DE10151941A1

DE10151941A1 - Chip card or storage card, such as a multimedia card is configured as a TSLP package so that higher production rates can be achieved with lower production costs

Info

Publication number: DE10151941A1
Application number: DE2001151941
Authority: DE
Inventors: Harald Gundlach; Michael Huber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-10-22
Filing date: 2001-10-22
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Chip module for a chip card has a chip support (1) with an attached semiconductor chip (2) with one or more connection contacts and one or more contact surfaces (5) on the chip support. The semiconductor chip is arranged in a housing with at least one contact block (3) with a connection contact in electrical contact with a contact surface arranged within the housing. The invention also relates to a corresponding chip card or storage card with a semiconductor chip and contact block combined to form a thin small leadless package (TSLP).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Chipmodul, insbesondere für Chipkarten oder Speicherkarten, und eine Chipkarte oder Speicherkarte (zum Beispiel Multimediakarte). The present invention relates to a chip module, in particular for chip cards or memory cards, and a chip card or memory card (e.g. multimedia card).

Trägerelemente für einen Halbleiterchip zum Einbau in Chipkarten sind in vielfältiger Weise bekannt geworden. In der US 5,134,773 ist ein Trägerelement beschrieben, das aus leitfähigem Material bestehende Kontaktflächen in Form eines so genannten Leadframes aufweist, bei dem der Halbleiterchip auf eine mittig angeordnete Chipinsel geklebt ist und mittels Bonddrähten mit peripher angeordneten Kontaktflächen elektrisch verbunden ist. Carrier elements for a semiconductor chip for installation in Chip cards have become known in a variety of ways. In the US 5,134,773 describes a carrier element which consists of conductive material existing contact surfaces in the form of a so has mentioned leadframes, in which the semiconductor chip a centrally located chip island is glued and by means of Bond wires with peripherally arranged contact areas is electrically connected.

In der DE 197 45 648 A1 ist ein Trägerelement für einen Halbleiterchip zum Einbau in Chipkarten beschrieben, bei dem das Trägerelement für einen Halbleiterchip mit zumindest zwei Anschlüssen vorgesehen ist und eine den Halbleiterchip schützende Umhüllungsmasse aufweist. Die Anschlüsse sind an einer der Hauptoberflächen der Umhüllungsmasse entlang nur zweier entgegengesetzter Kanten angeordnet. Sie sind aus leitfähigem Material und haben an den einander zugewandten Enden eine verringerte Dicke, wobei der Querschnitt nur einseitig eine Stufe aufweist. Der Halbleiterchip ist im Bereich dieses Abschnittes verringerter Dicke auf den Anschlüssen angeordnet und mit diesen mechanisch verbunden. DE 197 45 648 A1 describes a carrier element for a Semiconductor chip for installation in chip cards described, in which the Carrier element for a semiconductor chip with at least two Connections are provided and the semiconductor chip has protective coating mass. The connections are on one the main surfaces of the encapsulant along only two opposite edges arranged. They are made of conductive Material and have one at the facing ends reduced thickness, the cross section only on one side Level. The semiconductor chip is in the area of this Section of reduced thickness arranged on the terminals and mechanically connected to them.

Bisher wurden die Halbleiterchips in einem durch das an sich bekannte Reel-to-Reel-Verfahren verketteten Prozess in die Gehäuse (Packages) integriert. Nach dem Abnehmen (Die-Picking) des würfelförmigen Halbleiterchips (Die) vom Wafer und dem an sich bekannten Die-Bonding erfolgt das Wire-Bonding, gefolgt vom Abdeckprozess, bei dem der Chip ein Gehäuse erhält. Dieses Gehäuse ist z. B. eine Vergussmasse, mit der der Chip umspritzt wird. Bei der Flip-Chip-Technologie, bei der der Halbleiterchip mit den Anschlusskontakten auf dem leitfähigen Anteil eines Trägers angebracht wird, verbleiben nur die Schritte des Die-Picking und Die-Bonding. Beiden Prozessen gemeinsam ist jedoch, dass die Geschwindigkeit der Prozesse nach dem Die-Picking wegen der Reel-to-Reel-Technologie nicht höher als die des Die-Picking sein kann. Das Die-Picking kann wegen der Gefahr der Zerstörung des Chips nicht beliebig beschleunigt werden. So far, the semiconductor chips in one by itself known reel-to-reel process chained process in the Integrated housing (packages). After losing weight (Die picking) of the cube-shaped semiconductor chip (die) from the wafer and The known die bonding is done by wire bonding, followed by the masking process, in which the chip is a package receives. This housing is e.g. B. a potting compound with which the Chip is overmolded. With flip-chip technology, with the semiconductor chip with the connection contacts on the conductive portion of a carrier is attached, only remain the steps of die-picking and die-bonding. Both Processes in common, however, is that the speed of Post-picking processes based on reel-to-reel technology cannot be higher than die-picking. The Die-picking cannot because of the risk of chip destruction can be accelerated as desired.

