DE69028334T2 - Herstellungsverfähren für elektronische Module - Google Patents

Herstellungsverfähren für elektronische Module

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Description

  • Die Erfindung betriffi die Kapselung integrierter Schaltungschips, insbesondere im Hinblick auf ihre Anbringung auf einem portablen Träger.
  • Das übliche Verfähren zum Kapseln integrierter Schaltungen, die beispielsweise auf einer Chipkarte angebracht werden sollen, ist das folgende:
  • - der Schaltungschip wird entweder auf ein Gitter von Leitern aus Metall oder auf einen dielektrischen Träger aus mehrlagigem, gedruckte und photogeätzte Leiter tragendem Epoxydglas aufgebracht; diese Leiter umfässen einerseits einen Kontaktbereich, auf welchen die Rückseite des Schaltungschips aufgelötet wird, und andererseits Kontaktbereiche, auf welche Gold- oder Alumiunmdrähte aufgelötet werden, die außerdem auf den Kontakten des Schaltungschips verlötet werden; diese Leiter bilden darüber hinaus äußere Anschlußklemmen der integrierten Schaltung nach der Kapselung; die Kontaktbereiche können auch direkt auf dem Schaltungschip verlötet werden (sogenanntes TAB-Verfahren);
  • - der Schaltungschip und seine Anschlußdrähte werden teilweise oder vollständig mit einem Schutz gegen mechanische und chemische Angriffe bedeckt; dieser kann ein Epoxydharz oder ein Silikonharz sein;
  • - das die durch das Harz geschützten Schaltungschips tragende Band wird in einzelne Mikromodule zerschnitten;
  • - das Mikromodul wird so in eine in einem portablen Träger aus Kunststoff ausgeformte künstliche Vertiefling eingeklebt, daß die Anschlußdrähte an der Oberfläche zugänglich bleiben.
  • Der Kunststofffräger kann durch Spritzgießen hergestellt werden (der Kunststoff ist dann beispielsweise ABS-Harz); er kann auch durch spanabhebendes Formen hergestellt werden; er kann durch Laminieren zuvor zurechtgeschnittener Kunststoffolien hergestellt werden (wobei die Schnitte vor allem der Herstellung der das Mikromodul aufnehmenden Vertiefung dienen); in diesem Fall kann der Kunststoff Polyvinylchlorid sein.
  • Bei diesen Verhren zum Befestigen des Moduls auf seinem Halteträger treten mehrere Probleme auf; ein erstes Problem ist die Gefahr, daß das Harz zum Schutz des Schaltungschips während dessen Anbringung zwschen die Leiter ffießt; das Überfließen behindert die Vorgänge zum Befestigen des Moduls auf seinem Träger; bei einer Karte ist ein zweites Problem die Notwendigkeit, das Mikromodul durch Kleben zu befestigen, da die Zuverlässigkeit dieser Befestigungsweise unter Berücksichtigung des Unterschieds zwischen den die Karte und den das Mikromodul bildenden Materialien nicht ideal ist; ein drittes Problem ist die Reproduzierbarkeit der äußeren Abmesssngen des Mikromoduls, welches in eine Vertiefung gegebener (bevorzugt sehr wenig tiefer) Abmessungen in der gedruckten Schaltung mit Schaltungschips eingepaßt werden muß.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zuverlässigkeit der Montage, die Reproduzierbarkeit der Abmessungen des Mikromoduls und die Verringerung seiner Höhe unter Beibehaltung eines leicht durchhhhrbaren Herstellungsverflihrens zu verbessern.
  • Aus der europäischen Patentanmeldung EP-A-0197438 ist ein Verfähren bekannt, welches darin besteht, einerseits ein Metallgitter mit einer Vielhahl von Öffiiungen, in welche Zungen hineinragen, die Kontaktbereiche bilden sollen, und andererseits Kunststoffplättchen herzustellen, die auf den Zungen jeder Öffhung angeordnet werden, um einen integrierten Schaltungschip auf den Boden der Aussparung jedes Plättchens zu kleben und die Anschlußklemmen des Schaltungschips mit den Zungen zu verbinden.
