DE3029667A1 - Traegerelement fuer einen ic-baustein - Google Patents

Traegerelement fuer einen ic-baustein

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Description

Die Erfindung betrifft ein Trägerelement für einen IC-Baustein zum Einbau in Ausweiskarten oder ähnliche Datenträger.
In der deutschen Patentanmeldung P 29 20 012 der Anmelderin wird eine Ausweiskarte mit eingelagertem integriertem Schaltkreis beschrieben. Zur Herstellung der Karten wird ein sogenanntes Zwischenerzeugnis (Trägerelement) verwendet, das den IC-Baustein mit allen Kontaktelementen aufnimmt und das als fertigungstechnisch abgeschlossene Einheit unabhängig von der Kartenherstellung produziert werden kann.
Das Trägerelement, das einen kreisrunden, kastenförmigen Aufbau haben kann, wird dort unter Verwendung mehrerer Folien im Kaltkaschierverfahren (Klebetechnik) hergestellt.
IC-Ausweiskarten oder auch andere mit ähnlichen elek7 tronischen Schaltungen ausgerüstete Datenträger bieten gegenüber herkömmlichen automationsfähigen Karten wesentliche Vorteile, die u. a. in der höheren Speicherkapazität und in ihrer Fähigkeit, sich aktiv an Kommunikationsvorgängen zu beteiligen, begründet sind. Diese gegenüber herkömmlichen Ausweiskarten zusätzlichen Vorteile vergrößern die Zahl der Anwendungsmöglichkeiten für Ausweiskarten zum Teil ganz erheblich und erschließen einige völlig neue Anwendungsgebiete .
Für die Anwendung derartiger Ausweiskarten-Systeme ist die Herstellung von IC-Ausweiskarten in sehr großen Stückzahlen notwendig. Deshalb ist es auch für die Produktion von Trägerelementen von großer Bedeutung, ein für große Stückzahlen wirtschaftliches Verfahren
anwenden zu können, wobei zu berücksichtigen ist, daß das Halbleiterplättchen mit seinen Anschlußleitungen während der Herstellung der Ausweiskarten und ihrer Handhabung großen Belastungen ausgesetzt ist.
Weiter ist zu berücksichtigen, daß bei Ausweiskarten der oben genannten Art in den verschiedenen Anwendungsbereichen sehr unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit, der Haltbarkeit, der Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse und dergleichen gestellt werden. Wegen der aktiven Kommunikationsmöglichkeit betrifft dies neben dem mechanischen Aufbau der Karte selbstverständlich auch die Kontaktbereiche des integrierten Schaltkreises.
Es sind im Laufe der Entwicklung der IC-Ausweiskarten mehrere Kontaktabnahmeverfahren bekannt geworden (z. B. galvanisch, kapazitiv, optisch etc.). Welchem Verfahren der Vorzug bei der Herstellung von Trägerelementen gegeben wird, ist vom Einsatzbereich der Ausweiskarten, dem technischen Aufwand in der Herstellung, der gewünschten Betriebssicherheit und anderen Faktoren abhängig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein in Ausweiskarten oder ähnliche Datenträger einbringbares Trägerelement zu schaffen, das wirtschaftlich in hohen Stückzahlen herstellbar ist, einen guten Schutz für das eingelagerte Halbleiterplättchen mit seinen Anschlußleitungen bietet und in der Produktion ohne aufwendige Umrüstmaßnahmen den unterschiedlichen Anforderungen bezüglich der Lebensdauer der Karten und der Art der Kontaktnahme anpaßbar ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein folienkontaktiertes Halbleiterplättchen gegebenenfalls gemeinsam mit zusätzlichen Schichtmaterialien mit einem gießbaren Material zu einer kompakten Einheit vorgegebener Dicke vergossen ist.
In der Vergangenheit sind viele Verfahren bekannt geworden, Halbleiterplättchen zu kontaktieren, d. h. die winzigen Kontaktflächen des Siliziumkristalls mit für die spätere Verwendung geeigneten Anschlüssen zu versehen.
So werden beispielsweise in sogenannten Bondier-Automaten die Kontaktflächen des Kristalls durch feine Golddrähte mit den Anschlußbeinen einer Kontaktspinne verbunden, wobei die Kontaktspinne auch als Träger des Halbleiterplättchens dient.
Andere Verfahren benutzen als Träger für die Plättchen flexibles Material (siehe dazu DE-AS 24.14 297). Das nicht :leitende Material (z. B. in Form eines Super-8-Films) ist in äquidistanten Abständen mit Fenstern versehen, in die freitragend die Enden einer aus leitendem Material geätzten Kontaktspinne ragen. Alle Kontaktflächen des Plättchens werden synchron mit der Kontaktspinne verbunden, was die Wirtschaftlichkeit des Kontaktierverfahrens gegenüber älteren Verfahren erheblich steigert.