Aus der EP 0 773 584 A2 sind verschiedene Bauelemente bekannt, die sowohl auf die Verwendung eines Metall-Leadframes als auch auf ein Keramik-Substrat verzichten. Die dort beschriebenen Halbleiterbauelemente weisen ein Gehäuse aus einer Plastikvergussmasse auf, das den Halbleiterchip umgibt. Die externen Kontakte sind dabei auf einer Hauptfläche des Halbleiterbauelementes angeordnet. In der Fig. 35 dieser Schrift ist ein Bauelement gezeigt, bei dem die externen Kontakte in Form einfacher Metallisierungen ausgebildet sind, wobei diese bündig mit der Hauptfläche des Halbleiterbauelementes abschließen. Die Kontaktpads der integrierten Schaltung sind dabei in Flip-Chip-Technik mit diesen Metallisierungen elektrisch verbunden. Das dort gezeigte Halbleiterbauelement erfordert eine sehr aufwendige Prozessfolge bei der Herstellung. Various components are known from EP 0 773 584 A2, which dispense with the use of a metal leadframe as well as a ceramic substrate. The semiconductor components described there have a housing made of a plastic casting compound, which surrounds the semiconductor chip. The external contacts are arranged on a main surface of the semiconductor component. FIG. 35 of this document shows a component in which the external contacts are designed in the form of simple metallizations, these being flush with the main surface of the semiconductor component. The contact pads of the integrated circuit are electrically connected to these metallizations using flip-chip technology. The semiconductor component shown there requires a very complex process sequence in the manufacture.

So genannte TSLP-Gehäuse (Thin Small Leadless Packages) werden vorzugsweise hergestellt, indem in einem ersten Schritt zumindest ein Halbleiterchip mit einer integrierten Schaltung mit einer mit Komponenten der Schaltung versehenen aktiven Hauptseite bereitgestellt wird, auf der sich eine Mehrzahl an Kontaktpads der integrierten Schaltung befindet. In einem zweiten Schritt wird die integrierte Schaltung auf ein Grundsubstrat aufgebracht, wobei die aktive Hauptseite des Halbleiterchips dem Grundsubstrat zugewandt ist. Die Kontaktpads der integrierten Schaltung werden dabei mit elektrisch leitenden Höckern oder Kontaktblöcken verbunden, die direkt auf das Grundsubstrat aufgebracht werden. In einem dritten Schritt wird der auf dem Grundsubstrat aufgebrachte Halbleiterchip mit einer Vergussmasse umhüllt. Anschließend werden zumindest Teile des Grundsubstrates von dem umhüllten Halbleiterchip entfernt. Anstatt die Kontaktpads der integrierten Schaltung nach Art einer Flip-Chip-Montage direkt auf die Kontaktblöcke aufzubringen, können die Kontaktpads und die Kontaktblöcke auch vor dem Umhüllen mit der Vergussmasse mit Bonddrähten miteinander verbunden werden. Die Bonddrähte werden in diesem Fall mit der Vergussmasse ebenfalls umhüllt. So-called TSLP packages (Thin Small Leadless Packages) are preferably made by in a first step at least one semiconductor chip with an integrated circuit with an active provided with components of the circuit Main page is provided, on which there is a majority Contact pads of the integrated circuit is located. In one second step is the integrated circuit on one Base substrate applied, the active main side of the Semiconductor chips facing the base substrate. The contact pads the integrated circuit will be electrical conductive bumps or contact blocks connected directly to it the base substrate are applied. In a third step becomes the semiconductor chip applied to the base substrate covered with a potting compound. Then at least Parts of the base substrate from the encapsulated semiconductor chip away. Instead of the contact pads of the integrated circuit in the manner of a flip-chip assembly directly on the contact blocks the contact pads and the contact blocks also before encasing with the potting compound with bond wires be connected to each other. The bond wires are in this Case also encased in the sealing compound.

