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Die
Erfindung betrifft ein Chipmodul und ein Verfahren zur Herstellung
solch eines Chipmoduls.
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Chipkarten
werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Üblicherweise
umfasst eine Chipkarte einen Kartenkörper und ein Chipmodul, das
in den Kartenkörper
eingesetzt ist. Die Herstellung des Chipmoduls erfolgt typischerweise,
indem ein Chip mit einer integrierten Schaltung auf ein Substrat
mit Leiterstrukturen montiert wird. Bei einer Chipkarte mit kontaktbasierter
Schnittstelle umfassen die Leiterstrukturen Kontaktflächen, die
von einem Lesegerät
kontaktierbar sind. Bei einer Chipkarte mit kontaktloser Schnittstelle
sind üblicherweise Kontaktbereiche
zum Anschluss einer Antenne vorgesehen. Über ein elektromagnetisches
Feld wird die integrierte Schaltung gespeist und Daten übertragen.
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Bei
Anwendungen mit sehr dünnen
Karten oder elektronischen Dokumenten, werden so genannte ultradünne Module
eingesetzt, deren Gesamtdicke typischerweise im Bereich von 200 μm oder darunter
liegt. Allerdings ist auch für
solche Anwendungen Robustheit und Biegesteifigkeit gefordert.
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Dahin
gehende Ansätze
erreichen die Robustheit durch Verwendung eines Chips, der relativ dick
ist. Solch ein Chip hat beispielsweise eine Höhe im Bereich von 150 μm. Bei Verwendung
einer schützenden
Verkapselung, die auf den Chip aufgebracht wird, und eines Leadframes
als Substrat, dessen Dicke typischerweise im Bereich von 80 μm liegt,
wird mit dieser Anordnung die oben angestrebte Modulhöhe jedoch überschritten.
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In
einer anderen Anordnung ist ein Chip derartiger Höhe in Flip-Chip-Technik
montiert. Des Weiteren wird auf eine Verkapselung verzichtet, sodass die
Moduldicke durch die Chipdicke dominiert wird. Auf Grund der fehlenden
Verkapselung ist diese Anordnung anfällig gegen mechanische Belastungen, worunter
die Qualität
der entsprechenden Chipkarten leidet, da es bei der Montage und
im Betrieb zu Ausfällen
kommen kann.
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In
einer weiteren Anordnung ist der Chip auf einer Stahlplatte mit
einer Dicke von ungefähr
120 μm montiert.
Bei dieser Anordnung erfolgt die Kontaktierung der Antenne direkt
auf dem Chip erfolgt, was mit einer erhöhten Gefahr von Chipbeschädigungen
bei der Montage und im Betrieb einhergeht.
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In
der
FR 2 799 857 A1 ist
ein Chipmoduls beschrieben, welches mit einem Träger und einem Chip ausgestattet
ist. Der Chip ist mittels Wire-Bond- oder Flip-Chip-Technik mit
Kommunikationsschnittstellen des Chipmoduls verbindbar. Weiterhin
ist ein Versteifungselement vorgesehen, welches mittels eines Klebstoffes
auf dem Träger
angeordnet ist. Das Versteifungselement kann hierbei in einen Hohlraum eines
Kartenkörpers
eingebracht sein und beispielsweise ringförmig, U-, L-, S- oder T-förmig ausgestaltet
sein. Das Versteifungselement befindet sich außerhalb einer Moldkappe. Weiterhin
können
auf dem Chipmodul Kontakte und Antennenanschlüsse angebracht sein. Das Versteifungselement
kann ein Metall bzw. eine Metalllegierung sein.
