CN1218575A - 半导体芯片用的载体元件 - Google Patents

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Abstract

半导体芯片用的一种载体元件应该既用于装入各芯片卡中,又用于焊接在用SMD技术的各印刷电路板上。为此合成材料薄膜(1)的铜覆层是通过刻蚀如此结构化的,使各接点面(3)是与终止在载体元件边缘上的各印制导线(4)整块构成的,这些印制导线使得可靠的焊接成为可能。

Description

半导体芯片用的载体元件
本发明涉及一种半导体芯片用的，尤其是用于装入各芯片卡的载体元件，在该载体元件上一种金属薄膜是层压到一种非导电的薄膜上的，并且是以这种方式结构化的，即形成沿着该载体元件的两个相对主边缘布置的各接点面。
这样的各载体元件例如是由DE 34 24 241 C2公开的，并且大范围地使用在各芯片卡中。为了制造载体元件用一种导电的，尤其是由表面精制过的铜做的薄膜复层，一种今天优先由玻璃纤维加强的环氧树脂做的非导电薄膜。将图形刻蚀到这个导电薄膜中，这些图形互相间形成绝缘的接点面，这些接点面是以两个互相平行的行布置在一个中间面的各纵向侧上的。各外边的接点面之一大多是与该中心的接点面整块地构成的。在层压过程之前将各孔冲剪入非导电薄膜。这些孔使通向各接点面的通道成为可能，以便可将半导体芯片与这些接点面电气地连接，使得此半导体芯片经过各接点面可由一读出设备接点接通。也可安排一个为容纳该半导体芯片的中央冲剪，例如象这在DE 3424 241 C2中的情况那样，以便减小载体元件-芯片布置的总高度。
今天各种已知的载体元件大多具有一种大致为矩形的基面，在此，两行接点面沿着载体元件的两个相对的边缘延伸。
从前，各芯片卡用的半导体芯片几乎只满足专门的各种存储器功能，并且基于其串行的数据输入端，仅曾适用于芯片卡中。然而，随着具有微处理器功能的芯片卡逐渐的推广，这些为此采用的半导体芯片已经变成更为一般地可使用的了，因为，如果这些微处理器不是封装在芯片卡中的话，带有串行的输入端的各微处理器尤其是带有专用协同处理器的这些微处理器，也得到使用。例如微处理器也可装入PCMCIA(个人计算机存储卡国际协会-译注)卡中或者通常在印刷电路板上得到应用。
介于半导体芯片和一个印刷电路板之间的当今优选的连接技术是符合于SMD工艺技术(Surface Mounted Device表面装配装置)的焊接的。在这时借助丝印法将一种焊料膏涂到印刷电路板上，并且然后将作为各SMD安置的半导体芯片定位于此上。随后将印刷电路板送入一种炉中，以便熔化焊料和由此制成介于印刷电路板和半导体芯片间的一种连接。
能做成SMD的芯片壳体有专门成形的接头，它们使自动化安装和同样为自动化的焊接工艺成为可能。在此焊接必须是可靠的，并且它必须在各规定位置上实现，而没有焊料流散和由此产生的各种短路，或者没有形成不良的接点。
与此相反，当今芯片卡用的各载体元件有比较大面积的接点，这些接点首先用于建立对读出设备的各探针尖的可靠接点。尤其由ISO标准ISO 7816确定了这些接点面必须有何种最小尺寸和位置。
因而对不同的应用情况需要安排不同的壳体或芯片载体，基于不同的制造过程、后勤保障、材料等等这导致制造成本的提高。
从CH 654143 A5中虽然公开了，芯片卡用的一种载体元件也考虑用于别的装配方式，例如用于装入各混合电路中。可是芯片卡装配用的这些接点面位于那里的载体元件上，而与这些接点面构成一体的各接头位于不同的平面上，使得一种花费大的制造是必要的。此外这些接头是为半导体芯片的直接接点接通考虑的，以致于不能将它们也用作为焊片，因为此芯片会由此损坏。
