CN118212663A - 晶片级封装传感器装置、芯片卡模块及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种晶片级封装传感器装置(100)。晶片级封装传感器装置(100)具有电容式的传感器(110)；控制器(102)，其与传感器(110)导电地连接；其中电容式的传感器(110)由晶片级封装传感器装置(100)的在不同平面中形成且部分重叠的重布线线路(104)形成；和多个与控制器(102)连接的接触面(104P)，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体电耦合。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶片级封装传感器装置、一种芯片卡模块、一种用于形成晶片级封装传感器装置的方法和一种用于形成芯片卡模块的方法。
背景技术
如今，明显趋向于配备有用于验证的生物识别传感器例如指纹传感器的芯片卡或智能卡，例如用于银行应用或访问许可。
然而，这些卡具有复杂的结构，所述结构具有多个彼此电连接的组件。例如，指纹传感器可以与芯片(其可以提供安全相关的功能并且然后也被称为安全元件或安全元件芯片)和与天线导电连接。
为了广泛接受，面向大众市场的应用，例如支付/银行应用一方面必须是低成本的，而另一方面必须满足规定的可靠性和安全性要求，例如满足关于机械可靠性的CQM标准的要求。
现有技术中已经提出了各种指纹传感器，这些指纹传感器在传感器的类型、传感器材料以及组装智能卡的方法方面不同。
在SE 1750836 A1中描述了一种具有指纹传感器的指纹模块，所述指纹传感器插入到基板的开口中并且与RFID天线连接，所述RFID天线用于传感器的通信和能量生成。
根据现有技术的安装技术，使用T形芯片模块，然而，其并不构成用于非接触式使用。
需要一种用于集成到芯片卡(例如所谓的智能卡)中的低成本、可靠且易于安装的生物识别传感器(例如指纹传感器)。
基于PCB基板的生物识别指纹传感器通常由PCB板制造并且由此通过冲压、铣削或切割来分割。然后，芯片模块作为单独的模块存在，这不是智能卡制造的标准提供形式。
迄今为止，用于生物识别智能卡的基于PCB基板的生物识别指纹传感器尚不是批量生产品，以至于迄今尚未出现要朝向大规模适用性的方向修改制造概念的需求。
发明内容
在不同实施例中，提供晶片级封装传感器装置，其作为所谓的FOWLP(Fan-OutWafer Level Package，扇出型晶片级封装)提供。
在FOWLP中给传感器控制器芯片(简称控制器)加壳体，并且在表面上与控制器连接的传感器阵列由重布线线路(RDL，Re-Distribution Layer，重布层)或重布线平面或重布线层的线路形成。
例如，两个最上部的RDL层的交叉线路可以形成电容式生物识别传感器，例如指纹传感器。
在不同的实施例中，生物识别传感器，例如FOWLP传感器，横向上与安全元件芯片(SE)相邻地借助于低成本的芯片卡模块安装法，例如FCO设置或被设置。
在不同的实施例中，提供一种晶片级封装传感器装置，其具有电容式传感器、与传感器导电连接的控制器，其中电容式传感器由晶片级封装传感器装置的在不同平面中形成且部分重叠的重布线线路形成，并且具有多个与控制器连接的接触面，所述接触面配置用于与芯片卡模块借助于倒装芯片连接电耦合。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下文中详细阐述。
附图示出
图1示出根据不同实施例的晶片级封装传感器装置的示意横截面视图；
图2示出根据不同实施例的芯片卡模块的示意横截面视图；
图3示出根据不同实施例的芯片卡模块的示意横截面视图；
图4示出根据不同实施例的芯片卡模块(例如图2或图3中的芯片卡模块)的上方(上图)或从下方(下图)的示意图；
图5示出用于形成根据不同实施例的晶片级封装传感器装置的方法的流程图；以及
图6示出用于形成根据不同实施例的芯片卡模块的方法的流程图。
具体实施方式
在下面的详细描述中参考了附图，所述附图形成所述描述的一部分，并且在所述附图中为了图解说明而示出能够实施本发明的特定的实施方式。在所述方面，关于所描述的(多个)附图的取向，使用方向术语，例如“上方”、“下方”、“前方”、“后方”、“前面”、“后面”等。因为实施方式的部件可以以多个不同的取向定位，所以方向术语用于图解说明并且绝无任何限制。应理解的是，在不脱离本发明的保护范围的情况下，可以使用其他实施方式并且可以进行结构或逻辑改变。应理解的是，除非另有特别说明，在此描述的不同示例性的实施方式的特征可以彼此组合。因此，下面的详细描述不应理解为是限制性的，并且本发明的保护范围通过所附的权利要求限定。