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In
der
FR 2 684 803 A1 ist
ebenfalls ein Chipmodul beschrieben. Hierzu wird ein Chip mittels
Klebstoff auf einem Leadframe aufgebracht. Zusätzlich wird ein starres Gerüst beschrieben,
welches innerhalb einer Moldkappe angeordnet ist und vorzugsweise
starrer ist als die Moldkappe. Dieses starre Gerüst ist in verschiedensten Varianten
in das Chipmodul eingebracht, beispielsweise zwischen Chip und Leadframe,
auf einer Unterseite, zwischen Chip und Trägermaterial bzw. in Unterkombinationen
auch auf der Unterseite zwischen und auf dem Chip.
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In
der Offenlegungschrift
DE
196 19 310 A1 ist ein einteilig gefertigter Chipträger mit
einer Chipkarte offenbart, welcher integrierte Versteifungselemente
aufweist, wobei eine Moldkappe um den Chip herum vorgesehen ist,
welcher den Chip schützt.
Das Versteifungselement kann innerhalb und außerhalb der Moldkappe angeordnet
sein, wobei es nicht aus dem Gehäuse
herausragt. Das Versteifungselement kann auch unterhalb des Chips
angeordnet sein.
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Erfindungsgemäß ist ein
Chipmodul mit einem Substrat, einem Chip auf einer Seite des Substrats
und Leiterstrukturen auf zumindest einer Seite des Substrats, die
leitend mit dem Chip verbunden sind und eine Moldkappe, die zumindest
den Chip verkapselt, vorgesehen. Ferner ist zumindest ein einstückiges Versteifungselement,
was eine Kavität
aufweist und in der ein Chip positioniert ist, auf einer dem Chip
zugewandten Seite des Substrats, beziehungsweise zumindest ein Versteifungselement
auf einer dem Chip zugewandten Seite des Substrates, wobei das Versteifungselement
aus zumindest zwei balkenförmigen
Teilen besteht und der Chip zwischen den Teilen des Versteifungselementen
auf einem inselförmigen
Bereich der Leiterstruktur angeordnet ist, vorgesehen.
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Die
Kombination aus Versteifungselement und schützender Moldkappe führt dazu,
dass das ultradünne
Chipmodul die erforderliche Robustheit für den Einsatz in Chipkarten
aufweist. Ferner ist das Chipmodul sowohl durch das Versteifungselement als
auch durch die Moldkappe geschützt.
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In
einer Ausgestaltung ist das Substrat flexibel, damit Biegebelastungen
der Chipkarte mit dem Chipmodul insbesondere von nicht verkapselten Randbereichen
des Chipmoduls aufgefangen werden. Das Versteifungselement ist aus
Stahl ausgebildet, der elastisch, aber nicht porös ist.
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Das
Versteifungselement oder eines der Versteifungselemente ist neben
dem Chip oder um den Chip herum angeordnet, um eine rahmenähnliche Schutzwirkung
zu erzielen. Dieser Effekt wird durch ein rahmenförmig ausgebildetes
Versteifungselement optimiert.
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Die
Abschnitte der Leiterstrukturen können in einer Ausgestaltung
zwischen dem Versteifungselement und dem Substrat angeordnet sein,
um Kontaktbereiche zu einer Seite des Versteifungselements mit dem
zur anderen des Versteifungselements positionierten Chip zu verbinden.
Die Kontaktbereiche sind nicht verkapselt und dienen beispielsweise
zum Anschluss einer Antenne oder zur Ausbildung einer kontaktlosen
Schnittstelle. Dieses geht mit einer flacheren Ausgestaltung des
Chipmoduls einher als bei Ausführungsbeispielen
mit Kontaktflächen
auf der vom Chip abgewandten Seite des Substrats.
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Chipkontakte
sind auf einer dem Substrat zugewandten Seite des Chips positioniert
und leitend mit den Leiterstrukturen verbunden. Diese Flip-Chip-Kontaktierung
ermöglicht
die fla che Ausgestaltung des Chipmoduls. Aber auch andere Formen der
Kontaktierung, beispielsweise durch Bonddrähte, sind denkbar.
