DE10133588A1 - Anordnung eines Chips und einer Leiterstruktur - Google Patents

Abstract

Ein Halbleiterchip (1) mit einer darin integrierten Schaltung und eine Spulenstruktur (2) auf einem Trägerfilm (7) sind ohne elektrisch leitende Verbindung kapazitiv miteinander gekoppelt, indem auf oder in dem Halbleiterchip oder einem mit dem Halbleiterchip versehenen Chipträger (5) Leiterflächen (3) vorhanden sind, die so gegenüber Leiterflächen (4) an den Enden der Spulenstruktur angeordnet sind, dass eine kapazitive Kopplung zwischen der Spulenstruktur und den Leiterflächen des Halbleiterchips vorhanden ist, die zum Einsatz der Spulenstruktur als Komponente der Schaltung ausreicht. Anwendung bei kontaktlosen Chipkarten oder RF-ID-Tags.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung eines Halb­ leiterchips mit einer Leiterstruktur, insbesondere einer An­ tennenstruktur für kontaktlose Chipkarten.

Bei kontaktlosen Chipkarten werden Daten und Energie induktiv über eine Antennenstruktur zwischen dem in der Chipkarte in­ tegrierten Halbleiterchip und dem Terminal übermittelt. Die Halbleiterchips können als Chipmodul auf einem Träger mon­ tiert sein, mit dem sie in die Aussparung eines Kartenkörpers aus Kunststoff eingesetzt werden. Eine Antennenstruktur oder elektrisch leitfähige Spulenstruktur wird üblicherweise auf einer Oberseite des Kartenkörpers oder einer Schichtebene dieses Kartenkörpers aufgebracht und gegebenenfalls einlami­ niert. Die Antennenanschlüsse des Halbleiterchips oder Chip­ moduls werden mit den Enden der Antennenstruktur kontaktiert.

Da die Kontaktstellen nicht direkt zugänglich sind und der Kartenkörper aus thermoplastischem Material besteht, kann die Kontaktierung der Anschlusskontakte an die Spulenenden prak­ tisch nur durch die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes geschehen. Ein solcher Implantationskleber ent­ hält üblicherweise kleine Silberpartikel, damit auch bei ei­ ner ausreichenden Klebewirkung der ohmsche Wiederstand des Klebstoffes möglichst niedrig ist. Der für die Montage eines Halbleiterchips in einem Kartenkörper verwendete Klebstoff ist daher relativ teuer; außerdem besteht bei Alterung die Gefahr des Totalausfalls.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, anzugeben, wie ei­ ne Leiterstruktur mit möglichst geringem Aufwand in Verbin­ dung mit einer in einem Halbleiterchip integrierten Schaltung eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit der Anordnung eines Chips und einer Leiterstruktur mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung sind ein Halbleiterchip mit einer darin integrierten Schaltung und eine Leiterstruk­ tur vorhanden. Die Kopplung zwischen der Schaltung und der Leiterstruktur erfolgt ausschließlich oder überwiegend kapa­ zitiv durch eine geeignete Ausgestaltung der Komponenten und eine geeignet vorgenommene Ausrichtung der Leiterstruktur und des Halbleiterchips relativ zueinander.