在本说明书的范围内，术语“连接”，“联接”以及“耦合”用于描述直接的连接和间接的连接，直接的或间接的联接以及直接的或间接的耦合。在附图中，相同的或类似的元件设有相同的附图标记，只要这是符合目的的。
在基板上的倒装芯片安装(FCOS，Flip chip on Substrate)是用于将硅芯片集成到智能卡模块或芯片卡模块中的低成本的标准安装工艺。
在此，例如在载体带(基板)的铜触点和(例如硅)芯片上露出的铜重布线线路(RDL线路)之间形成连接，例如借助于各向异性的能导电的粘结剂(ACA)、各向同性的能导电的粘结剂(ICA)或借助于焊接形成。
在使用扇出型晶片级封装(FOWLP)的情况下可以形成传感器部件，例如指纹传感器，所述指纹传感器可以以与具有RDL触点的硅芯片类似的方式集成到芯片卡模块中。
传感器FOWLP封装在不同的实施例中将传感器控制器芯片与传感器区域组合，所述传感器区域由其RDL金属化线路层中的两个形成，例如由两个最上部的层形成。
由交叉的(例如铜)线路构成的阵列形成电容器，所述电容器灵敏地对(例如手指)接触作出反应。
传感器阵列可以直接与位于下方的控制器芯片连接。在一些情况下，与芯片垫布局相关地为此可以需要用于期望的线路引导的第三RDL层。
RDL层中的一个RDL层，例如最下部的RDL层、最下部第二RDL层或其他适宜的RDL层可以附加地用于围绕传感器区域形成外围的RDL触点，所述RDL触点提供对控制器的位于外部的连接。换言之，借助于最下部的RDL层(即最靠近控制器的RDL层)或最下部第二RDL层或其他RDL层在传感器模块的边缘区域中形成围绕传感器的接触面。
在此，这些接触面可以实现，传感器模块(FOWLP)可以以与安全元件芯片(SE)类似的方式集成到芯片卡模块中。
模块带具有切开的区域，例如穿通开口，传感器模块插入到所述穿通开口中，使得传感器模块的传感器面在芯片卡模块中即使在集成到芯片卡中之后也是可接近的。
芯片卡模块的厚度可以配置为，使得传感器模块延伸到载体中，而所述传感器模块不会突出于芯片卡模块载体。
传感器模块可以足够薄，厚度小于450μm，以便可实现容易地集成到芯片卡或智能卡中。
后道晶片级工艺能够产生具有非常精细的线间距(例如分别大约10μm的线宽度和线间距)的金属化部。这用于形成传感器区域。
介电层可以以例如在大约5μm至大约20μm的范围内的可变的厚度产生，这可以被充分利用来优化或设定传感器的电特性。
通过仅给控制器在传感器下方加壳体的方式(即没有安全元件芯片和没有可选的附加的分立部件)，与在平面网格阵列(LGA)封装中集成有另外的部件，例如安全元件芯片相比，传感器部件的成本可以被显著地降低。
晶片级封装传感器装置的大小可以在不同的实施例中与传感器区域同样小，这对制造成本起有益影响，所述制造成本在FOWLP中与面积成比例。
模块载体带将传感器部件和安全元件芯片连接。这两个单元和可选的附加的分立部件在标准FCOS卷对卷生产线的一个或多个单独的过程中安装在载体带上。
因此，在不同的实施例中提供成本更低的生物识别传感器。
图1示出根据不同的实施例的晶片级传感器装置100的示意横截面视图。
晶片级封装传感器装置100具有电容式的传感器110。电容式的传感器110可以是生物识别传感器，例如指纹传感器或其他类型的生物识别传感器，借助电容式的传感器检测位置分辨的结构特征适合于生物识别传感器。
电容式传感器110可以由晶片级封装传感器装置100的在不同平面中形成的且部分重叠的重布线线路(RDL)104形成。
在图1中例如最上部的RDL层104的各个线路伸展到纸平面中，并且在位于下部的在横截面上呈现连续的平面中，RDL层104在垂直于上部的线路伸展的线路中，例如以近似的间距和数量伸展。
最下部的RDL层104在图1中示出的实施例中示例地构成用于形成端子等(包括下面描述的接触面在内)。
然而，根据各个RDL层104的构型，提供仅仅两个RDL层104用于形成电容式传感器110(线路的交叉点形成电容式元件的阵列)和用于提供端子(包括下面描述的接触面在内)就足够了。
RDL层104例如可以是结构化的铜层，或具有其他在现有技术中用于RDL层的材料或由其组成。
RDL层104可以借助于介电层106彼此绝缘。介电层106可以具有在现有技术中通常用于该目的的材料，例如呈聚合物形式，例如聚酰亚胺，例如在低温下可交联的聚合物(LTC)。
晶片级封装传感器装置100还具有控制器102，所述控制器导电地与传感器110连接。
