專利名稱：芯片卡、用于制作芯片卡的方法和用在芯片卡中的半導體芯片的制作方法
發(fā)明涉及一種權利要求1的前序部分所述的芯片卡、一種權利要求8的前序部分所述的、用于制作芯片卡的方法和一種權利要求15的前敘部分所述的、用在芯片卡中的半導體芯片。
這種芯片卡、這種用于制作芯片卡的方法和這種用在芯片卡中的半導體芯片譬如已由Wolfgang Rankl,Walfgang Effing撰寫的芯片卡手冊(慕尼黑，維也納Carl Hanser出版社1995年出版)所公開。按照該手冊，在制作芯片卡時，所謂的芯片模塊先被制作，這些芯片模塊是中間產品，這些中間產品可作為加工完畢的單元被制作和可獨立地被繼續(xù)加工成最終產品。在此，芯片模塊被理解為一種裝置，在該裝置中，在一個電絕緣的載體上或中設有一個或多個以芯片或集成電路為表現形式的、集成的半導體電路，這些集成的半導體電路經由連線與一個設在載體的一側或兩側上的印刷電路系統(tǒng)相連，其中，載體通常為一個柔性的薄膜，在該薄膜上裝有本來的芯片，并且芯片卡的大多鍍金的接觸面處在該薄膜上。在這種芯片模塊的制作中，主要用兩種不同的技術把半導體芯片封裝到載體薄膜上即所謂的TAB技術(條帶自動鍵合)以及線鍵合技術。在TAB技術中，先把金屬的凸起部鍍敷到半導體芯片的連接面(焊盤)上，然后，載體薄膜的線路被焊到金屬的凸起部上。該焊接具有如此大的機械負載能力，使半導體芯片本身無需再被固定，而是只掛在印刷線路上即可。TAB方法的優(yōu)點在于，芯片接頭的機械承載能力高并且芯片模塊的結構高度低。但與線鍵合的芯片模塊相比，獲得上述優(yōu)點須付出較高的加工成本。在線鍵合的芯片模塊中，也規(guī)定用一個塑料薄膜作為載體材料，在塑料薄膜的正面上鍍敷有鍍金的接觸面。為了容納芯片和接線，從載體薄膜中沖出孔。芯片從背面伸入規(guī)定的空擋固定到印刷線路上(模片鍵合)。隨后，芯片接頭以細線(幾微米)與觸點的背面相連。然后，芯片和鍵合線通過澆注料被保護，以防環(huán)境影響。該方法的優(yōu)點在于，在很大程度上可依靠在半導體工業(yè)中通常的、用于把芯片封裝到標準殼體中的方法，并據此使成本更加合理。其缺點在于，模塊的結構高度以及長度和寬度均遠遠大于TAB模塊的相應尺寸，因為不僅芯片，而且還有鍵合線均需通過防護料受到保護。而據此，在把芯片模塊裝入芯片卡時，也使問題變得更加嚴重。
隨后，各個芯片模塊從裝配完畢的薄膜上被沖擊并被放入芯片卡中。在該方法中，在芯片卡內對半導體芯片不進行直接固定，其優(yōu)點在于，在芯片卡承受機械負載時出現的彎曲力在很大程度上被半導體芯片擺脫。所有的、迄今公開的、屬于芯片卡范疇的模塊裝配工藝或殼體工藝的共同目標是面對由于彎曲或扭曲造成的、基于集成電路的材料脆性會導致集成電路發(fā)生破壞的機械負荷，保護集成電路。目前，在芯片卡中所用的集成電路的或者半導體芯片的標準厚度為約200μm。其中硅的楊氏彈性模量為190·103N/mm2，據此，硅芯片的材料性能是極脆的。從殼體側保護敏感的半導體芯片既明顯增加成本(所需的裝配和材料費用)，又增加工工時(在制作出集成電路后才進行裝配和加工步驟)。
本發(fā)明的任務在于提供一種比以往公開的芯片模塊更簡單的、具有一個集成的半導體電路的裝置，該裝置可用在芯片卡中并且特別是可承受在芯片卡中規(guī)定的彎曲負荷。
解決以上任務的技術方案在于一種權利要求1所述的芯片卡、一種權利要求8所述的、用于制作芯片卡的方法以及一種權利要求15所述的、用在芯片卡中的半導體芯片。
發(fā)明規(guī)定，接觸面是以建有結構的覆層的形式在半導體芯片的面向電子電路的主表面上建立的，并且與接觸面一并制作的半導體芯片如此地插入和固定在芯片卡的卡體的容納口中，使接觸面與卡體的外表面基本齊平地伸展。