Die Halbleiterplättchen lassen sich in ähnlicher Weise auch auf einem Film, der keine Fenster aufweist, montieren.
Die Erfindung nutzt diese erprobten und rationellen
Herstellverfahren und gewinnt damit ein Zwischenprodukt, das für die Herstellung von Trägerelementen für große Stückzahlen besonders gut geeignet ist und mit geringem Aufwand unter Berücksichtigung der infrage kommenden,oben genannten Anforderungen zu den unterschiedlichsten Trägerelementen verarbeitet werden kann.
Aufgrund der Anwendung der Gießtechnik lassen sich Trägerelemente mit den unterschiedlichsten Eigenschaften (Lebensdauer, Kontaktabnähme) ohne kostspielige Umrüstmaßnahmen realisieren. Außerdem können bei den in Gießtechnik hergestellten Trägerelementen Halbleiterplättchen und Anschlußleitungen in hervorragender Weise gegen mechanische Belastung geschützt werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1a, 1b Aufsicht und Schnitt eines folienkontaktierten Halbleiterplättchens,
Fig. 2 ein nach der Gießtechnik' hergestelltes
Trägerelement, geeignet für die berührungslose Kontaktabnahme,
Fig. 3 ein nach der Gießtechnik hergestelltes Trägerelement, geeignet für die berühren
de Kontaktabnahme,
Fig. 4 ein auf einer durchkontaktierten Folie befestigtes Halbleiterplättchen,
Fig. 5a, 5b ein unter Anwendung der durchkontaktierten Folie in Gießtechnik hergestelltes Trägerelement im Schnitt und in der Aufsicht,
5
Fig. 6 ein unter Anwendung der durchkontak-
tierten Folie und zusätzlicher Schichtmaterialien in Gießtechnik hergestelltes Trägerelement, 10
Fig. 7a, 7b ein folienkontaktiertes Halbleiterplättchen in der Aufsicht und im Schnitt unter Anwendung der Bondiertechnik und
Fig. 8 die Anordnung der Fig. 7 nach dem Gießvorgang.
Die Fig. 1a und 1b zeigen ein in ein Folienfenster eingelagertes folienkontaktiertes Halbleiterplättchen in Aufsicht und im Schnitt.
Das Halbleiterplättchen 1, angeordnet in einem ausgestanzten Fenster 2 des Films 3, wird in entsprechenden Automaten mit den Enden einer in einem früheren Arbeitsgang geätzten Kontaktspinne 4 verbunden. Der Transport des Films 3 während der einzelnen Arbeitsphasen kann sehr exakt mit Hilfe der Perforationslöcher 5 des Films durchgeführt werden.
Ein sehr einfach herzustellendes Trägerelement unter Verwendung des in den Fig. 1a und 1b gezeigten Zwischenproduktes zeigt die Fig. 2.
Der mit den Halbleiterplättchen 1 kontaktierte Film 3
wird einer Gießstation 6 zugeführt. Die beiden Gießformhälften 6a und 6b sind senkrecht zur Filmebene beweglich angeordnet. Über einen Zuflußkanal 7 wird die Gießstation mit einem geeigneten Gießmaterial gefüllt. Der Abflußkanal 8 vermeidet, daß sich in der Gießstation während des GießVorgangs Lufteinschlüsse bilden. Gießanordnungen der genannten Art sind bekannt, so daß hier nicht näher darauf eingegangen werden muß. Durch die Wahl des Gießmaterials kann die Festigkeit des fertigen Trägerelementes in weiten Grenzen variiert werden.
Das entsprechend der Darstellung in Fig. 2 hergestellte Trägerelement, das nach dem Gießvorgang als 15' kompakte Einheit 10 aus dem Trägerfilm ausgestanzt werden kann, ist beispielsweise für eine berührungslose Kontaktabnahme (kapazitiv, optisch) geeignet.
Die Fig. 3 zeigt ein Trägerelement, das für die berührende, galvanische Kontaktabnahme geeignet ist.
Zur Herstellung dieses Trägerelements werden die Kontaktflächen 4a vor dem Gießvorgang zunächst beschichtet, so. daß sich über den Kontaktflächen Hocker 7 bilden. Die Beschichtung kann aus leitendem Material bestehen, das beispielsweise galvanisch auf die Kontaktflächen aufgebracht wird. Die Beschichtung kann auch aus einem nicht leitenden elastischen Material (z. B. Silikon) bestehen, das beispielsweise unter Verwendung einer geeigneten Maske auf die Kontaktflächen geräkelt wird. Die so mit Höckern 7 ausgestattete Anordnung wird schließlich wieder in eine geeignete Gießstation geführt und nach dem Gießvorgang als kompakte Einheit 11
aus dem Trägerfilm ausgestanzt. Die Hocker 7 können so ausgebildet sein, daß sie geringfügig aus dem gegossenen Block 11 herausragen- Bei diesem Trägerelement liegen dann die Kontaktoberflächen nach dem Einbau des Trägerelements in eine Ausweiskarte mit deren Deckfolienoberfläche in einer Ebene.