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In
einer Ausgestaltung ist auch das Versteifungselement verkapselt,
sodass die Moldkappe eine abschließende Oberseite des Chipmoduls
ausbildet. Ein erster Abstand zwischen einer vom Substrat abgewandten
Seite des Versteifungselements und einer Seite des Substrats ist
kleiner als ein zweiter Abstand zwischen einer vom Substrat abgewandten Seite
der Moldkappe und derselben Seite des Substrats, wenn die Moldkappe
auch das Versteifungselement verkapselt.
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In
einer weiteren Ausgestaltung sind Bereiche zwischen der Moldkappe
und dem Versteifungselement vorgesehen, die frei von Moldmaterial
sind. Der zweite Abstand ist größer, sodass
das Versteifungselement über
die Moldkappe hinausreicht und diese vor Stoß- und Schlagbelastungen schützt.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels
solch eines Chipmoduls umfasst, ein Substrat bereitzustellen und
Leiterstrukturen auf zumindest eine Seite des Substrats aufzubringen.
Zumindest ein plattenförmiges
Versteifungselement wird auf eine Seite des Substrats montiert und
eine Kavität
in das Versteifungselement geätzt.
Anschließend
wird ein Chip auf eine Seite des Substrats montiert. Der Chip wird
mit den Leiterstrukturen verbunden und eine Mold-Pressmasse wird
auf dem Substrat aufgebracht, sodass der Chip bedeckt ist.
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Ein
weiteres erfindungsgemäßen Verfahren zur
Herstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels solch eines
Chipmoduls umfasst, ein Substrat bereitzustellen und Leiterstrukturen
auf zumindest eine Seite des Substrats aufzubringen. Hierbei entsteht
ein inselförmiger
Bereich der Leiterstrukturen. Zumindest zwei zweite, balkenförmige Versteifungselemente
werden auf einer Seite des Substrats montiert. Ferner wird ein Chip
auf den inselförmigen
Bereich der einen Seite des Substrats montiert. Der Chip wird mit
den Leiterstrukturen verbunden und eine Mold-Pressmasse wird auf
dem Substrat aufgebracht, sodass der Chip bedeckt ist
Weitere
vorteilhafte Anordnungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
anhand von Ausführungsbeispielen
erklärt.
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1 zeigt
ein Chipmodul im Querschnitt.
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2 zeigt
ein Chipmodul im Querschnitt.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens für ein Chipmodul.
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4 zeigt
ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens für ein Chipmodul.
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5, 7, 10 und 11 zeigen
jeweils ein Chipmodul im Querschnitt
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6, 8, 9, 12 und 13 zeigen
jeweils ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Chipmoduls.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Chipmoduls im Querschnitt. Das
Chipmodul umfasst ein Substrat 10, einen Chip 20 auf
einer Seite des Substrats 10 und Leiterstrukturen 31 auf
zumindest einer Seite des Substrats 10, die leitend mit dem
Chip 20 verbunden sind. Ferner sind zumindest ein Versteifungselement 42 auf
einer Seite des Substrats 10 und eine Moldkappe 60,
die zumindest den Chip 20 verkapselt, vorgesehen. In dieser
Darstellung verkapselt die Moldkappe 60 auch das Versteifungselement 42.
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2 zeigt
ein weiteres Chipmodul, das sich vom vorhergehenden dadurch unterscheidet,
dass das Versteifungselement 41 außerhalb der Moldkappe 60 angeordnet
ist.
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Die
Darstellung in 3 veranschaulicht die wesentlichen
Schritte zur Herstellung eines Chipmoduls anhand eines Ablaufdiagramms.
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Es
ist vorgesehen ein Substrat 10 bereitzustellen, was durch
den Block 200 repräsentiert
wird. Dann werden Leiterstrukturen 31 auf zumindest eine Seite
des Substrats 10 aufgebracht, wie vom Block 210 repräsentiert.