  • Es ist auch ein Mikromodul bekannt mit einer Form, die durch ein auf die Kontaktbereiche des Mikromoduls geklebtes ringförmiges, metallverkleidetes Endstück bestimmt wird (Patentanmeldung EP-A-023 1937).
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfähren zur Kapselung einer integrierten Schaltung vorgeschlagen, welches im wesentlichen darin besteht, daß von einem Mischsubstrat aus Kunststoff und Metall ausgegangen wird, welches durch Übertragung (Kleben oder Übertragung durch Wärme) einer zuvor perforierten, dielektrischen Abschirmung auf ein vorgeschnittenes Metallgitter ausgebildet wurde. Diese dielektrische Abschimung ist beispielsweise ein Kunststoffband. In einem anderen Beispiel ist diese Abschimung ein gegossener, geschnittener oder spanabhebend bearbeiteter Vorformling.
  • Wie beansprucht, betriffl die Erfindung ein Verfähren zur Herstellung eines Mikromoduls, umfässend die Schritte:
  • - Schneiden eines leitfähigen Gitters aus Metall, um zukünftige elektrische Anschlußklemmen festzulegen, wobei das Gitter in Form eines Bandes ausgebildet wird, um eine Mehrzahl von Mikromodulen in Reihe auf diesem Band zu erzeugen;
  • - Perforieren einer dieelektrischen Abschirmung;
  • - Übertragen der Abschirmung auf das Gitter;
  • - Anordnen eines integrierten Schaltungschips in einer Perforation der Abschirmung und Ausbilden elektrischer Verbindungen zwischen dem Chip und sich in anderen Perforationen der Abschirmung befindenden Zonen des Gitters.
  • Erfindungsgemäß ist diese Abschirmung in Form eines Bandes ausgebildet, um eine Mehrzahl von Mikromodulen in Reihe auf diesem Band zu erzeugen.
  • Bevorzugt sind die Ausschnitte des Gitters und die Pefforationen der Abschirmung derart ausgebildet, daß das Gitter sämtliche Perforationen des Bands zumindest im Nutzbereich der Kontakte des auf diese Weise hergestellten, gekapselten Moduls vollständig ausfüllt.
  • Unter "Übertragung" der dielektrischen Abschirmung auf das Gitter "durch Wärme" wird ein Vorgang verstanden, durch welchen die dielektrische Abschirmung als Band abgewickelt und bei einer Temperatur, bei der das Band weich wird oder schmilzt, auf das Gitter aufgebracht wird; das Band haftet während der Abkühlung auf dem Gitter an. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, daß das Gitter Unebenheiten und Schnitte aufweist, die das Anhaften begunstigen. Solche Unebenheiten sind beispielsweise nicht entfernte Schnittgrate, über das Gitter ragende Vorsprünge, Löcher etc.
  • Das Kunststoffband kann aus einem Flachband bestehen. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, daß vor dem Aufbringen eines Schutzmaterials oder sogar vor dem Aufbringen des Schaltungschips der den Schaltungschip umfassende Bereich und seine Anschlüsse von einem Schutzring umgeben werden, dessen Höhe so gering wie möglich, jedoch ausreichend ist, um die Höhe des Schaltungschips und der Anschlüsse zu überschreiten (besonders dann, wenn diese Anschlüsse gelötete Drähte sind). Dieser Ring dient der Bildung einer Vertiefung, in welche das Schutzinaterial eingegossen wird, und kann ein Metallring sein.
  • Das Kunststoffband kann auch aus einem Flachband bestehen, welches von Zeit zu Zeit ringförmige Erhöhungen oder Ausstülpungen aufweist: an dem Ort, an dem auf dem Band später der Ring angebracht würde, wird sie in einem Durchgang ausgebildet, beispielsweise durch Gießen oder spanabhebende Bearbeitung.