EP 0311 435 A2也描述由一个金属复层的非导电基片做的芯片卡用的一种载体元件，在此基片上在后接点面中的金属复层是结构化的。在此，形成各接头的印制导线是与各接点面整块地构成的。可是这些接头用于装入基片一个缺口中的，半导体芯片的直接接点接通，并且为此目的探入缺口的范围中。这些接头因此在此也不能用作焊片。
本发明的任务因而是，提供半导体芯片用的一种载体元件，它既满足适用于各芯片卡的ISO标准，也具有SMD装配性能。
通过按权利要求1的一种载体元件解决此任务。在从属权利要求中说明了有利的各种进一步改进。
在制造铜复层的玻璃环氧树脂载体元件时，以按本发明的方法不仅刻蚀各接点面，而且也刻蚀整块地与此玻璃环氧树脂载体元件连接的，各窄的印刷导线。在此，此铜薄膜至少应为35μm，优选地约为70μm的厚度，为了在印制电路板和非导电合成材料薄膜之间保障足够大的距离，从而减少了由焊料膏引起电气短路的危险。首先是由卡普顿(Kapton)做的非导电薄膜，卡普顿对于SMD焊接是足够温度稳定的。通过这些窄的，尤其约为0.4mm宽的和因此符合SMD标准的印制导线，一种按明确规定的焊接是可能的。
这些印制导线以有利的方式互相平行地分布，并且在此有一种约为12.5mm的，它们的中心线距离，这同样符合SMD标准。在此，这些印制导线既能平行于各行接点面又能与它们垂直分布。原则上是各任意方向都是可能的。
在本发明的有利的进一步发展中，这些印制导线终止在载体元件的边缘上，使得焊接的一种光学检验是可能的。在其它的设计结构中这些印制导线具有一种作为流动屏障的收缩处，使得焊接只能在一个一定的范围内进行，并且对此同时保障了一种良好的连接。
在本发明的其它进一步发展中，这些印制导线被划分成两个组，它们终止在载体元件的相对各边缘上。
如果这些印制导线终止在载体元件的边缘上，这可能导致，在载体元件的中心不再存在铜薄膜。在布置于非导电基片另外侧上的半导体芯片用细丝压焊技术与各接点面电气接点接通时，可能导致使基片薄膜弯曲，这可能导致不良的压焊结果。在本发明的有利的进一步发展中，因此在载体元件的中心范围里留下铜薄膜的一些面，它们是与这些印制导线和/或各接点面连接的，以便不生成寄生的电容。这些面起着支承元件的作用，以便在细丝压焊时防止非导电薄膜的弯曲。
在一个其它的按本发明的结构中考虑了，此绝缘的薄膜至少具有一个凹槽，它使为永久性接点接通(如焊接)而考虑的各接头不受覆盖。因此能够从绝缘薄膜的侧面看到这些接头，以致于在焊接这些接头之后，可以光学检验此焊接结果。没有这种按本发明的缺口，一种这样的光学检验也许不是真正可能的，因为此导电薄膜和在其中也许存在的缝隙或空档，在它们的整体上是由此绝缘的薄膜覆盖的。
本发明的一个进一步发展考虑了，这些接头中的至少一个是从此绝缘薄膜折弯出来的。这有这样的优点，即在焊接期间避免了在各接头上。焊料的毛细管效应，这些接头只具有小的相互距离，这种距离可能出现在未折角或折弯的各接头之间。
本发明的另一个进一步发展考虑了，缺口两侧面上各接头中的至少一个是固定在绝缘薄膜上的，这两个侧面较有利地是相对布置的。在此，在缺口两侧面中的一个上的接头的这种固定是可以脱开的，以致于随后这个接头也是从绝缘薄膜可折弯出来的。通过这些接头的双侧固定防止了，由于操作或运输此载体元件，无意地弯曲或损伤这些接头。另一方面，通过单侧地脱开这种在绝缘膜上的固定，仍然能在焊接前有利地折弯此接头。
以下用各实施例借助各附图详述本发明。在此
图1展示按本发明一个载体元件的后视图和正视图的透视表示图，
图2展示按图1载体元件的俯视图，和
图3展示按本发明一个载体元件的一个其它变体。
图4从导电薄膜侧面展示按本发明的一个载体元件，
