JP3936840B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本発明は薄型の半導体装置、特に可撓性を有する信頼性の高いICカードに関する。
【0002】
【背景技術】
従来の薄型半導体装置、例えばICカードについては、社団法人電子情報通信学会編集オーム社発行(1990年4月30日第1版第2刷発行)の電子情報通信ハンドブックの603ページから605ページや特公平7−99267号公報に開示されている。従来の接触型ICカードチップモジュ−ルの断面構造を第31図に示す。モジュール基板3136上に設けられたボンディングパッド3131はボンディングワイヤ3132で半導体チップ3134の外部端子に接続されている。これらは、モールド樹脂3133でモールドされている。ボンディングパッド3131は、堅いモジュール基板3136に設けられたバイヤホール3137を介して外部との信号の出し入れや電源をICカードに供給するための接触電極3135に接続されている。
【0003】
第31図に示したICカードチップモジュールを含むICカードの製造工程を第34図に示す。まず、モジュール基板3136の上面にボンディングパッド3131等をパターニングするための上面ホトレジスト膜形成工程、接触電極3135等をパターニングするための下面ホトレジスト膜形成工程、ホトレジスト膜をマスクとした導電膜のエッチング工程、モジュール基板(ガラスエポキシ基板)3136にバイヤホール3137となる孔開け工程、バイヤホール3137内部をメッキする工程、これらとは別に半導体ウエハ上に複数個形成した半導体チップ(ペレット)3134をカッテイングする工程、切り出した半導体チップ3134をモジュール基板3136にボンデイングする工程、半導体チップ上の電極とボンデイングパッド3131とをワイヤ3132でボンデイングする工程、半導体チップやボンデイングパッドを樹脂でモールドし、モールドチップとする工程(ICチップモジュールの完成)、モールドチップを搭載するためのカード基板をミリングし、凹部を形成する工程、ミリングされた凹部に接着剤を塗布する工程、凹部にモールドチップを接着する工程を経て製造される。
【0004】
また、従来の非接触型ICカ−ドの断面図を第6図に示す。半導体チップ62やセラミックコンデンサ61、64が堅い基板66の上にマウントされている。これらはボンディングワイヤにより接続されており、エポキシ樹脂63によってモールドされている。セラミックコンデンサ64は、信号の出し入れやエネルギ−を受け取るための巻線コイル67接続されている。これらは、基板66よりも柔らかい2枚のオ−バコート基板65の間に実装されている。
【0005】
また、第41図は薄型コンデンサチップ4151および薄型ICチップ4153が中立面に実装されたICカードの断面図である。薄型コンデンサチップ4151および薄型ICチップ4153の外部端子は、可撓性の基板4156上にスクリ−ン印刷された電極4155、4157、4158に導電性接着剤を用いて接続されている。また、薄型コンデンサチップや薄型ICチップの無い領域にはスペ−サ4154、4159を配置し、これらを覆うように前記基板4156と対向させて上部カバ−4152が設けられている。
【0006】
第6図や第31図の構造のICカードを製造するには、例えば第34図を用いて説明したように、製造工程が長くなり、製造コストが高くなるという問題がある。さらに、ICチップの厚さが数百ミクロンと厚く、曲げ応力がかかると割れてしまうという問題がある。曲げ応力に対する割れ防止のために補強材を設ける構造も知られているが、曲げ防止のためであり、補強材も厚くなり、ICカード自体の厚さも0.76mm程度以下には薄くできないという問題があった。
【0007】
また、第41図に示す構造のICカ−ドの場合には、製造コストが安価である。また、薄いICチップがカード基板の中立面に配置されており、曲げ応力に対しては強いのであるが、ボールペンや鉛筆による局所的な押しつけ圧力(点圧)によって、薄型コンデンサチップや薄型ICチップが簡単に破壊されてしまい、用途が制限されることが本願発明者によって初めて見出された。
【0008】
本発明の目的は、種々の厚さを有する半導体装置の製造コストを安くできる構造を有する半導体チップ搭載カードを提供することにある。
【0009】
本発明の他の目的は、上記半導体チップ搭載カードを用いた半導体装置を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、ICチップを備えた半導体装置において、ICチップへの局部的な圧力(点圧)、特に1mm2以下の領域への局部的な応力に対してもICチップが壊れにくい、信頼性の高いカード状の半導体装置を提供することにある。
【0011】
本発明の他の目的は、信頼性の高い非接触型ICカードを提供することにある。
【0012】
本発明の他の目的は、信頼性が高く、かつ多機能で使いやすいICカードを提供することにある。
【0013】
【発明の開示】
上記目的は、厚さ0.1から110ミクロンの薄型のフレキシブルなICチップを備えたカード状の半導体装置において、ICチップの少なくとも片面に、局部的な応力に対しカード基板より堅い補強板を設けることにより達成される。すなわち、ICチップへ加わるべき局部的な応力が補強板により分散されるので、ICチップが壊れにくくなる。
【0014】
補強板としては金属板又は樹脂板を用いることができる。金属板を用いた方が、樹脂板を用いるよりも薄膜化できる。厚さとしては1〜110ミクロンが適している。この程度の厚さの場合、補強板は曲げ応力に追従して曲がることができる。なお、補強板はICチップの両面に設けることもできる。
【0015】
また、ICチップへの光(電磁波)を遮る遮光膜を設けることにより、より信頼性の高い半導体装置とすることができる。
【0016】
遮光膜としては導電性ペーストを用いることができる。また、遮光膜はカード基板上への導電性ペーストを用いた印刷による電極形成時や印刷によるコイル形成時に併せて形成することができる。材料を選ぶことにより上記補強板を遮光膜とすることもできる。
【0017】
また、印刷コイルはカード基板の片面、両面に形成することができる。ICカードリーダと近接して用いる場合には片面のみにコイルを形成してもよい。両面にコイルを形成することにより、より微弱な電波を検出することが可能となる。
【0018】
また、表面にプラスチック樹脂がコーティングされたICチップを用いることにより、より信頼性を向上することができる。これにより、異方導電性接着剤や異方導電性フィルムでICチップの外部端子を基板の電極と接続するとき、導電性粒子によるICチップ表面への応力を緩和することができる。