其中，發(fā)明的認識首先在于完全擺脫迄今一直作為中間產品制作的芯片模塊并建議無模塊地制作芯片卡，在該芯片卡中，半導體芯片直接地具有所需的接觸面，并且與接觸面一并制作的半導體芯片直接地，即在沒有任何載體薄膜或支承薄膜或其它的、面對機械負荷保護半導體芯片的措施的情況下直接地植入卡體內。據此，就外部尺寸而言最好按以往的ISO標準制作的接觸面完全被芯片的或者集成電路的半導體襯底支承；為此，半導體襯底具有根據出自ISO標準的接面所需的基面，與以往所用的半導體芯片相比，該基面明顯地有所增大。但該缺點通過發(fā)明的下列優(yōu)點得到綽綽有全的補償。其一是開辟了在尚未相互分割開的半導體芯片的晶片陣列中特別是以通常用于在半導體工藝中淀積和建立金屬層的涂敷方法建立接觸面的可能性，而不象以往那樣，在前端一終端作業(yè)中形成電子電路后跟著進行既費錢又費工的裝配。在把各個半導體芯片鋸切或機械分離成相應的矩陣之后，具有接觸面的半導本芯片借助相宜的連接技術與卡體連接，最好是借助一種粘合材料或粘附材料被持久地固定在卡體的容納口內。原則上，所有的目前公開的注入技術，譬熱熔式裝配技術、借助Cyanocrelat粘結劑裝配，借助一個壓敏的粘合薄膜裝配，或其它的物理連接技術均適合此用。
為了形成容納口，最好在制成的卡體上銑出一個豁口，隨后把具有接觸面的半導體芯片粘合在該豁口內。本發(fā)明也同樣可用于按層疊法制成的芯片卡。在層疊法中，芯片卡是通過不同的薄膜，即表層薄膜和內層薄膜的層疊制作的，其中，在層疊之前，先在薄膜上沖出合適的孔并且半導體芯片隨后被裝入容納口中，并且半導體芯片與卡體固定地焊接。此外，發(fā)明建議的技術方案還適用于注塑結構的卡體。其中，包括供半導體芯片用的口在內的全部卡體均作為注塑件被注塑并且半導體芯片被粘合在其內。
卡體的幾乎完全配合地容納半導體芯片的容納口的側向盡寸取決于集成電路的或者半導體芯片的所需的功能度并取決于接觸面的所需的或者按ISO標準要求的尺寸。發(fā)明的特別優(yōu)選的實施形式建筑在半導體材料硅，特別晶體的硅上。此外，基于成本考慮，也可使用另一種經濟的半導體材料，在理想的情況下，制作的這種經濟的半導體材料具有大于6英寸的晶片直徑。
在發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施形式中規(guī)定，有利地由硅構成的半導體襯底的厚度遠遠低于200μm，有利地為約150μm或小于150μm，特別有利地為約100μm或小于100μm。在理想的情況下，硅襯底的總厚度為約50μm至約100μm。而以往置入芯片卡的半導體芯片的標準厚度目前為約200μm。其中，硅的楊氏彈性模量為190·103N/mm2，據此，硅芯片的材料特性是極脆的。芯片越薄，則硅芯片的防彎柔性反而有所增加。該效應通過在磨削硅晶片之后的背面消薄過程，如損傷蝕刻變得更加顯著。半導體芯片的通過背面磨削所引起的、在彎曲負荷時有時使芯片斷裂的幾乎直線上升的原子缺陷(位錯和類似缺陷)通過隨后把芯片背面蝕刻去約4至7μm幾乎被削除。
在發(fā)明的另一優(yōu)選的實施形式中可規(guī)定，在半導體芯片的支承電子電路的主表面上敷有一薄的絕緣層，在該絕緣層上淀積有建有結構的敷層形式的接觸面。其中，用于接觸面的導電敷層的總厚度有利地為約30μm至約50μm。
因此，用在芯片卡中的、設有接觸面的半導體芯片的優(yōu)選的結構特點在于，在具有建有結構的、具有電子電路的構成部分和連接金屬(接頭)的表面的硅襯底上淀積有一薄的、由具有介電性能的材料構成的層，在該薄層中，連接面是被空出的。也可選擇地敷上一層有電阻的中間層。在電介質的上方敷加一導電層，該導電層的接觸面與連接面相連并且這些接觸面是相互電絕緣的，在最簡單的情況下經由氣隙相互電絕緣。其中，接觸面附合相應的ISO標準(ISO 7810-2)。根據選擇，導電層可由一種貴重金屬，如金、AuCo、NiPau、硬鎳/Au、單層的或多層的或其它的適宜的材料構成，其中，作為最外層，可選擇由其摩擦性能和耐腐蝕性均好的材料構成，譬如一薄的、約2μm厚的、導電的、具有良好的機械硬度的碳涂層。
下面從對借助附圖所示的實施例的描述中說明本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點和相宜性。附圖所示為
