DE3917707A1 - Elektronisches modul und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Modul gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bauteile dieser Art befinden
sich bereits auf dem Markt.
Für spezielle Anwendungen, beispielsweise zum Einbau in normier
te Chipkarten oder miniaturisierte Hörgeräte, benötigt man Mo
dule, die starke mechanische Belastungen vertragen , dabei eine
flache Bauform haben und insgesamt kostengünstig hergestellt
werden können.
Flachmodule werden derzeit, wenn es um die Fertigung großer
Stückzahlen geht, vorwiegend in der sogenannten Drahtmontage
technik realisiert. Bei diesem Kontaktierungsverfahren metal
lisiert man zunächst eine Kunststoffolie, gibt dann der Metal
lisierung eine Struktur, bei der eine zentrale Trägerfläche von
mehreren Lesekontakten umgeben ist, und veredelt schließlich
die einzelnen Metallbereiche. Dann versieht man die Kunststoff
folie im Bereich der Trägerfläche mit einer zentralen Durchbre
chung und oberhalb der einzelnen Lesekontakte jeweils mit einem
Kontaktierungsloch. Anschließend wird der Chip in die zentrale
Durchbrechung eingesetzt und mit der Trägerfläche verklebt. Hier
nach fixiert man an der freiliegenden Chipoberfläche Bonddrähte,
führt diese Drähte durch die Kontaktlöcher und verfestigt sie
dort mit den zugehörigen Lesekontakten. Abschließend wird die
gesamte Anordnung mit einem Kunststofftropfen abgedeckt, um sie
zu versteifen und auch gegen mechanische Beschädigungen zu
schützen. Diese herkömmliche Montagetechnik ist in mehrfacher
Hinsicht noch nicht zufriedenstellend:
- - Die Drahtverbindungen sind aufgrund ihrer Geometrie mechanisch nicht sonderlich stabil und können insbesondere bei Verbiegun gen leicht brechen.
- - Die Kunststoffabdeckung läßt sich nicht ohne weiteres mit ei ner definierten Dicke herstellen. Man muß sie dann, wenn eine bestimmte Modulhöhe vorgegeben ist, auf das verlangte Maß ab schleifen und entsprechende Mehrkosten in Kauf nehmen.
- - Wenn das Bauteil flach sein soll, muß man, da die Drahtbogen führung und die Kunststoffabdeckung eine Bauhöhe von min destens 300µm beanspruchen, zu extrem flachen Halbleiterchips von beispielsweise unter 200µm übergehen. Chips dieser Stär ke können nur aus Wafern mit begrenztem Durchmesser, also re lativ unrationell, hergestellt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modul der eingangs
genannten Art anzugeben, das mechanisch robust ist, ohne wei
teres in eine flache Form gebracht werden kann und nicht zuletzt
auch unter Kostengesichtspunkten attraktiv ist. Diese Aufgabe
wird erfindungsgemäß durch ein Modul mit den Merkmalen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst.
Das Prinzip, einen mit Höckern versehenen Chip "umgekehrt" auf
seinen Träger zu fixieren, d.h. schmelzfähige Höcker direkt auf
Metallbahnen einer Leiterplatte aufzusetzen und in dieser Po
sition zu verlöten, ist an sich bekannt, und zwar unter der
Bezeichnung "Flipchip-Kontaktierung" (vgl. hierzu beispielsweise
in der von Hans-Jürgen Hacke verfaßten Monographie "Montage in
tegrierter Schaltungen", Springer Verlag, 1987, das Kapitel 4.3).
Bei diesem Montierverfahren geht es allerdings darum, die Anzahl
von Kontaktstellen zu reduzieren, Signallaufzeiten zu verkürzen
und die Packungsdichte zu erhöhen. Davon abgesehen bezieht sich
die bekannte Flipchip-Technik auch auf Anordnungen, bei denen
sich die zu kontaktierenden Leiterbahnen auf der dem Chip zu
gewandten statt - wie erfindungsgemäß vorgeschrieben - abgewand
ten Trägerseite befinden.