  • Das Schutzmaterial kann ein thermoplastisches Harz (ein Polyurethanharz) oder ein warmaushärtendes Harz (ein Silikonharz) sein. Es ist grundsätzlich isolierend, kann jedoch bevorzugt ein nicht verlustloses Dielektrikum sein (um zu einem Widerstand von etwa 10 bis 10000 MΩ zu führen). Dies erlaubt die Ableitung elektrostatischer Ladungen über die Leiterdrähte
  • Wenn das Schutzharz aufgebracht wird, verflüchtigt es sich nicht durch die Zwischenräume des ausgeschnittenen Gitters, da bevorzugt die Vorsichtsmaßnahme getroffen wurde, daß zumindest in den Nutzabschnitten diese Zwischenräume alle durch das Kunststoffband abgedichtet sind.
  • Somit wird ein Mikromodul hergestellt, welches einerseits ein isolierendes Material (Kunststoff), welches durch das perforierte, mittels Kleben oder Wärmeübertragung auf dem geschnittenen Leitergitter befestigte Band repräsentiert wird, und andererseits bevorzugt ein Schutzinaterial (Harz) umfaßt, um den Schutz des Schaltungschips gegen mechanische und chemische Angriffe zu vervollständigen. Die Perforationen des Bandes bedecken die Leiterbereiche des geschnittenen Gitters, ohne die Zwischenräume zwischen diesen Bereichen zu überdecken; ein integrierter Schaltungschip wird in einer Perforation des Bandes plaziert und elektrisch mit sich in anderen Perforationen des Bandes befindenden Leiterbereichen verbunden.
  • Zur Anbringung auf einer Karte oder gedruckten Schaltung ist bevorzugt vorgesehen, daß das Material der zugeordueten Kunststoff-Abschirmung mit dem Kunststoff der Karte (beispielsweise Polyvinylchlorid) verträglich ist; somit kann dann das Mikromodul direkt in einer auf der Karte ausgebildeten Vertiefinig plaziert werden, wobei das Kunststoffband des Mikromoduls direkt in Berürung mit dem Kunststoff der Karte steht; die Montage erfolgt durch beispielsweise Kleben oder Ultraschall-Löten, was im Stand der Technik mit den wenig verträglichen Materialien auf der Karte und dem Mikromodul schwer möglich war.
  • Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich während des Lesens der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefligten Zeichnungen, in welchen:
  • Fig. 1 in einer Ansicht von oben und im Schnitt ein erfindungsgemäß geschnittenes Metallgitter zeigt;
  • Fig. 2 in einer Ansicht von oben und im Schnitt ein Band von erfindungsgemäß verwendeten, vorperforierten, dielektrischen Abschirmungen zeigt;
  • Fig. 3 im Schnitt das durch Kleben oder Wärmeübertragung auf das Gitter übertragene Band zeigt;
  • Fig. 4 einen auf dem Gitter positionierten und mit diesem verbundenen integrierten Schaltungschip zeigt;
  • Fig. 5 das Aufbringen eines Rings und eines Schutzharzes zeigt, wobei der Ring sogar bevorzugt vor dem Schaltungschip angebracht werden kann; und
  • Fig. 6 eine Ausfirungsvariante zeigt, in welcher der Schutzring in das Band integriert und nicht auf diesem befestigt ist.
  • Nachstehend wird nun das erfindungsgemäße Verhren unter Bezugnahme auf die Figuren im eizelnen beschrieben. Es wird von einem vorgeschnittenen Metallgitter 10 ausgegangen, welches die zukünftigen elektrischen Anschlußklemmen des herzustellenden Mikromoduls definiert. In der Praxis wird nicht ein isoliertes Gitter für ein einzelnes Mikromodul erzeugt, sondern ein Gitter in Form eines fortlaufenden Bandes; die Mikromodule werden in Reihe auf diesem Band erzeugt; sie werden erst am Ende des Herstel- lungsprozesses voneinander getrennt, bei für Chipkarten bestimmten Mikromodulen sogar erst zum Zeitpunkt der Anbringung auf der Karte.