晶片级封装传感器装置100还具有多个与控制器102连接的接触面104P，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体(简称：载体)电耦合。
接触面104P是RDL层104(或RDL层104中的一个RDL层)的部分并且可以与RDL层104(或RDL层104中的一个RDL层)一起形成。
在图1中的实施例中，接触面104P与中间的RDL层104一起形成。
传感器110和控制器102可以竖直堆叠地设置在晶片级封装传感器装置100中。
多个接触面104P和电容式传感器110的传感器面(在图1中是其上侧)可以在晶片级封装传感器装置100的相同侧处露出(在图1中示例地是上侧)。
晶片级封装传感器装置100可以不具有附加的，例如无源部件(参见对图4的描述，其中说明了必要时替代于此可以设有附加的部件442)。
图2、3和4分别示出根据不同实施例的芯片卡模块200，其中图2和3分别示出芯片卡模块200的示意横截面视图，并且图4从上方或下方示出视图。
芯片卡模块200具有根据不同实施例的晶片级封装传感器装置100，例如如上文概述或结合图1所描述的那样。
芯片卡模块200还可以具有安全元件芯片202，所述安全元件芯片与电容式的传感器110导电地连接。
安全元件芯片202可以配置用于执行安全功能，例如与外部的读取设备建立加密的通信、执行识别检查或提供用于身份检查的信息等。
芯片卡模块200还具有芯片卡模块载体220(简称：载体)，其具有电路440(参见图4)，所述电路与第一组接触垫226、226_1连接和与第二组接触垫226、226_2连接。
载体220可以具有基础材料224，例如塑料，例如聚合物例如聚酰亚胺或其他适合的聚合物。在基础材料224上或在基础材料224中可以形成电路440。
安全元件芯片202可以与第一组接触垫226_1连接，并且晶片级封装传感器装置100可以与第二组接触垫226_2连接。
晶片级封装传感器装置110以及安全元件芯片202可以借助于倒装芯片技术(也称作为FCOS，表示Flip Chip on Substrate)与载体220连接或被连接。倒装芯片安装是在芯片卡和芯片卡模块的制造中的标准工艺并且与之相应地是低成本且适合大批量生产的。
为了机械和导电地连接，例如可以使用能导电的粘结剂(例如借助于各向异性能导电的粘合剂ACA)、各向同性能导电的粘合剂(ICA)或焊剂，例如基于锡的焊剂如SnBi。可选地，还可以为了机械连接使用不传导的粘结剂(NCA)。
晶片级封装传感器装置100可以利用其在上侧处露出的接触面104P借助于FCOS安装安置在载体220上。因为传感器110在晶片级封装传感器装置100的上侧处也露出，所以传感器110利用其传感器面指向载体220，所述载体具有(穿通)开口，传感器110或传感器面放置在所述穿通开口中，进而在晶片级封装传感器装置100的上侧处露出。
在晶片级封装传感器装置100中集成的控制器102可以利用其触点102C朝向传感器110地设置。与之相应地，控制器触点102C可以直接被RDL层104接触，并且晶片级封装传感器装置100可以没有穿通接触部地形成，尤其没有穿过壳体材料108的穿通接触部(例如模塑材料)，控制器102可以嵌入所述壳体材料中。
芯片卡模块200还可以具有接触面阵列222，所述接触面阵列与安全元件芯片202连接并且配置用于芯片卡模块200的基于触点的运行。
替选地或附加地，芯片卡模块200可以具有天线444，所述天线与安全元件芯片202连接并且配置用于芯片卡模块200的无接触运行。天线444例如可以配置用于与集成到芯片卡的芯片卡体部中的增益天线耦合。
安全元件芯片202和晶片级封装传感器装置100可以横向地彼此并排地设置。
在不同实施例中，附加的部件442可以是对于芯片卡模块200的运行有意义的或必要的，例如无源部件以调谐天线444或为了其他目的。
附加的部件442在不同实施例中可以是电路440的部分。附加的部件442例如可以设置在晶片级封装传感器装置100和安全元件芯片102之间。这可实现晶片级封装传感器装置100的特别节省位置的构型。
图5示出根据不同实施例的用于形成晶片级封装传感器装置的方法的流程图500。
所述方法包括：借助于在不同平面中形成晶片级封装传感器装置的部分重叠的重布线线路来形成(510)电容式传感器；将控制器与传感器导电地连接(520)；以及形成(530)多个与控制器连接的接触面，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体电耦合。
所述方法在不同实施例中可以以示出的顺序实施。
在不同实施例中，可以改变在执行所述方法时的过程的顺序。例如，可以根据与控制器的触点处理传感器(RDL阵列)。