Durch das Umhüllen des auf das Grundsubstrat aufgebrachten Halbleiterchips mit der integrierten Schaltung und das anschließende Entfernen des Grundsubstrates kann die Größe des resultierenden Bauelementes mit TSLP-Gehäuse in weiten Grenzen an die Verwendung angepasst werden. Es ist somit insbesondere möglich, ein in seinen Abmessungen möglichst kleines Bauelement herzustellen. By wrapping the applied on the base substrate Semiconductor chips with the integrated circuit and that subsequent removal of the base substrate can reduce the size of the resulting component with TSLP housing in wide Limits can be adapted to the use. So it is in particular possible, the smallest possible in its dimensions Manufacture component.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Package-Kosten für Speicher- und Controller-Module, insbesondere für Chipkarten, zu senken. Der Chipdurchsatz soll unter Beibehaltung der Reel-to-Reel-Technologie erhöht werden können. Außerdem soll eine besonders kostengünstig herstellbare Chipkarte oder Speicherkarte angegeben werden. The object of the present invention is to reduce the package costs for memory and controller modules, especially for Chip cards, lower. The chip throughput should be maintained of reel-to-reel technology can be increased. Moreover is a particularly inexpensive chip card or Memory card can be specified.

Diese Aufgabe wird mit dem Chipmodul mit den Merkmalen des Anspruches 1 beziehungsweise mit der Chipkarte oder Speicherkarte mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This task is accomplished with the chip module with the characteristics of Claim 1 or with the smart card or Memory card with the features of claim 5 solved. Refinements result from the dependent claims.

Bei dem Chipmodul ist ein Chipträger vorhanden, auf dem ein Halbleiterchip mit Anschlusskontakten angebracht ist. Mit den Anschlusskontakten elektrisch leitend verbunden sind Kontaktflächen des Chipträgers. Der Chip ist in einem Gehäuse angeordnet, und es ist mindestens ein Kontaktblock vorhanden, der mit einem Anschlusskontakt des Chips und mit einer Kontaktfläche des Chipträgers elektrisch leitend verbunden und innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Vorzugsweise ist auf dem Chipträger eine Antennenstruktur aufgebracht, die elektrisch leitend mit dem mindestens einen Kontaktblock verbunden ist. Die Leiterbahnen auf der Karte, insbesondere die Antennenspule, oder die Kontaktflächen können beispielsweise in MID- Technologie (molded interconnect device) hergestellt werden. Diese Technologie ist insbesondere sinnvoll bei Karten mit Antenne und Kontaktflächen, so genannten Kombikarten. The chip module has a chip carrier on which a Semiconductor chip with connection contacts is attached. With the Connection contacts are electrically connected Contact areas of the chip carrier. The chip is in a package arranged, and there is at least one contact block, the with one connection contact of the chip and with one Contact surface of the chip carrier electrically connected and is arranged within the housing. Preferably is on the Chip carrier applied an antenna structure that is electrical is conductively connected to the at least one contact block. The conductor tracks on the map, especially the Antenna coil, or the contact surfaces can, for example, in MID Technology (molded interconnect device). This technology is particularly useful for cards with Antenna and contact areas, so-called combination cards.

Der Kontaktblock ist mit dem Anschlusskontakt des Chips beispielsweise über einen Bonddraht verbunden, der ebenfalls innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, das eine Vergussmasse umfasst, mit der der Chip, der Kontaktblock und der Bonddraht umspritzt sind. Als Verbindungstechnik zwischen Chipgehäuse (TSLP-Package) und Karte ist eine Leitklebe- oder Löttechnik bevorzugt. Beispielsweise kann das TSLP-Package noch im Nutzen mit einem Verbindungsmaterial wie anisotropem Leitkleber (zum Beispiel als Folie: ACF) oder galvanisch und somit nur auf den Anschlüssen abgeschiedenem Lot (zum Beispiel Sn- Schicht auf Cu) beschichtet werden. Nach dem Vereinzeln liegen die Teile bereits mit dem Verbindungsmaterial versehen vor. The contact block is with the connection contact of the chip for example connected via a bond wire, which also is arranged within the housing, which is a potting compound with which the chip, the contact block and the bonding wire are encapsulated. As a connection technology between the chip housing (TSLP package) and card is a conductive adhesive or soldering technique prefers. For example, the TSLP package can still be found in Use with a connecting material such as anisotropic conductive adhesive (for example as a foil: ACF) or galvanically and therefore only solder deposited on the connections (for example Sn- Layer on Cu). After separating the parts are already provided with the connecting material in front.

