CH663115A5 - Traegerelement mit einem einen integrierten schaltkreis aufweisenden halbleiterplaettchen zum einbau in einen datentraeger, insbesondere in eine ausweiskarte. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Trägerelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In der deutschen Patentanmeldung P 29 20 012 der Anmelderin wird eine Ausweiskarte mit eingelagertem integriertem Schaltkreis (IC) beschrieben. Zur Herstellung der Karten wird ein sogenanntes Zwischenerzeugnis (Trägerelement) verwendet, das den IC-Baustein mit allen Kontaktelementen aufnimmt und das als fertigungstechnisch abgeschlossene Einheit unabhängig von der Kartenherstellung produziert werden kann.
Das Trägerelement, das einen kreisrunden, kastenförmigen
Aufbau haben kann, wird dort unter Verwendung mehrerer Folien im Kaltkaschierverfahren (Klebetechnik) hergestellt.
IC-Ausweiskarten oder auch andere mit ähnlichen elektronischen Schaltungen ausgerüstete Datenträger bieten gegenüber herkömmlichen automationsfähigen Karten wesentliche Vorteile, die u.a. in der höheren Speicherkapazität und in ihrer Fähigkeit, sich aktiv an Kommunikationsvorgängen zu beteiligen, begründet sind. Diese gegenüber herkömmlichen Ausweiskarten zusätzlichen Vorteile vergrössern die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten für Ausweiskarten zum Teil ganz erheblich und erschliessen einige völlig neue Anwendungsgebiete.
Für die Anwendung derartiger Ausweiskarten-Systeme ist die Herstellung von IC-Ausweiskarten in sehr grossen Stückzahlen notwendig. Deshalb ist es auch für die Produktion von Trägerelementen von grosser Bedeutung, ein für grosse Stückzahlen wirtschaftliches Verfahren anwenden zu können, wobei zu berücksichtigen ist, dass das Halbleiterplättchen mit seinen Anschlussleitungen während der Herstellung der Ausweiskarten und ihrer Handhabung grossen Belastungen ausgesetzt ist.
Weiter ist zu berücksichtigen, dass bei Ausweiskarten der oben genannten Art in den verschiedenen Anwendungsbereichen sehr unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit, der Haltbarkeit, der Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und dergleichen gestellt werden. Wegen der aktiven Kommunikationsmöglichkeit betrifft diese neben dem mechanischen Aufbau der Karte selbstverständlich auch die Kontaktbereiche des integrierten Schaltkreises.
Es sind im Laufe der Entwicklung der IC-Ausweiskarten mehrere Kontaktabnahmeverfahren bekannt geworden (z.B. galvanisch, kapazitiv, optisch usw.). Welchem Verfahren der Vorzug bei der Herstellung von Trägerelementen gegeben wird, ist vom Einsatzbereich der Ausweiskarten, dem technischen Aufwand in der Herstellung, der gewünschten Betriebssicherheit und anderen Faktoren abhängig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein in einen Datenträger, insbesondere in eine Ausweiskarte einbringbares Trägerelement zu schaffen, das wirtschaftlich in hohen Stückzahlen herstellbar ist, einen guten Schutz für das eingelagerte Halbleiterplättchen mit seinen Anschlussleitungen bietet und in der Produktion ohne aufwendige Umrüstmassnahmen den unterschiedlichen Anforderungen bezüglich der Lebensdauer der Karten und der Art der Kontaktnahme anpassbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
In der Vergangenheit sind viele Verfahren bekannt geworden, Halbleiterplättchen zu kontaktieren, d.h. die winzigen Kontaktflächen des Siliziumkristalls mit für die spätere Verwendung geeigneten Anschlüssen zu versehen.
So werden beispielsweise in sogenannten Bondier-Automaten die Kontaktflächen des Kristalls durch feine Golddrähte mit den Anschlussbeinen einer Kontaktspinne verbunden, wobei die Kontaktspinne auch als Träger des Halbleiterplättchens dient.
Andere Verfahren benutzen als Träger für die Plättchen flexibles Material (siehe dazu DE-AS 2 414 297). Das nicht leitende Material (z.B. in Form eines Super-8-Films) ist in äquidi-stanten Abständen mit Fenstern versehen, in die freitragend die Enden einer aus leitendem Material geätzten Kontaktspinne ragen. Alle Kontaktflächen des Plättchens werden synchron mit der Kontaktspinne verbunden, was die Wirtschaftlichkeit des Kontaktierverfahrens gegenüber älteren Verfahren erheblich steigert.
