芯片卡模塊和用于制造芯片卡模塊的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及芯片卡模塊和用于制造芯片卡模塊的方法。用于放入在芯片卡內(nèi)的芯片卡模塊可以包括微芯片和用于通過讀取設備接觸該微芯片的接觸場。所述微芯片可以被外罩包圍，所述外罩可以完全地從所有側包圍所述微芯片。
【專利說明】芯片卡模塊和用于制造芯片卡模塊的方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種芯片卡模塊和一種用于制造芯片卡模塊的方法。

【背景技術】
[0002] 用于安裝在芯片卡內(nèi)的芯片卡模塊在各種各樣的應用中、諸如在EC卡、電子健康 卡中或在SM卡中被使用。這些模塊一般由半導體芯片和承載該芯片的襯底構成。對該芯 片的訪問通過被集成到芯片卡中的接口實現(xiàn)。該接口可以基于接觸地通過特別形成的接觸 場、或無接觸地通過操縱外部的電磁場的線圈來構型。兩種技術在所謂的雙接口卡中被使 用。接觸場一般是芯片卡模塊的一部分，該芯片卡模塊被用在芯片卡的沖壓成形中。在芯 片卡和讀卡器之間的基于接觸的信息交換的流程通過ISO 7816來調(diào)整。
[0003] 為了保護芯片，這些芯片可以在被安置在襯底上之后通過模具（Mold)或圓頂包裝 體（Glob-top)來封閉。這種保護芯片的方式可能例如由于要使用的材料而費用巨大。
[0004] 由于該原因和其它的原因存在對本發(fā)明的需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 用于生產(chǎn)芯片卡模塊的包裝和襯底被提供。該包裝可以由微芯片和外罩構成，其 中該外罩可以被形成，使得該外罩是高度堅固的并且有效地保護微芯片以免損壞。特別是 由此可能可以使用變薄的微芯片（CIS- Chip In Substrate (襯底中的芯片））。此外，該 包裝可以包含重新布線，該重新布線用于電接觸微芯片。該包裝可以在所謂的倒裝芯片裝 置中被安置在該襯底上（FCIS)。
[0006] 該襯底可以具有例如根據(jù)ISO 7816的接觸場以及安裝面和重新布線，其中該安 裝面被設計用于將具有微芯片的包裝安置在該襯底上，該重新布線用于將該微芯片與接觸 面電連接。該包裝可以通過合適的措施持久地被安置在襯底的安裝面上。
[0007] 通過包裝的使用，可以放棄用于保護芯片的模具或圓頂包裝體并且盡管如此仍可 以滿足高的質(zhì)量和壽命要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 附圖被設置以便給予對實施方式的進一步理解，并且被結合到本說明書中并構成 說明書的一部分。附圖示出實施方式并且與說明書一起用于闡明實施方式的原理。其它的 實施方式和實施方式的意圖的優(yōu)點中的許多優(yōu)點在其通過參考以下的詳細的說明變得更 可理解時毫無困難地變得顯而易見。附圖中的元件相互不一定是按正確比例的。相同的參 考數(shù)字表示相應的相似的部分。
[0009] 在包括圖1A和1B的圖1中，示意性地示出了芯片卡模塊的主要的組件。圖1A示 出包裝的橫截面，該包裝包括微芯片和外罩。圖1B示出襯底的橫截面，該襯底包括用于包 裝的安裝面和用于微芯片的外部接觸的接觸場。
[0010] 在包括圖2A - 2C的圖2中，以橫截面圖示意性地示出了芯片卡模塊的一種實施 方式。
[0011] 在包括圖3A和3B的圖3中，以俯視圖示出了用于芯片卡模塊的襯底的兩個主表 面的實施方式。
[0012] 在包括圖4A和4B的圖4中，示意性地示出了卡，該卡具有空腔，芯片卡模塊可以 被放入到該空腔中。圖4A示出卡的俯視圖并且圖4B示出卡的橫截面視圖。