  • Das Metallgitter wird durch mechanisches Schneiden oder Ausschneiden (Ausstanzen) hergestellt. Es hat eine Dicke von etwa einigen Zehntel Millimetern. Es ist infolgedessen verhältnismäßig widerstandsfähig. Es kann beispielsweise aus einer Eisen-Nickel- Verbindung, Kupfer oder auch reinem Nickel bestehen; es kann auf der Rückseite und auf der Vorderseite an der Stelle, an der die Verbindungen zu einem Schaltungschip gelötet werden, mit Gold oder Silber überzogen sein.
  • Das Gitter umfäßt grundsätzlich einen leitenden Mittenbereich 12, der einen Schaltungschip aufhimt, und äußere Leiterbereiche 14, die diesen Mittenbereich umgeben. Die Bereiche sind durch Zwischenräume 16, die durch den Schneidevorgang erzeugt werden, voneinander getrennt. Diese Zwischenräume sind in der Aufsicht und dem Schnitt gemäß Fig. 1 sichtbar.
  • Außerdem wird ein Band 20 von dielektrischen Abschirmungen aus perforiertem Kunststoff in Form eines im wesentlichen ebenen Bandes hergestellt (Fig. 2). Die Perforierungen in diesem Band werden an sinnvoll gewählten Stellen beispielsweise durch Kaltverformung erzeugt. Diese Perforationen umfassen im prip ein Mittenloch 22 (um einen integrierten Schaltungschip aufzunehmen) und äußere Löcher 24 (für den Zugang zu den Anschlußklemmen).
  • Die Lagen des Mittenlochs 22 und des Mittenbereichs 12 entsprechen einander so, daß dann, wenn das Kunststoffband auf dem Metallgitter befestigt wird, das Mittenloch 22 über dem Mittenbereich 12 zu liegen kommt, bevorzugt, ohne über einem Zwischenraum 16 des ausgeschnittenen Gitters zu liegen zu kommen. Das Mittenloch 22 ist infolgedessen kleiner als der Bereich 12 und wird innerhalb dieses Bereichs angeordnet. Auf gleicher Weise entsprechen sich die Lagen der äußeren Löcher und der äußeren Leiterbereiche so, daß dann, wenn das Band 20 auf dem Gitter 10 befestigt wird, jedes äußere Loch 24 gegenüber einem Ende eines jeweiligen Leiterbereichs 14 zu liegen kommt. Auch hier überdecken bevorzugt die Löcher die Zwischenräume 16 zwischen Leiterbereichen nicht.
  • Ausgehend von dem vorgeschnittenen Gitter und dem vorperforierten Band wird das Band auf das Gitter übertragen, wobei auf die vorstehend angegebenen Relativlagen geachtet wird. Das Kunststoffband verschließt infolgedessen im Prinzip alle Zwischenräume zwischen Leiterbereichen des Gitters.
  • Das Übertragen kann durch einfäches Kleben erfolgen: das perforierte Kunststoffband und das ausgeschnittene Gitterband werden gleichzekig abgewickelt, wobei eine feine Kleberschicht zwischen diese beiden gebracht und das Band gegen das Gitter angedrückt wird. Das Übertragen kann auch durch Wärmeübertragung unter bloßem Andrücken des Bandes gegen das Gitter bei einer Temperatur, bei welcher das das Band bildende Material weich wird (beispielsweise bei 150 bis 200ºC entsprechend dem verwendeten Kunststoff), erfolgen. Dieses Andrücken im erwärmten Zustand errnöglicht ein wirksames Anhaften des Bandes auf dem Gitter während der Abkühlung.
  • Das Anhaften wird begünstigt, wenn die Oberfläche des Gitters Unebenheiten (Schnittgrate, senkrecht oder schräg aus der Oberfläche des Gitterbands herausragende Falten von Vorsprun gen etc.) aufweist.
  • Fig. 3 zeigt das Gitter und das Band überlagert im Schnitt und in vergrößertem (aber beliebigem) Maßstab (die relativen Dicken der Schichten und die dargestellten Breiten sind unbedeutend).