图5从相对的侧面展示图4的载体元件，电气绝缘的薄膜位于此侧面上，
图6展示，在一个芯片用包封已经固定在载体元件上和各接头从绝缘薄膜已折弯出来之后的，来自图4载体元件的一个载面示图，和
图7在俯视图中展示来自图6的载体元件。
图1以从上侧面和下侧面的透视示图展示按本发明的一种载体元件。在右边的半边图中表示了该上侧面，它展示由一种例如象卡普顿(Kapton杜邦公司商品名)的，尽可能耐温度变化的合成材料做的，一种非导电基片1。一个合成材料壳体2是布置在此基片1上的，一个未表示的半导体芯片是在合成材料壳体内部的。可用一种注塑模型，但是也可通过浇铸覆上此合成材料壳2。在后者情况下可安排一个在基片上的支承框架。
在图1的左边部分中表示了载体元件的下侧面，它展示这些接点面3以及与它们整块地相连的各印制导线4。
在图2中以俯视图展示此下侧面。这些接点面3以两个平行的行沿着载体元件的两个相对的边缘分布。这些接点面的各面在此覆盖着应由一个读出设备接点接通的各范围，这些范围的大小和位置是由ISO标准ISO7816规定的。
在两行接点面3之间分布着对此平行的印制导线4，它们是划分为两个组的，在此印制导线4中的每一个是各与接点面3中的一个连接的。在此这两个组终止在载体元件的，相对的各边缘上，以致于在这些印制导线4的各中心线之间可留出约为1.27mm的距离，便满足用于SMD焊接的标准。这些印制导线4在此至少在它们的进行焊接的各末端上，有一个约为0.4mm的宽度。
在图2中所示的载体元件上，这些印制导线4有一种不变的宽度。因此要在载体元件的中心和在那些范围里产生在其上铜薄膜是刻蚀掉的区域，布置在载体元件相对侧面上的半导体芯片的各个角座落在这些区域里。因此产生了问题，即在芯片细丝压焊时，也就是在芯片与各接点面的电气连接时，非导电的基片可能弯曲。由此原因，在本发明有利的进一步发展中，各铜区域5,6,7,8,9是留下的，它们是与印制导线4中的几个整块地连接的，以便避免寄生性电容。但是原则上也可以将这些印制导线4在它们的与这些接点面3连接的各末端上构成为较宽的。
这些印制导线4在靠近它们的各自由末端处具有收缩处10，它们起着作为焊料的流动屏障的作用。因此可以进行一种更为准确的焊接。
在按图2的实施形式中，这些印制导线4是引到载体元件边缘上的。但是这些印制导线同样可以终止在载体元件的中心。但是焊接的光学检验则是不再可能了。
在图3中展示按本发明一种载体元件的一种其它实施形式。这些接点面11在此同样以两个平行的行，却是沿着与各拐角接点面11a中之一构成为整块的一个中间面12分布。由中间面12和拐角接点面11a组成的联合体具有一个缝隙13，此缝隙是大约象中间面12宽度那样长。此缝隙以大约相当于一个粘结膜宽度的距离，平行于载体元件的边缘分布，以此距离将此载体元件粘接入一个塑料卡中。为此采用一种热胶法，这就是说，一个热的压头以一定的时间将此载体元件压在卡上，直到粘结膜熔化为止。此缝隙13防止压头的热量经此铜薄膜到达置放在面12的范围中的半导体芯片，并且防止可能损坏此半导体芯片。
出于同一原因，此中间面12也不延伸到载体元件的相对边缘。替代此的，那里的各拐角接点面11b中的一个是沿着那里的载体元件边缘加长地构成的。
在此实施例上，按本发明的用于SMD焊接的这些印制导线14垂直于各接点面行的方向分布，并且位于拐角接点面11a,…11d之间。出于此原因中间接点面11e,…11h不延伸到载体元件的边缘，而是仅延伸到虚线表示的，由ISO标准ISO 7816规定的线。
接点面11的最小尺寸和位置是由虚线的区域15表示的。
