DE68910385T3

DE68910385T3 - Herstellungsverfahren einer elektronischen Speicherkarte und elektronische Speicherkarte, die nach diesem Verfahren hergestellt ist.

Info

Publication number: DE68910385T3
Application number: DE68910385T
Authority: DE
Inventors: Rene Rose
Original assignee: Schlumberger SA
Current assignee: Schlumberger SA
Priority date: 1988-05-25
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1998-03-19
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: EP0344058B1; FR2632100B1; ES2047691T5; FR2632100A1; EP0344058A1; JP2824275B2; DE68910385T2; EP0344058B2; DE68910385D1; JPH0264889A; US5005282A; ES2047691T3

Description

Die vorliegende Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Speicherkarte sowie eine elektronische Karte zum Gegenstand, die durch die Ausführung des Verfahrens erhalten wird.
Wie wohlbekannt ist, enthält eine elektronische Speicherkarte im wesentlichen einen Kartenkörper, der im allgemeinen aus einem Kunststoffmaterial verwirklicht ist und in dem ein elektronischer Modul befestigt ist. Meist umfaßt der elektronische Modul ein gedrucktes Schaltungselement. Auf der Außenfläche der gedruckten Schaltung sind Metallisierungen verwirklicht, die die äußeren Bereiche für den elektrischen Kontakt der Karte bilden. Auf der Innenfläche der gedruckten Schaltung ist ein Halbleiterchip befestigt, dessen Anschlüsse mit den Kontaktbereichen mittels unterschiedlicher Techniken elektrisch verbunden sind. Die äußeren Bereiche dienen dazu, eine elektrische Verbindung zwischen der Schaltung der Karte und einem Kartenleser herzustellen.
Die gedruckte Schaltung ist jedoch verhältnismäßig teuer, weil sie einerseits einen isolierenden Träger umfaßt, dessen Preis nicht vernachlässigt werden kann, und andererseits und vor allem, weil die geometrische Festlegung der verschiedenen auf dem isolierenden Träger verwirklichten Metallisierungen durch chemisches Ätzen einer gleichmäßig auf dem isolierenden Träger abgelagerten Metallisierungsschicht erhalten wird. Nun ist aber die chemische Ätzung ein teurer Vorgang.
Um den Preis des elektronischen Moduls zu verringern, ist bereits in der europäischen Patentanmeldung 254.640 vorgeschlagen worden, die gedruckte Schaltung durch einen Leiterrahmen (lead-frame im Englischen) zu ersetzen. Mit anderen Worten, der elektronische Modul ist durch eine Gesamtheit von im wesentlichen ebenen elektrischen Leitern gebildet, auf denen direkt der Halbleiterchip befestigt ist. Die verschiedenen elektrischen Leiter werden durch Ausschneiden oder Ausstanzen eines ununterbrochenen metallischen Streifens erhalten, wodurch der Vorgang der chemischen Ätzung vermieden wird.
Die europäische Patentanmeldung EP-A-0 197 438 beschreibt ein Verfahren, wie es im vorhergehenden Absatz beschrieben worden ist, bis auf den Unterschied, daß zwischen dem Leiterrahmen und dem Halbleiterchip ein isolierender Chip befestigt ist.
Die FR-A-2 584 862 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung mehrerer elektronischer Module, das den Schritt des Ablagerns einer isolierenden Schutzschicht auf dem Leiterrahmen umfaßt.
Die vorliegende Erfindung hat ein neues Verfahren zur Herstellung einer Karte und insbesondere zur Herstellung des elektronischen Moduls zum Gegenstand, das ebenfalls einen Leiterrahmen verwendet und das die Anbringung des elektronischen Moduls im Kartenkörper erleichtert.
Um dieses Ziel zu erreichen, ist das Verfahren der Erfindung im Anspruch 1 definiert.
Es ist verständlich, daß durch die Hinzufügung des isolierenden Materials der mechanische Widerstand des Leiterrahmens beträchtlich erhöht wird, wodurch es möglich ist, ihn leicht vom Rest des leitenden Streifens zu tren nen. Diese Technik erzeugt indessen nicht die hohen Kosten, die die Verwendung einer herkömmlichen Schaltung zur Folge hat.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlicher beim Lesen der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von nicht beschränkenden Beispielen angegeben werden. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, von denen:
Fig. 1 eine Draufsicht eines metallischen Streifens ist, der für die Ausbildung mehrerer Leiterrahmen bearbeitet ist;
Fig. 2 den metallischen Streifen von Fig. 1 zeigt, der mit dem Verstärkungs-Isoliermaterial versehen ist;
Fig. 3 eine Unteransicht des metallischen Streifens von Fig. 2 zeigt, auf dem ein Halbleiterchip befestigt ist;
