芯片卡模块的制作方法
【专利摘要】本发明涉及芯片卡模块。在本发明的各个方面，提供了一种芯片卡模块。所述芯片卡模块可以包括在其第一和第二主表面或面上具有金属喷镀的柔性衬底。固定到所述第二面的集成电路在芯片垫背对着所述衬底面情况下被定向。线接合可以将所述芯片垫连接到所述金属喷镀。
【专利说明】芯片卡模块
【技术领域】
[0001]本公开的各个方面一般地涉及芯片卡技术，并且更特别地涉及芯片卡模块和具有表面接触面积的芯片卡。
【背景技术】
[0002]在大小、形状以及材料上类似‘信用卡’、包含集成电路的器件的芯片卡在大量应用领域中得到广泛使用。诸如具有表面触点符合ISO标准7816或ISO 7810的那些之类的标准化芯片卡由于它们的标准化而可以毫无困难地跨越各式各样应用和制造商与芯片卡读取/写入设备一起使用。
[0003]根据标准，接触面积被布置在芯片卡的预定部分上，所述接触面积诸如通过引线而被连接到具有适于嵌入在标准化芯片卡内的尺寸的半导体芯片。可以预先形成接触面积以及芯片，包括相关连接，合成组件被称为‘芯片模块’。
[0004]芯片模块既在芯片模块被安装在其中的芯片卡的制造期间又在以后当芯片卡在普通使用中时针对环境影响为集成电路提供保护。同样地，芯片模块应该诸如在卡读取器/写入器情况下提供可靠的接口方式，并且应该由为耐久的优选可更新的和/或有成本效益的材料形成。
【发明内容】
[0005]公开了芯片卡模块，其中平面柔性衬底具有两个主表面，例如正面和背面。第一主面上的金属喷镀(metallization)提供至少一个离散电接触面积。第二主面上的第二金属喷镀形成至少一个离散电引线。一面上的接触面积和另一面上的引线通过穿过衬底的至少一个通孔而被连接在一起，从而建立每一面上的金属喷镀之间的电接触。
[0006]诸如安装到第二主表面或背面的集成电路之类的器件在顶部上具有至少一个电接触垫，所述器件被固定到衬底的背面使得(一个或多个)接触垫背对着衬底。接合到接触垫的电线电力地将集成电路连接到背面上的(一个或多个)电引线，从而将集成电路连接到正面上的接触面积。
[0007]根据本公开的各个方面，所述芯片卡模块至少部分地由聚酯形成。此外，所述衬底可以由具有熔点低于250° C的诸如塑料之类的材料形成。更特别地所述衬底可以由具有熔点低于200° C的材料形成。又更特别地，所述衬底可以由具有熔点低于150° C的材料形成。
[0008]根据本公开的另一个方面，所述接合线(bond wire)至少部分地由铝形成。同样地，诸如正面或第一主表面上的那些之类的接触表面能够至少部分地在没有任何金的情况下被提供。更特别地，正面上的所有触点可能是无金的、基本上无金的或者可以仅包含痕量的金。
[0009]根据本公开的再一方面，在所述衬底的背面上的器件是集成电路情况下，接触垫可以被定向在单个平面中。这个平面可能与背面的平面平行、通常平行、基本上平行，或者在10度之内与其平行。更特别地，第二主表面上的金属喷镀或电引线还可以被形成在单个平面中。接触垫的平面可能与衬底的背面上的电引线的平面平行、通常平行、基本上平行，或者在10度之内与其平行。
[0010]根据本公开的再一方面，封装可以被提供覆盖将接触垫连接到背面金属喷镀或电引线的接合线。引线半径可以被定义为从所述器件的接触垫以及连接正面和背面金属喷镀的至少一个通孔延伸的面积。根据本公开的另一个方面，所述封装可以被提供在具有比引线半径的半径更小的半径(封装半径)的面积上。
[0011]根据本公开的一方面，公开了用于制造芯片卡模块的方法。所述方法可以包括:将第一金属喷镀沉积在柔性衬底的第一主表面或正面上；将第二金属喷镀沉积在所述衬底的第二主表面或背面上；建立第一金属喷镀与第二金属喷镀之间的电接触；将集成电路固定在柔性衬底的第二主表面上，所述集成电路具有背对着第二或背面的多个芯片垫；以及在芯片垫与第二金属喷镀之间接合电线。
