芯片卡模块和用于制造芯片卡模块的方法

芯片卡模块和用于制造芯片卡模块的方法
【专利摘要】本发明涉及芯片卡模块和用于制造芯片卡模块的方法。用于放入在芯片卡内的芯片卡模块可以包括微芯片和用于通过读取设备接触该微芯片的接触场。所述微芯片可以被外罩包围，所述外罩可以完全地从所有侧包围所述微芯片。
【专利说明】芯片卡模块和用于制造芯片卡模块的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种芯片卡模块和一种用于制造芯片卡模块的方法。

【背景技术】
[0002] 用于安装在芯片卡内的芯片卡模块在各种各样的应用中、诸如在EC卡、电子健康 卡中或在SM卡中被使用。这些模块一般由半导体芯片和承载该芯片的衬底构成。对该芯 片的访问通过被集成到芯片卡中的接口实现。该接口可以基于接触地通过特别形成的接触 场、或无接触地通过操纵外部的电磁场的线圈来构型。两种技术在所谓的双接口卡中被使 用。接触场一般是芯片卡模块的一部分，该芯片卡模块被用在芯片卡的冲压成形中。在芯 片卡和读卡器之间的基于接触的信息交换的流程通过ISO 7816来调整。
[0003] 为了保护芯片，这些芯片可以在被安置在衬底上之后通过模具（Mold)或圆顶包装 体（Glob-top)来封闭。这种保护芯片的方式可能例如由于要使用的材料而费用巨大。
[0004] 由于该原因和其它的原因存在对本发明的需要。


【发明内容】

[0005] 用于生产芯片卡模块的包装和衬底被提供。该包装可以由微芯片和外罩构成，其 中该外罩可以被形成，使得该外罩是高度坚固的并且有效地保护微芯片以免损坏。特别是 由此可能可以使用变薄的微芯片（CIS- Chip In Substrate (衬底中的芯片））。此外，该 包装可以包含重新布线，该重新布线用于电接触微芯片。该包装可以在所谓的倒装芯片装 置中被安置在该衬底上（FCIS)。
[0006] 该衬底可以具有例如根据ISO 7816的接触场以及安装面和重新布线，其中该安 装面被设计用于将具有微芯片的包装安置在该衬底上，该重新布线用于将该微芯片与接触 面电连接。该包装可以通过合适的措施持久地被安置在衬底的安装面上。
[0007] 通过包装的使用，可以放弃用于保护芯片的模具或圆顶包装体并且尽管如此仍可 以满足高的质量和寿命要求。

【专利附图】

【附图说明】
[0008] 附图被设置以便给予对实施方式的进一步理解，并且被结合到本说明书中并构成 说明书的一部分。附图示出实施方式并且与说明书一起用于阐明实施方式的原理。其它的 实施方式和实施方式的意图的优点中的许多优点在其通过参考以下的详细的说明变得更 可理解时毫无困难地变得显而易见。附图中的元件相互不一定是按正确比例的。相同的参 考数字表示相应的相似的部分。
[0009] 在包括图1A和1B的图1中，示意性地示出了芯片卡模块的主要的组件。图1A示 出包装的横截面，该包装包括微芯片和外罩。图1B示出衬底的横截面，该衬底包括用于包 装的安装面和用于微芯片的外部接触的接触场。
[0010] 在包括图2A - 2C的图2中，以横截面图示意性地示出了芯片卡模块的一种实施 方式。
[0011] 在包括图3A和3B的图3中，以俯视图示出了用于芯片卡模块的衬底的两个主表 面的实施方式。
[0012] 在包括图4A和4B的图4中，示意性地示出了卡，该卡具有空腔，芯片卡模块可以 被放入到该空腔中。图4A示出卡的俯视图并且图4B示出卡的横截面视图。
[0013] 在图5中示出了用于制造芯片卡模块的方法的流程图。

【具体实施方式】
[0014] 在以下的详细的说明中参考附图，所述附图构成该说明的一部分并且在所述附图 中为了图解说明，特定的实施方式被示出，在所述实施方式中本发明可以被执行。在该方 面，诸如"上"、"下"、"前"、"后"、"前面的"、"后面的"等等的方向术语关于所说明的图的定 向来使用。因为实施方式的组件可以以一些不同的定向来定位，所以方向术语用于图解说 明并且绝对不是限制性的。易于理解的是，可以利用其它的实施方式并且进行结构或逻辑 的改变，而不偏离本发明的保护范围。因此以下的详细的说明不应在限制性的意义上来理 解，并且本发明的保护范围通过所附的权利要求来限定。
[0015] 易于理解的是，只要没有特别地另外提及，不同的在此所说明的示例性的实施方 式的特征相互可以被组合。
