CN117616422A - 芯片模块及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
公开了一种芯片模块(40a，40b，62)，其包括集成电路(IC)芯片(34，64)、具有多个孔(28)的第一柔性衬底层(18)、具有多个孔(26)的第二粘合衬底层(16)以及由导电材料制成的第三衬底层(14)，所述第二衬底层夹在所述第一和第三衬底层之间并与所述第一和第三衬底层固定地接合，所述第一衬底层的所述孔和所述第二衬底层的所述孔彼此对准以形成多个空腔(12，66)，每个空腔容纳所述IC芯片的至少一部分。
Description
技术领域
本发明涉及一种芯片模块(例如，集成电路(IC)芯片模块)、具有这种芯片模块的芯片模块卡嵌体(chip module card inlay)、形成这种芯片模块的方法、以及形成这种芯片模块卡嵌体的方法。
背景技术
芯片模块卡嵌体经常用于制造智能卡，例如信用卡、身份证等。这种卡经常使用，并且当由用户随身携带或使用时可能经受翘曲和弯曲。卡的这种翘曲和弯曲可能不利地影响卡的结构完整性和适当功能。此外，智能卡行业中的常规芯片模块不提供平坦且均匀的顶面，这不利地影响芯片模块卡嵌体和智能卡的制造工艺。特别地，芯片模块通常是两级阶梯式结构或形成有不平坦的顶部壳体，如在板上芯片方法中那样。
因此，本发明的目的是提供一种芯片模块、芯片模块卡嵌体、形成芯片模块的方法和形成芯片模块卡嵌体的方法，其中上述缺点被减轻，或者至少提供一种对于贸易和公众有用的替代方案。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种芯片模块，包括：集成电路(IC)芯片、至少部分地由柔性材料制成并具有第一孔的第一衬底层、至少部分地由粘合材料制成并具有第二孔的第二衬底层、以及至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，其中所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间并与它们固定地接合，其中所述第一衬底层的所述第一孔和所述第二衬底层的所述第二孔彼此对准以形成第一空腔，并且其中所述IC芯片的至少第一部分容纳在所述第一空腔内。
根据本发明的第二方面，提供了一种芯片模块卡嵌体，其包括至少一个芯片模块，所述芯片模块包括集成电路(IC)芯片、至少部分地由柔性材料制成并具有第一孔的第一衬底层、至少部分地由粘合材料制成并具有第二孔的第二衬底层、以及至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，其中所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间并与它们固定地接合，其中所述第一衬底层的所述第一孔和所述第二衬底层的所述第二孔彼此对准以形成第一空腔，并且其中所述IC芯片的至少第一部分容纳在所述第一空腔内。
根据本发明的第三方面，提供了一种形成芯片模块的方法，包括：提供至少部分地由柔性材料制成并具有多个第一孔的第一衬底层，提供至少部分地由粘合材料制成并具有多个第二孔的第二衬底层，提供至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，将所述第一衬底层的所述第一孔与所述第二衬底层的所述第二孔对准以形成多个第一空腔，将所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间，固定地接合所述第一衬底层、所述第二衬底层和所述第三衬底层以形成第一分层结构，在所述第一分层结构的所述第一空腔之一内固定地接合集成电路(IC)芯片的至少第一部分，以及从与所述IC芯片固定地接合的所述第一分层结构中切割出至少一个芯片模块。
根据本发明的第四方面，提供了一种形成芯片模块卡嵌体的方法，包括：形成至少一个芯片模块，这其中包括提供至少部分地由柔性材料制成并具有多个第一孔的第一衬底层，提供至少部分地由粘合材料制成并具有多个第二孔的第二衬底层，提供至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，将所述第一衬底层的所述第一孔与所述第二衬底层的所述第二孔对准以形成多个第一空腔，将所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间，固定地接合所述第一衬底层、所述第二衬底层和所述第三衬底层以形成第一分层结构，将集成电路(IC)芯片的至少第一部分固定地接合在所述第一分层结构的所述第一空腔之一内，以及从与所述IC芯片固定地接合的所述第一分层结构中切割出至少一个芯片模块。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：