[0012]在本公开的另外的方面，所述方法可以包括封装经接合的电线。进一步地，芯片垫可以被定向在与第二主表面平行、基本上平行或离与其平行小于10度的平面中。因此，所公开的接合可以发生在没有旋转头技术的情况下。
[0013]在本公开的又一方面，所述方法可以包括由聚酯形成的衬底，并且其中接合发生在小于150° C下。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]在图中，相同的附图标记通常在不同的视图中自始至终指定相同的部分。图未必按比例绘制，重点替代地通常被放在举例说明所公开实施例的原理之上。在以下描述中，参考以下图对本公开的各个方面进行描述，其中:
图1A-B示出了采用第一构造的芯片模块；
图2A-B示出了采用可替换的构造的芯片模块；
图3A-C示出了采用根据本公开的一方面的构造的芯片模块；
图4示出了根据本公开的一方面的芯片模块的制造的方法。
【具体实施方式】
[0015]以下具体描述参考附图，附图通过图示的方式示出了在其中可以实践本公开的各方面的特定细节和方面。本公开的这些方面被足够详细地描述以使得本领域的技术人员能够实践它。可以利用本公开的其他方面，并且在不背离本公开的范围的情况下可以进行结构、逻辑以及电气改变。本公开的各个方面未必是相互排斥的，因为本公开的一些方面能够与本公开的一个或多个其他方面组合以形成本公开的新的方面。以下具体描述因此将不在限制意义上进行，并且本公开的范围由所附权利要求来限定。
[0016]为器件提供了本公开的各个方面，并且为方法提供了本公开的各个方面。将理解的是，器件的基本属性还适用于方法并且反之亦然。因此，为了简洁起见，可以省略此类属性的重复描述。
[0017]如本文所用的术语“至少一个”可以被理解为包括大于或等于一的任何整数。
[0018]如本文所用的术语“多个”可以被理解为包括大于或等于二的任何整数。[0019]如本文所用的术语“耦合”或“连接”分别可以被理解为包括直接的“耦合”或直接的“连接”以及间接的“耦合”或间接的“连接”。
[0020]与“正面”和“后面”互换地使用的术语“主表面”或仅仅诸如类似带或类似卡片的衬底的“面”或“第一”面和“第二”面意在指示比跨越衬底的厚度延伸的侧表面具有基本上更多表面面积的这样的结构的两个表面。
[0021]图1A-B示出了还被称为软板上芯片(chip-on-flex)的芯片模块100，其具有厚度上典型地在150-200微米之间、被安装到触点阵列104的后面的芯片102，该触点阵列由在这里个别地示出为104a-g的一个或多个金属化接触表面形成。模块100在结构上被载体衬底106支承，所述载体衬底106通常为由具有厚度例如为大约110微米的纤维增强环氧树脂形成的环氧树脂带。理想地，所述带被以卷(未示出)方式提供以便于多个模块的顺序处理。
[0022]布置在模块100的正面上的阵列104的接触表面可以由厚度上例如在30-35微米之间的覆铜薄层形成。为了便于与其的电接触，104的接触表面可以被电流地镀镍和/或金。这样的电镀提供触点阵列104，其阻挡对诸如通过芯片卡读取器(未示出)与其可靠地建立电接触有害的氧化和其他影响。
[0023]孔108可以诸如在层压工艺期间被压印在带106中，从而暴露阵列104的触点的背面。电线Iio从芯片102延伸到相应的触点104a-g，从而于其间建立电连接。典型地，电线110可以由金形成，并且可以被固定到芯片102上的相应接触垫114，以及通过热超声接合的应用而被固定到阵列104的触点。特别地，拾取与放置/芯片焊接机诸如用粘合剂112将芯片102固定到模块100的背面，因此例如具有直径在20-25微米之间的电线110通过将约150摄氏度施加到接合部位、同时施加超声波声能以物理上确保电线与其电接触而被接合。这个工艺的变化可以被称为热超声接合。最近相似直径的铜线已以这种方式被接合在芯片与触点之间。