[0016] 在本说明书中，表达"被耦合"和/或"被电耦合"应该并不意味着，元件必须直接 被耦合；可以在"被耦合"或"被电耦合"的元件之间设置夹在中间的元件。
[0017] 在下文中说明包含一个或多个半导体芯片的装置。所述半导体芯片可以是不同类 型的，通过不同的技术来制造并且包括例如集成的电和/或无源元件。在一种实施方式中， 半导体芯片可以以垂直结构出现，即所述半导体芯片可以被制造，使得电流可以在垂直于 半导体芯片的主表面的方向上流动。具有垂直结构的半导体芯片可以在一种实施方式中具 有在其两个主表面上、即在其上侧和其下侧上的接触元件。
[0018] 所述半导体芯片不必由特定的半导体材料、诸如Si、SiC、SiGe、GaAs来制造并且 此外可以包含无机的和/或有机的材料，所述材料不是半导体、诸如绝缘体、塑料或金属。
[0019] 所述半导体芯片可以具有电极(或接触点或接触面)，所述电极允许建立与包含在 所述半导体芯片中的集成电路的电接触。一个或多个金属层可以被施加到所述半导体芯片 的电极上。所述金属层可以以任意的所期望的几何形状并且任意的所期望的材料组成来制 造。所述金属层可以例如以覆盖一个范围的层的形式存在。每一任意的所期望的金属或 每一任意的所期望的金属合金、诸如铝、钛、金、银、铜、钯、钼、镍、铬或镍钒可以被用作该材 料。所述金属层不必是均匀的或由仅仅一种材料来制造，即包含在金属层中的材料的不同 的组成和浓度是可能的。所述电极可以处于所述半导体芯片的活性主表面上或所述半导体 芯片的其它的表面上。
[0020] 所述半导体芯片可以被放置在系统载体（Leadframes (引线框架)）上。所述系统 载体可以具有任意的材料。所述系统载体可以包括载体（Die-Pads (裸片焊盘)）和连接线 (Leads(引线））。在制造所述装置期间，载体和连接线可以相互连接。载体和连接线也可以 由一个块来制作。载体和连接线可以通过连接装置彼此连接，目的是将确定的载体和连接 线在制造的过程中分开。载体和连接线的分开可以通过机械锯、激光束、切割、冲压、磨削、 铣削、蚀刻或任意的另外合适的方法来实施。所述系统载体可以是导电的。所述系统载体 可以例如完全由金属或金属合金、铜、铜合金、铁镍、铝、铝合金、钢、不锈钢或其它的合适的 材料来制造。所述系统载体可以以导电的材料、例如铜、银、铁镍或镍磷来涂覆。所述系统 载体的连接线可以在制造期间例如以S形的方式被弯曲。
[0021] 一个或多个金属层可以被放置在半导体芯片之上。所述金属层例如可以被用于产 生重新布线层。所述金属层可以作为布线层被用于从该装置之外建立与半导体芯片的电接 触和/或用于建立与包含在该装置中的其它的半导体芯片和/或组件的电接触。所述金属 层可以以任意的所期望的几何形状和任意的所期望的材料组成来制造。所述金属层可以例 如由印制导线构成，但是也可以以覆盖一个范围的层的形式存在。每一所期望的金属、例如 铝、镍、钯、银、锌、金或铜或金属合金可以被用作该材料。所述金属层不必是均匀的或由仅 仅一种材料来制造，即包含在金属层中的材料的不同的组成和浓度是可能的。此外，所述金 属层可以被布置在电绝缘层之上或之下或之间。
[0022] 随后所说明的装置包括外部的接触元件或外部的接触点，所述接触元件或接触点 可以具有任意的形状和大小。所述外部的接触元件可以是从该装置之外能到达的并且因此 可以允许从该装置之外建立与半导体芯片的电接触。由于该原因，所述外部的接触元件可 以具有外部的接触表面，所述接触表面是从该装置之外能到达的。此外，所述外部的接触元 件可以是导热的并且可以作为冷却体用于引出通过所述半导体芯片所产生的热。所述外部 的接触元件可以由任意的所期望的导电材料、例如由金属、诸如铜、铝或金、金属合金或导 电的有机材料组成。确定的外部的接触元件可以是系统载体的连接线。
[0023] 所述装置可以包括浇铸材料(模具材料)，该浇铸材料至少遮盖所述装置的组件的 部分。该浇铸材料可以是任意的合适的热塑性的或热硬化的材料。可以使用不同的技术、 例如模压、压铸、粉末模制（Pulverschmelzverfahren)或液体烧铸，以便以烧铸材料覆盖组 件。
[0024] 所述装置可以具有安装表面。该安装表面可以用于将该装置安装在其它的组件 上。包括外部的接触表面的外部的接触元件可以被布置在该安装表面上，以便将该装置与 该组件电耦合，该装置被安装在该组件上。可以使用焊料沉积、诸如焊料球或其它的合适的 连接元件，以便制造该装置和该组件之间的电连接和机械连接，其中该装置被安装在该组 件上。
