专利名称：用于在无线频率识别装置中装配元件和天线的方法
技术领域：
本发明大体上涉及用于半导体无线频率收发芯片到天线结构的电力和机械连接的方法和构造，尤其涉及无线频率识别装置组合及其制造方法。
背景技术：
无线频率识别装置(“RFID”)被定义为是一种包括阅读器和标签的自动识别和数据捕获系统。使用电场或调制感应或辐射电磁载体传输数据。RFID装置在例如智能卡、智能标签、安全标记、以及牲畜标签的结构中越来越普遍。
通常，智能卡是内嵌有提供存储器、微处理能力、和RF传输和接收(“收发器”)的可挠的、信用卡大小的塑料装置。当与“读取器”一起使用时，操作电能被供给该芯片，读卡机和该芯片进行通信并读取，在一些应用中，还写信息给芯片。众所周知，所有这些集成电路装置，或“芯片”，都在硅“晶圆(wafer)”上被大量生产。该晶圆被切成多个“管芯(die)”，其中的每个都是分立的单独的芯片。这些术语(例如，管芯、芯片(chip)、微处理器)在本领域被交替使用。在该应用中，术语“芯片”在此处被用来指任何形式的分立或集成电路装置，有源的或无源的，以及电光装置。
在其初始应用中，传统的智能卡(有时称之为“芯片卡”)包括内嵌在信用卡大小的塑料薄片中“芯片模块(chip module)”。芯片模块是被基板(“芯片载体”)封装或是预连接至基板(“芯片载体”)的芯片，通常由接触区和导电磁道制备，以允许易于在电路装置中芯片的处理和连接。将其插入读取器以使读取器的插针与“接触板(contact plate)”(即，芯片模块中暴露的接触区)物理接触，可“读取”该卡。该接触板包括许多通过插针和读取器通信的半导体。这些“接触”型智能卡比“刷取(swipe)”型卡更通用，“刷取”型卡在卡一侧的磁条上包括有诸如客户帐号等有限信息。另一方面，这些早期的智能卡还因需要物理接触或将卡插入读取器而受到限制，从而，降低了达成交易的速度。
一些因素已经极大地扩展了智能卡的潜在应用。其中的一个因素就是和越来越小的芯片联系的处理能力和存储器储存能力的持续发展。这使将允许以需要更大的数据储存量或处理能力的新方式使用的智能卡。另外，不需要智能卡和读取器物理接触的新型“不接触”型智能卡已经得以发展。这些不接触型智能卡采用和RFID卡(在安全或存取数据的场合已经使用很多年)类似的技术。这些RFID卡通常是包括芯片和天线的硬的、刚性的、扁平的装置。RFID卡由读取器产生的无线频率(“RF”)能量来供给电能，该读取器用来激励RFID卡中的电路并使RF读取器和卡中的芯片之间的有限数量的信息交换成为可能。
通常，新型的不接触型智能卡和信用卡的大小相同，象RFID卡一样工作。然而，智能卡具有很大安全性的储存大量信息的能力激励其在很多应用中使用。智能卡最初被商业上用作在存储器中储存预付费用帐号用来授权电话使用的“电话卡”，通常用于公用电话。电话和卡之间的通信授权或拒绝使用电话，并从存储器中保留的可用数额中扣除电话费用。智能卡现在被用作电子记帐/信用卡，如“信誉”卡，用于访问并利用电视支付和大量的转账设备。它们还被配置为展览和活动中的电子入场券，用于储存和有准备地存取个人健康/医疗记录，并可用于交通工具防窃系统。新的应用正在不断的产生。
通过避免智能卡的接触板和读取器的物理接触，借助RF的信息传输已经扩展了智能卡的可能应用。在卡体中添加的微型天线(例如线圈天线或偶极天线)使不接触型卡经过RF微波进行通信成为可能，从而允许更大范围的操作，例如，在大约1米的范围内使用目前的商用技术。预期有更多的技术改进会显著地增加这些不接触型智能卡的操作范围。除去智能卡和读取器之间的接触的需求减少了读取器存取以及与智能卡通信的时间，使智能卡更容易被用户接受。读取器的对卡的改进读取能力减少了排队时间，使智能卡对使用者更加友好，例如，在许多人需要迅速通过有限数量的存取点(例如，通往大量的交易系统和事件工具的门)。
另一新发展是混合电路，或“双界面”，智能卡包括接触板和天线，并能通过接触读取器或RF读取器供能或存取。从而，单个的智能卡保持两种界面能力。除非另外说明，正如此处使用的，术语“智能卡”包括传统的智能卡、不接触型智能卡、以及双界面智能卡。
通常，智能卡由个人使用并被他们以和信用卡一样的方式保存和保护在皮夹或钱夹中。另外，用户可以佩戴智能卡，就像识别徽章一样。智能卡还可被用作“标签”以监控书、衣服、或其它零售产品、甚至牲畜或野生动物的移动。
技术的进步使RFID装置被以越来越小和越来越薄的形式使用，例如，作为无生命物体的标签或用作法律文件的验证。这些小的、薄的、可挠的RFID元件此处被称为“智能嵌体(smart inlay)”。智能嵌体一般和邮戳一样大，通常包括连接至基板上的天线的可编程集成电路芯片。尽管智能嵌体可通过和扫描器接触来读取，但其主要目的是提供包含不需要消耗时间、也不需要诸如一维或二维条形码的光学扫描的专门扫描而能被传输的信息。
智能卡的一种使用形式是在“智能标签(smart label)”中。智能标签通常由封装了智能嵌体的薄纸片或塑料片组成，智能嵌体使超过相当远距离(例如，一米或更远)的通过RF信号的通信成为可能。从而，智能标签被粘附至隔夜急件包裹、或航空行李，或被用作零售标签、或被用于租赁服务(例如，图书馆书籍或录像)。智能标签不需要相对于扫描器单独操作，在处理包裹的正常过程中(例如，将包裹放在传送带上或将包裹载到手推车或卡车上同时，包裹经过固定的读取器)可传输信息。另外，和带有固定信息的条形码标签不同，可通过传送来自读取器的更新数据来改变储存在智能标签的芯片存储器中的数据，而不需要替换标签。包括智能嵌体的智能标签的纸质或塑料薄片可被印上标识符、甚至被印上相应的光学条形码，正如常规的包装标签一样。
智能嵌体的另一种使用形式是在“智能纸(smart paper)”的创造中。智能纸是包括智能嵌体的纸质文件，通常用于真实性和证明的目的，正如电子水印一样。可使用智能标签的文件的例子是个人识别、股权认证、债券、遗嘱、或需要真实性的证据的其它法律文件。
在典型的应用中，通过读取器发出的RF场也为智能嵌体感应地供能，而不需要电池。由于智能卡和智能嵌体由读取器电力激励，在一个意义上，他们被归为“无源”装置。尽管这些装置包括其内部电源在技术上是可能的，但是，目前这样的电源昂贵得惊人。但是，正如此处所使用的，术语“智能卡”和“智能嵌体”用来包括无源装置和内部电能化装置。术语“智能卡”和“智能嵌体”还用来包括一次性(例如，使用一次)和重复使用和/或可编程RFID装置。所有的不接触型和双界面型智能卡和智能嵌体都可被归为“可挠发送应答器(flexible transponder)”其中，他们是连接至或被包含在可挠物理载体(例如塑料)的小电子线路，能够通过在大约100kHz到2.54Ghz之间的频率范围内(取决于系统的设计)的RF微波(例如，通过调幅和调频)发送、传输、并储存数据。
由于可能应用领域的逐渐增加的识别，智能卡和智能嵌体被源源不断地制造。据估算，2000年全球范围内共制造了20亿张智能卡，一些预测机构预告，2003年将制造近60亿张智能卡。通常，智能卡或智能嵌体装置的发行对于发行者来说是增加的成本，而不会由用户直接承担。例如，用于公共交通设施上的智能卡的发行通常不会通过对那些卡的用户征收和其他乘客相比更高的费用来补偿。在智能卡的使用可鼓励额外的乘客人数并提供额外的利润的同时，卡的发行对于承运人来说是增加的成本。由于此原因以及此处讨论的其它原因，非常需要寻找新的方式用改进的生产技术来高效地和低成本地生产这些日益增多的智能卡和智能嵌体。
即使提供了智能卡和智能嵌体的优点，产品的稳定性对于市场准入和使用是必需的。功能差的智能卡和智能嵌体带来了相当多的烦恼和不满(无论对于信赖卡的消费者还是对于卡/标签发行者来说这是这样)并阻止了“智能”技术扩展到另外的领域。大多数智能卡和智能嵌体都是动力挠曲的，即，它们在正常的使用中可以弯曲。尽管还有其它应用，例如，个人计算机和汽车，其中计算机电路在个别场合可被弯曲，即，在安装过程中，但是，在正常使用中它们不能被重复弯曲。因此，智能卡和智能嵌体中的芯片、天线、以及任何其它电路和电元件都可经受包括这些现有技术“柔性电路”的传统计算机电路所不能经受的机械应力。同样，在现有技术中，RFID卡被设计成硬的和刚性的以防止在使用时弯曲和从而给芯片造成的损害。由于仍然没有可高度信赖的成功先例在制造大量的智能卡或智能嵌体方面帮助制造者。因此，非常需要提供在高产量的环境中在智能卡和智能嵌体中形成便宜的可靠的连接的系统和方法。
智能卡和智能嵌体的弯曲使芯片和其它小型化的电元件以及包括在其中的电路经受相当大的物理应力，即使在通常的操作中。这些力能够导致失去元件之间的电接触，并导致智能卡或智能嵌体不可操作。在正常使用中，芯片模块和不接触型智能卡之间或智能嵌体中的芯片至天线之间的连接是非常脆弱的。因而，用于制造智能卡和智能嵌体的改进的方法必须在电元件之间提供连通性，电元件可以经受那些产品固有的机械损伤。然而，用于将芯片或芯片模块连接至基板或天线结构的现有技术仍然是不经济的并且进展缓慢。
例如，为了将芯片在模块的接触面上电连接至该模块，存在两种主要技术引线接合(wire bonding)和倒装芯片接合(flip-chip diebonding)。引线接合是一种使用非常细的金属线将芯片接合焊盘连接至模块的接触接合区(contact land)。用于使用芯片模块的引线结合装配智能卡的代表性现有技术工艺在现有技术
图1A至图1E中示出。如现有技术图1A所示，芯片100通常由具有多个结合焊盘的硅管芯(silicon die)120组成。芯片100包括适于控制智能卡的目的的必要程序和数据。现有技术图1B示出了用于容纳芯片100的芯片载体105。芯片载体105由分布的接触接合区112和传导轨道(未示出)组成，通常由铜制成；基板106，通常由玻璃环氧树脂制成；以及接触板108，例如，由镀有镍和金的铜制成，形成在基板106上的与接触接合区112相对的侧面。基板106上形成有通路110，或从基板106的一侧到另一侧的通道。这些通路110和导电壁113成行排列，导电壁113贯穿通路110以和在基板106的相对侧的接触板108进行电接触。
通过接合引线114将芯片100连接至芯片载体105，以形成如现有技术图1C所示的芯片模块115。通常，接合机(bonder)将自动地把引线的一端接合至硅芯片102的接合焊盘104，并将该引线的相对端接合至接触接合区112或穿过芯片载体基板106中的通路(如图示)以形成芯片100和芯片载体105的相对侧的接触板108之间的连接。在接合引线114和芯片100及芯片载体105之间的电连接分别通过超声波焊接或热声波焊接形成。该工艺的主要缺点是每个芯片100需要通过多个接合引线114和芯片载体105连接。这使将芯片装配至芯片载体105的工艺非常耗时并且昂贵。另一个缺点是引线接合还耗费了芯片100的高达10倍的区域，从而限制了该连接方法跟上小型化需求的步伐。接合引线114的热声波焊接产生了高温，迫使选择能够承受这样的高温的芯片载体基板106。
为了将芯片100机械地连接至芯片载体105，通常使用芯片安装粘合剂(未示出)将芯片粘合至基板。接着，用密封剂116涂覆芯片100和接合引线114。密封剂116还将芯片100紧固至芯片载体105并保护接合引线114免受机械和环境的损害。密封剂涂覆是模块115装配工艺中的另一个耗时步骤，由于在模块115被进一步处理之前，密封剂116必须固化。
如现有技术图1D所示的双界面智能卡半成品125由带有用于容纳芯片模块115的空腔120的卡体118组成。空腔120进一步形成有用于支撑芯片模块115的边缘的隔板122。卡体118还包括位于卡体118表面下的封装天线线圈128。天线128通常由几个回路或线圈(在图1的侧视图中描述，和图12b中的元件1228一样)组成，提供足够的接收和发射能力。通常通过银膏印刷或层压在基体上制备天线128和卡体118。例如，使用圆筒丝网印刷机器通过银膏丝网印刷工艺在通常是PVC或类似材料的内层板上制备天线128。尽管未在图中示出，接着，使用热转力(thermo-transfer press)将PVC和天线和图形设计塑料贴面板芯以及叠层板一起层压。
通常，带有天线128的卡半成品125在多卡薄片中制造。层压后，薄片被冲压为单卡，接着用于芯片模块115的空腔120被碾磨。额外的天线空腔123延伸到隔板122下以提供对用于电连接至芯片模块115的天线触点128a和128b的存取。通过使用专用钻孔工具准备天线空腔123以使天线触点128a和128b暴露，同时不得不非常小心地调整深度并精确地达到印刷银膏轨道末端。这种类型的天线128通常用于13.56MHz Mifare系统(可从Philips Semiconductors得到，Eindhoven，The Netherlands)。线圈由4到5个“绕组”组成，层压后具有约2到6欧姆的阻抗。
图1D还示出典型的现有技术的智能卡体118的制备，该智能卡体用于接收和电力及机械连接芯片模块115。导电粘合剂126分布在天线空腔123中以提供天线触点128a和128b和芯片模块115上的接触接合区112之间的必要的电接触。将接触接合区112连接至天线触点128a和128b的导电粘合剂126可以是填充了环氧树脂膏的银(例如，由POLYTEC GmbH，D-76337 Waldbronn，Polytec-Platz 1-7代表的Epoxy Technology公司的EPO-TEKE4110)。从而，芯片100被电连接至允许和外部装置的RF通信的天线，还通过通路110中分布轨道133被连接至接触板108，该通路将接触接合区112连接至接触板108，其通过接触板108以允许芯片100和读卡器之间的物理电界面。在任一情况下，用于芯片100的电能被通过读卡器或外部RF装置供给。