[0024]球顶部覆盖物116被提供来保护芯片、电线以及接触结构不受由于暴露于环境而导致的损坏。结果得到的模块典型地具有约600微米的厚度。
[0025]用于环氧树脂带106的材料必须能够抵抗热超声工艺。特别地，带106的选择需要温度足够稳定以在热超声接合期间抵抗热的施加的材料。
[0026]图1A-B的模块还要求使用贵重材料，诸如金，形式为金接合线110或镀在接触表面上的金。例如仅到接触的有限面积的金的选择性应用需要额外的工艺步骤，其可能比能够在材料成本上节省的增加更多的花费。
[0027]此外，图1A-B的模块100需要跨越接合线110被悬在其上的整个面积的球顶部覆盖物，其是模块100的宽度的相当一部分。接合线110的长度还与模块100对由该模块的膨胀或挠曲引起的损坏的灵敏度有关。特别地，较长的接合线110结合覆盖它们所需的球顶部116两者都对能够导致模块失效的机械应力作出贡献。
[0028]图2A-B示出了还被称为衬底/软板上倒装芯片的芯片模块200，其具有厚度上典型地在250-330微米之间、被安装到载体衬底206的背面的芯片202，所述载体衬底206通常为聚酯(PET)或其他高度柔性的材料。对比芯片模块100，芯片模块200具有分别位于载体衬底206的正(接触)面和背(芯片)面两者上的金属喷镀204、205。特别地，由在这里个别地示出为204a-g的一个或多个金属化接触表面或金属喷镀形成的触点阵列204被形成在载体衬底206的正面上。金属喷镀205被提供在载体衬底206的背面上。
[0029]金属喷镀204和205典型地由厚度上大约10微米的铜形成。铜可以被电流地电镀有2微米的镍和/或可选地0.03微米的金。金属喷镀204和205可以被光刻地形成在载体衬底206的正面和背面上。任一面上的离散触点被示出通过通孔207穿过载体衬底206电力地连接到彼此。例如，金属喷镀205b被示出通过通孔207b连接到接触表面金属喷镀204b ο
[0030]芯片202具有提供有导电凸块215的触点214。再者对比模块100，模块200的芯片202在其触点215在倒置或“倒装”定向上面向载体衬底206从而凸块215与相应的金属喷镀205对齐情况下被安装。使用诸如NCP之类的底部填料材料218，芯片202相对于金属喷镀205被固定在适当位置。
[0031]这个倒装芯片配置与诸如PET之类的广泛衬底材料兼容，所述PET不像环氧树脂带106那样热稳定。特别地，模块200的配置与使用管芯接合技术的低温工艺兼容。用非导电粘合剂使芯片202固定同样地在模块200的制作期间将热暴露限制于载体衬底206。通过时间、温度以及压力的控制，能够限制或者防止对温度敏感PET材料的损坏。
[0032]模块200完全缺少在模块100中发现的接合线。取决于由于在使用期间施加到模块的挠曲、弯曲扭矩、张力或压力而导致的断线的可能性，模块200因此可能是更健壮的。并且，不存在对诸如通过球顶部覆盖物116的封装的对应需要。限制或者消除对诸如金之类的昂贵材料和/或在金属化表面上使材料成层的耗时步骤的需要或许也是可能的。
[0033]图3A-C示出了根据本公开的一方面的芯片模块300。载体衬底306是柔性的并且可以由诸如FCOS ?带之类的基于PET的材料制成。图3C图示了载体衬底306的正面306f和后面306r，其中已经以诸如由光刻所应用的金属喷镀的形式提供了用于ISO标准芯片卡的触点304的阵列。触点304可以由具有厚度为10微米的铜、例如涂有2微米的镍和0.03微米的金的镍/金形成。可能存在除本文中所公开的镍/金涂层之外或者代替其的其他涂层。