[0013] 在圖5中示出了用于制造芯片卡模塊的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0014] 在以下的詳細的說明中參考附圖，所述附圖構成該說明的一部分并且在所述附圖 中為了圖解說明，特定的實施方式被示出，在所述實施方式中本發(fā)明可以被執(zhí)行。在該方 面，諸如"上"、"下"、"前"、"后"、"前面的"、"后面的"等等的方向術語關于所說明的圖的定 向來使用。因為實施方式的組件可以以一些不同的定向來定位，所以方向術語用于圖解說 明并且絕對不是限制性的。易于理解的是，可以利用其它的實施方式并且進行結構或邏輯 的改變，而不偏離本發(fā)明的保護范圍。因此以下的詳細的說明不應在限制性的意義上來理 解，并且本發(fā)明的保護范圍通過所附的權利要求來限定。
[0015] 易于理解的是，只要沒有特別地另外提及，不同的在此所說明的示例性的實施方 式的特征相互可以被組合。
[0016] 在本說明書中，表達"被耦合"和/或"被電耦合"應該并不意味著，元件必須直接 被耦合；可以在"被耦合"或"被電耦合"的元件之間設置夾在中間的元件。
[0017] 在下文中說明包含一個或多個半導體芯片的裝置。所述半導體芯片可以是不同類 型的，通過不同的技術來制造并且包括例如集成的電和/或無源元件。在一種實施方式中， 半導體芯片可以以垂直結構出現(xiàn)，即所述半導體芯片可以被制造，使得電流可以在垂直于 半導體芯片的主表面的方向上流動。具有垂直結構的半導體芯片可以在一種實施方式中具 有在其兩個主表面上、即在其上側和其下側上的接觸元件。
[0018] 所述半導體芯片不必由特定的半導體材料、諸如Si、SiC、SiGe、GaAs來制造并且 此外可以包含無機的和/或有機的材料，所述材料不是半導體、諸如絕緣體、塑料或金屬。
[0019] 所述半導體芯片可以具有電極(或接觸點或接觸面)，所述電極允許建立與包含在 所述半導體芯片中的集成電路的電接觸。一個或多個金屬層可以被施加到所述半導體芯片 的電極上。所述金屬層可以以任意的所期望的幾何形狀并且任意的所期望的材料組成來制 造。所述金屬層可以例如以覆蓋一個范圍的層的形式存在。每一任意的所期望的金屬或 每一任意的所期望的金屬合金、諸如鋁、鈦、金、銀、銅、鈀、鉬、鎳、鉻或鎳釩可以被用作該材 料。所述金屬層不必是均勻的或由僅僅一種材料來制造，即包含在金屬層中的材料的不同 的組成和濃度是可能的。所述電極可以處于所述半導體芯片的活性主表面上或所述半導體 芯片的其它的表面上。
[0020] 所述半導體芯片可以被放置在系統(tǒng)載體（Leadframes (引線框架)）上。所述系統(tǒng) 載體可以具有任意的材料。所述系統(tǒng)載體可以包括載體（Die-Pads (裸片焊盤)）和連接線 (Leads(引線））。在制造所述裝置期間，載體和連接線可以相互連接。載體和連接線也可以 由一個塊來制作。載體和連接線可以通過連接裝置彼此連接，目的是將確定的載體和連接 線在制造的過程中分開。載體和連接線的分開可以通過機械鋸、激光束、切割、沖壓、磨削、 銑削、蝕刻或任意的另外合適的方法來實施。所述系統(tǒng)載體可以是導電的。所述系統(tǒng)載體 可以例如完全由金屬或金屬合金、銅、銅合金、鐵鎳、鋁、鋁合金、鋼、不銹鋼或其它的合適的 材料來制造。所述系統(tǒng)載體可以以導電的材料、例如銅、銀、鐵鎳或鎳磷來涂覆。所述系統(tǒng) 載體的連接線可以在制造期間例如以S形的方式被彎曲。
[0021] 一個或多個金屬層可以被放置在半導體芯片之上。所述金屬層例如可以被用于產(chǎn) 生重新布線層。所述金屬層可以作為布線層被用于從該裝置之外建立與半導體芯片的電接 觸和/或用于建立與包含在該裝置中的其它的半導體芯片和/或組件的電接觸。所述金屬 層可以以任意的所期望的幾何形狀和任意的所期望的材料組成來制造。所述金屬層可以例 如由印制導線構成，但是也可以以覆蓋一個范圍的層的形式存在。每一所期望的金屬、例如 鋁、鎳、鈀、銀、鋅、金或銅或金屬合金可以被用作該材料。所述金屬層不必是均勻的或由僅 僅一種材料來制造，即包含在金屬層中的材料的不同的組成和濃度是可能的。此外，所述金 屬層可以被布置在電絕緣層之上或之下或之間。