Dies kann beispielsweise durch Laminieren erfolgen. Aber auch jedes
andere Verfahren, um Leiterstrukturen 31 auf das Substrat 10 aufzubringen,
ist geeignet.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird zumindest ein plattenförmiges Versteifungselement 41 auf
eine Seite des Substrats 10 montiert und anschließend eine
Kavität
in das Versteifungselement 41 geätzt. Block 230 veranschaulicht,
dass ein Chip 20 auf eine Seite des Substrats 10 montiert wird.
Die Montage kann beispielsweise durch Kleben erfolgen. Der Chip 20 wird
mit den Leiterstrukturen 31 verbunden, was durch den Block 240 repräsentiert wird.
Die Verbindung kann beispielsweise in Flip-Chip-Technik oder durch
Wire-Bonding erfolgen.
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In
einem weiteren Beispiel kann das Montieren des Versteifungselements 42 oder
der Versteifungselemente nach der Montage und der Kontaktierung
des Chips 20 erfolgen. In einem anderen Beispiel kann zunächst die
Montage des Chips 20 erfolgen, dann die Montage des Versteifungselements 42 oder
der Versteifungselemente und danach das Verbinden des Chips 20 mit
den Leiterstrukturen 31.
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Eine
Mold-Pressmasse wird auf dem Substrat 10 aufgebracht, sodass
der Chip 20 bedeckt ist, was durch den Block 250 repräsentiert
wird. In einem Beispiel wird die Mold-Pressmasse so aufgebracht, dass
das Versteifungselement 42 bedeckt wird, sodass das Aufbringen
der Moldkappe 60 einer der abschließenden Herstellungsschritte
ist.
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Die
Verkapselung erfolgt, indem eine Mold-Pressmasse im Spritzgussverfahren
aufgebracht wird. Dieses erfolgt üblicherweise, indem eine Pressgussform
um den Chip 20 und Bereiche des Substrats 10 herum
positioniert wird, in die über
Kanäle
die auf ungefähr
180°C bis
190°C erhitzte Mold-Pressmasse unter
Druck eingespritzt wird. Nach dem Aushärten hat das Moldmaterial die
von der Pressgussform vorgegebene Moldkappenform.
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Als
Mold-Pressmasse wird beispielsweise ein gebundenes Expoxidharz verwendet,
dem Siliziumoxidfiller zugesetzt werden können. Die Moldmasse hat typischerweise
einen Partikelgehalt von mindestens 70%.
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Das
in 4 dargestellte Beispiel veranschaulicht eine alternative
Abfolge von Herstellungsschritten, die sich von der Abfolge in 3 dadurch unterscheidet,
dass zunächst
das Molden erfolgt und dann das Versteifungselement 42 aufgebracht
wird, sodass dem Chip 20 zugewandte Bereiche des Versteifungselements 42 oder
eines der Versteifungselemente frei von Moldmaterial sind. Dieses
Herstellungsverfahren ist geeignet, um das Chipmodul in 2 herzustellen.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines Chipmoduls im Querschnitt mit
einem Substrat 10, das eine erste Seite 11 und
eine zweite Seite 12 hat. Als Substrat 10 ist
beispielsweise ein PI, Polyimide, umfassendes Material geeignet.
Auf der ersten Seite 11 des Substrats 1 sind Leiterstrukturen 31 aufgebracht.
Diese umfassen beispielsweise Kupfer. Aber auch andere elektrisch
leitende Materialien sind geeignet.
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Ferner
ist auf der ersten Seite 11 des Substrats 10 ein
Versteifungselement 41 vorgesehen, das plattenförmig ausgebildet
ist. Im Beispiel ist das Versteifungselement 41 als Stahlplatte
ausgebildet. Auf dem Versteifungselement 41 ist ein Chip 20 angeordnet,
der über
Bonddrähte 50 leitend
mit den Leiterstrukturen 31 verbunden ist. Eine Moldkappe 60 verkapselt
den Chip 20, die Bonddrähte 50 und
Bereiche der Leiterstrukturen 31. Die anderen Bereiche
der Leiterstrukturen 31 sind nicht verkapselt und sind
zur Kontaktierung beispielsweise einer Spule geeignet.