Fig. 4 eine Draufsicht eines vollständigen elektronischen Moduls nach seiner Abtrennung vom Rest des metallischen Streifens ist;
Fig. 5 eine vertikale Schnittansicht ist, die eine erste Befestigungsart des elektronischen Moduls am Kartenkörper zeigt;
Fig. 6 eine Abwandlung der Anbringung des Verstärkungs- Isolierelementes am metallischen Streifen zeigt; und
Fig. 7 eine Abwandlung der Befestigungsart des Halbleiterchips am Leiterrahmen zeigt.
Zunächst wird mit Bezug auf die Fig. 1 bis 5 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speicherkarte beschrieben.
Die Fig. 1 zeigt in einer Draufsicht einen Abschnitt des leitenden metallischen Streifens 10, an dem Bearbeitungen ausgeführt worden sind, um eine Folge von gleichen Mustern festzulegen. In Fig. 1 sind das Muster A und teilweise die Muster B und C sichtbar. Der Streifen 10 besitzt beispielsweise eine Dicke von 0,1 mm und eine Breite von 16 mm. Er ist aus Kupfer verwirklicht und an seinen beiden Flächen mit einer Nickelablagerung mit einer Dicke von 3 Mikrometern abgedeckt. Allgemeiner liegt die Dicke des leitenden Streifens im Bereich von 0,075 mm und 0,25 mm. Jedes Muster, das künftig Leiterrahmen genannt wird, ist vom Rest des Streifens 10 durch einen Schlitz 12 getrennt. Der somit vom Rest des Streifens 10 abgetrennte Leiterrahmen A hat eine allgemeine rechteckige Form von 12,8 mm mal 11,6 mm. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist der Schlitz 12 Unterbrechungen auf. Er ist durch "Brücken" 14 unterbrochen, die den Leiterrahmen A mit dem Rest des Streifens mechanisch verbinden. Außerden enthält der Streifen 10 Bezugslöcher 16.
Der Leiterrahmen A ist durch Schlitze 18 in mehrere leitende Zonen unterteilt. In Fig. 1 sind die leitenden Zonen 20 bis 34 dargestellt. Jede leitende Zone 20 bis 34 enthält in der Nähe des Mittelpunktes des Leiterrahmens eine Verbindungszone 20a bis 34a sowie in der Nähe der Umfangslinie des Leiterrahmens eine Kontaktzone 20b bis 34b. Die Verbindungszonen 20a bis 34a haben eine in bezug auf die Kontaktzonen 20b bis 34b verringerte Oberfläche.
Die Fig. 1 zeigt, daß die Verbindungszone 34a durch eine mittige Zone 36 verlängert ist. Die Schlitze 18, die die leitenden Zonen trennen, sind in dem die mittige Zone 36 definierenden Bereich miteinander verbunden. Das andere Ende eines jeden Schlitzes 18 ist durch eine der Brücken 14 definiert, die den Leiterrahmen A mit dem Rest des Streifens 10 verbindet. Die oben beschriebenen verschiedenen Bearbeitungen, die Schlitze 12 und 18 sowie die Löcher 16 können vorteilhaft durch Ausstanzen ausgeführt werden, was einen billigen Vorgang bildet.
In der folgenden Stufe, die in Fig. 2 gezeigt ist, wird auf der oberen oder äußeren Fläche 10a des metallischen Streifens 10 ein Streifen 50 aus Isoliermaterial befestigt: Der Streifen 50 besitzt eine Breite, die deutlich kleiner als diejenige des metallischen Streifens 10 ist, derart, daß er die mittige Zone 36 und die Verbindungszonen 20a bis 34a abdeckt, jedoch die Kontaktzonen 20b bis 34b freiläßt. Der isolierende Streifen 50 hat beispielsweise eine Breite von 4,8 mm und eine Dicke von 0,07 mm. Er ist beispielsweise aus dem Material verwirklicht, das unter dem Warenzeichen Kapton vertrieben wird. Eine Fläche des Streifens so ist mit einem Klebstoff bestrichen. Es handelt sich beispielsweise um ein Material, das von der Gesellschaft Dupont de Nemours unter dem Warenzeichen PYRALUX vertrieben wird. Auf der unteren oder inneren Fläche 10b des metallischen Streifens 10 sind zwei isolierende Streifen 52 und 54 befestigt, die in derselben Richtung wie der Streifen 50 angeordnet und von derselben Art wie dieser sind. Wie in Fig. 2 gezeigt, lassen die Streifen 52 und 54 die Verbindungszonen 20a und 34a frei und decken den größten Teil der Kontaktzonen 20b bis 34b ab. Außerdem ist zwischen dem Streifen 50 und den Streifen 52 und 54 eine bestimmte Überlappung vorgesehen. Auf diese Weise wird ein durch die isolierenden Streifen 50, 52 und 54 verstärkter metallischer Streifen erhalten.
Bei jedem Leiterrahmen liegen sowohl die Kontaktzonen 20b und 34b der oberen Fläche 10a als auch die Verbindungszonen 20a bis 34a der unteren Fläche 10b frei.
In der folgenden Stufe wird vorzugsweise auf den beiden Flächen 10a und 10b des Streifens 10 in den nicht von den Streifen 50 bis 54 abgedeckten Bereichen ein Goldniederschlag verwirklicht. Es versteht sich, daß auf diese Weise gegenüber der bekannten Technik, die in der Verwirklichung eines Goldniederschlags auf dem gesamten Streifen 10 besteht, eine wesentliche Einsparung erzielt wird.
