DE4037555A1

DE4037555A1 - Halbleiterkarte und herstellungsverfahren dafuer

Info

Publication number: DE4037555A1
Application number: DE4037555A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Katayama
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 1989-11-25
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1991-05-29
Anticipated expiration: 2010-11-27
Also published as: JP2913190B2; JPH03166996A; DE4037555C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter karte, die beispielsweise IC-Karte genannt werden kann, und insbesondere auf eine Halbleiterkarte - im folgenden "Informationskarte" genannt - mit einem flüchtigen Spei cherelement und einer Batterie, um es zu sichern, sowie auf ein Herstellungsverfahren hierfür.

In den letzten Jahren war es auf dem Feld derartiger Halb leiterkarten üblich, zwecks Kostenreduzierung und Beschleu nigung der Signalverarbeitung nichtflüchtige Speicher durch flüchtige Speicher zu ersetzen. Flüchtige Speicher benötigen aber naturgemäß eine in die Karte eingebaute Sicherungsbatterie.

Ein Beispiel für eine derartige Halbleiterkarte ist in den Fig. 9 und 10 dargestellt; einer der Erfinder erwog sie, bevor er zur vorliegenden Erfindung kam. Fig. 9 ist ein Schnittbild der Halbleiterkarte in einem Zustand vor der Vergießung mit Kunstharz, und Fig. 10 ist ein Schnitt bild der Halbleiterkarte in einem Zustand, nachdem sie mit Kunstharz vergossen wurde.

Wie in Fig. 9 dargestellt, wird vorweg ein dünnes Gehäuse 51, bestehend aus einem oberen Gehäuse 51a und einem un teren Gehäuse 51b, aus Kunststoff geformt. In diesem Ge häuse 51 wird im unteren Gehäuse 51b eine gedruckte Lei terplatte 54 eingeschlossen, auf der verschiedene elek tronische Komponenten 52, wie flüchtiger Speicher, Steue rungsabschnitt, Schnittstelle oder ähnliches, eine Siche rungsbatterie 53 usw. angebracht sind.

Das obere Gehäuse 51a wird auf das untere Gehäuse 51b aufgesetzt, um dadurch zwischen den beiden einen Raum 55 zu bilden. Flüssiges Epoxyharz mit niedrigem Molkular gewicht wird dann in den Raum 55 gegossen, um dort aus zuhärten und somit eine versiegelnde Schicht 56 zu bilden (Fig. 10).

Bei dieser Struktur dauert es aber lange, bis das Epoxy harz ausgehärtet ist, und das Epoxyharz muß außerdem nach dem Eingießen in das Gehäuse 51 entgast werden, wodurch sich eine sehr niedrige Produktivität und somit vergrö ßerte Kosten ergeben. Weiterhin weist das Epoxyharz einen hohen Kontraktions- bzw. Schrumpfungskoeffizienten bei der Aushärtung auf; aufgrund dieser Schrumpfung entsteht somit ein Hohlraum in der Siegelschicht 56, wodurch sich ein Spalt zwischen dem Gehäuse 51 und der Siegelschicht 56 er gibt, was zu einer Verformung (Vertiefung) der Karte führt.

Um diese sich ergebenden Probleme zu lösen, überlegten sich die Erfinder ein Herstellungsverfahren für eine In formationskarte oder eine Halbleiterkarte, bei dem die Siegelschicht durch Spritzgießen eines wärmehärtenden Kunstharzes hohen Molekulargewichts so hergestellt wird, daß eine gedruckte Leiterplatte mit verschiedenen darauf angebrachten elektronischen Komponenten in ihr eingebettet ist. Anstatt aber hier die Sicherungsbatterie zusammen mit der gedruckten Leiterplatte in den Spritzgußvorgang mit einzubeziehen, wird eine Aussparung an einer bestimmten Stelle der Siegelschicht zur Aufnahme der Batterie gebil det, so daß nach Ausbildung der Siegelschicht die Batterie in der Aussparung Platz findet und die Öffnung der Ausspa rung durch einen Batteriedeckel verschlossen wird.