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Der
Chip 20 ist auf das Versteifungselement 41 montiert,
um den Chip 20 vor Biegebelastungen zu schützen. Das
Versteifungselement 41 ist in einem Bereich auf einer Seite
des Substrats 10 aufgebracht, der frei von Leiterstrukturen 31 ist.
Auf diese Weise ist das Versteifungselement 41 direkt auf
dem Substrat 10 aufgebracht und führt zu keinerlei Beschädigungen,
wenn Schläge
oder Stöße auftreten.
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Es
sei bemerkt, dass das Chipmodul nicht maßstäblich dargestellt ist. Typischerweise
hat das Ausführungsbeispiel
des Chipmoduls eine Höhe
h1 von ungefähr
200 μm oder
weniger. Eine zweite Höhe h2,
die sich die Moldkappe 60 über die Leiterstrukturen 31 erhebt,
beträgt
ungefähr
150 μm.
Die Leiterstrukturen 31 wie auch das Substrat 10 haben
jeweils eine Dicke von ungefähr
25 μm. Das
stählerne
Versteifungselement 41 hat eine Dicke im Bereich von 50 μm.
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Die
Herstellung solch eines Chipmoduls erfolgt, indem auf das Substrat 10 die
Leiterstrukturen 31 aufgebracht werden. Nach dem Aufbringen
des Versteifungselements 41 wird auf diesem der Chip 20 montiert.
Danach werden die Bonddrähte 50 durch Wire-Bonding
an Anschlusspads des Chips 20 und den damit zu verbindenden
Leiterstrukturen 31 angebracht.
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6 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Chipmoduls im Querschnitt. Zur Vermeidung von Wiederholungen
wird lediglich auf die Unterschiede zum Beispiel in 5 eingegangen. Gleiche
Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Merkmalsanordnungen.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist ein Versteifungselement 41 vorgesehen, das eine Kavität 410 hat,
in die der Chip 20 eingebracht ist. Das Ausbilden der Kavität 410 im
Versteifungselement 41 kann beispielsweise durch Ätzen erfolgen.
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Alternativ
kann ein derartiges Versteifungselement 41 auch hergestellt
werden, indem ein Versteifungsrahmen auf eine Platte, ähnlich dem
Versteifungselement im vorhergehenden Ausführungsbeispiel, montiert wird
oder zumindest zwei balkenförmige
Seitenelemente auf eine Platte montiert werden.
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Die
Höhe solch
eines Versteifungselements 40 mit Kavität 410 beträgt maximal
ungefähr
100 μm.
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7 zeigt
schematisch ein Chipmoduls im Querschnitt, das sich vom Beispiel
in 5 dadurch unterscheidet, dass nunmehr sowohl ein
erstes Versteifungselement 41 als auch ein zweites Versteifungselement 42 vorgesehen
sind. Das erste Versteifungselement 41 ist plattenförmig ausgebildet
und zwischen der ersten Seite 11 des Substrats 10 und dem
Chip 20 positioniert. Das zweite Versteifungselement 42 ist
als Stahlrahmen ausgebildet und um den Chip 20 herum auf
der ersten Seite 11 des Substrats 10 positioniert.
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In
einem Beispiel sind statt des Versteifungsrahmens 42 mehrere
zweite Versteifungselemente vorgesehen, die um den Chip herum angeordnet sind.
In einem einfachen Fall sind derartige Versteifungselemente beispielsweise
balkenförmig
und zu beiden Seiten des Chipmoduls angeordnet. Solch ein Beispiel
sieht im Querschnitt wie das Beispiel in 7 aus.