Die Halbleiterplättchen lassen sich in ähnlicher Weise auch auf einem Film, der keine Fenster aufweist, montieren.
Die Erfindung nutzt die erprobten und rationellen Herstellverfahren und gewinnt damit ein Zwischenprodukt, das für die Herstellung von Trägerelementen für grosse Stückzahlen besonders gut geeignet ist und mit geringem Aufwand unter Berück2
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sichtigung der in Frage kommenden, oben genannten Anforderungen zu den unterschiedlichsten Trägerelementen verarbeitet werden kann.
Aufgrund der Anwendung der Giesstechnik lassen sich Trägerelemente mit den unterschiedlichsten Eigenschaften (Lebensdauer, Kontaktabnahme) ohne kostspielige Umrüstmassnahmen realaisieren. Ausserdem können bei den in Giesstechnik hergestellten Trägerelementen Halbleiterplättchen und Anschlussleitungen in hervorragender Weise gegen mechanische Belastung geschützt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. la, lb Aufsicht und Schnitt eines folienkontaktierten Halbleiterplättchens,
Fig. 2 ein nach der Giesstechnik hergestelltes Trägerelement, geeignet für die berührungslose Kontaktabnahme,
Fig. 3 ein nach der Giesstechnik hergestelltes Trägerelement, geeignet für die berührende Kontaktabnahme,
Fig. 4 ein auf einer durchkontaktierten Folie befestigtes Halbleiterplättchen,
Fig. 5a, 5b ein unter Anwendung der durchkontaktierten Folie in Giesstechnik hergestelltes Trägerelement im Schnitt und in der Aufsicht,
Fig. 6 ein unter Anwendung der durchkontaktierten Folie und zusätzlicher Folienmaterialien in Giesstechnik hergestelltes Trägerelement,
Fig. 7a, 7b ein folienkontaktiertes Halbleiterplättchen in der Aufsicht und im Schnitt unter Anwendung der Bondiertechnik und
Fig. 8 die Anordnung der Fig. 7 nach dem Giessvorgang.
Die Fig. la und lb zeigen ein in ein Folienfenster eingelagertes folienkontaktiertes Halbleiterplättchen in Aufsicht und im Schnitt.
Das Halbleiterplättchen 1, angeordnet in einem ausgestanzten Fenster 2 des Films 3, wird in entsprechenden Automaten mit den Enden einer in einem früheren Arbeitsgang geätzten Kontaktspinne 4 verbunden. Der Transport des Films 3 während der einzelnen Arbeitsphasen kann sehr exakt mit Hilfe der Perforationslöcher 5 des Films durchgeführt werden.
Ein sehr einfach herzustellendes Trägerelement unter Verwendung des in den Fig. la und lb gezeigten Zwischenproduktes zeigt die Fig. 2.
Der mit den Halbleiterplättchen 1 kontaktierte Film 3 wird einer Giessstation 6 zugeführt. Die beiden Giessformhälften 6a und 6b sind senkrecht zur Filmebene beweglich angeordnet. Über einen Zuflusskanal 7 wird die Giessstation mit einem geeigneten Giessmaterial gefüllt. Der Abflusskanal 8 vermeidet, dass sich in der Giessstation während des Giessvorgangs Lufteinschlüsse bilden. Giessanordnungen der genannten Art sind bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss. Durch die Wahl des Giessmaterials kann die Festigkeit des fertigen Trägerelementes in weiten Grenzen variiert werden.
Das entsprechend der Darstellung in Fig. 2 hergestellte Trägerelement, das nach dem Giessvorgang als kompakte Einheit 10 aus dem Trägerfilm ausgestanzt werden kann, ist beispielsweise für eine berührungslose Kontaktabnahme (kapazitiv, optisch) geeignet.
Die Fig. 3 zeigt ein Trägerelement, das für die berührende, galvanische Kontaktabnahme geeignet ist.
Zur Herstellung dieses Trägerelementes werden die Kontaktflächen 4a vor dem Giessvorgang zunächst beschichtet, so dass sich über den Kontaktflächen Höcker 41 bilden. Die Beschichtung kann aus leitendem Material bestehen, das beispielsweise galvanisch auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Die Beschichtung kann auch aus einem nicht leitenden elastischen Material (z.B. Silikon) bestehen, das beispielsweise unter Verwendung einer geeigneten Maske auf die Kontaktflächen geräkelt wird. Die so mit Höckern 41 ausgestattete Anordnung wird schliesslich wieder in eine geeignete Giessstation geführt und nach dem Giessvorgang als kompakte Einheit 11 aus dem Trägerfilm ausgestanzt. Die Höcker 41 können so ausgebildet sein, dass sie geringfügig aus dem gegossenen Block herausragen. Bei diesem Trägerelement liegen dann die Kontaktoberflächen nach dem Einbau des Trägerelements in eine Ausweiskarte mit deren Deckfolienoberfläche in einer Ebene.