圖1發(fā)明的一個實施例中的一個具有一個卡體和一個固定在卡體的容納口中的、有接觸面的半導體芯片的芯片卡的示意截面視圖，圖2在硅材料的幾個選定的厚度情況下，彎曲應力與硅主體材料的彎曲半徑的關系曲線。
在不合比例繪出的圖1中示意地示出了一個芯片卡的一個局部，該芯片卡具有一個其外部尺寸通常為85mm·54mm·1mm的卡體1和一個銑削出的容納口2及一個設有接觸面3的半導體芯片4。半導體芯片4借助粘結材料5持久地如此地固定在容納口2內，使接觸面3的外表面6與卡體1的外表面7基本上齊平地伸展。
半導體芯片4包括其厚度為40μm的硅襯底，在該硅襯底上，借助通常的半導體工藝步驟，建立為形成電子電路所需的構成部分或者結構，其中，這些構成部分的結構高度為約10μm。通常，用于構成電子電路的構成部分或者結構覆蓋有一其厚度為約3μm的Si3N4保護層。為了簡化起見，在圖1中只示意地作為一層示出了所述的結構和Si3N4層，該層標有標號8。在建立用于形成焊盤或者接頭11的連接金屬之后，一層薄的、由電介質材料構成的、其厚度為20μm的絕緣層9被淀積，該絕緣層9在接頭11位置是空擋。在以此形成的表面上淀積一層薄的金屬敷層12，該金屬敷層12借助由半導體工藝公開的、用于建立相互電絕緣的接觸面3的光刻方法建立出結構。據此，每個接觸面3與電子電路的相配屬的接頭11電氣相連。
圖2示出了在幾個選定的硅材料厚度的情況下彎曲應力δB與硅主體材料的彎曲半徑rB的關系曲線。從圖中可以看出，在半導體芯片的襯底厚度小于100μm時，芯片具有如此大的抗彎曲和抗扭曲柔性，就是說，芯片在不附加殼體保護的情況下能滿足ISO的抗機械負載要求。發(fā)明人的試驗表明，即使是在如此薄的芯片厚度的情況下仍可建立有足夠的合格率的集成電路。
總而言之，用發(fā)明的技術方案可成功地建立一種便于建立的、無模塊的用在通常的芯片卡中的集成電路，其中，不需要在所謂的后頭的加工階段中的費工的過程步驟，同時，可省去裝配用的特殊殼體?；蛘甙饽５耐ǔＥc高的費用開銷聯系在一起的開發(fā)，并且在大大減少芯片卡制造廠所需的計算費用的情況下提高經濟效益。
權利要求
1．具有一個卡體(1)和多個由導電材料構成的接觸面(3)的芯片卡，其中，接觸面(3)與接頭(11)電氣連接，接頭(11)配屬于一個在半導體芯片(4)的半導體襯底(10)上形成的電子電路，其特征在于，接觸面(3)以一個建有結構的敷層的形式在半導體芯片(4)的面向電子電路的主表面上形成，并且與接觸面(3)一并形成的半導體芯片(4)如此地插入和固定在芯片卡的卡體(1)的容納口(2)中，使接觸面(3)與卡體(1)的外表面(7)基本齊平地伸展。
2．按照權利要求1所述的芯片卡，其特征在于，在其主表面上支承接觸面(3)的半導體芯片(4)借助粘結材料或粘附材料(5)持久地固定在卡體(1)的容納口(2)內。
3．按照權利要求1或2所述的芯片卡，其特征在于，有利地由硅構成的半導體襯底(10)的厚度遠遠低于200μm，有利地為約150μm或小于150μm，特別有利地為約100μm或小于100μm。
4．按照權利要求3所述的芯片卡，其特征在于，有利地由硅構成的半導體芯片(10)的厚度為約50μm至約100μm。
5．按照權利要求1至4之一所述的芯片卡，其特征在于，在半導體襯底(10)的支承電子電路的主表面上敷有一薄的絕緣層(9)，在該絕緣層(9)上淀積有以建有結構的敷層為表現形式的接觸面(3)。
6．按照權利要求1至5之一所述的芯片卡，其特征在于，用于接觸面(3)的導電的敷層(12)的總厚度為約30μm至約50μm。
7．按照權利要求1至6之一所述的芯片卡，其特征在于，用于接觸面(3)的導電的敷層(12)由多個導電層構成。
8．用于制作具有一個卡體(1)和多個由導電的材料構成的接觸面(3)的芯片卡的方法，在該芯片卡中，接觸面(3)與配屬于一個在半導體芯片(4)的半導體襯底(10)上形成的電子電路的接頭(11)電氣連接，其特征在于，接觸面(3)以一個建有結構的敷層的形式在半導體芯片(4)的面向電子電路的主表面上被形成，并且與接觸面(3)一并形成的半導體芯片(4)如此地插入和固定在芯片卡的卡體(1)的容納口(2)中，使接觸面(3)與卡體(1)的外表面(7)基本齊平地伸展。