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Das
zweite Versteifungselement 42 in 7 hat beispielsweise
eine Höhe
von ungefähr
100 μm. Die
Höhe des
ersten Versteifungselements 41 ist im Bereich von 50 μm, was auch
der Höhe
des Chips 20 entspricht. Das zweite Versteifungselement 42 vergrößert den
versteiften Bereich des Chipmoduls und schützt den Chip 20 zusätzlich vor
Stoß-
und Schlagbelastungen. Das zweite Versteifungselement 42 überragt
den Chip 20, um die Schlag- und Stoßschutzwirkung zu verbessern.
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8 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Chipmoduls im Querschnitt. Dieses unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel
in 7 dadurch, dass der Chip 20 nunmehr auf
einem inselförmigen
Bereich 32 der Leiterstrukturen auf gebracht ist. Eine derartige
Anordnung ist geeignet, um dickere Chips 20, die beispielsweise
eine Höhe
von 70 μm haben,
in ultraflachen Chipmodulen zu verwenden. Das um den Chip 20 herum
angeordnete Versteifungselement 42 ist rahmenförmig.
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Die
Strukturinsel 32 wird im selben Herstellungsschritt wie
die anderen Leiterstrukturen 31 aufgebracht und hat auch
eine ähnliche
Dicke im Bereich von 25 μm.
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9 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Chipmoduls im Querschnitt. Dieses umfasst ein Substrat 10 mit
einer ersten Seite 11 und einer zweiten Seite 12.
Im Substrat 10 sind von der ersten zur zweiten Seite 11, 12 durchgehende
Aussparungen vorgesehen.
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Auf
der ersten Seite 11 des Substrats 10 sind erste
Leiterstrukturen 31, 32 vorgesehen mit ersten Bereichen 31 in
einem Außenbereich
der ersten Seite 11 und zweiten Bereichen 32 in
einem Innenbereich der ersten Seite 11. Auf der zweiten
Seite 12 des Substrats 10 sind zweite Leiterstrukturen 33 vorgesehen.
Die ersten Leiterstrukturen 31, 32 und die zweiten
Leiterstrukturen 33 sind durch Durchkontaktierungen 34 leitend
miteinander verbunden.
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Der
Chip 20 ist in Flip-Chip-Technik mit den zweiten Bereichen 32 der
ersten Leiterstrukturen kontaktiert. Chipkontakte des Chips 20 sind
dem Substrat 10 zugewandt positioniert und über Kontaktierungselemente,
auch als Bumps 80 bezeichnet, mit den Leiterstrukturen 32 verbunden.
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Auf
der ersten Seite 11 des Substrats 10 ist zwischen
dem ersten Bereich 31 und dem zweiten Bereich 32 der
Leiterstrukturen, das rahmenförmige Versteifungselement 42 um
den Chip 2 herum positioniert. Es ist auf einem von Leiterstrukturen 31, 32 freien
Bereich der ersten Seite 11 des Substrats 10 angeordnet.
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Die
Moldkappe 60 verkapselt den Chip 20, das Versteifungselement 42 und
die zweiten Bereiche 32 der Leiterstrukturen auf der ersten
Seite 11 des Substrats 10. Die ersten Bereiche 31 der
Leiterstrukturen sind unverkapselt und als Kontaktbereiche für die Kontaktierung,
beispielsweise einer Antenne vorgesehen. Die Verbindung des Chips 20 mit
diesen Kontaktbereichen 31 erfolgt über die Durchkontaktierungen 34 und
die zweiten Leiterstrukturen 33 auf der anderen, zweiten
Seite 12 des Substrats 10.
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Die
Leiterstrukturen 31, 32, 33 haben beispielhaft
eine Dicke von ungefähr
25 μm. Der
Chip 20 hat eine Dicke von ungefähr 50 μm und das Versteifungselement 42 hat
eine Höhe
von ungefähr
100 μm.