Die Batterie wird, wie weiter oben beschrieben, nicht in den Spritzgußvorgang mit einbezogen, so daß eine thermi sche Einwirkung auf die Batterie ausgeschlossen ist.

Ein wärmehärtendes Kunstharz wird zur Bildung der Siegel schicht verwendet, da insgesamt die wärmehärtenden Kunst harze im Hinblick auf Wasserresistenzeigenschaften und mechanische Steifigkeit bessere Eigenschaften haben als thermoplastische Kunststoffe.

Wenn aber, wie oben beschrieben, die Siegelschicht mit der Aussparung aus dem wärmehärtenden Kunstharz gebildet wird, ist es unmöglich, den (aus einem wärmehärtenden Kunstharz gebildeten) Batteriedeckel ausreichend stark mit der Siegelschicht zu verschweißen. Insbesondere im Hin blick auf Massenfertigung wäre ein Ultraschall-Schweiß verfahren geeignet, bei dem der Schweißvorgang schnell durchgeführt werden kann. Da aber sowohl die Siegelschicht als auch der Batteriedeckel aus wärmehärtendem Kunstharz gebildet sind, kann das Ultraschall-Schweißverfahren nicht angewendet werden.

Da aber die Informationskarte oder Halbleiterkarte ihrem Wesen nach aufgrund ihrer Form und Größe zum Mitnehmen und ständigen Herumtragen gedacht ist, muß sie deshalb gute Eigenschaften im Hinblick auf Wasserresistenz haben, da die Möglichkeit besteht, daß die Karte plötzlich mit Wasser bespritzt wird, in das Wasser fällt, gewaschen wird oder durch Regen naß wird, wenn sie sich in der Tasche eines Benutzers befindet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Informationskarte, d. h. eine Halbleiterkarte, die die oben dargestellten Nachteile vermeidet, die hohe Produktivität ermöglicht und die sehr gute Eigenschaften bezüglich ihrer Wasser resistenz aufweist, und ein Herstellungsverfahren für diese Karte anzugeben.

Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst. Unteransprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

Erfindungsgemäß ist deshalb eine Halbleiterkarte vorge sehen mit einer gedruckten Leiterplatte, einem auf der gedruckten Leiterplatte angebrachten flüchtigen Speicher element, einer elektrisch mit der gedruckten Leiterplatte verbundenen Batterie zum Sichern des flüchtigen Speicher elements, einem auf der gedruckten Leiterplatte angebrach ten Schnittstellenbereich, der für die Kommunikation mit, zur Eingabe aus oder zur Ausgabe in externe Einrichtungen benutzt wird, und einer Siegelschicht aus einem wärmehär tenden Kunstharz, in dem die gedruckte Leiterplatte das flüchtige Speicherelement und der Schnittstellenbereich in direktem Kontakt bzw. einteilig eingebettet sind, wobei die Halbleiterkarte außerdem einen aus einem thermoplasti schen Kunststoff geformten Bereich zur Aufnahme einer Bat terie, der einen Raum zur Aufnahme der Batterie darin hat, und einen aus einem Thermoplastharz geformten Batteriedec kel aufweist, der dazu dient, die Öffnung des Raums zur Aufnahme der Batterie zu verschließen, wobei der Bereich zur Aufnahme der Batterie an der gedruckten Leiterplatte befestigt und einstückig bzw. eng mit der Siegelschicht verbunden ist, und wobei der Bereich zur Aufnahme der Bat terie nach der Aufnahme der Batterie mit dem Batteriedec kel durch Verschweißen, beispielsweise durch Ultraschall- Schweißen, verbunden ist.