图6示出用于形成根据不同实施例的芯片卡模块的方法的流程图600。
所述方法包括：形成(610)根据实施例之一所述的晶片级封装传感器装置，例如如上文结合图1和/或结合图5所阐述的那样；和将安全元件芯片与电容式传感器导电地连接(620)。
下面，概括地说明一些实施例。
实施例1是晶片级封装传感器装置，其具有电容式的传感器、控制器，所述控制器与传感器导电地连接，其中电容式的传感器由晶片级封装传感器装置的在不同平面中形成的且部分重叠的重布线线路形成；和多个与控制器连接的接触面，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体电耦合。
实施例2是根据实施例1的晶片级封装传感器装置，其中传感器和控制器竖直堆叠地设置在晶片级封装传感器装置中。
实施例3是根据实施例1或2的晶片级封装传感器装置，其中多个接触面作为重布线线路的部分形成。
实施例4是根据实施例1至3之一的晶片级封装传感器装置，其中多个接触面和电容式的传感器的传感器面在晶片级封装传感器装置的相同侧处露出。
实施例5是根据实施例1至4之一的晶片级封装传感器装置，其中晶片级封装传感器装置不具有无源部件。
实施例6是芯片卡模块。芯片卡模块具有根据实施例1至5之一的晶片级封装传感器装置和安全元件芯片，所述安全元件芯片与电容式的传感器导电地连接。
实施例7是根据实施例6的芯片卡模块，所述芯片卡模块还具有带有电路的载体，所述电路与第一组接触垫和与第二组接触垫连接。
实施例8是根据实施例7的芯片卡模块，其中安全元件芯片与第一组接触垫连接，并且晶片级封装传感器装置与第二组接触垫连接。
实施例9是根据实施例6至8之一的芯片卡模块，所述芯片卡模块还具有接触面阵列，所述接触面阵列与安全元件芯片连接并且配置用于芯片卡模块的基于接触的运行，和/或具有天线，所述天线与安全元件芯片连接并且配置用于芯片卡模块的无接触运行。
实施例10是根据实施例7的芯片卡模块，其中安全元件芯片和晶片级封装传感器装置横向地彼此并排地设置。
实施例11是根据实施例7至10之一的芯片卡模块，其中安全元件芯片和晶片级封装传感器装置借助于倒装芯片连接与载体连接。
实施例12是用于形成晶片级封装传感器装置的方法。所述方法包括：借助于在不同平面中形成晶片级封装传感器装置的部分重叠的重布线线路来形成电容式的传感器；将控制器与传感器导电地连接；以及形成多个与控制器连接的接触面，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体电耦合。
实施例13是根据实施例12的方法，其中传感器和控制器竖直堆叠地设置在晶片级封装传感器装置中。
实施例14是根据实施例12或13的方法，其中多个接触面与重布线线路的一部分一起形成。
实施例15是根据实施例12至14之一的方法，其中多个接触面和电容式的传感器的传感器面在晶片级封装传感器装置的相同侧处露出。
实施例16是根据实施例12至15之一的方法，其中晶片级封装传感器装置不具有无源部件。
实施例17是根据实施例12至16之一的方法，所述方法还包括形成多个晶片级封装传感器装置作为重构的晶片的部分；以及将重构的晶片分割为多个晶片级封装传感器装置。
实施例18是用于形成芯片卡模块的方法，所述方法包括：形成根据实施例12至17中之一的晶片级封装传感器装置；以及将安全元件芯片与电容式的传感器导电地连接。
实施例19是根据实施例18的方法，所述方法还包括：提供具有电路的载体，所述电路与第一组接触垫和与第二组接触垫连接。
实施例20是根据实施例19的方法，所述方法还包括：将安全元件芯片与第一组接触垫连接，并且将晶片级封装传感器装置与第二组接触垫连接。
实施例21是根据实施例18至20之一的方法，所述方法包括：提供接触面阵列，其与安全元件芯片连接并且配置用于芯片卡模块的基于接触的运行，和/或提供天线，所述天线与安全元件芯片连接并且配置用于芯片卡模块的无接触的运行。
实施例22是根据实施例18至21之一的方法，其中安全元件芯片和晶片级封装传感器装置横向地彼此并排地设置。
实施例23是根据实施例18至22之一的方法，其中借助于倒装芯片连接将安全元件芯片和晶片级封装传感器装置与载体连接。
设备的其他有利的设计方案从对方法的描述中得出并且反之亦然。
Claims (20)
1.一种晶片级封装传感器装置(100)，具有：
-电容式的传感器(110)；
-控制器(102)，其与所述传感器(110)导电地连接；
-其中所述电容式的传感器(110)由所述晶片级封装传感器装置(100)的在不同平面中形成的且部分重叠的重布线线路(104)形成；和
