DE102009052160A1 - Smartcard-Modul mit Flip-Chip montiertem Halbleiterchip - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Smartcard-Modul mit einem Halbleiterchip (1), der eine Kontaktseite mit Anschlusskontakten aufweist, und einem Basismaterial (5) mit wenigstens einer Metallschicht (3), wobei die Kontaktseite des Halbleiterchips (1) dem Basismaterial (5) zugewandt ist und die Anschlusskontakte des Halbleiterchips (1) mit der Metallschicht (3) elektrisch verbunden sind und wobei die der Kontaktseite abgewandte Seite des Halbleiterchips (1) und zumindest teilweise das Basismaterial (5) auf der dem Halbleiterchip (1) zugewandten Seite mit einer Umhüllungsschicht (6) bedeckt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Smartcard-Modul mit Flip-Chip montiertem Halbleiterchip.
  • In vielen Bereichen der Elektronik, Sensorik und der Mikrosystemtechnik ergibt sich aus den Produktionsanforderungen ein Zwang zur steigenden Miniaturisierung und zur Erhöhung der Produktivität durch Zusammenfügen von Teilsystemen in höher integrierten Strukturen. Der Trend zu immer höher integrierten und kompakteren Bauformen, die auch direkt in Chipkarten Verwendung finden können, führt bereits zur Verwendung von Bauelementen, die direkt auf den Modulen angeordnet sind. Solche Module sind beispielsweise die Kontaktlos-Module der bekannten Baureihen MCC2, MOA2 oder MCC. Bei diesen Modulen ist der Chip mittels sogenannter Wire-Bonds kontaktiert und wird von einer Kunststoff-Ummantelung (Mold) umhüllt. Diese Art der Integration führt baubedingt zu einer großen Gesamtdicke des Moduls und erschwert dadurch eine Integration in eine Chipkarte.
  • Ferner sind kontaktlose Chipkarten-Module bekannt, wie zum beispielsweise das MFCC1 Modul. Bei dem MFCC1 ist der Chip mittels NiAu-Kontakten in der sogenannten Flip-Chip Montage kontaktiert. Bei der Flip-Chip Montage wird der Chip mit der aktiven Kontaktierungsseite nach unten direkt zum Substrat bzw. Schaltungsträger hin montiert. Dadurch ist keine Abdeckung des Chips mehr notwendig. Somit ist die Gesamtdicke des Chipkarten-Moduls hauptsächlich durch die Chipdicke bestimmt. Solch ein kontakloses Chipkarten-Modul ist allerdings sehr anfällig gegen mechanische Belastung und ist auf Grund der geringen Chipdicke wenig biegesteif.
  • Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren, welches man als Rahmenkleben bezeichnet. Mittels dieses Verfahrens soll die gewünschte Stabilisierung bzw. Versteifung des Moduls gewährleistet werden. Beim Rahmenkleben wird vor der Weiterverarbeitung auf das Leadframe ein Rahmen aufgeklebt. Hierfür ist jedoch ein Klebstoff notwendig, der direkt in die Gesamtdicke des Moduls eingeht. Typische Rahmenhöhen betragen 300 μm, somit sind Modulaufbauten der geforderten Dicke nicht realisierbar. Ferner besteht hier die Gefahr der Delamination zwischen Rahmen und Leadframe.
  • Bekannt ist ferner das Aufkleben des Chips auf eine Stahlplatte mit einer Dicke von ca. 120 μm. Hierbei bleibt die aktive Oberfläche des Chips allerdings ungeschützt und bei der Weiterverarbeitung muss die Kontaktierung einer Antenne an das Modul direkt auf den Chip erfolgen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Smartcard-Modul bereitzustellen, welches dünn, aber dennoch robust ist und kostengünstig herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Ansprüche 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben jeweils vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
  • Ein erfindungsgemäßes Smartcard-Modul weist einen Halbleiterchip mit einer Kontaktseite mit Anschlusskontakten und ein Basismaterial mit wenigstens einer Metallschicht auf, wobei die Kontaktseite des Halbleiterchips dem Basismaterial zugewandt ist und die Anschlusskontakte des Halbleiterchips mit der Metallschicht elektrisch verbunden sind und wobei die der Kontaktseite abgewandte Seite des Halbleiterchip und zumindest teilweise das Basismaterial auf der dem Halbleiterchip zugewandten Seite mit einer Umhüllungsschicht bedeckt sind.
  • In einer Ausführungsform kann die Umhüllungsschicht des Smartcard-Moduls die dem Halbleiterchip zugewandte Seite des Basismaterials vollständig bedecken.
  • Dadurch wird eine hohe Robustheit und Biegesteifheit des Smartcard-Modules gewährleistet und es können dünne Smartcard-Module mit Gesamtdicken < 120 μm realisiert werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Umhüllungsschicht des Smartcard-Moduls die dem Halbleiterchip zugewandte Seite des Basismaterials nur teilweise bedecken.