Erfindungsgemäß wird außerdem ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Halbleiterkarte angegeben, die eine gedruckte Leiterplatte, ein auf der gedruckten Leiterplatte angebrachtes flüchtiges Speicherelement, eine mit der gedruckten Leiterplatte elektrisch verbun dene Batterie, die zur Sicherung des flüchtigen Speicher elements dient, einen auf der gedruckten Leiterplatte angebrachten Schnittstellenbereich, der zur Kommunikation mit oder zur Eingabe aus oder zur Ausgabe in eine externe Vorrichtung benutzt wird, und außerdem eine Siegelschicht aus einem wärmehärtenden Kunstharz umfaßt, in der die ge druckte Leiterplatte, das flüchtige Speicherelement so wie der Schnittstellenbereich einteilig eingebettet sind, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Das Anbringen der wichtigen Elemente einschließlich des flüchtigen Spei cherelements, des Schnittstellenbereichs und ähnlichem, auf der gedruckten Leiterplatte; das Ausbilden eines Be reichs zur Aufnahme einer Batterie aus einem Thermoplast harz, der zur Aufnahme einer Batterie in sich dient; das Befestigen des Bereichs zur Aufnahme der Batterie an einer bestimmten Position der Leiterplatte mittels einer kleben den Schicht; und dann das Einbetten der gedruckten Leiter platte und des Bereichs zur Aufnahme der Batterie in die Siegelschicht mittels eines Spritzgußvorgangs.

Da bei der erfindungsgemäßen Halbleiterkarte sowohl der Bereich zur Aufnahme der Batterie als auch der Batterie deckel aus einem Thermoplastharz geformt sind, können beide leicht und zuverlässig miteinander mittels Verschweißens, wie beispielsweise des Ultraschallschweißens, verbunden werden. Die so hergestellte Informationskarte bzw. Halb leiterkarte ist von ihrer Konstruktion her absolut wasser dicht.

Da weiterhin beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren der Halbleiterkarte der getrennt vorgefertigte Batterie aufnahmebereich aus einem Thermoplastharz und die gedruckte Leiterplatte mittels des Spritzgußvorgangs in die Siegel schicht eingebettet sind, ist es möglich, die Informations- bzw. Halbleiterkarte herzustellen, ohne sie nennenswert thermisch zu belasten.

Nun könnte auch ein Herstellungsverfahren für die Infor mationskarte (Halbleiterkarte) vorgeschlagen werden, bei dem die Siegelschicht durch einen Spritzgußvorgang herge stellt wird, in den die gedruckte Leiterplatte, aber nicht der Batterieaufnahmebereich mit einbezogen ist, wobei der Batterieaufnahmebereich im Anschluß durch Vergießen mit der Siegelschicht hergestellt wird.

Die Gießtemperatur des Thermoplastharzes (etwa 270°C) ist aber im allgemeinen höher als die Gießtemperatur eines wärmehärtenden Kunstharzes (etwa 150°C), so daß dann, wenn der Batterieaufnahmebereich einstückig mit der Sie gelschicht mittels eines Thermoplastharzes hergestellt wird, die Hitze aufgrund der Gießtemperatur auch die Lei terplatte beeinflussen wird. Schließlich weist die ge druckte Leiterplatte Lötflächen und ähnliches auf, so daß die Hitze das Schmelzen des Lots bewirken und somit eine mangelhafte elektrische Verbindung verursachen könnte, oder die Hitze auf die verschiedenen Halbleiterelemente der gedruckten Leiterplatte einwirken könnte, so daß sich ihre elektrischen Eigenschaften verschlechtern oder sie vollständig zerstört werden.

Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß der Batterieaufnah mebereich aus einem Thermoplastharz bei einer höheren be nötigten Gießtemperatur getrennt von der gedruckten Leiter platte hergestellt, und beide werden dann in die Siegel schicht aus einem wärmehärtenden Kunstharz bei einer ver gleichsweise niedrigen Gießtemperatur mittels des Spritzguß vorgangs eingebettet. Somit kann die Informations- bzw. Halbleiterkarte hergestellt werden, ohne daß die gedruckte Leiterplatte nennenswert thermisch belastet wird.