-多个与所述控制器(102)连接的接触面(104P)，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体(220)电耦合。
2.根据权利要求1所述的晶片级封装传感器装置(100)，
其中所述传感器(110)和所述控制器(102)竖直堆叠地设置在所述晶片级封装传感器装置(100)中。
3.根据权利要求1或2所述的晶片级封装传感器装置(100)，
其中所述多个接触面(104P)形成为所述重布线线路(104)的部分。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的晶片级封装传感器装置(100)，
其中所述多个接触面(104P)和所述电容式的传感器(110)的传感器面在所述晶片级封装传感器装置(100)的相同侧处露出。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的晶片级封装传感器装置(100)，
其中所述晶片级封装传感器装置(100)不具有无源部件(442)。
6.一种芯片卡模块(200)，具有：
-根据权利要求1至5中任一项所述的晶片级封装传感器装置(100)，和
-安全元件芯片(202)，其与所述电容式的传感器(110)导电地连接。
7.根据权利要求6所述的芯片卡模块(200)，还具有：
带有电路(440)的载体(220)，所述电路与第一组接触垫(226_1)连接并且与第二组接触垫(226_2)连接。
8.根据权利要求7所述的芯片卡模块(200)，
其中所述安全元件芯片(202)与所述第一组接触垫(226_1)连接，并且所述晶片级封装传感器装置(100)与所述第二组接触垫(226_2)连接。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的芯片卡模块(200)，还具有：
接触面阵列(222)，其与所述安全元件芯片(202)连接并且配置用于所述芯片卡模块(200)的基于接触的运行，和/或
天线(444)，其与所述安全元件芯片(202)连接并且配置用于所述芯片卡模块(200)的无接触运行。
10.根据权利要求7所述的芯片卡模块(200)，
其中所述安全元件芯片(202)和所述晶片级封装传感器装置(100)横向地彼此并排地设置。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的芯片卡模块(200)，
其中所述安全元件芯片和所述晶片级封装传感器装置(100)借助于倒装芯片连接与所述载体(220)连接。
12.一种用于形成晶片级封装传感器装置的方法，所述方法具有：
-借助于在不同平面中形成所述晶片级封装传感器装置的部分重叠的重布线线路来形成(510)电容式的传感器；
-将控制器与所述传感器导电地连接(520)；以及
-形成(530)多个与所述控制器连接的接触面，所述接触面配置用于借助于倒装芯片连接与芯片卡模块载体电耦合。
13.根据权利要求12所述的方法，
其中所述传感器和所述控制器竖直堆叠地设置在所述晶片级封装传感器装置中。
14.根据权利要求12或13所述的方法，
其中所述多个接触面与所述重布线线路的一部分一起形成。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，
其中所述多个接触面和所述电容式的传感器的传感器面在所述晶片级封装传感器装置的相同侧处露出。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，还具有：
将多个晶片级封装传感器装置形成为重构的晶片的部分；以及
将所述重构的晶片分割为多个晶片级封装传感器装置。
17.一种用于形成芯片卡模块的方法，具有：
形成(610)根据权利要求12至16中任一项所述的晶片级封装传感器装置；以及
将安全元件芯片与所述电容式的传感器导电地连接(620)。
18.根据权利要求17所述的方法，还具有：
提供具有电路的载体，所述电路与第一组接触垫和与第二组接触垫连接。
19.根据权利要求18所述的方法，还具有：
将所述安全元件芯片与所述第一组接触垫连接，并且将所述晶片级封装传感器装置与所述第二组接触垫连接。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，还具有：
提供接触面阵列，其与所述安全元件芯片连接并且配置用于所述芯片卡模块的基于接触的运行，和/或
提供天线，所述天线与所述安全元件芯片连接并且配置用于所述芯片卡模块的无接触运行。
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