[0022] 隨后所說明的裝置包括外部的接觸元件或外部的接觸點，所述接觸元件或接觸點 可以具有任意的形狀和大小。所述外部的接觸元件可以是從該裝置之外能到達的并且因此 可以允許從該裝置之外建立與半導體芯片的電接觸。由于該原因，所述外部的接觸元件可 以具有外部的接觸表面，所述接觸表面是從該裝置之外能到達的。此外，所述外部的接觸元 件可以是導熱的并且可以作為冷卻體用于引出通過所述半導體芯片所產(chǎn)生的熱。所述外部 的接觸元件可以由任意的所期望的導電材料、例如由金屬、諸如銅、鋁或金、金屬合金或?qū)?電的有機材料組成。確定的外部的接觸元件可以是系統(tǒng)載體的連接線。
[0023] 所述裝置可以包括澆鑄材料(模具材料)，該澆鑄材料至少遮蓋所述裝置的組件的 部分。該澆鑄材料可以是任意的合適的熱塑性的或熱硬化的材料?？梢允褂貌煌募夹g、 例如模壓、壓鑄、粉末模制（Pulverschmelzverfahren)或液體燒鑄，以便以燒鑄材料覆蓋組 件。
[0024] 所述裝置可以具有安裝表面。該安裝表面可以用于將該裝置安裝在其它的組件 上。包括外部的接觸表面的外部的接觸元件可以被布置在該安裝表面上，以便將該裝置與 該組件電耦合，該裝置被安裝在該組件上?？梢允褂煤噶铣练e、諸如焊料球或其它的合適的 連接元件，以便制造該裝置和該組件之間的電連接和機械連接，其中該裝置被安裝在該組 件上。
[0025] 在下文中關于圖1闡明芯片卡模塊的不同的主要的組件。
[0026] 關于圖1A，CIS包裝10的主要的組件的示意圖被示出，該CIS包裝可以具有微芯 片100、蓋子200和底部202。該底部可以具有電連接204,微芯片100的活性側102可以被 安置到該電連接上并且該電連接可以被設計用于電接觸該微芯片。
[0027] 根據(jù)一種實施方式，蓋子200也可以具有其它的導電的組件。這些其它的導電的 組件可以與電連接204電連接或者也可以與該電連接204分開。例如表面206可以具有導 電層，該導電層完全或部分地遮蓋該表面206。
[0028] 蓋子200和底部202可以被構型，使得精確適合的外罩被形成，微芯片100通過該 外罩完全被包圍。由蓋子200和底部202構成的該外罩可以有利地提高微芯片100的堅固 性并且有效地防止彎曲、斷裂或其它的損壞。
[0029] 根據(jù)一種實施方式，蓋子200和底部202可以相互被層壓，以便產(chǎn)生微芯片100的 封閉的并且耐用的外罩。
[0030] 根據(jù)一種實施方式，蓋子200可以由具有集成的Si02的環(huán)氧樹脂構成。根據(jù)另一 種實施方式，蓋子200可以由其它的適合的材料構成。根據(jù)一種實施方式，底部202可以如 在印刷電路板中通常的那樣由具有玻璃纖維增強的環(huán)氧樹脂構成。根據(jù)另一種實施方式， 底部202可以由其它的適合的材料構成。
[0031] 相較于模具或圓頂包裝體，CIS包裝可以是明顯更小的。通過這種對外罩材料的 節(jié)省，CIS包裝可以比通過模具或圓頂包裝體的芯片外罩更成本有效。該外罩可以特別是 具有與微芯片相似的大?。╟hip size package (芯片大小包裝)）。根據(jù)一種實施方式，該 外罩的厚度可以是50 μ m - 150 μ m。
[0032] 根據(jù)一種實施方式，微芯片100可以由于機械穩(wěn)定的CIS包裝而變薄。變薄就此而 論意味著，從包括一些半導體芯片的半導體晶片在該晶片的與所述半導體芯片的活性側相 對的側上去除材料。特別是微芯片100可以具有從活性側102到相對側所測量的10 μ m - 100 μ m、特別是30 μ m - 70 μ m的厚度。