Im folgenden werden einzelne Ausführungsformen der Erfin dung, bezugnehmend auf die Zeichnungen, ausführlich be schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 bis 8 eine Ausführungsform der Erfindung, und zwar Fig. 1 einen Querschnitt des Batterieaufnahmebereichs;

Fig. 2 eine Draufsicht des Batterieaufnahmebereichs aus Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt des Stadiums, in dem der Batterieaufnahmebereich mit der gedruckten Leiterplatte verklebt und an dieser befestigt ist;

Fig. 4 einen Querschnitt des Stadiums, in dem der Batterieaufnahmebereich und die gedruckte Leiterplatte aus Fig. 3 in der Siegelschicht mittels eines Spritzgußvorgangs eingebettet sind;

Fig. 5 einen Querschnitt im Zustand, bevor der Batterie deckel angebracht ist;

Fig. 6 einen vergrößerten Querschnitt eines Teils des Batteriedeckels;

Fig. 7 eine Draufsicht auf Fig. 4, wobei der Batterie deckel nicht angebracht ist; und

Fig. 8 den Querschnitt einer Informations- oder Halb leiterkarte; und

Fig. 9 und 10 Darstellungen einer Halbleiterkarte, die von den Erfindern erwogen wurde, bevor sie zur vorliegenden Erfindung kamen, und zwar Fig. 9 einen Querschnitt der Halbleiterkarte in einem Stadium, bevor sie mit Kunstharz vergossen wird; und

Fig. 10 einen Querschnitt der Halbleiterkarte in einem Stadium, nachdem sie mit Kunstharz vergossen wurde.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, wird ein Batterieauf nahmebereich 1 aus einem Thermoplastharz wie Styrol-, Ace tal- oder Polyamidharz in zylindrischer Form mit einer ring förmigen Stufe 2, die das Herausarbeiten des Ringes verhin dert, ausgebildet; die Stufe 2 ist in einem mittleren Be reich des äußeren Umfangs ausgebildet. Nahe der oberen Öff nung des Batterieaufnahmebereichs 1 ist am inneren Umfangs teil eine Schweißstufe 4 ausgebildet, mit der der Batterie deckel 3, wie später bezugnehmend auf Fig. 5 und 8 beschrie ben, verschweißt wird. Außerdem ist unterhalb der Schweiß stufe 4 eine Ringhaltestufe 6 ausgebildet, auf der, wie spä ter bezugnehmend auf Fig. 5 und 8 beschrieben, ein O-Ring 5 angeordnet wird.

Der Batterieaufnahmebereich 1 wird auf einer vorbestimmten Stelle der gedruckten Leiterplatte 8 mittels einer kleben den Schicht 7 aus beispielsweise Epoxy-Kunstharz aufge klebt und befestigt, wie in Fig. 3 dargestellt. Der Träger bzw. die Platte der gedruckten Leiterplatte 8 ist aus einem wärmehärtenden Kunstharz wie Epoxyharz gebildet. Wie in Fig. 7 dargestellt, sind auf dieser gedruckten Leiterplatte 8 verschiedene elektronische Komponenten 2, wie beispielswei se ein Schnittstellenbereich 9 für die Ein- und Ausgabe zum Datenübertragen von und zu einem externen (nicht gezeigten) Gerät, ein Datenverarbeitungsabschnitt 10 und ein flüchtiger Speicher 11 in den jeweiligen vorbestimmten Bereichen ange bracht.