Dazu ist auf oder in dem Halbleiterchip oder an einem mit dem Halbleiterchip versehenen Chipträger mindestens eine Leiter­ fläche vorhanden, die so zu der Leiterstruktur angeordnet ist, dass eine kapazitive Kopplung zwischen der Leiterstruk­ tur und der Leiterfläche vorhanden ist, die zum Einsatz der Leiterstruktur als Komponente der Schaltung ausreicht. Bei einer Verwendung der Leiterstruktur als Induktivität der Schaltung, insbesondere im Fall einer Spulenstruktur, und z. B. bei einem Einsatz der Leiterstruktur als Antenne einer kontaktlosen Chipkarte oder eines RF-ID-Tags, sind vorzugs­ weise zwei voneinander getrennte Leiterflächen auf oder in dem Halbleiterchip oder an einem mit dem Halbleiterchip ge­ bildeten Chipmodul vorhanden, die mit je einem von zwei Enden der Leiterstruktur kapazitiv gekoppelt sind. Als Träger der Leiterstruktur kommt insbesondere ein Trägerfilm, vorzugswei­ se aus einer Folie, in Frage, der zum Beispiel in Schichten aus Kunststoffmaterial, die für einen Chipkartenkörper vorge­ sehen sind, einlaminiert werden kann. Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung als RF-ID-Tag, das zum Beispiel auf einem Gehäuse oder einer Verpackung eines Produktes auf­ gebracht wird, kann die Leiterstruktur als Teil dieses Gehäu­ ses oder dieser Verpackung vorgesehen und bei der Herstellung entsprechend vorgefertigt sein.

Es folgt eine genauere Erläuterung von Beispielen der erfin­ dungsgemäßen Anordnung anhand der Fig. 1 und 2.

Die Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfin­ dungsgemäßen Anordnung.

Die Fig. 2 zeigt eine schräge Schnittaufsicht auf eine Spu­ lenstruktur auf einem Trägerfilm.

In der Fig. 1 ist in einer seitlichen Schnittansicht eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, die einen Halbleiter­ chip 1 und eine Leiterstruktur 2 umfasst. Die Leiterstruktur kann je nach Anwendungsbeispiel durch eine Spulenstruktur oder durch eine ganz oder größtenteils geradlinig ausgerich­ tete Leiterbahn, insbesondere in der Funktion einer Staban­ tenne, gebildet sein. Der Halbleiterchip 1 ist hier auf einem Chipträger 5 angebracht, der bei anderen Ausführungsbeispie­ len auch weggelassen sein kann. Mit einer in dem Halbleiter­ chip integrierten Schaltung verbundene Leiterflächen 3 sind auf oder in dem Halbleiterchip oder wie in diesem Beispiel an dem Chipträger 5 vorhanden. Die Leiterflächen sind beispiels­ weise mit Antennenanschlüssen der integrierten Schaltung des Halbleiterchips 1 elektrisch leitend verbunden.

Der Halbleiterchip kann z. B. nach Art einer Flip-Chip-Monta­ ge mit seinen Anschlusskontakten auf Leiterflächen des Chip­ trägers angebracht sein, die mit den Leiterflächen 3 elek­ trisch leitend verbunden sind. Es ist statt dessen möglich, die Anschlusskontakte des Halbleiterchips 1 mittels so ge­ nannter Bonddrähte mit den Leiterflächen zu verbinden. Die genaue Ausgestaltung dieser Anschlüsse ist für die Erfindung nicht wesentlich. Wenn der Chipträger 5 weggelassen wird, sind die Anschlusskontakte des Halbleiterchips vorzugsweise so angeordnet und ausgerichtet, dass sie mit den Leiterflä­ chen 4 der Leiterstruktur kapazitiv gekoppelt sind.