另外，为了将芯片模块115机械地紧固至智能卡体118，绝缘粘合剂124被涂覆在空腔120中的隔板122上。分散的绝缘粘合剂124被用来在卡体保持芯片模块115，因为它不太昂贵并具有比导电粘合剂126更好的粘合性质。使用绝缘粘合剂124还能防止不想要的电连接穿过接触接合区112。然而，在涂覆绝缘粘合剂时仍需要小心，以使其不能覆盖或干扰接触接合区和天线触点128a和128b之间的电接触。
腈基丙烯酸酯(cyanoacrylate)液体粘合剂通常在不太昂贵的智能卡中用作绝缘粘合剂124，在更严格的智能卡应用中，通常使用双面热固化粘合带(例如位于D-20245 Hamburg，Unnastrasse 48的Beiersdorf AG公司的TESA 8410)。通常，首先使用热压将这样的双面热固化绝缘耐粘合剂涂覆在芯片模块115的内侧。接着，芯片模块115被插入空腔120并接合至带有通过热量和压力涂覆的绝缘粘合剂卡体118。为了该组件的最佳粘附和生命周期，在接合芯片模块前应当使用等离子体(例如，位于D-85551 Kirchheim beiMünchen，Dieselstrsse 22a的Technics Plasma GmbH公司的Plasma-System 4003)对空腔120进行处理。这样的等离子体处理产生带有一定粗糙程度的非常清洁的表面，从而允许卡体118的空腔120中的芯片模块115的非常持久的接合。图1E示出了完整的装配现有技术的双界面智能卡130。
除了有接合引线114的问题之外，使用导电粘合剂的现有技术智能卡的装配造成了更多的缺点。导电粘合剂的电特性在固化的过程中经过数秒、数分钟、数小时的改变。在实践中，这意味着完成的智能卡在装配后不能立即进行测试。就以每小时数千个单元计算的生产率而言，测试中的任何延迟都会在制造工艺中的缺陷被检测之前导致实质上的成品率损失。因为在完成测试前必须将卡库存，所以产量受到负面影响。从而，非常值得发展在其中卡和标签能够被迅速测试的制造工艺。
这些在RFID制造中使用的其它现有芯片接合技术中，最常用的芯片至天线连接工艺包括倒装芯片至芯片载体，或使用芯片至芯片载体的各向异性导电粘合剂倒装芯片接合，接着使用导电粘合剂的芯片模块至天线的连接。对于芯片装配而言，最广泛使用的工艺是传统的焊接技术，正如用于直接芯片安装的改良技术。经常使用用于凸点和连接工艺的诸如Pb/Sn 37/63的易熔Pb/Sn焊料。尽管其已被广泛应用，但缺点是非常大的。由于焊接工艺中的相对高的温度，基板材料的选择局限于非常高等级的、高成本的材料-并非正确的用于大量生产的有利条件，在一些场合，一次性电子产品、移动电子产品(尤其是的纸质或聚丙烯基板)需要智能嵌体。另外，在欧联盟、日本、以及美国，近来的涉及环境和健康关注的法规的改变规定无铅焊接材料的使用，其通常需要相当高的处理温度或更昂贵的焊接机。还有，焊接前的基板的可软焊的金属化表面的准备以及焊接后的清理步骤都是必需的，毫无疑问地增加了工艺的复杂性和成本。在该工艺中经常有对芯片底部充胶的额外需求，其是额外的、耗时的、并增加成本的步骤。
使用各向异性导电粘合剂(ACA)的倒装芯片接合是另一种芯片到芯片载体的粘合方法，最近引起越来越多的注意。各向异性导电粘合剂能够提供芯片和芯片模块之间的电力互连和机械互连，也能提供模块至天线线圈焊盘的电力互连和机械互连。ACA的传导性被限定于Z方向，同时在X-Y平面保持电绝缘。另外，ACA材料起到密封和封闭芯片的底面的作用。这就消除了对额外的底部充胶步骤的需求。然而，ACA常常比绝缘粘合剂昂贵10倍。还有，为了获得足够的接合强度，在涂覆ACA之前需要对表面进行化学处理。而且，不得不将接合表面(即，芯片接合焊盘、天线触点、以及载体接触接合区)去氧。芯片的放置必须非常精确仅允许非常有限的容差。其它的缺点在于在拾取和放置工艺中的高压需求，这能够损伤芯片，尤其是在智能卡和智能嵌体中使用的薄芯片，其它缺点还在于用于昂贵的ACA材料(带状或薄膜)的复杂的放置工艺。
带有各向同性导电粘合剂的倒装芯片接合是另一种有影响的芯片接合技术。该工艺通常非常适于整合在生产线中。然而，还存在关于成本的清楚的限制，尤其是用于小元件和间距的成本，因为通过各向同性导电粘合剂来提供电连接，即，其将被导向任何方向，从而必须在单个的接合点分散放置。因而，高精确度的需要显著地增加了该技术的成本。在该工艺中，芯片的接合焊盘还增加了凸块。这些凸块通常是镍/金凸块或接线柱凸块。另外，通常需要高温和较长的固化工艺。任一使用导电粘合剂(各向同性或各向异性)的芯片接合技术的其它值得注意的缺点是立即进行测试常常是不可能的，因为需要较长的固化时间。
作为这些因素的结果，标准的双界面智能卡和其它RFID装置普遍使用绝缘粘合剂(通常用于将部件保持在一起)和导电粘合剂(用于在接触接合区或接合焊盘形成电连接)的组合物。然而，这中折衷方式并没有避免上述缺点。因为，非常需要能够连接智能卡和智能嵌体中的元件的即便宜又高效的改进的制造工艺。
发明内容
本发明提供了一种用于将诸如智能卡或智能嵌体的RFID装置中的第一元件的导电触点物理连接和电连接至该装置的第二元件的导电触点的新方法。RFID装置的元件可包括，例如，存储器芯片、可编程逻辑阵列、微处理器芯片、收发器、或其它分立或集成电路装置、芯片载体、芯片模块、以及导电区，例如天线。常规地，当制造这样的连接(例如，芯片至天线结构的连接)时，常常使用以上讨论过的诸如引线接合、焊接、使用导电粘合剂接合的倒装芯片等方法。对于这些传统的方法，高温、昂贵的材料、或昂贵的高精确度机器的使用常常是显著地增加RFID装置制造成本的必需条件。
本发明开发出一种用于生成上述连接的新方法。在用于将芯片连接至天线结构的第一实施例中，通过在芯片接合焊盘上电解地或无电镀地共沉积金属和导电硬微粒以生成微粒增强表面。接着，芯片被拾取、放置、并接合至天线结构，从而用绝缘导电粘合剂形成永久的物理连接。通过将芯片接合焊盘上的镀有金属的硬微粒刺入天线结构上的接合面生成电连接。该导电硬微粒应当具有至少和该导电触点的硬度一样大的硬度。压力被用来促进微粒刺入天线接触面，且该压力被维持直至粘合剂充分固化并生成永久接合。
该工艺还包括在第一元件的接触面(例如，芯片接合焊盘)和第二元件的接触面(例如，天线触点)之间放置绝缘粘合剂；将第一元件和第二元件的接触面彼此对准以形成接触面；在通常垂直于该界面的方向将压力施加给接触面，以便至少部分硬微粒穿透粘合剂并刺穿第二导电表面，从而将它们永久地接合在一起；最后固化粘合剂。
如此处所述，可以用许多方式实现将微粒粘附至导电接触面和在接触面之间的空隙中涂覆粘合剂。本发明方法的改变包括将粘合剂涂覆到第一或第二接触面，或涂覆到这两个接触面上。在本发明的另一方面，进行装配时，薄膜粘合剂被布置在两个面之间。该粘合剂可以是永久可硬化的粘合剂，其在去除压力之前变硬。
用于在电元件的接触面上涂覆硬微粒以及进行导电金属喷镀可用多级共沉积工艺执行。该电元件可被拖过金属微粒槽以形成金属微粒层。接着该元件被拖过第二金属槽以形成覆盖微粒层的固定层(anchoring layer)。额外的镀着步骤可被执行以形成一个或更多覆盖微粒层的额外的微粒固定层。
可通过例如在第一接触面上的微粒上无电镀或电镀一层薄金属层，以将硬微粒粘附到想要的接触面上。使用无电镀方法在至少一个接合面(mating suface)上沉积微粒和金属时，在2001年6月15日提交地名称为“用于制备微粒增强接触面的无电镀工艺(Electroless Process for the Preparation of Particle-Enhanced ElectricContact Surfaces)”的美国专利申请第09/883,012号中披露了一种优选的方法，然而，还可以使用其它的无电镀方法。在无电镀方法中，可通过两步无电金属镀着法制成微粒增强表面。第一镀着步骤和其溶液中带有微粒的无电镀金属槽中的金属一起共沉积硬微粒。第二镀着步骤在共沉积的金属微粒表面上覆盖导电金属，以增强导电性。
使用电解电镀方法生成微粒增强表面时，2001年3月19日提交的名称为“电元件装置及制造方法(E1ectrical ComponentAssembly and Method of Fabrication)”的第09/812,140号美国专利申请中披露了一种优选的方法，但是，同样可以使用其他的电解工艺。这样的方法可通过在位于金属电镀槽中的网状电极之下定位基板得以实现。槽中的微粒经过网状电极并沉淀在基板上。诸如镍等的金属同时沉积在微粒上。
除了增强微粒被涂覆到天线结构，而非涂覆到芯片接合焊盘上之外，用于将芯片连接至天线结构的第二实施例和第一实施例中描述的相同。第一实施例的显著优点是当芯片接合焊盘是增强微粒的接受者时，微粒共沉积可在芯片从晶圆上切割下来之前进行。以这种方式，晶圆上数百个或数千个芯片可同时镀上微粒。第二实施例还有几个优点。首先，一旦进行了切割，就可对完成的或接近完成的晶圆上的所有管芯进行微粒增强，而没有显著的成本增加或影响晶圆的芯片成品率。第二，如果该产品需求非常小以至于不能微粒增强整个晶圆，单个芯片仍然可以用微粒增强。第三，规模经济(economies of scale)确定将被微粒增强的元件，例如在芯片或芯片载体上的元件。然而，当元件组件保留同样的增强微粒时，哪个元件接受微粒增强是无关紧要的。
本发明的第三实施例指向至芯片载体的芯片装配，其中通常可以应用第一实施例中描述的相同工艺。然而，在该实施例中，用绝缘粘合剂将微粒增强的芯片接合至芯片载体。
在本发明的第四实施例中，也指向至芯片载体的芯片装配，除了微粒增强被施加给芯片载体，而非芯片接合焊盘之外，可以应用第三实施例中描述过的相同的步骤。上述实施例中提到的绝缘粘合剂可被涂覆到接合面中的至少一个。可以和在第一实施例中描述的芯片装配方法相同的方式进行接合。
在第五实施例中，可应用第一实施例的工艺以将芯片模块连接至天线结构(例如，将双界面芯片模块连接至不接触智能卡中的天线线圈)，但这里微粒增强被施加给芯片载体。一旦芯片被连接至芯片载体以形成芯片模块，以和第一实施例中描述的相同的方式使用绝缘粘合剂将该芯片模块接合至天线结构。
在第六实施例中，可应用第五实施例中描述的工艺，但替代了将微粒增强施加给芯片载体，而是将微粒增强施加给天线结构。接着，使用绝缘粘合剂将芯片模块接合至天线结构。
总而言之，本发明包括将一个或更多硬微粒置于诸如智能卡或智能嵌体的RFID装置中的第一和第二元件的接合接触面的各自的触点中的至少一个上。该元件包括有，例如，芯片、芯片载体、芯片模块、以及芯片结构。本发明还包括用于将绝缘粘合剂置于第一和第二元件之间而不用考虑哪些接合接触面被微粒增强的方法。
本发明还包括制造用于具有至少一个电触点的智能卡或智能嵌体的电元件的改进方法，包括将微粒置于至少一个触点上，其中微粒具有至少和触点的硬度一样大的硬度。导电金属层被置于微粒和触点的至少一部分之上。此外，微粒和导电金属层可被同时沉积。
本发明还包括包含至少两个具有接合电触点的元件的改进型智能卡和智能嵌体，其中通过导电金属和微粒以及绝缘粘合剂层物理地和电力地将元件彼此连接。微粒应当具有和导电触点的硬度一样大的硬度。
在本发明的再一方面，提供了用于智能卡或智能嵌体的电元件装置，该电元件装置包括具有基板表面上的多个电接触部位的基板。多个硬微粒保留在基板上，以使每个电接触部位都具有至少一个粘附在电接触部位上的硬微粒。
同样，本发明的另一方面中有助于智能卡和智能嵌体的生产有，其中将电元件和在阵列中的多个其它电元件一起同时通过微粒增强。这样的阵列可以是一维或二维的。多个电元件中的每个都具有至少一个电接触部位。在该实施例中，硬微粒被施加给接触部位，以使至少一个硬微粒被粘附到每个电接触部位。最后，该阵列被分开以使多个电元件装置成为许多单个的电元件，从而一次操作同时制造许多电元件。在电元件从基板中分立出来之前或之后，都可将粘合剂涂覆至多个电元件。粘合剂还可被涂覆以基本上覆盖整个基板，或如果需要，粘合剂也可仅覆盖基板的选出部分。
本发明的方法尤其适用于半导体芯片的接触焊盘处理，其中阵列是半导体晶圆。另外，该阵列可以是柔性电路带或刚性电路板。而且，该阵列还可以是智能卡或智能嵌体的柔性带。此外，在细分该阵列前，粘合剂材料可以被至少涂覆至这些电元件表面的选择部分，并可涂覆至硬微粒。可选地，在细分该基板后，粘合剂材料可被至少涂覆至这些电元件表面的选择部分，并可涂覆至硬微粒。
在本发明的再一方面，硬微粒可被粘附至印刷电路或电元件以生成其上具有硬微粒的元件装置。通过以前所述的任何方法共沉积金属和微粒以完成该装配过程。另一方面，可通过粘合剂自身粘附微粒。另一方面，硬微粒相对将被连接的任一表面保持独立，改为微粒存在于粘合剂中。在该实施例中，整个粘合表面可含有这样的微粒。在另一实施例中，硬微粒以其仅存在于粘合剂的选择区域中的方式施加给粘合剂。这些选择的区域可与基板或电元件上将被互连的电接触部位对应。
附图简要说明图1A至图1E一起示意性地表示当以截面图示出的这些元件在典型现有技术装置中相互连接时，通常在双界面智能卡的装配中采用的总的工艺步骤。
图2以截面图说明了根据本发明的一个实施例安排的电元件装置。
图3以截面图说明了根据本发明的第一工艺实施例安排的装配前的电元件和基板，其中硬微粒被粘附至电元件，粘合剂被涂覆到基板上。
图4以截面图说明了根据本发明的第二工艺实施例安排的装配前的电元件和基板，其中硬微粒被粘附至基板，粘合剂被涂覆到电元件上。
图5以截面图说明了根据本发明的第三工艺实施例安排的装配前的电元件和基板，其中硬微粒被粘附至布置在基板上的粘合剂。
图6以截面图说明了根据本发明的第四工艺实施例安排的装配前的电元件和基板，其中硬微粒被粘附至布置在电元件上的粘合剂。
图7A和图7B以截面图说明了经历了根据本发明的第五工艺实施例的连接方法的基板和电元件，其中粘合剂的选择部分包含与基板和电元件上的接触部位成对准关系的硬微粒。