  • In Fig. 3 kann überprüft werden, daß Mittel und Wege gefunden wurden, um das Mittenloch 22 über dem Mittenbereich 12 anzuordnen, ohne über diesen Bereich hinauszutreten. Darüber hinaus sind die Löcher 24 über Enden der Leiterbereiche 14 angeordnet, ohne sich oberhalb der Zwischenbereiche 16 zu erstrecken.
  • Die Zwischenräume des Gitters sind infolgedessen alle verschlossen, aufjeden Fall im Nutzbereich des Mikromoduls.
  • Nun wird ein Schaltungschip 26 auf dem so gebildeten, Metall/Kunststoff-Mischband plaziert (Fig. 4).
  • In dem dargestellten Beispiel wird der Schaltungschip an seiner Rückseite innerhalb des Lochs 22 auf den mittigen Leiterbereich 12 geklebt oder gelötet; er wird mittels Verbindungsdrähten 28 (beispielsweise Gold- oder Aluminiumdrähten) mit den äußeren Leiterbereichen verbunden. Diese Drähte werden einerseits auf die Kontakte des Schaltungschips und andererseits auf die Leiterbereiche 14 innerhalb der Löcher 24 des Kunststoffbandes 20 gelötet.
  • Die rückwärtigen Flächen des geschnittenen Metallgitters, d.h. die nicht durch das Band 20 bedeckten Seiten, werden zu den Kontaklächen für den Zugang zu der integrierten Schaltung von außen, insbesondere in dem Fall, in dem das Mikromodul in eine Chipkarte bzw. eine gedruckte Schaltung mit Schaltungschips eingebaut wird.
  • Um den Schaltungschip 26 und die Verbindungsdrähte 28 wird ein Schutzring 30 angeordnet (Fig. 5). Dieser Ring besteht bevorzugt aus Metall (er könnte aber auch aus Kunststoff sein); er kann geklebt oder mittels Wärme auf das Kunststoffband 20 übertragen werden. In diesem Fall wird der Ring bevorzugt vor dem Anbringen des Schaltungschips angebracht. Der Ring umgibt die in dem Band 20 ausgebildeten und einem vorbestimmten Mikromodul entsprechenden mittigen und äußeren Perforationen. Es ist vorstellbar, daß ein Mikromodul mehrere angeschlossene oder nicht angeschlossene Schaltungschips umfaßt, in welchem Fall der Ring alle diesem Mikromodul entsprechenden Schaltungschips und Verbindungsdrähte umgibt. Die Höhe des Rings wird unter Berücksichtigung der Dicke des Bandes 20 so gewählt, daß der obere Rand des Rings höher ist als der Schaltungschip und die Drähte.
  • Der Ring und das Kunststoff/Metall-Mischband definieren dann eine Vertiefimg zum Schutz des Schaltungschips und der Drähte. Diese Vertiefinig wird mit einem Schutzmaterial 32 (beispielsweise einem thermoplastischen Harz wie etwa Polyurethan oder einem warmaushärtenden Harz wie etwa ein Silikonharz) gefüllt. Das Schutzmaterial umhüllt den Schaltungschip und die Leiterdrähte vollständig. Sein Volumen wird seitlich durch den Schutzring festgelegt. In Höhenrichtung füllt das Material den Ring bevorzugt vollstandig aus. Falls es beim Einfüllen über den Ring hinaus läuft, kann es danach plan abgeglichen werden.
  • Unter der Voraussetzung, daß so vorgegangen wurde, daß alle Perforationen des Kunststoffbandes 20 am Boden durch Abschnitte des Leitergitters 10 verschlossen sind, verflüchtigt sich das Harz - selbst wenn es sehr flüssig ist - nicht durch die Zwischenräume 16 zwischen den Leiterbereichen des Gitters.
  • In Fig. 6 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, die sich von der vorangehenden dadurch unterscheidet, daß der Schutzing kein auf das Band 20 aufgebrachter Ring, sondem ein gegossener oder spanabhebend ausgeformter, integraler Teil des Bandes 20 ist. Dieser Abschnitt 34 erhebt sich von Zeit zu Zeit (am Ort jedes Mikromoduls) auf dem das Band 20 bildenden, ebenen Band.