【0019】
また、接続端子部分に突起状のバンプが形成されたICチップを用いることにより、より信頼性を向上できる。
【0020】
また、ICチップを第1と第2の基板の間に配置する場合に、ICチップの領域に開口部を有するスペーサを前記第1と第2の基板の間に設けることにより、より信頼性を向上することができる。スペーサを設けることにより、ICカードの厚み方向に応力が加わった場合でもICチップへの応力を低減できる。なお、ICチップが薄い場合(50ミクロン以下)には、スペーサはなくてもよい。
【0021】
また、ICチップの外部端子と基板に形成された印刷電極とを異方導電性フィルムによって接続することにより、より安価で信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【0022】
また、半導体装置がICカードである場合、カードに外部端子を設けることにより、厚さの薄い(300ミクロン以下)接触式ICカードを提供できる。コイルも併せて備えることにより、接触・非接触共用の多目的なICカードとすることができる。
【0023】
また、ICチップの方がカード状の半導体装置を構成する基板よりも曲がり易い構成とすることにより、より信頼性を向上できる。
【0024】
また、複数の穴明け部分をICチップの周囲にコンタクト部を設けることにより、接触式ICカードを提供することができる。
【0025】
また、ICチップ内に設けられたメモリを一度書き込み型のメモリとすることにより、経済的で安全な半導体装置を提供できる。これは、一度書き込み型のメモリだとE 2 PROMよりメモリセル面積が約半分にできること、及び再書き込みができないことによる。
【0026】
また、第1の基板の表面に設けられた印刷電極パターンがICチップの外部端子と対向して(フェースダウン)接続され、第2の基板が第1の基板の印刷電極パターンおよびICチップの上面をカバーするように設けられている半導体装置において、第2の基板の一部に孔が設けられており、当該孔の内部に、電極を表面と裏面にもつ別の基板を埋め込むことにより、経済性と信頼性に優れた半導体装置を提供できる。
【0027】
なお、荷札など人が携帯することを前提としない用途、またICチップに局部的な応力がかからない用途のカード状半導体装置では、補強板はなくてもよい。
【0028】
本発明に係る補強板を用いることにより、100ミクロン程度から250ミクロンの厚さの薄型ICカードであっても点圧に強く、信頼性の高いカード状の半導体装置を提供できる。また、基板の両面にコイルパターンを印刷することによりコイルの専有面積をコンパクトにすることができる。導電性を有する遮光膜を備えることにより、薄型ICカードでの光、紫外線、静電気による誤動作を防止できる。また、近接型のICカードでは片面のコイルパターンの形成でよく、低コストのICカードを提供できる。また、印刷コイルや異方導電性接着材を用い、薄型ICチップが中立面に設けることにより、安価な接触式ICカードを提供できる。
【0029】
本発明に係るカード状半導体装置は、会員カードや社員証をはじめ、貨物へ付けるタグ、電子マネー、免許証、テレホンカード、乗車券、商品券、図書カード、入園券等に応用できる。
【0030】
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。第1図は本発明に係るICカードの要部断面図である。11は上面カバー、12はスペーサ、13は薄型基板、14は裏面カバー、15は表面側コイル、16は裏面側コイル、17はスルーホール、18は薄型基板電極、19は導電性接着材、19AはICチップを示す。ICチップ19Aの厚さは約50μmであり、フレキシブルである。コイル15、16は、導電性ペーストを用いて薄型基板13(厚さ約50μm)の両面に印刷で形成されており、スルーホール17を介して互いに接続されている。ICチップ19Aは、コイル15や電極18に導電性接着剤19で接続されている。ICチップ19Aは上面カバ−11と裏面カバー14でラミネートされていて、表面の平坦性を確保するために、スペ−サ12がICチップの周辺に置かれる。
【0031】
表面側コイルと裏面側コイルとにより、非接触ICカードのアンテナが形成される。ICチップ19Aを中立面に配置するために、上面カバ−11は裏面カバ−14よりも厚い。ここでは、薄型基板13と裏面カバー14及びコイル15、16の合計の厚さがほぼ上面カバーの厚さとなるように設定されている。チップの厚さは0.1から110ミクロンのものを用いることができる。ICカードの厚さは、この上面カバーと裏面カバーとの厚さを選定することにより調節することができる。ICチップ19AはICカードの中立面に配置することが望ましいが、実用上は理想的な中立面からICカードの厚さに対して30パ−セントの誤差が許容される。
このような構造とすることにより、第49図に示すようにICカードを量産することが可能となる。ここで、4901はICチップが搭載された薄型基板シートが巻かれたロール、4907はICチップが搭載された薄型基板シート、4902は上側カバーシートが巻かれたロール、4908は上側カバーシート、4903は下側カバーシートが巻かれたロール、4909は下側カバーシート、4910はICが搭載された基板シートに上側及び下側カバーシートが接着されたICカードシート、4904はICカードシートが巻かれたロール、4905はガイドローラ、4906は基板シートを上側及び下側シートでラミネートする為の加圧ローラである。ICチップが搭載された基板シート4907の表面及び裏面に接着剤を塗布した後、この基板シート4907を上側カバーシート4908及び下側カバーシート4909で挟み込みラミネートされる。ラミネートされたICカードシートを所定の大きさに切断することにより、ICカードを得ることができる。接着剤は上側及び下側のカバーシートに塗布することもできる。
本方法により、大量のICカードを低価格で製造することができる。
【0032】
なお、ICチップ19Aの上部又は下部に少なくとも一方に点圧に対する補強板(図示せず)を設けることにより信頼性を向上できる。
【0033】
第2図は本発明に係るICカ−ドの平面図である。カ−ド基板21の上には、印刷コイル23とICチップ22が搭載されている。なお、ICチップとして、メモリ部やメモリ制御部及びセキュリテイ機能を備えたMPU、無線による制御のための高周波回路(TR)、エネルギ−を蓄えるためのコンデンサ(FC)を備えてえている。エンボス領域とは、例えばICカードを保持している人のID番号などを表示する領域である。補強板はMPUの在る領域に設けることが有効であり、さらにTRやFCの在る領域に設けることによりICカードの信頼性を向上できる。