[0025] 在下文中关于图1阐明芯片卡模块的不同的主要的组件。
[0026] 关于图1A，CIS包装10的主要的组件的示意图被示出，该CIS包装可以具有微芯 片100、盖子200和底部202。该底部可以具有电连接204,微芯片100的活性侧102可以被 安置到该电连接上并且该电连接可以被设计用于电接触该微芯片。
[0027] 根据一种实施方式，盖子200也可以具有其它的导电的组件。这些其它的导电的 组件可以与电连接204电连接或者也可以与该电连接204分开。例如表面206可以具有导 电层，该导电层完全或部分地遮盖该表面206。
[0028] 盖子200和底部202可以被构型，使得精确适合的外罩被形成，微芯片100通过该 外罩完全被包围。由盖子200和底部202构成的该外罩可以有利地提高微芯片100的坚固 性并且有效地防止弯曲、断裂或其它的损坏。
[0029] 根据一种实施方式，盖子200和底部202可以相互被层压，以便产生微芯片100的 封闭的并且耐用的外罩。
[0030] 根据一种实施方式，盖子200可以由具有集成的Si02的环氧树脂构成。根据另一 种实施方式，盖子200可以由其它的适合的材料构成。根据一种实施方式，底部202可以如 在印刷电路板中通常的那样由具有玻璃纤维增强的环氧树脂构成。根据另一种实施方式， 底部202可以由其它的适合的材料构成。
[0031] 相较于模具或圆顶包装体，CIS包装可以是明显更小的。通过这种对外罩材料的 节省，CIS包装可以比通过模具或圆顶包装体的芯片外罩更成本有效。该外罩可以特别是 具有与微芯片相似的大小（chip size package (芯片大小包装)）。根据一种实施方式，该 外罩的厚度可以是50 μ m - 150 μ m。
[0032] 根据一种实施方式，微芯片100可以由于机械稳定的CIS包装而变薄。变薄就此而 论意味着，从包括一些半导体芯片的半导体晶片在该晶片的与所述半导体芯片的活性侧相 对的侧上去除材料。特别是微芯片100可以具有从活性侧102到相对侧所测量的10 μ m - 100 μ m、特别是30 μ m - 70 μ m的厚度。
[0033] 模具或圆顶包装体可能不以与这样的层压的包装相同的方式使微芯片稳定。由于 该原因，微芯片在使用模具或圆顶包装体的情况下具有比在使用CIS包装的情况下可能的 最小厚度明显更大的厚度。
[0034] 关于图1B，载体30被示出，该载体可以被设计用于容纳CIS包装10。该载体30 可以具有带有安装面302的衬底300,该安装面可以被构型，使得CIS包装10可以持久地并 且固定地被安置在该安装面上。此外，该载体30可以具有第二电连接304,该第二电连接可 以被构型，使得该第二电连接通过第一电连接204将微芯片100与接触场306的接触连接。
[0035] 根据一种实施方式，CIS包装10在装配过程（pick and place process (拾取和 放置过程)）中被施加到安装面302上。
[0036] 根据一种实施方式，CIS包装10通过不导电的粘合剂（non conductive paste(非 导电膏)）固定地并且持久地与载体30连接。根据另一种实施方式，CIS包装10通过焊料 固定地并且持久地与载体30连接。该焊料可以被涂敷，使得该焊料在第一电连接204和第 二电连接304之间产生电接触。根据另一种实施方式，使用由不导电的粘合剂和焊料构成 的组合，以便将CIS包装10和载体30固定地并且持久地连接。
[0037] 根据一种实施方式，接触场306可以是根据ISO 7816的接触场。微芯片100可以 通过接触场306与芯片卡读取设备连接。
[0038] 根据一种实施方式，衬底300可以由成本低的、柔性的不导电的材料、诸如环氧树 月旨、PET、聚酰亚胺或这样的材料的合适的连接构成。根据一种实施方式，衬底300可以是 FCOS (Flip Chip On Substrate (衬底上的倒装芯片））柔性带。
[0039] 此外，衬底300可以被形成为透光的或不透光的、特别是黑色的。衬底300可以是 柔性的，特别是可以比CIS包装10更柔性和/或更不坚固。衬底300可以完全或部分地由 PET (Polyethylenterephthalat (聚对苯二甲酸乙二醇脂））构成。