图1是根据本发明的实施例的由适于形成芯片模块和芯片模块卡嵌体的五个衬底层形成的一段芯片容纳载体(chip housing carrier)的透视图；
图2是图1的一段芯片容纳载体的分解透视图；
图3是形成图1的一段芯片容纳载体的五个衬底层的顶视图；
图4是倒装集成电路(IC)芯片的正视图；
图5示出了由图1的一段芯片容纳载体和图4的倒装IC芯片形成芯片模块的步骤；
图6至9示出了由图5中形成的芯片模块形成芯片模块卡嵌体的步骤；以及
图10是根据本发明实施例的芯片模块卡嵌体的截面图。
具体实施例
图1示出了根据本发明的实施例的由五个衬底层形成的用于形成芯片模块和芯片模块卡嵌体的一段芯片容纳载体10。芯片容纳载体10是细长形状的，并且可以以卷(reel)形式围绕其自身缠绕，然后展开以用于形成芯片模块和芯片模块卡嵌体的后续步骤。沿着芯片容纳载体10形成多个空腔12。该空腔12可以具有正方形、矩形或圆形横截面形状。如图1中的示例所示，空腔12被布置成三行，但是应当理解，芯片容纳载体10可以形成有其他数目的空腔12行。
图2是图1所示的一段芯片容纳载体10的分解透视图。根据该实施例的该芯片容纳载体10由一个堆叠在另一个顶部上的五个衬底层14、16、18、20、22制成。应当理解，根据本发明，芯片容纳载体10可以由不同数量的衬底层形成，例如仅由衬底层14、16、18形成。
所述五个衬底层14、16、18、20和22在图3中分开示出。衬底层14由铜(或一种或多种其它导电材料)制成。沿衬底层14的长度形成三行狭缝(slits)24。在衬底层14的顶部是沿其长度具有三行孔26的衬底层16。衬底层16由粘合材料制成。在衬底层16的顶部是沿其长度具有三行孔28的衬底层18。衬底层18是柔性的，例如由柔性材料制成，例如以下中的一种或多种制成：聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和玻璃增强环氧树脂层压材料(例如“FR-4”，其是由织造玻璃纤维布与阻燃的环氧树脂粘合剂构成的复合材料)。
在衬底层18的顶部是沿其长度具有三行孔30的衬底层20。衬底层20由粘合材料制成。在衬底层20的顶部是具有三行孔32的衬底层22。衬底层22由一种或多种导电材料制成或电镀有一种或多种导电材料，例如铜和镍。
各衬底层16、18、20、22的孔26、28、30、32具有相同的尺寸和形状，并且被布置成使得当衬底层16、18、20、22适当地组装并且一个堆叠在另一个顶部上时，它们各自的孔26、28、30、32彼此对准，使得它们共同形成多个穿过衬底层16延伸到衬底层22的空腔12。衬底层16位于衬底层14之下并与其接触，使得各狭缝24位于由一行彼此对准的孔26、28、30、32形成的每个空腔12之下。
图4示出了集成电路(IC)芯片34。IC芯片34可以是非接触式芯片或其它类型的芯片。在电子制造中，集成电路(IC)封装是半导体器件制造的最后阶段，其中半导体材料块被封装在支撑壳(也称为“封装”)中，该支撑壳防止物理损坏和腐蚀。用于制造所述封装的常用塑料是环氧树脂-甲酚-酚醛清漆(也称为“环氧树脂-甲酚-酚醛清漆(epoxy-cresol-novolac)”)。在IC芯片34中，两个导电引脚36被示出为从IC芯片34的封装38延伸和引出。
转到图5，其示出了具有多个空腔12的一段芯片容纳载体10，所述空腔通过将相应衬底层16、18、20、22的孔26、28、30、32对准而形成，且衬底层14被形成为底部。然后，将衬底层14、16、18、20、22层压以彼此固定地接合，以形成分层结构的芯片容纳载体10。IC芯片34位于一个空腔12内，使得IC芯片34完全容纳在空腔12内，引脚36与衬底层14接触，以便在引脚36(以及IC芯片34)与衬底层14之间建立电和物理连接。由衬底层16、18、20、22的孔26、28、30、32的对准形成的空腔12的深度不小于IC芯片34的总高度h，IC芯片34的一部分容纳在由孔26、28形成的空腔内，IC芯片34的另一部分容纳在由孔30、32形成的空腔内。
当IC芯片34被容纳在空腔12内(并且其引脚36与衬底层14物理和电连接)时，粘合剂(胶)被填充到空腔12内未被IC芯片34占据的任何空间中，以便增强IC芯片34在空腔12内与芯片容纳载体10的固定接合。
