модуль для чип-карты и способ его изготовления, а также чип- карта, включающая в себя такой модуль

Формула изобретения

1. Модуль (1) для чип-карты, включающий в себя полупроводниковый чип, находящийся в электропроводящем контакте с металлической присоединительной рамкой (2), в которой выполнены контактные площадки (3), причем полупроводниковый чип выводами (5), расположенными на одной поверхности, надет на присоединительную рамку (2) и через выводы (5) находится в электропроводящем контакте с контактными площадками (3), отличающийся тем, что полупроводниковый чип, по меньшей мере, на одной стороне снабжен электроизолирующим защитным слоем, на обращенной от полупроводникового чипа поверхности (4) которого выполнены выводы (5), находящиеся в электропроводящем соединении с местами контактирования полупроводникового чипа.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что выводы (5) припаяны к контактным площадкам (3).

3. Модуль по п.2, отличающийся тем, что выводы (5) закреплены на контактных площадках (3) посредством пайки горячим воздухом.

4. Модуль по п.3, отличающийся тем, что паяное соединение (6) состоит из оловянно-свинцового припоя.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что выводы (5) приклеены к контактным площадкам (3) электропроводящим клеем.

6. Модуль по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что присоединительная рамка (2) состоит из меди или медного сплава.

7. Модуль по п.6, отличающийся тем, что присоединительная рамка (2) состоит из сплава меди и олова, в частности, из CuSn₆.

8. Модуль по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что полупроводниковый чип снабжен на верхней и нижней сторонах электроизолирующими защитными слоями.

9. Модуль по одному из пп.1-7, отличающийся тем, что полупроводниковый чип окружен со всех сторон электроизолирующим корпусом (7).

10. Чип-карта (10), отличающаяся тем, что она включает в себя модуль (1) по одному из пп.1-9.

Описание изобретения к патенту

Модули для чип-карт состоят обычно из носителя, на который наклеен или на котором иным образом закреплен полупроводниковый чип. Носитель может быть тонкой печатной платой или пoлимерной пленкой, обращенная от чипа сторона которой ламинирована электропроводящим слоем из меди и т.п., структурированным в виде отдельных контактных площадок, которые могут сниматься устройством считывания карт. Вместо ламинированного пленочного носителя полупроводниковый чип может быть размещен также на металлической присоединительной рамке (Leadframe) с промежуточным носителем или без него, в которой вырублены отдельные контактные площадки. Форма и величина контактных площадок соответствуют, как правило, определенным нормам, например стандарту ИСО 7816. Полупроводниковый чип и контактные площадки электрически контактируют в обычных модулях для чип-карт при помощи проволочных выводов, проходящих от мест контактирования полупроводникового чипа к местам присоединения контактных площадок. В качестве альтернативы полупроводниковый чип может быть размещен в перевернутом виде.

Для защиты чипа и соединений с контактными площадками над чипом и местами соединений наносят слой эпоксидной смолы, реактопласта и т.п. Готовый модуль встраивают в заключение в носитель чип-карты.

Подобные модули для чип-карт описаны, например, в патентах ФРГ 4424396 С2, 19532755 С1, 2659573 С2, заявке США 4803542, а также европейской заявке 0071311 А1.

В частности, известный из патента ФРГ 19532755 С1 модуль для чип-карты, из которого исходит ограничительная часть п.1 формулы изобретения, содержит металлическую присоединительную рамку с размещенным в перевернутом виде полупроводниковым чипом. Присоединительная рамка имеет трехмерную, изготовленную травлением структуру.

В патенте ФРГ 19512191 С1 описаны особые материалы для изготовления присоединительных рамок модулей для чип-карт. В заявке Японии А-6-342794 описан полупроводниковый блок, у которого пассивирующий слой между поверхностью чипа и корпусом частично закрывает поверхность электродов.

Выполненные описанным выше образом модули для чип-карт имеют, как правило, конструктивную высоту по меньшей мере 500-600 мкм. Меньшие конструктивные высоты до сих пор не удавалось реализовать. К тому же из-за относительно большой конструктивной высоты модулей для чип-карт носитель карты мог быть в зоне модуля лишь очень тонким, с тем чтобы заданная общая толщина чип-карты не была превышена. В зоне модуля для чип-карты на поверхности последней возникают поэтому впадины.

Задачей изобретения является создание модуля для чип-карты, который был бы прост и эффективен в изготовлении и имел как можно меньшую конструктивную высоту. Полупроводниковый чип должен быть при этом как можно лучше защищен от механического повреждения и химических воздействий. Кроме того, благодаря применению модуля для чип-карты последняя должна изготовляться с как можно более плоской поверхностью без выпуклостей или впадин.

Эта задача решается за счет модуля для чип-карты согласно п.1 формулы изобретения. Предпочтительные и целесообразные усовершенствования приведены в зависимых пунктах Формулы. В другом аспекте изобретение относится к чип-карте по п.10 формулы, которая включает в себя модуль, согласно изобретению, а также к способу по п.9 для изготовления модуля для чип-карты.