Die so miteinander einstückig verbundenen Batterieaufnah mebereich 1 und gedruckte Leiterplatte 8 werden in eine Metallform gesetzt, so daß sie mittels Spritzguß in eine Siegelschicht 13 aus einem wärmehärtenden Kunstharz, wie beispielsweise Polyesterharz, Epoxyharz od. dgl., einge bettet werden können. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, ist die Außenwand des Batterieaufnahmebereichs 1 von der Siegelschicht 13 umgeben, so daß die Stufe 2 zur Verhin derung des Herausgleitens des Batterieaufnahmebereichs 1 in die Siegelschicht 13 eingreift, wodurch das Heraustre ten des Batterieaufnahmebereichs 1 aus der Siegelschicht 13 sicher verhindert werden kann. Da zwischen dem Batterieauf nahmebereich 1 und der gedruckten Leiterplatte 8 die kle bende Schicht 7 ist, gibt es keine Möglichkeit, daß beim Ausbilden der Siegelschicht 13 das Kunstharz durch einen Spalt zwischen Batterieaufnahmebereich 1 und der gedruckten Leiterplatte 8 in den Batterieaufnahmebereich 1 eindringt.

Eine Stromversorgungs- bzw. Sicherungsbatterie 14, die bei spielsweise eine Primärbatterie wie eine Lithiumbatterie oder auch eine Sekundärbatterie sein kann, wird in den Bat terieaufnahmebereich 1 eingelegt, so daß sie entweder direkt oder durch (nicht gezeigte) Anschlußleitungen mit der Schal tung auf der gedruckten Leiterplatte 8 verbunden ist. In Fig. 7 ist unter Bezugsziffer 19 ein Leiter bzw. Halter dargestellt, der die Batterie 14 hält.

Wie in Fig. 5 und 8 dargestellt, werden ein O-Ring 5 auf die Ringhaltestufe 6 und der äußere Umfangsbereich des Batterie deckels 3 auf die Schweißstufe 4 gelegt. Der Batteriedeckel 3 ist ebenso aus einem Thermoplastharz wie Styrol-, Acetal- oder Polyamidharz gemacht. Zur Erleichterung und quali tativen Verbesserung des Schweißvorgangs wird der Batterie deckel 3 aus demselben Material wie der Batterieaufnahmebe reich 1 hergestellt. Der Batteriedeckel 3 weist einen unteren zylindrischen Endabschnitt 15 und einen Ringhalte- Stufenbereich 16 auf, die mittels des O-Ringes 5 in den Batterieaufnahmebereich 1 eingepaßt werden. Außerdem ist, wie in Fig. 6 dargestellt, an der unteren Oberfläche des äußeren Randbereichs 17 des Batteriedeckels 3 ein ring förmiger Vorsprung 18 ausgebildet, der beim Verschweißen verwendet wird, und ein Druckstück 20 ist an der inneren Fläche des Batteriedeckels 3 ausgebildet, um eine Leitung 19 gegen den Anschlußbereich der Batterie 14 zu drücken.

Im folgenden wird auf Fig. 8 Bezug genommen. Nachdem die Batterie 14 in den Batterieaufnahmebereich 1 eingelegt wur de, wird der O-Ring 5 auf die Ringhaltestufe 6 gelegt und dann der Batteriedeckel 3 in die Öffnung des Batterie aufnahmebereichs 1 eingepaßt. Danach wird der Batterie deckel 3 mit seinem äußeren Randbereich 17 an der Schweiß stufe 4 mittels Ultraschallschweißens, wie durch Bezugs zeichen 21 angedeutet, befestigt, während er gegen den Leiter 19 gedrückt wird. Da somit der Batteriedeckel 3 mit dem Batterieaufnahmebereich 1 einheitlich unter Ausübung eines Drucks auf den Leiter 19 verbunden ist, wird eine ständige Druckkraft auf die Batterie 14 und damit auf den Leiter 19 ausgeübt, so daß deren gegenseitiger Kontakt sichergestellt ist.

Als flüchtiger Speicher 11, wie oben beschrieben, kann ein statisches RAM, ein dynamisches RAM oder eine Kombi nation beider verwendet werden.

In der vorliegenden Ausführungsform werden Batteriedeckel 3 und Batterieaufnahmebereich 1 mittels Ultraschallschweißens miteinander verbunden. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich jedoch nicht darauf; Batteriedeckel 3 und Batterie aufnahmebereich 1 können ebensogut durch Laserstrahl schweißen, Hochfrequenzschweißen oder durch Sofortkleber oder andere Verfahren miteinander verbunden werden.