Die folgende Stufe besteht darin, auf der unteren Fläche 10b eines jeden Leiterrahmens A einen Halbleiterchip 56 zu befestigen. Der Chip 56 ist auf der mittigen Zone 36 des Leiterrahmens befestigt. Je nach verwendetem Halbleiterchip ist dieser auf dem Leiterrahmen mit Hilfe eines isolierenden oder leitenden Klebstoffmaterials befestigt. Dann wird jeder Anschluß des Chips 56 durch Leitungsdrähte 58 mit einer Verbindungszone 20a bis 34a der unteren Fläche 10b des Leiterrahmens verbunden. Dieser Vorgang ist möglich, weil die Verbindungszonen nicht von den Streifen 52 und 54 abgedeckt sind und im voraus vergoldet worden sind.
In der folgenden Stufe wird auf der unteren Fläche 10b des Leiterrahmens ein Tropfen eines isolierenden Klebstoffmaterials 60 aufgebracht, damit dieses Material den Chip 56 und die Leitungsdrähte 58 umhüllt, wie dies in Fig. 5 sichtbar ist. Auf diese Weise wird ein vollständiger elektronischer Modul erhalten, der durch einen Leiterrahmen A und einen Halbleiterchip 56 gebildet ist, wobei der elektronische Modul durch die metallischen Brücken 14 und durch die isolierenden Streifen 50, 52 und 54 noch mit dem Rest des Streifens 10 mechanisch verbunden ist. Dieser Streifen kann daher leicht gehandhabt werden.
In der folgenden Stufe werden die elektronischen Module des Streifens 10 abgetrennt, indem die Brücken 14 und die Streifen 50, 52 und 54 mit einem geeignetem Werkzeug längs der Schlitze 12 durchgeschnitten werden.
Dann werden elektronische Module 70 wie etwa der in Fig. 4 gezeigte Modul erhalten. Er umfaßt den Leiterrahmen, der durch die acht leitenden Zonen 20 bis 34 gebildet ist, die durch die Schlitze 18 voneinander elektrisch getrennt sind. Die obere Fläche des elektronischen Moduls zeigt den abgeschnittenen Bereich des isolierenden Streifens 50 und beiderseits desselben die vergoldeten Kontaktzonen 20b bis 34b. Auf der unteren Fläche des elektronischen Moduls sind im mittigen Bereich das isolierende Material 60, in den der Halbleiterchip 56 eingetaucht ist, sowie die Bereiche der isolierenden Streifen 52 und 54 sichtbar.
In der letzten Stufe wird der elektronische Modul 70 auf dem Kartenkörper befestigt. Die Fig. 5 zeigt einen Teil eines Kartenkörpers 72, der mit einem Hohlraum 74 versehen ist, um den elektronischen Modul 70 anzuordnen. Der Hohlraum 74 ist gestuft. Er umfaßt einen unteren Aufnahmesitz 76 für die Aufnahme des umhüllten Chips 60 und einen oberen Aufnahmesitz 78 für die Aufnahme des Leiterrahmens. In der in Fig. 5 gezeigten Befestigungsart sind die isolierenden Streifen 52 und 54 auf ihrer nicht am Leiterrahmen befestigten Fläche 52a, 54a mit einem bistabilen Klebstoffmaterial überzogen. Durch das räumlich begrenzte Wärmeenergieangebot wird das Klebstoffmaterial aktiviert, um am Boden des oberen Aufnahmesitzes 78 anzuhaften. Auf diese Weise wird eine sehr gute Verbindung zwischen dem elektronischen Modul 70 und dem Kartenkörper 72 erhalten.
Um die Befestigung des elektronischen Moduls am Karten körper weiter zu verbessern, kann vor der Anordnung des elektronischen Moduls auf dem Boden des Aufnahmesitzes 76 ein Tropfen 80 eines Klebstoffmaterials aufgebracht werden. Bei der Anordnung des elektronischen Moduls gelangt der Tropfen 80 in Kontakt mit dem Material 60 zur Umhüllung des Halbleiterchips. Nach der Polymerisation des Tropfens 80 ist der elektronische Modul 70 am Kartenkörper 72 nicht nur durch die Klebstoffstreifen 52 und 54, sondern auch durch den Tropfen 80 befestigt.
Selbstverständlich können andere Befestigungstechniken für den elektronischen Modul am Kartenkörper ausgeführt werden. Beispielsweise können diejenigen verwendet werden, die in der bereits erwähnten europäischen Patentanmeldung 254.640 beschrieben sind.
Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß das Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung gegenüber den herkömmlichen Techniken zahlreiche Vorteile aufweist. Es vermeidet die Verwendung einer teueren gedruckten Schaltung. Kraft der Verstärkung des Leiterrahmens durch den oder die isolierenden Streifen kann das Abschneiden des elektronischen Moduls von dem metallischen Streifen trotz der kleinen Abmessungen der leitenden Zonen des Leiterrahmens einfach ausgeführt werden. Bei der Verwirklichung des Goldniederschlags auf dem metallischen Streifen dienen die isolierenden Streifen als Masken, um die Niederschlagszone gegen die Bereiche der beiden Flächen des metallischen Streifens abzugrenzen, wo ein guter ohmscher Kontakt erforderlich ist, d.h. die Verbindungszonen der Leitungsdrähte 58 und die äußeren Kontaktzonen. Da zwischen dem isolierenden Streifen 50 und dem isolierenden Streifen 52 und 54 eine leichte Überlappung vorhanden ist, besteht außerdem für das Material 60 zur Umhüllung des Halbleiterchips nicht die Gefahr, über die obere Fläche des Leiterrahmens auszutreten, indem es durch die Schlitze 18 dringt.
Die Fig. 6 zeigt eine Variante des Verfahrens zur Herstellung des elektronischen Moduls. Es wird mit einem metallischen Streifen 10 begonnen, der gleich demjenigen von Fig. 1 ist. Er wird daher nicht erneut beschrieben, ferner sind in Fig. 6 die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet worden. Auf der oberen Fläche 10a des metallischen Streifens wird ein isolierender Streifen 100 befestigt. Der Streifen 100 besitzt eine Breite L, die größer als diejenige des Streifens so ist. Mit anderen Worten, der Streifen 100 deckt nicht nur die Verbindungszonen 20a bis 34a ab, sondern außerdem den größten Teil der Kontaktzonen 20b bis 34b. Der Streifen 100 besteht aus einem isolierenden Material, das durch Maskierung und Insolation des Streifens 100 photo-polymerisierbar ist. Es handelt sich beispielsweise um das Material, das von der Gesellschaft Dupont de Nemours unter dem Warenzeichen VACREL vertrieben wird. Wenn der isolierende Streifen 100 am metallischen Streifen 10 befestigt ist, werden Öffnungen 102 bis 116 festgelegt, die den Kontaktzonen 20b bis 34b entsprechen. Die Öffnungen 102 bis 116 besitzen Abmessungen, die den Normen ISO oder AFNOR entsprechen. Der Vorteil dieser Lösung besteht in der Tatsache, daß für den Streifen 100, der eine größere Breite besitzt, die erhaltene mechanische Verstärkung größer ist.
Außerdem ist bei der Verwirklichung des Goldniederschlags die freie Fläche im wesentlichen gleich der nutzbaren Fläche für den elektrischen Kontakt. Dies gestattet die weitere Verringerung des erforderlichen Goldgewichts.
Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsvariante des elektronischen Moduls und genauer eine Variante der Befestigungsart des Halbleiterchips auf dem Leiterrahmen. In dieser Variante wird von einem vorzugsweise streifenartigen Leiterrahmen ausgegangen, der durch das in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschriebene Verfahren oder durch das in Verbindung mit Fig. 6 beschriebene Verfahren erhalten wird. Die Fig. 7 entspricht dem Verfahren der Fig. 1 und
Der Leiterrahmen A ist mit Abschnitten der isolierenden Streifen 50, 52 und 54 versehen. Die Streifen 52 und 54 lassen die Verbindungszonen 20a bis 34a (wobei in Fig. 7 nur die Zonen 22a und 32a dargestellt sind) der unteren Fläche 10b des Leiterrahmens frei. Der Halbleiterchip 120 wird einer besonderen Vorbereitung unterworfen. Die Ausgangsanschlüsse des Chips 120 werden durch metallische Kontakte wie etwa 122 erhöht, die von der Fläche 120a des Chips 120 vorstehen. Die Kontakte 122 werden direkt auf die Verbindungszonen 20a bis 34a gelötet. Diese Verbindungsart einer Halbleiterschaltung mit Leiterbahnen wird allgemein durch den angelsächsischen Ausdruck "bumping: bezeichnet. Diese Technik weist den Vorteil auf, daß die Verwendung von Leitungsdrähten vermieden wird, die einen Schwachpunkt des elektronischen Moduls bilden können.
Der Chip 120 wird anschließend von einem isolierenden Material 124 umhüllt. Der auf diese Weise erhaltene elektronische Modul wird vom Rest des metallischen Streifens getrennt und am Kartenkörper 126 durch eine der bereits beschriebenen Techniken befestigt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von mehreren elektronischen Speicherkarten, die jeweils einen auf einem Kartenkörper (72) angebrachten elektronischen Modul aufweisen, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen eines Streifens (10) aus leitendem Material, in dem mehrere Leiterrahmen (A, B, C) verwirklicht sind, wobei jeder Leiterrahmen mehrere Leiterelemente (20 bis 34) aufweist, die voneinander getrennt sind, jedoch mit dem verbleibenden Streifen mechanisch verbunden sind, wobei wenigstens ein Teil eines jeden Leiterelementes einen äußeren Bereich (20b bis 34b) für den elektrischen Kontakt bildet;