图8A和图8B以截面图说明了经历根据本发明的第六工艺实施例的连接方法的基板和电元件，其中粘合剂包含基本均匀的硬微粒层。
图9A至图9F一起示意性地表示当以截面图示出的这些元件根据本发明相互连接时，在双界面智能卡的装配中采用的工艺步骤。
图9G是图9E中截面部分的一部分的放大图，详细示出了根据本发明的智能卡中的基板和天线之间的连接。
图10以截面图说明了当以截面图示出的这些元件根据本发明的相互连接时，双界面智能卡的装配。
图11A至图11D一起示意性地表示当以截面图示出的这些元件根据本发明相互连接时，在智能卡的装配中采用的工艺步骤。
图12A至图12D是根据本发明的多种天线配置和智能嵌体中芯片至天线的连接的平面图。
图13是用于将硬微粒镀到柔性电路基板上的接触接合区的示范性的镀着工艺示意图。
图14A是根据本发明安排的示范性微粒电镀槽的示意图。
图14B是图14A中的示范性微粒电镀槽的电连接细节的示意图。
图15A是在金属微粒沉积之前的接触面的截面图，示出一系列共沉积工艺中的第一步骤。
图15B是图15A所示的具有金属微粒共沉积层的接触面的截面图，示出一系列共沉积工艺中的第二步骤。
图15C是图15B所示的接触面外加第二金属镀着层的截面图，示出一系列共沉积工艺中的第三步骤。
图15D是图15C接触面外加浸金层的截面图，示出一系列共沉积工艺中的第四步骤。
图16是详述用于本发明的金属和微粒共沉积工艺的优选实施例的步骤的示意图。
图17示出在具有通过本发明的无电镀工艺沉积的金表面涂层的铝基板上的金刚石-镍共沉积面的俯视图的显微照片。
本发明的详细描述图2所示是根据本发明的一个实施例安排的电元件部件的普通的截面图。基板212可以是用于智能卡模块的芯片载体、用于智能嵌体的天线基板、或在RFID装置中使用的任何其它基板。电元件210装配在该基板212上。电元件210可以是包括半导体集成电路装置的许多不同的电元件中的一个，例如存储装置、逻辑装置、微处理器、以及其它类型芯片等。此外，该基板212可以是在其上装配有一个或多个芯片的柔性电路或芯片载体。
多个电接触部位(此处是指接触“接合区(land)”214)位于该基板212的接合面216上并被安排以接收相应的导电硬微粒，在本实施例中，相应的导电硬颗粒被粘附到该电元件210的导电接合焊盘(bonding pad)220上。本发明中采用的导电硬微粒218及其多种实施例通常具有和该电接触部位(即，接触接合区214)相同的硬度，优选高于其硬度。该导电硬微粒218可由例如铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、以及钡等金属形成，也可以由这些金属的合金和金属间化合物形成。正如本文稍后描述的，镍是优选的金属。
在本发明的一个实施例中，导电硬微粒218由覆盖或包围了一层诸如以上所列出的导电金属的绝缘内核微粒形成。在此情况下，绝缘内核微粒可以是例如金属氧化物、氮化物、硼化物、碳化硅和其它碳化物、铍、硼纤维、碳化纤维、石榴石、以及金刚石等的非金属材料。金刚石是优选的非金属硬微粒。镍和铜是优选的用于这样的内核微粒的金属涂层。当需要热导体时，金刚石和陶瓷是优选的材料。在本发明的一个实施例中，硬微粒由镀了一层镍的金刚石内核组成。
该导电硬微粒218还可用一薄层金覆盖。金提供了低接触电阻并防止接触面氧化。金的替换物可包括铂、钯、铬、钯-镍合金、以及锡镍合金。
每个接触接合区214都是导电的，从而在该电元件210和该基板212之间提供电互连。同样导电的接合焊盘220可排列在芯片表面上，并将芯片的倒装芯片组件(flip-chip attachment)安排至基板212。可选地，接合焊盘220可被设置在装配了一个或多个电元件210的芯片载体或柔性电路的接合面上。在本发明的一个实施例中，接合焊盘220和接触接合区214分别用镍层金属化。
在图2示出的电元件装配安排中，在该基板212的接合面216和该电元件210的表面222之间形成间隙221。该间隙221通常从约0.5密耳到约5密耳不等。该间隙221用粘合材料224完全填充。
在本发明中，优选的粘合材料224是不需要热处理或其它处理而迅速凝固的材料，例如，氰丙烯酸酯。可选地，粘合材料224可是紫外光(UV)可固化聚合物成分。另外，可使用其它类型的粘合剂，例如，永久可硬化粘合剂、热熔性粘合剂和其它热塑塑胶粘合剂、以及聚合粘合剂。作为另一选择，粘合材料224可以是触敏和压敏粘合剂。优选地，采用的粘合材料224可以降低能对电元件210或互连造成负面影响的某些杂质的程度。具体地，已经知道钠离子和氯离子能导致芯片发生故障以及在潮湿的环境下加速电互连的腐蚀。
在准备、装配、以及将电元件210固定在基板212中可采用许多工艺实施本发明。图3示出了根据本发明的第一工艺实施例的装配和设置前的电元件310和基板312的截面图。在将电元件310装配至基板312之前，在其上具有分开的不连续的接触接合区314的基板312被预先涂上粘合材料324。将诸如液体粘合剂或粘合带的粘合材料324涂覆于基板312。硬微粒318被粘附到电元件310的表面322上的相应结合焊盘320上。粘合材料324均匀地遍及基板312的接合面316、覆盖接触接合区314、并覆盖该基板312的剩余部分。可选地，可穿过该硬微粒318将粘合材料324涂覆于该电元件310的表面322。接着，电元件310被放置以使具有粘附的硬微粒318的结合焊盘320朝向基板312并和基板312的接触接合区314对准。
为了将电元件310装配至基板312，具有粘附的硬微粒318的接合焊盘320被移入与接触接合区314紧密接触，并施加压力，如图3中示出的箭头所示。在该压力作用下，硬微粒318刺入基板312的接触接合区314。依靠在该部件中使用的微粒粘合材料，通过自硬化机制或通过粘合剂的热固化或UV固化使粘合材料324变硬，然后，释放该压力生成图2示出的部件。重要的是，变硬的粘合剂324在电元件310和基板312之间提供了连续密封并维持基板312和电元件310之间的压力，以使释放最初施加的压力后，硬微粒318部分地保持嵌在接触接合区314中。
图4示出根据本发明的第二工艺实施例的在装配和安排之前的电元件410和基板412的截面图。在与基板412装配之前，其上具有分开的不连续的接合焊盘420的电元件410被预先涂上粘合材料424。和先前图3所示的工艺实施例一样，诸如液体粘合剂或粘合带的粘合材料424被涂覆于电元件410。
在本实施例中，硬微粒418被粘附到基板412的接合面416上的相应接触接合区414。粘合材料424均匀地遍及电元件410的表面422、覆盖接合焊盘420、并覆盖表面422的剩余部分。可选地，可穿过硬微粒418将粘合材料424涂覆于该基板412的接合面416。接着，电元件410被放置以使接合焊盘420朝向基板412并和具有粘附的硬微粒418的接触接合区414对准。
接着，接合焊盘420被移入与接触接合区414紧密接触，并且施加压力，如图4中示出的箭头所示。在该压力的作用下，硬微粒418刺入电元件410的接合焊盘420。如上面所述的那样使粘合材料424变硬，然后，释放该压力生成图2示出的部件。与先前的实施例一样，变硬的粘合剂424在元件410和基板412之间提供了连续密封。变硬的粘合剂424维持基板412和电元件310之间的压力，以便释放最初施加的压力后，硬微粒418部分地保持嵌在接合焊盘420中。
图5示出根据本发明的第三工艺实施例的在装配和安排之前的电元件510和基板512的截面图。在与元件510装配之前，其上具有分开的不连续的接触接合区514的基板512被预先涂上粘合材料524。与图3所述的第一工序实施例一样，诸如液体粘合剂、固体薄膜粘合剂、或粘合带的粘合材料524被涂覆于基板512。粘合材料524均匀地遍及基板512的接合面516并覆盖接触接合区514。
在本实施例中，硬微粒518被粘附到粘合材料524的表面526上，并关于基板512的接合面516上的相应接触接合区514直接并有选择地放置。例如，通过有选择地分散微粒浆、或通过将模板涂覆于表面526并将微粒浆涂覆于该模板将硬微粒518有选择地放置在表面526上。一旦硬微粒518被涂覆于表面526，电元件510被放置以使接合焊盘520朝向基板512并与接触接合区514对准。硬微粒518直接位于在接触接合区514和接合焊盘520之间的粘合材料524的表面上。
为了将电元件510装配到基板512上，接合焊盘520被移入与硬微粒518和接触接合区514紧密接触，并施加压力，如上所述。在该压力的作用下，硬微粒518刺入粘合材料524和基板512的接触接合区514，同时刺入电元件510的接合焊盘520。如前所述，使粘合材料524变硬，接着释放压力，生成如图2所示的部件。
图6示出根据本发明的第四工艺实施例的在装配和安排之前的电元件610和基板612的截面图。在与基板612装配之前，其上具有分开的不连续的接合焊盘620的电元件610被预先涂上粘合材料624。与图4所示的上述第二工艺实施例一样，诸如液体粘合剂、固体薄膜粘合剂、或粘合带的粘合材料624被涂覆于电元件610。粘合材料624均匀地遍及电元件610的表面622、覆盖接合焊盘620、并覆盖电元件610的剩余部分。
在本实施例中，硬微粒618被粘附到粘合材料624的表面626上，并关于元件610的表面622上的相应接合焊盘620直接并有选择地放置。接着，电元件610被放置以使接合焊盘620朝向基板612并与接触接合区614对准。具有覆盖的粘合材料624和硬微粒618的接合焊盘620被移入与接触接合区614紧密接触，并施加压力，如图6示出的箭头所示。在该压力的作用下，硬微粒618刺入粘合材料624和电元件610的接合焊盘620，同时刺入基板612的接触接合区614。与前述的一样，使粘合材料624变硬，接着释放压力，生成如图2所示的部件。
图7A和7B示出根据本发明的第五工艺实施例的执行装配方法的基板712和电元件710的截面图。在本实施例中，在将电元件710装配至基板712之前，粘合材料724以自立膜的形式存在。粘合材料724可以是固体材料或粘合带。
硬微粒718可被直接地和有选择地粘附到粘合材料724，以便当粘合材料724被放置在电元件710和基板712之间时，硬微粒718关于相应的接合焊盘720放置。例如，可通过形成第一层粘合剂，接着通过如上所述的喷射浆或模版印刷粘附硬微粒718，将硬微粒718放置在粘合材料724中。在粘附硬微粒718后，第二层粘合剂被形成以覆盖该微粒和第一层粘合剂。在图7A和7B中示出的多层硬微粒718悬浮在粘合材料724中。然而，粘附在粘合材料724中并相应于每一接合焊盘720放置的单层硬微粒718是足够的。
接着，电元件710、基板712、以及粘合材料724被放置以使接合焊盘720朝向基板712，并由此使悬浮在粘合材料724中的硬微粒718也和基板712的接触接合区714对准。带有悬浮的硬微粒718的粘合材料724被放置在电元件710和基板712之间。接着，接合焊盘720被移入与粘合材料724及接触接合区714紧密接触，并对其施加压力，如前所述。在该压力作用下，硬微粒718穿过粘合材料724同时刺入电元件710的接合焊盘720和基板712的接触接合区714。与前述的一样，使粘合材料724变硬，接着释放压力，生成图7B所示的部件。
图8A和8B示出根据本发明的第六工艺实施例的执行贴片方法的基板812和电元件810的截面图。与图7A和7B所示的第五工艺实施例相同，在装配之前，粘合材料作为独立膜而存在。如前所述，粘合材料824可以是固体材料或粘合带。硬微粒818可以悬浮在粘合材料824中并以小于粘合材料824中的硬微粒818的渗透极限的填充浓度在整个粘合材料中随机分布。首先通过例如形成第一粘合层，以在粘合材料824中形成一个充分均匀的硬微粒818层。接着，通过例如将微粒膏喷射到第一粘合层上，以使硬微粒818层在第一层上散布。接着，第二粘合层可被形成以覆盖硬微粒818和第一粘合层。通过将硬微粒818维持在低于渗透极限的填充浓度，可使硬微粒818既使在压缩后也不会彼此接触。
粘合材料824被放置在电元件810的表面和基板812的接合面816之间。接着，电元件810和粘合材料824被放置以使接合焊盘820朝向基板并与接触接合区814对准。与在先前的实施例一样，具有悬浮的硬微粒818的粘合材料824被放置在电元件810和基板812之间。接着，接合焊盘820被移入与粘合材料824和接触接合区814紧密接触，并对其施加压力，如前所述。在该压力作用下，硬微粒818穿透粘合材料824同时刺入电元件810的接合焊盘820和接触接合区814。与前述一样，使粘合材料824变硬，接着释放压力，生成图8B所示的装置。重要的是，由于硬微粒824彼此不接触，它们不会在侧面从在一个接合焊盘820和相应接触接合区814之间的一个电连接向邻近的电连接导电。
在本发明的一个实施例中，采用前述的电元件装配技术将芯片连接到芯片载体上，将芯片模块连接到天线上，和/或将芯片连接到诸如智能卡和智能条的RFID装置的结构中的天线上。通常，RFID装置的结构的步骤包括(1)将金属和硬微粒共沉积在第一导电接触面上；(2)将绝缘粘合材料涂覆到第一接触面上、第二导电接触面上、或第一和第二接触面之间；(3)使第一接触面与第二接触面、绝缘粘合材料以及在第一和第二接触面之间的微粒接触；(4)施加压力以使第一和第二接触面结合；以及(5)使绝缘粘合材料固化。