Die Leiterflächen 3 sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung weiteren Leiterflächen 4 der Leiterstruktur 2 gegenüberlie­ gend ausgerichtet. Die Leiterstruktur ist vorzugsweise auf einem Trägerfilm 7, der zum Beispiel eine Folie sein kann, angebracht. Nach dem Anbringen des Halbleiterchips auf der Leiterstruktur, so dass die zugeordneten Leiterflächen der integrierten Schaltung bzw. der Leiterstruktur in einer für eine kapazitive Kopplung ausreichenden Weise einander gegen­ überliegen, kann der Trägerfilm beidseitig in weitere Schich­ ten 6 einlaminiert werden. Diese Schichten 6 sind zum Bei­ spiel ein Kunststoffmaterial eines Kartenkörpers und zur Aus­ bildung einer kontaktlosen Chipkarte vorgesehen. Zum Einlami­ nieren der erfindungsgemäßen Anordnung in einen Kartenkörper, insbesondere für kontaktlose Chipkarten, ist das Ausführungs­ beispiel ohne gesonderten Chipträger bevorzugt, da sich die Herstellung erheblich vereinfacht, wenn nur der Halbleiter­ chip selbst an der geeigneten Stelle auf dem Trägerfilm ange­ bracht zu werden braucht. Es erübrigt sich so die Verwendung herkömmlicher Chipmodule.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird auf eine leitfähige Verbindung der Leiterflächen 3, 4 verzichtet, so dass es ge­ nügt, einen gewöhnlichen, nicht elektrisch leitenden Kleb­ stoff zur Befestigung der Leiterflächen zu verwenden. Durch die Abmessungen und die Ausrichtung der dicht übereinander liegenden Leiterflächen 3, 4 der integrierten Schaltung und der Leiterstruktur wird eine kapazitive Kopplung zwischen den Leiterflächen bewirkt. Die Leiterstruktur 2 kann so zum Bei­ spiel als Antenne oder Induktivität der in dem Halbleiterchip integrierten Schaltung verwendet werden, ohne dass eine elek­ trisch leitende Verbindung erforderlich wäre.

Die Fig. 2 zeigt eine schräge Aufsicht auf einen geschnitte­ nen Trägerfilm 7, in der eine typische Ausgestaltung der Lei­ terstruktur 2 als Spulenstruktur erkennbar ist. Die Spulen­ struktur ist hier durch Leiterbahnen gebildet, die aus elek­ trisch leitfähigem Material, vorzugsweise aus Metall, beste­ hen. Das Metall kann zum Beispiel als dünne Metallisierung auf eine als Trägerfilm verwendete Folie aufgedampft sein. Die Enden der Spulenstruktur sind in diesem Beispiel jeweils durch eine Leiterfläche 4 gebildet, die für eine kapazitive Kopplung mit einer entsprechenden Leiterfläche eines aufge­ setzten Halbleiterchips vorgesehen ist. Insbesondere bei ei­ ner Spulenstruktur kann der kapazitiv angekoppelte Chipträger oder Chip die Funktion einer Brücke übernehmen, wie sie zum Schließen von planaren Spulen erforderlich ist.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung kann insbesondere eine kontaktlose Chipkarte hergestellt werden, die bei einfacherer und kostengünstigerer Herstellung die gleiche Funktionalität wie herkömmliche kontaktlose Chipkarten aufweist. Dabei ist nur zu beachten, dass die für eine kapazitive Kopplung vorge­ sehenen Leiterflächen ausreichend groß bemessen werden, um eine hinreichend große Koppelkapazität zu erreichen, auch wenn die zwischen den Leitern vorhandene Klebstoffschicht die Größe des minimalen Abstandes der Leiter voneinander nach un­ ten begrenzt. Die Größe der Koppelkapazität kann bei der ge­ nannten Anwendung bei kontaktlosen Chipkarten insbesondere noch auf die Ausgestaltung und technischen Eigenschaften der Antenne abgestimmt werden.

Insbesondere ist es im Sinn der Erfindung, wenn der Chipträ­ ger auf eine Leiterbahnstruktur aufgeklebt wird, die völlig unabhängig vom Chipträger gefertigt wurde: So kann beispiels­ weise die Leiterbahnstruktur im Rahmen der Produktion einer Verpackung (z. B. strukturierte Bedampfung von Lebensmittel­ hüllen, Einlegen von Spulen in Plastik-Großbehälter, Bedruc­ ken von Papier) entstanden sein, auf die nachträglich der Chipträger aufgeklebt wird. Hierdurch kann z. B. bei RF-ID- Systemen die Spulenfläche auf die Dimension des zu identifi­ zierenden Körpers vergrößert werden, wodurch die Reichweite der Übertragung verbessert wird. Andererseits kann so die Fertigung der Spule kostengünstig in die Fertigung der Ver­ packung integriert werden unter Beibehaltung einer einfachen und kostengünstigen Montage des Chips auf der Antenne (durch Montage auf dem Chipträger und Aufkleben des Chipträgers auf die Verpackung).