Die Informationskarte kann außerdem mit der externen Vor richtung entweder in kontaktierender Weise oder in nicht kontaktierender Weise verbunden werden.

Claims

1. Halbleiterkarte mit

- einer gedruckten Leiterplatte (8);
- einem auf der gedruckten Leiterplatte (8) angebrachten flüchtigen Speicherelement (11);
- einer elektrisch mit der gedruckten Leiterplatte (8) verbundenen Batterie (14), die zur Stromversorgung des flüchtigen Speicherelements (11) dient;
- einem auf der gedruckten Leiterplatte (8) angebrachten Schnittstellenbereich (9) zur Eingabe aus und Ausgabe in ein externes Gerät; und
- einer aus einem wärmehärtenden Kunststoff herge stellten Siegelschicht (13), in die die gedruckte Leiterplatte (8), das flüchtige Speicherelement (11) und der Schnittstellenbereich (9) eingegossen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkarte außerdem aufweist:

- einen Batterieaufnahmebereich (1) aus einem Thermo plastharz, der einen Raum zur Aufnahme der Batterie (14) hat, und
- einen Batteriedeckel (3) aus einem Thermoplastharz, der zum Verschließen der Öffnung des Raumes des Batterieaufnahmebereichs (1) dient,
- wobei der Batterieaufnahmebereich (1) auf der ge druckten Leiterplatte (8) befestigt und mit der Siegelschicht (13) fest verbunden ist, und
- wobei der Batterieaufnahmebereich (1) nach Aufnahme der Batterie (14) mit dem Batteriedeckel (3) mittels Verschweißens verbunden ist.

2. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieaufnahmebereich (1) mittels einer kleben den Schicht (7) mit der gedruckten Leiterplatte (8) verbunden ist.

3. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieaufnahmebereich (1) ringförmig ausgebildet und an seiner Außenfläche von der Siegelschicht (13) umgeben ist.

4. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieaufnahmebereich (1) und der Batterie deckel (3) aus demselben Material hergestellt sind, so daß sie mittels Ultraschallschweißens miteinander verbindbar sind.

5. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batteriedeckel (13) dazu dient, einen Abschnitt eines Leiters (19) gegen einen Anschlußbereich der Batterie (14) zu drücken.

6. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieaufnahmebereich (1) und der Batterie deckel (3) eine gegengleiche und ineinanderpassende Form haben.

7. Halbleiterkarte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsbereich zwischen Batterieaufnahme bereich (1) und Batteriedeckel (3) eine Dichtung (5) angebracht ist.

8. Halbleiterkarte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Batterieaufnahmebereich (1) an seinem äußeren Umfangsbereich eine Stufe (2) aufweist, die verhindert, daß er sich aus der Siegelschicht (13) herausarbeitet.

9. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterkarte nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schritt, in dem auf der gedruckten Leiterplatte (8) die wichtigen Bauteile wie flüchtiges Speicherelement (11), Schnitt stellenbereich (9) oder ähnliches angebracht werden, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

- das Herstellen eines Batterieaufnahmebereichs (1) zur Aufnahme einer Batterie (14) aus einem Thermo plastharz;
- das Befestigen des Batterieaufnahmebereichs (1) an einer vorbestimmten Stelle der gedruckten Leiter platte (8) mittels einer klebenden Schicht (7); und
- das Vergießen der gedruckten Leiterplatte (8) und des Batterieaufnahmebereichs (1) in der Siegelschicht (13) mittels eines Spritzgußverfahrens.

10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Batteriedeckel (3), der aus einem Thermoplastharz her gestellt wird und zum Verschließen der Öffnung des Bat terieaufnahmebereichs (1) dient, mit dem Batterieauf nahmebereich (1) mittels Ultraschallschweißens verbun den wird.