与上述的装配选项中一样，硬微粒可被涂覆到芯片、芯片载体、或天线的接触面上。因为用此处所述的工艺进行接触面的微粒增强(particle-enhancement)是稳定的，当单独制造时或在传送给RFID的装配器(assember)之前，其可被涂覆在芯片、芯片载体、或天线的接触面上(例如，接合焊盘(bond pad)、接触接合区(contactland)、以及天线触点)。通常，天线和芯片是由公司而不是由RFID的装配器制造，或至少在和完成最终装配不同的位置处。从而，微粒增强的最初这两个步骤可能在与本发明的其余步骤不同的时间和地点处进行。此外，如果粘合材料是稳定的，例如，粘合材料没有被活化就不会固化，或其可能是胶粘带，当制造电元件时其可被用，且被设置有将在产品装配时去除的释放涂层。无论如何，在芯片和/或天线制造工艺过程中通过整合接触面的金属微粒涂层，可获得显著的成本优势。
当然，本发明的一个特别显著的优点是在芯片被从半导体晶圆上切割出来之前，表面处理，即导电硬微粒的应用，能被应用于芯片接触焊盘。由于晶圆级工艺的极高效率，这具有巨大的成本含义。因为每个晶圆的芯片数目可以非常高，制造具有微粒增强粘合带的芯片的每单位成本可以非常低。
图9A-9F示意性地示出根据本发明安排的双界面智能卡930装配的截面图。图9G描绘了芯片模块915至天线928连接的放大图。和现有技术类似，如图9A所示，芯片900通常由具有多个接合焊盘904的硅管芯902组成。然而，在该例中，通过金属层916及导电硬微粒914的沉积，芯片900的接合焊盘904被微粒增强。金属层916优选是镍，导电硬微粒914优选是覆盖了镍的金刚石微粒。芯片900含有必要的程序设计和适于控制智能卡930的数据。
用于容纳芯片900的芯片载体905如图9B所示。芯片载体905包括有接触区912a和912b以及导电轨道(未示出)的分布层，该导电轨道通常由铜制成，例如铜柔性电路；基板906，通常由环氧树脂玻璃制成；以及在接触接合区912a和912b的基板906的相对侧上的接触板908，例如由镀有镍和金的铜制成。基板906形成有通路910，或从基板906的一侧到另一侧的通道。这些通路910与延伸通过通路910的导电壁913成行排列，以与基板906的相对侧上的接触板908进行电连接。芯片载体905的接触接合区912b通过金属层916和导电硬颗粒914的沉积被颗粒增强。该金属层916优选是镍，且该导电硬颗粒914优选是涂有镍的金刚石颗粒。
接触接合区912b上的金属层916优选构成能容纳穿过天线空腔923的天线接触面928a和928b的淹没距离的厚度，如关于图9D的以下描述及图9G的最佳显示。例如，当导电硬微粒层914可具有约2毫米至约50毫米的厚度时，接触接合区912b上的金属层916可具有约25毫米至约100毫米的厚度。可做出其它改变以根据智能卡930设计的几何特征容纳芯片载体905和天线928之间的连接。例如，可调整金属层916的电镀厚度以容纳天线腔923的厚度。在可选实施例中，微粒增强可被应用于天线接触面928a和928b，而不是芯片载体905上的接触接合区912b。
如图9C所示，通过将绝缘粘合材料924a涂覆在接触接合区912a和暴露的基板906上准备用于与芯片900进行机械连接的芯片载体905。在图9D中，因为导电硬微粒914将穿过绝缘粘合材料924a层以触及接触接合区912a，所以不需要注意绝缘粘合剂924a的涂覆。在本发明中，优选的绝缘粘合材料924a是不需要热处理或其它处理就能迅速凝固的材料，例如，氰丙烯酸酯。可选地，绝缘粘合剂924a可以是紫外光(UV)可固化聚合物成分。另外，可以使用其它类型的绝缘粘合剂924a，诸如永久可硬化粘合剂(例如热熔性粘合剂、和聚合粘合剂)。作为另一选择，粘合材料924a可以是压敏粘合剂。
适于在本发明中使用的绝缘粘合剂924a包括，例如，诸如SuperGlueTM或Loctite TAKPAK 444等的氰基丙烯酸酯材料。氰基丙烯酸酯是一种便宜的便于配制的液体。它是粘性强的并可迅速固化。适合的热熔性粘合剂包括，例如，可从明尼苏达州圣保罗3M公司得到的3M 3792-LM-Q。适合的压敏粘合剂包括Scotch牌467高性能粘合剂以及Scotch牌F9465PC粘合剂传送带。优选地，所采用的粘合材料应减小某些能够对元件或互连造成不利影响的杂质的程度。具体地，已经知道钠离子和氯离子在潮湿的条件下可导致半导体芯片发生故障并促进电互连的腐蚀。业界承认特定的纯度等级，例如，实际上没有离子污染的粘合材料的“电子等级(electronics grade)”。在芯片应用中，因为粘合剂进入和芯片紧密接触，应当使用电子等级粘合剂。可采用的其它粘合剂包括用作芯片粘合剂的已知电子等级聚合材料。其它粘合剂可包括诸如经常用于封装芯片的环氧成型化合物，并进行底部充满，即，填充聚合体，在直接焊接到基板的芯片之下使用以减轻由于芯片和基板的热膨胀率不同而产生的应力。
芯片900被电连接至芯片载体905以形成芯片模块915，如图9D所示，通过倒装芯片900，将微粒增强的接合焊盘904与芯片载体905上的接触接合区912a对准，并施加垂直于芯片900的压力以使硬微粒穿透绝缘粘合材料924a并进入芯片载体905的接触接合区912a。由于导电硬微粒914穿透接触接合区912a的表面上的任何氧化面或绝缘剩余物以触及下面的导电材料，所以不需要对接触接合区912a的表面进行处理。当绝缘粘合剂924a凝固或固化时，继续施加轻微的压力。在某些情况下，作为在固化绝缘粘合剂924a期间收缩的结果内在地施加压力。这是一个非常快速的机电结合过程，且仅消耗芯片900的面积的一小部分以完成结合。由于一旦绝缘粘合剂924a快速固化并硬化其就可以保护这些连接，所以不需要封装材料保护连接。此外，不需要诸如于现有技术引线接合法及焊块回焊技术联合的高温，因此，在选择可用于芯片载体905和卡体918的基板材料上有很大的灵活性。
如图9E所示的智能卡半成品925由具有用于容纳芯片模块915的空腔920的卡体918组成。空腔920还形成有用于支撑芯片模块915的边缘的隔板(shelf)922。卡体918还封装位于卡体918的表面之下的天线线圈928。天线928通常由几个同心环或线圈组成(在图12B的智能嵌体的平面图中作为元件1228描述地更清楚)，以提供足够的接收和传输容量。此类型天线128通常用于13.56MHz的Mifare系统。该线圈由4到5个“线圈”组成，层压后具有总共为约2欧姆至6欧姆的阻抗。通过银膏印刷和层压通常在基板上制备天线928和卡体918。例如，通过使用柱面网版印刷机的银膏网版印刷工艺，在通常是PVC或类似材料的内层板上制备天线928。尽管图中未示出，接着使用热-传压力将PVC及天线与图形设计内核板及覆盖板一起层压。另外的天线空腔923在隔板922下延伸，以提供对用于至芯片模块915的电连接的天线触点928a和928b的访问。
图9E还示出根据本发明的用于接受芯片模块915及与其的机电连接的智能卡体118的制备。在天线空腔923中分配与用于将芯片900连接至芯片载体905的绝缘粘合剂924a相同的绝缘粘合剂924c，以在天线触点928a和928b与芯片模块915上的微粒增强接触接合区912b之间提供机械连接。另外，在隔板922及空腔920中的其它地方涂覆与绝缘粘合材料924a和924c相同的绝缘粘合剂924b，以将芯片模块915机械地紧固到智能卡体918上。
接着将芯片模块915插入空腔920，其中该微粒增强接触接合区912b与天线空腔923对准并延伸进天线空腔923内部。该导电硬微粒914穿透绝缘粘合剂924c并刺进天线触点928a和928b。此外，由于导电硬微粒914穿透任何氧化面或天线触点928a和928b的表面上的绝缘剩余物以触及下面的导电材料，所以不需要对天线触点928a和928b进行表面处理。因此，经由将接触接合区912a和912b连接至接触板908的通路910中的分布轨道(distributiontrack)913将芯片900电连接至天线928和接触板908，该天线允许与外部装置进行RF通信，该接触板允许芯片900和通过接触板908的读卡器之间的物理电接口。在任一情况下，通过读卡器或外部RF装置提供用于芯片900的电能。通过加热、施加压力、或两者均用将芯片模块915机械地粘合至卡体918。在图9F中描述了根据本发明的全装配双界面智能卡930。
本发明的一个优点是绝缘粘合剂924a、924b、以及924c可被相当随意地涂覆，因为导电硬微粒914的涂层已经被涂覆至芯片900、芯片载体905、或天线触点928a和928b上的电触点。这可以在自动系统中完成，例如，机器人控制喷射器，其中，空心针分配粘合剂的受控容积。因为本发明中使用的粘合剂是绝缘的，其存在于现有技术系统的接触表面上，自然会干扰电连接的形成。然而，本发明具有穿透该障碍的能力，即穿过绝缘粘合材料形成导电连接的能力。
如上所述，本发明的合适的应用包括用于芯片至芯片载体的连接(即，接触、不接触、以及双界面智能卡)以及用于芯片模块至天线的连接(即，双界面和不接触智能卡)。图9A-图9G描述了这些应用。图10示出在智能卡1030制造中现有技术模块装置和本发明讲授的组合。在图10中，一种现有技术、引线接合、芯片模块1015，例如在现有技术图1C中描述的芯片模块15等，是在接触接合区1012处被微粒增强。金属1016和导电硬微粒1014在芯片模块1015的接触接合区1012上沉积。接着，绝缘粘合剂1024被涂覆到卡体1018的空腔1020和天线空腔1023中。然后，芯片模块1015被置于空腔1020中，通过使传导硬微粒1014穿透绝缘粘合剂1024并刺进天线触点1028a和1028b以获得芯片1015至天线1028的接触，如先前图9F所述。
另外，可在芯片至天线的连接的结构中采用本发明，例如，在智能嵌体的结构中采用本发明。图11A-图11D示出作为本发明的另一实施例的智能嵌体1130的部件。如同智能卡一样，如图11A所示，芯片900通常由具有多个接合焊盘1104的硅管芯1102组成。通过金属层1116和导电硬微粒1114的沉积，再次对芯片1100的接合焊盘1104进行微粒增强。金属层1116优选是镍，且导电硬微粒1114优选是涂覆有镍的金刚石微粒。芯片1100包括必要的程序设计和适于控制智能嵌体1130的数据。在智能嵌体应用中，芯片1100通常比智能卡芯片更薄、更灵活，因此也更易破碎。
图11B描述了由基板1118和作为天线1128的导电区组成的智能卡基板1125。基板材料1118可是纸基金箔或由例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PET)、和聚丙烯制成的塑胶箔(plastic foil)。通常，任何薄的、绝缘的、且柔软的材料均可被用作基板1118。导电区可由例如铜、铝、银、金、和碳制成，并可通过例如丝网印刷金属膏或蚀刻箔复合层，涂覆到基板上。天线触点1128a和1128b被设置在基板1118的顶部用于直接放置芯片1100。在基板1118的底部上的桥1128c通过基板1118中的孔在天线触点1128b和与天线触点1128a的导电区1128的末端相对的导电区1128之间提供了电连接。因此，用于天线1128的导电区形成在基板1118的两侧上。应当注意的是，根据本发明，微粒增强可以应用于芯片接合焊盘1104上或基板1118上的天线触点1128a和1128b上。
为了将芯片1100机械地连接至智能嵌体基体1125，绝缘粘合剂1124被涂覆到天线触点1128a和1128b上，并在天线触点1128a和1128b区域中曝露基板1118。例如，绝缘粘合剂1124可以是丙烯腈、环氧树脂、光敏环氧树脂、以及丙烯酸酯。接着，芯片1100被拾取并被反转以将其微粒增强的接合焊盘1104与天线触点1128a和1128b对准。接着，用垂直于基板1118表面的较小的力将芯片100置于天线触点1128a和1128b上，以完成装配。
导电硬微粒1114穿透绝缘粘合剂1124并刺入天线触点1128a和1128b。由于导电硬微粒1114穿透天线触点1128a和1128b表面的任何表面氧化物或其它绝缘剩余物以触及下面的导电材料，不需要对天线触点1128a和1128b进行表面处理。从而芯片1100电连接至天线1128，其允许与外部装置进行RF通信。与智能卡一样，通过来自外部RF读取装置的感应将电能供给智能嵌体1130。
图12A描述了智能嵌体基板1225上的线圈天线结构的导电区1228的第一实施例。导电区1228的线圈绕组数目取决于智能嵌体基板1218的面积及所使用的特定芯片的需求。例如，导电区可由铜、铝、银、金、以及碳制成，并通过例如丝网印刷金属膏或蚀刻箔复合层将其应用于该基板上。基板材料1218可以是纸基金箔或由例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PET)、以及聚丙烯制成的塑胶箔。天线触点1228a和1228b设置在基板1218的顶部上用于放置芯片，如参考图11A-11D所述。在基板1218的底部的桥1228c在天线触点1228b和相对于在天线触点1228a的导电区1228末端的导电区1228的末端之间提供了穿过基板1218中的孔的电连接。在该实施例中，从而，导电区1228形成在基板1218的两侧上。
图12B描述了设计为智能嵌体1230b中的多线圈天线的导电区1228的第二实施例。在该实施例中，不存在桥，且芯片1200位于导电区1228的线圈之上，以连接至连接线圈中的一个或多个末端的天线触点1228a和1228b，如以上参考图11A-11D所讨论的。同样，导电区1228仅位于基板1218的一侧上。
图12C描述了用于智能嵌体1230c的导电区1228的第三实施例。该导电区包括沿着智能嵌体1230c的基板1218的长边从芯片1200的每一侧延伸的第一矩形导电区1228a和第二矩形导电区1228b。通过其如图11A-11D所述的微粒增强接合焊盘，芯片1200与第一矩形区1228a和第二矩形区1228b进行电连接。例如，导电区1228a和1228b的设计是高频天线。