  • Die Rückseite des Gitters liegt vollkommen bloß, ih. ist nicht von isolierendem Material bedeckt. Die Rückseite des Gitters bleibt für einen elektrischen Kontakt zwischen den Leitern und Kontakten eines Chipkartenlesers direkt zugänglich.
  • Es wurde somit ein Metall/Kunststoff-Mischband realisiert, welches von Zeit zu Zeit durch einen Ring und ein isolierendes Schutzmaterial geschützte Schaltungschips trägt. Man erzeugt demzufolge eine Rolle von Mikromodulen auf einem Band. Das Band wird erst am Ende der Herstellung der Mikromodule auch erst zum Zeitpunkt des Anbringens auf Chipkarten in einzelne Mikromodule oder zerschittten.
  • Die hinsichtlich der Abmessungen des Mikromoduls erzielte Genauigkeit ist sehr gut und von einem Mikromodul zum nächsten reproduzierbar; es besteht daher in Höhen- als auch in Breitenrichtung keine Behinderung durch auf die Größenungenauigkeit der Schutzharztropfen zurückzuführende Probleme wie in der Vergangenheit.
  • Die Höhe des Rings 30 kann auf das genaue Minimum reduziert werden, da sie genau gesteuert wird; bei einer Chipkarte ist besonders wichtig, daß das Mikromodul eine so weit wie möglich verringerte Höhe hat, jedoch ist hierzu ein sehr zuverlässiges Herstellungsverfahren erforderlich; dies wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht.

Claims (10)

1. Verfähren zur Herstellnng eines Mikromoduls, umfässend die Schritte:
- Schneiden eines leitfähigen Gitters aus Metall (10), um zukünftige elektrische Anschlußklemmen festzulegen, wobei das Gitter in Form eines Bandes ausgebildet wird, um eine Mehrzahl von Mikromodulen in Reihe auf diesem Band zu erzeugen;
- Perforieren einer dieelektrischen Abschirmung (20);
- Übertragen der Abschirmung auf das Gitter;
- Anordnen eines integrierten Schaltungschips (26) in einer Perforation (22) der Abschirmung und Ausbilden elektrischer Verbindungen zwischen dem Chlp und sich in anderen Perforationen (24) der Abschirmung befindenden Zonen (14) des Gitters; dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung in Form eines Bandes ausgebildet ist, um eine Mehrzahl von Mikromodulen in Reihe auf diesem Band zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perforationen (22, 24) der Abschirmung und die Schnitte des Gitters derart ausgebildet sind, daß die Abschirmung sämtliche Zwischenräume (16) zwischen Leitern des Gitters in dem einem herzustellenden Modul entsprechenden Nutzbereich überdeckt und ausfüllt.
3. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Schritt des Anbringens eines Schutzes durch ein Schutzmaterial (32), welches den Chip. und die Verbindungen in den Perforationen (22, 24) des Bandes aus Kunststoff (20) überdeckt.
4. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es das Anordnen eines den Chlp (26) und seine Verbindungen (28) ringförmig einschließenden Schutzrings (30) auf der Abschirmung umfäßt, wobei der Ring nach seiner Anbringung mit isolierendem Schutzmaterial (32) gefüllt wird.
5. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung stellenweise eine Ausstülpung (34) in Form eines den für den Chip und seine Verbindungen reservierten Raum umschließenden Rings umfaßt, und daß dieser Ring nach dem Anbringen des Chips und seiner Verbindungen mit einem Schutzmaterial (32) gefüllt wird.
6. Verfähren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial ein thermoplastisches oder warmaushärtendes Harz ist.
7. Verfähren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzmaterial ein nicht verlustioses Dielektrikum ist zum Zulassen der Ableitung elektrostatischer Ladungen.
8. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (20) durch Kleben oder Wärmeübertragung auf das Gitter übertragen wird.
9. Verfähren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Schritt des Trennens der Mikromodule zum Erzeugen einzelner Mikromodule.
10. Verfähren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Schritt der Kapselung zumindest eines der einzelnen Mikromodule in einen portablen Träger.
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