Ist bei einem erfindungsgemäßen Modul die Kunststoffolie so
dick, daß zwischen den Höckern, die normalerweise etwa 20µm
hoch sind, und ihren Lesekontakten ein Spalt verbleibt, so muß
der elektrische Kontakt durch zusätzliche Maßnahmen hergestellt
werden. Bewährt haben sich hierbei insbesondere zwei Alterna
tiven: Man schließt den Spalt entweder mit einer Lotpaste (z.B.
Sn/Pb) oder durch eine galvanische Verstärkung des Lesekontaktes
und führt dann - in beiden Fällen - eine Reflow-Lötung durch.
Bei Kunststoffolien mit Dicken unter 20µm bietet es sich an,
die Höcker so zu gestalten, daß sie durch eine einfache Nachbe
handlung auf die richtige Höhe reduziert werden können. Denk
bar wäre die Verwendung von schmelzbaren, etwa aus In/Pb beste
henden Höckern oder von - vorzugsweise galvanisch aufgebrachten
oder als Nailhead angeformten - Goldhöckern, die dann mit einer
Reflow-Lötung aufgeschmolzen bzw. durch eine Thermokompression
gestaucht werden.
Wenn die Höcker eine Höhe haben, die etwas größer ist als die
Dicke der Kunststoffolie, verbleibt zunächst zwischen Folie und
Chip ein Spalt. In diesem Raum kann man, am besten durch eine
Einfüllöffnung im Träger, einen Kleber oder Lack einbringen, der
dann die empfindliche Halbleiteroberfläche schützt und überdies
dem Chip einen noch besseren Halt gibt.
Um das Modul auch vor massiveren mechanischen Einwirkungen und
insbesondere vor starken Verbiegungen zu schützen, sollte man
das Halbleiterelement mit einem versteifenden Rahmen umgeben,
der auf der Kunststoffolie fixiert wird und den Chip allseitig
umgibt. Dieses Teil könnte aus Metall, etwa Aluminium, oder
einem duro- bzw. thermoplastischen Kunststoff bestehen und das
Bauelement um ein gewisses Maß überragen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung, insbesondere rationelle Fertigungsverfahren, sind
Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
Die Erfindung soll nun anhand zweier Ausführungsbeispiele unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden.
In den Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile
mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
Fig. 1 in einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel, bei
dem die Kunststoffolie relativ dick ist;
Fig. 2 das Modul der Fig. 1 im Schnitt II-II; und
Fig. 3 in der gleichen Darstellungsweise wie Fig. 2 ein wei
teres, mit einer relativ dünnen Kunststoffolie ver
sehenes Ausführungsbeispiel.
Das Modul der Fig. 1 und 2 ist zur Verwendung in einer Chipkarte
vorgesehen. Solche Karten, die bereits in mehreren Ausführungen
im Gebrauch sind, haben eine normierte Dicke von 0,76 mm und
müssen bestimmte Biegebelastungen vertragen können.
Das dargestellte Modul enthält einen Halbleiterchip 1, einen
zweilagigen, aus einer Kunststoffolie 2 und Lesekontakten 3
gebildeten Träger 4 sowie einen Kunststoffrahmen 5.
Die Kunststoffolie 2, die aus einem etwa 35µm dicken, flexib
len Kunststoff besteht, besitzt Kontaktlöcher 6 und eine Füll
öffnung 7. Die Lesekontakte 3 bestehen jeweils aus einer etwa
35µm starken, mit einer 2 bis 3µm starken Nickelschicht und
darüber einer zwischen 0,4 und 3µm dicken Goldschicht veredel
ten Kupferschicht. Die Durchbrüche sind so angeordnet, daß je
ein Kontaktloch 6 zu einem der Lesekontakte 3 führt und die Ein
füllöffnung 7 freiliegt.