[0034]载体衬底306的后面306r被示出具有作为金属喷镀形成在其上的导体引线305。引线305可以由具有与触点304相同的厚度和涂层的铜形成，并且同样地可以被光刻地形成。可替换地，针对载体衬底306的相应面f和r上的触点和导体所采用的材料可能是彼此不同的和/或由不同的方式形成。
[0035]图3A是模块300在图3B中所指示的线a_a处的横截面。金属喷镀的横截面定向被示出。特别地，能够详细地看到引线305b和305f分别被定位正对着触点304b和304f。通孔307建立载体衬底306的正面和后面上的相应金属喷镀之间的电连接。例如，通孔307b和307f贯穿载体衬底306以建立对应引线与触点之间的接触。
[0036]芯片302通过管芯胶312而被固定在载体衬底306的后面上的适当位置。如图3A-B中所示，芯片302在芯片垫314背对着载体衬底306情况下被定向，并且使得芯片垫314被定位通常与引线305的对应端邻近。例如，如图3B中所示，芯片302是使得芯片垫314b与引线305b邻近的位置。
[0037]接合线310被示出从芯片垫314延伸到对应引线305。接合线310可能是具有厚度在20-25微米之间的铝线，接合线例如通过铝楔形-楔形接合技术而被附连。特别地，使用涉及声能或超声波能到接合线310的施加的铝接合技术来将它们接合到芯片垫314并到诸如引线305之类的芯片卡表面306上的金属喷镀能够在不用针对衬底306施加在可接受的温度范围之外的温度的情况下实现。
[0038]更特别地，根据本公开的一方面，对比采用超过衬底的容限范围的温度的热超声接合技术，对例如高于150摄氏度的温度具有有限抵抗的聚酯(PET)衬底能够有利地与楔形-楔形接合技术一起利用。将认识到，在图3A-C中所公开的各方面内采用的楔形-楔形接合技术可以被应用于适于芯片卡模块构造的任何衬底，包括基于环氧树脂的衬底，而不考虑它们对典型地与包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、或聚碳酸酯的热超声接合相关联的温度的抵抗。
[0039]根据本公开的另一方面，能够在无需改变由例如衬底材料的改变引起的生产技术的情况下根据图3A-C中所公开的构造执行芯片卡模块的生产。同样地，能够在没有生产设备或工艺的本质修改的情况下采用用于包括铝的接合线310或用于包括[N1、Au、Pd、Ag的金属化弓I线305的任何适当的材料。诸如针对触点304所利用的N1、Au、Pd之类的材料还可以随着相似的结果而变化。例如，可以有利地采用没有镀金或任何金部件的触点。因此，根据本公开的一方面，特别地图3A-C的构造随着成本、可用性以及设计要求可以规定而容许改变。
[0040]例如，图1A-B和2A-B的材料可以被组合地使用，包括在不采用倒装芯片定向的情况下。在这个意义上，能够组合图1A-B和2A-B的有利方面。而图2A-B的‘倒装芯片’用凸块215和金属喷镀204、205替代图1A-B的接合线110，像图3A-C中所示出的那样在金属喷镀情况下采用引线接合技术可能是有利的。例如，虽然有利地使用了不同的或不太昂贵的材料或工艺，但是使用包括铝或其他材料的接合线来建立接合垫314与载体衬底306上的金属喷镀之间的连接采用引线接合而组合了图2A-B的倒装芯片配置的双面结构化的金属喷镀。
[0041]旋转头引线接合装置例如能够提供实现图1A-B的电线110的接合所必需的多轴移动。然而，根据本公开的一方面，可以在不使用旋转头的情况下采用楔形-楔形接合技术。特别地，通过例如在芯片垫314与相应的金属喷镀305之间应用不到10度(更特别地，0° ±7.5° )的线角度。这样的应用可以避免另外代价高的旋转头工艺技术的实施方式。