[0033] 模具或圓頂包裝體可能不以與這樣的層壓的包裝相同的方式使微芯片穩(wěn)定。由于 該原因，微芯片在使用模具或圓頂包裝體的情況下具有比在使用CIS包裝的情況下可能的 最小厚度明顯更大的厚度。
[0034] 關于圖1B，載體30被示出，該載體可以被設計用于容納CIS包裝10。該載體30 可以具有帶有安裝面302的襯底300,該安裝面可以被構型，使得CIS包裝10可以持久地并 且固定地被安置在該安裝面上。此外，該載體30可以具有第二電連接304,該第二電連接可 以被構型，使得該第二電連接通過第一電連接204將微芯片100與接觸場306的接觸連接。
[0035] 根據(jù)一種實施方式，CIS包裝10在裝配過程（pick and place process (拾取和 放置過程)）中被施加到安裝面302上。
[0036] 根據(jù)一種實施方式，CIS包裝10通過不導電的粘合劑（non conductive paste(非 導電膏)）固定地并且持久地與載體30連接。根據(jù)另一種實施方式，CIS包裝10通過焊料 固定地并且持久地與載體30連接。該焊料可以被涂敷，使得該焊料在第一電連接204和第 二電連接304之間產(chǎn)生電接觸。根據(jù)另一種實施方式，使用由不導電的粘合劑和焊料構成 的組合，以便將CIS包裝10和載體30固定地并且持久地連接。
[0037] 根據(jù)一種實施方式，接觸場306可以是根據(jù)ISO 7816的接觸場。微芯片100可以 通過接觸場306與芯片卡讀取設備連接。
[0038] 根據(jù)一種實施方式，襯底300可以由成本低的、柔性的不導電的材料、諸如環(huán)氧樹 月旨、PET、聚酰亞胺或這樣的材料的合適的連接構成。根據(jù)一種實施方式，襯底300可以是 FCOS (Flip Chip On Substrate (襯底上的倒裝芯片））柔性帶。
[0039] 此外，襯底300可以被形成為透光的或不透光的、特別是黑色的。襯底300可以是 柔性的，特別是可以比CIS包裝10更柔性和/或更不堅固。襯底300可以完全或部分地由 PET (Polyethylenterephthalat (聚對苯二甲酸乙二醇脂））構成。
[0040] 由載體30和被安置在該載體上的CIS包裝10構成的芯片卡模塊可以是薄的。芯 片卡模塊可以具有從表面206直至接觸場306所測量的250 μ m - 500 μ m、特別是300 μ m - 400 μ m的厚度。
[0041] 此外，這樣的芯片卡模塊可以由于其堅固性而具有高的壽命。特別是壽命可以是 10年以上。
[0042] 根據(jù)一種實施方式，表面308可以具有除了第二電連接306之外的其它的電組件， 其中CIS包裝10被施加到該表面上。例如表面308可以具有線圈和/或用于除了 CIS包 裝10之外的其它的電部件的安裝面。
[0043] 根據(jù)一種實施方式，其它的不導電的層可以被涂敷在表面308的自由的、即沒有 被包裝10所遮蓋的部分上(未被畫出）。該其它的不導電的層可以用于保護其它的電組件 以免損壞。
[0044] 關于圖2A，用于放入在芯片卡模塊中的CIS包裝12的一種實施方式以更多的細節(jié) 被示出。特別是示出CIS包裝12的微芯片100可以以倒裝芯片安裝的方式被安裝在包裝 的底部202上。
[0045] 根據(jù)一種實施方式，底部202可以是印刷電路板。微芯片100的活性側通過焊點 104與第一重新布線206連接。通過重新布線206,微芯片可以從外部被電接觸。不導電的 粘合劑210 (Underfiller (底部填充膠）NCP)可以用于將微芯片100固定地與印刷電路板 202連接。