Der Chip 1 enthält Höcker 8, die von der die Schaltung aufweisen
den Chipfläche ("Vorderseite") ausgehen und jeweils in eines
der Kontaktlöcher hineinragen. Diese Höcker sind, wie man der
Fig. 2 entnimmt, über eine Lotbrücke 9 mit den ihnen jeweils zu
geordneten Lesekontakten elektrisch leitend verbunden. Die em
pfindliche Vorderseite des Chips 1 ist im übrigen mit einem
Lack 10 überzogen, der durch die Einfüllöffnung 7 eingegeben
worden ist. Der Chip ist damit gegen Beschädigungen geschützt
und zusätzlich fixiert.
Einen weiteren Schutz vor mechanischen Einwirkungen bietet der
Rahmen 5, ein flaches, biegesteifes Teil aus einem duro- oder
thermoplastischem Kunststoff, das den Chip etwas überragt.
Das Modul wird folgendermaßen hergestellt.
Zunächst beklebt man die Kunststoffolie mit einem Kupferlaminat
(3-lagiger Träger) oder beschichtet das Laminat mit einem in
flüssiger Form aufgebrachten und anschließend ausgehärtetem
Kunststoff (2-lagiger Träger). Anschließend bildet man in der
Kunststoffolie die benötigten Durchbrüche, beispielsweise durch
Stanzen, Bohren, Ätzen oder Laserbeschuß. Hiernach wird das
Kupferlaminat in einer üblichen Fotoätztechnik strukturiert und
anschließend in einem Strombad verstärkt, wobei seine Vordersei
te ganzflächig und seine Rückseite in den Foliendurchbrüchen
eine Auflage erhalten. Anschließend appliziert man Lotpaste in
die Kontaktlöcher, positioniert den Chip und stellt die elektri
schen Kontakte durch Aufschmelzen der Lotpaste her. Danach tropft
man in die Einfüllöffnung einen Kleber, der sich durch Kapillar
wirkung auf der ganzen Vorderseite des Chips ausbreitet, und
läßt ihn anschließend trocknen. Dann wird der Rahmen aufgesetzt
und ebenfalls verklebt.
Das so fertiggestellte Modul wird schließlich in eine Vertiefung
der Chipkarte eingesetzt, und zwar so, daß die Lesekontakte in
der Ebene der Chipkartenoberfläche liegen und dort von den Spi
tzen eines Lesegerätes abgetastet werden können. Wenn die Chip
karte eine Dicke von 0,76 mm hat und ihre Stärke im Bereich der
Vertiefung aus Stabilitätsgründen noch etwa 0,1 mm beträgt, so
verbleibt bei der hier vorgeschlagenen Modulbauweise für den
Chip immer noch eine Bauhöhe von etwa 550µm. Eine solche Chip
stärke läßt sich ohne weiteres aus Wafern mit Durchmessern von
5 oder mehr Zoll fertigen.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 unterscheidet sich von der
Bauform der Fig. 1 und 2 lediglich darin, daß die Kunststoffolie
2′ dünner ist, daß die Höcker 8′ aus einer schmelzbaren Legie
rung bestehen und den Lesekontakten direkt aufliegen und daß
der Versteifungsrahmen aus einem Metall, beispielsweise Alumi
nium, Bronze oder Messing, statt aus Kunststoff besteht. Dieses
Modul wird wie die Ausführung der Fig. 1 und 2 hergestellt, wobei
zur Schaffung des elektrischen Kontaktes zwischen Höcker und
Lesekontakt die Höcker in einer Reflow-Technik aufgeschmolzen
und mit den Lesekontakten verfestigt werden.
Die Erfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungs
beispiele beschränkt. So können die vorgeschlagenen Module auch
in anderen flachen Informationselementen eingesetzt werden. Da
rüberhinaus bleibt es dem Fachmann unbenommen, die Modulbauform
auch noch in konstruktiver Hinsicht abzuwandeln. Beispielsweise
könnte man die Kleberschicht statt durch einen zentralen Durch
bruch in der Kunststoffolie einfach vom Rand her unter den Chip
fließen lassen. Oder man könnte, um die Biegeverträglichkeit
noch weiter zu erhöhen, die Höcker mehr zur Chipmitte hin ver
legen.