[0042]同样地，特别限于从芯片垫314到金属喷镀305的距离的接合线310的较短长度提供对相对精密的接合结构所需的较小的保护半径。如图3A-C中所示，因此，当与图1A-B的球顶部116相比较时球顶部316被提供在较小体积内。更特别地，因为接合线110从芯片102 —直延伸到孔108，所以球顶部116的直径比球顶部316要大得多(考虑到标准ISO芯片模块实施方式)。相比之下，尽管它延伸仅到接合线310与金属喷镀305之间的界面为止，但是球顶部316可以保护诸如布线之类的精密结构。取决于所使用的材料，较小的球顶部区可以降低制造的成本，和/或可以提高芯片卡模块的健壮性。此外，可以在图3A-C的芯片模块300中省略如图2A-B的倒装芯片实施方式200中所示出的底部填料218。
[0043]根据本公开的再一方面，还可以有利地实现材料的替代(诸如不太贵重的金属替代金)和/或诸如接触或接合面积的电镀之类的工艺步骤的消除。
[0044]芯片卡模块的制造的方法400在图4中被公开。特别地，该方法包括402将第一金属喷镀沉积在柔性衬底的第一面上。例如，图3A-C公开了针对载体衬底306使用聚酯(PET)的芯片卡模块。与402 —致，衬底的第一面可以例如提供有触点304中的一个或阵列。
[0045]在404中，将第二金属喷镀沉积在衬底的第二面上可以包括以例如图3A-C中所示出的引线305的形式提供一个或多个结构化的金属喷镀。同样地，406，建立第一和第二金属喷镀中的至少一个之间的电接触能够通过例如形成通过衬底的接触来实现。这样的接触的示例在图3A-C中被示出为通孔307。
[0046]在408中，将集成电路放置在柔性衬底的第二面上有利地包括背对着第二面，即在图1A-B和3A-C中所示出的未倒装定向上面向集成电路的芯片垫。可选地，在408a中，集成电路能够被固定到柔性衬底的第二面，其中芯片垫被定向在离与第二金属喷镀平行小于10度的平面中。
[0047]在410中执行线接合。特别地，将芯片垫连接到它们相应的第二金属喷镀的线接合建立芯片垫与第二金属喷镀之间的电接触，并且依照406，借此到第一金属喷镀。可以在小于例如150°C的温度下使用楔形-楔形接合技术根据410a来实现线接合步骤。此外，就芯片垫被定向在离与第二金属喷镀的平面平行小于10度的平面中来说，如408a中所提供的那样，410b公开了线接合，诸如使用楔形-楔形接合技术来执行、然而在没有旋转头技术的情况下执行的线接合。
[0048]依照412，接合区(其通常包括芯片及其线接合)诸如通过球顶部覆盖物而被封装。
[0049]特别参考图3A-C中所公开的芯片模块结构，400公开了产生结合了各特征的芯片模块结构的方法，所述各特征共同起作用以增加芯片模块的功能性和/或降低材料和/或生产的成本。例如，在柔性衬底306具有特定温度灵敏度时，诸如聚酯衬底，410可选地提供410a，其中使用了不采用高于150°C的温度从而使生产技术(即楔形-楔形接合)与所采用衬底相匹配的线接合。同样地，本领域的技术人员将认识到，取决于衬底的温度灵敏度特性可以在其他温度范围情况下采用楔形-楔形接合。此外，例如，408可选地提供固定集成电路使得第二金属喷镀的平面(例如图3C的平面330)是在与被芯片垫所占用的平面(例如图3C的平面320)平行的10度之内。如果待通过线接合而联合的表面之间的正确相对定向被维持则这个定向使得能实现410b，只要能够在没有旋转头技术的情况下执行线接合。同样地，需要比10度或多或少的不同角度的相对定向的接合技术被设想为在400的公开内。
[0050]应当理解的是，400公开了用于可以结合如图3A-C中所公开的芯片卡300的一个或多个成本节省特征的芯片卡模块的灵活制造工艺。任何单一材料替代或省略的优点可以被作出与对特定芯片卡模块的设计要求一致，并且除可能与图1A-B和2A-B的一个或多个方面兼容的特定简化技术的应用之外，设计灵活性特别受到来自图1A-B和2A-B中所公开的结构的选定特征的可组合性支持。例如，结构300不采用倒装芯片。因此楔形-楔行接合能够被成功地采用，而倒装芯片配置的特定要求能够被省略。同样地，像在404中那样第二金属喷镀的引入允许较短的接合线长度、较小的接合区需要封装，并且，如果根据408a正确定向被维持，则可以采用优选的线接合技术。
