DE19708617C2 - Chipkartenmodul und Verfahren zu seiner Herstellung sowie diesen umfassende Chipkarte - Google Patents
Chipkartenmodul und Verfahren zu seiner Herstellung sowie diesen umfassende ChipkarteInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Chipkartenmodul und eine diesen
umfassende Chipkarte.
Chipkartenmodule bestehen üblicherweise aus einem Träger, auf
welchem ein Halbleiterchip aufgeklebt oder auf sonstige Weise
befestigt ist. Der Träger kann eine dünne Leiterplatte oder ei
ne Kunststoffolie sein, auf deren vom Chip abgewandter Seite
eine elektrisch leitfähige Schicht aus Kupfer oder ähnlichem
auflaminiert ist, welche zu einzelnen Kontaktflächen struktu
riert ist, die mit einem Kartenlesegerät abgegriffen werden
können. Anstelle der laminierten Trägerfolie kann der Halblei
terchip auch auf einen metallischen Anschlußrahmen (Leadframe)
- mit oder ohne Zwischenträger - angebracht werden, in welchen
die einzelnen Kontaktflächen eingestanzt sind. Die Form und
Größe der Kontaktflächen richtet sich in der Regel nach be
stimmten Normvorgaben wie beispielsweise dem ISO-Standard 7816.
Halbleiterchip und Kontaktflächen sind in herkömmlichen Chip
kartenmodulen mit Hilfe von Bonddrähten, die von den Kontaktie
rungsstellen des Halbleiterchips zu den Anschlußstellen der
Kontaktflächen geführt sind, elektrisch kontaktiert. Alternativ
kann der Halbleiterchip in Flip-Chip-Technik aufgebracht sein.
Zum Schutz des Chips und der Verbindungen zu den Kontaktflächen
wird über dem Chip und den Verbindungsstellen eine Schicht aus
Epoxidharz, duroplastischem Kunststoff oder ähnlichem aufge
bracht. Der fertige Chipkartenmodul wird schließlich in den
Kartenträger einer Chipkarte implantiert.
Derartige Chipkartenmodule sind beispielsweise der DE 44 24 396
C2, DE 195 32 755 C1 und US-A-4,803,542 zu entnehmen.
Insbesondere weist der aus der DE 195 32 755 C1 bekannte Chip
kartenmodul, von dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgegangen
wird, einen metallischen Anschlußrahmen mit in Flip-Chip-
Technik aufgebrachtem Halbleiterchip auf. Der Anschlußrahmen
weist eine dreidimensionale, durch Ätzen hergestellte Struktur
auf.
Aus der DE 26 59 573 C2 sind Chipkarten bekannt, bei denen der
Chipkartenmodul in einen Hohlraum im Kartenkörper eingesetzt
ist und die Kontaktbereiche über gesonderten Hohlräumen im Kar
tenkörper befindlich sind.
Die DE 195 12 191 C1 beschreibt spezielle Werkstoffe zur Her
stellung von Anschlußrahmen von Chipkartenmodulen. In der JP-A-
6-342794 wird ein Halbleiterpackage beschrieben, bei welchem
eine Passivierungsschicht zwischen Chipoberfläche und Gehäuse
eine Elektrodenoberfläche teilweise abdeckt.
Die auf oben beschriebene Weise aufgebauten Chipkartenmodule
besitzen im allgemeinen eine Bauteilhöhe von mindestens 500 bis
600 µm. Geringere Bauteilhöhen konnten bisher nicht realisiert
werden. Zudem kann aufgrund der relativ großen Bauteilhöhe der
Chipkartenmodule der Kartenträger im Bereich des Moduls nur
sehr dünn sein, um die vorgegebene Gesamtdicke der Chipkarte
nicht zu überschreiten. Im Bereich des Chipkartenmoduls treten
daher Einfallstellen auf der Kartenoberfläche auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Chipkartenmodul zu
schaffen, der einfach und effektiv herzustellen ist und der ei
ne möglichst geringe Bauteilhöhe aufweist. Der Halbleiterchip
sollte dabei möglichst gut gegen mechanische Beschädigung und
chemische Einflüsse geschützt sind. Außerdem soll sich durch
Verwendung des Chipkartenmoduls eine Chipkarte mit möglichst
ebener Oberfläche ohne Aufwölbungen oder Einfallstellen her
stellen lassen.