【0034】
第3図は補強板を備えたカード状半導体装置の要部断面図を示す。第1図と同じ符号は同じものを示す。ICチップ19Aの上面にはカ−ド基材よりもヤング率が大きな材料からなる補強板31で裏打ちされている。補強板31の大きさはICチップよりも大きいことが望ましいが、実用上は同じ大きさか又は多少(数%)小さくともよい。補強板31の厚さはICチップ19Aの厚さの10パ−セントから1,000パ−セントの範囲とすることができる。望ましくは数十ミクロンである。
【0035】
第4図はカバー基板への補強板の取り付け方を示す断面図である。まず、ヤング率がカバー基板よりも大きな材料からなる補強板42(例えばステンレス板)をカバー基板(例えばPET基板)41に接着材で固定する。次に、補強板とほぼ同じ厚さのスペ−サ43をその周辺に貼付る。これにより、第3図に示した構造の補強板を有する上面カバーを得ることができる。シート状のカバー基板(シート基板)に複数の補強板を取り付けることにより、このシート基板を本発明のICカ−ドのカバ−シ−トとして使用することができる。
【0036】
第5図は補強板を有するカバー基板の平面図を示している。第4図(c)は第5図のA−A’の部分の断面図を示している。補強板の設けられている平面領域内にICチップが配置される。
【0037】
第7図は本発明に係るカード状半導体装置におけるICチップの外部端子と薄型基板の電極との接続部分の要部断面図を示す。ICチップ74の主面に存在する電極73の周辺には絶縁膜71とポリイミド膜75が形成されている。電極73の表面には金膜72(ICチップの外部端子)がメッキされている。この金膜72は、薄型基板78上に設けられた電極77と異方導電性接着材79で接続されている。なお、金膜72と電極77とは異方導電性接着材中に含まれる1から20ミクロンの微小の導電粒子76により電気的に接続されている。金膜72のポリイミド膜75から突き出た高さは導電粒子76の直径よりも大きいことが望ましい。高さを高くすることにより、ICチップエッジで導電粒子によるショートを低減することができる。
【0038】
ポリイミド膜75のヤング率は絶縁膜71よりも小さいことが望ましい。これにより、導電粒子76によるICチップ74への局部応力の印加(アタック)を防止できる。
【0039】
また、第8図に示すようにカ−ド基板82の上には裏面が0.1ミクロンから3ミクロンの凹凸をもつ半導体チップ81を搭載することもできる。なお、このような凹凸は、半導体チップが複数形成されたウエハの裏面をスピンエッチングで薄膜化する際に形成される。スピンエッチングにより薄膜化されたICチップは、曲げや荷重に対して強い性質がある。
【0040】
従来のICカードに搭載されたICチップは第9図に示したように、半導体基板を薄くしたときの機械的研削のダメ−ジ層91が残っている。このダメージ層はICカ−ドが曲げられたときクラックの原因となって機械的強度が弱いICカードとなってしまう欠点を有する。このダメ−ジ層は化学的除去によって取り除かれる。化学薬品としてはフッ硝酸、水酸化カリウム、アンモニア水、ヒドラジンを用いることができる。
【0041】
第10図は第1図に示した裏面コイル(裏面パターン)の平面配置領域をICチップの平面配置領域まで拡張した場合の要部断面図を示す。薄型ICチップ1013の外部端子は、導電性接着剤1012で表面電極パタ−ン1011に接続される。表面電極パタ−ン1011は、フレキシブルな基板1014にスクリ−ン印刷などで形成されて、スルーホール1015により裏面パタ−ン1016に接続される。裏面パタ−ン1016は、チップ1013のサイズと同じかまたはそれ以上であることが望ましい。遮光性の材料を用いることにより裏面パターンを遮光膜として使用できる。表面パタ−ン1011と裏面パタ−ン1016とは組み合わされて、印刷コイルを形成することができる。また、堅い材料を選ぶことにより裏面パターンを点圧応力に対する補強板として用いることもできる。薄型ICチップ1013は、さらに上面または下面にシ−トが接着またはラミネ−トされてICカ−ドの中立面に配置される。ここでいう中立面は、理想的な中立面の位置からカード基板の厚さの30%の変異量を製造工程の精度から許容する。
【0042】
第11図は、本発明に係るICカ−ドの平面構造を示す。本ICカ−ドでは3個の薄膜チップを搭載した構成を示しているが、これに限定されない。チップ数は1個でもよく複数でもよい。またICチップを積層して設けてもよい。ここでは、薄型マイクロプロセッサチップ1121、薄型トランシ−バチップ1127、薄型コンデンサチップ1126がICカ−ド基板1122に搭載されている。なお、これらを1チップで構成してもよい。表面パタ−ン1124はスル−ホール1123によって、裏面パタ−ン1125に接続されている。このことにより、小面積で効率的がコイルパタ−ンが形成されている。コイルの形状はシステムの設計条件により、各種のパタ−ンが形成されるが、表面と裏面のパタ−ンを形成することは共通であり、裏面のパタ−ンの一部は必要に応じてICチップの裏面直下におかれて、紫外線、静電気、電磁波、化学的薬品、日光などからICチップの電気的、機械的、化学的保護を行う。
【0043】
第12図は本発明に係るカード状半導体装置の要部平面図を示す。裏面の保護パタ−ン1231はICチップ1232の下面にあって、ICチップの主面と対向して設けられている。コイルの上面パタ−ン1233は裏面パタ−ン1235とスル−ホール1236で接続されていて、さらにスル−ホール1234で再び上面にパタ−ンとして出される。裏面の保護パタ−ン1231と裏面パターン1235とを一つの工程で形成することができる。
【0044】
第13図は、第12図で示した半導体装置の裏面保護パターンが形成された部分の要部断面図である。裏面の保護パタ−ン1343が基板1342の下部に設けられ、ICチップ1341より大きい。裏面の保護パターン1343は遮光膜や点圧に対する保護板として用いることができる。
【0045】
第14図は本発明に係るカード状半導体装置の製造工程を示す。まず、第14図(a)に示すようにフレキシブルな基板1451(厚さ50μmのPET基板)の裏面に導電ペ−ストを用いてスクリ−ン印刷し、厚さ約20μmの導電パターン1452を形成する。なお、この導電パターン1452を裏面コイル部と裏面保護層部とに分けて形成することができる。次に、第14図(b)に示したように、裏面コイル部と表面コイルとを接続するためのスル−ホールの穴1453をパンチを用いて開孔する。位置合わせを行った後、基板1451の表面に銀ペ−ストを用いて表面コイルを含む導電パタ−ン1454を印刷する。銀ペースト材はチクソ性によってスルーホール1453のなかに埋め込まれ、接続プラグ1455となる(第14図(c))。その後、上下パターンが形成された基板の上に薄型ICチップ1456を異方導電性接着剤1457によって接着する(第14図(d))。これにより、第10図に示した半導体装置の構造を得ることができる。
