DE60036784T2 - Integrierte schaltungsanordnung, elektronisches modul für chipkarte, das die anordnung benutzt, und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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Description

  • Gegenstand dieser Erfindung ist eine Vorrichtung mit integrierten Schaltungen, ein elektronisches Chipkartenmodul, das mit der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen arbeitet, und ein Verfahren zur Herstellung der besagten Vorrichtung.
  • Genauer ausgedrückt betrifft diese Erfindung die Herstellung eines Halbleiterplättchens, in welches integrierte Schaltungen eingebracht werden und dessen Architektur derart gestaltet ist, dass die Herstellung elektronischer Chipkartenmodule mit reduzierter Stärke möglich ist.
  • Es ist bekannt, dass Chipkarten, die insbesondere als Bankkarte, als ID-Karte oder als Zahlungskarte für verschiedene Zwecke benutzt werden, im wesentlichen aus einem Kunststoffkörper in Form eines rechteckigen Parallelflachs bestehen, in dem ein elektronisches Modul eingebaut ist, welches in den meisten Fällen gebildet ist aus einem Halbleiterplättchen, das auf einem mit äußeren elektrischen Kontaktflächen bestückten Isolierträger befestigt ist. Diese äußeren Kontaktflächen gestatten die elektrische Verbindung zwischen den Schaltungen des Halbleiterplättchens und den Schaltungen einer Schreib-/Lesevorrichtung, wenn die Karte in eine solche Vorrichtung eingeführt wird.
  • Gemäss den gültigen Normen muss der Kartenkörper eine Stärke von 0,8 mm aufweisen. Damit ist verständlich, dass die Stärke des elektronischen Moduls einen kritischen Parameter desselben darstellt, um ein leichteres Einführen des elektronischen Moduls in den Kartenkörper und die mechanische Verbindungsqualität zwischen dem Kartenkörper und dem Modul sowie die mechanische Integrität des elektronischen Moduls sicherzustellen.
  • In der angehängten 1 ist ein elektronisches Chipkartenmodul, das nach einer bekannten Technik hergestellt wurde, im Vertikalschnitt dargestellt. Das elektronische Modul 10 besteht im wesentlichen aus einem Halbleiterplättchen 12, in welchem integrierte Schaltungen eingebracht sind, wobei dieses Plättchen eine aktive Seite 14 mit elektrischen Verbindungsstiften 16 aufweist. Das Halbleiterplättchen 12 ist auf einem Isolierträger 18 über eine Klebschicht 19 befestigt. Die Außenseite 18a des Isolierträgers ist mit äußeren elektrischen Kontaktflächen 20 bestückt, die dafür bestimmt sind, mit den elektrischen Kontakten der Schreib-/Lesevorrichtung in Kontakt zu treten. Die Stifte 16 des Plättchens 12 sind über elektrische Drahtleiter wie 24 an die äußeren Flächen 20 angeschlossen. Nach einer bekannten Technik umfasst der Isolierträger Fenster 26, die von den elektrischen Leitern 24 durchquert werden, was den Gebrauch einer doppelseitigen Schaltung unnötig macht. Um die elektrische Integrität des Plättchens 12 und der elektrischen Leiter 24 sicherzustellen, wird eine Hülle 26 aus einem Isolierstoff wie einem Epoxydharz eingesetzt.
  • In einigen Fällen können die Drahtleiter durch andere elektrische Verbindungs-Leiterelemente zwischen den Stiften des Plättchens und den äußeren Flächen des Isolierträgers ersetzt werden.
  • Mit einer solchen Herstellungstechnologie erhält man ein elektronisches Modul, dessen Gesamtstärke 0,6 mm beträgt gegenüber den 0,8 mm, die die Stärke des Kartenkörpers bilden.
  • Die Techniken, die eine Reduzierung dieser Dicke erlauben würden, sind schwierig umzusetzen. Sie könnten darin bestehen, die Chipstärke, die standardmäßig 180 μm beträgt, zu reduzieren, jedoch könnte der Chip dabei unzumutbar empfindlich werden. Man könnte ebenfalls die Stärke, die sich aus der Krümmung der elektrischen Drähte 24 oder der elektrischen Verbindungselemente ergibt, reduzieren. Nichtsdestoweniger ist hierfür der Einsatz der im Englischen „Wedge Bonding" genannten Technologie erforderlich, die mit hohem Kostenaufwand verbunden ist. Schließlich könnte man die Dickenreduzierung des Isolierharzes, aus dem die Hülle 26 besteht, in Erwägung ziehen. Nichtsdestoweniger würde die Reduzierung das ganze elektronische Modul empfindlich machen.