这些印制导线14在此是比按图2实施例上的短得多，但是仍然允许可靠的焊接。在此也能安排各收缩处作为流动屏障。可是这在图3中未表示出来。在按图3的实施例中，印制导线的宽度和距离也符合SMD的焊接标准。
图4展示如在图3中已表示的按本发明载体元件的一种进一步改进。在此，也在这里为载体元件安排了可脱开接点接通的各接点面11，和为载体元件永久性接点接通安排了各接头14。当将此载体元件装入一个芯片卡时，然后此芯片卡为了接点接通是可推入各相应的读出设备的，并且随后重新是从这些读出设备可取出的，则出现一种经这些接点面11的一种可脱开的接点接通。当将此载体元件替代此而例如焊接在一个印刷线路板上的话，则这涉及一种永久性接点接通。
在此实施例上，载体元件具有在绝缘薄膜1中的两个缺口17，这些缺口让为永久性接点接通而安排的各接头14未由此绝缘薄膜1覆盖。由于这些缺口17位于与绝缘薄膜1的外边缘保持距离的位置上，如图4中所示那样，有可能这些接头14探出这些缺口17，并因此在各缺口17的两个相对侧面上，是通过粘结固定在绝缘薄膜1上的。各接头14的这种双侧固定的优点在于，这些接头尽管它们有纹理的(filigran)结构尺寸仍然是受到防损伤保护的。由此总体地提高了载体元件的稳定性。
图5从另一侧面表示图4的载体元件。图5中载体元件已配备一个由一个包封包围的半导体芯片。在此只能看到通常由一种热固性塑料制造的包封2，而布置在此包封内部的芯片本身是不可见到的。介于芯片各接头和各接点面11或各接头14之间的电气连接也是由芯片包封2覆盖住。
载体元件的制造可以以下方式进行：
1．例如环氧树脂，聚酯薄膜或卡普顿适合用于制造电气绝缘薄膜
   1。此薄膜具有介于60和180μm的厚度。通过冲剪在此绝缘薄
   膜1中制成各孔，借助这些孔以后可制成介于芯片和各接点面
   11或各接头14之间的电气连接。用此同一冲剪过程可制成这
   些按本发明的缺口17。
2．制造有利地由35至70μm厚的铜制作的导电薄膜。
3．现在接点面11和导电薄膜中的接头14可以或者通过冲剪来制
   造，此后进行这两个薄膜的合并层压，或者在导电薄膜结构化
   之前进行此两个薄膜的合并层压，此后用光刻胶涂层和随后的
   曝光和刻蚀进行导电薄膜4的结构化。
4．导电薄膜的覆层用镍(用于制成一种扩散屏障，用于改善压焊
   性能和提高各摩擦性能)，和用金(为了予防腐蚀和出于各光
   学原因)。
图6在一个截面视图中和图7在一个俯视图中展示图4和5的载体元件，在此这些示图是不按比例的。在图6中的载体元件上将接头14例如通过冲剪，各自在这些缺口17的一个侧面上已从它们与绝缘薄膜1的固定位置上脱开，并随后从此绝缘薄膜1向下折弯或折角。介于各接头14和芯片18之间的电气连接当然经这些接头14的第二固定位置保持不变。
接头14的折角的优点在于，避免了基于相邻接头14之间的较小间距的，对于焊料的一种毛细管效应。对此起决定性作用的是通过按本发明的各接头14的折弯而达到的，介于焊料表面和绝缘薄膜1下侧面之间的垂直距离。
从这些图中和尤其从图6中可明显看出，通过绝缘薄膜1中按本发明的这些缺口17，在为制造载体元件的一种永久性接点接通的，各接点14的焊接时，一方面存在一个从绝缘薄膜1上方通向焊接位置的直接通道，并且另一方面在焊接过程结束之后，可以光学地检验焊接过程的结果。这是特别有利的，因为在制造各载体元件时，由于由芯片包封材料的剧烈收缩而产生的机械应力可能导致导电薄膜的各种过大的不平度。这能够导致各接点面11之间的或各接头14之间的各种短路，或者导致象不充分浸润，缩孔等等的其它焊接缺陷。
不同于图6中所示地，当然也可能，不将这些接头14从绝缘薄膜折弯出来，由此将缺口17的一个侧面上的各接头14冲剪出来变得不必要了。由此人们虽然放弃了避免对于焊料毛细管效应的优点，可是在同时保留永久性接点接通的光学可检验性的和绝缘薄膜1上各接头14可靠固定的优点的情况下，节省了几种制造步骤。