【0046】
さらに、スペーサ1561とともに上面カバー1563と下面カバー1568とで間にはさみ込むことにより、カード状の半導体装置を得ることができる(第15図)。スペーサ1561は薄型ICチップ1564、導電性接着剤1565、導電性ペースト1562の段差を低減するものである。薄型基板1566の下にも導電性ペーストによる導電パタ−ン1567(裏面コイル部と裏面保護層部を含む)が存在する。なお、1569はスルーホールを示す。
【0047】
多数層のコイルを備えた厚膜型半導体装置を得ることもできる。第16図に当該装置の要部断面図を示す。第1の基板1671の表裏には表パタ−ン1672と裏パターン1674がスルーホール1673を介して接続されている。また第2の基板1676、第3の基板1677、第4の基板1678も同様に表裏にパタ−ンが形成されている。これらの基板はたとえば、導電性接着剤1675で第1と第2の基板が接続されるように、相互に積層状に接続されている。また、第3の基板の上には、薄型ICチップ1679が搭載されている。これらは、ICカードのインレットとして高密度コイル、低抵抗コイルをもつ高性能非接触ICカードを得ることができる。
【0048】
近接型のICカードでは大きなインダクタンスを備えたコイルは必要としない。このような場合には、第17図に示したように、ICカードの基板1712の表面片面にのみ一本の線からなるコイル1711を設ければよい。このコイルは、薄型ICチップ1713の電極1714に接続されている。
【0049】
第18図は第17図のA−A’の断面図を示している。ここで、1822が0.1から110ミクロンの薄型でフレキシブルなICチップ、1827が薄型基板、1824が異方導電性接着剤、1826が基板側の電極、1825がICチップ側の電極(外部端子)、1823がスペーサ、1821がカバ−であり、ICチップ1822は中立面に配置されている。本図では下部カバーが設けられていないが、ICカードの厚さを所定の厚さとするために下部カバーを設けてもよい。
【0050】
第18図に示したICカードにおいて、補強板1931をICチップの裏面に密着させて設けた例を第19図に示す。ここで、1922が0.1から110ミクロンの薄型でフレキシブルなICチップ、1927が薄型基板、1924が異方導電性接着剤、1926が基板側の電極、1925がICチップ側の電極(外部端子)、1923がスペーサ、1921がカバ−であり、ICチップ1922は中立面に配置されている。カバー1921のなかにはカバーよりもヤング率の大きな材料からなる補強層1931が埋め込まれている。この補強層を設けることにより、点圧や集中荷重による薄型チップの割れが低減され、信頼性を向上することができる。なお、本図では下部カバーが設けられていないが、ICカードの厚さを所定の厚さとするために下部カバーを設けてもよい。
【0051】
補強層2031、2041でICチップを挟み込んだ構造を第20図に示す。ここで、2022が0.1から110ミクロンの薄型でフレキシブルなICチップ、2027が薄型基板、2024が異方導電性接着剤、2026が基板側の電極、2025がICチップ側の電極(外部端子)、2023がスペーサ、2021がカバ−であり、ICチップ2022は中立面に配置されている。これにより、機械的強度をさらに強化することができる。カバー2021のなかにはカバーよりもヤング率の大きな材料からなる補強層2031が埋め込まれている。この構造によって、薄型チップが点圧や集中荷重などのよって割れに強くかつ低コストの非接触ICカードの構造を提供することができる。さらに、カバー2027よりヤング率がおおきな材料からなる補強層2041が埋め込まれた構造となっているので、機械的に十分な強度となる。
【0052】
なお、コイルパターンが薄型基板の両面に形成された構造においてもICチップの上下両面に補強層を設けることができる。
【0053】
ヤング率が大きな材料であるタングステンを薄型ICチップの近くに置いたときの点圧強度のデータを第21図に示す。この図から点圧に対する機械的強度が改善されていることが分かる。
【0054】
第22図は、補強板をICチップとほぼ同じ大きさとした例である。薄型のICチップ2215の裏面に接して、ほぼ同じサイズ(数%以内)でカバーシート2211よりもヤング率の高い材料からなる補強板2212で裏打ちしてある。これらが導電性接着剤2217でICチップ2215の外部端子が薄型基板2216の電極に接続されいる。なお、外部端子や電極は図示されていない。ICチップ2215と補強板2212とは、その周辺に設けられたスペーサ2213とともに、下側シート2214とカバーシート2211でラミネートされている。これにより、押し圧に強いICカードを得ることができる。
【0055】
第23図は、補強板2323とICチップ2327とに対してそれぞれ別々のスペーサ2321、2324を設けた例である。これにより、ICカードを容易に平坦化することができる。ここで、2322は上側カバーシート、2325は異方導電性接着材、2326は下側カバー、2328は薄型基板を示す。上側カバーシート2322は薄型のICチップ2327よりも大きなサイズでICチップを覆うように配置されている。ICチップは基板2328や下側カバー2326やスペーサ2324らによってラミネートされて表面が平坦で、厚さが100から760ミクロンの、点圧に強い薄いICカードを得ることができる。
【0056】
第24図は2枚の補強板2423、2432でICチップ2427を挟み込み、それぞれの補強板とICチップとに対してスペーサ2421、2431、2424を設けた例である。ここで、2422は一方のカバーシート、2433は他方のカバーシート、2425は異方導電性接着材、2428は薄型基板である。補強板2423、2432は、カバーシート2433、2422よりもヤング率の高い材料からなり、機械的応力に対する悪環境に耐えることができる。薄型ICチップそのものは、薄型の基板2428に導電性接着剤2425で安定して接着されている。スペーサ2421、2424、2431によりICカードの表面が平坦化される。また、ICカードに曲げ応力が加わった場合でも、ICチップへ加わるストレスを低減することができる。なお、それぞれの補強板やICチップに対してスペーサを設けることにより、各層単位で形成したものを張り合わせて形成できるので量産に適している。