[0040] 由载体30和被安置在该载体上的CIS包装10构成的芯片卡模块可以是薄的。芯 片卡模块可以具有从表面206直至接触场306所测量的250 μ m - 500 μ m、特别是300 μ m - 400 μ m的厚度。
[0041] 此外，这样的芯片卡模块可以由于其坚固性而具有高的寿命。特别是寿命可以是 10年以上。
[0042] 根据一种实施方式，表面308可以具有除了第二电连接306之外的其它的电组件， 其中CIS包装10被施加到该表面上。例如表面308可以具有线圈和/或用于除了 CIS包 装10之外的其它的电部件的安装面。
[0043] 根据一种实施方式，其它的不导电的层可以被涂敷在表面308的自由的、即没有 被包装10所遮盖的部分上(未被画出）。该其它的不导电的层可以用于保护其它的电组件 以免损坏。
[0044] 关于图2A，用于放入在芯片卡模块中的CIS包装12的一种实施方式以更多的细节 被示出。特别是示出CIS包装12的微芯片100可以以倒装芯片安装的方式被安装在包装 的底部202上。
[0045] 根据一种实施方式，底部202可以是印刷电路板。微芯片100的活性侧通过焊点 104与第一重新布线206连接。通过重新布线206,微芯片可以从外部被电接触。不导电的 粘合剂210 (Underfiller (底部填充胶）NCP)可以用于将微芯片100固定地与印刷电路板 202连接。
[0046] 盖子200可以精确适合地将微芯片100包括在内并且通过层压持久地并且固定地 与印刷电路板202连接。此外，盖子200可以具有金属层208。
[0047] 关于图2B，载体32的一种实施方式以更多的细节被示出。载体32可以如上所阐 明地具有第二重新布线304。第二重新布线可以例如由Cu、或由Ni、或由NiAu、或由NiPd、 或由Pd构成。其它的金属层可以沿着安装面302并且沿着接触场306被施加在第二重新 布线上。所述其它的金属层可以由与重新布线304不同的金属构成。
[0048] 关于图2C，芯片卡模块40的一种实施方式被示出，该芯片卡模块包括CIS包装12 和载体32。通过焊点400,第一重新布线204可以与第二重新布线304连接。通过不导电 的粘合剂402, CIS包装12可以机械稳定地与载体32连接。
[0049] 关于图3A，接触场306的两种可能的实施方式50A、50B被示出。根据ISO 7816， 接触场的各个接触500有所定义的位置和形状。
[0050] 关于图3B，芯片卡模块的两种可能的实施方式60A、60B被示出，其中实施方式 60A、60B具有不同的载体表面308。根据一种实施方式，载体表面308除了用于CIS包装10 的接触面302之外可以具有其它的电功能，诸如在实施方式60A中具有线圈600。该线圈可 以用于在微芯片100和外部的读取设备之间建立无接触的连接。在另一种实施方式中，线 圈600可以用于建立与更大的在卡70上所配置的线圈700的电感耦合(参看图4A)。
[0051] 根据实施方式60B，载体表面308可以具有接触602,所述接触可以用于将微芯片 100与卡70上的线圈700连接。
[0052] 关于图4A，卡70的一种实施方式被示出，该卡可以具有带有接触702的线圈700、 以及第一空腔704和更深的第二空腔706。线圈700可以在无接触芯片卡中或在所谓的双 接口芯片卡中用于在微芯片100和外部的读取设备之间建立连接。利用双接口来表示芯片 卡，所述芯片卡不仅拥有用于基于接触的数据传输的接触场，而且拥有用于无接触的数据 传输的线圈。
[0053] 卡70的空腔704、706可以被形成，使得可以包括CIS包装10和载体30的芯片卡 模块40完全地位于空腔704、706中并且可以与卡70的表面齐平地封闭接触场306。合适 的粘合材料可以用于将芯片卡模块40和卡70持久地并且固定地连接。这样的复合体被称 为芯片卡。
[0054] 关于图4B，卡70的横截面被示出，该卡包括第一空腔704和更深的第二空腔706。 由于芯片卡模块40的在上面所阐述的低的结构高度，两个空腔的总深度T1可以比对于包 括具有圆顶包装体或模具的未变薄的微芯片的芯片卡模块来说应该可能的总深度更小。这 可以在空腔的范围内改进卡70的光学质量以及机械稳定性。特别是这可以导致，在卡70 的与空腔相对的范围708内可以出现与在较深的空腔时可能的情况相比更不显著的凹陷。 例如可能可以在卡70的范围708内也进行激光雕刻。