[0051]本领域的技术人员将认识到，可以形成上述示例性实施例的组合。虽然已经参考本公开的特定方面特别示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离如由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在本文中作出形式和细节上的各种改变。本发明的范围因此由所附权利要求来指示,并且落入本权利要求的等价意义和范围内的所有改变因此旨在被包含。
【权利要求】
1.一种芯片卡模块，其包括: 柔性衬底，其具有第一主表面和第二主表面； 第一金属喷镀，其在所述第一主表面上提供至少一个离散电接触面积； 第二金属喷镀，其在所述第二主表面上形成至少一个离散电引线； 至少一个通孔，其建立所述第一金属喷镀与所述第二金属喷镀之间的电接触； 安装到所述第二主表面的器件，所述器件具有布置在其上的至少一个电接触垫，所述接触垫背对着所述第二主表面；以及 至少一个接合线，其电力地将所述接触连接到所述电引线。
2.根据权利要求1所述的芯片卡模块,其中,所述柔性衬底至少部分地由聚酯形成。
3.根据权利要求2所述的芯片卡模块，其中，所述接合线至少部分地由铝形成。
4.根据权利要求3所述的芯片卡模块，其中，所述电接触面积至少部分地在没有任何金的情况下被提供。
5.根据权利要求2所述的芯片卡模块，其中，所述器件是集成电路。
6.根据权利要求4所述的芯片卡模块，其中，所述集成电路包括在第一平面中定向的多个接触垫，并且其中，所述第二金属喷镀包括在第二平面中定向的多个电引线，所述第一和第二平面被定向在与彼此平行的10度之内。
7.根据权利要求6所述的芯片卡，其中，提供覆盖所述多个接合线的封装。
8.根据权利要求7所述的芯片卡模块，其中，所述多个接触垫中的一个与所述至少一个通孔中的一个之间的距离限定引线半径，并且其中，所述封装由小于所述引线半径的半径的半径来限定。
9.根据权利要求1所述的芯片卡模块，其中，所述衬底具有小于260摄氏度的溶点。
10.根据权利要求9所述的芯片卡模块，其中，所述衬底具有小于200摄氏度的溶点。
11.一种用于制造芯片卡模块的方法，其包括: 将第一金属喷镀沉积在柔性衬底的第一主表面上； 将第二金属喷镀沉积在所述衬底的第二主表面上； 建立所述第一和第二金属喷镀之间的电接触； 将集成电路固定在所述柔性衬底的所述第二主表面上，所述集成电路具有背对着所述第二主表面的多个芯片垫；以及 在所述芯片垫与所述第二金属喷镀之间接合电线。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括封装经接合的电线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述多个芯片垫中的至少一个被定向在离与所述第二主表面平行小于10度的平面中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述接合发生在小于150摄氏度下。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述接合发生在没有旋转头技术的情况下。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述衬底是聚酯。
【文档编号】H01L23/488GK103579153SQ201310304708
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】J.赫格尔, J.波尔, F.皮施纳, W.辛德勒 申请人:英飞凌科技股份有限公司