯片(2)。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于通过在它的与第一表面(4a)相对的第二表面(4b)和一个基座(26)之间插入一个粘合层(26a)来保持该保护性衬底(4)。
13.如权利要求10到12中任何一个所述的方法，其特征在于切割构成仅仅部分地突破该保护性衬底(4)的厚度的凹口(24)。
14.如权利要求12所述的方法，其特征在于切割完全贯穿该保护性衬底(4)的厚度。
15.一个包括至少一个以芯片(2)形式的微型电路的设备，其中该微型电路安装在一个支座(16)上、并且连接到在该支座上的至少一个互连区域(14a)，其特征在于该一个或者多个芯片(2)具有至少一个接触垫片(8)，该垫片(8)具有一个表面用于与在该支座上的一个相应接触区相接触，所述接触表面在该芯片的一个表面上正对着所述接触区。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于接触垫片(8)的所述接触表面实质上和正对着所述互连区域(14a)的所述芯片表面(2a；2a、2b)在同一个平面上。
17.如权利要求15或者16所述的设备，其特征在于支座(16)的所述互连区域(14a)在该支座(16)一个表面(16a)的表面一部分上制成，它位于这个表面的整体平面中。
18.如权利要求15到17中任何一个所述的设备，其特征在于该一个或者多个接触垫片(8)用铝制成。
19.如权利要求15到18中任何一个所述的设备，其特征在于该一个或者多个接触垫片(8)贯穿该芯片的厚度。
20.如权利要求15到19中任何一个所述的设备，其特征在于芯片(2)相对于它附着的支座(16)的表面(16a)的整体平面来说具有一个过度的厚度，它等于或者小于50微米。
21.如权利要求1到20中任何一个所述的设备，其特征在于它是一个智能卡。
全文摘要
本发明涉及一种在一个支座(16)上安装至少一个在一个非常薄的半导体衬底上制成的、以芯片(2)形式的微型电路的方法。本发明的特征在于:对每个芯片来说,它包含下列步骤:a)在芯片上提供至少一个以凸起接触(8)形式、以可焊接材料制成的互连点,其中该凸起接触(8)具有一个与该芯片表面中的至少一个(2a)在同一水平面上的焊接表面;b)在支座水平面上提供至少一个互连区(14a),设计用来与该芯片的一个相应凸起接触相焊接;c)将该芯片的这个或每个凸起接触的焊接表面与该支座的这个或每个相应互连垫片相对;以及d)将该芯片的这个或每个凸起接触与该支座的这个或每个相应互连垫片焊接起来。本发明还涉及一种设备,诸如一个芯片卡,从如在a)中定义的一个芯片中制成。
文档编号G06K19/077GK1369078SQ0081146
公开日2002年9月11日 申请日期2000年5月30日 优先权日1999年6月15日
发明者B·卡尔瓦斯, J·-C·菲达尔戈, P·帕特里斯 申请人:格姆普拉斯公司