[0055] 通过CIS包装10的使用，根据一种实施方式，粘合材料不仅可以被涂敷在载体30 的表面308上，而且可以被涂敷在CIS包装10的表面206的范围内，以便将芯片卡模块40 固定在空腔704、706中。这样放大的粘入面可以改进卡70中的芯片卡模块40的平整度。
[0056] 关于图5,用于制造芯片卡模块的方法的一种实施方式的流程图被示出。该方法包 括包含微芯片的包装的提供S1 ;衬底的提供S2,该衬底具有用于该包装的安装面和用于与 该微芯片的基于接触的连接的接触面；和该包装在该衬底上的安置S3,使得在该微芯片和 接触场之间形成电连接。
[0057] 尽管在此特定的实施方式被示出并且被说明，但是对于本领域技术人员来说可认 识到的是，各种各样的替代的和/或等效的实施方案可以代替所示出的和所说明的特定的 实施方式，而不偏离本发明的保护范围。本申请应该涵盖在此所讨论的特定的实施方式的 每一适配或变型方案。因此意图的是，本发明仅通过权利要求和其等效方案来限制。
【权利要求】
1. 芯片卡模块，具有： 微芯片； 封装，所述封装从所有侧包围所述微芯片并且包含第一电接触部； 衬底，所述衬底包含接触场和第二电接触部， 其中所述电接触部被构型，使得所述电接触部将所述微芯片与所述接触场连接。
2. 根据权利要求1所述的芯片卡模块，其中所述接触场的构造和运行根据ISO 7816来 调整。
3. 根据权利要求1或2所述的芯片卡模块，其中所述封装至少部分地由环氧树脂构成。
4. 根据权利要求1到3之一所述的芯片卡模块，其中所述封装具有印刷电路板。
5. 根据权利要求1到4之一所述的芯片卡模块，其中所述衬底至少部分地由PET构成。
6. 根据权利要求1到5之一所述的芯片卡模块，其中所述微芯片是变薄的微芯片。
7. 根据权利要求6所述的芯片卡模块，其中所述变薄的微芯片具有在ΙΟμπι - ΙΟΟμπκ特别是30μ-- - 70μπι的范围内的厚度。
8. 根据权利要求1到7之一所述的芯片卡模块，其中所述芯片卡模块具有小于400 μ m 的总厚度。
9. 芯片卡模块，具有： 具有两个主侧的衬底； 包装，所述包装包含半导体芯片并且被安置在所述衬底的第一主侧上； 接触场，所述接触场被安置在所述衬底的第二主侧上；和 在所述半导体芯片和所述接触场之间的导电连接。
10. 根据权利要求9所述的芯片卡模块，其中所述包装是CIS包装。
11. 根据权利要求9或10所述的芯片卡模块，此外具有： 在所述衬底的第一主侧上的其它的电功能。
12. 根据权利要求11所述的芯片卡模块，其中所述其它的电功能包括线圈。
13. 根据权利要求11所述的芯片卡模块，其中所述其它的电功能包括至少一个其它的 用于电部件的安装面。
14. 根据权利要求9到13之一所述的芯片卡模块，其中所述包装比所述衬底更机械稳 定。
15. 根据权利要求9到14之一所述的芯片卡模块，其中粘合材料不仅能够被涂敷到所 述衬底上，而且能够被涂敷到所述包装上，以便将所述芯片卡模块粘入到卡中。
16. 用于制造芯片卡模块的方法，具有： 包装的提供，所述包装包含半导体芯片； 衬底的提供，所述衬底具有在一个主侧上的用于包装的安装面、在第二主侧上的接触 场和在所述安装面和所述接触场之间的导电连接；和 所述包装在所述安装面上的安置。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中所述包装是CIS包装。
18. 根据权利要求16或17所述的方法，其中所述衬底至少部分地由柔性的、不导电的 材料构成。
19. 根据权利要求16到18之一所述的方法，其中所述包装在所述安装面上的安置包括 不导电的粘合剂的使用。
20.根据权利要求16到18之一所述的方法，其中所述包装在所述安装面上的安置包括 焊料的使用。
【文档编号】G06K19/077GK104218009SQ201410243507
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年6月4日 优先权日:2013年6月4日
【发明者】J.赫格尔, A.米勒-希佩尔, F.皮施纳, W.申德勒, P.施坦普卡 申请人:英飞凌科技股份有限公司