Изобретение отличается тем, что полупроводниковый чип встроен в модуль для чип-карты не как "голый" чип, а по меньшей мере на одной стороне снабжен электроизолирующим защитным слоем, на обращенной от полупроводникового чипа поверхности которого выполнены выводы, находящиеся в электропроводящем соединении с местами контактирования полупроводникового чипа. Этот защитный слой обеспечивает повышенную защиту полупроводникового чипа от механического повреждения и одновременно оберегает его от влаги и других вредных химикалий. Особенно хорошая защита обеспечена тогда, когда на верхней и нижней сторонах полупроводникового чипа предусмотрены защитные слои или полупроводниковый чип окружен со всех сторон корпусом.

Описанные полупроводниковые элементы с расположенными на поверхности выводами называются обычно "Die Sizepackages" и описаны, например, в международной заявке WO 96/02071.

Электрическое контактирование полупроводникового чипа с контактными площадками металлической присоединительной рамки осуществляется через выводы, лежащие на одной из поверхностей корпуса типа "Die Size". Для этого корпус с выводами предварительно надевают на присоединительную рамку и изготовляют электрические контакты.

Это может происходить, например, посредством паяных соединений. Тогда выводы, называемые также контактными столбиками, состоят из припоя, например из мягкого припоя или паяльной пасты, или стойкого к припою материала. В последнем случае на выводы полупроводникового чипа и/или на места контактирования присоединительной рамки наносят припой, а затем изготовляют паяные соединения. Предпочтительно паяные соединения выполняют оловянно-свинцовым припоем. Благодаря высокой пластичности этого материала паяные соединения могут воспринимать высокие механические напряжения без возникновения усталостных явлений.

Особенно хорошие результаты достигаются тогда, когда металлическая присоединительная рамка состоит из меди или медного сплава. Предпочтительными сплавами являются сплавы меди и олова, например CuSn₆. Благодаря высокой пластичности этих материалов изготовленные таким образом модули для чип-карт и содержащие их чип-карты очень маловосприимчивы к изгибающим нагрузкам. Их надежность поэтому высока. Сторона съема присоединительной рамки может быть снабжена известным образом одним или несколькими защитными слоями.

Паяные соединения между выводами чипа и присоединительной рамкой могут быть изготовлены известным сам по себе образом. Предпочтительным способом является пайка нагретым воздухом. Способность подвергаться пайке дает к тому же гарантию того, что корпус будет иметь высокое сопротивление к влаге, т.е. опасность трещинообразования в корпусе вследствие проникновения влаги минимальна.

Альтернативный метод контактирования состоит в том, чтобы соединять выводы и присоединительную рамку с помощью проводящего клея. Материалы и оборудование соответствуют материалам и оборудованию, обычным в области полупроводниковой технологии.

Монтаж корпуса типа "Die Size" может быть принципиально осуществлен обычным образом с применением обычных технологических операций. Целесообразно монтаж осуществляют на ленте из присоединительных рамок, от которой отдельные модули для чип-карт и контактные площадки отделяют только после позиционирования и контактирования корпуса типа "Die Size". Встраивание модуля, согласно изобретению, в чип-карту осуществляют обычными способами.

Помимо уже упомянутых преимуществ повышения стабильности и надежности против механических и химических нагрузок модули для чип-карт, согласно изобретению, обладают некоторыми дополнительными преимуществами. Во-первых, их можно изготовлять с небольшим расходом материала, просто, быстро и экономично. За счет того, что отсутствует необходимость в покрытии смонтированного полупроводникового чипа эпоксидной смолой и т.п., можно по сравнению с обычными технологическими методами съэкономить одну операцию. К тому же размер корпуса типа "Die Size" подвержен крайне малым колебаниям, так что модули для чип-карт могут быть изготовлены с воспроизводимыми контурами. Далее, конструктивная высота модулей для чип-карт, согласно изобретению, меньше, чем у модулей, изготовленных обычным образом. Это сказывается на качестве чип-карт. Благодаря малой общей высоте модуля для чип-карты ее носитель там, где должен быть встроен модуль, может иметь большую толщину стенки, чем у обычных модулей, так что чип-карта имеет ровную поверхность без впадин.

Изобретение более подробно поясняется ниже со ссылкой на чертеж, на котором изображают:

- фиг.1: схематично модуль для чип-карты при виде сверху;

- фиг.2: схематично модуль для чип-карты по фиг.1 в сечении;

- фиг.3: схематично чип-карту, содержащую модуль по фиг.1 и 2.

Изображенный на фиг.1 модуль 1 для чип-карты включает в себя присоединительную рамку 2, из которой вырублены контактные площадки 3. Отдельные контактные площадки 3 находятся в электропроводящем соединении с выводами 5, положение которых обозначено зонами из точек. Выводы 5 расположены на поверхности 4 корпуса 7 типа "Die Size". Корпус служит в готовом модуле для чип-карты в качестве соединительного звена, которое удерживает контактные площадки, вырубленные при отделении модулей для чип-карт от присоединительной рамки.

На фиг. 2 модуль для чип-карты по фиг.1 изображен в сечении в зоне двух выводов 5. Последние находятся в электропроводящем контакте с соответствующими контактными площадками 3 посредством паяного соединения 6.

На фиг.3 в сечении изображена чип-карта 10, в которую встроен изображенный на фиг. 1 и 2 модуль. Встраивание осуществляют обычным образом путем вклеивания модуля 1 в выемку тела 8 карты клеем 9.