Die Moldkappe erhebt sich ungefähr
125 μm über die
Oberseite der ersten Leiterstruktur 31 auf der ersten Seite 11 des
Substrats 10. Das Chipmodul hat eine Dicke von ungefähr 200 μm.
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Bei
der Herstellung solch eines Chipmoduls sind zusätzlich zu den bereits beschriebenen
Schritten die Aussparungen im Substrat, beispielsweise durch Lasern
oder Stanzen, einzubringen und mit leitfähigem Material ganz oder zumindest
durchgehend im Bereich der Wandungen der Aussparungen zu füllen. Ferner
sind Leiterstrukturen auf beiden Seiten des Substrats aufzubringen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
können
die zweiten Leiterstrukturen auf der zweiten Seite als Kontaktflächen ausgebildet sein,
sodass das Chipmodul eine kontaktbasierte Schnittstelle hat.
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Bei
den in den 6, 8 und 9 dargestellten
Ausführungsbeispielen
sind die Versteifungselemente 41, 42 verkapselt.
Somit bildet die Verkapselung einen äußeren Abschlussbereich mit einer
ebenen Oberseite, was den Einbau in die Chipkarte vereinfacht. Allerdings
ist die Moldkappe 60 in Bereichen zwischen Außenseite
und dem Versteifungselement 42 deutlich dünner ist
als in anderen Bereichen. In diesen Bereichen kann es leichter zu Brüchen der
Moldkappe 60 kommen.
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10 zeigt
ein Chipmodul im Querschnitt. Dieses umfasst ein Substrat 1 mit
einer ersten Seite 11 und einer zweiten Seite 12.
Auf der ersten Seite 11 des Substrats 10 sind
Leiterstrukturen 31 aufgebracht. Ferner ist ein plattenförmiges erstes
Versteifungselement 41 vorgesehen, das zwischen dem Chip 20 und
der ersten Seite 11 des Substrats 10 positioniert
ist. Der Chip 20 ist mit den Leiterstrukturen 30 über Bonddrähte 50 verbunden.
Eine Moldkappe 60 verkapselt den Chip 20, das
erste Versteifungselement 42, die Bonddrähte 50 und
Bereiche der Leiterstrukturen 31.
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Ferner
ist ein rahmenförmiges
zweites Versteifungselement 42 vorgesehen, das auf nicht
verkapselten Bereichen der Leiterstrukturen 31 positioniert
ist. Das zweite Versteifungselement 42 ist nicht verkapselt,
sondern vielmehr um die Moldkappe 60 herum angeordnet,
sodass zwischen der Moldkappe 60 und der benachbarten Seite
des zweiten Versteifungselements 42 ein Spalt 70 vorgesehen
ist.
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Der
Spalt 70 ist produktionsbedingt, da zunächst der Verkapselungsschritt
erfolgt und danach um die Moldkappe 60 herum das zweite
Versteifungselement 42 aufgebracht wird. Durch Positionierungsungenauigkeiten
beim Aufbringen des Versteifungselements 42 ist es denkbar,
dass der Spalt 70 nicht umlaufend ist. Wenn das zweite
Versteifungselement 42 jedoch auf Randbereichen der Moldkappe 60 aufgebracht
wird, können
Stoßkräfte auf
die Moldkappe 60 übertragen
werden und zum Moldbruch führen.
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Es
sei bemerkt, dass statt eines rahmenförmigen zweiten Versteifungselements 42 auch
mehrere zweite Versteifungselemente um die Moldkappe 60 herum
angeordnet sein können.
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Das
erste Versteifungselement 41 hat eine Dicke von ungefähr 50 μm, ebenso
wie der Chip 20. Das Substrat 10 und die Leiterstrukturen 31 haben
jeweils eine Dicke von ungefähr
25 μm. Die
Gesamtdicke h1 des Chipmoduls beträgt ungefähr 200 μm. Die Moldkappe 60 erhebt
sich um 150 μm über die
Oberseite der Leiterstrukturen 31. Die Höhe h3 des
zweiten Versteifungselements ist geringer als die Höhe h2 der
Moldkappe 60.