Verwendet man zur Bildung der Höcker leitendes Material, so ist das Trägerelement für eine berührende, galvanische Kontaktabnahme geeignet.
Werden die Höcker aus nichtleitendem Material gebildet, kann man zur Kontaktierung beispielsweise Nadeln verwenden, die durch das nichtleitende Material (z.B. Silikon) hindurch auf die eigentlichen Kontaktflächen 4a geführt werden. Die letztgenannte Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Kontaktflächen des Trägerelements vor Umwelteinflüssen gut geschützt sind.
Die oben genannten Ausführungsbeispiele verwenden als Zwischenprodukte eine Anordnung, bei der die Halbleiterplättchen in ausgestanzten Fenstern einer Folie freitragend mit entsprechenden Anschlussleitern verbunden sind. Ein Nachteil dieser Anordnungen kann sich für bestimmte Anwendungsfälle dann ergeben, wenn ein möglichst geringer Abstand zwischen den Kontaktflächen erforderlich wird. Bei den o.g. Anordnungen wird der Mindestabstand der Kontaktflächen durch die Grösse des ausgestanzten Fensters und damit durch die Grösse des Halbleiterplättchens festgelegt. Um einen möglichst geringen Abstand zwischen den Kontaktflächen zu erzielen, ist es auch möglich, als Zwischenprodukt die in Fig. 4 gezeigte Anordnung zu verwenden.
Die beidseitig der Folie 12 angeordneten Kontaktflächen 16 werden im Durchkontaktierverfahren miteinander verbunden. Auf die so vorbereitete Folie wird das Halbleiterplättchen 1 nach bekannten Techniken aufgebracht.
In den Fig. 5a, 5b ist das unter Verwendung des oben genannten Zwischenproduktes hergestellte Trägerelement 15 im Schnitt und in der Aufsicht dargestellt. Der Giessvorgang kann, ähnlichwie im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert, durchgeführt werden. Wie die Fig. 5b zeigt, erlaubt die Verwendung des letztgenannten Zwischenproduktes eine eng benachbarte Anordnung der Kontaktflächen 16.
Die Fig. 6 zeigt ein Trägerelement, bei dem eine sogenannte durchkontaktierte Folie als Zwischenprodukt verwendet wird. Diese Anordnung zeichnet sich durch eine extrem hohe Steifigkeit aus.
Das Trägerelement besteht in diesem Fall aus einer sogenannten durchkontaktierten Folie 42, einer Abstandsfolie 17 und einer rückwärtigen Deckfolie 18. Die rückwärtige Deckfolie ist mit Öffnungen 19 versehen, die den Zu- bzw. Abfluss der Vergussmasse in der Giessstation ermöglichen. Die Abstandsfolie 17 weist zur Aufnahme der Halbleiterplättchen in regelmässigen Abständen entsprechende Hohlräume 20 auf. In der Giessstation wird der Hohlraum 20 mit einer geeigneten Vergussmasse gefüllt. Während des Giessvorgangs dringt dabei auch ein Teil der Vergussmasse zwischen die einzelnen Folien, wodurch diese sich besonders gut miteinander verbinden. Zwischen den Halbleiterplättchen sind in diesem Beispiel die einzelnen Folien 42, 17, 18 durch einen geeigneten Kleber 25 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird das Eindringen der Vergussmasse in die Zwischenräume erleichtert und gleichzeitig begrenzt. Die Begrenzung der Vergussmasse kann selbstverständlich auch dadurch erreicht werden, dass der Folienverbund beidseitig der Giessstation zusammengepresst wird.
Die Steifigkeit der Anordnung kann noch verbessert werden, wenn man Folien aus glasfaserverstärktem Epoxyharz (GEP) verwendet und wenn das zur Herstellung der Folien gewählte Harz mit der Vergussmasse identisch ist. In diesem Fall
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dringt die Vergussmasse auch zwischen die einzelnen Folien, womit ein Trägerelement hoher Steifigkeit und kompakten Aufbaus hergestellt werden kann.