Die Aufgabe wird durch den Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1 ge
löst. Bevorzugte und zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen. In einem weiteren Aspekt betrifft die
Erfindung eine Chipkarte gemäß Anspruch 10, welche einen erfin
dungsgemäßen Chipkartenmodul umfaßt, sowie ein Verfahren gemäß
Anspruch 9 zur Herstellung des Chipkartenmoduls.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Halbleiterchip
nicht als "nackter" Chip in den Chipkartenmodul eingebaut ist,
sondern auf wenigstens einer Seite mit einer elektrisch isolie
renden Schutzschicht versehen ist, auf deren vom Halbleiterchip
abgewandten Oberfläche Anschlußflächen ausgebildet sind, die
mit den Kontaktierungsstellen des Halbleiterchips elektrisch
leitend verbunden sind. Diese Schutzschicht sorgt für einen er
höhten Schutz des Halbleiterchips gegen mechanische Beanspru
chung und hält gleichzeitig Feuchtigkeit und andere schädliche
Chemikalien fern. Ein besonders guter Schutz ist gewährleistet,
wenn auf Ober- und Unterseite des Halbleiterchips Schutzschich
ten vorgesehen sind oder der Halbleiterchip allseitig von einem
Gehäuse umschlossen ist.
Die beschriebenen Halbleiter-Bauteile mit auf einer Oberfläche
angeordneten Anschlußflächen werden üblicherweise als "Die Si
ze-Packages" bezeichnet und sind beispielsweise in der WO
96/02071 A1 beschrieben.
Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips mit den Kon
taktflächen des metallischen Anschlußrahmens erfolgt über die
auf einer der Oberflächen des Die Size-Packages liegenden An
schlußflächen. Hierzu wird das Package mit den Anschlußflächen
voran auf den Anschlußrahmen aufgesetzt, und die elektrischen
Kontakte werden hergestellt.
Dies kann beispielsweise durch Lötverbindungen geschehen. Dann
bestehen die Anschlußflächen, die auch als Bondhügel bezeichnet
werden, aus einem Lotmaterial wie Weichlot oder Lotpaste oder
aus einem lötbeständigen Material. In letzterem Fall wird auf
die Anschlußflächen des Halbleiterchip-Bauteils und/oder auf
die Kontaktierungsstellen des Anschlußrahmens ein Lotmaterial
aufgetragen, und dann werden die Lötverbindungen hergestellt.
Bevorzugt werden die Lötverbindungen mit Zinn-Blei-Lot ausge
führt. Aufgrund der hohen Duktilität dieses Materials können
die Lötverbindungen hohe mechanische Spannungen absorbieren,
ohne daß Materialermüdungen auftreten.
Besonders günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn der metalli
sche Anschlußrahmen aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung be
steht. Bevorzugte Legierungen sind Kupfer-Zinn-Legierungen wie
CuSn6. Wegen der hohen Duktilität dieser Materialien sind die
so hergestellten Chipkartenmodule und die diese enthaltenden
Chipkarten sehr wenig anfällig gegen Biegebelastungen. Ihre Zu
verlässigkeit ist daher ausgezeichnet.
Die Abgriffseite des Anschlußrahmens kann auf bekannte Weise
mit einer oder mehreren Schutzschichten versehen sein.
Die Lötverbindungen zwischen Chip-Anschlußflächen und Anschluß
rahmen können auf an sich bekannte Weise hergestellt werden.
Ein bevorzugtes Verfahren ist das Heißluftlöten. Die Lötfähig
keit bietet zudem die Gewähr dafür, daß das Gehäuse einen hohen
Widerstand gegen Feuchtigkeit aufweist, die Gefahr von Rissen
im Package aufgrund eindringender Feuchtigkeit also minimal
ist.
Eine alternative Kontaktierungsmethode besteht darin, Anschluß
flächen und Anschlußrahmen mit Hilfe eines leitfähigen Kleb
stoffes zu verbinden. Materialien und Techniken entsprechen den
üblicherweise auf dem Gebiet der Halbleitertechnologie verwen
deten.
Die Montage der Die Size-Packages kann grundsätzlich auf her
kömmliche Weise unter Verwendung üblicher Verfahrensschritte
erfolgen. Zweckmäßig erfolgt die Montage auf einem Anschlußrah
menband, aus dem die einzelnen Chipkartenmodule und die Kon
taktflächen erst nach Positionierung und Kontaktierung der Die
Size-Packages herausgetrennt werden.
Die Implantation der erfindungsgemäßen Chipkartenmodule in eine
Chipkarte erfolgt mittels gängiger Verfahren.
Neben den bereits erwähnten Vorteilen der erhöhten Stabilität
und Zuverlässigkeit gegen mechanische und chemische Belastungen
weisen die erfindungsgemäßen Chipkartenmodule einige weitere
Vorteile auf. Zum einen sind sie mit geringem Materialaufwand
einfach, schnell und kostengünstig herstellbar. Dadurch daß
keine Abdeckung des montierten Halbleiterchips mit Epoxidharz
oder ähnlichem erforderlich ist, kann gegenüber herkömmlichen
Fertigungsverfahren ein Arbeitsschritt eingespart werden. Zudem
unterliegt die Gehäusegröße des Die Size-Package nur äußerst
geringen Schwankungen, so daß Chipkartenmodule mit reproduzier
baren Konturen herstellbar sind. Weiterhin ist die Bauhöhe der
erfindungsgemäßen Chipkartenmodule geringer als diejenige der
auf übliche Weise hergestellten Module. Dies wirkt sich auf die
Chipkartenqualität aus. Aufgrund der geringen Bauteil-Gesamt
höhe des Chipkartenmoduls kann der Kartenträger, dort wo der
Chipkartenmodul implantiert werden soll, eine höhere Wanddicke
aufweisen als bei herkömmlichen Chipkartenmodulen, so daß die
Chipkarte eine ebene Oberfläche ohne Einfallstellen auf der
Kartenoberfläche besitzt.
Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Zeich
nung näher erläutert werden. Darin zeigen
Fig. 1 schematisch einen erfindungsgemäßen Chipkartenmo
dul in Draufsicht;
Fig. 2 schematisch den Chipkartenmodul gemäß Fig. 1 im
Querschnitt und
Fig. 3 schematisch eine Chipkarte, welche den Chipkarten
modul gemäß Fig. 1 und 2 enthält.
Der in Fig. 1 dargestellte Chipkartenmodul 1 umfaßt einen An
schlußrahmen 2, aus dem Kontaktflächen 3 herausgestanzt sind.
Die einzelnen Kontaktflächen 3 sind jeweils mit einer Anschluß
fläche 5, deren Lage durch die gepunkteten Bereiche verdeut
licht ist, elektrisch leitend verbunden. Die Anschlußflächen 5
sind auf einer Oberfläche 4 eines Die Size-Packages 7 angeord
net. Das Package dient im fertigen Chipkartenmodul als Binde
glied, welches die bei der Vereinzelung der Chipkartenmodule
aus dem Anschlußrahmen herausgestanzten Kontaktflächen 3 veran
kert.
Fig. 2 zeigt den Chipkartenmodul gemäß Fig. 1 im Querschnitt im
Bereich von zwei Anschlußflächen 5. Diese sind mit den zugehö
rigen Kontaktflächen 3 durch eine Lotverbindung 6 elektrisch
leitend verbunden.
In Fig. 3 ist im Querschnitt eine Chipkarte 10 dargestellt, in
die der in Fig. 1 und 2 gezeigte Chipkartenmodul implantiert
ist. Die Implantation erfolgt auf herkömmliche Weise, indem der
Chipkartenmodul 1 in eine Ausnehmung im Kartenkörper 8 mit
Klebstoff 9 eingeklebt wird.
Claims (10)
1. Chipkartenmodul (1), welcher einen Halbleiterchip umfaßt,
der elektrisch leitend mit einem metallischen Anschlußrahmen
(2) kontaktiert ist, in dem Kontaktflächen (3) ausgebildet
sind, wobei der Halbleiterchip mit Anschlußflächen (5) voran
auf den Anschlußrahmen (2) aufgesetzt und über die Anschlußflä
chen (5) mit den Kontaktflächen (3) elektrisch leitend kontak
tiert ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlußrahmen eben ausgebildet ist und
daß der Halbleiterchip auf wenigstens einer Seite mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht versehen ist, auf deren vom Halbleiterchip abgewandter Oberfläche (4) die Anschlußflä chen (5) ausgebildet sind, die mit den Kontaktierungsstellen des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden sind.
daß der Anschlußrahmen eben ausgebildet ist und
daß der Halbleiterchip auf wenigstens einer Seite mit einer elektrisch isolierenden Schutzschicht versehen ist, auf deren vom Halbleiterchip abgewandter Oberfläche (4) die Anschlußflä chen (5) ausgebildet sind, die mit den Kontaktierungsstellen des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden sind.
2. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußflächen (5) an die Kontaktflächen (3) gelötet
sind.
3. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lötverbindung (6) aus Zinn-Blei-Lot besteht.
4. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußflächen (5) mit einem elektrisch leitfähigen
Klebstoff an die Kontaktflächen (3) geklebt sind.
5. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlußrahmen (2) aus Kupfer oder einer Kupfer-Le
gierung besteht.
6. Chipkartenmodul gemäß Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anschlußrahmen (2) aus einer Kupfer-Zinn-Legierung und
insbesondere aus CuSn6 besteht.
7. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterchip auf Ober- und Unterseite mit elektrisch
isolierenden Schutzschichten versehen ist.
8. Chipkartenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterchip allseitig von einem elektrisch isolie
renden Gehäuse (7) umschlossen ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines Chipkartenmoduls gemäß An
spruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußflächen (5) durch Heißluftlöten an den Kontakt
flächen (3) befestigt werden.
10. Chipkarte (10),
dadurch gekennzeichnet,
daß sie einen Chipkartenmodul (1) gemäß einem der Ansprüche 1
bis 8 umfaßt.
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