当IC芯片34固定地与芯片容纳载体10的空腔12接合并被容纳在其中时，例如通过冲切从所述芯片容纳载体10切出多个芯片模块40a、40b。每个芯片模块40a、40b包括一个IC芯片34，其固定地容纳在衬底层14、16、18、20、22内并与之接合，衬底层14与IC芯片34的引脚36固定地接合。芯片模块40a、40b在它们各自的形状上彼此不同，其中芯片模块40a的形状大致为矩形棱柱，芯片模块40b的形状大致为椭圆柱。一般而言，根据本发明的芯片模块40a、40b可以是棱柱、圆柱或椭圆柱的形状，更具体地说，可以是正棱柱、正圆柱或正椭圆柱，所有这些都具有相对短的厚度/高度。芯片模块40a的两个相对的主表面(图5中仅示出了其中一个主表面41a)是平面的，具有相同的形状并且彼此平行。类似地，芯片模块40b的两个相对的主表面(图5中仅示出了其中一个主表面41b)是平面的，具有相同的形状并且彼此平行。因此，芯片模块40a、40b不是如在传统芯片模块的情况下那样具有两级台阶结构或形成有不平坦的顶部壳体。
图6至9示出了使用芯片模块40a作为示例形成芯片模块卡嵌体的步骤。
如图6所示，芯片模块40a位于衬底层44的孔42内，该衬底层可以由塑料材料制成，例如聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)或聚对苯二甲酸乙二醇酯乙二醇(PETG)。在传统的两级台阶结构的芯片模块的情况下，需要至少两个这样的衬底层(也称为“补偿层”)，以满足两级的不同形状。另一方面，由于根据本发明的芯片模块可以是棱柱、圆柱体或椭圆柱体的形状，更具体地，是正棱柱、正圆柱或正椭圆柱的形状，因此仅需要一个补偿层。这有利于芯片模块卡嵌体(将在下面讨论)的生产，并随后有利于智能卡的生产。
如图7进一步所示，导电线46(例如由铜制成)嵌入在衬底层44的主表面48上。导电线46可以嵌入在衬底层44的主表面48上达数匝，例如以形成天线。导电线46的两个自由端例如通过热键合而与芯片模块40a结合。
衬底层44夹在两个保护衬底层50、52之间。两个衬底层50、52也可以由PC、PVC或PETG制成。然后，将这样彼此堆叠在一起的衬底层44、50、52层压，以便固定地接合衬底层44、50、52，从而形成分层结构的芯片模块卡嵌体54。
图10示出了具有芯片模块62的芯片模块卡嵌体60的截面图。芯片模块62具有容纳在由相应衬底层16、18的孔26、28的对准形成的空腔66内的IC芯片64。IC芯片64的引脚36与衬底层16顶部上的衬底层14物理连接和电连接。因此，衬底层16夹在衬底层14、18之间并与其固定接合。
芯片模块62被容纳在内衬底层70的孔68内，并且电连接(例如通过键合)到由导电导线72(其可以由铜制成)形成的天线。内衬底层70夹在两个外衬底层74、76之间。衬底层70、74、76层叠，并因此彼此固定地接合，以形成分层结构的芯片模块卡嵌体60。通过衬底层16、18的孔26、28的对准而形成的空腔66的深度不小于IC芯片64的总高度。
应当理解，以上仅说明和描述了可以实施本发明的示例，并且在不脱离本发明的精神的情况下可以对其进行修改和/或改变。
还应当理解，为了清楚起见在单独的实施例的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施例中组合提供。相反，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合提供。
Claims (29)
1.一种芯片模块，包括：
集成电路(IC)芯片，
至少部分地由柔性材料制成并具有第一孔的第一衬底层，
至少部分地由粘合材料制成并具有第二孔的第二衬底层，以及
至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，
其中所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间并与它们固定地接合，
其中所述第一衬底层的所述第一孔和所述第二衬底层的所述第二孔彼此对准以形成第一空腔，以及
其中所述IC芯片的至少第一部分被容纳在所述第一空腔内。
2.根据权利要求1所述的芯片模块，其中，所述第三衬底层至少部分地由铜制成。
3.根据权利要求1或2所述的芯片模块，其中，所述第三衬底层包括至少一个狭缝，所述狭缝与所述IC芯片的引脚接合以将所述IC芯片与所述第三衬底层电连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的芯片模块，其中，所述第一孔和所述第二孔具有基本上相同的尺寸和形状。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的芯片模块，其中，所述第一衬底层由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和/或玻璃增强环氧树脂层压材料制成。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的芯片模块，还包括至少部分地由粘合材料制成并且具有第三孔的第四衬底层和具有第四孔的第五衬底层。