【0057】
ICチップや補強板が薄い(50ミクロン以下)の場合には接着材の厚さを調整して製造することにより、スペーサを省略することができる。
【0058】
第25図は、第22図で示した構造において、さらに補強板2542及びスペーサ2541を設けた例である。ここで、2511は一方のカバーシート、2543は他方のカバーシート、2512はICチップ、2523はICチップの裏面に裏打ちされた補強板、2513はスペーサ、2516は薄型基板,2517は異方導電性接着材である。
補強板2542は、上側シート2511や下側シート2543よりもヤング率の大きな材料からなる。スペーサ2541や2513により、ICカードの表面は平坦化される。薄型ICチップ2512はヤング率の高い材料からなる補強板2523で裏打ちされており、薄型ICチップ2512よりも薄いフレキシブルな基板2516に搭載される。
これにより、点圧に強く、信頼性の高いICカードを安定して製造することができる。
【0059】
第26図は第22図から第25図に示したCカードの平面構造例である。それぞれ50μm程度にまで薄くされたマイクロプロセッサチップ2651とトランシーバチップ2654とコンデンサチップ2655とがICカード基板2652に搭載されている。これらは互いに電気的に接続されている。トランシーバチップ2654は、薄型基板の表面側にクリーン印刷により形成された導電パターン2657(コイル部を含む)と接続されている。また、導電パターン2657は、薄型基板の裏面側に形成された導電パターン2656とスルーホール2653を介して接続されている。ここでは、裏面側導電パターンを直線のラインで示したが、コイル状にすることもできる。これにより、より微弱な信号を取り扱うことができる。また、遠隔操作距離を延ばすことができる。
【0060】
次に、本発明に係るカード状半導体装置の製造方法について説明する。これにより、安価にカード状半導体装置を製造することができる。
【0061】
第27図(a)〜(c)は、補強板をカバーシートに取り付ける(メタル裏打ち)製造工程を示す断面図であり、第27図(d)は補強板を取り付け後のシートの平面図を示す。ここで、2761はカバーシート(PETを用いることができる)、2762は補強板(タングステンやステンレスを用いることができる)、2763はシート状スペーサを表す。
【0062】
まず、薄型シート2761を用意する(第27図(a))。次に、補強板(数mm角)を薄型シートに取り付ける(図27(b))。補強板の厚さは1から110ミクロンで、薄型ICチップと同じ程度とすることが望ましい。その後、第27図(c)に示したように、補強板の位置に対応して設けられた開孔部を有するスペーサシート2763を薄型シート2761に貼付ける。第27図(d)は第27図(c)に示したシートの平面図である。これにより、補強板付のカバーシートを容易に製造することができる。
【0063】
第28図(a)〜(e)は、第22図で示した補強板2212を備えたICチップの製造方法を示す。
【0064】
まず、ICが多数形成されたウエハ2871を準備する(第28図(a))。次に、支持シート2872をウエハの主面側に貼付てスピンエッチ装置でウエハ裏面を除去し、1から110ミクロンの厚さにまでウエハ2873を薄膜化する(第28図(b))。次に、薄膜化したウエハの裏面にウエハとほぼ同じサイズのメタル板2874を貼付る(第28図(c))。次に、枠2875がついているダイシングテープにメタルつきウエハを貼り付け、支持シートを取り除く(第28図(d))。その後、第28図(e)に示したように、ダイシング溝2876を形成することにより、薄型裏打ちメタル2878をもつ薄型チップ2877が完成する。これにより、効率的に大量生産で薄型メタル裏打ちチップを作成することができる。
【0065】
なお、ICチップや補強板が薄い(合計の厚さが約50μm以下)場合にはスペーサを省略することができる。スペーサを設けない場合のICカードの製造方法の一例を第50図(a)〜第50図(d)を用いて説明する。ここで、5001は導電パターン、5002はカード基板、5003は薄型チップ、5004は補強板、5005はカバーシート、5006は接着剤を表す。
【0066】
まず、カード基板5002に導電パターン5001を形成する(第50図(a))。次に、薄型チップの一面に設けられた外部端子と導電パターンとを異方導電性接着剤(図示せず)を用いて接続する(第50図(b))。次に、薄型チップの他面側に補強板5004を搭載する(第50図(c))。 なお、薄型チップと補強板とは発泡性フィルムを用いて固定する。その後、カバーシート5005を接着剤5006によりカード基板5002に接着する(第50図(d))。これにより、構造が簡単になり製造コストを低減できる。
【0067】
ここではカバーシートをカード基板の一面にのみ設けたが、必要に応じて(例えば、薄型チップをカード状半導体装置の中立面に配置するため、或いはカード基板の両面に導電パターンが設けられている場合において、その一方の導電パターンを保護するため)、他面にもカバーシートを設けることができる。
【0068】
ここに示されている構造の半導体装置は、薄型チップと補強板とが搭載された基板シートとカバーシート、又は薄型チップが搭載された基板シートと補強板が搭載されたカバーシートを用いて第49図に示した方法により量産することができる。
【0069】
第29図は、薄型基板2915に形成された導電パターン2914が露出した半導体装置を示す。ここで、2912は上側カバーシート、2911は上側カバーシートに設けられた開孔部、2913は接着材、2916は半導体チップを表す。下側の薄型基板2915の上には、導電性パターン2914が形成されており、半導体チップの外部端子(図示せず)が異方導電性接着剤(図示せず)で導電性パターン2914に接続されている。上側のカバーシート2912は導電性パターンが露出する開孔部2911を有し、下側の薄型基板2915と接着剤2913で接着されている。これにより、簡単な構造で信頼性の高い接触型ICカードを低コストで製造することができる。
【0070】
第30図は、第29図で示した導電パターンが露出された構造を有する半導体装置の平面図の一例である。ここで、3021はカバーシートに設けられた開孔部、3025は開孔部で露出された導電パターンの領域、3024は半導体チップ、3022は導電パターン領域3025と半導体チップ3024とを接続する配線を構成する導電パターン、3023はICカードを表す。