Verwendet man zur Bildung der Hocker leitendes Material, so ist das Trägerelement für eine berührende, galvanische Kontaktabnahme geeignet.
Werden die Hocker aus nichtleitendem Material gebildet, kann man zur Kontaktierung beispielsweise Nadeln verwenden, die durch das nichtleitende Material
(z. B. Silikon) hindurch auf die eigentlichen Kontaktflächen 4a geführt werden. Die letztgenannte Ausführungsform hat den Vorteil, daß die Kontaktflächen des Trägerelements vor Umwelteinflüssen gut geschützt sind.
Die oben genannten Ausführungsbeispiele verwenden als Zwischenprodukte eine Anordnung, bei der die Halbleiterplättchen in ausgestanzten Fenstern einer Folie freitragend mit entsprechenden Anschlußleitern verbunden sind. Ein Nachteil dieser Anordnungen kann sich für bestimmte Anwendungsfälle dann ergeben, wenn ein möglichst geringer Abstand zwischen den Kontaktflächen erforderlich wird. Bei den o.g. Anordnungen wird der Mindestabstand der Kontaktflächen durch die Größe des ausgestanzten Fensters und damit durch die Größe des Halbleiterplättchens festgelegt. Um einen möglichst geringen Abstand zwischen den Kontaktflächen zu erzielen, ist es auch möglich, als Zwischenprodukt die in Fig. 4 gezeigte An-
Ordnung zu verwenden.
Die beidseitig des Films 12 angeordneten Kontaktflächen 13 werden im Durchkontaktierverfahren miteinander verbunden. Auf die so vorbereitete Folie wird das Halbleiterplättchen 1 nach bekannten Techniken aufgebracht.
In den Fig. 5a, 5b ist das unter Verwendung des oben genannten Zwischenproduktes hergestellte Trägerelement 15 im Schnitt und in der Aufsicht dargestellt. Der Gießvorgang kann, ähnlich wie im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert, durchgeführt werden. Wie die Fig. 5b zeigt, erlaubt die Verwendung des letztgenannten Zwischenproduktes eine eng benachbarte Anordnung der Kontaktflächen 16.
Die Fig. 6 zeigt ein Trägerelement, bei dem ebenfalls eine sogenannten durchkontaktierte Folie als Zwischenprodukt verwendet wird. Diese Anordnung zeichnet sich durch eine extrem hohe Steifigkeit aus.
Das Trägerelement besteht in diesem Fall aus einer sog. durchkontaktierten Folie 12, einer Abstandsfolie 17 und einer rückwärtigen Deckfolie 18. Die rückwär^ tige Deckfolie ist mit öffnungen 19 versehen, die den Zu- bzw. Abfluß des Gießmaterials in der Gießstation ermöglichen. Die Abstandsfolie 17 weist zur Aufnahme der Halbleiterplättchen in regelmäßigen Abständen entsprechende Hohlräume 20 auf. In der Gießstation wird der Hohlraum 20 mit einem geeigneten gießbaren Material gefüllt. Während des Gießvorgangs dringt dabei auch ein Teil der Gießmasse zwischen die einzelnen Folien, wodurch diese
sich besonders gut miteinander verbinden. Zwischen den Halbleiterplättchen sind in diesem Beispiel die einzelnen Folien 12, 17, 18 durch einen geeigneten Kleber 25 miteinander verbunden. Auf diese Weise wird das Eindringen der Gießmasse in die Zwischenräume erleichtert und gleichzeitig begrenzt. Die Begrenzung der Gießmasse kann selbstverständlich auch dadurch erreicht werden, daß der Folienverbund beidseitig der Gießstation zusammengepreßt wird.
Die Steifigkeit der Anordnung kann noch verbessert werden, wenn man ^Folien aus glasfaserverstärktem Epoxydharz (GEP) verwendet und wenn das zur Herstellung der Folien gewählte Harz mit der Gießmasse identisch ist. In diesem Fall dringt die Gießmasse auch zwischen die einzelnen Folien, womit ein Trägerelement hoher Steifigkeit und kompakten Aufbaus hergestellt werden kann.
Die Fig. 7a und 7b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines verwendbaren Zwischenproduktes zur Herstellung von Trägerelementen. Das hier gezeigte Halbleiterplättchen 30 wird in der sogenannten Bondiertechnik kontaktiert. Dazu wird der Trägerfilm 31 in regelmäßigen Abständen zunächst in der Form gestanzt, daß sich die in den Figuren gezeigte Aussparung 32 mit den fingerförmigen Fortsätzen 32a ergibt. Daraufhin wird der Trägerfilm 31 ganzflächig mit einer Folie 33 aus leitendem Material kaschiert. Aus dieser Folie werden nun nach bekannten Ätztechniken die Bereiche 34 isoliert, die die Kontaktflächen des fertigen Trägerelements bilden.