  • Das US-Patent 5,155,068 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Chipkartenmoduls. Gemäss diesem Verfahren umfasst ein Halbleiterplättchen eine aktive Seite mit Metalldrahtschichten (auf Englisch: metallic wive layers). Anschlüsse werden zwischen diesen Metalldrahtschichten und einem mit elektrischen Kontakten bestückten Träger ausgeführt. Anschließend wird ein Acrylharz oder Epoxydharz aufgetragen, um das Halbleiterplättchen am Träger, der mit elektrischen Kontakten bestückt ist, festzumachen. Dieser Verfahren ist mit hohem Kostenaufwand verbunden.
  • Die Patentanmeldungen JP-A-60 091489 , EP-A-0 508 266 , JP-A-04 341896 , JP-A-04 207061 , US-A-5 777 391 und US-A-5 811 877 machen ähnliche Vorrichtungen bekannt.
  • Ein erster Gegenstand dieser Erfindung ist es, eine Vorrichtung mit integrierten Schaltungen zu bieten, die es erlaubt, ein elektronisches Chipkartenmodul mit reduzierter Stärke zu realisieren und dabei die Nachteile der obengenannten Techniken zu umgehen.
  • Zum Erreichen dieses Zieles zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung mit integrierten Schaltungen dadurch aus, dass sie die technischen Merkmale nach Anspruch 1 aufweist.
  • Ein ausgehend von einer solchen Vorrichtung realisiertes elektronisches Chipkartenmodul wird im Anspruch 5 geltend gemacht.
  • Es versteht sich, dass dank der reduzierten Stärke der aktiven Schicht, auf deren aktiven Seite die Kontaktstifte eingebracht sind, diese Kontaktstifte nah liegen an der Seite der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen, die beim Herstellen des elektronischen Moduls am Isolierträger befestigt ist. Es versteht sich ebenfalls, dass dank der Präsenz der Aussparungen, welche in die seitliche Fläche der Zusatzschicht münden, möglich ist, beim Herstellen des elektronischen Moduls elektrische Verbindungsdrähte vorzusehen, die vollständig unter der Ebene, welche die obere Seite der Zusatzschicht enthält, angeordnet werden. Es versteht sich, dass die sich daraus ergebende Stärke des elektronischen Moduls gegenüber der Stärke eines elektronischen Moduls, so wie es oben beschrieben ist, merklich reduziert ist.
  • Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit integrierten Schaltungen nach Anspruch 7.
  • Es versteht sich, dass gemäß diesem Verfahren von einer aktiven Schicht ausgegangen wird, deren Stärke standardmäßig ist, d. h. 18 μm beträgt, wobei diese aktive Schicht auf der Zusatzschicht befestigt ist, die ihrerseits eine gewisse Stärke besitzt. Damit erhält man eine Ganzheit, deren Stärke ausreicht, um die nicht aktive Seite der aktiven Schicht unter Einhaltung der Gesamtabmessungen, die der Ganzheit eine genügende mechanische Festigkeit verleihen, zu bearbeiten.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung kommen beim Lesen der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, die als nicht erschöpfendes Beispiel gegeben wird, besser zum Vorschein. Die Beschreibung bezieht sich auf die angehängten Abbildungen, wobei: die bereits beschriebene 1 ein standardmäßiges elektronisches Chipkartenmodul im Vertikalschnitt zeigt.
  • 2a und 2b zwei Ausführungsschritte des erfindungsgemäßen elektronischen Moduls im Vertikalschnitt darstellen.
  • 3 eine horizontale Schnittansicht des elektronischen Moduls gemäß Linie III-III der 2b ist, und
  • 4a bis 4c die einzelnen Schritte des Herstellungsverfahrens der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen darstellen.
  • Unter Bezug zunächst auf 2 und 3 wird nun die Vorrichtung mit integrierten Schaltungen oder elektronischer Chip und das elektronische Modul, das mit diesem Chip arbeitet, beschrieben.