[0046] 蓋子200可以精確適合地將微芯片100包括在內(nèi)并且通過層壓持久地并且固定地 與印刷電路板202連接。此外，蓋子200可以具有金屬層208。
[0047] 關于圖2B，載體32的一種實施方式以更多的細節(jié)被示出。載體32可以如上所闡 明地具有第二重新布線304。第二重新布線可以例如由Cu、或由Ni、或由NiAu、或由NiPd、 或由Pd構成。其它的金屬層可以沿著安裝面302并且沿著接觸場306被施加在第二重新 布線上。所述其它的金屬層可以由與重新布線304不同的金屬構成。
[0048] 關于圖2C，芯片卡模塊40的一種實施方式被示出，該芯片卡模塊包括CIS包裝12 和載體32。通過焊點400,第一重新布線204可以與第二重新布線304連接。通過不導電 的粘合劑402, CIS包裝12可以機械穩(wěn)定地與載體32連接。
[0049] 關于圖3A，接觸場306的兩種可能的實施方式50A、50B被示出。根據(jù)ISO 7816， 接觸場的各個接觸500有所定義的位置和形狀。
[0050] 關于圖3B，芯片卡模塊的兩種可能的實施方式60A、60B被示出，其中實施方式 60A、60B具有不同的載體表面308。根據(jù)一種實施方式，載體表面308除了用于CIS包裝10 的接觸面302之外可以具有其它的電功能，諸如在實施方式60A中具有線圈600。該線圈可 以用于在微芯片100和外部的讀取設備之間建立無接觸的連接。在另一種實施方式中，線 圈600可以用于建立與更大的在卡70上所配置的線圈700的電感耦合(參看圖4A)。
[0051] 根據(jù)實施方式60B，載體表面308可以具有接觸602,所述接觸可以用于將微芯片 100與卡70上的線圈700連接。
[0052] 關于圖4A，卡70的一種實施方式被示出，該卡可以具有帶有接觸702的線圈700、 以及第一空腔704和更深的第二空腔706。線圈700可以在無接觸芯片卡中或在所謂的雙 接口芯片卡中用于在微芯片100和外部的讀取設備之間建立連接。利用雙接口來表示芯片 卡，所述芯片卡不僅擁有用于基于接觸的數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕佑|場，而且擁有用于無接觸的數(shù)據(jù) 傳輸?shù)木€圈。
[0053] 卡70的空腔704、706可以被形成，使得可以包括CIS包裝10和載體30的芯片卡 模塊40完全地位于空腔704、706中并且可以與卡70的表面齊平地封閉接觸場306。合適 的粘合材料可以用于將芯片卡模塊40和卡70持久地并且固定地連接。這樣的復合體被稱 為芯片卡。
[0054] 關于圖4B，卡70的橫截面被示出，該卡包括第一空腔704和更深的第二空腔706。 由于芯片卡模塊40的在上面所闡述的低的結構高度，兩個空腔的總深度T1可以比對于包 括具有圓頂包裝體或模具的未變薄的微芯片的芯片卡模塊來說應該可能的總深度更小。這 可以在空腔的范圍內(nèi)改進卡70的光學質(zhì)量以及機械穩(wěn)定性。特別是這可以導致，在卡70 的與空腔相對的范圍708內(nèi)可以出現(xiàn)與在較深的空腔時可能的情況相比更不顯著的凹陷。 例如可能可以在卡70的范圍708內(nèi)也進行激光雕刻。
[0055] 通過CIS包裝10的使用，根據(jù)一種實施方式，粘合材料不僅可以被涂敷在載體30 的表面308上，而且可以被涂敷在CIS包裝10的表面206的范圍內(nèi)，以便將芯片卡模塊40 固定在空腔704、706中。這樣放大的粘入面可以改進卡70中的芯片卡模塊40的平整度。
[0056] 關于圖5,用于制造芯片卡模塊的方法的一種實施方式的流程圖被示出。該方法包 括包含微芯片的包裝的提供S1 ;襯底的提供S2,該襯底具有用于該包裝的安裝面和用于與 該微芯片的基于接觸的連接的接觸面；和該包裝在該襯底上的安置S3,使得在該微芯片和 接觸場之間形成電連接。