【0071】
カバーシートには開孔部3021が設けられており、露出された導電性パターン領域3025が外部からコンタクトできるようになっている。配線パターン3022は半導体チップ3024と電極で接続されている。これにより、接触型のICカードを得ることができる。
【0072】
半導体チップの外部端子と薄型基板上の導電パターンの電極部との接続部の構造の例を第32図に示す。
【0073】
半導体チップ3241はその表面にパッド(外部端子)3242を有する。薄型基板3246の表面には基板パターン3245が形成されている。それらは、導電粒子3243を含む接着剤3244(異方導電性接着剤)で接続されている。半導体チップ3241はカバーシート3247で覆われている。導電粒子は金で形成され、5〜10ミクロンの大きさを有する。異方導電性接着材を用いることにより、ワイヤボンディングが不要となり、薄型でかつ製造工程が低減できる。
【0074】
第33図は第29図で示した半導体装置を折り曲げた状態を示す要部断面図である。3351は半導体チップ、3352はカバーシート、3353は接着剤、3354導電パターン、3355は薄型基板、3356は開孔部を表す。
【0075】
半導体チップ3351は導電パターン3354に接続され、開孔部3356が設けられた開いたカバーシート3352でカバーされている。半導体装置の厚さを300ミクロン以下とすることにより、曲げることが可能な接触式ICカードを提供することができる。
【0076】
また、カード基板に磁気テープを備えることにより、従来の磁気カードを兼ねたICカードを提供することができる。また、当該の半導体チップは一度書き込み型のメモリとすることにより、E2PROMに比べて約半分と小さくなり、またセキュリテイの確保も容易にできる。
【0077】
第35図は本願発明にかかるICカードの製造方法を示すフロー図である。第34図に示したフローにおける上面及び下面ホトレジストパターン形成を電極パターンスクリーン印刷で形成できる。また、従来ペレットボンデイングとワイヤボンデイングの2工程を異方導電性フィルムを用いたチップ接着の1工程で形成できる。さらに、従来のトランスファモールド、カード基板ミリング、接着剤塗布及びモールドチップ接着の工程をICチップを挟み込むようなカバーシートの接着の工程で行うことができるので、工程が簡略化され低コストでICカードを製造できる。
【0078】
第36図は第29図で示した半導体装置の開後部の構造を改良した例を示す。すなわち、開孔部3611にコンタクト電極3681と電極3683を貫通導体3682で接続した基板を埋めて、異方導電性接着剤などで、導電性パターン3614と接続したものである。これにより、コンタクト部の平坦性やコンタクト信頼性を向上することができる。なお、3612はカバーシート、3613は接着材、3615は薄型基板、3616は半導体チップを表す。
【0079】
第37図は、同一の情報を記憶するための第1の薄型チップ3711と第2薄型チップ3714とを備えた半導体装置の平面図を示す。ここで、3712はICカード、3713はコイルを含む導電パターンを表す。同じ情報が複数の箇所に記憶されているので、ICカードが破壊されてもデータを回復する可能性を高めることができる。
【0080】
一方、従来のICカードを第38図に示す。ここで、3821はメモリーを含むICチップ、3822はICカード、3823はコイルを表す。この場合、チップがひとつなので、クラックなどで壊れてしまったとき回復は極めて困難であり、高額の金銭や秘密キーなど重要かつ大量のデータが失われてしまい、社会的信用喪失を招く恐れが高い。
【0081】
第39図には、同一の内容を記憶できるメモリ−を備えた第1の薄型チップ3931、第2薄型チップ3934及び第3の薄型チップ3935を備えた半導体装置を示す。ここで、3932はカード状半導体装置、3933は導電パターンを表す。同時に3つのチップが破壊することは極めてまれであるので、第37図で示した半導体装置よりも高い信頼性を確保できる。
【0082】
第40図は、第37図で示した半導体装置の変形例を示す。ここで、4042は第1の薄型チップ、4041と4044は第1の薄型チップの外部電極、4045はICカード、4046は導電パターン、4048は第2の薄型チップ、4047と4049は第2の薄型チップの外部電極を表す。
【0083】
ICカード4045には、薄型基板(図示せず)の片面のみに印刷したコイルを含む導電パターン4046が設けられ、一端が第1の薄型チップ4042の第1の電極4041に接続されて、他の一端が第2の電極4044に接続されるループと、一端が第2の薄型チップ4048の第1の電極4047に接続されて第2の電極4049に接続されるループが設けられている。いずれのループも片面印刷でよいので、経済性を図ることが可能となる。
【0084】
第42図は、第37図に示した半導体装置の薄型チップ及びアンテナ(コイル)のアーキテクチャを示す図面である。2つの薄型チップ4262と4263がアンテナ4261に接続されている。薄型チップにはそれぞれRF(高周波回路)とメモリが設けられている。メモリには同じ内容が書かれるので、一方が破壊したときはアンテナのインピーダンス変動が起こる。このインピーダンス変動を利用してアラームが検出されるようにすることができる。これにより、半導体チップが壊れたことを知ることができ、情報を他の記憶手段(他のICカード)に再記憶させることができる。
【0085】
第43図は、第42図に示したアーキテクチャの変形例である。アンテナ4371に接続されたRF(ラジオフリクエンシ:高周波)回路チップ4372が設けられ、これがマスタとなって、二つのスレーブメモリ4373と4374をもつ構成とする。いずれのチップがひとつ破壊されても、メモリの内容を読むことが出来る。また、破壊時のステータスが異なることを利用して、アラ−ム信号をアンテナからだすことができる。第42図の構成と異なり、RFを独立分離したことにより、各種のメモリを選択して構成することができ、アプリケーションに応じたICカードを制作することができる。
【0086】
第44図は、薄型チップ4413の外部端子部を示す断面図である。ここで、4411は金メッキパンプ、4412はポリイミド樹脂を表す。薄型チップ4413の表面には金メッキバンプ4411が設けられており、その間にはポリイミド樹脂4412が形成されている。薄型チップの表面にポリイミド樹脂を形成することにより、異方導電性フィルムでカード基板に接着するときの粒子による薄型チップ表面での傷の発生を低減でき、歩留まりを向上することができる。
【0087】