Es folgt eine genauere Beschreibung eines Beispiels des Chipmoduls anhand der beigefügten Figur. Diese Figur zeigt einen Querschnitt einer Anordnung aus einem Chipträger 1, einem darauf befestigten Halbleiterchip 2 und Kontaktflächen 4, 5, die auf dem Chipträger 1 aufgebracht und teilweise mit Durchkontaktierungen 6 des Chipträgers miteinander verbunden sind. Es sind Kontaktblöcke 3 vorhanden, die mit Bonddrähten 8 mit Anschlusskontakten des Halbleiterchips 2 elektrisch leitend verbunden sind und auf die dem Chip zugewandten Kontaktflächen 5 des Chipträgers 1 elektrisch leitend angebracht sind. Dies geschieht nach Art einer an sich bekannten Flip-Chip- Montage. A more detailed description of an example of the chip module follows with the aid of the attached figure. This figure shows a cross section of an arrangement of a chip carrier 1 , a semiconductor chip 2 fastened thereon and contact surfaces 4 , 5 which are applied to the chip carrier 1 and are partially connected to one another by vias 6 of the chip carrier. There are contact blocks 3 , which are connected in an electrically conductive manner with bond wires 8 with connection contacts of the semiconductor chip 2 and are attached in an electrically conductive manner to the contact surfaces 5 of the chip carrier 1 facing the chip. This is done in the manner of a known flip-chip assembly.

Das Modul kann als Ganzes in einem Kartenkörper 10 eingesetzt sein. Der Halbleiterchip 2 ist mit den Kontaktblöcken 3 und den Bonddrähten 8 in einem Gehäuse angeordnet, das eine Vergussmasse 9 umfasst. Auf dem Chipträger 1 kann eine Antennenstruktur 7 als Leiterbahn aufgebracht sein. Vorderseitig, d. h. auf der von dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Chipträgers, können eine oder mehrere weitere Kontaktflächen 4 als externer Anschluss beziehungsweise externe Anschlüsse vorgesehen sein. The module can be used as a whole in a card body 10 . The semiconductor chip 2 is arranged with the contact blocks 3 and the bonding wires 8 in a housing which comprises a casting compound 9 . An antenna structure 7 can be applied as a conductor track on the chip carrier 1 . On the front side, ie on the side of the chip carrier facing away from the semiconductor chip, one or more further contact areas 4 can be provided as an external connection or external connections.

Die Anpassung zwischen Chip und Trägerband kann im TSLP- Package erfolgen, das in der eingangs beschriebenen Weise hergestellt werden kann: So kann das teuerste Bauteil, das Trägerband breiter standardisiert und somit günstiger eingekauft werden. Trotz der niedrigen Kosten ist der IC-Chip in ein Gehäuse eingebaut und auf diese Weise gut gegen Umwelteinwirkungen geschützt. Hierdurch wird insbesondere eine Verbesserung des Schutzes gegen Chipbruch beim Mailing erreicht bzw. kann die Verbindungstechnik zum Trägerband unabhängig von den Rahmenbedingungen des Chips optimiert werden. Auch wird der Chip gegen Feuchte und Schadgase geschützt. Die Pads am Chip können kleiner sein bzw. enger beieinander sein, da die für eine Hochgeschwindigkeitsproduktion erforderlichen Toleranzen beim Aufsetzen auf das Trägerband über entsprechend große Pads im TSLP-Package bereitgestellt werden, in die die Chips mit nach wie vor kleinen Pads eingesetzt werden. Die TSLP-Technologie kann von der Dioden-Technologie übernommen werden; als Bestückautomaten werden SMD-Automaten verwendet. The adaptation between chip and carrier tape can be done in the TSLP Package done in the manner described above can be manufactured: This is how the most expensive component, the Carrier tape standardized more widely and therefore cheaper be bought. Despite the low cost, the IC chip is in a housing installed and in this way well against Protected from environmental influences. This will in particular Improved protection against chip breakage during mailing reached or can the connection technology to the carrier tape can be optimized regardless of the general conditions of the chip. The chip is also protected against moisture and harmful gases. The Pads on the chip can be smaller or closer together, because those required for high speed production Tolerances when placing on the carrier tape suitably large pads are provided in the TSLP package, in who still used the chips with small pads become. The TSLP technology can differ from the diode technology be taken over; SMD machines are used as placement machines used.