Bei hinreichend großen Koppelkapazitäten ist auch eine verse­ hentliche Durchkontaktierung schadlos, die z. B. auftreten kann, wenn der Klebstoff auf die Leiterflächen stellenweise zu dünn aufgetragen wird oder die Oberfläche der Leiterflä­ chen nicht ganz eben ausgebildet wird. Eine Durchkontaktie­ rung kann auch beabsichtigt sein. Bei derartigen Ausführungs­ formen wird durch die Formgebung der miteinander zu koppeln­ den Leiterflächen ein möglicherweise eng begrenzter, aber di­ rekter Kontakt beim Verkleben der Leiterflächen bewirkt. Die wesentlichen Anteile der Leiterflächen bleiben im Abstand zu­ einander und durch die Klebstoffschicht voneinander getrennt und bilden eine Koppelkapazität, die auch bei einem Abreißen der direkten (galvanischen) Kopplung für eine ausreichende elektrische Kopplung zwischen der Leiterstruktur und den Chi­ panschlüssen sorgt.

Wenn die Leiterfläche 150 mm² groß ist, im Abstand von 25 µm dazu eine weitere Leiterfläche angeordnet ist und zwischen den Leiterflächen ein Kunststoffmaterial mit einer relativen Dielektrizitätszahl von 3,37 (Beispielsweise PET) vorhanden ist, ergibt sich für den auf diese Weise gebildeten Platten­ kondensator eine Kapazität von etwa 200 pF. Eine solche Kapa­ zität ist für eine kapazitive Kopplung eines Chipmoduls mit einer Antennenstruktur ausreichend.

Claims (7)

1. Anordnung eines Chips und einer Leiterstruktur, bei der ein Halbleiterchip (1) mit einer integrierten Schaltung und eine für diese Schaltung vorgesehene elektrisch leitende Lei­ terstruktur (2) vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung mit mindestens einer Leiterfläche (3) auf oder in dem Halbleiterchip oder an einem mit dem Halbleiterchip versehenen Chipträger verbunden ist und eine Leiterfläche (4) der Leiterstruktur (2) so zu der Lei­ terfläche (3) der integrierten Schaltung angeordnet ist, dass unabhängig davon, ob außerdem eine elektrisch leitende Ver­ bindung vorhanden ist, eine kapazitive Kopplung zwischen der Leiterstruktur und der Leiterfläche der integrierten Schal­ tung vorhanden ist, die zum Einsatz der Leiterstruktur in Verbindung mit der Schaltung ausreicht.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Leiterstruktur vorwiegend in einer Ebene als Spulenstruk­ tur und/oder als Antennenstruktur ausgebildet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die integrierte Schaltung mit zwei voneinander getrennten Leiterflächen (3) auf oder in dem Halbleiterchip oder an ei­ nem mit dem Halbleiterchip versehenen Chipträger verbunden ist und je eine Leiterfläche (4) an Enden der Leiterstruktur so zu jeweils einer der Leiterflächen (3) der integrierten Schal­ tung angeordnet ist, dass kapazitive Kopplungen zwischen den Enden der Leiterstruktur und den zugeordneten Leiterflächen der integrierten Schaltung vorhanden sind, die zum Einsatz der Leiterstruktur als Induktivität der Schaltung oder als Antenne ausreichen.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Leiterstruktur (2) auf einem Trägerfilm (7) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der der Trägerfilm (7) beidseitig in Schichten aus Kunststoffma­ terial einlaminiert ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Leiterstruktur und der Halbleiterchip als Komponenten ei­ ner kontaktlosen Chipkarte vorgesehen sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Leiterstruktur und der Halbleiterchip als Komponenten ei­ nes RF-ID-Tags vorgesehen sind.