この構造を得るための従来の外部端子の製造工程を第45図(a)〜(d)に示す。ポリイミド膜を例にとって説明する。まず、表面にデバイスが形成された半導体ウエハ4521を準備する(第45図(a))。次に、ポリイミド膜4522を表面にコーティングする(第45図(b))。次に、表面のポリイミド膜をホトレジスト工程によって、電極部分の開口部4523を形成する(第45図(c))。その後、第45図(d)に示すように開口部に金メッキ部4524を形成する。従来例ではホトレジ工程が必要で経済的に不利であった。
【0088】
本発明に係る金メッキバンプの製造方法を第46図(a)〜(d)を用いて説明する。
【0089】
まず、半導体デバイスが既に形成されたウエハ4631を準備する(第46図(a))。次に、表面処理したウエハ4633に金メッキバンプ4632を形成する(第46図(b))。さらに、ウエハ4633全面にポリイミド樹脂膜4634をコーティングする(第46図(c))。その後、表面をアッシャ処理によって金メッキバンプの表面を露出し、金バンプの無い領域のポリイミド樹脂膜4635は残す(第46図(d))。これにより、ポリイミド膜に対するホトレジ工程が不要となり、低コストで製造できるようになる。
【0090】
従来は、プラスチック封止を行わない場合にはポリイミド樹脂は不要であった。すなわち、プラスチック封止では
ICチップ表面の配線へのストレスを低減してマイグレーションを防ぐためにポリイミド膜が使われていた。そのため、必ずしも必要ではなかった。
【0091】
しかしながら、本願発明においては、従来のポリイミド膜とは異なる特有の効果を得ることができる。
【0092】
ポリイミド樹脂膜の有用性を第47図を用いて説明する。
【0093】
第47図は、薄型基板4746に設けられた導電パターンと4745と薄型チップ4743の外部端子4742との接続部を示す断面図である。ここで、4744はポリイミド樹脂膜、4741は異方導電性接着材、4747は異方導電性接着材中に含まれる導電性粒子を表す。
【0094】
薄型基板4746に形成された導電パターン電極4745の領域では、導電微粒子は接続の安定を図るためには埋め込まれるほどに強く押しつけられる。一方、薄型ICチップ4743は金メッキバンプ(外部端子)4742の間にポリイミド樹脂膜4744を設けることにより、異方導電性接着剤4741に含まれる固い導電性粒子4747にアッタクされても薄型チップ4743の表面を傷つけることなく安定して接続することができる。
【0095】
なお、ウエハ4851上の金メッキバンプ4852の配列例を第48図の平面図で示す。一般に、バンプは半導体チップの周辺領域に設けられている。
【0096】
ここに示したカード状半導体装置は、カードリーダとの信号の受け渡しを行うことにより、電子マネー、会員カード、クレジット、電子キー、住民票、健康保険証、免許証、定期券、電子チケット、電子伝票などに応用することができる。
一例として、従業員証に応用した例を示す。
入社した人に対して、メモリに会社名や所属部署、氏名、従業員番号が記憶された従業員証が配布される。この従業員証を例えば、各事業部の受付に備え付けられたカードリーダを用いて読み取り、別途(管理用コンピュータに)記憶されている情報と照合することにより本人かどうかを確認することができる。
【0097】
また、電子チケットの場合には、料金と引き替えに入手したチケットを入場ゲートに備え付けのカードリーダで読み取り、その情報に基づいてチケットの正当性を確認後、ゲートが開き、入場できるようにできる。
【0098】
このように、カード状半導体装置を用いることにより、カードリーダを含む各種システムを構築することができる。
特に、補強板を備えたカード状半導体装置は、曲げ応力の他、局部応力にも強いので、機械的に過酷な環境下においても使用することができる。
【0099】
【産業上の利用可能性】
本発明は、電子マネー、会員カード、クレジット、電子キー、住民票、健康保険証、免許証、定期券、電子チケット、電子伝票などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第2図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第3図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第4図(a)〜(c)は、本発明に係る補強板の設置工程を示すためのカード状半導体装置の要部断面図である。第5図は、本発明に係る補強板を備えたカバー基板の平面図である。第6図は、従来のICカードの要部断面図である。第7図は、 本発明に係るカード状半導体装置におけるICチップの外部端子とカード基板上電極との接続部部分を示す要部断面図である。第8図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第9図は、従来のICカードの要部断面図である。第10図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第11図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第12図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部平面図である。第13図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第14図(a)〜(d)は、本発明に係るカード状半導体装置の製造工程を示す要部断面図である。第15図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第16図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第17図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第18図は、第17図のA−A’の断面図である。第19図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部,断面図である。第20図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第21図は、補強板の効果を示すための図である。