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11 zeigt
ein Chipmodul im Querschnitt, das sich vom vorhergehenden dadurch
unterscheidet, dass das zweite Versteifungselement 42 die Oberseite
der Moldkappe 60 überragt.
Auf diese Weise werden Stöße aufgefangen
und Moldbruch vermieden.
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Die
Höhe h3
des zweiten Versteifungselements 42 ist im Bereich von
150 μm,
während
die Chipmoduldicke h1 ungefähr
200 μm beträgt.
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Bei
gleicher Chipmoduldicke sowie Dicke des Substrats 1 und
der Leiterstrukturen 31 hat ein Ausführungsbeispiel mit einem zweiten
Versteifungselement 42, das die Moldkappe 60 über ragt,
eine dünnere
Moldkappe 60, als ein Ausführungsbeispiel, bei dem das
zweite Versteifungselement 42 die Moldkappe 6 nicht überragt.
Ersteres bietet besseren Schutz vor Moldbruch bei Stoß- oder
Schlagbelastung wogegen letzteres eine robustere Moldkappe 60 hat.
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12 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Chipmoduls im Querschnitt, das sich vom Ausführungsbeispiel
in 6 lediglich dadurch unterscheidet, dass anstatt
des ersten Versteifungselements eine inselförmige Leiterstruktur 32 vorgesehen
ist, auf die der Chip 20 aufgebracht ist. Diese Ausführung ist
für höhere Chips 20,
mit einer Höhe von
ungefähr
70 μm, geeignet.
Das Versteifungselement 42 hat eine Höhe von ungefähr 100 μm und ragt nicht über die
Oberseite der Moldkappe 60.
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13 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines Chipmoduls, das sich vom vorhergehenden lediglich dadurch
unterscheidet, dass das zweite Versteifungselement 42 über die
Oberseite der Moldkappe 60 hinaus ragt. Es hat beispielsweise eine
Höhe h3
von 150 μm.
Dabei übersteigt
die Höhe h1
des Chipmoduls nicht 200 μm.
Die Dicke der Moldkappe 60 ist reduziert, um die Gesamthöhe h1 des
Chipmoduls nicht zu vergrößern.
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Die
Ausführungsbeispiele
in den 10 bis 13 umfassen
jeweils ein Versteifungselement 42 außerhalb der Moldkappe 60.
Durch die Größe des den
Moldkörper 60 umgebenden
Rahmens 42 wird ein größerer Bereich
des Chipmoduls geschützt
als bei verkapseltem rahmenförmigem
Versteifungselement.
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Der
Spalt zwischen Moldkappe 60 und dem rahmenförmigen Versteifungselement 42 ist
möglichst
klein zu dimensionieren, damit es nach dem Einbau in die Chipkarte
nicht zu Beschädigungen durch
spitze Gegenstände,
beispielsweise Kugelschreiber, kommt, die im Spalt 70 hängen bleiben. Beim
eingesetzten Chipmodul können
im Bereich des Spalts 70 auch sichtbare Kerben in der darüber aufgebrachten
Kartenschicht auftreten. Diese Effekte lassen sich vermeiden, indem
beispielsweise ein Spalt füllendes
Material den Spalt 70 auffüllt.
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Es
sei bemerkt, dass in weiteren Ausführungsbeispielen die Merkmale
der beschriebenen Ausführungsbeispiele
kombiniert sind.
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- 10
- Substrat
- 11,
12
- erste,
zweite Seite des Substrats
- 20
- Chip
- 31,
32, 33
- Leiterstrukturen
- 34
- Durchkontaktierungen
- 41,
42
- Versteifungselemente
- 410
- Kavität
- 50
- Bonddraht
- 60
- Moldkappe
- 70
- Spalt
- 80
- Bump
- h1,
h2, h3
- Höhe