  • Die Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 30 besteht im wesentlichen aus einer aktiven Schicht 32 aus Halbleitermaterial, das typischerweise Silizium ist, in welcher die verschiedenen integrierten Schaltungen eingebracht sind. Diese aktive Schicht 32 weist eine aktive Seite 34 auf, in der die elektrischen Kontaktstifte 36 und eine Befestigungsseite 38 eingebracht sind. Die Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 30 umfasst ebenfalls eine Zusatzschicht 40, deren erste Seite 42 mit einem beliebigen geeigneten Mittel – beispielsweise über eine aus einem Polyimid gebildete Zwischen-Verschlussschicht – auf der aktiven Seite der aktiven Schicht 32 befestigt ist, und deren obere Seite 44 frei ist. Die Zusatzschicht 40 kann vorteilhaft ebenfalls aus Silizium ausgeführt werden, aber andere Werkstoffe mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften wie Silizium, insbesondere was seine Wärmedehnzahl betrifft, könnten verwendet werden. Eine der Funktionen der Zusatzschicht 40 ist es, eine Schutzschicht gegen Betrugsversuche zu bilden, die an den integrierten Schaltungen der aktiven Schicht unternommen werden könnten.
  • Wie es 3 besser zeigt, umfasst die Zusatzschicht 40 Aussparungen wie 46 (im betroffenen Beispiel gibt es fünf Verbindungsstifte 36 und fünf Aussparungen 46). Jede Aussparung 46 erstreckt sich über die ganze Stärke der Zusatzschicht und verläuft vom Kontaktstift 36 bis zur seitlichen Fläche 48 der Zusatzschicht 40. Anders ausgedrückt münden diese Aussparungen seitlich in die Zusatzschicht.
  • Gemäss der beschriebenen Ausführungsform beträgt die Stärke e1 der Zusatzschicht 140 μm, und die Stärke e2 der aktiven Schicht beträgt 40 μm. Damit beträgt die Gesamtstärke der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 180 μm, was der Stärke eines standardmäßigen Halbleiterplättchens entspricht.
  • Allgemeiner ausgedrückt liegt die Stärke der aktiven Schicht unter 100 μm, wobei diese reduzierte Dicke dank Einsatz des Herstellungsverfahrens, das später beschrieben wird, erreicht werden kann. Weiterhin vorzugsweise liegt die Stärke e2 der aktiven Schicht zwischen 5 und 50 μm.
  • Die Stärke der Zusatzschicht ist somit wesentlich höher als die des Halbleiterplättchens. Damit wird insbesondere ein dünneres Modul erreicht, wobei die Leiterdrähte in einer bevorzugen Ausführung der Erfindung tatsächlich in der Gesamtstärke der Ganzheit, gebildet aus der Zusatzschicht und dem die aktive Schicht bildenden Halbleiterplättchen, untergebracht sind.
  • Die Zusatzschicht bedeckt vollständig die aktive Seite der aktiven Schicht, wobei die Aussparungen selbstverständlich ausgespart sind. Genauer ausgedrückt entspricht die Fläche der aktiven Seite der aktiven Schicht merklich der Fläche der ersten Seite der Zusatzschicht, reduziert um die Fläche, die den in die besagte Zusatzschicht eingebrachten Aussparungen entspricht. Damit ist es möglich, die aktive Schicht derart zu bearbeiten, dass sie auf die gewünschte Stärke verdünnt wird. Darüber hinaus ist die aus der aktiven Schicht/Zusatzschicht gebildete Ganzheit widerstandsfähiger gegenüber den auf sie ausgeübten mechanischen Belastungen, da die Zusatzschicht die aktive Schichte schützt.
  • Ferner ist zu bemerken, dass es vorteilhafterweise genauso viele Aussparungen wie Anschlussklemmen im Halbleiterplättchen gibt, und dass diese Aussparungen einen reduzierten Anteil der Gesamtfläche der Zusatzschicht darstellen.