b) Befestigen eines Verstärlcungs- Isoliermaterials (50, 52, 54) auf dem leitenden Streifen, derart, daß das Verstärkungsmaterial einen Teil eines jeden Leiterelementes eines jeden Leiterrallmens abdeckt, jedoch weder die an einer Außenfläche (10a) des leitenden Streifens angeordneten Bereiche flir den äußeren Kontakt der Leiterrahmen noch die an der Innenfläche (10b) des Streifens angeordneten Verbindungszonen (20a bis 34a) eines jeden Leiterelementes abdeckt

c) Befestigen eines Halbleiterchips (56) auf der Innenfläche eines jeden Leiterrahmens und Verbinden der Anschlüsse des Chips mit den Verbindungszonen des Rahmens;

d) Trennen eines jeden Leiterrahmens vom restlichen Streifen, wodurch elektronische Module (70) erhalten werden;

e) Befestigen eines jeden auf diese Weise erhaltenen elektronischen Moduls auf dem Kartenkörper (72);

wobei bei Schritt b) für die Befestigung des Verstärkungs-Isoliermateilals auf der Außenfläche des Leiterstreifens ein erster Streifen (50) aus dem Verstärkungs- Isoliermaterial befestigt wird, um die äußeren Bereiche des für den elektrischen Kontakt auf beiden Seiten des isolierenden Streifens abzukoppeln, und wobei auf der Innenfläche des Leiterstreifens ein zweiter und ein dritter Streifen (52, 54) des Verstärkungs Isoliennatenais befestigt werden, um zwischen dem zweiten und dem dritten Isolierstreifen die Verbindungszonen und Zonen für die Befestigung der Halbleiterchips, die vom Isoliermaterial nicht abgedeckt sind, übrig zu lassen.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß nach der Befestigung des Isoliermaterials auf den Innen- und Außenflächen der Leiterrahmen auf ihren nicht vom Isoliermaterial abgedeckten Teilen ein Niederschlag von Gold verwirklicht wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem ersten Isolierstreifen und jedem der zweiten und dritten Isolierstreifen eine Überlappung vorhanden ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß für die Befestigung des Isoliermaterials ein Isoliermaterial verwendet wird, das auf einer seiner Flächen ein Klebstoffmaterial aufweist.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die zweiten und dritten Isolierstreifen auf ihren beiden Flächen mit einem Klebstoff versehen sind und daß die Streifen mit einer ihrer Flächen am Leiterrahmen befestigt sind und daß der elektrische Modul am Kartenkörper durch die zweite klebende Fläche der zweiten und dritten Isolierstreifen befestigt ist.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß der oder die Leiterrahmen eine Dicke von 0,1 mm besitzen.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß die Streifen aus Isoliermaterial eine Dicke von 0,07 mm besitzen.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Streifen aus Isoliermaterial eine Breite besitzen, die kleiner als diejenige des oder der Leiterrahmen ist.