Die TSLP-Technologie kann unabhängig vom Wechsel des Substrates von Glas-Faser-Epoxi-Substraten zu Low-Cost-Substraten wie PET durchgeführt werden. Alternativ kann das TSLP-Package auch direkt in die Karte oder eine Lage der Karte eingesetzt werden (face-up oder face-down), und die Kontaktflächen können (analog zu einer hergestellten Antennenstruktur) vorher in der Karte realisiert sein. Die Kontaktflächen können auch auf das TSLP-Package oder die Karte aufgebracht werden, insbesondere erst nach dem Einsetzen des TSLP-Packages, beispielsweise durch Überdrucken der Karte und/oder des TSLP- Packages oder durch Aufsetzen geeigneter Kontaktflächen (zum Beispiel eines Tapes). Gegebenenfalls kann der Sitz des TSLP- Packages durch mechanische Maßnahmen unterstützt werden, z. B. Presssitz, Fahnen zur Seite oder Form-Schluss. Das Material für die Verbindungstechnik kann bereits während der Produktion des TSLP-Packages aufgetragen werden. The TSLP technology can be used regardless of the change of the Substrates from glass fiber epoxy substrates to low-cost substrates how PET is done. Alternatively, the TSLP package also inserted directly into the map or a location of the map become (face-up or face-down), and the contact areas can (similar to a manufactured antenna structure) beforehand be realized in the map. The contact areas can also applied to the TSLP package or card, especially after inserting the TSLP package, for example by overprinting the card and / or the TSLP Packages or by placing suitable contact surfaces (for Example of a tape). If necessary, the seat of the TSLP Packages are supported by mechanical measures, e.g. B. Press fit, flags to the side or form closure. The Material for the connection technology can already be used during the Production of the TSLP package can be applied.

Mit diesem Chipmodul wird der bisher den Durchsatz begrenzende Abdeckschritt bei der Reel-to-Reel-Technik durch Ersatz des Abdeckschrittes durch Verwendung einer TSLP-Package- Technologie für kontaktbehaftete Chipkarten eliminiert. Bezugszeichenliste 1 Chipträger
2 Halbleiterchip
3 Kontaktblock
4 Kontaktfläche
5 Kontaktfläche
6 Durchkontaktierung
7 Antennenstruktur
8 Bonddraht
9 Vergussmasse
10 Kartenkörper
With this chip module, the throughput-limiting covering step in the reel-to-reel technology is eliminated by replacing the covering step by using a TSLP package technology for contact-based chip cards. LIST OF REFERENCES 1 chip carrier
2 semiconductor chips
3 contact block
4 contact surface
5 contact surface
6 plated-through holes
7 antenna structure
8 bond wire
9 potting compound
10 card bodies

Claims

1. Chip module with
a chip carrier ( 1 ),
a semiconductor chip ( 2 ) mounted thereon with at least one connection contact and
At least one contact surface ( 5 ) of the chip carrier that is electrically conductively connected to a connection contact, characterized in that the semiconductor chip is arranged in a housing and at least one contact block ( 3 ) is present, which is electrically conductively connected to a connection contact and to a contact surface and within the Housing is arranged.

2. Chip module according to claim 1, in which
an antenna structure ( 7 ) is applied to the chip carrier ( 1 ) and
said antenna structure is electrically conductively connected to the at least one contact block ( 3 ).

3. Chip module according to claim 1 or 2, in which the at least one contact block ( 3 ) is connected to a connection contact of the chip via a conductive adhesive or soldering technique.

4. Chip module according to claim 1 or 2, wherein the at least one contact block ( 3 ) is connected via a bonding wire ( 8 ) to a connection contact of the chip and the bonding wire is arranged within the housing, which comprises a potting compound ( 9 ).

5. Chip card or memory card with
a semiconductor chip which has at least one connection contact and is arranged in a housing, and
at least one contact block ( 3 ) for forming a TSLP package, which is electrically conductively connected to the connection contact and to a contact surface of the card and is arranged within the housing.

6. Chip card or memory card according to claim 5, in which the contact area of the card on the housing of the Semiconductor chips is arranged.

7. Chip card or memory card according to claim 5, in which the contact area of the card arranged in or on the card is.