  • Dadurch ist ein kostengünstiges und leicht zu kontaktierendes Chipcard-Modul herstellbar.
  • In einer Ausführungsform kann das Smartcard-Modul eine Antennenspule, die an die Metallschicht kontaktiert ist, aufweisen.
  • Dadurch ist eine kostengünstige Kontaktierung der Antennenspule an das Smartcard-Modul realisierbar. Auch kann dadurch das Smartcard-Modul mit kontaktierter Antenne sehr dünn und kompakt ausgeführt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Umhüllungsschicht des Smartcard-Modules eine Kunststoffschicht und eine Metallschicht umfassen.
  • Durch die Metallschicht kann eine zusätzliche Erhöhung der Robustheit und der Biegesteifheit des Smartcard-Modules erreicht werden. Die Metallschicht kann Materialien wie Kupfer, Aluminium, Gold, Silber umfassen. Auch kann die Metallschicht Metalllegierungen umfassen. Die Kunststoffschicht kann Epoxidharze, Polyester, Vinil-Ester oder andere thermofixierende Harze umfassen.
  • In einer Ausführungsform kann die Umhüllungsschicht des Smartcard-Modul eine Resine Coated Copper Foil oder eine Prepreg-Folie sein.
  • Durch die Metallschicht der Resine Coated Copper Foil kann wie bei der vorherigen Ausführungsform eine zusätzliche Erhöhung der Robustheit und der Biegesteifheit des Smartcard-Modules erreicht werden. Resine Coated Copper Foil und Prepreg-Folien sind zudem einfach und kostengünstig zu beschaffende Materialien.
  • In einer Ausführungsform kann das metallisierte Basismaterial des Smartcard-Moduls wenigstens Epoxidharz und Glasfasergewebe und die Metallschicht Kupfer umfassen.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann zwischen der Kontaktunterseite des Halbleiterchips und der auf das Basismaterial aufgebrachten Metallschicht eine Klebeschicht aufgebracht sein.
  • Durch das Aufbringen einer Klebeschicht zwischen der Kontaktunterseite des Halbleiterchips und dem metallisierten Basismaterial wird eine besonders robuste Verbindung des Halbleiterchips mit dem Smartcard-Modul bewirkt.
  • In einer Ausführungsform kann auf der nicht metallisierten Seite des Basismaterial eine zweite Metallschicht aufgebracht sein und die erste Metallschicht kann mit der zweiten Metallschicht mittels Via's verbunden sein.
  • Somit ist der Halbleiterchip auf seiner dem Halbleiterchip kontaktierten gegenüberliegenden Seite, genannt Unterseite, direkt kontaktierbar. Dadurch kann weiters eine zusätzliche Erhöhung der Robustheit und der Biegesteifheit des Smartcard-Modules erzielt werden.
  • 1 zeigt schematisch ein Smartcard-Modul mit einem Halbleiterchip 1 mit teilweise auf das Basismaterial 5 aufgebrachter Metallschicht 3.
  • 2 zeigt schematisch ein Smartcard-Modul mit einem Halbleiterchip 1 mit teilweise auf das Basismaterial 5 aufgebrachter Metallschicht 3. Auf die Umhüllungsschicht 6 ist eine weitere Metallschicht 7 aufgebracht.
  • 3 zeigt schematisch ein Smartcard-Modul mit einem Halbleiterchip 1 mit vollständig auf das Basismaterial 5 aufgebrachter Metallschicht 3.
  • 4 zeigt schematisch ein Smartcard-Modul mit Halbleiterchip mit vollständig auf das Basismaterial 5 aufgebrachter Metallschicht 3. Auf die Umhüllungsschicht 6 ist zusätzlich eine weitere Metallschicht 7 aufgebracht.
  • 1 zeigt schematisch ein Smartcard-Modul mit Halbleiterchip 1 und mit teilweise aufgebrachter Metallschicht 3 auf das Basismaterial 5. Hierbei werden die Anschlusskontakte auf der Kontaktseite des Halbleiterchip 1 mittels des bekannten Flip-Chip Verfahrens durch Kontaktierbügel 2, auch Bumps genannt, mit der auf das Basismaterial 5 aufgebrachten Metallschicht 3 elektrisch verbunden. Die Kontaktierung wird dabei vorzugsweise mittels Lötung der Kontaktierbügel 2 und/oder mittels einer Klebeschicht 4, die zwischen dem Halbleiterchip 1 und der Metallschicht 3 eingebracht ist, hergestellt. Weiters ist der Halbleiterchip 1 mittels einer Umhüllungsschicht 6 umhüllt. Die Umhüllungsschicht 6 kann hierbei eine Kunststoffschicht 6 und eine Metallschicht 7 umfassen. Die Umhüllungsschicht 6 kann beispielsweise eine Resine Covered Copperfoil sein. Diese kann mittels Laminierung aufgebracht werden. Diese und die nachfolgenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gewährleisten, dass Bruchkräfte, die von beiden Seiten auf das Smartcard-Modul einwirken können, sich in einem vergleichbar hohen Bereich bewegen. Dies bewirkt, dass mechanische Belastungen verringert werden und somit eine Reduktion frühzeitiger Ausfälle erreicht wird. Da bei dieser Ausführungsform auf eine durchgehende Aufbringung von beispielsweise RCC und einer Durchkontaktierung verzichtet wird, ist diese Ausführungsform besonders kostengünstig herstellbar.