在本发明的其它实施例上也有可能，将这些缺口17直接布置在绝缘膜1的边缘上。在此情况下，或者当这些接头14在这些描述的实施例上，不是固定在这些缺口17的位于外面的各侧面上的时候(其办法是这些接头在那里要么不是粘结的，要么完全不探出此缺口17)，可以特别容易地实施将这些接头14从绝缘薄膜1折弯出来，因为，在此冲剪过程是不必要的。
当然，本发明的下面的实施形式也是可能的，在这些实施形式上存在着不同于在所描述各种载体元件上的，一种另外的缺口17数目。在各描述对象的变更中，例如介于这些单个接头14之间的各缺口17中的每一个是可以再一次地划分的。按这些接头14的布置不同，必须进行这些缺口17的形式和布置的适配。
本发明尤其适合于经用SMD工艺技术的各接头的载体元件的永久性接点接通。然而也可以，将折弯的各接头以常规方式插入位于印刷电路板中的各孔中，并在那里焊接。这些按本发明的缺口然后也能够光学地检验焊接结果。
除了焊接之外，借助一种导电粘结剂也可考虑用于制造各接头14的永久性接点接通。
通过按本发明构成的金属复层合成材料基片载体元件的接点侧面，此载体元件带有与各接点面构成为整块的各印制导线，这些载体元件既可装入各芯片卡又可焊接在印刷电路板上。

Claims (12)

1．一种半导体芯片(18)用的，尤其是用于装入各芯片卡中的载体元件，在该载体元件上一种金属薄膜是层压到一种非导电的薄膜(1)上的，并且是以这种方式结构化的，即沿着该载体元件的两个相对的的主边缘，形成以两个平行的行布置的各接点面(3；11)，并且该半导体芯片是安置在非导电薄膜的与此金属薄膜相对的侧面上的，以及穿过非导电薄膜中的缺口是与这些接点面电气连接的，其特征在于，这些接点面(3；11)中的每一个是与一个比接点面的尺寸较窄的、由此金属薄膜形成的和在一个平面中与此薄膜延伸的以形成各接头(4；14)的印制导线整块地连接的。
2．按权利要求1的载体元件，其特征在于，此半导体芯片是安置在非导电薄膜的一个缺口中的，此缺口在其整个范围上是由此金属薄膜覆盖的。
3．按权利要求1或2的载体元件，其特征在于，这些印制导线(4；14)通向载体元件的边缘。
4．按权利要求1至3之一的载体元件，其特征在于，这些印刷导线(4)各自具有一个收缩处(10)。
5．按权利要求1至4之一的载体元件，其特征在于，这些印制导线(4；14)是划分成两个组的，在此，一个各自组的这些印制导线(4；14)终止在载体元件的各相对边缘上。
6．按权利要求1至5之一的载体元件，其特征在于，这些印制导线(14)终止在载体元件的各主边缘上。
7．按权利要求1至5之一的载体元件，其特征在于，这些印制导线(4)终止在载体元件的垂直于各主边缘延伸的各边缘上。
8．按前述权利要求之一的载体元件，其特征在于，这些印刷导线(4)中的至少一个在载体元件中心的范围内具有一个造型。
9．按权利要求8的载体元件，其特征在于，这些造型中的至少一个是比这些印制导线(4)宽的。
10．按前述权利要求之一的载体元件，其特征在于，绝缘膜(1)具备至少一个缺口(17)，此缺口使得各接头(14)的为永久性接点接通安排的各部分未被覆盖。
11．按权利要求10的载体元件，其特征在于，接头(14)中的至少一个是从此绝缘薄膜(1)折弯出来的。
12．按权利要求10的载体元件，其特征在于，缺口(17)两侧面上的接头(14)中的至少一个是固定在绝缘薄膜(1)上的。
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