Der so vorbereitete Trägerfilm wird schließlich in handelsüblichen Bondier-Automaten mit HaIbleiterplättchen bestückt. Dabei wird jeweils ein Plättchen 30 in die Aussparung 32 gesetzt und dort mit Hilfe eines geeigneten Klebers 36 auf der leitenden Folie 33 fixiert. Anschließend werden die Anschlußpunkte des Plättchens 30 über feine Golddrähte 37 mit den Kontaktflächen 34 verbunden.
Die Fig. 8 zeigt das gem. den Fig. 7a und 7b hergestellte Trägerelement 40, bei dem die Aussparung 32 mit den fingerförmigen Fortsätzen 32a beispielsweise in einer Gießstation der oben erwähnten Art mit einem geeigneten Harz ausgefüllt ist. Dabei dringt das Harz auch in die während des Ätzvorgangs entstandenen Bereiche 39 zwischen den Kontaktflächen 34. Das Ausfüllen der Hohlräume muß bei der letztgenannten Anordnung nicht unbedingt in einer der oben gezeigten Gießstationen durchgeführt werden.
Verschließt man die Anordnung, wie in der Fig. 8 gezeigt, einseitig beispielsweise mit einer Selbstklebefolie 38, so lassen sich die Hohlräume auf einfache Weise mit einem Harz auffüllen. Die Selbstklebefolie, die vor der Weiterverarbeitung des Trägerelements entfernt wird, bietet gleichzeitig einen guten Schutz für die Kontaktflächen, falls die Trägerelemente über längere Zeiträume zu lagern sind.
Leerseite

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    K 13030/7kl
    GAO
    Gesellschaft für Automation
    und Organisation mbH
    Euckenstraße 12
    8000 München 70
    Trägerelement für einen IC-Baustein
    Trägerelement für einen IC-Baustein zum Einbau in Ausweiskarten oder ähnliche Datenträger, dadurch gekennzeichnet , daß ein folienkontaktiertes Halbleiterplättchen (1, 30) gegebenenfalls gemeinsam mit zusätzlichen Schichtmaterialien (17, 18) mit einem gießbaren Material zu einer kompakten Einheit (10, 15, 40) vorgegebener Dicke vergossen ist.
  2. 2. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das folienkontaktierte HaIbleiterplättchen (1) mittig in einem gegossenen Block (10) angeordnet ist.
  3. 3. Trägerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kontaktflächen (4a) der Anordnung mit Höckern versehen sind, die etwa mit
    der Oberfläche des gegossenen Blocks (11) abschließen. 10
  4. 4. Trägerelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Hocker (7) aus leitendem Material sind.
  5. 5. Trägerelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Hocker (7) aus elastischem, nicht leitendem Material sind.
  6. 6. Trägerelement nach Anspruch 1 wobei der Halbleiterkristall (1) auf einer durchkontaktierten Folie (12)
    befestigt ist, dadurch gekennzeichnet , daß das folienkontaktierte Halbleiterplättchen (1) auf der Seite des Halbleiterkristalls zu einem Block (15) aufgegossen ist.
    25
  7. 7. Trägerelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das folienkontaktierte Halbleiterplättchen durch eine Abstandsfolie (17) und eine rückwärtige Deckfolie (18) ergänzt ist und der sich durch eine Aussparung (20) in der Abstandsfolie ergebende Hohlraum ausgegossen ist.
  8. 8. Trägerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den einzelnen Schichten (12, 17, 18) auch Gießmaterial vorhanden ist.
  9. 9. Trägerelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Schichten (12, 17, 18) aus glasfaserverstärktem Epoxydharz bestehen.
  10. 10. Trägerelement nach Anspruch 7 bis 9, dadurch g e kennzeichnet, daß das Gießharz mit dem zur Herstellung der Schichten verwendeten Harz identisch ist.
  11. 11. Trägerelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e η n-15" zeichnet, daß das folienkontaktierte HaIbleiterplättchen eine Anordnung ist, bei der das Halbleiterplättchen (30) in einem ausgestanzten Fenster (32) einer Folie (31) auf einer mit der Folie verbundenen leitenden Beschichtung (33) fi-0 xiert, und über Golddrähte (37) mit aus der Beschichtung isolierten Kontaktflächen (34) verbunden ist.
  12. 12. Trägerelement nach Anspruch 11, dadurch g e k e η nzeichnet, daß nur die Hohlräume (32, 32a, 39) der Anordnung mit gießbarem Material gefüllt sind.
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