[0057] 盡管在此特定的實施方式被示出并且被說明，但是對于本領域技術人員來說可認 識到的是，各種各樣的替代的和/或等效的實施方案可以代替所示出的和所說明的特定的 實施方式，而不偏離本發(fā)明的保護范圍。本申請應該涵蓋在此所討論的特定的實施方式的 每一適配或變型方案。因此意圖的是，本發(fā)明僅通過權利要求和其等效方案來限制。
【權利要求】
1. 芯片卡模塊，具有： 微芯片； 封裝，所述封裝從所有側包圍所述微芯片并且包含第一電接觸部； 襯底，所述襯底包含接觸場和第二電接觸部， 其中所述電接觸部被構型，使得所述電接觸部將所述微芯片與所述接觸場連接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的芯片卡模塊，其中所述接觸場的構造和運行根據(jù)ISO 7816來 調(diào)整。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的芯片卡模塊，其中所述封裝至少部分地由環(huán)氧樹脂構成。
4. 根據(jù)權利要求1到3之一所述的芯片卡模塊，其中所述封裝具有印刷電路板。
5. 根據(jù)權利要求1到4之一所述的芯片卡模塊，其中所述襯底至少部分地由PET構成。
6. 根據(jù)權利要求1到5之一所述的芯片卡模塊，其中所述微芯片是變薄的微芯片。
7. 根據(jù)權利要求6所述的芯片卡模塊，其中所述變薄的微芯片具有在ΙΟμπι - ΙΟΟμπκ特別是30μ-- - 70μπι的范圍內(nèi)的厚度。
8. 根據(jù)權利要求1到7之一所述的芯片卡模塊，其中所述芯片卡模塊具有小于400 μ m 的總厚度。
9. 芯片卡模塊，具有： 具有兩個主側的襯底； 包裝，所述包裝包含半導體芯片并且被安置在所述襯底的第一主側上； 接觸場，所述接觸場被安置在所述襯底的第二主側上；和 在所述半導體芯片和所述接觸場之間的導電連接。
10. 根據(jù)權利要求9所述的芯片卡模塊，其中所述包裝是CIS包裝。
11. 根據(jù)權利要求9或10所述的芯片卡模塊，此外具有： 在所述襯底的第一主側上的其它的電功能。
12. 根據(jù)權利要求11所述的芯片卡模塊，其中所述其它的電功能包括線圈。
13. 根據(jù)權利要求11所述的芯片卡模塊，其中所述其它的電功能包括至少一個其它的 用于電部件的安裝面。
14. 根據(jù)權利要求9到13之一所述的芯片卡模塊，其中所述包裝比所述襯底更機械穩(wěn) 定。
15. 根據(jù)權利要求9到14之一所述的芯片卡模塊，其中粘合材料不僅能夠被涂敷到所 述襯底上，而且能夠被涂敷到所述包裝上，以便將所述芯片卡模塊粘入到卡中。
16. 用于制造芯片卡模塊的方法，具有： 包裝的提供，所述包裝包含半導體芯片； 襯底的提供，所述襯底具有在一個主側上的用于包裝的安裝面、在第二主側上的接觸 場和在所述安裝面和所述接觸場之間的導電連接；和 所述包裝在所述安裝面上的安置。
17. 根據(jù)權利要求16所述的方法，其中所述包裝是CIS包裝。
18. 根據(jù)權利要求16或17所述的方法，其中所述襯底至少部分地由柔性的、不導電的 材料構成。
19. 根據(jù)權利要求16到18之一所述的方法，其中所述包裝在所述安裝面上的安置包括 不導電的粘合劑的使用。
20.根據(jù)權利要求16到18之一所述的方法，其中所述包裝在所述安裝面上的安置包括 焊料的使用。
【文檔編號】G06K19/077GK104218009SQ201410243507
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權日:2013年6月4日
【發(fā)明者】J.赫格爾, A.米勒-希佩爾, F.皮施納, W.申德勒, P.施坦普卡 申請人:英飛凌科技股份有限公司