9．按照權利要求8所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，在其主表面上支承接觸面(3)的半導體芯片(4)借助粘結材料或粘附材料(5)持久地固定在卡體(1)的容納口(2)內。
10．按照權利要求8或9所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，有利地由硅構成的半導體襯底(10)的厚度遠遠低于200μm，有利地為約150μm或小于150μm，特別有利地為約100μm或小于100μm。
11．按照權利要求10所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，有利地由硅構成的半導體芯片(10)的厚度為約50μm至約100μm。
12．按照權利要求8至11之一所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，在半導體襯底(10)的支承電子電路的主表面上敷有一薄的絕緣層(9)，在該絕緣層(9)上淀積有以建有結構的敷層為表面形式的接觸面(3)。
13．按照權利要求8至12之一所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，用于接觸面(3)的、導電的敷層(12)的總厚度為約30μm至約50μm。
14．按照權利要求8至13之一所述的用于制作芯片卡的方法，其特征在于，用于接觸面(3)的、導電的敷層(12)由多個導電層構成。
15．用在芯片卡中的半導體芯片，芯片卡具有一個卡體(1)和多個由導電的材料構成的接觸面(3)，接觸面(3)與接頭(11)電氣連接，接頭(11)配屬于一個在半導體芯片(4)的半導體襯底(10)上形成的電子電路，其特征在于，接觸面(3)是以一個建有結構的敷層的形式在半導體芯片(4)的面對電路的主表面上形成的。
16．按照權利要求15所述的半導體芯片，其特片在于，有利地由硅構成的半導體襯底(10)的厚度遠遠低于200μm，有利地為約150μm或小于150μm，特別有利地為約100μm或小于100μm。
17．按照權利要求15或16所述的半導體芯片，其特征在于，有利地由硅構成的半導體芯片(10)的厚度為約50μm至約100μm。
18．按照權利要求15至17之一所述的半導體芯片，其特征在于，在半導體襯底(10)的支承電子電路的主表面上敷有一薄的絕緣層(9)，在該絕緣層(9)上淀積有以建有結構的敷層為表面形式的接觸面(3)。
19．按照權利要求15至18之一所述的半導體芯片，其特征在于，用于接觸面(3)的導電的敷層(12)的總厚度為約30μm至約50μm。
20．按照權利要求15至19之一所述的半導體芯片，其特征在于，用于接觸面(3)的、導電的敷層(12)由多個導電層構成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有一個卡體(1)和多個由導電材料構成的接觸面(3)的芯片卡，其中，接觸面(3)與接頭(11)電氣連接，接頭(11)配屬于一個在半導體芯片(4)的半導體襯底(10)上形成的電子電路。接觸面(3)是以一個建有結構的敷層的形式在半導體芯片(4)的面向電子電路的主表面上形成的，其中，與接觸面(3)一并形成的半導體芯片(4)如此地插入和固定在芯片卡的卡體(1)的容納口(2)中，使接觸面(3)與卡體(1)的外表面(7)基本齊平地伸展。為了保證具有足夠高的機械柔性，硅襯底的厚度最好小于100μm。
文檔編號G06K19/077GK1227648SQ97197124
公開日1999年9月1日 申請日期1997年7月14日 優(yōu)先權日1996年8月8日
發(fā)明者M·胡伯爾, P·斯坦帕卡, D·豪德奧 申請人:西門子公司