Die Fig. 7a und 7b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines verwendbaren Zwischenproduktes zur Herstellung von Trägerelementen. Das hier gezeigte Halbleiterplättchen 30 wird in der sogenannten Bondiertechnik kontaktiert. Dazu wird der Trägerfilm 31 in regelmässigen Abständen zunächst in der Form gestanzt, dass sich die in den Figuren gezeigte Aussparung 32 mit den fingerförmigen Fortsätzen 32a ergibt. Daraufhin wird der Trägerfilm 31 ganzflächig mit einer Folie 33 aus leitendem Material kaschiert. Aus dieser Folie werden nun nach bekannten Ätztechniken die Bereiche 34 isoliert, die die Kontaktflächen des fertigen Trägerelements bilden.
Der so vorbereitete Trägerfilm wird schliesslich in handelsüblichen Bondier-Automaten mit Halbleiterplättchen bestückt. Dabei wird jeweils ein Plättchen 30 in die Aussparung 32 gesetzt und dort mit Hilfe eines geeigneten Klebers 36 auf der leitenden Folie 33 fixiert. Anschliessend werden die Anschlusspunkte des Plättchens 30 über feine Golddrähte 37 mit den Kontaktflächen 34 verbunden.
Die Fig. 8 zeigt das gemäss den Fig. 7a und 7b hergestellte Trägerelement 40, bei dem die Aussparung 32 mit den finger-5 förmigen Fortsätzen 32a beispielsweise in einer Giessstation der oben erwähnten Art mit einem geeigneten Harz ausgefüllt ist. Dabei dringt das Harz auch in die während des Ätzvorgangs entstandenen Bereiche 39 zwischen den Kontaktflächen 34. Das Ausfüllen der Hohlräume muss bei der letztgenannten Anordnung nicht unbedingt in einer der oben gezeigten Giessstationen durchgeführt werden.
Verschliesst man die Anordnung, wie in der Fig. 8 gezeigt, einseitig, beispielsweise mit einer Selbstklebefolie 38, so lassen 15 sich die Hohlräume auf einfache Weise mit einem Harz auffüllen. Die Selbstklebefolie, die vor der Weiterverarbeitung des Trägerelements entfernt wird, bietet gleichzeitig einen guten Schutz für die Kontaktflächen, falls die Trägerelemente über längere Zeiträume zu lagern sind.
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3 Blätter Zeichnungen
Claims (13)
1. Trägerelement mit einem einen integrierten Schaltkreis aufweisenden Halbleiterplättchen (1, 30) zum Einbau in einen Datenträger, insbesondere in eine Ausweiskarte, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (1, 30) folienkontak-tiert und mit einer Vergussmasse zu einer kompakten Einheit (10, 11, 15, 40) vorgegebener Dicke vergossen ist.
2. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (1) mittig in der aus der Vergussmasse als Block (10, 11) gebildeten kompakten Einheit angeordnet ist.
3. Trägerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktflächen (4a) an den Enden von mit dem Halbleiterplättchen verbundenen Leiterbahnen mit Höckern (41) versehen sind, die etwa mit der Oberfläche des Blocks (11) ab-schliessen (Fig. 3).
4. Trägerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höcker (41)) aus leitendem Material sind.
5. Trägerelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höcker (41) aus elastischem, nichtleitendem Material sind.
6. Trägerelement nach Anspruch 1, wobei das Halbleiterplättchen (1) auf einer durchkontaktierten Folie (12) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (1) auf der Seite seines Halbleiterkristalls zu der kompakten Einheit (15) aufgegossen ist (Fig. 4, 5a, 5b).
7. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (1, 30) gemeinsam mit zusätzlichen Folienmaterialien (17, 18) zu der kompakten Einheit (10, 15, 40) vergossen ist (Fig. 6).
8. Trägerelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (1) durch eine Abstandsfolie (17) und eine rückwärtige Deckfolie (18) ergänzt ist und der sich durch eine Aussparung in der Abstandsfolie (17) ergebende Hohlraum (20) ausgegossen ist (Fig. 6).
9. Trägerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse auch zwischen den einzelnen Folien (42, 17, 18) vorhanden ist (Fig. 6).
10. Trägerelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (12, 17, 18) aus glasfaserverstärktem Epo-xyharz bestehen.
11. Trägerelement nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse ein mit dem zur Herstellung der Folien verwendeten Epoxyharz identisches Giessharz ist.
12. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterplättchen (30) in einem ausgestanzten Fenster (32) einer Folie (31) auf einer mit der Folie (31) verbundenen leitenden Beschichtung (33) fixiert und über Golddrähte (37) mit von der Beschichtung isolierten Kontaktflächen (34) verbunden ist (Fig. 7b).
13. Trägerelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Hohlräume (32, 32a, 39) mit Vergussmasse gefüllt sind.
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