  • 2 zeigt prinzipiell die Merkmale der 1 jedoch ist zusätzlich in dieser Ausführungsform eine weitere Metallschicht 7 auf die auf die Umhüllungsschicht 6 aufgebracht. Diese zusätzliche Metallschicht 7 bietet den Vorteil einer besonders hohen Stabilität und der Chip ist gegen von außen einwirkende Kräfte besonders geschützt. Ferner kann in dieser Ausführungsform eine Antenne 9 direkt mit der Metallschicht 3 des Basismaterials 5 des Halbleiterchips 1 verbunden werden.
  • 3 zeigt prinzipiell die Merkmale der 1 jedoch ist in dieser Ausführungsform die erste auf das Basismaterial 5 aufgebrachte Metallschicht 3 über Via's 10 mit einer zweiten auf das Basismaterial 5 aufgebrachten Metallschicht 8 verbunden. Somit ist der Halbleiterchip auf seiner Unterseite direkt kontaktierbar. Der Halbleiterchip 1 ist mit zusätzlich mit einer Resine Covered Copper Foil 6 umhüllt. Eine vollständige Beschichtung des Basismaterials 5 über die Ausdehnung des Halbleiterchip 1 hinaus über das gesamte Basismaterial 5 bietet den Vorteil einer hohen Robustheit und Biegesteifheit, da von außen einwirkende Bruchkräfte verteilt werden.
  • 4 zeigt prinzipiell die Merkmale der 3 jedoch ist in dieser Ausführungsform eine weitere Metallschicht 7 auf die Umhüllungsschicht 6 aufgebracht. Dadurch wird eine zusätzliche Erhöhung der Robustheit und der Biegesteifheit des Smartcard-Modules erreicht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterchip
    2
    Kontaktierbügel (Bump)
    3
    Metallschicht
    4
    Klebeschicht
    5
    Basismaterial
    6
    Chip umhüllende Schicht, Umhüllungsschicht
    7
    Weitere Metallschicht
    8
    Zweite Metallschicht
    9
    Antennenspule
    10
    Via

Claims (9)

  1. Smartcard-Modul mit einem Halbleiterchip (1), der eine Kontaktseite mit Anschlusskontakten aufweist, und einem Basismaterial (5) mit wenigstens einer Metallschicht (3), wobei die Kontaktseite des Halbleiterchips (1) dem Basismaterial (5) zugewandt ist und die Anschlusskontakte des Halbleiterchips (1) mit der Metallschicht (3) elektrisch verbunden sind und wobei die der Kontaktseite abgewandte Seite des Halbleiterchips (1) und zumindest teilweise das Basismaterial (5) auf der dem Halbleiterchip zugewandten Seite mit einer Umhüllungsschicht (6) bedeckt sind.
  2. Smartcard-Modul nach Anspruch 1, wobei die Umhüllungsschicht (6) die dem Halbleiterchip (1) zugewandte Seite des Basismaterials (5) vollständig bedeckt.
  3. Smartcard-Modul nach Anspruch 1, wobei die Umhüllungsschicht (6) die dem Halbleiterchip (1) zugewandte Seite des Basismaterials (5) teilweise bedeckt.
  4. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Smartcard-Modul eine Antennenspule (9) aufweist, die an die Metallschicht (3) kontaktiert ist.
  5. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umhüllungsschicht (6) eine Kunststoffschicht (6) und eine Metallschicht (7) umfasst.
  6. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umhüllungsschicht (6) eine Resin Coated Copper Foil (6) ist.
  7. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Basismaterial (5) Epoxidharz und Glasfasergewebe (5) und die Metallschicht (3) wenigstens eine Kupferschicht (3) umfasst.
  8. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Kontaktseite des Halbleiterchips (1) und dem Basismaterial (5) eine Klebeschicht (4) aufgebracht ist.
  9. Smartcard-Modul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf die mit der Metallschicht (3) versehenen gegenüberliegenden Seite des Basismaterial (5) eine zweite Metallschicht (8) aufgebracht ist und die Metallschicht (3) mit der zweiten Metallschicht (8) mittels Via's (10) verbunden ist.
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