图12D描述了用于智能嵌体1230c的导电区1228的第四实施例。该导电区包括沿着智能嵌体1230c的基板1218的长边从芯片1200的每一侧延伸的第一三角形导电区1228a和第二三角形导电区1228b。根据设计需要，其它多边形状同样可用于导电区。通过其如图11A-11D所述的微粒增强接合焊盘，芯片1200与第一三角形区1228a和第二三角形区1228b进行电连接。例如，导电区1228a和1228b的这种设计为高频天线。此外，图12C和12D所示的实施例中的导电区1228a和1228b仅形成在基板1218的一侧上。
现在将描述根据本发明的一个实施例的用于在铜质柔性电路带的接触接合区上电镀金属层和硬微粒层的示范性电镀工艺。例如，图13中示出的工艺可用来将硬微粒电镀到基板的接触接合区上，从而形成“凸状的”电触点，例如图9F和图9G中的智能卡的天线触点932。
在该工艺的第一阶段，通过分发轴1352分发铜质柔性电路带1350，并用卷绕轴1354将其拉着通过一系列工艺阶段。在将电路带1350缠绕到分发轴1352上之前，执行光刻工艺以形成覆盖电路带1350的光刻胶的图案层(未示出)。光刻胶层中具有使与如上所述的在电路带1350上的接触接合区类似的接触接合区曝光的在其中的接触孔。在工艺进行中，电路带1350首先被从分发轴1352传送至清洗槽1356。清洗槽1356装有酸性清洗溶液和湿润剂。例如，蚁酸和硫酸的混合物可以用来除去覆盖电路带1350上接触接合区的表面的有机膜，该接触接合区被光刻胶层曝光过。在当前清洗槽1356的上方，电路带1350通过第一冲洗台1358。第一冲洗台1358将电路带1350暴露在水洗溶液中以冲去残留的清洗液和微粒物质。和下边示出的清洗台一样，第一清洗台1358也可在电路带1350的顶部或底部，或在顶部和底部整合压力冲洗系统。
清洗后，电路带1350被传送至蚀刻槽1360。蚀刻槽1360装有铜蚀刻溶液，用于除去覆盖接触接合区表面的铜和氧化铜及其它介电薄膜。优选地，蚀刻槽1360装有过硫酸钾溶液。蚀刻后，电路带1350穿过第二清洗台1362，在此处，通过将其暴露在水溶液中除去残留的蚀刻溶液和微粒物质。
在绝缘蚀刻步骤之后，电路带1350进入第一金属电镀槽1364。在第一金属电镀槽1364中，电路带1350上的接触接合区优选电镀一层厚度为约25微米至约100微米的镍。电镀镍层的特定厚度将根据使用电路带1350制造的电元件部件的特定类型而改变。优选地，第一金属电镀槽1364装有包括硼酸溶液中的氨基磺酸镍和溴化镍的低压镀镍溶液。在第一金属电镀槽1364中电镀镍后，电路带1350穿过第三清洗台1366，在此处，水冲洗溶液除去来自第一金属电镀槽1364的残留的化学物质和微粒物质。
接着，电路带1350被送入微粒电镀槽1368。在微粒电镀槽1368中，一层镀镍的金刚石微粒被镀到镀镍基板层上。正如随后将要详细描述的，在微粒电镀槽1368中，在接触电路带1350的接触接合区之前，镀镍金刚石微粒通过位于该槽中的网状阳极(mesh anode)。优选地，该网状阳极由涂有铂的钛金属制成。在电镀微粒层后，电路带1350通过第四清洗台1370，以除去来自微粒电镀槽1368的残留的化学物质和微粒物质。
在电镀微粒层后，电路带1350被送入第二金属电镀槽1372。在第二金属电镀槽1372中，第二镍层被电镀在微粒层上以形成将微粒密封到接触接合区的微粒固定层(anchorlayer)。该微粒固定层可被电镀到为特定硬微粒的基本上一半大小的厚度。例如，对于具有约20微米的大小的微粒，微粒固定层被电镀至约为10微米的厚度。在电镀镍外涂层后，电路带1350穿过第六冲洗台1374以除去来自第二金属电镀槽1372的残留化学物质和微粒物质。最后，通过干燥系统1376使电路带1350干燥，以在电路带1350被卷绕轴1354收集之前从电路带1350除去水和残留溶剂。
一旦电路带1350上的接触接合区已经被覆以金属并粘上硬微粒，可以执行该工艺的第二阶段，以去除光刻胶并在电路带1350上形成镍和金外涂层。尽管此处以两个阶段描述整个工艺，这些阶段可以合并为一条生产线，避免了对干燥系统1376和卷绕轴1354的需要。在单一生产线中，电路带可以直接从第六清洗平台1374继续到光刻胶去膜槽(striping tank)1380。此处描述的这两个阶段实施例被示出，仅用于指出该工艺可分为多个阶段，例如，以适应空间限制，或根据希望的处理结果以提供更大的灵活性。另外，在金属喷镀工艺中可能需要仅将硬微粒粘附至接触接合区，而不需要同时剥离光刻胶或提供另外的金属喷镀。
通过一系列工艺阶段通过从卷绕轴1354分发电路带1350，并最终被卷绕轴1378卷起电路带1350。通过卷绕轴1354将电路带1350首先发放进光刻胶去膜槽1380，该光刻胶去膜槽包括光刻胶溶解液，诸如单乙胺和乙二醇二丁醚碱性溶液。一旦光刻胶被除去，电路带1350穿过第七冲洗台1382并被传送入清洗槽1384。清洗槽1384含有与在清洗槽956中含有的用于从电路带1350除去有机剩余物的溶液相同的溶液。
在第八冲洗台1386中冲去化学剩余物后，电路带进入蚀刻槽1388。蚀刻槽1388装有前述的铜蚀刻溶液。在蚀刻槽1388中除去天然氧化物后，电路带1350在传送进镀镍槽1392之前经过第十冲洗台1390。优选的是，镀镍槽1392装有与上述镀镍槽1364和1372中的溶液相同的镀镍溶液。在镀镍槽1392中，形成其厚度足以起到用于下边的金属喷镀中的扩散障碍层(diffusion barrier)作用的镍层。在电路带1350上镀上具有厚度优选为约2微米至25微米的，更优选为约5微米至约15微米的镍层。
在第十一冲洗台1394中冲去来自镀镍槽992的残留化学物质和微粒后，电路带1350被传送给镀金槽1396。镀金槽1396装有诸如Technic Orosene 80的包括钾或催化剂的镀金溶液。在镀金槽1396中，金层沉积在电路带1350上，该电路带优选具有约10微英寸至约40微英寸的厚度，其厚度更优选为约30微英寸。
在第十二清洗台1398中冲去来自镀金槽1396的化学物质和微粒物质后，电路带1350在被卷绕轴1378收集之前在空气干燥器1348中进行干燥。优选地，运行空气干燥系统1348和1376以在电路带被卷绕轴1354和1378收集和储存之前从电路带1350除去水和残留溶剂。
尽管前面的描述阐明了关于在铜柔性电路上镀镍的方法，但是，本领域技术人员应当理解，使用上述工艺可以制成其它的金属化接触结构。例如，可在刚性基板和柔性电路带上镀上多种金属、金属间化合物、以及合金，例如铜和锡-铅焊料。另外，刚性和柔性基板可以是诸如环氧树脂、环氧树脂玻璃、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、以及双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine)(BT)的材料。
柔性基板不必是柔性电路。该工艺还可用来对硬微粒进行金属喷镀并将其粘附至小的诸如陶瓷电路板、模块、内插板、和其它微型电路板的刚性元件。通常，以批量操作进行在这样的刚性元件上的金属化和硬微粒沉积。然而，这些小的刚性元件优选用金属粘合剂临时粘贴或粘附到柔性带。将柔性带用作载体，刚性元件可经过此处披露的金属喷镀和硬微粒沉积工艺。为了将小的刚性元件电连接至用于电镀的阴极电路，以金属粘合剂为佳。此外，硬微粒还可以是本说明书中其它地方描述的任何材料。本领域技术人员还将理解，各种电镀溶液、蚀刻溶液、以及冲洗溶液的化学成分随着用以形成金属化触点(metallized contact)的微粒金属而改变。
图14A示出的是根据本发明的一个实施例设置的微粒电镀槽1368的示意图。微粒电镀槽1368包括电镀槽1402和储液器1404。电镀槽1402装有电镀溶液1408，当电路带1350被滑轮1406引导时，其被拖过该电镀溶液。在其浸没在电镀槽1402中之前，电路带1350被充以负电到约1伏至约2伏的电压，以便电路带1350起到阴极的作用，从而促进金属电镀过程。在优选实施例中，电路带1350的每一边都是导电的，且处于与待电镀的电路带1350的表面部分的电连接中。
滑轮1406优选包括在电路带1350的每侧上的成对导轴或轨道，用于支撑电路带1350的每一边。紧带轮1407压在相对于第一组滑轮1406的电路带1350的边上。紧带轮1407是导电的，并处于与电路带1350的导电边的电连接中，从而将该电压提供给电路带1350。优选地，支撑紧带轮1407的轴1436是导电的并经由金属刷连接1438将紧带轮1407连接至电压源，图14B中给出最佳示出。通过摩擦啮合将每对成对滑轮1406和紧带轮1407优选安装在各自的共用轴上，从而允许每一导轮对彼此靠近或远离以适应电路带1350的宽度改变。
覆有铂的钛金属的网状阳极1410被放置在电路带1350上方的一部分电镀槽1402中，被充以正电至约1伏至约2伏的电压。阳极1410的主面(major plane)优选与电路带1350的主面平行，以促进均匀的金属电镀和硬微粒沉积。当电镀硬微粒时，为了使由于重力落入电镀溶液中的硬微粒的沉积最大化，电路带1350优选是水平的。通常，硬微粒流理论上与电路带1350的表面(或需要电镀的任何其它基板)垂直。但在实践中，电路带1350与硬微粒流的角度可达到45度，仍能获得足够的微粒沉积。网状阳极1410是优选的，允许硬微粒流经阳极并沉积在电路带1350上。虽然仍可能，但是实心阳极使硬微粒沉积在电路带1350上更加困难。
在电镀镍微粒过程中，金刚石微粒穿过网状阳极1410中的开口(未示出)并沉积到电路带1350上。如前所述，电镀溶液1408优选是水硼酸溶液中的镍氨基磺酸盐和镍溴化物的混合物。优选地，电镀溶液1408的镍氨基磺酸盐浓度从每公升约300克到每公升约500克，以及镍溴化物浓度从每公升约10克到每公升约20克。增加硼酸的量以获得为约3至约4.5的PH值。电镀溶液1408还包括湿润剂和防沫剂，并优选维持在约50□至约60□的温度。
形成在电路带1350上的镍微粒层的厚度将取决于多个工艺参数。例如，沉积率将随着用于给定的镀液成分的电流密度而改变。另外，电路带的传输速度和在室中的停留时间也影响金属厚度。电路带1350的传输速度优选在0.13毫米/秒和1.13毫米/秒之间。该范围基于微粒电镀槽1368中的在100安/平方英尺(A/ft2)和200安/平方英尺(A/ft2)之间的电流密度。在硬微粒沉积之前提供想要的在25微米和100微米之间的镍层厚度的优选传输速度是在约100安/平方英尺的电流密度下约为0.3毫米/秒。根据本发明且在一个优选实施例中，当其它工艺参数调整时，微粒电镀槽1368中的微粒密度也随之调整，以便将微粒的优选为10％至100％的单层，更优选为50％的单层电镀到电路带1350上。
通过从储液器1404再循环来维持电镀溶液1408中的微粒浓度。储液器1404接收来自电镀槽1402通过再循环管道1412的返回液体。在储液器1404中，微粒的浓度由微粒进料系统1414维持。微粒进料系统1414将微粒通过管道1418注入补充液1416。通过位于管道1418上的限制阀1420来控制加入补充液1416的微粒量。
通过机械搅拌系统1422不断地搅拌补充液1416以确保补充液1416中微粒的均匀分布。通过液面开关1424在储液器1404中持续地监控溶液的容积。另外，浓度传感器1426持续地监控镍氨基磺酸盐和溴化镍的浓度。
为了在电镀槽1402中维持控制镍微粒沉积率，补充液1416穿过再循环管道1428持续地再循环至电镀槽1402。电镀槽1402中的水位开关1430持续地监控电镀溶液1408的容积。当电镀液1408在电镀槽1402中耗尽时，泵1432被水位开关1430激活以通过喷管1434将补充的电镀液1416供入电镀槽1402。
重点指出的是，图14A中示出的微粒电镀槽1368的组件装置仅仅是一个可能的组件装置的例子。本领域技术人员应当理解，有很多装置可能用于维持微粒电镀槽1368内相对恒定的电镀条件。例如，电镀槽1402和储液器1404可以是一个单独的单元，其中通过微粒补充、浓度调节、以及搅拌子系统的结合来维持电镀条件。
用于将微粒粘附至接触面的另一优选方法是无电镀工艺，即产生用于改良的电连接的共沉积金属微粒表面。通常，通过本方法生成的合成表面包括共沉积金属微粒层、用于先前的共沉积物中的相同金属的外涂层、以及浸金(immersion gold)薄层。图15A至图15D示意性地示出该有创造性的(inventive)工艺的发展系列。图15A示出初始的、单一的、分离的接触面1500，例如铜或铝基板的接触面。图15B示出通过第一无电镀金属微粒溶液电镀的接触面1500上的合成的金属微粒共沉积物。通过无电镀地沉积在接触面1500上的第一金属层1502，微粒1504被部分地截留并保持在接触面1500上。图15C描述了第二无电镀金属步骤的结果。在先前的共沉积第一金属层1502及接触面1500上的微粒1504上沉积第二金属层1506。通常，为了用第二金属层1506覆盖微粒1504，首先必须将微粒1504活化以接受第二无电镀金属沉积物。图15D示出了通过浸金在第二金属层1506的顶部上的一薄层金涂层1508。图15D表示经过本发明的金属微粒共沉积法处理后的接触面的平面图的典型截面。
和现有技术的合成无电镀工艺相比，本发明的共沉积工艺的目的是形成单一导电性的、类砂纸表面的图案并提供增强的电接触和热传输。本发明的无电镀金属微粒共沉积物起着更类似胶水的作用，将硬微粒粘附到接触面，而不是用作传统的合成沉积物中的微粒物质的致密的掺杂物的主要成分。通过其在溶液中的位置这一偶然事件，微粒实际上在金属沉积物中被截留。该工艺能够生成任何厚度的共沉积金属微粒表面，但是优选将具有单微粒层的平均微粒大小的数量级的表面用于最优化的电连接、机械连接、和热连接。