Claims (17)
1. Elektronisches Modul, insbesondere zur Verwendung in einer
Chipkarte, mit einem Halbleiterelement, das auf einer seiner
Flächen Anschlußbereiche aufweist, und mit einem Träger, der
eine Kunststoffolie mit Durchbrüchen und eine in Lesekontakte
unterteilte Metallisierung enthält, wobei das Halbleiterelement
auf dem Träger fixiert ist und seine Anschlußbereiche durch die
Durchbrüche hindurch mit den Lesekontakten kontaktiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Halbleiterelement (1) auf der Kunststoffolie (2), und zwar an
ihrer den Lesekontakten (3) abgewandten Seite, fixiert ist, daß
die Anschlußbereiche mit Höckern (8) verstärkt sind und daß die
Höcker (8) in die Durchbrüche (Kontaktlöcher 6) der Kunststoff
folie hineinragen.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Kontakt zwischen den Höckern (8) und den ihnen
jeweils zugeordneten Lesekontakten (3) durch eine Lotbrücke (9)
hergestellt ist.
3. Modul nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Lotbrücke aus Sn, Sn/Pb oder In/Pb
besteht.
4. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kontakt zwischen den Höckern (8)
und den ihnen jeweils zugeordneten Lesekontakten (3) durch eine
galvanische Verstärkung der Lesekontakte (3) hergestellt ist.
5. Modul nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die galvanische Verstärkung aus einer
In- oder In/Pb-Beschichtung besteht.
6. Modul nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höcker (8) aus einem
schmelzbaren Material, insbesondere einer In/Pb-Legierung, be
stehen und die ihnen jeweils zugeordneten Lesekontakte (3)
direkt kontaktieren.
7. Modul nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höcker (8) galvanisch
verstärkt sind und die ihnen jeweils zugeordneten Lesekontakte
(3) direkt kontaktieren.
8. Modul nach einem der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höcker (8) aus Au be
stehende Nailhead-Anschlüsse sind und die ihnen jeweils zugeord
neten Lesekontakte (3) direkt kontaktieren.
9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Halblei
terelement (1) und der Kunststoffolie (2) eine Lackabdeckung
(10) befindet.
10. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (1)
von einem Versteifungsrahmen (5) umgeben ist, der auf der Kunst
stoffolie (2) fixiert ist.
11. Modul nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Versteifungsrahmen (5) aus einem
duro- oder thermoplastischem Kunststoff besteht.
12. Modul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Versteifungsrahmen (5) aus einem
Metall, insbesondere Aluminium, Bronze oder Messing, besteht.
13. Modul nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Versteifungsrahmen (5)
das Halbleiterelement überragt.
14. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung
der Lotbrücken (9) die Lesekontakte (3) mit Lotpaste belegt und
die Lotpaste nach Einsetzen des Halbleiterbauelements (1) auf
geschmolzen wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung
des Kontaktes die galvanisch verstärkten Lesekontakte (3) auf
geschmolzen werden.
16. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die aus
schmelzbarem Material bestehenden Höcker (8) durch ein Auf
schmelzen in direkten Kontakt mit den Lesekontakten (3) ge
bracht werden.
17. Verfahren zur Herstellung eines Moduls nach Anspruch 7
oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die Höcker (8) durch eine Thermo-Kompression in direkten Kon
takt mit den Lesekontakten (3) gebracht werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19893917707 DE3917707A1 (de) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Elektronisches modul und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19893917707 DE3917707A1 (de) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Elektronisches modul und verfahren zu seiner herstellung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3917707A1 true DE3917707A1 (de) | 1990-12-06 |
Family
ID=6381762
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19893917707 Ceased DE3917707A1 (de) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Elektronisches modul und verfahren zu seiner herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
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