7.根据权利要求6所述的芯片模块，其中，所述第三孔和所述第四孔彼此对准以形成第二空腔，并且其中所述IC芯片的至少第二部分被接纳在所述第二空腔内。
8.根据权利要求7所述的芯片模块，其中，所述第三孔和所述第四孔具有基本上相同的尺寸和形状。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的芯片模块，其中，所述第五衬底层由导电材料制成或电镀有导电材料。
10.根据前述权利要求中任一项所述的芯片模块，其中，所述芯片模块是棱柱、圆柱或椭圆柱的形状。
11.一种芯片模块卡嵌体，包括至少一个根据权利要求1至10中任一项所述的芯片模块。
12.根据权利要求11所述的芯片模块卡嵌体，其中，所述芯片模块被容纳在第六衬底层的第五孔内。
13.根据权利要求12所述的芯片模块卡嵌体，其中，所述第六衬底层被夹在第七衬底层和第八衬底层之间，并且与所述第七衬底层和所述第八衬底层固定地接合。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的芯片模块卡嵌体，其中，所述芯片模块与至少一个导线电连接。
15.一种形成芯片模块的方法，包括：
提供至少部分地由柔性材料制成并具有多个第一孔的第一衬底层，
提供至少部分地由粘合材料制成并具有多个第二孔的第二衬底层，
提供至少部分地由导电材料制成的第三衬底层，
将所述第一衬底层的所述第一孔与所述第二衬底层的所述第二孔对准以形成多个第一空腔，
将所述第二衬底层夹在所述第一衬底层和所述第三衬底层之间，
固定地接合所述第一衬底层、所述第二衬底层和所述第三衬底层，以形成第一分层结构，
将集成电路(IC)芯片的至少第一部分固定地接合在所述第一分层结构的所述第一空腔之一内，以及
从与所述IC芯片固定接合的所述第一层叠结构中切割出至少一个芯片模块。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第三衬底层至少部分地由铜制成。
17.根据权利要求15或16所述的方法，包括将所述IC芯片的引脚与所述第三衬底层的至少一个狭缝接合，以将所述IC芯片与所述第三衬底层电连接。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，其中，所述第一孔和所述第二孔具有基本上相同的尺寸和形状。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的方法，还包括用粘合剂填充所述IC芯片的所述第一部分和所述第一空腔之间的空间的至少一部分。
20.根据权利要求15至19中任一项所述的方法，其中，所述第一衬底层由聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和/或玻璃增强环氧树脂层压材料制成。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的方法，还包括提供至少部分地由粘合材料制成并且具有多个第三孔的第四衬底层和具有多个第四孔的第五衬底层。
22.根据权利要求20所述的方法，还包括将所述第四粘合衬底层的所述第三孔与所述第五衬底层的所述第四孔对准以形成多个第二空腔，并且将所述IC芯片的至少第二部分定位在所述第二空腔中的一个空腔内。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述第三孔和所述第四孔具有基本上相同的尺寸和形状。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，所述第五衬底层由导电材料制成或电镀有导电材料。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的方法，还包括将所述第四粘合剂衬底层和所述第五衬底层与所述第一分层结构固定地接合以形成第二分层结构。
26.一种形成芯片模块卡嵌体的方法，包括根据权利要求15至24中任一项所述的方法形成至少一个芯片模块。
27.根据权利要求26所述的方法，包括将所述芯片模块定位在第六衬底层的第五孔内。
28.根据权利要求27所述的方法，包括将所述第六衬底层夹在第七衬底层和第八衬底层之间，并且将所述第六衬底层、所述第七衬底层和所述第八衬底层彼此固定地接合。
29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，包括将所述芯片模块与至少一个导线电连接。
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