  • Zum Ausführen des elektronischen Moduls wird die Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 30 mit Hilfe einer Klebstoffschicht 52 auf einem Isolierträger 50 befestigt, wobei die Außenseite 54 des Isolierträgers äußere elektrische Kontaktflächen 56 umfasst. Fenster wie 58 sind im Isolierträger gegenüber jeder Kontaktfläche 56 vorgesehen. Ein elektrischer Drahtleiter 60, beispielsweise aus Gold, ist einerseits an einem Verbindungsstift 36 befestigt und andererseits an der Hinterfläche einer äußeren elektrischen Kontaktfläche 36 durch das Fenster 58. Es versteht sich, dass dank der Tatsache, dass die aktive Schicht 32 eine sehr reduzierte Stärke besitzt, die Stifte 36 sehr nah am Isolierträger 50 liegen. Dies ermöglicht, dass der gekrümmte Leiterdraht 60 vollständig unter der Ebene P P' angeordnet wird, welche Ebene die obere Seite 44 der Zusatzschicht 40 enthält.
  • Das gleiche würde vorliegen, wenn die Leiterdrähte durch verlängerte elektrische Verbindungselemente ersetzt würden.
  • Zum Abschluss des elektronischen Moduls wird nur noch die Hülle 62 ausgeführt, deren Gesamtstärke h dank der oben beschriebenen Verfahrensbestimmungen reduziert ist.
  • Im beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtstärke h der Hülle 310 μm, wenn man die Stärke der Klebschicht zwischen dem Träger und der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen berücksichtigt. Da die Stärke e3 des Isolierträgers typischerweise 170 μm beträgt, erhält man ein elektronisches Modul mit einer Stärke von 480 μm. Gegenüber den standardmäßigen elektronischen Modulen stellt dies eine sehr hohe Dickenreduzierung dar.
  • Bezugnehmend auf 4A, 4B und 4C werden nun die Hauptschritte zur Herstellung der Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 30 beschrieben.
  • In einem ersten in 4A dargestellten Schritt wird mit einem beliebigen geeigneten Verfahren ein Siliziumplättchen bearbeitet, um die Zusatzschicht 40 mit ihren Aussparungen 46 zu erhalten. Diese Schicht könnte aus einem anderen Werkstoff gefertigt werden. Sie besitzt eine Stärke e1, die vorzugsweise zwischen 100 und 200 μm liegt.
  • Anschließend wird im in 4B dargestellten Schritt die Zusatzschicht 40 auf der aktiven Seite 72 eines Halbleiterplättchens 70, das mit den Verbindungsstiften 36 bestückt ist, befestigt. Dieses Plättchen besitzt eine Standardstärke d in Höhe von 180 μm.
  • Schließlich wird im in 4C dargestellten Schritt die nicht aktive Seite 74 des Plättchens 70 nach einem beliebigen geeigneten Verfahren bearbeitet, um sie auf eine Stärke e2, die typischerweise 40 μm beträgt, zu bringen, was die aktive Schicht 32 ergibt.
  • Dank der Präsenz der Zusatzschicht 40 besitzt die Vorrichtung mit integrierten Schaltungen 30 im betroffenen Beispiel eine Gesamtstärke von 180 μm. Damit erhält man eine Komponente, die eine genügende mechanische Festigkeit aufweist, auch wenn die aktive Schicht 32 ihrerseits eine Stärke e2 besitzt, die ihr diese mechanischen Eigenschaften nicht verleiht. Wie bereits erläutert, besteht der wesentliche Zweck der so erhaltenen Komponente darin, dass die Kontaktstifte 36 sehr nah an der Befestigungsseite 38 der Komponente liegen.

Claims (7)

  1. Vorrichtung mit integrierten Schaltungen mit: – einem Halbleiterplättchen (32), das eine aktive Schicht bildet, in welche die integrierten Schaltungen eingebracht sind, wobei das Halbleiterplättchen eine aktive Seite (34) mit mehreren elektrischen Verbindungsstiften (36) und eine zweite Seite (38) umfasst, und – einer Zusatzschicht (40) mit einer ersten Seite (42), die auf der aktiven Seite (34) des Halbleiterplättchens (32) befestigt ist, einer zweiten Seite (44) und einer seitlichen Fläche (48), die den Umfang der Zusatzschicht bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Halbleiterplättchen (32) eine Stärke unter 100 μm aufweist. – die Zusatzschicht (40) so viele in der Draufsicht gezahnte Aussparungen (46) umfasst, wie Kontaktstifte auf dem Halbleiterplättchen vorhanden sind, wobei jede Aussparung die ganze Stärke der Zusatzschicht (40) einnimmt und sich über das Volumen senkrecht über einem Kontaktstift (36) bis zur besagten seitlichen Fläche (48) erstreckt. – die Zusatzschicht (40) die aktive Seite (34) des Halbleiterplättchens vollständig bedeckt mit Ausnahme der in der Draufsicht gezahnten Aussparungen (46) und – die Zusatzschicht (40) eine höhere Stärke als das Halbleiterplättchen (32) aufweist.