第22図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第23図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第24図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第25図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第26図は本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第27図(a)〜(d)は、本発明に係る補強板を形成する工程を示す図面である。第28図(a)〜(e)は、半導体ウエハからICチップを切り出す工程を示す断面図である。第29図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第30図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第31図は、従来のICカードの要部断面図である。第32図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第33図は、本発明に係るカード状半導体装置を折り曲げたときの要部断面図である。第34図は、従来のICカードの主要な製造工程のフローチャートを示す図面である。第35図は、本発明のカード状半導体装置の主要な製造工程のフローチャートを示す図面である。第36図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第37図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第38図は、従来のICカードの平面図である。第39図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第40図は、本発明に係るカード状半導体装置の平面図である。第41図は、従来の薄型ICカードの要部断面図である。第42図は、本発明に係るICチップとアンテナとの接続関係を示す図である。第43図は、本発明に係るICチップとアンテナとの接続関係を示す図である。第44図は、本発明に係るICチップの要部断面図である。第45図(a)〜(d)は、従来のICチップの外部端子形成工程を示す断面図である。第46図(a)〜(d)は、本発明に係るICチップの外部端子形成工程を示す断面図である。第47図は、本発明に係るカード状半導体装置の要部断面図である。第48図は、本発明に係るウエハ上での金メッキバンプの配列例を示す平面図である。第49図は、ICカードを量産するための一方法を示す。第50図はICカードの製造工程を示す断面図である。
Claims (13)
- 第1の基板と、
前記第1の基板に対向して設けられ、厚さ0.1μm〜110μmの半導体チップと、
前記第1の基板の前記半導体チップとの対向面に設けられ、前記半導体チップに設けられた電極に接続された電極と、
前記半導体チップを覆い、前記第1の基板と反対側に設けられた補強板と、
前記補強板を覆うように、前記半導体チップに積層されたカバーシートとを有することを特徴とするカード状半導体装置。 - 前記半導体チップと前記補強板とはほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項1に記載のカード状半導体装置。
- 前記第 1 の基板中にも補強板が埋め込まれていることを特徴とする請求項1又は2に記載のカード状半導体装置。
- 複数のICが形成された半導体ウエハを準備する工程と、
前記半導体ウエハの裏面を除去し、0.1μm〜110μmの厚さに薄膜化する工程と、
薄膜化された前記半導体ウエハの裏面に、前記ICへの局部的な応力を低減するための補強板とするための金属板を貼り付ける工程と、
前記金属板が貼り付けられた前記半導体ウエハを切断し、前記金属板と前記切断により形成されたICチップとの積層体を形成する工程と、
前記積層体をカード状基板に搭載する工程とを有することを特徴とするカード状半導体装置の製造方法。 - 複数のICが形成された半導体ウエハを準備する工程と、
前記半導体ウエハの裏面を除去し、0.1μm〜110μmの厚さに薄膜化する工程と、
前記半導体ウエハをIC毎に切断し、ICチップにする工程と、
導電パターンが形成された薄型基板を準備する工程と、
前記薄型基板に前記ICチップを対向させ、前記ICチップの一面に設けられた外部端子を前記導電パターンに接続する工程と、
前記ICチップの他面に、前記ICチップへの局部的な応力を低減するための補強板を取り付ける工程と、
前記補強板が接着された前記ICチップを挟んでカバーシートを形成する工程とを有することを特徴とするカード状半導体装置の製造方法。 - 前記ICチップと前記補強板とは、接着されることを特徴とする請求項5に記載のカード状半導体装置の製造方法。
- 前記ICチップと前記補強板とは、発泡性フィルムを用いて貼り付けることを特徴とする請求項5に記載のカード状半導体装置の製造方法。
- 表面側に複数のICが形成され、0.1μ m 〜110μ m の厚さを有し、裏面側に局部的な応力を低減するための金属板が貼り付けられた半導体ウエハを準備する工程と、
前記金属板が貼り付けられた前記半導体ウエハを前記IC毎に分離し、前記金属板を備えたICチップにする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 表面側に複数のICが形成され、0.1μm〜110μmの厚さを有し、表面及び裏面の両側に局部的な応力を低減するための補強板が貼リ付けられた半導体ウエハを準備する工程と、
前記補強板が貼り付けられた前記半導体ウエハを前記IC毎に分離し、前記補強板を備えたICチップにする工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記補強板が貼り付けられた前記半導体ウエハは、レーザ光を用いて分離されることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の製造方法。
- 前記補強板が貼り付けられた前記半導体ウエハは、ダイシングにより分離されることを特徴とする請求項9又は10記載の半導体装置の製造方法。
- 前記補強板の厚さは、薄膜化された前記半導体ウエハとほぼ同じであることを特徴とする請求項9乃至11の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記補強板は、タングステン板又はステンレス板であることを特徴とする請求項9乃至12の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
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