本发明中设想的硬微粒可以选自金刚石(多晶型或单晶型)、陶瓷、金属、氧化物、硅化物、碳酸盐、硼化物、硅酸盐、氮化物、以及各种其它的化合物(只要微粒比可应用的基板接触面硬，以便其优选能够刺入基板接触面)。能够用于该工艺的微粒包括较宽范围的微粒大小和浓度。优选的是，微粒大小从0.5微米至50微米，且浓度范围在1.5g/cm3和8g/cm3之间。
当这两个平面结合时，由本发明制备的接触面可以穿透接触面自身和任何相对面上的任何电障碍。不需要另外的步骤就可提供优良的导电性能，例如，其它方法中的对用金属处理过的凸块进行焊接或回流。在本发明的一个应用中，例如，将芯片粘附到基板上，使用普通的绝缘粘合剂以在芯片和基板之间提供较强的粘合，来完成装配至使用具有在其接触面上的共沉积微粒的芯片的基板，消除了导电粘合剂底部填充的必要性。
图16所示的示意图示出本发明的优选实施例的原理。在概念上，详尽的无电镀共沉积程序1600包括基板垫的表面准备、改进无电镀镍微粒共沉积、第二无电镀镀镍、以及浸金处理。当镍是用于金属微粒共沉积工艺的优选金属时，其它金属(诸如钴、铜、铁、金、银、锌、钯、铂、铑、以及钌等)可与适合的无电镀催化工艺一起使用。
众所周知，良好的电镀开始于接触面的适当的表面制备。一种适当的制备是借助其将表面杂质去除，留下清洁的、没有氧化物的表面的制备。根据接触面及杂质的类型，需要不同的预处理。通常，在电镀前必须去除的表面杂质包括下面的一种或多种有机杂质(例如，油和润滑剂)，磨光剂、氧化薄膜、污垢、以及助熔剂。
在铝接触面将被增强1610的实施例中，首先用碱性清洗液对接触面进行表面清洗1612，随后通过脱离子水洗涤1614。碱性浸洗材料可含有诸如氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐、和/或表面活化剂的碱性钠化合物的混合物。根据表面杂质的自然属性可调整清洗剂的选择。碱性清洗剂还包括有机螯化剂和/或氰化钠以同时完成表面清洗和脱氧。然而，使用酸脱氧剂的单独的脱氧工艺1616也可在该实施例中使用。应当相信，使用合成硝酸(优选50％容积)和氟化氢铵溶液的酸渍有助于并有利于用于无电镀的接触面的启动和活化。实践中，在该实施例中需要这样的条件作用以从基板表面除去合金成分，并制备其以用于均匀的锌化处理。通过在强硝酸型溶液中浸没以执行该步骤。与硝酸的反应在铝接触面上产生了薄而轻的、均匀的氧化薄膜，以保护其不受酸的进一步腐蚀。随后的锌化处理轻易地除去了该膜。对于含有较高百分比硅的晶圆，可将氢氟酸或氟化物加入硝酸以溶解硅。
通过在将不启动无电镀的接触面上生成无源点(passive spot)，清洁剂和去氧剂的剩余物可增加无电镀镍的孔隙度。这反过来造成硬微粒的沉积问题。因此，在本实施例中，去离子水清洗1618是去氧后的优选步骤，且在本实施例的整个工艺中都需要良好的清洗。清洗后，接触面通常需要在合适的温度下进行干燥，即，将根据容纳接触面的基板类型来选择干燥温度，以便该温度不会对基板有害。
去氧后，锌化处理(zincating)1620，一种在其中中间的锌分子层代替接触面上的铝面的工艺，是保护去氧活化的铝面在所有传输过程中不再被氧化，并使其不与无电镀镍溶液进行可能的直接反应的通用步骤。锌层还对无电镀镍沉积进行催化。在本实施例中将例如Fidelity 3116(Fidelity Chemical，Newark，NJ)专卖锌酸盐溶液用于锌化。作为备选实施例，在本发明中还考虑了双锌化步骤。在这种步骤中，通过在50％的硝酸中浸泡以除去初始的锌层，且通过在锌酸盐溶液中进行短时间的浸泡沉积第二锌层。本处理过程的好处源于使用不太关键的第一锌化步骤以使接触面去氧并除去合金掺杂物，而第二锌化处理过程可适用于在有均匀条件的接触面上生成薄的而致密的锌沉积物。然而，这样的双锌化过程通常需要较厚的铝接触面，通常大于1000毫微米。
在另一实施例中，可使用具有铜接触面1630的基板。用于铜接触面的无电镀微粒增强的表面处理不同于用于铝接触面的无电镀微粒增强的表面处理。首先通过使用酸溶液1632来清洗铜接触面。ATO Tech AFR2(柏林，德国)系统可用于表面清洗，随后使用去离子水1634进行彻底的清洗。铜是一种将不会催化地初始化(initiate)次磷酸盐无电镀镍溶液的金属，其代表可在所述实施例的无电镀镍溶液中使用的另一种Fidelity适合系统(Fidelity 9002)的化学物质。为了提供铜催化作用，商业上可得到的方法之一是作为通过浸入稀释的氯化钯溶液的催化剂来活化每一接触面236。在该实施例中，可使用Fidelity 9025的适合溶液，但是也可应用任何适用的化学系统而不会在该工艺的其它步骤中产生显著影响。催化的铜被再次去离子水1638中清洗。
无电镀镍微粒共沉积物是本发明的焦点。通过无电镀镍微粒共沉积物1650将微米大小的硬微粒电镀到接触面上。在一个实施例中以想要的微粒浓度将微粒导入一种无电镀镍溶液，Fidelity 9002专卖液。该浓度有些依赖于在沉积面上预期的微粒总体浓度，但是通常在1g/L的等级。优选地，无电镀共沉积法在基板的表面上电镀一单层稀疏、但均匀分散的、狭带状的硬微粒(即微粒大小或直径之间的分布或变化很小)。为了最佳的面连接，在共沉积后理想地应使未被微粒覆盖的接触面区域上的合成金属层变平而没有表面凹度。该优选的单层和相当均匀分布的微粒沉积物图案提供了最短的电通路(经过涂覆在硬微粒上的镍和金)和最好的热传导介质(因为硬微粒优良的热传导率，如金刚石微粒)。
理想情况下，共沉积在接触面上的微粒的制备应在第二无电镀镍步骤之前进行。在接着共沉积工艺步骤的去离子水清洗1652后，在第二镀镍处理过程中，对微粒表面进行活化1654(例如，通过催化剂的使用)优选得到在微粒上的一致且完全的镍涂层。在该步骤较差的活化作用能导致缺乏将镍粘附至沉积的金刚石微粒的能力且产生具有不良导电性能的多孔镍沉积物。可用于微粒活化的一种溶液是Fidelity 9025溶液，如上所述，还用来催化铜接触面。活化后，在去离子水1656中清洗电镀过的接触面。
第二无电镀镍步骤1658的目的是将薄的镍层浇铸在共沉积的镍微粒表面。第二镀镍溶液(在一个实施例中是Fidelity 9002专卖溶液)不被任何类型的微粒填充。镍浇铸提供了在沉积的绝缘微粒上的导电金属涂层。通过随后的浸金工艺良好的镍覆层提供了良好的金层，从而为接合面提供了较好的整体导电性。在本步骤中使用的化学系统和在第一无电镀镍溶液中使用的化学系统除微粒之外都是一样的。在第二镀镍处理后，再次将具有镍微粒板的基板在去离子水中清洗1660。
浸金通常是最后的步骤1662。该工艺在其原理和其结果两个方面与自动催化镀镍不同。浸金工艺实际上是将第二镍板表面上的镍分子替换为金分子，形成薄金层。可以使用Oromerse MN(Technic，Inc.，Cranston，RI)专卖溶液。虽然(while)第二镀镍过程提供了导电通路和坚固的机械结合力以将微粒紧固到基板上，完成的致密浸金层确保持久的免受表面降解的保护，并确保经过较长时间后还有优良的导电性能。
使用无电镀微粒共沉积工艺将硬微粒粘附至芯片接合焊盘(chip bond pad)的主要益处是微粒附着可以在晶圆级(wafer level)进行。这意味着在切割晶圆前，在晶圆上的所有数百个芯片的所有接合焊盘可用硬微粒“凸块化(bumped)”。因为该工艺是无电镀的，所以不需要在任何芯片或相应的接合焊盘之间进行电隔离。沉积仅发生在单独的接合焊盘上。该工艺同样非常有效，因为仅电镀上薄金属层；通过在金属中截留的微粒产生“凸块(bump)”。这与花费很多时间通过标准的无电镀金属沉积工艺形成金属凸块形成了对比。
试验观察1.概要已经在科罗拉多泉城(Colorado Springs)NanoPierce技术公司(NanoPierce Technologies)、科罗拉多(Colorado)和NanoPierce卡技术公司(Colorado and NanoPierce Card Technologies)、以及德国慕尼黑的GmbH(GmbH in Munich，Germany)进行了大量的验证用于元件装配的本方法的可行性试验。这些覆盖了整个工艺的有效性的试验可被归入三类，即a)在晶圆、基板、或天线结构上的微粒放置；b)使用各种绝缘粘合剂的接合测试；以及c)使用本发明所披露的方法用于接合元件的特性和可靠性测试。
2.在有效性测试中使用的材料和工艺的描述2.1芯片为了用于智能嵌体应用的芯片焊接工艺的开发，已经开发出专用的测试芯片。该芯片具有和用于称作“I-Code”(已由飞利浦开发出)的智能嵌体应用的最通用芯片相同的尺寸和相同的接合焊盘位置。该测试芯片被配置仅用于测试目的，且其包含两个用于接点电阻测量的4-point-Kelvin结构和一个用于进一步鉴定的另外的菊花链(daisy-chain)结构。
2.2基板被选择用于芯片装配测试的测试基板与那些在智能卡和智能嵌体应用中通用的基板类似。刚性板和柔性电路基板都被选择。测试基板包括具有铜轨道的刚性板、具有镀镍/金的铜轨道的刚性板、具有铜结构的柔性电路、以及具有铝结构的柔性电路。
2.3粘合剂为了实现最好的可靠性，执行在不同基板上应用多种粘合剂的筛析试验。为了找寻具有最高粘合可靠性和最好的电性能的粘合剂，确定了以下用于选择粘合剂的专用标准。该标准包括●在低温下快速固化；●低吸湿性；●在固化中相对高的收缩性；●与芯片和基板一致的热膨胀系数；以及●硬化后足够硬以防止在芯片和基板之间的移动；在筛析试验试验中考虑的粘合剂包括氰基丙烯酸酯粘合剂、环氧树脂型粘合剂、紫外光固化丙烯酸脂型粘合剂、以及光敏环氧树脂型粘合剂。
3.微粒放置工艺在本发明中已经指出了两种微粒放置方法，即改良的电解电镀法和改良的无电镀法。为了在测试中使用的芯片，使用了2001年6月15日提交的美国专利申请第09/883,012号中披露的两步无电镀工艺，名称为“用于微粒增强电接触面的制备的无电镀工艺(Electroless Process for the Preparation of Particle-Enhanced ElectricContact Surfaces)”。用于微粒放置的详细步骤如下。
在135°F使用碱性溶液清洗晶圆3分钟，随后将其在50％的硝酸中蚀刻。接着将晶圆在Fidelity 3116(Fidelity Chemical，Newark，NJ)溶液中锌化20秒钟。再次在50％的硝酸中蚀刻晶圆，接着将晶圆在Fidelity 3116溶液中第二次锌化(常常称为双重锌化)10秒钟。双重锌化后，晶圆被浸入Fidelity 9002(Newark，NJ)专卖镍溶液中3分钟。镀镍溶液包括0.5％固体浓度的6微米至12微米大小的金刚石微粒(GE Superabrasive，Worthington，OH)。将微粒镀到晶圆上后，通过Fidelity 9025(Newark，NJ)专卖钯溶液将晶圆活化。接着用Fidelity 9002(Newark，NJ)专卖镍溶液镀另一层镍，继之以浸金结束工艺。图17示出了典型的微粒增强晶圆接合焊盘。
4芯片接合工艺芯片被接合至不同的基板材料以确定用于可靠性测试的接合力。从凝胶包中人工取出芯片，并将其正面朝下放到用于管芯接合机(die bonder)的代表基板上。管芯焊接机从该代表基板上拾取具有编程能力和延迟时间的芯片。使用射束分裂光学仪器，将芯片手动分配给基板。通过针转移法(pin transfer)人工分布粘合剂。接着使用已定义的接合力和压力时间(pressure time)将芯片接合至目标基板。在测试中使用的芯片焊接机可将接合工具加热至300℃。为了最终固化粘合剂，将完全装配的测试板在150℃的烤箱中放上所要求的时间。
在管芯接合工艺的过程中，必须施加一定的力，以使微粒增强表面上的微粒能够穿进相对接触点的半导体。通过使用不同的力将芯片压到刚性测试基板上，当所有10个接合焊盘(bond pad)都与基板接触时，确定最小的接合力。借助增加出于安全考虑的额外的力，将用于刚性测试基板的最佳接合力设定为250克。通过计算每个接合焊盘的接合力，假定相关的接触力均匀遍及所有焊盘，较大焊盘有约50克的力而较小焊盘只有约20克的力。和各向异性胶接合技术(anisotropic adhesive bonding)以及接线柱凸缘焊接技术(stud bumping process)相比(在这两种技术中，相同大小的接合焊盘需要约100克的力用于较大的焊盘，需要约50克的力用于较小的焊盘)，这样的力是相对较小的。
在具有铝轨的柔性基板中，可将接合力降至100克而不会显著增加接触阻抗。在50克的接合力下，接触阻抗的增加是明显的。下面是在此作用下进行的进一步试验。
用于测试的粘合剂，使用以下接合参数
粘合剂固化后，在一半样品中执行剪切试验(sheaur test)以确定每一组合物的切变强度(shear strength)。在温度周期对另一半样品施加压力，接着进行剪切试验。该试验得出以下结果
5.测试在进行电测试前，所有的样品都经受光学检查(opticalinspection)。使用Agilent 34420A毫微伏特计来测量接触阻抗(contact resistance)。在测试样品中，分别使用三种环氧树脂粘合剂将微粒增强芯片接合至两个刚性基板。为了对比，使用各向异性导电粘合剂、各向同性导电粘合剂、或焊料粘合剂(solder bond)也将没有经过微粒增强处理的另外的管芯装配至镍化/金化后的刚性基板。在测量初始的接触阻抗后，通过温度周期变化对样品施加压力。每100个温度周期对样品再次测量。温度周期中主要参数如下图所示。
对接触阻抗的测量得出以下结果1)微粒增强的触点不能轻易地穿透氧化铜。
2)芯片和具有铜轨道的刚性板之间的接触阻抗低于镀镍/金板的接触阻抗。铜轨触点的平均阻抗约为10毫欧姆(mOhm)，镍化/金化过的板的平均阻抗约为20毫欧姆。