  2. Vorrichtung mit integrierten Schaltungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Halbleiterplättchens (32) zwischen 5 und 50 μm liegt.
  3. Vorrichtung mit integrierten Schaltungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Zusatzschicht (40) zwischen 100 und 200 μm liegt.
  4. Vorrichtung mit integrierten Schaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschicht (40) aus dem gleichen Halbleitermaterial wie das Halbleiterplättchen (32) gefertigt ist.
  5. Elektronisches Chipkartenmodul mit: – einem Halbleiterplättchen (32), das eine aktive Schicht bildet, in welcher die integrierten Schaltungen eingebracht sind, wobei das Halbleiterplättchen (32) eine aktive Seite (34) mit mehreren elektrischen Verbindungsstiften (36) und eine zweite Seite (38) umfasst. – einer Zusatzschicht (40) mit einer ersten Seite (42), die auf der aktiven Seite (34) des Halbleiterplättchens (32) befestigt ist, einer zweiten Seite (44) und einer seitlichen Fläche (48), die den Umfang der Zusatzschicht bestimmt. – einem Isolierträger (50) mit einer mit äußeren elektrischen Kontaktflächen (56) bestückten Außenseite (54) und einer Innenseite, wobei die zweite Seite (38) des Halbleiterplättchens (32) auf der Innenseite des Isolierträgers (50) befestigt ist, und: – mehreren elektrischen Leitern (60), wobei ein erstes Ende jedes Leiters an einen Kontaktstift (36) und sein zweites Ende an eine äußere Kontaktfläche (56) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Halbleiterplättchen (32) eine Stärke unter 100 μm besitzt. – die Zusatzschicht (40) so viele in der Draufsicht gezahnte Aussparungen (46) umfasst, wie Kontaktstifte auf dem Halbleiterplättchen vorhanden sind, wobei jede Aussparung die ganze Stärke der Zusatzschicht (40) einnimmt und sich über das Volumen senkrecht über einem Kontaktstift (36) bis zur besagten seitlichen Fläche (48) erstreckt. – die Zusatzschicht (40) die aktive Fläche (34) des Halbleiterplättchens vollständig bedeckt mit Ausnahme der in der Draufsicht gezahnten Aussparungen (46); dass – die Zusatzschicht (40) eine höhere Stärke als das Halbleiterplättchen (32) aufweist, und dass – jeder elektrische Leiter (60) vollständig zwischen der Ebene (P-P'), welche die zweite Seite (44) der Zusatzschicht (40) enthält, und dem Isolierträger (50) angeordnet ist.
  6. Elektronisches Modul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierträger (50) Fenster (58) aufweist, wobei jedes Fenster (58) gegenüber einer äußeren elektrischen Kontaktfläche (56) angeordnet ist.
  7. Herstellungsverfahren für eine Vorrichtung mit integrierten Schaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit folgenden Schritten: – einem Befestigungsschritt, bei welchem die erste Seite (42) der Zusatzschicht auf der aktiven Seite (34) des Halbleiterplättchens (32) derart befestigt wird, dass jede Aussparung (46) der Zusatzschicht sich über das Volumen senkrecht über einem Kontaktstift (36) des Halbleiterplättchens (32) bis zur seitlichen Fläche (48) der Zusatzschicht erstreckt, wobei die Zusatzschicht so viele in der Draufsicht gezahnten Aussparungen besitzt wie Kontaktstifte auf dem Halbleiterplättchen vorhanden sind, und wobei die besagte Zusatzschicht (40) die aktive Fläche (34) des Halbleiterplättchen vollständig bedeckt mit Ausnahme der in der Draufsicht gezahnten Aussparungen, und – einem Bearbeitungsschritt, bei welchem das Halbleiterplättchen (32) von seiner zweiten Seite (38) bearbeitet wird, um es auf eine Stärke unter 100 μm zu bringen.
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