3)接触阻抗保持稳定超过400个温度周期，这说明了使用本发明中披露的方法制造的测试样品的良好的稳定性。测试仍然继续。
4)尽管在使用不同粘合剂制成的触点之间的接触阻抗有很小的差别，由具有微粒增强表面的绝缘粘合剂制成的触点和通过各向异性粘合剂及焊料连接接合的未处理表面处于相同的级别。
5)各向同性导电粘合剂，如对比样品中使用的各向同性导电粘合剂，不能在接合焊盘间距为200微米或更小的芯片中使用。
结论根据本发明提供的方法和产品具有很多优于现有技术的优点。首先，由于锐利的、尖角的硬微粒可以轻易地穿透导电接触面，所以在将芯片或芯片模块接合至基板或天线基板的过程中或其后，仅需要较小的接合力。和诸如导电粘合剂接合的传统芯片装配方法引起的较大应力相比，芯片或芯片模块中的低残留应力允许使用的较薄芯片或芯片模块，从而使诸如智能卡和智能嵌体装置等的移动RFID装置更小更有柔性。
第二，通过去除制造步骤和使用不太昂贵的材料，大大地减少了制造卡或标签的成本。因为在连接元件过程中(如在焊接或引线接合过程中)不使用高温，所以可以使用简单廉价的基板材料，例如，聚氯乙烯、聚乙烯对苯二甲酸酯(“PET/PETP”)、改良乙二醇PET(“PET-G”)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(“ABS”)、聚苯乙烯(“PS”)、聚丙烯(“PP”)、纤维素或纸和混合物、层压物、或这些材料的共模压化合物。这些材料也可被容易地印刷。不需要特别的处理或固化步骤。
第三，如果芯片接合焊盘是微粒增强型的，这就可能进行图案设置，以使芯片的放置不是十分重要。相反，当使用导电粘合剂时，因为芯片很小，芯片上的粘合剂印刷必须非常精确。在本发明中，较简单的且不太昂贵的装置可以被使用且以较高的速度被操作。另外，卡或标签的制造工艺被简化，因为可以相当随意地应用绝缘粘合剂，而不必考虑被接合的元件之间的电连接的持久性。对于小元件和间距的装配该优点更显著。当与各向同性导电粘合剂进行比较时，绝缘粘合剂的印刷或分布非常简单，因为没有因涂覆过多的粘合剂而造成短路的危险。这样还极大地提高了生产线的速度，并减少了必要的生产装置的成本。绝缘粘合剂也不太昂贵。另外，在保持稳定性的同时，智能卡和智能嵌体的电性能和热性能得到改善。
第四，如果在芯片载体基板或天线结构上形成微粒增强型触点，芯片不需要经过处理。通过绝缘粘合剂将芯片容易地接合到芯片载体基板或天线结构上。
第五，如果在芯片上形成微粒增强触点，可在一个处理工序中镀着晶圆中的数百个或数千个芯片。切割后，通过用绝缘粘合剂进行简单的接合，可容易地使用芯片。此外，如果无电镀工艺被用来制作芯片或晶圆上的微粒增强型表面，因为可选择无电镀工艺，在镀着过程中不需要使用掩模。
第六，因为微粒连接在芯片和天线之间提供了非常低的阻抗通路，且本发明的绝缘粘合剂迅速凝固，能够立即测试元件之间的电连接。这样，可迅速检测出制造缺陷，避免了由于当前制造工艺中固有的延迟检测而造成的过多的浪费和制造耗损。
第七，用于使用本发明形成电连接的工艺允许使用不同的、不太昂贵的天线和线圈材料。例如，现有工艺与多种形式的线圈技术不兼容，诸如铝线圈，其迅速氧化(即，在大约几分钟内)并形成妨碍电连接的硬氧化层。这些材料不能和现在使用的粘合剂的缓慢成形粘合物一起使用。相反，本发明的方法穿透氧化铝或其它绝缘板薄膜以形成电连接。可以使用其它材料形成能够和增强型触点(包括例如，铜、铝、金、和其它金属、导电墨水、导电膏、金属箔、以及石墨)连接的天线图案。
第八，如果通过例如在晶圆被切割之前增强晶圆上的所有芯片，来对芯片的接合焊盘进行微粒增强，芯片可被储存在库存中，并可与任何模块或天线一起使用，而不用考虑与芯片相对的接触面的组分。例如，在智能嵌体中，芯片可与任何天线片一起使用，而不用考虑天线是否由导电膏或导电墨水制成，或金属箔是否是铝、铜、或任何其它金属。
尽管以上在特定程度上或参考一个或多个单独的实施例描述了本发明的多个实施例，本领域技术人员可对已披露的实施例作出很多改变，而不脱离本发明的精神或范围。以上描述中包含的所有内容的意图仅是对特定实施例的说明，而非限定。可在细节或结构作出改变，而不脱离如所附的权利要求书所限定的基本要素。
权利要求书(按照条约第19条的修改)57.根据权利要求49所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括被金属层包围的绝缘微粒内核，其中所述绝缘微粒内核包括以下至少一种金刚石、石榴石、陶瓷、氧化物、硅化物、硅酸盐、碳化物、碳酸盐、硼化物、硼纤维、以及氮化物。
58.根据权利要求49或57所述的方法，其中通过电解金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
59.根据权利要求49或57所述的方法，其中通过无电镀金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
60.根据权利要求57所述的方法，其中所述金属层包括镍层，其中所述绝缘微粒内核包括金刚石。
61.根据权利要求57所述的方法，其中所述金属层包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
62.根据权利要求49所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括多个导电硬微粒。
63.根据权利要求49所述的方法，其中所述RFID装置包括智能卡。
64.根据权利要求49所述的方法，其中所述RFID装置包括智能嵌体。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述智能嵌体包括智能标签和智能纸中的至少一个的元件。
66.一种用于RFID装置中的电元件，所述电元件用于物理连接和电连接至RFID装置中的另外的电元件，所述另外的电元件具有形成与所述第一导电触点的电连接的第二导电触点，所述电元件包括元件基体，所述元件基体还包括用于与所述另外的电元件上的第二导电触点形成电连接的第一导电触点；以及粘附至所述第一导电触点的至少一个导电硬微粒，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述第二导电触点的硬度一样大的硬度。
67.根据权利要求66所述的电元件，其中所述电元件是从包括多个微粒增强电元件的阵列中分离出来的多个微粒增强电元件中的一个。
68.根据权利要求67所述的电元件，其中所述多个微粒增强电元件中的每个都是相同的。
69.根据权利要求67所述的电元件，其中所述阵列包括以下至少一种半导体晶圆、柔性电路带、包括多个芯片载体的薄片、包括多个芯片模块的薄片、以及包括基板上的多个天线的薄片。
70.根据权利要求66所述的电元件，其中所述电元件包括以下至少一种芯片、芯片载体、芯片模块、以及导电区。
71.根据权利要求70所述的电元件，其中所述芯片还包括以下至少一种分立电路装置、集成电路装置、存储器装置、微处理器装置、收发器装置、以及光电装置。
权利要求
1.一种用于将具有第一导电触点的RFID装置的第一电元件永久地物理和电力连接至具有第二导电触点的RFID装置的第二电元件的方法，其中在所述第一导电触点和所述第二导电触点之间形成电连接，所述方法包括将至少一个导电硬微粒粘附至所述第一和第二导电触点中的至少一个，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述第一和第二导电触点中的至少一个的硬度一样大的硬度；在所述第一和第二导电触点之间布置绝缘粘合剂；使所述第一和第二导电触点彼此对准；施加压力以使所述第一和第二导电触点结合在一起；以及使所述绝缘粘合剂固化，从而在所述第一和第二导电触点之间生成永久的电连接，以及将所述第一电元件永久地物理连接至所述第二电元件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加的压力足够大以使所述至少一个导电硬微粒穿透所述第一和第二导电触点中的至少一个的表面。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述布置绝缘粘合剂的步骤还包括在所述第一电元件和所述第二电元件之间布置所述绝缘粘合剂。
4.根据权利要求1或3所述的方法，还包括在所述固化步骤的至少一部分的过程中，施加压力给所述第一和第二电元件。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述至少一个导电硬微粒上沉积导电金属层。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述粘附所述至少一个导电硬微粒的步骤和所述沉积所述导电金属层的步骤同时发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是芯片，所述第二电元件是芯片载体，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述芯片上的接合焊盘。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是芯片，所述第二电元件是芯片载体，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述芯片载体上的接触接合区。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是模块，且所述第二电元件是导电区，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述模块上的接触接合区。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是模块，且所述第二电元件是导电区，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述导电区上的接触区。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是芯片，所述第二电元件是导电区，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述芯片上的接合焊盘。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电元件是芯片，且所述第二电元件是导电区，以及其中所述粘附步骤还包括将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述导电区上的接触区。
13.根据权利要求9、10、11、或12所述的方法，其中所述导电区包括导电通路。
14.根据权利要求9、10、11、或12所述的方法，其中所述导电区包括天线。
15.根据权利要求9、10、11、或12所述的方法，其中所述导电区包括导电材料，所述导电材料包括以下至少一种铜、铝、金、金属箔、导电墨水、导电膏、和石墨。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒是金属微粒，所述金属微粒包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括被金属层包围的绝缘微粒内核，其中所述绝缘微粒内核包括以下至少一种金刚石、石榴石、陶瓷、氧化物、硅化物、硅酸盐、碳化物、碳酸盐、硼化物、硼纤维、以及氮化物。
18.根据权利要求1或17所述的方法，其中所述粘附所述至少一个导电硬微粒的步骤包括电解金属微粒共沉积工艺。
19.根据权利要求1或17所述的方法，其中所述粘附所述至少一个导电硬微粒的步骤包括无电镀金属微粒共沉积工艺。
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述金属层包括镍层，其中所述绝缘微粒内核包括金刚石。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述金属层包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
22.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括多个导电硬微粒。
23.根据权利要求1所述的方法，其中所述RFID装置是智能卡。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述RFID装置是智能嵌体。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述智能嵌体被包含在智能标签和智能纸的至少一个中。
26.一种RFID装置，包括第一电元件，具有第一导电触点；第二电元件，具有第二导电触点；其中所述第一和第二导电触点彼此对准；粘附至所述第一和第二导电触点中的至少一个的至少一个导电硬微粒，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述第一和第二导电触点中的至少一个的硬度一样大的硬度；布置在所述第一和第二导电触点之间的绝缘粘合剂；其中一旦所述粘合剂固化，所述第一和第二导电触点就被所述绝缘粘合剂结合在一起；其中在所述第一和第二导电触点之间形成永久的电连接；以及其中在所述第一电元件和所述第二电元件之间形成永久的物理连接。
27.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述至少一个导电硬微粒穿透所述第一和第二导电触点中的至少一个的表面。
28.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述绝缘粘合剂还被布置在所述第一电元件和所述第二电元件之间。
29.根据权利要求26所述的RFID装置，还包括沉积在所述至少一个导电硬微粒上的导电金属层。
30.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是芯片，所述第二元件是芯片载体，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述芯片上的接合焊盘。
31.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是芯片，所述第二元件是芯片载体，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述芯片载体上的接触接合区。
32.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是模块，所述第二元件是导电区，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述模块上的接触接合区。
33.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是模块，所述第二元件是导电区，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述导电区上的接触区。
34.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是芯片，所述第二元件是导电区，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述芯片上的接合焊盘。
35.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述第一元件是芯片，所述第二元件是导电区，以及其中所述至少一个导电硬微粒被粘附至所述导电区上的接触区。
36.根据权利要求32、33、34、或35所述的RFID装置，其中所述导电区包括导电通路。
37.根据权利要求32、33、34、或35所述的RFID装置，其中所述导电区包括天线。
38.根据权利要求32、33、34、或35所述的RFID装置，其中所述导电区包括导电材料，所述导电材料包含以下至少一种铜、铝、金、金属箔、导电墨水、导电膏、和石墨。
39.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述至少一个导电硬微粒是金属微粒，所述金属微粒包含以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
40.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述至少一个导电硬微粒包括被金属层包围的绝缘微粒内核，其中所述绝缘微粒内核包括以下至少一种金刚石、石榴石、陶瓷、氧化物、硅化物、硅酸盐、碳化物、碳酸盐、硼化物、硼纤维、以及氮化物。
41.根据权利要求26或40所述的RFID装置，其中通过电解金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一和第二导电触点中的一个。
42.根据权利要求26或40所述的RFID装置，其中通过无电镀金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一和第二导电触点中的一个。
43.根据权利要求40所述的RFID装置，其中所述金属层包括镍层，其中所述绝缘微粒内核包括金刚石。
44.根据权利要求40所述的RFID装置，其中所述金属层包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
45.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述至少一个导电硬微粒包括多个导电硬微粒。
46.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述RFID装置包括智能卡。
47.根据权利要求26所述的RFID装置，其中所述RFID装置包括智能嵌体。
48.根据权利要求47所述的RFID装置，其中所述智能嵌体包括智能标签和智能纸中的至少一个的元件。
49.一种制造用于RFID装置的多个电元件的方法，所述多个电元件中的每个都具有第一导电触点，所述多个电元件中的每个用于物理连接和电力连接至RFID装置中的另外的电元件，所述另外的电元件具有形成与所述第一导电触点的电连接的第二导电触点，所述方法包括在阵列中提供所述多个电元件；将至少一个导电硬微粒粘附至所述多个电元件中的每个上的所述第一导电触点，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述第二导电触点的硬度一样大的硬度；以及将所述多个电元件的每个从所述阵列中分离出来。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述阵列包括以下至少一种半导体晶圆、柔性电路带、包括多个芯片载体的薄片、包括多个芯片模块的薄片、以及包括基板上的多个天线的薄片。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述多个电元件包括以下至少一种多个芯片、多个芯片载体、多个芯片模块、以及多个导电区。
52.根据权利要求51所述的方法，其中所述多个芯片还包括以下至少一种多个分立电路装置、多个集成电路装置、多个存储器装置、多个微处理器装置、多个收发器装置、以及多个光电装置。
53.根据权利要求51所述的方法，其中所述多个导电区包括多个导电通路。
54.根据权利要求51或53所述的方法，其中所述多个导电区包括多个天线。
55.根据权利要求51所述的方法，其中所述多个导电区包括导电材料，所述导电材料包含以下至少一种铜、铝、金、金属箔、导电墨水、导电膏、以及石墨。
56.根据权利要求49所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒是金属微粒，所述金属微粒包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
57.根据权利要求49所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括被金属层包围的绝缘微粒内核，其中所述绝缘微粒内核包括以下至少一种金刚石、石榴石、陶瓷、氧化物、硅化物、硅酸盐、碳化物、碳酸盐、硼化物、硼纤维、以及氮化物。
58.根据权利要求49或57所述的方法，其中通过电解金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
59.根据权利要求47或57所述的方法，其中通过无电镀金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
60.根据权利要求57所述的方法，其中所述金属层包括镍层，其中所述绝缘微粒内核包括金刚石。
61.根据权利要求57所述的方法，其中所述金属层包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
62.根据权利要求49所述的方法，其中所述至少一个导电硬微粒包括多个导电硬微粒。
63.根据权利要求49所述的方法，其中所述RFID装置包括智能卡。
64.根据权利要求49所述的方法，其中所述RFID装置包括智能嵌体。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述智能嵌体包括智能标签和智能纸中的至少一个的元件。
66.一种用于RFID装置中的电元件，所述电元件用于物理连接和电连接至RFID装置中的另外的电元件，所述另外的电元件具有形成与所述第一导电触点的电连接的第二导电触点，所述电元件包括元件基体，所述元件基体还包括用于与所述另外的电元件上的第二导电触点形成电连接的第一导电触点；以及粘附至所述第一导电触点的至少一个导电硬微粒，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述第二导电触点的硬度一样大的硬度。
67.根据权利要求66所述的电元件，其中所述电元件是从包括多个微粒增强电元件的阵列中分离出来的多个微粒增强电元件中的一个。
68.根据权利要求67所述的电元件，其中所述多个微粒增强电元件中的每个都是相同的。
69.根据权利要求67所述的电元件，其中所述阵列包括以下至少一种半导体晶圆、柔性电路带、包括多个芯片载体的薄片、包括多个芯片模块的薄片、以及包括基板上的多个天线的薄片。
70.根据权利要求66所述的电元件，其中所述电元件包括以下至少一种芯片、芯片载体、芯片模块、以及导电区。
71.根据权利要求70所述的电元件，所述芯片还包括以下至少一种分立电路装置、集成电路装置、存储器装置、微处理器装置、收发器装置、以及光电装置。
72.根据权利要求70所述的电元件，其中所述导电区包括导电通路。
73.根据权利要求70或72所述的电元件，其中所述导电区包括天线。
74.根据权利要求70所述的电元件，其中所述导电区包括导电材料，所述导电材料包括以下至少一种铜、铝、金、金属箔、导电墨水、导电膏、以及石墨。
75.根据权利要求66所述的电元件，其中所述至少一个导电硬微粒是金属微粒，所述金属微粒包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
76.根据权利要求66所述的电元件，其中所述至少一个导电硬微粒包括被金属层包围的绝缘微粒内核。
77.根据权利要求76所述的电元件，其中所述绝缘微粒内核包括以下至少一种金刚石、石榴石、陶瓷、氧化物、硅化物、硅酸盐、碳化物、碳酸盐、硼化物、硼纤维、以及氮化物。
78.根据权利要求66或76所述的电元件，其中通过电解金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
79.根据权利要求66或76所述的电元件，其中通过无电镀金属微粒共沉积工艺将所述至少一个导电硬微粒粘附至所述第一导电触点。
80.根据权利要求76所述的电元件，其中所述金属层包括镍层，其中所述绝缘微粒内核包括金刚石。
81.根据权利要求76所述的电元件，其中金属层包括以下至少一种铜、铝、镍、锡、铋、银、金、铂、钯、锂、铍、硼、钠、镁、钾、钙、镓、锗、铷、锶、铟、锑、铯、和钡，以及这些金属的合金和金属间化合物。
82.根据权利要求66所述的电元件，其中所述至少一个导电硬微粒包括多个导电硬微粒。
83.根据权利要求66所述的电元件，其中所述RFID装置包括智能卡。
84.根据权利要求66所述的电元件，其中所述RFID装置包括智能嵌体。
85.根据权利要求84所述的电元件，其中所述智能嵌体包括智能标签和智能纸中的至少一个的元件。
86.一种用于将具有第一导电触点的电元件永久地物理连接和电连接至基板上的导电区的方法，所述方法包括将至少一个导电硬微粒粘附至所述导电触点和所述导电区的接触区中的至少一个，其中所述至少一个导电硬微粒具有至少和所述导电触点和所述接触区中的至少一个的硬度一样大的硬度；在所述导电触点和所述接触区之间布置绝缘粘合剂；使所述导电触点对准所述接触区；施加压力以使所述导电触点和所述接触区结合在一起；以及使所述绝缘粘合剂固化，从而在所述导电触点和所述接触区之间生成永久的电连接，以及将所述电元件永久地物理连接至所述导电区。
87.根据权利要求86所述的方法，其中所述施加的压力足够大以使所述至少一个导电硬微粒穿透所述导电触点和所述接触区中的至少一个的表面。
88.根据权利要求86所述的方法，还包括在所述固化步骤的至少一部分的过程中，施加压力给所述电元件和所述基板。
89.根据权利要求86所述的方法，还包括在所述至少一个导电硬微粒上沉积导电金属层。
90.根据权利要求89所述的方法，其中所述粘附所述至少一个导电硬微粒的步骤和所述沉积导电金属层的步骤同时发生。
91.根据权利要求86所述的方法，其中所述导电区包括导电通路。
92.根据权利要求86所述的方法，其中所述导电区包括天线。
93.根据权利要求86所述的方法，其中所述导电区包括导电材料，所述导电材料包含以下至少一种铜、铝、金、金属箔、导电墨水、导电膏、和石墨。
全文摘要
本发明提供了一种用于将诸如智能卡或智能嵌体的RFID装置中的第一元件(210)的导电触点(220)永久地物理和电力连接至该装置的第二元件(212)的导电触点(214)。通过在第一元件(210)或第二元件(212)的导电触点上共沉积金属和导电硬微粒(218)并使用绝缘粘合剂(224)以在元件(210)(212)和他们的导电触点(220)(214)之间提供永久的接合，实现该装置的第一和第二元件之间的连接。RFID装置的元件(210)(212)可包括，例如，存储器芯片、微处理器芯片、收发器、或其它分立或集成电路装置、芯片载体、芯片模件、以及导电区，例如天线。
文档编号H05K3/40GK1498417SQ01818740
公开日2004年5月19日 申请日期2001年9月19日 优先权日2000年9月19日
发明者赫伯特·J·诺伊豪斯, 赫伯特 J 诺伊豪斯, E 沃纳, 迈克尔·E·沃纳, 弗雷德里克·A·布卢姆, 里克 A 布卢姆, 科巴尔, 迈克尔·科巴尔 申请人:纳诺皮尔斯技术公司